Работаем по всей
России и СНГ

Испытания грунтов прессиометром

Испытание прессиометром проводят для определения модуля деформации грунтов или скальных пород, который получают в результате нагружения грунта горизонтальной нагрузкой в стенках скважины. Существует несколько видов прессиометров: радиальный прессиометр, самозабуривающийся прессиометр, лопастной прессиометр, секторный прессиометр. Однако, наибольшее распространение в практике получила конструкция радиального прессиометра.

Установка для испытания грунта радиальным прессиометром состоит из зонда, оснащенного эластичной оболочкой с каналами для передачи давления жидкости или воздуха ступенями по 0,01-0,1 МПа под оболочку, устройства для создания давления и его измерения в камере зонда, а также устройства для измерения перемещений оболочки зонда.

В скважину на отметку испытания устанавливается зонд серединой камеры, его оболочка смазывается специальной смазкой. В зонде прессиометра создается давление равное напряжению на отметке испытания по 0,025 МПА до момента соприкосновения зонда со стенками скважины и далее грунт нагружается ступенями давления, каждая из которых создается за 1-2 минуты. Каждую ступень давления выдерживается до условной стабилизации деформации грунта. Снимаются отсчеты деформаций и оформляются в виде графика зависимости горизонтальных перемещений грунта от горизонтального давления.

Преимущества метода:

  • отсутствие ограничений по глубине исследований, высокая производительность испытаний;
  • возможность всестороннего исследования высоколитифицированных глинистых грунтов, к числу которых относятся;
  • опыт эксплуатации компанией «ГЕОСМАРТ» приборов различных производителей (Россия, Канада, Беларусь) показала, что оборудование, несмотря на техническую сложность, отличается надежностью;
  • существует множество видов грунтов, свойства которых можно достоверно определить только путем измерения в полевых условиях, в том числе прессиометром (несвязные грунты, слабые глинистые грунты);
  • прессиометрические испытания рекомендуется для оценки работы свай на горизонтальную нагрузку.

Недостатки метода: прессиометры и связанное с ними оборудование отличаются сложностью конструкции и могут использоваться только обученным персоналом; не применяются для испытания скальных и полускальных грунтов (существуют решения, где конструкция зонда (секторный прессиометр) состоит из двух стальных пластин – но это экзотика).

Прессиометр был разработан Менардом (Menard) в 1957 году. Однако, первоначальная концепция прессиометра восходит к работам Кеглера (Kegler) в 1933 году, который разработал устройство, состоящее из резинового баллона, зажатого с обоих концов и опущенного в предварительно пробуренное отверстие. На основе расширения устройства (зонда) определялось напряженно-деформированное состояние грунтового массива. Менар (1957), не имея представления о работах Кеглера разработал значительно улучшенный прессиометр, который широко использовался в инженерной практике более полувека.

Прессиометрические испытания проводятся для уточнения деформационных свойств грунтов, являющихся несущим слоем как правило свайного фундамента или фундамента глубокого заложения.

Описание применяемого оборудования

Для проведения прессиометрических исследований нашей компанией используется гидравлический прессиометр марки TEXAM производство Канады (ROCTEST) и отечественный прессиометр с пневматическим нагружением. Рассмотрим конструкцию прессиометра марки ТЕХАМ. В прессиометрах механическая нагрузка передается на исследуемый грунт в горизонтальном направлении. В скважину помещают специальную камеру – прессиометр, которая фиксирует изменения в структуре породы по мере увеличения степени воздействия на стенки гидравлическим способом. Гидравлическое усилие передается на исследуемый грунт ступенями, при этом фиксируется величина давления и ход поршня в цилиндре прессиометра TEXAM, выталкивающего воду и передающего давление в магистраль прессиометра и на зонд. Ход поршня, работающего в цилиндре, соответствует определенному объему воды, поступающей в магистраль прессиометра. Максимальный ход поршня составляет 7 дюмов или 17,780 см. Зная первоначальный объем прессиометрического зонда, его длину и первоначальный радиус, рассчитывается приращение/изменение радиуса зонда при нагнетании давления и определяется приращение/изменение размера (радиуса) скважины в ходе испытания. По результатам прессиометрических исследований строятся графики зависимости деформаций (относительных) изменения радиуса зонда или размера скважины от давления и определяется модуль общей деформации на различных интервалах давления, в том числе линейном участке, а также существует возможность оценки критических/предельных давлений для слабых грунтов или ослабленных твердых глин. Основные достоинства прессиометра Texam это возможность создания давления до 10 МПа и наличие трех манометров, позволяющих работать в интервале невысоких давлений (до 500 кПа, манометр 3) в слабых грунтах и до 2500-10000 кПа (манометры 6 и 7) в литифицированных плотных разностях.

  • контрольный ящик с гидравлической системой и манометрами
  • индикатор хода поршня, выталкивающего воду

Конструктивные части прессиометра Texam (рис. выше): а) контрольный ящик с гидравлической системой и манометрами; б) индикатор хода поршня, выталкивающего воду;

Методика проведения

Подготовка к проведению испытания прессиометрическим исследованиям в скважинах включает: а) Калибровку объема прессиометрического зонда, которая заключается в имитации работы прессиометрического зонда в скважине за счет помещения зонда в калибровочную трубу и передачи давления ступенями с приращением 100-500 кПа до максимальной величины рабочего давления с последуюшей фиксацией изменения показаний индикатора; б) Калибровку мембраны (сопротивления мембраны) прессиометрического зонда за счет передачи давления и свободного раздувания зонда с последующим определением величины давления, отвечающего приращениям показания индикатора от начального значения до 7 дюймов (17,78 см). в) Бурение скважины для проведения прессиометрических испытаний.

Подготовка качественной скважины это наиболее важный этап при проведении прессиометрических исследований! Буровое оборудование и способ бурения должны оказывать наименьшее воздействие на возможность нарушения стенок скважины и естественного напряженного состояния грунтов. Надо отметить, что большая исследовательская работа была потрачена на попытку прояснить последствия таких помех на последующих испытательных кривых, но основная проблема в том, что исследователям так и не удалось достоверно оценить по измеренным тестовым кривым степень нарушения структуры грунта, вызванного установкой зонда.

Ниже приведены основные требования для качественной подготовки скважины для прессиометрических исследований.

1. Бурение скважины в четвертичных отложениях с обсадкой верхней части скважины обсадными трубами. 2. Бурение в толще, например, водонасыщенных песков средней крупности осуществляется с промывкой с медленной циркуляцией бурового раствора, вращение должно быть медленным (60 оборотов в минуту). 3. Бурение скважины под прессиометрические исследования должно производиться только под один интервал прессиометрии. Прессиометрический зонд опускается в буровую скважину на бурильных трубах. Зонд опускают в предварительно пробуренный "карман" буровой скважины диаметром 76 мм (для отечественного оборудования 92 мм) на исследуемый интервал (рис.2). 4. В процессе спуска прессиометрического зонда на прессиометр на передают давление через бурильные трубы. При затрудненном прохождении прессиометра в скважину, все действия по опусканию зонда должны проводиться вручную. 5. В скважину устанавливают зонд таким образом, чтобы середина камеры зонда была расположена на отметке испытания.

Принципиальное значение для достоверности получаемых результатов в процессе проведения прессиометрических исследований имеет диаметр скважины, который должен соответствовать диаметру прессиометра с определенными условиями. Диаметр бурового оборудования – d1, диаметр прессиометра – d2, начальный диаметр скважины – d3. Соответственно, должны удовлетворяться следующие условия:

d2 ≤ d1 ≤ 1.03d2

1.03d2 ≤ d3 ≤ 1.20 d2

Соблюдение этих условий способствует получению скважины должного диаметра (не слишком маленькой и не слишком большой).

Процесс установки зонда на буровых трубах в подготовленную скважину

Рис.2 Процесс установки зонда на буровых трубах в подготовленную скважину

Проведение прессиометрических исследований грунтов (объект культурного наследия в г. Краснодаре)

Рис. 2. Проведение прессиометрических исследований грунтов (объект культурного наследия в г. Краснодаре)

Проведение прессиометрических испытаний

После подготовительных работ и спуска прессиометра на нужную глубину в прессиометр подавалось давление ступенями по 20-50 кПа до касания оболочкой прессиометра стенок скважины. При использовании гидравлического прессиометра к измеренному манометру давлению добавлялось гидростатическое давление столба воды в гидромагистрали прессиометра и учитывались данные калибровки объема прессиометра и мембраны, проведенные как в лаборатории, так и в полевых условиях. В соответствии с техническим заданием для здания I уровня ответственности по ГОСТ 20276-2012, прессиометрические испытания в верхнекотлинских глинах верхнего венда проводились в «медленном» режиме. Каждая ступень давления выдерживалась до условной стабилизации деформации глин. За критерий условной стабилизации деформации принималась скорость увеличения радиуса скважины не более 0.1 мм за 30 минут, принимая во внимание, что глины находятся в твердой консистенции (IL≤0.25). В процессе проведения прессиометрических исследований в скважинах велись полевые журналы испытаний.

Обработка результатов прессиометрических исследований

Журналы прессиометрических испытаний передаются в камеральную группу для дальнейшей обработки:

  • введение поправки на гидростатическое давление столба воды в магистрали прессиометра;
  • введение поправки с учетом калибровки объема и мембраны; - построение графика зависимости приращения оболочки прессиометра от давления (r=f(p));
  • определение прямолинейного участка графика;
  • расчет модуля деформации на прямолинейном участке графика в соответствии с п.6.5.2. ГОСТ 20276-2012.

Результаты прессиометрических испытаний представляются в виде паспортов. При специальном задании и наличии параллельно выполненных штамповых испытаний может быть произведен расчет коэффициента анизотропии,. Примеры представления результатов прессиометрических испытаний представлены ниже.

Примеры:

  • сводная таблица результатов прессиометрических испытаний грунта
  • паспорта прессиометрических испытаний
  • паспорт прессиометрического опыта
  • развитие деформаций во времени

Проведение прессиометрических испытаний в соответствии с ISO 22476-4 и ASTM D 4719-07

Основными документами, определяющими принципы и методики геологических изысканий, на территории России являются СП 11-105-97, СП 446.1325800.2019 и СП 47.13330.2016, а за её пределами Американская система ASTM и европейская система Еврокодов – ISO. В других зарубежных странах используются нормы максимально приближенные к системам ASTM и ISO.

Главное отличие американских норм от отечественных и европейских – необходимость оценки модуля деформации по ветви повторного нагружения. Однако, вокруг данного положения существует множество споров. Например, на лекции посвященной разработчику прессиомера Менарду в 2013 г., Бриад (Briaud) заявил, что он не одобряет оценку модуля деформации после разгрузки в предварительно пробуренной скважине, так как это связано с высокой неопределенностью полученных результатов измерений.

Получите консультацию специалиста по телефону:
Инженер ООО НПО Геосмарт" Александр +7-908-579-39-03

Другие услуги компании "ГЕОСМАРТ":

Работаем по всей России и СНГ!
Рассчитайте стоимость испытаний

Отправьте заявку и вам перезвонит специалист
* - Поля обязательные для заполнения
Нажимая на кнопку «Отправить»,
я даю согласие на обработку персональных данных