Штамповые испытания грунтов

Изыскания с помощью штампа проводится на основании рекомендаций ГОСТа 20276-2012. Стандарт определяет место проведения исследования: грунт в горной выработке или массив; цель исследования: определение модуля деформации минеральных и органических грунтов; применение замачивания во время проведения процедуры позволяет вычислить также начальное просадочное давление и относительную деформацию просадочности глинистых грунтов.

Точность измерений обеспечивается соблюдением ряда требований, обозначенных в ГОСТе:

· При проходке скважины отмечается уровень на один метр выше того, где планируется испытание. С этой точки следует отказаться от применения технологий бурения, разрушающих структуру грунта, и использовать оборудование для вращательного способа, имеющего определенную стандартом настройку.

· Если скважина находится ниже уровня грунтовых вод, то необходимо следить за тем, чтобы внутри выработки этот уровень не понижался.

· Время между прекращением бурения скважины и началом исследования определяется уровнем подземных вод: если испытания проходят выше, что оно составляет не более 120 минут, если ниже – 30 минут.

· Выемку в мерзлых грунтах делают, исходя из точки максимальной глубины сезонного оттаивания.

· Для исследования отбирается однородный слой грунта, толщина которого составляет как минимум два диаметра штампа.

ГОСТ определяет и размер горной выработки:

· шурф имеет размер не менее 1,5х1,5 м.

· шурфы круглого сечения без крепления, проходимые буровым способом, должны иметь диаметр не менее 0,9 м.

· буровая скважина – диаметр 325 мм.

Если грунт мерзлый, то следует применять горячий штамп.

Штамп - плита в форме круга – фиксируется на заранее подготовленном (зачищенном и разровненном) фрагменте дна котлована, шурфа или скважины. Затем на штамп начинают оказывать давление и регистрируют уровень осадки породы. Как только процесс оседания грунта прекращается, нагрузку увеличивают. Модуль деформации грунта определяется по графику зависимости степени осадки от нагрузки на каждой ступени изысканий.

Каковы преимущества и недостатки данного метода по сравнению с лабораторными испытаниями?

Оборудование для испытания штампом состоит из:

- штампа;

- установки для создания и измерения нагрузки на штамп;

- анкерного устройства (при необходимости);

- измерительных приборов;

- устройства для замачивания и контроля влажности грунта (для изысканий на определенных видах грунта).

Инженерная установка должна соответствовать следующим критериям:

- ступенчатое приложение на штамп постоянного давления составляет 0,01-0,1 МПа;

- передача нагрузки выровнена относительно центральной оси.

1. Штамп

Штамп представляет собой круглый корпус со щелями и встроенными ножами, которые при вращении по часовой стрелке срезают верхний слой грунта, попадающий во внутреннюю часть корпуса, а при вращении против часовой стрелки ножи задвигаются, образуя плоское днище.

Штампы имеют стандартный размер от 2500 до 10000 см², который определяется видом грунта, поскольку от этого параметра зависит степень и характер деформации породы.

Зависимость характеристик штампа

от вида грунта

Маленькие штампы (D - 27,7 см) применяются в скважинах, стенки которых должны быть укреплены обсадными трубами.

Штампы площадью 1000 см² часто используются с дополнительной нагрузкой. В случае работы на неустойчивых грунтах прибегают к применению жёстких колец, благодаря которым площадь штампов увеличивается до 5000 см². Это позволяет сдерживать развитие деформаций сдвига по периметру штампа и предотвращает расползание грунта из-под его корпуса по дну котлована.

При изысканиях на очень слабых грунтах давление на их поверхность может оказываться агрегатом в форме квадрата площадью 22500 см² .

2. Установки для нагружения штампов

Для передачи усилия на штамп применяют следующие агрегаты:

• тарированный груз в случае работы через платформу;
  
  
• пневматические камеры;
  
  
• гидравлические домкраты;
  
  
• рычажную систему.
  
  

На больших строительных площадках можно использовать в качестве упора грузовую платформу с бетонными блоками. Минусом ее является трудность монтажа.

Отечественные установки Урал ТИЗИС с устройством канатно-рычажного типа позволяют использовать штампы разного размера. Кроме того, существует специализированная установка УДПШ-60 с пневмокамерным цилиндром, который применяют как нагружной механизм. Для создания давления в такой камере можно использовать баллоны со сжатым воздухом, что значительно увеличивает область применения этой установки.

Анкерное устройство позволяет обойтись без грузовой платформы. Винтовые сваи со специальными удерживающими системами создают хороший упор для пневматических и гидравлических домкратов.

3. Осадка штампа измеряется с помощью датчиков перемещений и прогибомеров, которые крепятся стальной проволокой (D - 0,3-0,5 мм) к штампу параллельно друг другу на равной удаленности от центра. За степень осадки принимают среднеарифметический показатель всех полученных показателей с учетом поправки на деформацию проволоки под воздействия температуры. Допустимая погрешность измерений согласно ГОСТу – 0,1 мм.

4. Сами прогибомеры закрепляются на реперной системе. Она представляет собой два бруса, закрепленных на четырех сваях, которые монтируются парами в грунт параллельно друг другу по стенкам скважины или шурфа на расстоянии одного-полутора метров от краев. К ним прикрепляются ригели из металла, на которых и держатся прогибомеры.

5. Результаты измерений записываются при помощи электронного оборудования.

При выборе методики изысканий при помощи штампа необходимо учитывать:

· уровень заглубления фундамента и его форму

· Распределение нагрузок на фундамент

· Однородность естественного основания

· Уровень грунтовых вод на строительном участке

Чтобы исключить деформацию фундамента, следует подвергнуть изучению все несущие слои породы в случае, если грунт неоднороден: следует провести минимум три изыскания в разных точках, расстояние между которыми равняется как минимум двум диаметрам штампа и выше.

Подготовка к испытанию

1. Предварительно необходимо тщательно подготовить дно выработки, используя специальный буровой наконечник. Если после зачищения поверхность остается неровной, следует закрыть ее подушкой из песка. Он должен иметь низкий уровнь влажности и мелкие или средние зерна (глинистое основание требует применение подушки толщиной 1-2 см, просадочные грунты с замачиванием - 2-3 см, крупнообломочные - 5 см). Она должна застилать всю площадь, к которой прилегает штамп, и как минимум 0,1 метр вокруг нее.

2. Стенки шурфа или скважины необходимо укрепить.

3. Затем штамп погружают в горную выработку, для обеспечения плотного контакта с грунтом проворачивают его несколько раз вокруг своей оси и фиксируют в горизонтальном положении. Если используют винтовой штамп, то его внедрение происходит путем завинчивания ниже забоя или с поверхности без предварительного бурения выемки. При этом вращение штампа и его погружение должно происходить синхронно. Уровень заглубления за один оборот должен совпадать с шагом винтовой лопасти.

4. После этого монтируют остальные составляющие нагружающей установки и измерительной системы.

5. Когда оборудование будет полностью готово к работе, записывают начальные показания приборов.



Проведение испытания

1. Нагрузка на штамп оказывается постепенно и состоит минимум из четырех стадий. В первую ступень давления включается вес элементов установки, которые оказывают влияние на нагрузку штампа. Каждую ступень давления нужно фиксировать до условной стабилизации осадки штампа. Период выдержки каждой ступени давления должен быть одинаковым.

Критерием условной стабилизации деформации грунта является скорость осадки штампа, не превышающая 0,1 мм за время, указанное в ГОСТе для разных видов грунта:

2. Периодичность регистрации измерений прогибомеров на каждой стадии испытаний зависит от типа грунта:

3.Испытания просадочных грунтов с замачиванием могут проходить по двум схемам:

4. Как только давление на штамп достигает критического уровня (о чем свидетельствует появление трещин или выпирающей породы вокруг штампа), процедуру прекращают.

5. Обработка результатов

Показатели, полученные в ходе испытаний грунта штампом, позволяют оценить способность породы изменять свой объем под воздействием нагрузки. Эта характеристика определяет модуль деформации Е, вычисляемый по формуле, утвержденной ГОСТом 20276-2012:


Коэффициент Пуассона является величиной постоянной и зависит от типа грунта:


Если испытание штампом проходило в котловане или шурфе, коэффициент Kp будет равен единице. Если изыскания проводились винтовым штампом ниже забоя или в массиве без использования скважины, значение коэффициента Кp определяют в зависимости от соотношения уровня заглубления штампа и его размера.

Анализ показателей, полученных в ходе изысканий с помощью штампа, помогает определить, помимо модуля деформации, также упругую деформацию грунта, его осадку под нагрузкой, просадку при увлажнении, критическую величину нагрузки, а также прогнозируемый характер развития деформации при эксплуатации здания.

При строительстве многоэтажных зданий, а также при работе на грунтах, отбор образцов из которых без нарушения структуры породы трудноосуществим, уровень сжимаемости следует изучать прямо на участке. Самым продуктивным методом в этом случае является испытание грунтов штампами в шурфах и скважинах.

Этот метод используется как при инженерно-геологических изысканиях для получения показателей, от которых будет зависеть конфигурация и тип фундамента, так и для контроля качества уплотнения грунтов и искусственных оснований. Качество подготовки участка для закладки фундамента определяется путем сравнения проектной и фактической величины модуля деформации.

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.