Испытания мерзлых грунтов

Существует несколько основных типов мерзлых грунтов:

• мерзлый. Характеризуется низкой температурой. В его структуре содержится лёд и видимые криогенные связи. Температура мерзлого грунта может достигать -30 и более градусов;
  
• сезонно мерзлый грунт. Замерзает только лишь в холодное время года, как раз такие характерны для Санкт-Петербурга и Ленинградской области;
  
• морозный. Скальные грунты с отрицательной температурой. В их составе содержится лёд и незамерзшая вода;
  
• охлажденный. Он имеет в своём составе песок и глину. Характеризуется низкой температурой в холодное время года;
  
• многолетнемерзлый или вечномерзлый. Такой грунт находится в замёрзшем состоянии как минимум 3 года;
  
• твердомерзлый. Грунт сцементирован льдом, но при этом он достаточно хрупкий и практически не сжимается, даже если на него воздействует нагрузка;
  
• распученный. При оттаивании уменьшаются в объёме;
  
• сыпучемерзлый, или, как его еще называют, «сухая мерзлота». Песчаный и крупнообломочный грунт характеризуется отрицательной температурой, но при этом он не сцементирован льдом и достаточно хрупок;
  
• пластичномерзлый. Сцементирован льдом. Он обладает вязкими свойствами и сжимается, если на него воздействует определенная сила.

Одно из самых главных свойств мерзлых грунтов – это криогенные структурные связи. Это кристаллизационные связи, которые могут возникать в скальных грунтах с трещинами либо во влажных дисперсных грунтах. Возникают такие связи при низкой температуре после цементирования льдом.

Существует два основных метода испытаний мерзлых грунтов:

• полевые. Проводятся на строительном объекте на поверхности, в подземных или открытых выработках;
  
• лабораторные. Проводятся непосредственно в лаборатории и позволяют установить физико-механические свойства мерзлых грунтов.
  

При проведении полевых испытаний размеры выработки устанавливаются с учетом возведения крепи и обеспечения удобства проведения работ. По этой причине размеры сечения должны составлять как минимум 2x2 метра. Проверка грунта выполняется до требуемой глубины, но при этом она должна достигать верхней границы вечномерзлой толщи. Площадка, выбранная для проведения проверки, обустраивается водоотводной канавой по всему периметру. Во время проверки составляется документ, в котором указываются все физические и механические свойства мерзлых грунтов.
Самым популярным полевым методом проверки является горячий штамм. В состав такой установки входит несколько основных узлов:

• плоский, круглый и высокопрочный штамм. Он имеет сплошную подошву и оснащен обогревателем. Площадь подошвы должна составлять примерно 0,5 метра квадратного;
  
• насос. Он применяется для откачки воды;
  
• устройство для нагрузки штамма;
  
• обогреватель;
  
• измерительный прибор для фиксации нагрузки.

Штамм должен равномерно нагревать горную породу специальным нагревателем или горячей водой. Максимальная температура нагрева должна достигать 90 и более градусов.
Перед началом испытаний штамм очищается и выравнивается, после чего он забивается в землю до ненарушенного мерзлого слоя. Чтобы он надежно контактировал с грунтом, необходимо создать подушку из немного влажного песка толщиной 2 сантиметра. После выполнения всех подготовительных работ проводится проверка надежности монтажа всех основных узлов.
Нагрузка на штамм должна осуществляться при помощи домкратов или специальными грузами, которые обеспечивают постоянное давление нужной величины. На мерзлый грунт или в забой выработки устанавливается датчик, который реагирует на любые деформации. Его необходимо защитить от ветра, дождя, снега и солнечных лучей, поскольку они могут повлиять на результаты измерений.
Температурные датчики устанавливаются с интервалом в 10 сантиметров в 2 скважины, которые бурятся по краям штамма. Глубина залегания датчиков должна быть на уровне 80 сантиметров. В скважинах, в которые устанавливаются температурные датчики, укладывается гидроизоляционный слой из охлажденного глинистого грунта.
Сами же испытания проводятся в два этапа:

1. Штамм нагревается, и на него подается нагрузка, вследствие чего под ним образуется оттаявший грунт.
   
2. Оттаявшая земля уплотняется нагрузкой, которая постепенно нарастает. При этом на каждом этапе нужно замерять степень деформации грунта.

После окончания испытаний установка демонтируется, под штаммом удаляется верхний слой и отбирается несколько кернов для проведения лабораторных испытаний. Форма и размеры образцов определяются в зависимости от будущих испытаний и свойств самого грунта.

Отбор образца для лабораторных испытаний выполняется при помощи следующего инструмента:

• специальная кольцевая пила;
  
• насадка для вдавливания кольца;
  
• гладкие металлические пластины;
  
• винтовой пресс;
  
• выталкиватель. Позволяет извлечь образец;
  
• небольшая лопата;
  
• штангенциркуль;
  
• нож;
  
• лабораторные весы и набор гирь.

После того, как образец извлекли, он очищается, взвешивается, накрывается пластинками и герметизируются. Далее он помещается в эксикатор (специальный контейнер с отрицательной температурой), на дне которого находится лед или снег - именно он не позволяют образцу таять. Хранить образец в таком виде можно не более 10 дней.
Испытания мерзлых грунтов проводятся в помещениях с постоянной отрицательной температурой воздуха, что позволяет сохранить целостность и мерзлое состояние образца. Чаще всего для этого используют холодильные камеры, шурфы или подземные лаборатории, которые расположены в толще замерзших грунтов. Во время испытаний нельзя допускать сколов или иных повреждений отобранных образцов, в противном случае все полученные данные будут некорректными. Все результаты необходимо занести в журналы, которые содержат данные о месте отбора кернов и других необходимых свойствах, характеристики и свойства мерзлых грунтов.
Исследования мерзлых грунтов в лаборатории должны проводиться на ровном и жестком столе, который исключает любые вибрации и ударные воздействия на приборы и сам образец. Механизмы, которые используются во время проверки, должны обеспечивать:

• центрированную передачу нагрузки;
  
• касательную нагрузку в плоскости среза;
  
• постоянное давление;

Также они обеспечивают рост нагрузки на каждом этапе исследований.
Во время проверки образец может подвергаться различным испытаниям:

• сжатие и прессование;
• высушивание;
• раскатывание образца;
  
• взвешивание в воде;
  
• сухое сжигание.

Все эти испытания позволяют определить основные свойства мерзлых грунтов.

Лабораторные и полевые исследования мерзлых грунтов позволяют получить полную информацию о мерзлых грунтах, а также контролировать в годовом цикле ход промерзания, пучения и оттаивания пород. Полученная информация используется во время строительства и позволяет исключить негативное воздействие на фундамент. В итоге вы сможете подобрать конструктивное решение, которое позволит снизить деформацию и разрушение здания, продлив срок его службы.

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.