Прессиометрические испытания

Методы полевых испытаний грунтов

Для проектирования различных сооружений и инженерных работ, оценки природных и техногенных условий необходимы данные, характеризующие физические, водные и механические свойства грунтов. Их сравнительно легко получить при выполнении соответствующих лабораторных исследований образцов (проб), отобранных при инженерно-геологической съемке территорий. Однако лабораторные исследования выполняются на образцах малых размеров, полную сохранность естественного сложения которых никогда нельзя гарантировать, поэтому полевые опытные работы выполняются с целью получения более достоверных и надежных данных, характеризующих физико-механические свойства грунтов и водные свойства водоносных горизонтов.

Существуют следующие методы полевых испытаний грунтов:

1. Испытание вертикальными статическими нагрузками (штампом).

2. Прессиометрические испытания

3. Метод вращательного среза

4.Статическое зондирование

5.Динамическое зондирование

6. Метод поляризационного радиоволнового зондирования грунтов

Испытание вертикальными статическими нагрузками (штампом)

Штампы позволяют получить зависимость между нагрузкой и осадкой, как по конечному значению, так и во времени, а, следовательно, установить предельную нагрузку, при которой грунт из фазы уплотнения переходит в фазу сдвигов.

Испытание грунта штампом проводят для определения следующих характеристик деформируемости:

- модуля деформации Е для крупнообломочных фунтов, 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.

P - Нагрузка

Характеристики определяют по результатам нагружения грунта вертикальной нагрузкой в забое горной выработки с помощью штампа (рисунок 1).

штамп

Рисунок 1 – Схема испытания грунта штампом

Результаты испытаний оформляют в виде графиков зависимости осадки штампа от нагрузки (рисунок 2).

1 – фаза преобладающего развития уплотнения породы; 2 – фаза заметного развития сдвигов, заметного разрушения породы; 3 – фаза значительного развития сдвигов, полного разрушения породы

Рисунок 2 – График зависимости осадки штампа от действующей нагрузки во времени [S=f(P)]

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).

Испытание грунтов штампами в общем виде состоит из:

- установки штампа на грунт (на песчаную подготовку - в глинистых грунтах, на раствор – в песчаных);

- предварительного уплотнения грунта под штампом нагрузкой, равной нагрузке от собственного веса грунта;

- нагружения штампа последовательным рядом ступеней, каждая из которых равна 0,1-0,15 от нагрузки, при которой ожидается нарушение линейной зависимости между нагрузкой и деформациями; каждая ступень выдерживается до полного затухания осадки;

- замеров промежуточных и конечных значений осадки на каждой ступени нагрузки;

- разгрузки штампа ступенями, равными ступеням загрузки;

- фиксации величины упругой деформации грунта;

- обработки материалов опытов и построение графических зависимостей.

Свидетельством разрушения грунта является наличие одного из признаков:

1) появление вокруг штампа бугров и валиков выпирания грунта;

2) образование сети радиальных и концентрических трещин вокруг штампа;

3) отсутствие стабилизации осадки в течение 24 часов.

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.

При испытаниях по схеме «одной кривой» нагрузку на штамп увеличивают ступенями до заданного давления, принимаемого в интервале 0,2 - 0,4 МПа.

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.

После достижения условной стабилизации осадки на последней ступени, соответствующей давлению, р₃, грунт в основании штампа следует замочить и продолжать замачивание с измерениями просадки грунта до ее условной стабилизации.

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

Испытания по схеме «двух кривых» следует проводить на одной глубине в двух шурфах, расположенных на расстоянии 5-6 м.

В одном шурфе испытания необходимо выполнять в соответствии с вышеизложенными требованиями, в другом - замочить грунт после монтажа установки до приложения нагрузки, а затем нагружать штамп ступенями до заданного давления, продолжая замачивание грунта.

Наиболее достоверным методом определения модуля деформации грунтов является метод испытания штампом в шурфах. Однако для проведения таких испытаний требуется громоздкая аппаратура и выполнение трудоемких земляных работ при проходке шурфов, что ограничивает глубину испытания до 5 м.

Прессиометрические испытания

Испытание грунта прессиометром проводят для определения модуля деформации Е песков, глинистых, органоминеральных и органических грунтов по результатам нагружения грунта горизонтальной нагрузкой в стенках скважины.

В состав установки для испытания грунта радиальным прессиометром должны входить:

зонд;

устройство для создания и измерения давления в камере зонда;

устройство для измерения перемещений оболочки зонда.

Устройство и принцип работы прессиометра

Прессиометр состоит из зонда с эластичной полиуретановой оболочкой, в сборе с пневмомагистралью и датчиком давления, ресивера, манометрической головки с редукционным клапаном, измерительного прибора и страховочного троса. Основные узлы прессиометра показаны на рисунке 3.

Рисунок 3 – Основные узлы прессиометра: 1 - зонд с пневмомагистралью; 2 - манометрическая головка с редукционным клапаном; 3 - ресивер с манометром; 4 - измерительный прибор

Прессиометр работает следующим образом. Зонд прессиометра 1 опускают в скважину на отметку испытания (рисунок 4).

1 – рабочая камера; 2 – предохраняющая камера; 3 - шланг; 4 - измерительное устройство; 5 – баллон со сжатым воздухом

Рисунок 4 – Схема установки прессиометра

В ресивер посредством автомобильного или любого другого насоса закачивают воздух. Манометрическую головку подключают к ресиверу. К пневмомагистрали зонда подключают измерительный прибор (контроллер). В контроллер вводят параметры для проведения опыта. Оператор редукционным клапаном задаёт давление первой ступени и начинает опыт. Контроллер запускает таймер, начинает сохранение и анализ опытных данных. При выполнении принятого критерия стабилизации, контроллер подаёт звуковой сигнал. Оператор при помощи редуктора задаёт следующую ступень нагрузки и продолжает опыт. Вся текущая информация отображается на дисплее контроллера. При выдержке на ступени давление в зонде поддерживается постоянным при помощи редуктора, а сохранение отсчётов с заданным шагом выполняется в контроллере автоматически.

По данным испытаний строят график зависимости перемещения стенки скважины от давления Dr = f(р), рисунок 1.1.

1 - линейная часть графика; 2 - осредняющая прямая

Рисунок 4 - График результатов испытания грунта