Полевые испытания грунтов

Полевые методы испытания грунта. Классификация методов испытания грунтов позволяет выделить несколько разных тестирований, результаты в которых будут иметь свои показатели: гидрогеологические, геофизические, показатели изменчивости поведения при нагрузках. Все испытания проводятся в соответствии с нормативными положениями ГОСТ и техническими требованиями.

Содержание статьи:

1. Полевые испытания грунтов
2. Статическое зондирование
3. Динамическое зондирование
4. Штамповые испытания
5. Прессиометрия
6. Испытания грунтов на сдвиг
7. Опытно-фильтрационные испытания
8. Экспресс-испытания грунтов
9. Оборудования и техника для проведения испытаний грунтов

Полевые испытания грунтов

Для выполнения полевых испытаний грунтов используют строительные площадки, чтобы возводить сооружения. Инженерные исследования проводят с применением специальной техники и оборудования. Полевые испытания выполняют для решения разных задач:

• изучение массива грунта, чтобы разделить разрез;
• определение прочности, деформации грунта;
• изменение пространственных свойств почвы;
• оценка возможного погружения и несущей способности свай;
• наблюдение за физико-механическими параметрами насыпных и намывных грунтов и изменениями во времени;
• определение устойчивости почвы, насыщенной водой.

Испытательный комплекс состоит из нескольких полевых мероприятий, проводимых по ГОСТ 19912-2012.

Статическое зондирование

Распространенный метод испытания грунтов в России благодаря частому использованию фундаментов из винтовых свай в качестве основания зданий. Статическое зондирование проводят в целях расчета несущей способности свай, трения, модуля компрессии для получения сведений о прочности дренажа, сопротивления сдвигу. В настоящее время применяется специальное оборудование, поэтому глубина испытаний увеличилась до 45 м.
Во время такой методики с помощью проб, получаемых при статическом зондировании исследуют образцы грунта в зависимости от задач:

• разделяют разрез на слои, чтобы сравнить по глубине и площади;
• выявляют свойства, состав, состояние грунта;
• выбирают пространственную модель фундамента с помощью расчета, учитывая изменения характеристик;
• используют формулы и аналитический подход для определения физико-механических параметров;
• проектируют основания, вычисляют сопротивление грунта, нагрузку на сваю, осадок сваи и пр.

Динамическое зондирование

Здесь используют основание как у плитного ростверка. Исследования проводят с применением зонда, ударной установки, измерительной техники в виде колесных или гусеничных установок для получения следующих данных о грунте:

• недренированная прочность;
• динамическое сопротивление;
• модуль деформации.

Данные сведения нужны, чтобы спроектировать здания и сооружения с основаниями, выдерживающими среднюю или малую нагрузку.

Испытания штампами

Для определения деформационных свойств грунта проводят в соответствии с ГОСТ 20276.1-2020 на каждом этапе нагрузки. Применяют моделирование вертикальной нагрузки на толщину основания здания, учитывая масштаб, чтобы исследовать осадку, вычислить предельное давление. моделируют натурный процесс уплотнения грунта, проводимый в реальных условиях, соответствующих эксплуатации.
Конструкция штампа может быть винтовой для определения нагружения и модификацией приборов для измерения осадки.

Прессиометрия

Этот испытательный метод используют для оценки прочности и деформации скальных, щебнисто-глинистых и песчаных грунтов. С помощью ГОСТ 20276.2-2020 радиальными прессиометрами испытывают вскрываемый в котлованах грунт, а затем измеряют уровень деформации. Для этого прибор опускают в скважину, используя металлический трос, чтобы он давил на стенки из-за давления, расширяющего камеру сбоку, а не сверху.

Испытания на сдвиг

По ГОСТ 20276.5-2020 вращательный срез применяют на грунтах, прочность которых определить с помощью лабораторных методик не представляется возможным, а также на глинистых текучих и пластичных грунтах, рыхлых песках, торфяных отложениях, потому что отобрать образцы, не нарушая структуру невозможно. Чтобы узнать прочность, используют лопастные приборы. Специальным прибором – сдвигомером-крыльчаткой вычисляют значение удельного сцепления и сопротивление сдвигу, определяя максимальный крутящийся момент во время вращения крыльчатки с 4-мя лопастями, которая погружена в грунт.

Опытно-фильтрационные испытания

Это комплекс полевых испытательных методов (государственный стандарт ГОСТ 23278-2014). К опытно-фильтрационным исследованиям относятся:

• наливы в шурфы и скважины;
• откачка воды из скважин;
• нагнетание воздуха или воды в скважины;
• оценка химического состава и количества подземных вод и их;
• полевые индикаторные методики.

Откачивать воду из горных выработок необходимо для решения задач по орошению, осушению, водоснабжению. С помощью полученной информации вычисляют показатели удельного и общего дебита -производительности скважины, снижение степени, коэффициент фильтрации, форму, темпы роста, размеры депрессионной воронки и другие значения. В случае глубокого залегания подземных вод или неблагоприятных условиях для откачки, используют наливы воды и нагнетания воздуха в шурфы. Благодаря фильтрационным свойствам оценивают удельное поглощение скальных и полускальных водоносных пород. С помощью наливов воды происходит изучение водопроницаемости не обводненных рыхлых и связных горных пород в условиях естественного залегания.

Экспресс-методы испытания грунтов

Экспресс-методы применяются в начале геологических исследований для ориентировочного сравнения фильтрационных характеристик водоносных пород.
Компрессионные испытания
Благодаря компрессионным методам имеется возможность понять механические свойства и деформационные параметры грунта. Образец грунта находится под высоким давлением согласно требования ГОСТ 12248.4— 2020. Сжатие проводят таким образом, чтобы образец не расширялся с боков.
Компрессионное воздействие помогает оценить основные показатели:

• плотность грунтовых образцов;
• плотность мелких частиц;
• естественную влажность почвы.

Эти данные нужны чтобы рассчитать начальную пористость грунта, сжимаемость – модуль деформации, значение для расчета усадки сооружения, изучения почвы в целях использования для основания под строительство здания. В завершении теста образцы делят на группы по мере их сжимаемости: несжимаемые, высокой и средней степени сжатия. Этот показатель помогает оценить свойства грунта, определяет возможность осадки сооружения.
Для определения прочности в ходе компрессионных испытаний выявляют условия возникновения трещин отрыва и сдвига, происходящие при движении слоев грунта.

Оборудование и спецтехника для полевых испытаний

Полевые испытания грунтовых слоев не возможны без применения различных измерительных приборов, комплектов регистрации и другого оборудования:

• Электронного динамического плотномера уплотнения и динамического модуля деформации грунта, несущей способности основания.
• Дилатометра Маркетти. Прибор с помощью нержавеющей лопатки измеряет параметры слоев песчаной, глинистой, илистой, твердой почвы после внедрения с помощью буровых установок с перерывами работы на каждые 20 см. Благодаря наполнению воздухом мембраны, которая установлена с одной стороны, измеряют давление. Дилатометром определяют тип грунта, оседание, недренированную прочность и другие характеристики.
• Геотехнической зондировочно-буровой установке — дополнительной аппаратуре к буровым установкам для статического зондирования глинистых и песчаных грунтов, которое оказывает усилие на забой не меньше 30 кН.
• Прессиометра, чтобы рассчитать деформацию и прочность испытывают грунт в скважинах, воздействуя с помощью бокового давления.
• Винтовых штампов — пневматической установки с нагрузочной системой для определения модуля деформации в глинистых, песчаных, минеральных почвах.

По окончании испытаний составляется протокол.
Полевые испытания выполняют непосредственно на месте проведения для первичных свойств и состояния грунта, которые проводятся аккредитованной строительной лабораторией.