Инженерная геология, буровые работы

ПППА - pppa.ru


ПППА - работы, услуги, партнерство
на главную страницу сайта

Инженерная геология, буровые работы - полезная информация
к оглавлению документов и статей

Испытания штампами

В полевых условиях исследование деформационных свойств грунтов производится поэтапным нагружением жестких штампов, установленных в породах, которые будут находится в пределах сферы взаимодействия с сооружением, и заключается в измерении осадок штампа от каждой ступени нагрузки, а также в изучении характера деформации во времени, Методика испытания пород штампами отличается сложностью я трудоемкостью, что связано с монтажем тяжелого оборудования, специальной подготовкой грунтов к испытаниям; значительными затратами времени на изучение характера осадки. Поэтому испытания пород штампами производится лишь на последних стадиях инженерно-геологических исследований под строительство, когда выбрано место "посадки", установлены габариты и ориентировка сооружения, а также передаваемые на грунты нагрузки, тип и глубина заложения фундамента, геологическое строение участка и прочее. Производство испытаний штампами и интерпретация результатов регламентируется ГОСТ 12374-77.

Поскольку модуль деформации является показателем cжимаемоcти грунтов, поведение которых описывается теорией линейно-деформируемых тел, определять величину Е можно только для начального прямолинейного участка S= f(Р) . Модуль деформации, являющийся при принятых ограничениях величиной постоянной для грунта данного состава и состояния, при определенной методике испытания (размер штампа, скорость приложения нагрузки) служит для вычисления осадок сооружений. Его принимают за эталон при оценке модуля деформации, полученного по данным зондирования и прессиометрических испытаний. Кроме определения модуля деформации по данным испытаний грунтов статическими нагрузками на штамп можно оценить осадку грунта под нагрузкой, упругую деформацию грунта, характер развития деформации пород под нагрузкой во времени, критическую (разрушающую) нагрузку, дополнительную осадку (просадку) в просадочных грунтах при их увлажнении под нагрузкой.

Накопленный к настоящему времени опыт исследований грунтов статическими нагрузками свидетельствует о значительном влиянии размеров штампа на деформацию изучаемых пород. Впервые такие опыты осуществил Пресс (1930) на сухих мелкозернистых песках и влажных песчаных глинах с помощью квадратных штампов разной площади. Он показал, что для песков осадка не зависит от площади штампа с размерами от 18 х 18 см до 30 х 30 см, а при уменьшении или увеличении площади штампа по сравнению с производной осадка возрастает при одинаковых удельных давлениях, передаваемых на штамп. Для глин размеры такого штампа оказались значительно меньше: 30x30 cм.

Наиболее достоверные данные могут быть получены при испытаниях опытных фундаментов с площадями равными площадями проектируемых фундаментов, но такие испытания проводятся в исключительных случаях вследствие их высокой стоимости. Поэтому при массовых исследованиях грунтов применяются штампы со значительно меньшими (по сравнению с проектными) размерами. В России стандартными для испытаний в шурфах, котлованах, шахтах, штольнях и других горных выработках считаются жесткие, круглые, плоские (толщиной 12-15 мм) и глухие штампы площадью 2500, 5000, 10000 см2, а также штампы площадью 1000 см2 с жестким кольцом, дополняющим площадь штампа до 5000 см2, а для испытаний в скважинах применяют круглые штампы площадью 600 см2 (диаметр 27,7 см).

В зависимости от типа (вида) и состояния грунтов (ГОСТ 12374-77) рекомендуют использовать штампы следующих размеров для испытания:

- в плотных песчаных и глинистых грунтах с консистенцией IL≤0,25 - штампы площадью 2500 см2 (диаметр - 56,4 см);

- в крупнообломочных, песчаных средней плотности и рыхлых, а также глинистых грунтах с консистенцией IL> 0,25 - штамп площадью 5000 см2 (диаметр - 79,8 см).

Основным оборудованием для испытания грунтов статическими нагрузками являются штамп, установка для нагружения и измерительная аппаратура. Наиболее распространенные в настоящее время конструкции штампов стандартных размеров для испытания грунтов в шурфах и скважинах приведены выше. Отметим, что при испытаниях грунтов в скважинах штамп устанавливают в закрепленную обсадными трубами скважину диаметром 325 мм. Нагрузка на штамп передается через штанги, выходящие на поверхность. Передача усилий на штамп в установках для испытания грунтов осуществляется, при помощи гидравлических домкратов пневматических камер, тарированным грузом через платформу, установленную непосредственно на штампе либо через систему рычагов.

Для измерения осадок применяются механические приборы. Осадка штампа измеряется не менее чем двумя прогибомерами, проволоки от которых закрепляют на штампе симметрично относительно центра.. За осадку штампа принимают среднее арифметическое из показаний прогибомеров. Прогибомеры устанавливаются на реперных устройствах, состоящих из свай и перекладины, укрепленных на поверхности. Используя дополнительные струбцины с роликами, измерительные устройства могут быть вынесены на некоторое удаление от шурфа, так как в большинстве случаев их невозможно установить непосредственно над штампом.

Точность измерения осадок, регламентированная ГОСТ 12374-77, составляет 0,1 мм, что соответствует точности измерений прогибомерами. В практике испытаний грунтов статическими нагрузками на штамп, приходится измерять осадки с большей точностью, например, при изысканиях под уникальные сооружения или при испытаниях очень плотных и скальных грунтов. В этих случаях используется индикаторы часового типа ИС и ИП с точностью измерения деформаций 0,01 мм. Недостаток этих приборов заключается в том, что они не приспособлены к работе в полевых условиях, быстро выходят из строя и требуют дополнительных устройств при измерении осадок более 10 мм.

Положение пунктов проведения испытаний зависит от глубины заложения фундаментов проектируемого сооружения, ориентировки и конфигурации фундамента, распределения нагрузок, степени однородности разреза пород, залегающих в основании сооружения. В плане точки опытов желательно располагать непосредственно на оси фундамента либо на расстоянии не далее 3 м от ранее пройденных разведочных выработок. При сложном геологическом строении выработка проходится непосредственно вблизи пункта испытания, при этом ее глубина должна на 2 м превышать глубину установки штампа. Обычно выбор оборудования определяется положением уровня грунтовых вод. Если отметка проведения испытания находится выше уровня грунтовых вод, испытания проводятся в шурфах, если ниже, то для опытов целесообразно использовать скважины. Желательно, чтобы до проходки шурфа хотя бы в трех его углах было проведено статическое или динамическое зондирование с целью установления однородности механических свойств грунтов в выбранном пункте.

Испытаниям подвергают все основные несущие слои грунтов. Если зона уплотнения сферы взаимодействия представлена одним достаточно однородным слоем, грунта, то испытания проводят на одной глубине, соответствующей отметке заложения основных фундаментов. При неоднородном основании, сложенном несколькими слоями, состоящими из грунтов с различными свойствами, испытывают все встреченные слои. Расстояние между точками опробования по вертикали в одной выработке должно быть вдвое больше диаметра штампа, но не менее 0,6 м.

Минимальное число частных испытаний для определения значения модуля деформации, в соответствии со СНиП 2.02.01-83, должно составлять 3. Однако допускается ограничиться двумя испытаниями, если значения модуля деформации, полученные в них, не отличаются более чем на 25%. При наличии в разрезе пород слоев мощностью меньше 0,6 м или чередовании тонких слоев получают только осредненные значения модуля деформации для комплекса слоев.

В соответствии с ГОСТ 12374-77, минимальные размеры горных и буровых выработок ограничены следующими значениями: шурфы - 1,5х1,5 м; дудки - диаметр 0,9 м; скважины - диаметр 325 мм.

Бурение скважин следует вести вертикально с обсадкой трубами до отметки испытаний. При бурении скважин для испытания грунтов ниже уровня грунтовых вод не допускается понижение уровня вод в скважине.

Перед установкой штампа следует тщательно зачистить забой выработки, применяя специальное оборудование. Обычно с помощью зачисток выбирают защитный слой мощностью, 0,1 - 0,2 м до отметки испытания. Если после такой операции дно выработки остается неровным, его планируют устройством подушки из мелкого или средней крупности маловлажного песка толщиной 1-2 см для глинистых и не более 5 см для крупнообломочных грунтов. Для достижения плотного контакта штампа с испытываемым грунтом необходимо произвести не менее двух поворотов вокруг его вертикальной оси, меняя направления поворота. После установки штампа следует проверить горизонтальность его положения.

Вслед зa установкой штампа монтируются нагружающие, воспринимающие реактивные усилия и реперные устройства, закрепляется измерительная аппаратура. Нагрузка на штамп передается ступенями давлений в зависимости от показателей физических свойств пород. Осадку следует определять как среднее арифметическое показаний двух прогибомеров, фиксирующих осадку противоположных сторон штампа. Измерение осадок необходимо производить с точностью 0,1 мм. Отсчеты по прогибомерам на каждой ступени давления необходимо производить при испытаниях глинистых грунтов через каждые 15 мин. в течение первого часа, 30 мин - в течение второго часа и далее через 1 ч до условной стабилизации осадки. Данные и результаты испытаний грунтов статическими нагрузками заносятся в журнал, который является основным документом производства испытаний. По результатам испытания грунтов статическими нагрузками оценивают их сжимаемость, количественной характеристикой которой служит модуль деформации К. Для вычисления модуля деформации отроят график зависимости осадки от давления, откладывая по оси абсцисс значения Р (в масштабе 1 см - 0,025 МПа) и по оси ординат соответствующие им условно стабилизированные значения S (в масштабе 1 см - 1 мм осадки).

Через нанесенные на график четыре опытные точки каждой ступени нагрузки необходимо провести осредненную прямую методом наименьших квадратов. За начальные значения Р0 и S0 (первая точка, включаемая в осреднение) следует принимать давление, равное природному давлению Рб и соответствующую осадку; за конечные значения РП и SП- значения Рi и Si , соответствующие четвертой точке графика на прямолинейном участке. Если при давлении Рiприращение осадки будет вдвое больше, чем для предыдущей ступени давления Рi-1, а при последующей ступени давления Рi+1 приращение осадки будет равно или больше приращения осадки при Рi, то зa конечное значение РП и SП следует принимать Рi-1 и Si-1. При этом число включаемых в осреднение точек должно быть не менее трех. В противном случае при испытании грунта необходимо применять меньшие по величине ступени давления. Для построения осредняющей прямой допускается использование графических методов.

Модуль деформации грунта E следует вычислять для прямолинейного участка графика S =f(Р). Результаты определения модуля деформации следует выражать с точностью: 1,0 МПа при Е > 10,0 МПа; 0,5 МПа при Е = 2,0÷10,0 МПа и 0,1 МПа при E < 2,0 МПа.

ПППА - работы, услуги, партнерство
на главную страницу сайта

Инженерная геология, буровые работы - полезная информация
к оглавлению документов и статей


ПППА - контактная информация на этой странице


pppa.ru © ПППА