Методы исследования сжимаемости грунтов в полевых условиях

1. Метод испытания штампом.

Испытания статической нагрузкой при инженерно-геологической разведке участков предполагаемого строительства производится в шурфах и скважинах. Испытания проводят с помощью штампов. В процессе опытов нагрузку увеличивают ступенями до стабилизации осадки от каждой ступени.

Сущность метода

Ø Испытание грунта штампом проводят для определения следующих характеристик деформируемости: модуля деформации Е для крупнообломочных грунтов, песков, глинистых, органоминеральных и органических грунтов; начального просадочного давления p_sl, относительной деформации просадочности e_sl для просадочных глинистых грунтов при испытании с замачиванием, кроме набухающих и засоленных грунтов при испытании с замачиванием.

Ø Характеристики определяют по результатам нагружения грунта вертикальной нагрузкой в забое горной выработки с помощью штампа.

Ø Результаты испытаний оформляют в виде графиков зависимости осадки штампа от нагрузки.

Ø При испытании грунта в шурфе размеры шурфа определяют в зависимости от необходимости крепления его стен и глубины проходки. Минимальные размеры шурфа в плане - 1,5 ´ 1,5 м.

Ø Диаметр опытной буровой скважины должен быть 325 мм. Бурение скважины следует вести с обсадкой трубами до забоя.

Ø Замачивание просадочных грунтов при испытаниях в котлованах и дудках следует проводить до степени влажности S_r > 0,8 на глубину не менее двух диаметров штампа ниже его подошвы.

Оборудование и приборы

Ø В состав установки для испытания грунта штампом должны входить:

- штамп;

- устройство для создания и измерения нагрузки на штамп;

- анкерное устройство (для установок без грузовой платформы);

- устройство для измерения осадок штампа;

- устройство для замачивания и контроля влажности грунта (при испытании просадочных грунтов).

Ø Конструкция установки должна обеспечивать:

- возможность нагружения штампа ступенями давления по 0,01 - 0,1 МПа;

- центрированную передачу нагрузки на штамп;

- постоянство давления на каждой ступени нагружения.

Ø Штампы должны быть жесткими, круглой формы;

Ø Нагружение штампа осуществляют домкратом или тарированным грузом.

Подготовка к испытанию

Ø При испытаниях в котлованах, шурфах и дудках штамп с плоской подошвой устанавливают на дно выработки. Для достижения плотного контакта подошвы штампа с грунтом необходимо произвести не менее двух поворотов штампа вокруг его вертикальной оси, меняя направление поворота. После установки штампа проверяют горизонтальность его положения. Стенки выемки при необходимости следует закрепить.

Ø Поверхность грунта в пределах площади установки штампа должна быть тщательно спланирована.

Ø После установки штампа монтируют устройство для нагружения штампа, анкерное устройство и измерительную систему.

Ø Контрольный прогибомер устанавливают на реперной системе, его нить закрепляют к неподвижному реперу, устраиваемому в стене выработки; длина нити должна быть равна длине нити прогибомера, измеряющего осадку штампа.

Ø После монтажа всех устройств и измерительной системы записывают начальные показания приборов.

Проведение испытания

Ø Нагрузку на штамп следует увеличивать ступенями.

Ø Каждую ступень давления выдерживают до условной стабилизации деформации грунта (осадки штампа).

Ø Испытания просадочных грунтов с замачиванием следует проводить по схеме «двух кривых» или «одной кривой».

Выбор схемы испытаний должен быть произведен в зависимости от комплекса характеристик, необходимых для проектирования.

Испытания по схеме «двух кривых» следует выполнять при необходимости определения полного комплекса характеристик, по схеме «одной кривой» - в случаях, когда достаточно определить модуль деформации грунта природной влажности и относительную просадочность при одном заданном давлении.

Ø Давление должно быть установлено с учетом предполагаемого фактического давления на грунт в основании фундамента, равного сумме давлений от нагрузки фундамента и собственного веса грунта в насыщенном водой состоянии на отметке испытания.

Ø За критерий условной стабилизации просадки грунта следует принимать скорость осадки штампа, не превышающую 0,1 мм за два часа.

Ø Замачивание просадочных грунтов в основании штампа в котлованах, шурфах и дудках следует производить рассредоточенной струёй во избежание размыва грунта, поддерживая уровень воды на 5 - 10 см выше поверхности песчаной подушки и измеряя расход воды.

Ø По окончании испытаний выработку следует углубить ниже отметки испытания на глубину не менее двух диаметров штампа для контроля однородности испытываемого грунта.

2. Метод испытания радиальным прессиометром.

Прессиометрию применяют для определения деформационных свойств песчано-глинистых и щебнисто-глинистых пород в буровых скважинах.

Метод заключается в измерении осадки грунта, вскрытого в стенке скважины, под действием давления.

В скважину на требуемую глубину опускают снаряд прессиометра с эластичными стенками, разделенный на три камеры: рабочую и две вспомогательные. Затем прикладывают нагрузку на эластичные стенки снаряда и измеряют деформации породы. Измерение деформаций проводят: при испытаниях по схеме быстрого нагружения – через 10 с, по схеме медленного нагружения через 1 мин до наступления условной стабилизации.

Величину ступеней нагружения принимают в зависимости от консистенции пород. Общее число ступеней нагружения должно быть не менее 6-8; конечная ступень должна быть на 25-50% меньше предыдущей, при которой был получен резкий скачок в приросте деформаций.

По данным испытаний пород составляют график S = f (р) и определяют модуль деформации Е.

Сущность метода

Ø Испытание грунта радиальным прессиометром проводят для определения модуля деформации Е песков, глинистых, органоминеральных и органических грунтов.

Ø Модуль деформации определяют по результатам нагружения грунта горизонтальной нагрузкой в стенках скважины с помощью радиального прессиометра.

Результаты испытания оформляют в виде графика зависимости горизонтальных перемещений грунта от горизонтального давления.

Ø При испытании грунта радиальным прессиометром применяют следующее оборудование и способы проходки скважин, обеспечивающие сохранение природного напряженного состояния грунта:

-самозабуривающиеся прессиометры;

-бурение скважин под защитой тяжелых растворов;

-проходку участка скважины, на котором будут производиться испытания, с помощью подвижной колонны обсадных труб.

В грунтах, обеспечивающих устойчивость стенок скважины, допускается проведение испытаний без сохранения природного напряженного состояния. При этом обязательным является сохранение природного сложения грунтов.

Ø Диаметр скважин не должен превышать диаметр зонда прессиометра более чем на 10мм.

Оборудование и приборы

Ø В состав установки для испытания грунта радиальным прессиометром должны входить:

- рабочая камера (зонд) с эластичной оболочкой;

- устройство для создания и измерения давления в камере зонда;

- устройство для измерения перемещений оболочки зонда.

Подготовка к испытанию

Ø В скважину устанавливают зонд таким образом, чтобы середина камеры зонда была расположена на отметке испытания.

Ø Далее на отметку испытания опускают зонд прессиометра, рабочая оболочка которого смазана глинистой суспензией из бентонитовой глины или солидолом.

Ø После установки зонда на отметке испытания необходимо смонтировать устройства для создания и измерения давления в камере зонда и измерения перемещения оболочки зонда.

Проведение испытания

Ø В камере зонда создают давление ступенями по 0,025 МПа до момента соприкосновения оболочки зонда со стенками скважины, а далее - ступенями.

Ø При определении давления на стенку скважины в случае применения гидравлических прессиометров независимо от обводненности скважины необходимо к измеренному манометром давлению добавлять гидростатическое давление столба жидкости в гидромагистрали прессиометра.

Ø Каждую ступень давления выдерживают до условной стабилизации деформации грунта.

3. Метод испытания лопастным прессиометром.

10. Полевые методы исследования грунтов по оценке несущей способности свай.

Ø статические испытания свай и свай-штампов;

Ø динамические испытания;

Ø испытания грунтов эталонной сваей;

Ø испытания свай-зондов;

Ø испытания статическим зондированием.

Натурная свая - обычная по материалу, конструкции и размеру свая, применяемая в строительстве.

Эталонная свая - забивная инвентарная металлическая составная свая диаметром 114 мм.

Свая-зонд - забивная инвентарная металлическая составная свая диаметром 127 мм с коническим наконечником и муфтой трения.

Полевые испытания грунтов сваями, проводимые при инженерных изысканиях для строительства, выполняют для обоснования выбора типа фундаментов, их параметров и способов устройства, в том числе:

Ø определения вида и размеров свай и их несущей способности;

Ø проверки возможности погружения свай на намечаемую глубину, а также относительной оценки однородности грунтов по их сопротивлению погружению свай;

Ø определения зависимости перемещения свай в грунте от нагрузок и во времени.

В состав установки для испытания грунтов сваями статическими вдавливающими, выдергивающими или горизонтальными нагрузками должны входить:

- устройство для нагружения сваи (домкраты или тарированный груз);

- опорная конструкция для восприятия реактивных сил (система балок или ферм с анкерными сваями и/или грузовая платформа);

- устройство для измерения перемещений сваи в процессе испытания (реперная система с измерительными приборами).

В комплект оборудования для полевых испытаний грунтов эталонной сваей и сваей-зондом, кроме того, должны входить:

- эталонная свая или свая-зонд;

- механизм для забивки эталонной сваи или сваи-зонда в грунт, используемый также для испытания динамической нагрузкой;

- устройство для извлечения эталонной сваи или сваи-зонда из грунта после проведения испытаний.