Содержание

1. Полевые методы определения горных пород и грунтов. 3

1.1. Полевые исследования грунтов. 3

1.2. Статистическое зондирование. 3

1.3. Испытание штампом.. 5

1.4. Прессиометрия. 6

1.5. Динамическое зондирование. 6

2. Лабораторные исследования горных пород и грунтов. 8

2.2 Методы определения плотности частиц скальных грунтов. 9

2.3 Метод определения  максимальной молекулярной влагоемкости. 10

2.4 Метод определения размокаемости. 12

2.5 Метод определения сжимаемости элювиальных грунтов. 13

 

 

1. Полевые методы определения горных пород и грунтов

1.1. Полевые исследования грунтов

Под полевыми методами исследования грунтов понимаются такие виды испытаний как: штамповые испытания, прессиометрические испытания, испытания грунта на срез, статическое и динамическое зондирование, наливы в шурфы, расходометрия и откачки.

Полевые методы нацелены на изучение физико-механических и фильтрационных свойств массивов грунтов. Для повышения информативности изысканий, точности и надежности инженерно-геологического обоснования в состав инженерно-геологических изысканий необходимо включать полевые методы исследований грунтов.

Преимуществом полевых исследований является их масштаб. Информация, которую получает инженер-геолог после полевых исследований, дает ответ на вопрос о строении массива грунтов, о его деформационных и прочностных свойствах, а также о его фильтрационных свойствах. В этом случае характеризуется не только грунт, а массив грунтов в целом.

1.2. Статистическое зондирование

Под статическим зондированием понимается процесс погружения или внедрения в грунт зонда, статической вдавливающей нагрузкой, с одновременным измерением (непрерывно или через заданные интервалы по глубине) значений сопротивлений под наконечником и на боковой поверхности зонда, а также при более сложной конструкции зонда, возможно, фиксировать величину порового давления и угол отклонения зонда от вертикальной составляющей

Международными конгрессами по механике грунтов и фундаментостроению (IV в 1957 г. В Лондоне и V в 1961 г. В Париже) рекомендовано использовать для статического зондирования конус

-диаметром 36 мм

- площадью 10 см2

- с углом при вершине 60◦

Нормативная документация:

- ГОСТ 30672-99 Грунты. Полевые испытания. Общие положения

- ГОСТ 19912-2001 Грунты. Методы полевых испытаний статическим и  динамическим зондированием

- Указания по зондированию горных пород для строительства (СН 448-72)

ГОСТ 19912-2001 Грунты. Методы полевых испытаний статическим и  динамическим зондированием: «Настоящий стандарт устанавливает метод полевого испытания грунтов статическим зондированием при инженерно-геологических исследованиях для строительства»

Стандарт распространяется на песчаные и глинистые грунты

Стандарт не распространяется на грунты:

- песчаные и глинистые, содержащие частицы крупнее 10 мм и более 25% по массе,

- всех видов в мерзлом состоянии,

- исследуемые статическим зондированием с одновременным замачиванием

Статическое зондирование обычно применяется для:

Выделения инженерно-геологических элементов

Оценки пространственной изменчивости состава, состояния и свойств грунтов

Определение глубины залегания кровли скальных и крупнообломочных грунтов

Оценки возможности забивки свай и определения глубины их погружения

Определения данных для расчета свайных фундаментов (сопротивление грунта под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности)

Приближенной количественной оценки физических и физико-механических характеристик грунтов (плотности, угла внутреннего трения и сцепления, модуля деформации и др.)

Определения степени уплотнения и упрочнения грунтов во времени

Выбора мест расположения опытных площадок и отбора образцов грунта для детального изучения их физико-механических свойств

В результате полевых испытаний грунтов статическим зондированием определяют удельное сопротивления грунта под наконечником (конусом) зонда qc, МПа (кгс/см2), сопротивление грунта на боковой поверхности зонда Qs, кН (тс) или удельное сопротивление грунта на участке боковой поверхности (муфте трения) зонда fs, кПа (кгс/см2), при использование зондов более сложной конструкции измеряется поровое давление µ, МПа и α, градусы угол отклонения от вертикальной составляющей.

Классификация установок для статического зондирования по мощности устройств  для вдавливания и извлечения зонда

  

Наибольшее усилие вдавливания и извлечения зонда, кН (тс)	Тип установки
P≤50(5)	Легкая
50(5)<P≤100(10)	Средняя
P>100(10)	Тяжелая

 

 Установки статического зондирования: УЗП-5Р, УЗБ-5М-1, УСЗ 15/36А (УСЗ 15/36Г)

Измерительное устройство состоит из датчиков сопротивления грунта вдавливанию зонда, канала связи и регистрирующих приборов, применяется двух типов:

- механическое, сопротивление грунта вдавливанию зонда измеряется регистрирующими приборами, связанными с зондом

- электрическое,  сопротивление грунта вдавливанию зонда преобразуется в электрический сигнал и по каналу связи подается на регистрирующие приборы ПИКА-9, ПИКА-17 (НИИОСП)

Показатели статического зондирования грунта в процессе вдавливания зонда необходимо регистрировать непрерывно либо с интервалом по глубине не более 0,2 м

Скорость погружения зонда в грунт должна быть 1,2±0,3 м/мин

Результаты статического зондирования следует оформлять в виде графиков изменения по глубине показателей зондирования

 

1.3. Испытание штампом

При строительстве зданий и сооружений, а также дальнейшей жизни постройки, грунтовое основание деформируется под действием веса сооружения или другими словами происходит осадка. Осадка может быть неравномерной по периметру сооружения и тогда здание может приобрести крен или хуже того бетонные конструкции могут дать трещины, в связи с чем дальнейшая эксплуатация здания или сооружения может быть опасна или недопустима. Возможную осадку можно рассчитать и тогда деформация основания будет протекать согласно запланированной схеме, в допустимых пределах. Для этого необходимо изучить деформационные свойства грунтов площадки строительства.

 

• Деформационные свойства грунтов характеризуют их поведение под нагрузками, не приводящими к разрушению, определяются при статическом нагружении, необходимы для прогноза изменения объема грунта (уплотнение, разуплотнение).
• Для определения характеристик деформируемости грунтов в полевых условиях применяют штамповые испытания или испытания грунта прессиометром (радиальным или лопастным).
• Испытание грунта штампом проводят для определения следующих характеристик деформируемости:

 

1. модуля деформации Е, (Мпа) для крупнообломочных грунтов, песков, глинистых, органоминеральных и органических грунтов;
2. начального просадочного давления psi (Мпа), относительной деформации просадочности esl (д.е.) для просадочных глинистых грунтов при испытании с замачиванием, кроме набухающих и засоленных грунтов при испытании с замачиванием.

При проведении испытаний грунта статическими нагрузками ведется журнал испытаний, в который заносятся величины осадок штампа от действующей нагрузки. Это может происходить в автоматическом режиме или в ручном, в зависимости от используемого оборудования.

По окончанию полевых работ производится камеральная обработка опытных данных в соответствии с нормативной документацией.  По данным испытаний строят график зависимости осадки штампа от давления S = f(р) . На графике проводят усредняющую прямую методом наименьших квадратов или графическим методом. За начальные значения р0 и S0 (первая точка, включаемая в осреднение) принимают давление, равное напряжению szg,0, и соответствующую осадку; за конечные значения pn и Sn - значения pi и Si соответствующие четвертой точке графика на прямолинейном участке.

1.4. Прессиометрия

Для изучения деформационных свойств грунтов в полевых условиях, кроме испытаний штампом применяются прессиометры, испытания грунтов прессиометром проводятся в скважинах небольшого диаметра. Отличие этих методов, кроме конструктивных аспектов самого оборудования и методологии проведения эксперимента, заключается в ориентировки получаемой величины модуля деформации. Для штампов это вертикальное направление, а для прессиометров горизонтальное, конечно же, использование прессиометра позволит получить данные и в горизонтальном сечении, но для этого потребуется бурение горизонтальных скважин, что не всегда целесообразно. В связи с этим прессиометрию корректно применять в изотропных массивах грунтов. Для анизотропных массивов необходимо иметь количественную характеристику анизотропии свойств грунтов.     Существует несколько разновидностей прессиометров радиальный и лопастной. В настоящее время радиальный прессиометр                 более перспективен в силу своих конструктивных решений и удобства использования.

Испытания проводятся в соответствии с установленными стандартами по ГОСТ 20276-2012.

Преимущества использования прессиометра:

1. Возможность применения на большом спектре грунтов
2. Глубина испытания до 50м
3. Скорость выполнения эксперимента (в среднем 30-40мин)
4. Не требуется бурить скважину большого диаметра
5. Компактность оборудования

1.5. Динамическое зондирование

Под динамическим зондированием понимается процесс внедрения в грунт зонда,  динамической нагрузкой. Внедрение зонда осуществляется ударным или ударно-вибрационным способом. При динамическом зондировании фиксируют глубину погружения зонда h от определенного числа ударов молота (залога) или скорость погружения зонда v при ударно-вибрационном зондировании. По полученным данным рассчитывается величина условного динамического сопротивления грунта погружению зонда Pd.

 Испытание грунта методом динамического зондирования проводят при помощи специальной установки, которая обеспечивает внедрение зонда ударным или ударно-вибрационным способом, представленная  установка осуществляет внедрение зонда в грунт ударным способом, ударное устройство – молот.

При использовании метода Динамического зондирования, возможно, определить в полевых условиях физико-механические свойства грунтов, расчленить разрез, выделить ИГЭ, определить кровлю скальных грунтов или крупнообломочных, оценить изменчивость грунтов по глубине, оценить возможность забивки свай и определить глубины их погружения.

Чаще всего данный метод используют в комплексе с другими видами испытаний грунтов. Этот метод широко используется в дорожном строительстве для определения степени уплотнения насыпных грунтов.

Метод динамического зондирования выполняется в соответствии с требованиями ГОСТ 19912-2001 Грунты. Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием.

 

 

 

2. Лабораторные исследования горных пород и грунтов

2.1.Метод определения плотности песчаного грунта в рыхлом и плотного состоянии.

Настоящая методика распростроняется на песчаные грунты и устанавливает метод лабораторного определения плотности грунта в рыхлом и плотном состояниях.

1. Общие положения

1.1. Плотность грунтов в рыхлом и плотном состояниях следует определять как отношение масс грунтов в названных состояниях к их объемам.

1.2. Oпределение плотности песчаного грунта проводят на воздушно-сухих грунтах.

1.3. Взвешивания производят с точностью до 0,01 г.

1.4. Определение плотности грунта в каждом состоянии проводят с двухкратной повторностью.

2. Аппаратура

• Весы лабораторные по ГОСТ 19491-74.
• Прибор СУГ, состоящий из металлического стакана объемом 250 см3 (внутренний диаметр 60 мм) с насадкой.
• Колотушка деревянная или вибростол.
• Воронка конусообразная с длинным стеблем № 7.
• Сито с сеткой № 5 по ГОСТ 3584-73.
• Линейка металлическая негнущаяся.

3. Подготовка к испытанию

3.1. Песчаный грунт просеивают через сито с сеткой № 5.

3.2. Отбирают среднюю пробу песчаного грунта.

4. Проведение испытания

4.1. Взвешивают пустые, сухие стаканы.

4.2. Для получения рыхлого состояния грунта заполняют стакан песком через воронку. Стебель воронки держат на расстоянии 10-20 мм от поверхности грунта в стакане.

4.3. Для получения плотного состояния грунта стакан заполняют песком порциями при постоянном постукивании колотушкой о стенки стакана.

4.4. Для получения плотного состояния грунта при наличии механизма уплотнение производят на вибростоле.

4.5. Избыток грунта при полном заполнении стакнов удаляют линейкой вровень в краями стаканов.

4.6. Взвешивают стаканы с грунтом.

 

2.2 Методы определения плотности частиц скальных грунтов

Настоящая методика распространяется на скальные грунты и устанавливает метод лабораторного определения плотности частиц.

1. Общие положения

Соответствуют ГОСТ 5181-78.

2. Аппаратура

Соответствует ГОСТ 5181-78.

Добавляется ступка агатовая или яшмовая с пестом по ГОСТ 9147-80 или ступка механическая СМБН.

3. Подготовка к испытанию

3.1. Образец скального грунта массой 250-500 г дробят молотком на твердом основании на мелкие обломки. Обломкигрунта, находящиеся в воздушно-сухом состоянии, ристирают в ступке, а затем просеивают через сито с сеткой № 2. Частицы грунта, оставшиеся на сите, измельчают в ступке и снова просеивают.

3.2. Отбирают среднюю пробу грунта массой 100-200 г, избегая «круглых» значений 100, 150 или 200 г.

3.3. Из тщательно перемешанной средней пробы берут навеску в стеклянный стаканчик, масса навески - из расчета не менее 15 г на каждые 100 мл вместимости пикнометра.

3.4. Навеску высушивают в сушильном шкафу до постоянной массы и охлаждают по ГОСТ 5180-75.

3.5. Допускается использовать воздушно-сухие грунты с поправкой на гигроскопическую влажность по ГОСТ 5181-78.

3.6. Дистиллированную воду кипятят в течение 1 ч и хранят в закупоренной бутыли.

3.7. Составляют таблицу масс пикнометров с дистиллированной водой при различных температурах. Массы пикнометров с дистиллированной водой при различных температурах вычисляют по ГОСТ 5181-78.

4. Проведение испытания

Соответствует ГОСТ 5181-78.

5. Обработка результатов

Соответствует ГОСТ 5181-78.

2.3 Метод определения  максимальной молекулярной влагоемкости

Настоящая методика распространяется на пылевато-глинистые и песчаные грунты и устанавливает методлабораторного определения максимальной молекулярной влагоемкости.

1. Общие положения

1.1. Молекулярная влагоемкость грунта - способность частиц грунта удерживать молекулярным притяжением насвоей поверхности то или иное количество волы.

1.2. Максимальную молекулярную влагоемкость следует определять как влажносгь грунтовой пасты после,прессования ее до завершения водоотдачи грунта.

1.3. Максимальную молекулярную влагоемкость пылевато-глинистых грунтов определяют на образцах с естественной влажностью.

1.4. Определение максимальной молекулярной влагоемкости проводят с двухкратной повторностью.

2. Аппаратура

Соответствует ГОСТ 5180-75.

Добавляются:

• пресс рычажный, винтовой или гидравлический, исключающий возможность поворота плит; шаблон металлическийтолшиной 2 мм с отверстием диаметром 50 мм;

• пластины металлические;
• чашка фарфоровая по ГОСТ 9147-73;
• линейка металлическая негнущаяся;
• вазелин технический;
• ткань хлопчатобумажная;
• бумага фильтровальная.

3. Подготовка к испытанию

Соответствует ГОСТ 5183-77.

4. Проведение испытания

4.1. На кусочек ткани кладут шаблон, смазанный вазелином. Заполняют шаблон грунтовой пастой. Избыток пасты удаляют линейкой, перемещаемой по поверхности шаблона. Шаблон поднимают, а полученную лепешку покрывают вторым кусочком ткани.

4.2. На пластину кладут стонку фильтрованной бумаги из 20 фильтров диаметром 90 мм, лепешку в ткани, такую же стопку фильтровальной бумаги, пластину.

4.3, Полученный таким образом пакет помещают под пресс и выдерживают под постоянным давлением в 1 МПа втечение: пески и супеси - 10 мин, глины к суглинкн - 30 мин. За одно прессование можно испытать несколько образцов,ограничение количества диктуется конструкцией пресса (расстояние между плитами).

4.4. Освобождают лепешку от пластин, фильтровальной бумаги, ткани. Сгибают лепешку пополам. Ломкость еепоказывает, что водоотдача завершена.

4.5. Влажность образца определяют по ГОСТ 5180-75.

5. Обработка результатов испытания

Полученную влажность принимают за максимальную молекулярную влагоемкость.

2.4 Метод определения размокаемости

Настоящая методика распространяется на пылевато-глинистые грунты и устанавливает метод лабораторного определения размокаемости.

1. Общие положения

1.1. Размокаемость - способность грунтов терять в воде связность.

1.2. Размокаемость характеризуется временем и характером размокания грунтов.

1.3. Для определения размокаемости грунтов применяют подземную воду, взятую на месте отбора образца. Допускается применение водопроводной воды.

2. Аппаратура

• Прибор ПРГ-2.
• Нож.
• Пресс для вырезки образцов.
• Вазелин технический.

3. Подготовка к испытанию

3.1. Из монолита грунта вырезают образец кольцом - пробоотборником прибора ПРГ-2 по ГОСТ 5182-78.

3.2. Отбирают пробу на влажность по ГОСТ 5180-78.

4. Проведение испытания

4.1. Вырезанный образец грунта ставят на сетку прибора и опускают в ванну прибора, наполненную водой.

4.2. Наблюдают за образцом и делают записи в журнале в следующие промежутки времени: 1; 30 мин, 1; 6; 24; 48 ч.

4.3. Если образец не размокнет через 48 ч, дают его описание и опыт прекращают.

5. Обработка результатов испытания

5.1. По времени размокания образца различают типы размокаемости:

• мгновенная - полностью за 1 мин;
• очень быстрая - более 80-90 % объема зa 30 мин;
• быстрая - более 50 % объема за 1 ч,
• медленная - менее 50 % объема за 6 ч;
• очень медленная - менее 25 % объема за 24 ч;
• неразмокающий грунт - менее 10 % объема за 48ч.

5.2. По характеру размокания образца различают форму, размеры (крупные, мелкие комочки, чешуйки, пыль),последовательность распада.

2.5 Метод определения сжимаемости элювиальных грунтов

Настоящая методика распространяется на элювиальные пылевато-глинистые грунты твердой и полутвердой консистенции, а также песчаные грунты и устанавливает способ лабораторного определения их сжимаемости в компрессионных приборах.

Методика не распространяется на грунты, содержащие крупнообломочные включения более 20 %, а также обломки более 10 мм.

1. Общие положения

Соответствует ГОСТ 23908-79.

Для выяснения анизотропии сжимаемости, для образцов элювиальных грунтов компрессионные исследования проводят в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

2. Аппаратура

Соответствует ГОСТ 23908-79.

Площадь одометров принимают в зависимости от размеров и содержания по массе обломочного материала:

при содержании обломков менее 5 мм - не менее 40 см2

при содержании обломков 5 - 10 мм - не менее 100 см2

3. Подготовка к испытаниям

Соответствует ГОСТ 23908-79.

4. Проведение испытания

   4.1. Структурную прочность (Рстр) элювиальных грунтов определяют путем нагружения образцов ступенями давления по 0,0025 МПа до начала сжатия, характеризуемого относительной деформацией 0,005

   4.2. Начальную ступень давления принимают 0,05 МПа.

   4.3. Дальнейшие ступени давления принимают 0,1 МПа.

   4.4. После приложения каждой ступени давления регистрируют показания индикаторов через интервалы времени 0,25; 1; 10; 30; 60 мин, 2 ч до достижения условной стабилизации деформаций.

   4.5. Условная стабилизация деформации не более 0,01 мм;

для пылевато-глинистых грунтов - за 12 ч;

для песчаных грунтов - за 6 ч.

Далее проведение испытаний соответствует ГОСТ 23908-79.

5. Обработка результатов испытаний

Соответствует ГОСТ 23908-79.

Значения поправки ( за отсутствие поперечного расширения грунта в копрессионном приборе для:

песков пылеватых и мелких -  0,75

песков средней крупности, крупных -  0,85

супесей - 0,7

суглинков твердых и полутвердых - 0,6

глин твердых и  полутвердых - 0,8