Обследование, испытание,
мониторинг сооружений
+3 8 (044) 599-34-45

Грунтовая лаборатория (испытания грунтов)

Наша ГРУНТОВАЯ ЛАБОРАТОРИЯ осуществляет широкий спектр, как лабораторных исследований, так и полевых изысканий на объектах Заказчика.

Инженерные изыскания являются весьма важной составляющей строительной отрасли, поскольку от качества выполнения изысканий во многом зависит стоимость строительства, а также надёжность и долговечность построенных сооружений. Это утверждение особенно актуально для настоящего времени, когда в силу целого ряда причин возникает необходимость строительства инженерных сооружений среди сложившейся городской застройки, на территориях, которые ранее не были использованы в виду их ограниченной пригодности для строительства. При этом, следует иметь в виду тенденцию проектирования всё более сложных инженерных конструкций, которые требуют более надёжной оценки состояния и свойств основания этих сооружений, в том числе и во времени.

По результатам выполненных инженерно-геологических изысканий при необходимости строится математическая модель пространственного напряженно-деформированного состояния грунтов основания c учетом этапов возведения проектируемых сооружений. По данным моделирования уточняется зона влияния проектируемого котлована и возводимых в нем сооружений, определяются величины возможных при этом деформаций в различных точках проектируемого котлована, осадки и прогибы фундаментов, влияние строительства на расположенные рядом здания.

Ещё одной особенностью современного строительства можно считать максимально возможное переустройство, как правило, расширение, надстройка существующих зданий и сооружений. Проектному решению такого переустройства должна предшествовать оценка работоспособности существующей конструкции и несущей способности фундамента существующего сооружения, которая обусловлена состоянием и свойствами грунтов, на которых оно построено.

1.Электротомография.

Метод электрических сопротивлений основан на изучении удельных электрических сопротивлений горных пород и грунтов. При пропускании тока через питающие электроды (С1 и С2 - токовые электроды, обычно выполняемые ввиде металлических штырей), в окружающей среде создается электрическое поле. Приемные электроды (Р1 и Р2), как правило, располагаются на направлении, соединяющем питающие электроды. Между электродами Р1 и Р2 измеряется разность потенциалов V.

Для измерения электрического сопротивления применяют различные типы установок, отличающихся одна от другой числом токовых (питающих) и измерительных (приемных) электродов и взаимным их расположением. Как правило, тип установки определяется особенностями решаемой задачи и геоэлектрическим разрезом объекта исследований. Так как измеряемое сопротивление зависит от конфигурации установки, оно называется "кажущееся сопротивление".

Глубина проникновения электрического тока вглубь грунта или массива горных пород во всех электродных установках определяется расстоянием между токовыми (илиприемными) электродами, поэтому увеличение расстояния между ними ведет к увеличению глубины исследуемых объектов.

Одномерные электродные установки, широко применялись до середины девяностых годов прошлого столетия, несмотря на то, что практически все геологические, геоинженерные и геоэкологические объекты являются трехмерными. Исследования, как правило, проводили либо в виде вертикальных электрических зондирований (ВЭЗ), либо в виде профилирований. При проведении ВЭЗ обычно при неизменном положении центра установки постепенно увеличивали расстояние между питающими электродами ("разнос"), т.о. увеличивая глубину измерений. Профилирование заключается в измерении кажущихся сопротивлений с помощью установок постоянного размера вдоль заданных направлений (профилей).

Быстрое развитие компьютерной техники, специального программного обеспечения и полевого оборудования позволили перейти от одномерных измерений электрического сопротивления к двухмерным (2D) (рис.1) и даже трехмерным (3D) (рис.2) измерительным схемам.

                    

Рисунок 1. Двухмерное представление (2D).

 

Рисунок 2. Трехмерное представление (3D).

Двухмерные (2D) и трехмерные (3D) измерения основаны на применении мультиэлетродных установок вместо четырехэлектродных. Измерительный комплекс, в этом случае, состоит из источника тока, измерителей тока и разности потенциалов 15 или более электродов, соединенных в единую цепочку, и центрального компьютера, управляющего работой всей системы. Центральный компьютер обращается к определенной четверке электродов и производит измерение электрического сопротивления грунта (или горных пород), после чего, следуя специальной программе, переключает работу системы на следующую четверку электродов и т.д. до тех пор, пока все возможные комбинации электродов не будут задействованы. Т.о., двух- и трехмерные схемы представляют собой некую комбинацию большого количества вертикальных электрических зондирований и профилирований, причем измерения производятся в автоматическом режиме. Рассмотренный метод получил название электротомография. Особенностью электротомографии является увеличение производительности и качества геофизических работ, возможности применять эффективные алгоритмы инверсии для двумерных и трехмерных объектов.

Для электротомографических изысканий наша компания использует оборудование (Sting R1, США), которое состоит из источника тока, измерителей тока и разности  потенциалов, 30 электродов, соединенных в единую цепочку, и центрального компьютера, управляющего работой всей системы. Обработка данных полевых наблюдений осуществляется современной программой для двух или трехмерной инверсии (EarthImager 2D, 3D). Применяемый комплекс методов позволяет уверенно выделить отдельные геологические единицы в геологическом разрезе, определить возможные зоны тектонический нарушений и зоны оползней.

         Пример. Разведка скрытых провалов и суффозий.

         1 – алювиальные породы

2 – конгломераты

3 – пески

4 – мергели

5 – зона провала 


 2. Испытания грунтов штампом в котлованах, шурфах и в скважинах

 

Подготовка к испытаниям

  •         Для испытаний в котлованах и шурфах следует применять жесткий круглый штамп с плоской подошвой площадью 2500 см2 при крупнообломочных отложениях, плотных песках и глинистых грунтах с показателем консистенции JL>0,25.
  •    Допускается использовать центральный штамп площадью 1000 см2 с кольцевым симметрично расположенным штампом площадью не менее 5000 см2. Кольцевой штамп предназначен для создания вокруг основного штампа пригрузки с интенсивностью, равной по величине природному давлению.
  •      Для испытаний грунтов в буровых скважинах рекомендуется использовать жесткий круглый штамп с плоской подошвой площадью не менее 600 см2.
  •      Форму и размеры поперечного сечения в плане шурфов назначают исходя из удобства производства работ по установке штампа, монтажу и демонтажу испытательной и реперных установок. Минимальный размер шурфа, в плане 1,5´1,5 м. Способы проходки шурфов, скважин и других выработок должны обеспечить сохранность естественного состояния грунтов забоя выработки.
  •      Для испытания следует использовать скважины диаметром не менее 33 см.
  •    Скважины в грунтах надлежит бурить вертикально с инвентарными обсадными трубами до отметки испытания. При испытании несущей способности нескальных грунтов в скважинах их следует бурить станками вращательного действия. При бурении скважин для испытания водонасыщенных грунтов не допускается понижение уровня грунтовых вод в скважине по сравнению с природным.
  •       Дно скважины должно располагаться на 0,1-0,2 м выше уровня установки подошвы штампа. Зачистку оставшегося грунта производят непосредственно перед установкой штампа.
  •      Загрузку штампов можно производить с помощью гидравлического домкрата или тарированного груза, усилие от которых должно прикладываться к центру штампа.
  •    Испытательные установки дли загружения штампа с помощью гидравлического домкрата и загрузочной платформы удовлетворять следующим требованиям:
    а) вес загрузочной платформы должен превышать не менее чем в 1,5 раза величину максимальной испытательной нагрузки, назначаемой проектной организацией;
б) загрузочная платформа должна опираться на четыре точки, по две с каждой стороны котлована или шурфа.
  •                      Места крепления реперной установки должны быть удалены не менее чем на 1 м от краев выработки, в которой производится испытание, или на 1,5 м от боковой поверхности штампа.
  •                В сухих или осушенных котлованах и в шурфах, штамп следует устанавливать на спланированную площадку основания. В случае затруднений с осуществлением непосредственной зачистки грунта планировку площадки рекомендуется произвести путем отсыпки маловлажного песка слоем толщиной до 5 см на поверхность крупнообломочных отложений и до 2 см на поверхность глинистых грунтов.
  •                        Для обеспечения плотного прилегания штампа к грунту следует его подошву смазать технический маслом, а после установки на грунт или песчаную подготовку повернуть вокруг вертикальной оси несколько раз на четверть оборота в противоположных направлениях.
  •          Связный грунт в пределах зоны расположения штампа в период положительных температур воздуха следует защищать от избыточного увлажнения путем устройства отводов воды, а при отрицательных температурах воздуха – от промерзания путем устройства теплоизолирующего покрытия штампа и прилегающей к нему зоны грунтов.
                 СХЕМЫ УСТАНОВОК ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ГРУНТОВ ШТАМПОМ
                   

               

Проведение испытаний

  •  Испытания грунтов штампом производят ступенчато-возрастающей вдавливающей нагрузкой.
  •   Испытания начинают с предварительного уплотнения грунта нагрузкой, создающей природное давление на грунт в уровне подошвы штампа, но не менее 0,5 кгс/см2.
  •   Предварительное уплотнение грунта и последующее нагружение штампа производят ступенями, создающими давления в уровне подошвы штампа:
            а) для крупнообломочных и плотных песчаных грунтов – 1 кгс/см2;
б) для песчаных грунтов средней плотности – 0,5 кгс/см2;
в) для глинистых грунтов в зависимости от их показателя консистенции JL и пористости E – согласно таблицы
  • Показатель консистенции грунтов

    Давления на ступени нагрузки, кгс/см2, при пористости Е

    Е < 0,5

    0,5 £ Е £ 0,8

    Е > 0,8

    JL < 0,25

    1

    1

    0,8

    0,25 £ JL £ 0,75

    1

    0,5

    0,5


  •           При испытаниях грунтов дочетвертичного периода ступени нагрузок могут быть приняты соответствующими давлениям до 2 кгс/см2.
  •    При назначении величины первой ступени нагрузки для предварительного уплотнения грунта штампом следует учитывать вес элементов испытательной установки, передающей давление на штамп.
  •    В процессе предварительного уплотнения грунта штампом каждую ступень нагрузки рекомендуемся выдерживать не менее:
            а) при крупнообломочных и песчаных грунтах – 5 мин;

            б)при глинистых грунтах – 30 мин.

  •     Последнюю ступень нагрузки предварительного уплотнения и все последующие ступени следует выдерживать до условной стабилизации осадки основания.
  •    За условную стабилизацию осадки основания на каждой ступени нагрузку принимают приращение осадки штампа не более 0,1 мм в течение 30 мин при крупнообломочных и песчаных грунтах и 1 ч при глинистых грунтах. Время выдержки каждой последующей ступени нагрузки должно быть не менее времени выдержки предыдущей.
  •    Общее количество ступеней нагрузки штампа, включая последнюю ступень нагрузки предварительного уплотнения грунта, должно быть не менее пяти.
  •    Осадку штампа следует определять как среднее арифметическое значение из показаний двух прогибомеров, измеряющих с точностью 0,1 мм осадку двух противоположных сторон штампа.

Обработка результатов

По результатам испытания грунтов статическими нагрузками оценивают их сжимаемость, количественной характеристикой которой служит модуль деформации К. Для вычисления модуля деформации отроят график зависимости осадки от давления, откладывая по оси абсцисс значения Р (в масштабе 1 см - 0,025 МПа) и по оси ординат соответствующие им условно стабилизированные значения S(в масштабе 1 см - 1 мм осадки). Через нанесенные на график четыре опытные точки каждой ступени нагрузки необходимо провести осредненную прямую методом наименьших квадратов. За начальные значения Р0 и S0 (первая точка, включаемая в осреднение) следует принимать давление, равное природному давлению Рб и соответствующую осадку; за конечные значения РП и SП- значения Рi и Si , соответствующие четвертой точке графика на прямолинейном участке. Если при давлении Рi приращение осадки будет вдвое больше, чем для предыдущей ступени давления Рi-1, а при последующей ступени давления Рi+1 приращение осадки будет равно или больше приращения осадки при Рi, то зa конечное значение РП и SП следует принимать Рi-1 и Si-1. При этом число включаемых в осреднение точек должно быть не менее трех. В противном случае при испытании грунта необходимо применять меньшие по величине ступени давления. Для построения осредняющей прямой допускается использование графических методов.

Модуль деформации грунта E следует вычислять для прямолинейного участка графика S =f(Р) по формуле 1. Результаты определения модуля деформации следует выражать с точностью: 1,0 МПа при Е > 10,0 МПа; 0,5 МПа при Е = 2,0÷10,0 МПа и 0,1 МПа при E < 2,0 МПа.

Получаемый по результатам испытаний график S =f(Р) часто отличается от идеализированной, кривой. Ниже приведены графики, встречающиеся на практике (рис). Рассмотрим наиболее характерные.

1. На первых ступенях нагрузки осадки отсутствуют, и кривая графика начинается не с нуля (см. рис. 4, кривая 1). Отсутствие осадки на первых ступенях пытаются объяснить тем, что измерительные приборы устанавливаются после монтажа всей установки, и, таким образом, возможны осадки под действием веса установки, которые не были измерены в процессе нагружения первыми ступенями дав­ления. Однако некоторые исследователи считают, что такое объяснение графика возможно лишь для сильносжимаемых слабых грунтов, так как установки при площади штампа 5000 см2 создают давление от собственного веса редко превышающее 0,01 МПа, Они же склонны объяснять это явление свойствами самого грунта, его структурной прочностью, а также тем, что грунт находится в переуплотненном состоянии. В данном случае неизмеренная осадка (+ ΔSН) должна быть учтена при интерпретации результатов и прибавлена к общей осадке грунтов под штампом, а график должен быть параллельно перенесен вниз.

2. На начальных участках графика наблюдается значительный рост осадки, которая затем уменьшается (см. рис., кривая 2). Такая осадка является следствием плохой зачистки грунта под штампом либо наличием выступающих твердых включений в породе. При интерпретации графика неизмеренную осадку (- ΔSН) следует вычесть из общей осадки грунтов под штампом, а исправленный график следует переместить вверх.

3. Осадки, закономерно возрастающие с увеличением нагрузки, при достижении некоторого давления начинают уменьшаться и кривая графика становится более пологой (см. рис., кривая 3). Такой вид графика свидетельствует о наличии на небольшой глубине под штампом либо прослойки более плотного грунта в сжимаемой зоне, либо крупных включений (галек, камней, валунов). Результаты такого испытания не могут быть использованы. Грунт под штампом должен быть проверен путем углубления выработки, а испытание повторено на другом месте.

Обычно график зависимости S=f(P) совмещают с графиками зависимости осадки от времени S=f(t) при каждой ступени нагрузки Рi = const. При необходимости график S = f(P) дополняют ветвью разгрузки. Разгрузка штампа производится ступенями вдвое превышающими ступень нагрузки, наблюдения за восстановлением осадки во времени производится в течение одного часа для каждой ступени разгрузки.