Цели и методы полевых исследований свойств грунтов при инженерно-геологических изысканиях

Испытания грунтов жесткими штампами (ГОСТ 20276-2012) один из методов полевых исследований грунтов, проводят с целью получения деформационных характеристик песчано-глинистых и крупнообломочных грунтов. Штамповые испытания это эталонный метод деформационных испытаний на сжимаемость. Результаты других полевых и лабораторных деформационных испытаний сопоставляются с результатами штамповых испытаний. Опыты проводятся как на дне котлованов (рис. 3), шурфов или дудок, так и в скважинах (рис. 4).

Сущность метода заключается в натурном моделировании процесса деформирования (уплотнения) грунта под нагрузкой, отвечающей нагрузке проектируемого сооружения. По результатам работ строят график зависимости осадки штампа от давления по ступеням нагрузки, определяют деформационные свойства (модуль деформации Е, МПа).

Испытания прессиометром (ГОСТ 20276-2012) проводятся с целью получения определения модуля деформации в условии природного залегания грунтов. Метод предназначен для оценки деформационных свойств песков, глинистых, органо-минеральных и органических грунтов в стенках буровых скважин. Существуют конструкции прессиометров предназначенные для испытания скальных грунтов. Значения модулей деформации, определенные по результатам прессиометрических и штамповых испытаний, не совпадают между собой.

Сущность метода (рис. 5) заключается в приложении давления к грунтам, вскрытым в стенках скважин, и измерении их деформации. По данным испытаний строят график зависимости перемещения стенки скважины от давления.

Испытания целиков грунта на срез (ГОСТ 20276-2012) проводят для определения прочностных характеристик: сопротивления грунта срезу τ, угла внутреннего трения φ, удельного сцепления c для крупнообломочных грунтов, песков и глинистых грунтов.

Характеристики определяют по результатам среза целика в выработке (расчистке, котловане, шурфе, штреке и т.п., рис. 6), однако допускаются испытания крупногабаритного монолита, отделенного от массива, в крупногабаритной срезной установке (рис. 7) по типу лабораторного срезного прибора по (ГОСТ 12248).

По измеренным в процессе испытаний значениям нормальной и касательной нагрузок вычисляют касательные и нормальные напряжения τ и σ, МПа.

Полевой метод исследования показателей прочности грунта – испытание на срез целиков грунта проводят с целью определения прочности: 1) неоднородных грунтов, из которых невозможно отобрать монолиты; 2) грунтов, показатели прочности которых, получаемые лабораторными методами, недостоверны (глинисто-щебенистые или песчано-гравелистые отложения и др.).

Метод вращательного, поступательного и кольцевого среза применяется для определения прочностных свойств: песков разного гранулометрического состава (кроме крупных), глинистых пород полутвердой — текучей консистенции, иловых и органогенных грунтов. Содержание крупных (до 10 мм) включений не должно превышать более 10 %.

Данные испытания производят лопастями рабочего органа в горизонтальном (или вертикальном) направлении грунтов, обнаженных в стенках скважины или залегающих ниже ее забоя при природном давлении (вращательный срез) или заданной нормальной нагрузке (кольцевой и поступательный срез).

При вращательном срезе производится срезание крыльчаткой глинистых грунтов текучей — мягкопластичиой — консистенции. При этом одновременно измеряется крутящий момент, затрачиваемый на срез. Метод кольцевого среза заключается в создании при помощи эластичной камеры нормального давления на грунт, обнаженный в стенке буровой скважины, и его срезании крыльчаткой при трех нормальных давлениях с измерением соответствующих крутящих моментов. Метод применяют для испытаний тугопластичных и полутвердых глинистых грунтов, залегающих выше уровня грунтовых вод. При поступательном срезе к грунту в стенке скважины прикладывают нормальное давление, срезают грунт горизонтальной лопастью и измеряют сопротивление сдвигу. В процессе испытаний срез проводят при трех нормальных давлениях. Поступательный срез применяют в основном для испытания песков, залегающих выше уровня грунтовых вод. Схемы взаимодействия грунтов с рабочими снарядами при испытаниях на срез показаны на рис. 8.

Выделяют следующие методы полевых испытаний грунтов сваями (ГОСТ 5686-2012):

· динамической нагрузкой (рис. 9); · статическими вдавливающими (рис. 10), выдергивающими (рис. 11) и горизонтальными нагрузками (рис. 12). Полевые испытания грунтов сваями, проводимые при инженерных изысканиях для строительства, с целью получения данных, необходимых для обоснования выбора типа фундаментов, их параметров и способов устройства, в том числе:

- определения вида и размеров свай и их несущей способности;

- проверки возможности погружения свай на намечаемую глубину, а также относительной оценки однородности грунтов по их сопротивлению погружению свай;

- определения зависимости перемещения свай в грунте от нагрузок и во времени.

При этом испытания грунтов выдергивающими и горизонтальными нагрузками, а также все испытания многолетнемерзлых грунтов проводят только натурными сваями.

Полевые испытания грунтов выполняют в соответствии с (ГОСТ 30672). Выбор метода полевых испытаний зависит от состава, строения и состояния изучаемых грунтов, целей исследований, категории сложности инженерно-геологических условий, проектных нагрузок, глубины заложения, условий эксплуатации оснований зданий и сооружений, типов проектируемых фундаментов и методов их расчета. Общие рекомендации по выбору методов и соответствующие стандарты приведены в приложении Ж, согласно СП 47.13330.2012.