Штамповые испытания грунтов от 15 000 рублей

В случае испытания несвязного грунта – проведение испытаний грунтом штампом является единственным способом получения наиболее достоверной информации о деформационных характеристиках дисперсных грунтов, в первую очередь оценка штампового модуля деформации грунтов.

Необходимо провести минимум два испытания на площадке строительства – для каждого исследуемого инженерно-геологического элемента. Если расхождение в результатах составляет более 25%, проводят еще одного испытание, согласно п. 5.3.19 СП 22.13330.2016.

Типы и площадь штампа

• 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. 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. 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.

Вспомогательное оборудование:

• анкерное устройство или газовая платформа;
• тарированный груз, домкрат или другое устройство, с помощью которого создают давление на стальной диск;
• датчик перемещения, прогибомеры и другие устройства, определяющие степень осадки;
• устройство, которым замачивают грунт и контролируют его влажность (если исследованию подвергаются просадочные породы).

Методика проведения испытаний

Полевые испытания грунтовых оснований 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 тип почвы, максимальная нагрузка и 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.

Классификация штамповых испытаний

• Испытания грунтов круглым жестким штампом в котлованах и шурфах,
• Испытания винтовым штампом в скважинах
• Штамповые испытания грунтов по методике ОДМ 218.5.007–2016 (DIN)
• Проведения штамповых испытаний с замачиванием просадочных грунтов
• Штамповые испытания в основании свай, изготавливаемых в грунте
• Испытания многолетнемерзлых грунтом горячим штампом

Испытания грунтов круглым жестким штампом в котлованах и шурфах

При испытаниях штампов в котлованах или шурфах, размер штампа назначается в зависимости от вида грунта. Согласно п.4.8 ГОСТ 20276.1-2020 на отметке испытаний должен быть выполнен отбор проб с целью определения физических характеристик грунтов в лабораторных условиях.

Испытания винтовым штампом в скважинах

Этот тип исследований выполняют для оценки модуля деформации грунтов на заданной отметке. Он эффективен для массива грунта, сложенного слабыми водонасыщенными глинистыми грунтами или водонасыщенными песками, так как в этом случае данный метод позволяет избежать применения обсадных труб и бурения под бентонитовым раствором. К конструкции винтового штампа предъявляются жесткие требования с целью не допустить нарушения структуры грунта при ввинчивания и избежать эффекта буксования лопасти в грунте. Данные требования в табличной форме приведены в приложении «Б» ГОСТ 20276.1 -2020. Если погружение винтового штампа затруднено или представляет трудности, выполняют испытания штампами III и III a типа в зависимости от уровня грунтовых вод. Данные испытания носят название – испытания грунтов в скважинах плоским шестисотым штампом.

Испытания грунтов штампами в соответствии с требованиями DIN

Испытания грунтов штампами согласно DIN 18134–2012 «Soil – Testing procedures and testing equipment – Plate load test», который имеет статус международного стандарта отличаются от методики, изложенной в ГОСТ 20276-2012. В России существует похожий документ, составленный на базе DIN 18134–2012, – ОДМ 218.5.007–2016 «Методические рекомендации по определению модуля упругости статическим штампом».

Испытания грунта экспресс-методами по DIN 18134–2012 и ОДМ 218.5.007–2016 проводятся с применением нагрузочной плиты (жесткого штампа) диаметром 300 (600, 762) мм. Требования к конструкции штампа и применяемому оборудованию подробно описаны в DIN 18134–2012. По результатам испытаний определяют следующие характеристики: модуль общей деформации и модуль упругости грунта. Испытания проводятся на строительной площадке и занимают значительно меньше времени, чем штамповые испытания по ГОСТ 20276-2012. Существует две схемы устройства установок для проведения штамповых испытаний: установка с поворотным щупом, осуществляющая измерение осадки плиты при изменяющемся соотношении длины рычагов hp:hm; установка с перемещающимся по оси щупом, осуществляющая измерение осадки плиты при фиксированном соотношении длины рычагов 1:1 (рис).

Установка для проведения штамповых испытаний с перемещающимся по оси щупом (DIN 18134–2012) 1-прогибомер; 2-рама; 3-считывающее устройство; 4- щуп; 5- нагрузка; 6-линейный подшипник; 7-опоры

Для определения модуля общей деформации на нагрузочную плиту передают нагрузку шестью ступенями, затем снимают нагрузку (этап разгрузки) в три ступени: 50%, 25% и 2% от максимального давления. Для определения модуля упругости проводят еще один цикл нагружения, при этом максимальное давление составляет значение предыдущей ступени, достигнутой на первой ветви загружения. При проведении испытаний все изменения фиксируются и записываются в журнал испытаний. Величина максимально достигнутого давления на первой ветви нагружения зависит от размеров штампа, например, для штампа диаметром 300 мм, максимальное давление, которое должно быть достигнуто составляет 0,5 МПа. Важной отличительной особенностью от методики ГОСТ 20276-2012 является время «выдержки» на каждой ступени нагрузки. Другое название данного времени – время стабилизации деформаций (хотя, правильнее было бы сказать стабилизация вертикальных перемещений). В соответствии с требованиями DIN 18134–2012 данное время должно составлять 1 минуту (для дорожного строительства) или 2 минуты (для всех остальных случаев). В отечественном ГОСТе 20276-2012 время стабилизации для крупнообломочных грунтов составляет 30 минут!

Проведения штамповых испытаний просадочных грунтов с замачиванием

Испытания просадочных грунтов с замачиванием проводят по схеме «одной» или «двух кривых», по построенным графическим зависимостям оценивается величина штамповых модулей деформации, соответствующих природной влажности и в условиях полного водонасыщения (в диапазоне давлений 0,1-0,4 МПа), а также величина относительной просадочности esl. Значение начального просадочного давления psl может быть определено только по схеме «двух кривых». На основе полученных значений делаются выводы о степени просадочности грунта основания. Испытания просадочных грунтов имеют свои особенности, главными из которых является меньшая величина ступеней (0,025 МПа), более длительный период условной стабилизации (2 ч) по сравнению с песчаными и пластичными глинистыми грунтами. Но главной особенностью являются подготовительные работы, определения количества воды для замачивания, оценка степени влажности грунта по результатам замачивания.

Испытания грунтов штампами в основании буровых (набивных) свай

Исследования в основании свай позволяет оценить работу пяты сваи. Формула для оценки несущей способности свай-стоек (формула 7.5 СП 24.13330.2011):  

Fd = γсRA

За сопротивление грунта под пятой сваи отвечает величина R – расчетное сопротивление грунта под пятой. Различными отечественными и зарубежными исследователями предложено много различных аналитических формул для оценки предельного сопротивления (несущей способности) дисперсных грунтов в основании свай, основанных на теории предельного равновесия грунтов. Однако, строгие решения для некоторых практических задач получены только для случая плоской задачи. Поэтому, наибольшая достоверность определения величины R может быть обеспечена на основе вдавливания плоского шестисотого штампа III типа на проектной отметке будущей пяты сваи по методике проведения штамповых испытаний грунтов с некоторыми отличиями в части количества ступеней и методики обработки результатов.

Испытания многолетнемерзлых грунтом горячим штампом

Горячий штамп это плоский стальной диск с ребрами жесткости. В штамп встроено обогревающее устройство (электронагреватель или водяной обогрев).

С помощью этого метода определяются характеристики деформируемости мерзлого грунта:

• коэффициент оттаивания Ath;
• коэффициент сжимаемости mt;
• модуль деформации Е

Испытания мерзлых грунтов проводят нагружением штампа статической вертикальной нагрузкой в забое горной выработки (открытой или подземной) или на поверхности грунта. Контроль глубины оттаивания грунта под штампом осуществляется с помощью температурных датчиков и металлического щупа. Температурные датчики устанавливают с интервалом в 10 см в две скважины диаметром 3—4 см и глубиной до 80 см, пробуренные по краям штампа. Скважины необходимо тщательно гидроизолировать охлажденным глинистым грунтом.

Измерения глубины оттаивания грунта металлическим щупом проводят на первом этапе испытания дважды: после прекращения прогрева и при достижении нулевых температур на глубине 40 см, а на втором этапе — каждый раз перед приложением очередной ступени давления.

После стабилизации осадки оттаявшего грунта при напряжении (первый этап испытаний) на штамп подают ступенчато-возрастающие нагрузки (второй этап испытании). Каждую ступень давления выдерживают до условной стабилизации грунта (осадки штампа).

За критерий условной стабилизации деформации принимают скорость осадки штампа, не превышающую 0,1 мм за 2 ч для глинистых грунтов и 0,1 мм за 1 ч — для песков, крупнообломочных и сильно выветрелых скальных грунтов. Отсчеты по приборам для измерения деформаций проводят на обоих этапах испытаний через 10; 20; 30 и 60 мин от начала испытания и далее — через каждый час до условной стабилизации осадки штампа на каждой ступени нагружения. Значения ступени давления на штамп на втором этапе испытаний следует принимать:

• для песков или глинистых грунтов 0,05МПа;
• для крупнообломочных грунтов— 0,1 МПа;
• для сильновыветрелых скальных фунтов—0,2 МПа.

Камеральная обработка полевых результатов

На основе полученного графика «осадка-давление», построенного по результатам полевых данных определяется модуль общей деформации или модуль первичного нагружения, модуль упругости (определяется по второй ветви загружения) и модульный коэффициент KE по которому оценивается качество подготовки искусственного основания.

В соответствии с ОДМ 218.5.007–2016 формула для определения модуля ветви первичного нагружения имеет вид:

где D – диаметр нагрузочной плиты, м; 0,75 – коэффициент, учитывающий определение площади нагрузочной плиты и усреднённый коэффициент Пуассона для данного вида испытаний; Δσv1 – приращение нагрузки нагрузочной плиты при первичном нагружении (30% и 70% от максимальной нагрузки), МН/м2; Δsv1 – приращение осадки нагрузочной плиты при первичном нагружении (30% и 70% от максимальной нагрузки), м.

Для ветви вторичного нагружения (модуль упругих деформаций или модуль упругости):

где: D – диаметр нагрузочной плиты, м; 0,75 – коэффициент учитывающий определение площади нагрузочной плиты и усреднённый коэффициент Пуассона для данного вида испытаний; Δσv2 – приращение нагрузки нагрузочной плиты вторичного нагружения при 30% и 70% от максимального ее значения, МН/м2; Δsv2 – приращение осадки нагрузочной плиты вторичного нагружения при 30% и 70% нагрузке от максимальной, м.

Модульный коэффициент определяется как отношение модуля упругости Ev2 к модулю общей деформации Ev1:

где: Ev1 – модуль общей деформации, МН/м2; Ev2 – модуль упругости, МН/м2.

В соответствии с ОДМ 218.5.007–2016 степень уплотнения испытываемого объекта считается достаточной, если модульный коэффициент меньше или равен значению 2,5 (KE ≤ 2,5).

Согласно DIN 18134–2012, модуль общей деформации определяется по той же формуле, но с введением коэффициентов квадратичного полинома а1 и а2.

Уравнение для определения модуля деформации Е является теоретическим уравнением, которое определяет вертикальное перемещение (осадку) от действующей нагрузки, приложенной к жесткой круглой пластине, размещенной на однородной, изотропной, упругой среде на основе теории упругости. Оно не учитывает влияние площади загружения, потому что радиус в данной формуле является переменной величиной. Исходя из этого, для использования методики DIN к определению модуля общей деформации для глинистых грунтов следует проявлять осторожность.

*Указанные на сайте цены не являются публичной офертой. Цены ориентировочные более точно можно узнать по телефону.

Штамповые испытания свай в: Тамани, Москве, Краснодаре, Ростове-на-Дону, Волгограде. 

Часто задаваемые вопросы:

Цены на штамповые испытания