Методы испытания грунтов

Для чего проводится испытание грунтов

В процессе использования зданий и инфраструктурных объектов оказывается влияние на почву, что приводит к её деформациям. Величина этих изменений определяется свойствами и характеристиками грунта. Для оценки рисков усадки, сдвига или разрушения конструкций до начала строительства осуществляют тестирование основания.
Анализ грунта является сложным процессом, включающим в себя как постоянное мониторинг, так и анализ множества ключевых аспектов:

• плотность грунта;
• химический состав (взаимодействие с материалами фундамента, такими как металл и бетон);
• грузоподъемность;
• геологическую структуру разрезов;
• степень сжатия;
• устойчивость к водонасыщению;
• механические свойства;
• склонность к вспучиванию при замерзании;
• распределение водных потоков и залежей.

На основе полученных данных формируется проект фундамента для нового объекта. Для модернизации существующих зданий выбирается наиболее подходящий вариант технического решения.

Цель испытаний

Испытание грунта – это важный этап в геологических и инженерно-геологических исследованиях, которые проводятся компаниями в разных регионах, в том числе и в Москве. Эти исследования необходимы для обеспечения безопасности и прочности различных строительных и реконструкционных мероприятий.

Главная цель испытания грунта – определить его физические и механические характеристики в зависимости от разных типов грунтов, таких как рыхлые отложения, горные породы и депрессионные осадки. Эти характеристики включают в себя параметры, такие как вес, компрессионные и деформационные свойства, фильтрационные и прочностные характеристики.

Свойства грунтов

Анализ почвы предоставляет достоверную информацию о её характеристиках. Используя эти данные, специалисты по проектированию осуществляют расчёты, обеспечивающие надёжность использования строящихся или модернизируемых сооружений. В процессе изучения грунта применяются специализированные инструменты и техника, которые помогают определить различные аспекты, включая:

• Склонность к сдвигу. Оценивается отношение между давлением окружающей среды и способностью грунта противостоять этому воздействию.
• Структура слоёв. Исследуется по размерам частиц, способности пропускать воду и плотности укладки.
• Уровень влаги. Этот критерий важен для выбора методов гидроизоляции.
• Минералогический состав. Определение кислотно-щелочного баланса почвы необходимо для подбора материалов для фундамента.
• Тенденция к изменению объёма. Эти характеристики важны при выборе конструкции фундамента.

Виды грунтов

Классификация и типы почв, используемые при испытаниях, определяются в соответствии с нормативным документом ГОСТ 25100-2011. Важнейшим фактором, оказывающим влияние на проектирование и расчёты, является изменение физико-механических свойств грунта под влиянием экологических условий. Существуют следующие основные виды грунтов:

1. Глинистые, например, лессовидные суглинки. Это глинопесчаная смесь с высокой капиллярностью и пластичностью, содержащая чешуйчатые частицы с плохой водопроницаемостью. При сухости она твёрдая и устойчивая, во влажном состоянии становится мягкой, липкой и текучей, не подходит для фундаментов.
2. Песчаные грунты отличаются водонепроницаемостью, плотностью и стабильностью к вспучиванию. Состоят из разнообразных фракций песка с добавлением кварца, кальцита и полевого шпата. Это надёжная основа для строений любых размеров и массы.
3. Крупнообломочные материалы служат прочной основой незакреплённого типа, включая гравий, щебень и булыжник, а также кристаллические и осадочные породы с частицами от 3 до 40 мм. Требуют специализированного оборудования для обработки.
4. Скальные породы (конгломераты, гранит, сланец, диорит, песчаник и другие) представляют собой единый монолит с прочными внутренними связями. Их обрабатывают с помощью тяжёлой техники, в массиве могут встречаться трещины. Эти материалы выдерживают большие нагрузки, обладают высокой прочностью и устойчивостью к влаге.

Испытания в полевых условиях

При анализе грунтов часто сочетают полевые и лабораторные методы, чтобы обеспечить наиболее точные и достоверные измерения. Давайте рассмотрим наиболее распространенные полевые методики для определения плотности почвы.

Статическое зондирование

Этот метод включает внедрение в почву зонда с использованием гидравлической системы для оценки сопротивления грунта. Зондирование осуществляется либо с фиксацией сопротивления на регулярной основе, либо непрерывно. Однако метод не подходит для анализа глинистых грунтов.

Динамическое зондирование

При динамическом зондировании вибромолот воздействует на грунт, что позволяет измерить его сопротивление. Этот метод обеспечивает условия, близкие к естественным, и дает точное представление о несущих свойствах грунта благодаря применению динамических нагрузок.

Испытание грунтов с использованием штампа

Штамповое испытание, предусмотренное ГОСТ 20276-2012, является надежным способом оценки модуля деформации грунта в полевых условиях. Подразумевает применение нагрузки на штамп различной конфигурации с последующим измерением деформаций с помощью датчиков или прогибомеров и анализом полученных данных. Метод подходит для исследования песчаных, глинистых и крупнообломочных пород.

Использование свай для исследования грунтов

Методика исследования с применением свай варьируется в зависимости от конкретных целей. Включает тестирование под статической нагрузкой, испытания на вытаскивание, горизонтальные нагрузки и динамические анализы. В процессе могут использоваться стандартные сваи или натурные модели для точной оценки свойств грунта.

Лабораторные методы испытаний грунтов

Лабораторные анализы почвы необходимы для тщательного определения физико-механических характеристик грунта. Основные измеряемые параметры включают определение предельных значений влажности и плотности грунта, которые критически важны для вычисления его грузоподъемности в контексте строительства, а также для выбора подходящих изоляционных и строительных материалов.

Для оценки натуральной плотности грунта применяются методы, такие как взвешивание в иммерсионной жидкости, использование режущего кольца и метод парафинового покрытия. Натуральная влажность может быть измерена с использованием весового, нейтронного, радиометрического, электрометрического, термогравиметрического, гидростатического методов или метода с использованием спирт-бензиновой смеси. Кроме того, в лабораторных условиях широко применяются испытания на одноосное и трехосное сжатие.

Одноосное сжатие

Испытания на одноосное сжатие обычно проводятся на образцах полускальных и глинистых грунтов, где боковое расширение исключено. Этот метод позволяет определить такие показатели, как модуль упругости, коэффициент Пуассона, прочность грунта, степень сжатия, относительную сжимаемость и параметры деформации.

Трехосное сжатие

Известный также как стабилометрический метод, этот подход моделирует условия, которым будет подвергаться сооружение в процессе эксплуатации, используя стабилометр для осесимметричного трехосного нагружения. Испытание предоставляет данные о механических свойствах грунта, его уплотнении на различной глубине, верхнем давлении и уровне бокового сопротивления.

Нормативная база

Испытания грунтов регламентируется ГОСТ: ГОСТ 25100-2011, ГОСТ 30416-2012, ГОСТ 5180-84, ГОСТ 12536-2014, ГОСТ 12248-2010, ГОСТ 20522-2012, ГОСТ 22733-2002, ГОСТ 23740-79, ГОСТ 25584-90. Основные документы:

• ГОСТ 19912-2012 (регламент к проведению статического, динамического зондирования).
• ГОСТ 5686-2020 (регламент к исследованию сваями).
• ГОСТ 12248-2010 (регламент к лабораторным методам испытаний).

Результаты испытаний

Результаты инженерно-геологических исследований оформляются в форме отчета, который включает в себя подробное изложение как визуального осмотра местности, так и анализа физико-химических характеристик изучаемого грунта, а также содержит советы по строительству на данном участке. Этот документ обогащается планом местности, на котором указываются точки проведения буровых работ, распределение почвенных слоев, а также представляются данные измерений в форме диаграмм и таблиц.

Проведение испытаний почвы играет ключевую роль в подготовке проектной документации, предоставляя всесторонний анализ типов почв, их особенностей и параметров. Такой анализ структуры и состояния грунта необходим для обеспечения соответствия всем критериям, предъявляемым к качественному и надежному основанию под фундамент.

По результатам испытаний грунта, компании предоставляют заказчикам полную информацию о характеристиках грунта и его соответствии требованиям для конкретных проектов. Это помогает заказчикам принимать обоснованные решения о выборе материалов и методов строительства, а также оценивать стоимость работ.

Оборудование для испытания грунтов

При анализе грунта в области строительства необходимо применение сертифицированного специализированного оборудования. Для проведения испытаний грунта, компании обычно используют специальное оборудование, включая дилатометры, плотномеры, камеры фильтрации и винтовые сваи. Это позволяет получить максимально точные данные о грунте и его свойствах.

Лабораторное оборудование включает:

• Одометр, используемый в вертикальных гидравлических прессах, является прочной стальной емкостью для размещения грунтовых образцов. Под давлением штампа пресса, стенки емкости обеспечивают неподвижность частиц грунта.
• Стабилометр — контейнер с гибкими стенами для измерения бокового давления на грунт, используя тензометры на его стенках.
• Трехосный аппарат для испытания под статическим давлением.
• Гидравлический пресс для приложения вертикального давления.

Для полевых исследований используются:

• Штампы для работы в шурфах и котлованах, а также более мелкие штампы для скважин.
• В комплект полевого оборудования входят штоки для передачи давления на штамп и измерительные приборы, такие как тензометры и динамометры.

Оборудование для испытаний с использованием свай включает:

• Сборную металлическую эталонную сваю.
• Испытательный зонд.
• Металлическую опорную конструкцию для установки пресса.
• Гидравлический домкрат или пресс для создания давления.
• Измерительные инструменты для фиксации данных.
• Для тестирования в мерзлых грунтах требуются устройства для измерения температуры на различных глубинах.

Наша организация располагает всем необходимым лабораторным и полевым оборудованием для всестороннего исследования физико-механических свойств грунтов, что позволяет нам подготавливать и предоставлять подробные официальные отчеты по результатам инженерно-геологических изысканий.