в зоне РФ
т/ф (495) 565-13-84
т. (495) 544-81-24
О полевых испытаниях грунтов штампом малой площади
Полевые испытания грунтов нагружаемым штампом являются наиболее надежным способом оценки их деформируемости. При исследованиях в шурфах применяются круглые жесткие штампы площадью 5000 см (реже — иные), а при исследованиях в буровых скважинах — аналогичные штампы площадью 600 см2. Их достаточно большие опорные площади требуют больших конечных усилий в опытах: при штампе площадью 5000 см и конечной ступени нагрузки 0,5 МПа общее усилие должно достигать 245 кН (25 т), а при штампе площадью 600 см2 и такой же конечной ступени нагрузки — около 30 кН (3 т). Это обусловливает массивность оборудования, сложность его монтажа, большие сечения диаметра опытных выработок, значительную стоимость, трудоемкость и продолжительность опыта. Все это в определенной мере служит препятствием для широкого использования штамповых испытании в составе инженерно-геологических изысканий. Из-за указанных причин даже на крупных объектах изысканий делается немного штамповых испытаний, а уж на мелких вообще наблюдается тенденция обходиться без них, несмотря на требуемый нормами их обязательный минимум (три на объект или его секцию). При этом метод штамповых испытаний является обязательным в практике инженерно-геологических изысканий согласно ГОСТ 20276-99.Другим способом получения модуля деформации грунта являются общепринятые лабораторные компрессионные испытания в одометрах, которых в настоящее время в составе инженерно-геологических изысканий делается много. Однако компрессионные испытания базируются на принципиально иной основе, отличающейся от схемы взаимодействия реального фундамента с грунтовым основанием. Они представляют собой сжатие слоя грунта малой мощности между двумя жесткими плитами (поршнем и поддоном одометра) при отсутствии бокового поперечного расширения. В связи с этим компрессионные модули общей деформации порой значительно отличаются от штамповых. Это несоответствие породило проблему приведения значения компрессионного модуля общей деформации к штамповому на основе корреляционной связи между отношением штампового значения к компрессионному (коэффициента и физическими свойствами грунта. Но эта проблема, существующая уже более 50 лет, пока окончательно так и не решена. Значение множественного коэффициента корреляции рассматривавшихся взаимосвязей с разными сочетаниями аргументов (физических свойств покровных отложений разных регионов России, в том числе и по результатам исследований авторов настоящей статьи) не превысило 0,84-0,88, а в ряде случаев не достигло даже 0,7. По-видимому, этот путь не приведет к лучшим результатам и в дальнейшем.
Третьим (более поздним) направлением в проблеме определения модуля общей деформации грунтов снова является обращение к полевым методам, но уже с помощью значительно менее громоздкого оборудования (сначала радиального и лопастного прессиометров, а позже плоского дилатометра и самозабуривающегося лопастного прессиометра гирляндного типа, введенных в последнюю редакцию ГОСТ 20276-99). Общей особенностью методов третьего направления является стремление к уменьшению размеров и веса оборудования, чему должна была способствовать идея вдавливания штампа в стенку буровой скважины с использованием противоположной ее стенки в качестве упора и в связи с этим, очевидно, признанное допустимым существенное уменьшение опорной площади штампов (в лопастном прессиометре — до 150 см , в плоском дилатометре — до 40 см2). Не моделирующее работу фундамента горизонтальное направление прилагаемого усилия, по-видимому, рассматривалось как неизбежная, но допустимая «издержка компромисса».
Общая идея здесь заключается, очевидно, в попытке заменить компрессионные испытания более результативными полевыми экспресс-испытаниями, проводимыми в условиях, значительно более (хотя и не полностью) приближенных к испытаниям «эталонным» штампом при свободном боковом расширении, с несложным приведением экспресс-определений к «эталонным» значениям с помощью коэффициента. Иначе говоря, в соответствии с действующими ГОСТ 20276-99 и СП 11-105-97 нечто близкое к «идеалу» оценки модуля общей деформации на объекте изысканий представлялось в виде множества его экспресс-определений прессиометром или плоским дилатометром как минимум при трех обязательных испытаниях штампом площадью 5000 см с приведением результатов к эталонным условиям.
Но, если было признано допустимым уменьшить площадь штампа до 150 см2 в прессиометре и до 40 см — в плоском дилатометре, поскольку это соответствует нынешнему стандарту (раньше допустимой считалась минимальная площадь штампа 600 см при испытании в песках и 100 см — в глинистых грунтах), то не следует ли вновь обратить внимание на лучше моделирующий работу фундамента штамп с меньшей по сравнению с установленной площадью опирания? Например, можно воспользоваться штампом площадью 100 см2 (возможно, винтовым) с ориентировкой хотя бы только на наиболее частые в практике изысканий глинистые грунты. В таком варианте значительно уменьшается вес оборудования и величина наибольших опытных нагрузок — и установка может быть реализована как приставка, навешиваемая на мачту бурового станка и отводимая во время бурения в сторону на петлях. При этом возникает возможность последовательно опробовать грунтовую толщу штампом серией опытных интервалов в нормальном к грунтовым слоям направлении, чередуя штампо-опыты с бурением. И таких опытов в скважинах в пределах сжимаемой зоны под будущим фундаментом может быть проведено пять-шесть.
Общая наибольшая нагрузка на штамп площадью 100 см при наибольшем рабочем напряжении 0,5 МПа составляет всего 4,9 кН (500 кг). Она легко реализуется даже с помощью системы нагружения любого бурового станка, применяемого при массовых инженерно-геологических изысканиях. В соответствии с такой небольшой нагрузкой винтовой штамп может быть реализован на стойке из штанг диаметром 50 мм с центрирующими уширениями на штанговых замках через 1,5-2,0 м для исключения искривления под нагрузкой. Опыт проводится в буровой скважине, обсаженной трубами с внутренним диаметром не менее 120 мм.
При толщине стенок штанг (стоек), равной 7 мм, вес опускаемой на забой конструкции при испытаниях на глубинах 5,10 и 15 м составит соответственно около 0,5, 1,0 и 1,5 кН (50,100 и 150 кг), а давление на забой — 0,05-0,15 МПа, что значительно меньше давления от собственного веса покрывающих грунтов на этих глубинах (0,08-0,30 МПа). Величина сжатия стойки от предельной нагрузки 4,9 кН, приводимая в литературе, для стальных труб диаметром 168-219 мм при глубине испытания 15 м составляет всего 0,07-0,10 мм, а при меньших нагрузках и глубинах испытания — в два-три раза меньше (такого же порядка она ожидается и для стальных штанг диаметром 50 мм).
Таким образом, представляется заслуживающей внимания и обсуждения проработка вопроса о создании установки для проведения экспресс-штампоопытов с помощью приставки к буровому станку с расчетной конечной нагрузкой не более 5 кН. Такая приставка сможет эффективно заменить отбор монолитов на компрессионные испытания грунтов и сами эти испытания (тем более что последние достаточно продолжительны и занимают, по опыту многих лабораторий, время от нескольких суток до одной недели). Отбор монолитов грунтов становится нужным только в количестве, необходимом для оценки физических свойств и параметров сопротивления срезу.
Винтовой штамп не требует подготовки забоя скважины к опыту, а периодический подъем обсадных труб для продолжения бурения после очередного опыта в глинистых грунтах и повторные обсадки скважины перед следующими опытами, по многолетним наблюдениям авторов, не являются существенным усложнением состава работ. Чередование бурения и испытаний штампом малого диаметра позволит повысить надежность определения модуля общей деформации грунтов без снижения оперативности проведения инженерно-геологических изысканий в целом.
Каталог статей
Ты знаний можешь не иметь
В какой-то области конкретной,
Но коль есть доступ в интернет,
Не жмись ты ссылочкой ответной.
