Методика проведения штамповых испытаний грунтов

Методика проведения штамповых испытаний грунтов

В соответствии со сводом правил по инженерно-геологическим изысканиям № 11-105-97, штамповые испытания должны проводиться на этапе проектирования сооружений I и II уровня ответственности, восприимчивых к усадке грунта. В обязательном порядке испытания такого рода осуществляются, если в месте залегания фундамента присутствуют тонкослойные, неоднородные либо обломочные породы, отбор монолитов из которых невозможен или затруднён. В последнее время к испытанию штамповым методом всё чаще прибегают при расчете дорожных оснований. Таким способом можно контролировать качество их уплотнения ещё на этапе отсыпки, достигая предусмотренной проектом несущей способности.

Штамповые испытания проводятся в несколько этапов в соответствии с последовательностью, описанной в ГОСТе 20276-2012. По окончании работ геологи получают следующие сведения:

  • исходное просадочное давление (для глинистых пород);
  • деформационный модуль E (для глин, песков и обломочных горных пород).

Вышеуказанные характеристики выявляют посредством расчётов, исходные данные для которых получают по результатам приложенного к штампу усилия, которое потребовалось для его погружения на определённую глубину. Полученные результаты структурируют и оформляют в виде графика, на котором чётко прослеживается зависимость между приложенной нагрузкой и осадкой штампа.

Согласно своду правил, штамповые испытания делятся на следующие фазы:

  • Фаза уплотнения
    В ходе этой фазы грунт сжимается преимущественно за счёт снижения пористости.
  • Фаза сдвигов
    Фаза отличается большим количеством локальных сдвигов, преобладающих по краям подошвы исследуемого фрагмента.
  • Фаза разрушения
    На этом этапе штамповых испытаний начинается процесс деформации и разрушения крупных каменных фрагментов, находящихся в грунте. В этот момент уплотнённый до предела сегмент вдавливается вместе с штампом вниз, не сдерживаемый никаким сопротивлением. Что характерно, при сохранении приложенной нагрузки, разрушения прекращаются далеко не сразу, а при небольшом её повышении — существенно возрастают. Следует также отметить, что разделение на три фазы достаточно условное и далеко не всегда удаётся зафиксировать момент перехода от одной к другой.

Для снятия показателей посредством штамповых испытаний в шурфах используются плоскодонные штампы. Их помещают на дно шурфа, затем проворачивают 2-3 раза вокруг своей оси с целью добиться плотного прилегания к грунту и исключить возможные погрешности при дальнейших замерах. Обратите внимание на положения штампа: оно должно быть полностью горизонтальным. Чтобы минимизировать даже малейшие отклонения в глинистых и водонасыщенных грунтах, перед погружением штампа предварительно готовят выемку глубиной 45-50 см. В идеале её стенки должны быть хорошо укреплены.

Если штамповые испытания проводятся в скважинах, штамп закрепляется на конце колонны труб, оснащённой направляющими элементами. Полученную конструкцию погружают в скважину и проворачивают несколько раз с целью исключить зазор между штампом и дном скважины. Погружение происходит посредством планомерного ввинчивания колонны ручным или механическим способом. Глубина ввинчивания составляет порядка тридцати сантиметров. Исключением являются обводненные грунты: в их случае глубина погружения может достигать пятидесяти сантиметров ниже уровня забоя. По мере вдавливания штампа персонал должен отслеживать соотношение глубины ввинчивания к шагу лопасти. Когда штамп установлен и готов к началу испытаний, монтируются анкеры и всё необходимое измерительное оборудование. Нить прогибомера соединяют с реперной системой, после чего снимают начальные показания с приборов. После этого давление начинают повышать ступенчатым образом. Следует учитывать, что сама установка также имеет вес и оказывает определённое давление на грунт. Его нужно включить в измерения, полученные в ходе первой ступени повышения давления.

При осуществлении штамповых испытаний с использованием дополнительной кольцевой пригрузки каждая ступень повышения давления должна длиться дольше, чем предыдущая. И это при условии, что каждая фаза производится до момента условной стабилизации происходящих с грунтом деформаций.

При работе с крупнообломочными породами показания с прогибомеров снимаются раз в десять минут в течение первого получаса, раз в пятнадцать минут в течение второго получаса и каждые тридцать минут до момента окончания штамповых испытаний.

В зависимости от набора характеристик, которые необходимо получить для последующего проектирования, работы могут быть проведены по одной из двух схем. При испытании методом «одной кривой» все показания снимаются в одном шурфе, а нагрузка увеличивается ступенчато. При работе по схеме «двух кривых» показания снимаются в двух шурфах, отстоящих на 6-7 метров друг от друга.

При использовании качественного оборудования штамповые испытания позволяют получить достаточно точные значения деформационных характеристик грунта, которые могут быть применены в проектировании будущих сооружений, а также при расчете дорожных одежд.