Методы определения свойств грунтов

Химико-минеральный состав, структуры и текстуры грунтов, содержание органического вещества определяют в грунтоведческих лабораториях. Физико-механические свойства грунтов изучают в лабораторных и полевых условиях строительных площадок, особое внимание обращая на достоверность получаемых результатов.

По каждой характеристике грунтов выполняется несколько определений и проводится их статистический анализ. Для любого ИГЭ определений должно быть не менее трех.

Грунтоведческая лаборатория. Образцы грунтов в виде монолитов или рыхлых проб для лабораторных исследований отбирают по слоям грунтов в шурфах и в буровых скважинах на объектах.

Монолиты — это образцы грунтов с ненарушенной структурой размерами 20 х 20 х 20 см. У глинистых грунтов нужно сохранять природную влажность. В рыхлых грунтах (песок, гравий и т. д.) образцы отбирают массой не менее 0,5 кг.

В лаборатории можно определять все физико-механические характеристики согласно ГОСТ: природная влажность и плотность грунта – ГОСТ 5180-84, предел прочности – ГОСТ 17245-79, гранулометрический (зерновой) состав – ГОСТ 12536-79 и т. д.

Полевые работы. Исследование грунтов в полевых условиях дает преимущество перед лабораторным анализом в силу определения всех характеристик при естественном залегании грунтов с сохранением режима влажности. Экспресс-методы позволяют быстрее получать свойства грунтов. Целесообразно разумно сочетать лабораторные и полевые исследования.

При определении прочностных характеристик грунтов самые достоверные результаты дают полевые испытания на срез целиков грунта на строительной площадке(ГОСТ 23741-79). Из-за высокой стоимости и трудоемкости их проводят толькодля сооружений I уровня ответственности. К ним относятся здания и сооружения большого хозяйственного значения, социальные объекты и требующие повышенную надежность (главные корпусы ТЭС. АЭС, телевизионные башни, промышленные трубы выше 200 м, здания театров, цирков, рынков, учебных заведений и т, д.).

В котлованах испытывают столбчатые целики ненарушенного грунта, к которым прикладывают сжимающие и сдвигающие усилия. Для правильного определения с и φ опыт проводят не менее чем на трех целиках при различных сжимающих усилиях. Сдвиг производят также при вращении четырехлопастной крыльчатки. Ее вдавливают в грунт и поворачивают, измеряя крутящий момент, по которому рассчитывают сопротивление сдвигу. Для сооружений II и III уровня ответственности показатели с и φ получают лабораторными испытаниями грунтов в приборах плоского среза (ГОСТ 12248-78) и трехосного сжатия (ГОСТ 26518-85).

Деформационные испытания грунтов. Сжимаемость грунтов изучают методами штампов, прессиометрами, динамическим и статически зондированием.

Эталоном определения сжимаемости грунтов являются полевые штамповые испытания(ГОСТ 20278-85). Результаты других методов полевых (прессиометрия, динамическое и статическое зондирование) и лабораторных (компрессионные и стабилометрические) испытаний обязательно нужно сопоставлять с эталонными.

В нескальных грунтах на дне шурфов или в забое буровых скважин устанавливают штампы и загружают статическими нагрузками.

Штамп в шурфе–это жесткая круглая плита площадью 5000 см². Для создания под штампом заданного давления применяют домкраты или платформы с грузом (рис. 49).

В шурфе на отметке подошвы штампа и вне его отбирают образцы грунтов для лабораторных исследований. Штамп загружают ступенями, выдерживая до стабилизации деформаций, а осадки измеряют прогибомерами. В итоге испытания строят графики зависимостей осадки штампа от давления и от времени по ступеням.Затемпо формуле вычисляют модуль деформации грунта Е,МПа.

Штамп в буровой скважине. Испытание грунтов проводят в скважине Æ ³ 320 мм глубиной до 20 м. На забой скважины опускают штамп площадью 600 см². Нагрузка на штамп передается через штангу, на которой располагается платформа с грузом.

Рис. 49. Определение сжимаемости грунтов штампами:

а, б – шурфы; в – буровая скважина; 1 – штампы; 2 – домкрат;

3 – анкерные сваи; 4 – платформа с грузом; 5 - штанга

Прессиометрические исследования проводят в глинистых грунтах. Прессиометр представляет собой резиновую цилиндрическую камеру, опускаемую в скважину на заданную глубину и расширяемую давлением жидкости или газа. При каждом давлении замеряют радиальные перемещения стенок скважины, что позволяет определять модуль деформации и прочностные характеристики грунта.

Зондирование (или пенетрация) относится к экспресс-методам и используется для изучения толщ грунтов без содержания щебня или гальки до глубины 15 – 20 м. По сопротивлению проникновения в грунт стального наконечника (зонда) определяют плотность и прочность грунтов и их изменчивость по глубине. Различают зондирование динамическое при забивке конуса в грунт молотом и статическое при плавном его задавливании.

Посредством зондированияможно:

- расчленить толщу грунта на отдельныеслои;

- установить приблизительно плотность песков, консистенцию глинистых грунтов, определить модуль деформации;

- оценить качество искусственно уплотненных грунтов в насыпях и намывных образованиях;

- измерить мощность органогенных грунтов на болотах.

На рис. 50 показана пенетрационно-каротажная станция.

Рис. 50. Пенетрационно-каротажная станция:

1 – зонд-датчик; 2 – штанга; 3 – мачта; 4 – гидроцилиндр; 5 – канал связи; 6 – аппаратная станция; 7 – пульт управления

Опытные строительные работы. При строительстве объектов I уровня ответственности прибегают к опытным работам.

Опытные сваи. На строительной площадке погружают инвентарную сваю и наблюдают за характером ее погружения и сопротивляемостью грунта. Прикладывая к свае нагрузки и измеряя осадки при каждой ступени определяют несущую способность грунта в условиях природной влажности и при замачивании. Полученные результаты сравнивают с лабораторными испытаниями грунта.

Опытные фундаменты натуральных размеров устраивают на проектную глубину. Прикладывая на фундамент проектную нагрузку, измеряют величину сжатия грунта (осадку). Так определяют его реальную несущую способность и осадку будущего здания.

Опытные здания. Количественную оценку просадочных свойств лессов делают по данным лабораторных и полевых испытаний грунтов. В реальных условиях под возведенными зданиями в натуральную величину лессовое основание насыщают водой и проводят наблюдения за характером развития процесса, определяют значения просадок и оценивают состояние конструкций здания. Аналогичные опытные работы выполняют и при оценке динамических воздействий на конструкции зданий и основания.

Обработка результатов исследований грунтов. Полученные в лаборатории и в поле характеристики отвечают только тем местам, где были отобраны образцы и проведены полевые испытания грунтов. В связи с этим разрозненные результаты исследований и нормативные показатели необходимо обобщить, т. е. статистически обработать с целью получения усредненных значений и последующего использования в расчетах оснований.

Стационарные наблюдения при инженерно-геологических и гидрогеологических исследованиях проводят для оценки развития неблагоприятных геологических процессов (карста, оползней и др.), режима подземных вод и температурного режима На выбранных характерных участках для наблюдений устанавливают сеть реперов и ведут инструментальные наблюдения за их перемещением и т. д. Измерения выполняют в период эксплуатации зданий и сооружений, но они могут быть начаты и в периодих проектирования. Продолжительность работ – до 1 года и более.