Штамповые испытания

Штамповые испытания грунтов — достоверный метод определения деформационных характеристик.

Цель методики штамповых испытаний грунтов заключается в искусственном моделировании условий взаимодействия фундамента и грунта на небольшом участке. Для этого используют шесть типов конструкций, различающиеся диаметром, назначением, глубиной залегания грунтовых вод, глубиной проведения испытания штампом.

Для расчета несущей способности грунта учитывают характеристики почв. Поскольку они известны не всегда, выполняют специальные тесты. Эти проверки позволяют определить точные параметры почв на конкретной территории. Эксперименты проходят с почвенными материалами, полученными на запланированном под строительство участке. Испытания несущей способности грунта проводят специалисты компании “СИБГЕОПРО”.

Определение несущих характеристик грунта или максимального давления, которое способны нормально переносить почвы, обязательно до начала строительных работ. Параметр указывается в Ньютонах из расчета на один сантиметр квадратный, реже в мегапаскалях. Величину принимают в расчет в ходе проектирования фундаментов, чтобы сравнить оказываемые на почвы зданием параметры давления. Сразу закладывают в формулу возможный слой снега на кровле, ветровые воздействия на стеновые перегородки. Даже если каждый параметр можно рассчитать предельно точно, цифры все равно берут с запасом.

Штамповые испытания грунтов дают максимально точные результаты по модулям общей деформации. Но стоимость и продолжительность таких проверок будет значительная. По графикам осадки и нагрузки можно ориентировочно рассчитать максимальную несущую способность основания РИ, которое соответствует сильному перелому графика. Во внимание следует принимать тот факт, что подошвенная область натурного фундамента площадь штампа обычно превышает в разы. Поскольку находящиеся в пределах зон сдвигов объемы грунта зависят от площади опоры, опыты со штампами дадут уменьшенные показатели давлений в сравнении с текущими реальными.

Плотность сложения почв в условиях их естественного залегания определяется путем зондирования, программирования вдавливающего усилия, которое нужно, чтобы погрузить зонд, применения штампа. Зонд – это, по сути, наращиваемая по мере погружения штанга из металла, на конец которой крепится конус стандартных размеров с диаметром 36 мм. Угол при вершине будет 60 градусов.

На данный момент существуют зондирующие самоходные установки, которые позволяют выполнять исследования на глубине до 30 м. Проверка штампами признана наиболее точной.

Тип и площадь штампа в зависимости от вида или разновидности грунта

• Площадь основания 600 см2 — для исследования глинистых и песчаных почв на глубине до 20 м и максимальной нагрузкой до 1,0 МПа.
• Площадь основания 2500 см2 и 5000 см2 — универсальное оборудование для работы с разными видами оснований, в том числе, скальными породами и сильно выветренными. При этом исследования устройством площадью 5000 см2 признаны эталонными для определения модуля деформации.
• Площадь основания 10 000 см2 — для крупногалечных грунтов, текучих глинистых почв, илов. Такие исследования достаточно трудоемкие, поэтому менее распространенные. Как правило, эти штампы задействуют для проведения геотехнических исследований для строительства ГЭС.
• Горячие штампы применяют для мерзлых грунтов, чтобы определить коэффициент оттаивания. Работы длятся в среднем от 1,5 до 7 дней в зависимости от структуры почвы, льдистости и считаются самыми технически сложными.

Поскольку требования к экспертизам и оформлению нормативных документов постоянно ужесточаются, необходимость в проведении испытаний штампом увеличивается.

Тип и площадь штампа в зависимости от вида, подвида или разновидности грунта ГОСТ 2076.1-2020:

Штамповые испытание грунтов в шурфах

Несущую способность, деформативность грунтовых оснований в полевых условиях определяют по результатам испытаний штампами в шурфах, траншеях, скважинах на уровне закладки фундаментов. Учитываются также данные статического, динамического зондирования.

Грунты на глубине до 6 метров испытывают в шурфах, на более значительном заглублении – в скважинах для бурения. Чтобы провести испытание в шурфах, применяют жесткие металлические либо железобетонные штампы квадратной формы. Средняя площадь их подошв составляет 2500-5000 см. В буровых скважинах для испытаний используют штампы круглой формы с площадями подошв от 600 см.

Схема испытаний в шурфе выглядит таким образом:

1. Гидравлический домкрат создает давление, оно через стойку поступает на штамп. Домкрат подает реактивное усилие, которое анкерное устройство из железных балок, работающее на выдергивание свай, принимает на себя. В качестве анкера можно применять платформу с грузом.
2. В ходе испытания грунта штампами в скважине для бурения с трубой обсадки на почвы устанавливают закрепленный к штанге штамп. Давление создают за счет укладки грузов на платформу с деревянным основанием, прикрепленной к штанге хомутом и тягами. За корректное расположение штампа отвечают направляющие брусья. В состав испытательных установок входят приборы, замеряющие осадки штампа с максимальной точностью.
3. Штамп в ходе испытаний нагружают ступенями. Размеры ступеней выбирают с учетом того, что давление под подошвой должно возрастать на слабых грунтах на 0.05 Мпа и на 0.2 Мпа на плотных. На каждой последующей ступени нагрузки выдерживают до стабилизации или затухания осадки штампов. Для фундаментных мостовых опор осадку загружения будут считать стабилизированной, если она составит до 0.01 мм за последние полчаса. В случае опирания на тугопластичные или глинистые грунты это значение не должно превышать 0.1 мм.

По итогам испытаний на штампе формируют график. Он будет зависеть от осадки штампа С, давления Р, которое поступает через его подошвенные части. На графике нужно выделить начальную зону, в рамках которой зависит осадки и давления будет считаться как прямолинейная. Модуль Е рассчитывается как общая деформация грунта. При испытаниях штампом квадратной формы за значение диаметра берется диаметр круга с площадью, которая равна площади подошвы штампов.

Как проводятся испытания грунтов методом штампа

Полевые испытания грунтов штампом выполняют с помощью пневматического домкрата, который ступенями передает нагрузку на оборудование. Число ступеней зависит от типа почвы, максимально допустимого давления под проектируемым объектом. 

Результаты регистрируют высокочастотными приборами: манометрами, динамометрами, часовыми индукторами.

На продолжительность работ влияют нижеперечисленные условия:

• тип почвы;
• максимальная нагрузка;
• число ступеней.

Проведение штамповых испытаний обязательно при возведении зданий, сооружений 1 и 2 уровней ответственности.

Испытания грунтов оснований штампом проводят на глубине расположения плит фундамента (от 3 до 15 метров), чтобы определить способность почвы выдерживать нагрузку конструкции. Во время исследований регистрируют прирост осадки устройства до условной стабилизации.

Условная стабилизация считается достигнутой, если прирост осадки не превышает 0,1 мм за определенный период. Время условной стабилизации зависит от структуры грунта:

• песчаные — от 30 минут до 2 часов;
• глинистые — от 1 до 3 часов.

Когда необходимы статические испытания грунтов штампом

Испытания грунта штампом — обязательный вид работ для объектов:

• нормального уровня ответственности;
• повышенного уровня ответственности.

Кроме этого, проведение испытаний штампом необходимо на стадии подготовки котлована для подтверждения проектной документации, расчетов.

Основная цель исследований — установление величины модуля деформации грунта методом применения штампа. Это неизменная единица для участка грунта, для которого определена структура, особенности рабочей поверхности. Посредством этого показателя определяют степень осадки конструкции. Помимо модуля деформирования, испытания штампом позволяют оценить:

• осадку почвы под нагрузкой сооружения;
• максимально допустимую нагрузку на почву;
• осадку почвы при дополнительном смачивании и нагрузке.

Историческая справка

Информация о штамповых испытаниях грунтов в ГОСТ 20276. 1-2012 основана на исследованиях, которые проводил в 1930 году ученый Пресс. В результате применения устройств квадратной формы разного размера были сделаны следующие выводы:

• Габариты оборудования непосредственно воздействуют на степень деформации грунтов определенного состава и структуры.
• Степень осадки для песчаных оснований не зависит от площади устройства, осадка увеличивается при неизменном подаваемом давлении.
• Наиболее точные результаты получаются при работе с плитами фундамента, площадь которых соответствует проектной площади конструкции, но такие исследования слишком дорогие и применяются редко.
• Исследования в скважинах штампом выполняют с использованием круглого оборудования площадью 600 см2.

Поскольку работать приходится с различными видами почв, применяют устройства разной площади — 2500 см2, 5000 см2, 10 000 см2.

Измерительные вычисления проводятся минимум двумя прогибомерами, их провода фиксируются на устройстве симметрично относительно центра. Осадок штампа вычисляется как среднее арифметическое двух приборов. Также в качестве измерительного оборудования используют индикаторы часового типа ИС и ИП. Оборудование точное, но часто выходит из строя и требует ремонта.

Количество точек исследования зависит от глубины залегания и размеров фундамента. Точки замера размещают на дистанции не более 3 м друг от друга. Выбор оборудования также связан с глубиной залегания грунтовых вод. Если работы проводятся выше уровня вод, подойдут шурфы. Для исследований ниже уровня вод потребуются скважины.

Для точного определения модуля искажения потребуется не менее трех испытаний грунтов штампом. Если разница между первым и вторым результатом не более 25%, третье исследование не проводят.

На подготовительном этапе тщательно зачищают участок специальным оборудованием. Если основание не удалось выровнять полностью, насыпают подушку из среднего или мелкого песка. Для плотного прилегания штампа к основанию участка выполняют минимум два поворота в разных направлениях. Затем обязательно проверяют выравнивание штампа по горизонтали.

Частые ошибки во время проведения полевых испытаний грунтов штампом

Если говорить о полевых исследованиях грунтов в целом, то испытания штампом — самые сложные. Достоверность результатов зависит от уровня профессионализма специалистов. Самые частые ошибки:

• грунт переуплотнен под основанием устройства;
• грунт разрыхляется при установке штампа;
• не соблюдается время, необходимое для условной стабилизации штампа;
• неграмотно подобраны параметры исследований — начальная нагрузка, количество и величина ступеней.

Ошибка в доли миллиметров в будущем приводит к искажению реальных показателей деформационных характеристик в 2 и более раза.

Во избежание подобных ситуаций важно обратиться к профессионалам, заранее узнать, какие установки используются, есть ли документация на оборудование.

Цены на штамповые испытания грунтов от 30 000 рублей

Стоимость работ рассчитывается отдельно для каждого проекта.

Чтобы получить больше информации, оставьте заявку на сайте или свяжитесь с нами по телефону.

Ступени давления и время условной стабилизации деформации при штамповых испытаниях для крупнообломочных и песчаных грунтов ГОСТ 2076.1-2020: