Штамповые испытания грунтов

Цели и задачи штамповых испытаний грунтов

Цель испытания плоским и винтовым штампом заключается в искусственном моделировании взаимодействия основания и фундамента на небольшом участке в соответствии с гост 20276.1-2020. Для этого используют шесть типов конструкций, различающиеся диаметром, в зависимости от назначениея, уровня подземных вод и глубины проведения испытания. 

Штамповые испытания грунтов — это полевой метод исследования, который позволяет оценить поведение основания под нагрузкой в условиях, максимально приближенных к реальной эксплуатации фундамента. В ходе испытаний на грунт воздействуют штампом с постепенным увеличением давления, фиксируя деформации на каждом этапе. Это даёт возможность определить ключевые параметры, необходимые для грамотного проектирования.

Один из основных результатов — модуль деформации грунта. Он характеризует способность основания сжиматься под нагрузкой и используется в расчётах для прогноза осадок будущего сооружения. Без точного значения этого показателя невозможно корректно подобрать тип и размеры фундамента. Другой важный аспект — прогноз осадок. Испытания позволяют оценить не только их величину, но и равномерность. Это критически важно: неравномерная просадка часто становится причиной трещин в конструкциях, перекосов проёмов и других деформаций, которые сложно устранить на поздних этапах. Третий параметр — несущая способность основания. Он показывает, какую нагрузку грунт может воспринять без потери устойчивости. Определение этого показателя исключает риски сдвига, выпора или локального разрушения основания под фундаментом.

Для заказчика и проектировщика такие данные означают возможность принять обоснованные инженерные решения: избежать избыточного запаса прочности, оптимизировать конструкцию фундамента и снизить стоимость работ без ущерба для надёжности. Результаты испытаний оформляются в виде официального геотехнического заключения, соответствующего требованиям СП 22.13330.2016 и ГОСТ 20276-2012, и готовы к использованию в проектной документации. 

Виды штамповых испытаний грунтов, которые мы выполняем

Штамповые испытания в котлованах (круглый жёсткий штамп)  
Проводятся непосредственно на дне подготовленного котлована с использованием металлического штампа стандартного диаметра. Метод позволяет определить модуль деформации и условное сопротивление грунта в зоне реального заложения фундамента.

Штамповые испытания в скважинах 
Выполняются на заданной глубине с помощью погружных или раздвижных штампов, опускаемых в инженерно-геологические скважины. Обеспечивают оценку прочностных и деформационных свойств грунтов без нарушения их природного сложения и влажности.

Испытания грунта штампом по ОДМ (для дорог и мостов)  
Регламентированы отраслевыми дорожными методиками и применяются для контроля качества уплотнения земляного полотна, насыпей и оснований дорожных одежд. Результаты позволяют подтвердить соответствие деформативных характеристик грунта требованиям к автомобильным дорогам и мостовым переходам.

Испытания горячим штампом в вечномерзлых грунтах  
Специализированный метод, при котором рабочая поверхность штампа нагревается для моделирования теплового воздействия от будущего сооружения на мёрзлое основание. Даёт точные данные о прочностных и деформационных свойствах грунтов с учётом температурного режима и криогенных процессов.

Методика проведения штамповых испытаний по ГОСТ 20276.1-2020

Испытания выполняются в строгой последовательности, обеспечивающей достоверность получаемых данных. Сначала подготавливают площадку в котловане или забой скважины: выравнивают основание, удаляют нарушенный грунт, при необходимости устраивают песчаную подушку. Затем устанавливают штамп, монтируют нагружающее устройство (домкрат, грузовую платформу или анкерную систему) и приборы для измерения осадок — прогибомеры или датчики перемещений с точностью не менее 0,1 мм.

Нагружение проводят ступенями равной величины, выдерживая каждую ступень до условной стабилизации деформации — критерием служит скорость осадки не более 0,1 мм за регламентированный промежуток времени, зависящий от типа грунта. На каждом этапе фиксируют показания приборов, занося данные в журнал полевых работ. После завершения нагружения выполняют ступенчатую разгрузку с контролем упругого восстановления грунта. По результатам строят график зависимости осадки от давления и рассчитывают модуль деформации по формулам стандарта.

Нормативные документы (ГОСТ, ОДМ)

Работы выполняются в соответствии с действующей нормативной базой:

- ГОСТ 20276.1-2020 «Грунты. Метод испытания штампом» — основной стандарт, регламентирующий методику полевых испытаний для определения деформационных характеристик дисперсных грунтов;
- ГОСТ 20276-2012 «Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости» — общие требования к полевым геотехническим исследованиям;
- ОДМ 218.5.007-2016 «Методические рекомендации по определению модуля деформации грунтов земляного полотна методом статического штампа» — отраслевой документ для дорожного строительства;
- СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений» — актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*, содержащая требования к проектированию фундаментов с учётом результатов штамповых испытаний.

Ознакомиться с текстом ГОСТ 20276.1-2020  можно на портале нормативной документации.

Цены на штамповые испытания грунтов 

Стоимость штамповых испытаний формируется индивидуально и зависит от типа применяемого штампа, глубины заложения, количества испытательных точек и удалённости объекта от нашей базы. Точный расчёт мы предоставляем после изучения технического задания или выезда инженера на площадку. Работаем по прозрачной системе ценообразования без скрытых доплат, что позволяет заранее спланировать бюджет геотехнических работ.

Оборудование и схема проведения штамповых испытаний

Проведение штамповых испытаний является неотъемлемой частью определения деформационных характеристик грунтов перед строительством здания. Испытания позволяют, в реальном времени смоделировать взаимодействия основания и фундамента проектируемого сооружения, и вычеслить модуль упругости грунта , также согласно ГОСТ 59866-2022 регламентирует проведения штамповых испытаний для оценки модуля деформации при динамическом нагружении что важно для праектирования фундаментов под промышленые машины и станки. Опираясь на наш опыт и экспертизу, мы предлагаем качественную и надежную услугу, которая поможет вам минимизировать риски и избежать непредвиденных ситуаций на этапе строительства и эксплуатации объекта. Мы готовы предоставить вам профессиональную помощь на всех этапах проекта, от разработки технического задания до контроля за выполнением строительных работ.

Видео штамповых испытаний грунта в основании буронабивной сваи по ГОСТ 5686-2020 и СП 46.13330.2012

Для расчета величины давления штампом учитывают характеристики слоев. Поскольку они известны не всегда, выполняют специальные тесты. Эти проверки позволяют определить точные параметры почв на конкретной территории. Эксперименты проходят с грунтовыми материалами, полученными на запланированном под строительство участке. Все работы проводят специалисты компании “СИБГЕОПРО”

Определение несущих характеристик 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.

Типы и размеры штампов

Согласно ГОСТ 20276.1-2020, используются жёсткие круглые штампы следующих типов:

Диаметр штампа площадью 600 см² составляет ~27,7 см, для 2500 см² — ~56,4 см, для 5000 см² — ~79,8 см.

Нагрузочные системы и диапазоны нагрузок

Гидравлические домкраты:
- Развивают усилие не менее 1,2 от расчётной испытательной нагрузки (например, ≥24 000 кгс для штампа 5000 см²) 
- Типы: одно- и двухстороннего действия, грузоподъёмностью от 100 кН до 400 кН и выше 
- Диапазон рабочего давления в гидросистеме: до 33–40 МПа 

Пневматические системы (для штампов 600 см²)
- Пневмоцилиндры с редуктором и ресивером для стабилизации давления на ступени
- Рабочее давление воздуха: 0,6–1,0 МПа

Анкерные системы воспринимают реактивное усилие
- Комплекты А4 (200 кН) и А5 (400 кН) для штампов типа I 
- Комплект А3 с четырьмя винтовыми анкерами — для штампов 600 см²

Измерительная аппаратура

- Прогибомеры/индикаторы часового типа (ИЧ-50, ПМ-3, 6ПАО-ЛИСИ) — измерение осадки с погрешностью ≤0,1 мм 
- Индуктивные датчики перемещений (электронные) — для автоматизированной регистрации
- Реперная система — обеспечивает независимую базу отсчёта, исключая влияние температурных деформаций 
- Контроллеры (например, ТЕСТ-ШВК) и ПО (Pneumator) — для полуавтоматического и автоматического протоколирования 

 Работа в котлованах и скважинах

В котлованах/шурфах:
- Применяют штампы 2500 или 5000 см² 
- Минимальный размер выработки в плане: 1500×1500 мм для крупных штампов, ≥900 мм для 600 см²
- Поверхность основания выравнивается; допускается песчаная подушка 1–2 см (глины) или до 5 см (крупнообломочные грунты) 

В скважинах:
- Используют штампы 600 см² (типы III и IV) 
- Для типа III: штамп опускают на зачищенный забой, обеспечивают плотный контакт поворотами колонны труб 
- Для типа IV (винтовой): завинчивают ниже забоя на 30 см (для большинства грунтов) или 50 см (для глинистых с Iₗ > 0,75 и водонасыщенных песков) 
- В устойчивых грунтах допустимы испытания без обсадных труб на глубинах до 10–12 м 

 Схема нагружения

Нагрузка прикладывается ступенями Δp, величина которых зависит от типа грунта и его состояния:
- Крупнообломочные и плотные пески: 0,025–0,1 МПа
- Глинистые грунты: 0,01–0,1 МПа (в зависимости от e и Iₗ)
- Просадочные грунты: 0,025–0,05 МПа

Каждая ступень выдерживается до условной стабилизации осадки (скорость ≤0,1 мм за время t от 0,5 до 4 часов в зависимости от грунта).

Полевые испытания дают максимально точные результаты по модулям общей деформации. Но стоимость и продолжительность таких проверок будет значительная. По графикам осадки и нагрузки можно ориентировочно рассчитать максимальные характеристики деформируемости основания РИ, которое соответствует сильному перелому графика. Во внимание следует принимать тот факт, что подошвенная область натурной опоры 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 проводить исследования на глубине до 30 м. Проверка штампами признана наиболее точной.

Тип и площадь штампа в зависимости от инженерно-геологического слоя

• Площадь основания 600 см2 — для исследования любого слоя 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.
• Площадь основания 10 000 см2 — для крупногалечных, текучих почв, илов. Такие исследования достаточно трудоемкие, поэтому менее распространенные. Как правило, их 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.

На пример, при натурном моделировании взаимодействия основания, согласно гост 20276-2020 и сп 47.13330.2016, для испытания буронабивной сваи пользуються штампом 600, а для испытаний в котлованах применяют штамп 5000

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

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

Испытания грунтов круглым жестким штампом в котлованах и шурфах

Деформационные характеристики грунтов оснований в реальных условиях определяют по результатам проведенных испытаний штампами в скважинах, траншеях, на уровне закладки фундаментов. Учитываются также данные статического, динамического зондирования.

Слои на глубине до 6 метров испытывают в скважине, на более значительном заглублении – в скважинах для бурения. Штампом является жесткие металлические либо железобетонные круглой или квадратной формы плиты. Средняя площадь их составляет 2500-5000 см. В буровых скважинах для испытаний используют штампы круглой формы с площадями от 600 см.

Схема испытаний 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, также можно воспользоваться анкерными сваями.
2. В ходе испытания штампами 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 измерительные приборы, замеряющие перемещение с максимальной точностью.
3. Слой в ходе испытаний нагружают ступенями. Размеры 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 стадии нагружения выдерживают до стабилизации или затухания перемещения штампов. Для фундаментных мостовых опор перемещения будут считать стабилизированным, если она составит до 0.01 мм за последние полчаса. В случае опирания на тугопластичные это значение не должно превышать 0.1 мм.

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

Принцип испытаний грунтов штампом

Испытания грунтовых оснований выполняют с помощью пневматического домкрата, который ступенями передает давления на штамп. Число ступеней зависит от типа основания, максимально допустимого давления под проектируемым объектом 

Результаты регистрируют высокочастотными приборами: манометрами, динамометрами, часовыми индукторами. Оборудование для штамповых испытаний должно проходить своевременную поверку.

Общее время испытания зависит от:

• типа грунта;
• максимальная нагрузка;
• количество ступеней;

Проведение данных тестов обязательно при возведении зданий, сооружений нормального, а также 1 и 2 уровней ответственности.

Испытания оснований проводят на глубине расположения плит фундамента (от 3 до 15 метров), чтобы определить способность основания выдерживать давление конструкции. Во время исследований регистрируют прирост перемещения устройства до затухания движения.

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

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

Испытания штампом — обязательный вид работ для сооружений уровня ответственности:

• нормального ;
• повышенного;

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

Основная цель исследований — установление величины модуля деформации грунта в условиях строительной площадки. Это неизменная единица для участка породы, для которого определена структура, особенности рабочей поверхности. Посредством этого показателя определяют степень усадки конструкции. Помимо модуля деформирования, испытания позволяют оценить:

• осадку основания под давлением сооружения;
• • максимально допустимую нагрузку на слой;
• • усадку слоя при дополнительном смачивании.

Результаты испытаний и отчетность для заказчика

По завершении работ заказчик получает полный пакет документации с отчетом, который содержит описание программы и методики испытаний, характеристику использованного оборудования, инженерно-геологические условия площадки и протоколы полевых испытаний. А также графические материалы: графики зависимости «нагрузка–осадка» (p–s кривые), графики ползучести грунтов, схемы расположения точек испытаний. И расчётные характеристики (модуль деформации грунта (E, кПа/МПа), коэффициент постели, расчётное сопротивление грунта основания. Все данные оформляются в соответствии с требованиями СП 47.13330, ГОСТ 20276.1-2020 и других действующих нормативных документов.

Скачать пример отчёта по штамповым испытаниям в PDF

Историческая справка

Информация об испытаниях штамповым методом 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 пород определенного состава и структуры.
• • Степень усадки для песчаных оснований не зависит от площади устройства, усадка увеличивается при неизменном подаваемом давлении.
• • Наиболее точные результаты получаются при работе с плитами, 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, 5000, 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 конструкции. 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, подойдут шурфы. Для исследований ниже уровня потребуются скважины.

Для точного определения модуля искажения потребуется провести не менее трех испытаний штамповым методом. 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 по горизонтали.

Частые ошибки во время проведения полевых испытаний штампом

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

• грунт переуплотнен под основанием устройства;
• слой разрыхляется при установке оборудования;
• не соблюдается время, необходимое для фиксации перемещений;
• неграмотно подобраны параметры исследований — начальное давление, количество и величина последующих этапов повышения давления.

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 при штамповых испытаниях для крупнообломочных и песчаных грунтов ГОСТ 2076.1-2020: