Испытания грунтов штампами

Одним из наиболее достоверных методов определения модуля деформации грунтов являются штамповые испытания.

Цель испытаний. Проводятся для определения модуля деформации, относительной просадочности и начального просадочного давления.

Условия применения. В соответствии с ГОСТ 20276-2012 метод применяется для испытания крупнообломочных, песчаных и глинистых пород. Испытания проводятся в котлованах, шурфах с минимальным сечением 1,5Х 1,5 м, дудках диаметром 0,9 м и буровых скважинах диаметром 325 мм. При испытаниях на глубинах до 6 м и низком уровне грунтовых вод предпочтение отдается шурфам; при проведении опыта на глубине от 6 до 20 м, а также ниже уровня грунтовых вод испытания проводятся в скважинах. Испытания на глубине более 20 м проводятся по специальной методике.

Сущность метода. Метод заключается в сжатии пород плоским металлическим штампом под определенной нагрузкой и замере возникающих при этом перемещений штампа.

Преимущества и недостатки метода. Испытания пород штампом позволяют получить наиболее достоверные значения модуля деформации. К недостаткам метода относятся: трудоемкость подготовительных работ, громоздкость оборудования и дороговизна опыта.

Оборудование. Основное оборудование — установки для испытания пород штампами и сами штампы. Площадь, диаметр и конструкция штампов выбираются в соответствии с табл. 5.1 ГОСТ 20276-2012.

При изысканиях для проектирования зданий и сооружений, чувствительных к неравномерным осадкам, а также в сложных или средней сложности инженерно-геологических условиях испытания проводят в двух-трех точках под каждое здание и сооружение. В простых инженерно-геологических условиях испытания выполняют в двух-трех точках для группы зданий и сооружений.

Определение деформационных характеристик в точке проводятся для каждого инженерно-геологического элемента в пределах сферы взаимодействия зданий и сооружений с грунтами основания.

Подготовка к испытанию. При испытаниях в котлованах, шурфах и дудках штамп устанавливают на предварительно спланированную по­верхность. Для достижения плотного контакта подошвы штампа с грунтом про­изводят два-три поворота штампа вокруг его вертикальной оси, меняя направление поворота. После установки штампа проверяют горизонтальность его положения. В глинистых породах текучепластичной и текучей консистенции штамп уста­навливают в выемку глубиной 40—60 см. Поперечник выемки не должен пре­вышать диаметр штампа более чем на 10 см. Стенки выемки при необходимости закрепляют. В случае затруднений с планировкой грунта под штампом устраивают подушку из песка.

Скважины для испытаний штампом бурят ударно-канатным, вибрационным или вращательным способами. С глубины 1,5—2 м выше отметки испытания скважину бурят с особой осторожностью с тем, чтобы как можно лучше сохранить забой скважины в ненарушенном состоянии.

После окончания бурения забой скважины тщательно зачищают специальным зачистителем и в скважину опускают штамп на трубах диаметром 219 мм. ­Подошва штампа располагается ниже башмака обсадной трубы на 2 см.

После установки штампа монтируют устройство для его нагрузки, анкерное устройство и измерительную систему.

Проведение испытания. Испытание проводится плавным приложением нагрузки к штампу. Нагрузка производится ступенями давлений, указанными в таблицах 5.2-5.4 ГОСТ 20276-2012.

Общее количество ступеней давления должно быть не менее пяти. Каждую ступень выдерживают во времени до условной стабилизации осадки. За условную стабилизацию принимают приращение осадки штампа, не превышающее 0,1 мм за время по табл.5.2-5.4 ГОСТ 20276-2012.

Осадку определяют как среднеарифметическое показаний двух прогибомеров или самописцев, фиксирующих осадку противоположных сторон штампа. Измерение осадок прогибомерами производят через определенные интервалы времени.

Испытания просадочных пород с замачиванием основания штампа производят по схеме «двух кривых» или «одной кривой». Испытания по схеме «двух кривых» выполняют при необходимости определения полного комплекса характеристик (модуля деформации породы природной влажности и в водонасыщенном состоянии, начального просадочного давления и относительной просадочности при различных давлениях), по схеме «одной кривой» — в случаях, когда достаточно определить модуль деформации породы природной влажности и относи­тельную просадочность при одной величине заданного давления.

При испытаниях по схеме «одной кривой» нагрузку на штамп производят ступенями до заданного давления, устанавливаемого с учетом предполагаемого фактического давления на породу в основании фундаментов.

После достижения условной стабилизации осадки на последней ступени породу в основании штампа замачивают с измерением просадки грунта до его условной стабилизации. За условную стабилизацию принимают приращение осадки штампа, не превышающее 0,1 мм за 2 ч.

Испытания по схеме «двух кривых» производят на одной глубине в двух шурфах, расположенных на расстоянии 5—6 м. В одном шурфе испытание про­водится по описанной выше методике, а в другом породу замачивают после мон­тажа установки до приложения нагрузки и затем нагружают штамп до заданного давления, продолжая замачивание породы.

Дополнительные работы. После окончания опыта выработку углубляют ниже отметки установки штампа на величину, равную двум диаме­трам штампа с целью проверки однородности породы, наличия крупных вклю­чений и других факторов, влияющих на результаты испытания. Если в пределах углубки встретится другая порода, результаты испытания в расчет не принимаются.

Испытания сопровождаются отбором монолитов с отметок установки штампа с целью определения физических и деформационных характеристик в лаборатории. В котлованах и шурфах монолит отбирают на расстоянии 1 —1,5 м от края штампа. Если испытания проводятся в скважинах, то в 1—1,5 м от испытательной скважины бурят скважину диаметром 127 мм для отбора монолита с отметки проведения испытания.

Физические характеристики пород необходимы для правильной интерпретации результатов штамповых испытаний, что особенно важно в случае существенного расхождения значений модуля деформации, полученного в разных точках для одного и того же слоя. Кроме того, систематизация материалов и сопо­ставление результатов полевых и лабораторных исследований позволяют выявить корреляционную зависимость между деформационными и физическими характеристиками пород. Установленные закономерности дают возможность распространять результаты штамповых испытаний на территории, где полевые исследования свойств пород не проводились, но по которым имеются сведения о физических характеристиках грунтов.

Сопоставление деформационных характеристик, полученных в поле и в ла­боратории, позволяет установить соотношение между этими величинами, что также очень важно при отсутствии или ограниченном числе полевых испытаний.

Обработка результатов испытаний. По данным измерения осадки штампа на каждой ступени давлений строят график зависимости осадки от давления.

Через нанесенные на графике четыре опытные точки проводят усредненную прямую. За начальные значения принимается давление, равное природ­ному, и соответствующая осад­ка; за конечные значения – величины, соответствующие четвертой точке графика на прямо­линейном участке.

Модуль деформации вычисляется по формуле

Коэффициент Пуассона принимается за 0,27 для крупнообломочных пород; 0,30 —для песков и супесей; 0,35 —для суглинков; 0,42 —для глин.

Кр - коэффициент, принимаемый в зависимости от заглубления штампа;

К1 - коэффициент, принимаемый равным 0,79.

P.S.

Если же на объекте предусмотрено много штамповых испытаний, а выполнить их не представляется возможным, могу помочь в разработке протоколов, по цене договоримся - пишите на почту glgeolog@yandex.ru.