Испытания грунтов прессиометром

Первый прессиометр появился около ста лет назад, а уже в середине ХХ века конструкция прибора приобретает вид, актуальный и в наши дни. В зависимости от доступности источников энергии выбирают тип прессиометра:

· электропневматические

· гидравлические, в том числе и пневмогидравлические.

· Высокая эффективность и точность.

· Экономичность, благодаря низкой себестоимости процедуры.

· Компактность и хорошая транспортабельность оборудования.

· Время исследования модуля деформации грунта в одной скважине около 0,5 часа.

· Заглубление для проведения измерений составляет 50 метров.

· Для испытания нужны скважины минимального диаметра, например, это могут быть уже готовые скважины под сваи.

· Замеры могут быть выполнены в любом направлении в зависимости от положения в пространстве пробуренной скважины.

· Методика подходит для разных типов грунта.

Если стенки пробуренной для исследований скважины склонны к обрушению, нельзя использовать приборы, имеющие камеры с газом; их необходимо заменить на лопастной прибор. Трудности возникают и при исследовании грунтов, обладающих анизотропными свойствами.

· На глубине свыше 50 м давление столба жидкости в магистрали не позволяет эластичной оболочке измерительной камеры вернуться в исходное состояние, то есть зонд прессиометра может заклинить в стволе скважины.

· Скважина, намного превышающая диаметр самого прибора, может сорвать испытания, поскольку расширение камеры в этом случае не окажет нужного давления на ее стенки. Если же диаметр скважины слишком мал, то при опускании прессиометра возможно разрушение структуры грунта и перемещение стенок скважины, что исказит результаты исследования.

Для исследования разных типов грунта предпочтительны свои типы прессиометрического оборудования: скальные или крупнообломочные грунты можно испытывать с помощью пневматического и гидравлического оборудования, в случае, если грунт песчаный или глинистый, а также если он имеет выраженные анизотропные характеристики, необходимо применять лопастные прессиометры или приборы с измененным положением датчиков для регистрации уровня давления.

Какие виды прессиометров используются при испытаниях грунтов?

1. Радиальный
представляет собой зонд, который опускается в заранее подготовленную скважину на определенную глубину. Он состоит, как правило, из трех резиновых камер в форме цилиндра, покрытых защитной металлической оболочкой. Две камеры являются опорными и заполняются газом. Между ними размещается собственно измерительная, в которую заливается вода. Давление газа приводит к нагнетанию жидкости под эластичную оболочку зонда, и это заставляет камеру расширяться и, в свою очередь, создавать давление на стенки скважины. На поверхности грунта располагается панель для контроля приращения давления и измерения изменений объема расширяющейся камеры, которая соединяется с ней специальной трубкой. Изменение объема замеряют через 15, 30, 60 и 120 с после каждой ступени приращения давления, что и позволяет определить радиальную деформацию.


Для построения прессиометрической кривой используют следующие показатели:

1 точка - расширение рабочей камеры до давления, равного горизонтальному напряжению в природных условиях;

2 точка - псевдоупругая деформация с низким уровнем деформации ползучести;

3 точка - развитие пластических деформаций при росте деформаций ползучести до разрушения грунта.

Зависимость изменения объема жидкости от давления определяет характеристики грунта.

Результаты измерений фиксируются с учетом сопротивления материала прессиометра расширению; расширения трубопроводов, соединяющих измерительную камеру с устройством измерения объема; эффекта гидростатического давления.

В некоторых случаях регистрируется не изменение объема жидкости, а приращение радиуса скважины с использованием датчиков, расположенных внутри камеры давления.

2. Самозабуривающийся прессиометр
в меньшей степени нарушает структуру грунта, поскольку не требует бурения специальной скважины. Нижняя режущая часть разбуривает породу, которая благодаря давлению жидкости поднимается на поверхность. Затем эта масса удаляется с поверхности. Испытания проводят, увеличивая нагрузку ступенями или постоянно через систему давления, которая контролируется компьютерной программой.

Электронные датчики линейных перемещений измеряют степень расширения камеры. Достоверность исследования зависит от точности датчиков, поэтому важно регулярно проводить их калибровку.

3. Вдавливаемый конусный прессиометр
обладает преимуществами как баллонного прессиометра, так и конусного зонда: он заглубляется в грунт, достигает заданной глубины, на которой начинает расширяться. Прибор удобен для исследований шельфа, поскольку не требует пробуривания скважин.

4. Лопастной прессиометр
представляет собой корпус из стали двутаврового сечения. К нему крепятся два прямоугольных выдвижных штампа (их площадь зависит от типа грунта и глубины проведения измерений), редуктор в форме цилиндра, который устанавливается снаружи устройства на штангу диаметром 36 мм, и мерные грузы. Приводная рейка цилиндра зацепляется с блок-шестернями, которые приводят в движение направляющие рейки, выдвигающие штампы.

Исследование реакции на сдвиг грунтов и их прочностных характеристик происходит следующим образом: жесткие штампы лопастного прессиометра вдавливаются в грунт. Ребристая поверхность штампов позволяет задавливать грунт или забивать его в массив.

На стенки скважины расширяющаяся камера оказывает давление, необходимое для достоверного определения модуля деформации.

Если испытание проводится в скальном массиве, то для работы лопастного прессиометра необходимо предварительно подготовить скважину.

В зависимости от конструкции прибора величина давления, оказываемая на грунт в начале испытания, будет разной:

• при использовании радиального прессиометра испытания начинаются при практически нулевом боковом давлении грунта;

• начальное давление при испытаниях самозабуривающимся прессиометром равнозначно давлению самих грунтовых отложений до заглубления прибора;

• конусный прессиометр заставляет изменяться начальное напряженное состояние грунта, при этом горизонтальное давление в массиве вокруг прибора может становиться выше, чем до его заглубления в грунт.

Считается, что испытание самозабуривающимся прессиометром позволяет получить более достоверные показатели, чем при работе с другими аппаратами.

При интерпретации результатов испытаний определяют давление, оказываемое на стенки скважины.

Прессиометрическая кривая, таким образом, представляет собой график, отражающий зависимость изменения диаметра зонда прессиометра от приложенной к стенкам скважины удельной нагрузки.

В отечественном ГОСТ 20276-2012 значение прессиометрического модуля деформации предлагается определять, используя следующее выражение:

Ep = Kr Rp,


где Kr - корректирующий коэффициент, определяемый по рекомендуемой таблице в зависимости от вида грунта и глубины испытания; Rp - радиус измерительной камеры при давлении, при котором определяется модуль деформации.

Технический паспорт данного оборудования должен включать:

· техническую характеристику и описание конструкции каждой детали и узла, особенности заводской сборки;

· порядок проведения тарировочных испытаний аппаратуры;

· этапы всех процедур, проводимых в ходе испытания грунтов;

· инструкцию по технике безопасности;

· указание всех возможных технических ошибок и способы их устранения.

Соблюдение этих требований позволит сделать испытания прессиометром максимально точным.

Испытание прессиометром проводится согласно ГОСТу и СниП.

Порядок проведения испытания:

· заранее готовят скважину заданного диаметра путем вращательного бурения во избежание нарушений природного сложения грунта;

· резиновая измерительная камера погружается на указанную глубину;

· давление, нагнетаемое в камеру, заставляет ее расширяться и оказывать давление на стенки скважины;

· степень деформации грунта замеряется на каждой ступени нагрузки при перемещении камеры внутри скважины;

· выстраивается прессиометрическая кривая и вычисляется деформационный модуль грунта на определенном участке скважины по специальным формулам.

Итак, прессиометрический метод испытания грунтов отличается точностью, высокой скоростью и низкой себестоимостью. При этом позволяет определить такие важные для проектировщиков параметры грунта, как модуль деформации и удельное сцепление.

Строительная лаборатория ООО "Бюро "Строительные исследования" занимается испытаниями конструкций и материалов в Санкт-Петербурге и Москве

Основная специализация лаборатории:

• Испытания бетона
• Геотехнический контроль грунта
• Другие области испытаний
• Наши вакансии

Бесплатно вызвать лаборанта на объект или задать вопрос эксперту можно:

1. Заполнив форму на нашем сайте

2. По телефонам:

+7(812)386-11-75 - главный офис в Санкт-Петербурге

+7(965)006-94-59 (WhatsApp, Telegramm) - отдел по работе с клиентами Санкт-Петербург и Москва

3. Написать нам на почту

Подписывайтесь на наши социальные сети и YouTube канал, там много интересной информации и лайфхаков.