Для использования грунта в конкретных целях (сельскохозяйственных или под строительство) необходимо узнать его свойства и характеристики. Эти параметры определяют степень деформации при получении фиксированных статических нагрузок. Двумя основными способами выявления характеристик породы являются лабораторные и полевые методы испытания.
Для чего проводится испытание грунтов
При эксплуатации зданий и других сооружений создается давление на грунт, в результате чего он подвергается деформации. Степень изменений зависит от свойств и характеристик породы. Чтобы просчитать вероятность просадки, смещения или разрушения возведенных объектов, перед закладкой фундамента проводятся испытания.
Исследования грунтов представляют собой комплексные мероприятия, включающие как стационарное наблюдение, так и оценку ряда важных факторов:
- плотность массива;
- химические свойства (взаимодействие с металлическими и бетонными материалами фундамента);
- несущую способность;
- уровень разделения геологического разреза;
- сжимаемость;
- динамическую стойкость слоев при насыщении водой;
- прочностные характеристики;
- подверженность пучению под воздействием мороза;
- контурность водяных прослоек и линз.
По итогам разрабатывается грамотный проект фундамента, обустраиваемого под новое сооружение. Для реконструкции старых построек также подбирается оптимальный вариант инженерного решения.
Свойства грунтов
Исследование грунта предоставляет корректные данные относительно его свойств. На основании точных показателей проектировщики делают расчеты, гарантирующие безопасность эксплуатации возводимых или реконструируемых объектов. При проведении анализов и опытов используются профессиональные приборы и оборудование, позволяющие выявить следующие свойства:
- Подверженность сдвигу. Выводится соотношение внешнего давления и способности грунта к сопротивляемости его воздействию.
- Плотность слоев. Анализируется гранулометрический состав, коэффициент фильтрации и уплотнения.
- Влажность. Показатель определяет выбор изоляции для гидрозащиты.
- Минеральный состав. Кислотно-щелочной баланс почвы влияет на материалы, используемые для обустройства фундамента.
- Предрасположенность к набуханию и усадке. От этих параметров зависит выбор типа фундамента.
Типы грунтов
Тип и классификация грунтов при испытаниях определяется согласно ГОСТ 25100-2011. Ключевая особенность, влияющая на процесс расчета и подготовку проекта – изменение физических свойств под воздействием условий окружающей среды. По составу и структуре различают такие типы грунта:
- Глинистый, к примеру – лессовидный суглинок. Высоко капиллярная, пластичная смесь глины и песка, с частицами чешуйчатой формы и низким уровнем водопроницаемости. При сухой погоде консистенция твердая, сохраняющая структуру, при влажной – липкая, пластичная и разжиженная. Непригоден для возведения оснований сооружения.
- Песчаный. Водонепроницаем, плотен, практически не подвержен пучению. Песок разных фракций с содержанием кварца, кальцита, полевого шпата в произвольных пропорциях. Подходящее основание для любых сооружений, с разным весом и габаритами.
- Крупнообломочный. Идеальный вариант крепкого основания несцементированного типа. Состоит из гравия, щебня, валунов, других кристаллических и осадочных пород с фракцией от 3 до 40 мм. Разработка возможна с применение специального оборудования.
- Скальный (конгломерат, гранит, сланец, диорит, песчаник и другие). Монолит с сильными связями в структуре. Разрабатывается с помощью оборудования для заглубления. На сплошном массиве могут иметься трещины. Показывает хорошие результаты при нагрузке на сжатие, прочен, устойчив к влаге.
Полевые методы испытаний грунтов
Полевые испытания проводятся непосредственно на месте застройки. Для получения полной и разносторонней картины характеристик осуществляются совместно с лабораторными исследованиями. Технические условия полевых испытаний регламентируются соответственно ГОСТ. Существует несколько методов: статического и динамического зондирования, прессиометрических, штамповых и опытно-фильтрационных испытаний, электронным динамическим плотномером, сваями, способом вращательного среза, плоским дилатометром Маркетти.
Статическое зондирование
Широко распространенный метод анализа, предназначенный для оценки объектов, планируемых к возведению на свайных фундаментах. В процессе его проведения в почву вдавливается специальный наконечник (зонд). Он погружается под влиянием системы гидравлики, попутно происходит фиксация сопротивления, оказываемого почвенным покровом. Вдавливание проходит две стадии – непрерывную и с заданной периодичностью. На глинистых породах статическое зондирование практически не проводится.
Динамическое зондирование
Динамическое зондирование осуществляется специальной установкой на колесном или гусеничном шасси с молотом, имеющим вес 63,5 кг, а также ручным комплектом динамики. Используется на основаниях, где присутствует естественная толща песка. С помощью вибромолота определяется модуль деформации и сопротивление грунта.
Прессиометрические исследования
Для прессиометрических испытаний задействуются радиальные прессиометры. Приборы, прикрепленные к тросу, погружаются в скважину. На определенной глубине резиновая камера прибора расширяется, на стенки скважины оказывается давление сбоку. Данные деформационных изменений фиксируются датчиками.
Штамповые испытания
Штамповые испытания проводятся согласно ГОСТу 20276.2012. В почву погружается круглый плоский или винтовой штамп, на который воздействует домкрат или другой вид груза (ФБС блоки, техника, плиты). Модуль деформации вычисляется по данным, измеряемым прогибометрами или датчиками перемещений. Метод хорошо зарекомендовал себя на глинистых, крупнообломочных и песчаных породах.
Опытно-фильтрационные исследования
Опытно-фильтрационный метод испытаний соответствует ГОСТу 23278-2014. Позволяет сделать оценку таких параметров как размер, коэффициент фильтрации и темп роста депрессионной воронки. Представляет данные о гидрогеологических и гидродинамических свойствах почвы.
Электронный динамический плотномер
Электронный динамический плотномер используется для определения прочности и стойкости к деформации дорожных оснований и грунтов под объекты застройки. Является альтернативой штампа или динамической нагрузки. Необходимые показатели замеров (уплотнение, несущая способность, скорость осадки) снимаются при ударе груза, который падает.
Исследование сваями
Испытания сваями проводятся различными способами, в зависимости от задач. Для проведения работ задействуются эталонные сваи или их натуральные модели. Измеряется четыре вида нагрузки:
- динамическая;
- при выдергивании;
- горизонтальная;
- статическая.
Способ вращательного среза (испытание на сдвиг)
Испытание на сдвиг осуществляет по ГОСТу 20276.5-2020. Проводится в скважине лопастным прибором (крыльчатка с 4 лопастями). Позволяет собрать информацию о прочности отложений торфа, наличии рыхлого песка и глинистого грунта.
Плоский дилатометр Маркетти
Плоский дилатометр Маркетти представляет собой лопатку из нержавеющей стали с округлой стальной мембраной. Внедрение в грунт производится на месте посредством буровых установок или пенетрометра. Измерения делают на глубине каждых 20 см и вносят в протокол.
Лабораторные методы испытаний грунтов
Лабораторные испытания грунта нужны для выявления всех показателей физико-механических свойств. Главные параметры измерения – максимальное значение влажности и плотности почвы. От них зависят расчеты несущей способности грунта, предназначенного для возведения объекта, подбор изоляционных и строительных материалов.
Естественная плотность грунта может определяться измерениями, взвешиванием в нейтральной жидкости, режущим кольцом и парафинированием. Естественную влажность оценивают весовым, нейтронным, радиометрическим, электрометрическим, термостатным, гидростатическим способом или спиртобензометодом. Также среди лабораторных методов выделяют одноосное и трехосное сжатие.
Одноосное сжатие
Компрессионное исследование применяется на полускальных и глинистых типах грунта. Боковое расширение здесь отсутствует. С помощью данного метода измеряется модуль упругости, коэффициенты Пуассона, прочность структуры почвы, уровень сжатия, коэффициент относительной сжимаемости, показатель общей и поперечной деформации.
Трехосное сжатие
Второе название – стабилометрический метод, имитирующий нагрузку при эксплуатации конкретного сооружения. Задействуется стабилометр с осесимметричным трехосным нагружением. Проведение такого вида исследование дает информацию о механических показателях, уплотнении на глубине, давлении сверху и уровне бокового давления.
Результаты испытаний
Итоги и показатели, полученные в результате инженерно-геологических исследований, заносятся в отчет. Документация содержит детальное описание визуального обследования окружающей обстановки, данные о физико-химических свойствах грунта, рекомендации относительно возможности возведения объекта на испытуемой почве. Отчет должен дополняться планом исследуемого участка. На нем обозначаются места бурений, схема почвенных слоев, информация о замерах в виде таблиц и графиков.
Испытания грунта – важный аспект при разработке проектной документации. Они дают полное представление о подробном анализе типа почвы, ее свойств и характеристик. Оценка структуры и состояния грунта позволяет соблюдать все требования, выдвигаемые к надежному основанию для фундамента.
