Штамповые испытания грунтов

ЗАКАЖИТЕ ИСПЫТАНИЯ СВАЙ ПРЯМО СЕЙЧАС
+7-908-933-43-54

Лабораторные способы изучения сжимаемости не всегда могут отвечать требованиям современного строительства. Так, при строительстве высотных жилых зданий, в случае застройки микрорайонов современными монолитными и панельными зданиями, а также при строительстве на грунтах, отбор ненарушенных образцов из которых практически невозможен, сжимаемость изучается полевыми способами, наиболее точными из которых являются испытания грунтов штампами в шурфах и скважинах. Надо отметить, что проведение штамповых испытаний может быть выполнено как при инженерно-геологических изысканиях, для получения данных, необходимых для проектирования, так и для контроля качества уплотнения грунтов и искусственных оснований, где излагаются выводы о качестве подготовки основания на основании сравнения расчетной (установленной в проекте) и фактической величины модуля деформации.

Основным достоинством этого вида испытаний является то, что они ведутся непосредственно в грунтовом массиве. В РФ для испытаний грунтов статической нагрузкой используют штампы значительно больших размеров, чем за рубежом. Стандартными для испытаний в шурфах, котлованах, шахтах, штольнях считаются жесткие круглые в плане, плоские штампы площадью 2500 и 5000 см2 (I типа), а также штампы площадью 1000 см2 (штампы II типа); для испытаний в скважинах используют круглый (III тип) или винтовой штамп (IV) площадью 600 см2. Однако какой тип штампа не применялся в экспериментах, сущность и методика испытаний остается неизменной. Изменяется только технология испытания и применяемое оборудование.

Испытания грунтов можно разделить на два основных типа:

  • испытания на дне котлована (поверхностные)
  • испытания в скважинах.

Испытания грунтов в котлованах, шурфах.

Оборудование. Основным оборудованием для испытаний является штамп, установка для его нагружения и измерительная аппаратура (см. рис.ниже)

Штамповые испытания грунтов
Вычисление модуля деформации по результатам испытания грунта штампом является основной задачей таких исследований. Результаты вычислений в первую очередь зависят от точности измерений осадок грунта под штампом. Поэтому измерение осадок должно производиться с особой тщательностью и надежностью. Для регистрации осадок ГОСТ 20276-2012 рекомендованы механические приборы, имеющие точность измерения 0,1 мм.

Проведение испытаний
Работы по испытанию грунтов штампами ведутся по утвержденной программе штамповых испытаний, составленной в соответствии с ГОСТ 20276-2012. В программе работ по проведению испытаний отражаются места испытаний, величины и количество степеней нагрузки, время стабилизации деформаций.

Число испытаний зависит от оценки степени неоднородности грунтов основания, требований точности вычисления модуля деформации Е и вида сооружения. Минимальное число частных испытаний для величины Е должно быть не менее 3.
Испытаниям подвергают все основные несущие слои грунтов. Если в пределах активной зоны залегает один достаточно мощный однородный слой, то испытания проводят на одном горизонте (глубине), примерно соответствующем отметке заложения основных фундаментов. Мощность испытуемого слоя должна быть не меньше двух диаметров штампа. При наличии более тонких слоев или их чередовании могут быть получены только средние значения показателей деформируемости для комплекса слоев.

Обработка результатов испытаний
По результатам испытания грунтов статической нагрузкой оценивают их сжимаемость, количественной характеристикой которой служит модуль деформации Е. Значение Е, Мпа является график S=f(p), выражающий зависимость осадки грунта под штампом от удельного давления. Для расчета осадок сооружений по принятой в практике теории линейно-деформируемого слоя необходимо одно постоянное значение модуля деформации, что и явилось основанием построения прямолинейного участка, как минимум, по четырем точкам.
Формула для определения модуля деформации по результатам испытаний в соответствии с ГОСТ 20276-2012 имеет вид:

Формула для определения модуля деформации

где v - коэффициент Пуассона, принимаемый равным 0,27 для крупнообломочных грунтов; 0,30 - для песков и супесей; 0,35 - для суглинков; 0,42 - для глин; Кp - коэффициент, принимаемый в зависимости от заглубления штампа h/D (h -глубина расположения штампа относительно поверхности грунта, см; D – диаметр штампа, см); К1 - коэффициент, принимаемый равным 0,79 для жесткого круглого штампа; Dp - приращение давления на штамп, МПа, равное pn - p0; ∆S - приращение осадки штампа, соответствующее Dp, см, определяемое по осредняющей прямой. Коэффициент Кp принимают равным 1 при испытаниях грунтов штампами в котлованах, шурфах и дудках. При испытаниях грунтов винтовым штампом в буровых скважинах ниже забоя и в массиве без бурения скважин коэффициент Кp принимают в зависимости от отношения h/D по таблице 5.5, где h – глубина расположения штампа относительно поверхности грунта, см.
Формула получена на основе модификации известной формулы осадки линейно деформируемого однородного основания Ф. Шлейхера:

Формула Ф. Шлейхера

где v – коэффициент Пуассона, равный 0,3 для песков и супесей, 0,35 для суглинков и 0,42 для глин; w – безразмерный коэффициент, равный 0,8 для круглого штампа; d – диаметр штампа; ∆p – приращение давления на штамп; ∆s – приращение осадки штампа, соответствующее ∆p.

Следует отметить, что данное выражение получено путем решения краевой задачи для жесткого штампа на идеально-упругом полупространстве (основании), для случая отсутствия остаточных деформаций. В действительности, упругое поведение грунта проявляется при очень малых осадках, которые очень сложно измерить в полевых условиях из-за податливости конструкции системы нагружения. Поэтому, получаемый из опытов с использованием выражения модуль деформации не является упругим и называется поэтому модулем деформации, а не модулем упругости.

На рисунке приведена типовая зависимость осадки от нагрузки, полученная в одном из опытов при глубине заложения штампа, равная одному метру. Штамп был установлен на кровлю первого слоя крупнообломочного грунта. При обработке результатов испытаний влияние напряжений от собственного веса грунта не учитывалось из-за малой величины пригрузки.

Зависимость осадки от нагрузки при штамповых испытаниях грунтов

Испытания винтовым штампом

При необходимости испытания на большей глубине, а также при наличии выше отметки установки штампа водонасыщенных грунтов, затрудняющих проходку шурфов, испытания штампов проводят в буровых скважинах.

Согласно ГОСТ 20276 испытания винтовым штампом проводят с целью определения модуля деформации грунтов, но могут быть также использованы для определения недренированной прочности связных грунтов. В этом случае, испытания следует проводить вплоть до достижения предельного состояния, что сопровождается ростом осадки штампа при практически постоянной нагрузке. Погружение винтового штамп производят завинчиванием ниже забоя скважины, реже без скважины. При испытаниях в скважинах глубина завинчивания винтового штампа ниже забоя скважины должна составлять 30– 50 см в зависимости от вида грунта. Точность измерения перемещений (осадки) – 0, 1 мм. Осадка штампа измеряется как среднеарифметическое значение из показаний трех датчиков перемещений. Нагрузку на штамп прикладывали ступенями. За критерий условной стабилизации деформации принималась скорость осадки штампа, не превы- шающую 0,1 мм за время, указанное в ГОСТ 20276. На рисунке ниже показан типовой график зависимости осадки штампа от нагрузки.

Оборудование. Для испытаний в скважинах используются круглые в плане или винтовые штампы площадью 600 см2.Штампы опускают в закрепленную обсадными трубами скважину диаметром 219 мм или ввинчивают до заданной отметки ( в случае винтового штампа). После установки штампа монтируют упорное устройство и устанавливают измерительную аппаратуру. В процессе испытаний ведут журнал, а результаты испытаний оформляют в виде графика, так же как при испытаниях штампом площадью 5000 см2.

На рисунке ниже приведен образец графического оформления результатов испытаний.

образец графического оформления результатов штамповых испытаний

Получите консультацию специалиста по телефону:
Инженер ООО НПО "Геосмарт" Александр +7-908-933-43-54

Другие услуги компании "ГЕОСМАРТ":

Работаем по СОЮЗУ!

Отправьте заявку и вам перезвонит специалист
Выполняем работы на всей территории РФ, включая территории распространения вечномерзлых грунтов
Сотрудники компании - команда опытных специалистов, имеющая практический опыт реализации крупных проектов
В числе наших Заказчиков лидеры нефтегазодобывающей промышленности

* - Поля обязательные для заполнения
Нажимая на кнопку «Отправить», я даю согласие на обработку персональных данных