Штамповые испытания грунтов от 15 000 рублей

Штамповые испытания в основном используются для исследования дисперсных и несвязных грунтов, включая песчаные и гравийные отложения. Методика обеспечивает максимально точные данные о деформационных свойствах грунта, в частности о штамповом модуле деформации. В сравнении с альтернативными способами, такими как статическое или динамическое зондирование, данный метод воспроизводит реальные условия нагрузки на грунтовый массив, что позволяет получить более объективные показатели его поведения при воздействии внешних сил.

Для обеспечения высокой достоверности результатов на каждой строительной площадке следует выполнять не менее двух испытаний – по одному на каждый инженерно-геологический элемент. Если расхождение между полученными значениями превышает 25% (в соответствии с п. 5.3.19 СП 22.13330.2016), требуется проведение дополнительного испытания для уточнения параметров грунта. Такой многоэтапный контроль гарантирует точность оценки деформационных характеристик, что способствует более обоснованному проектированию фундаментов зданий и инженерных сооружений.

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.

Виды 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.

Методика испытаний грунтов жесткими штампами в выработках

При проведении исследований в котлованах или шурфах диаметр жесткого круглого штампа подбирается с учетом типа исследуемого грунта. В соответствии с требованиями п.4.8 ГОСТ 20276.1-2020 на уровне проведения испытаний обязателен отбор образцов для последующего лабораторного определения физико-механических свойств грунтовой толщи.

Особенности испытаний винтовыми штампами в скважинах

Данная методика применяется для точного определения модуля деформации на заданной глубине. Наибольшую эффективность она демонстрирует при исследовании слабых водонасыщенных глинистых отложений и рыхлых песчаных грунтов, позволяя исключить технологические операции по установке обсадных колонн и бурению с применением бентонитовых растворов.

Конструктивные особенности винтовых штампов регламентируются специальными требованиями, направленными на:

• сохранение природной структуры грунта при ввинчивании;
• предотвращение проскальзывания рабочих лопастей.

Соответствующие технические параметры приведены в приложении "Б" ГОСТ 20276.1-2020. В случаях, когда погружение винтового штампа технологически затруднено, рекомендуется использовать плоские штампы типов III и IIIa (в зависимости от положения УГВ) — так называемые шестисотые штампы для скважинных исследований.

Сравнительный анализ методик испытаний по международным стандартам

Немецкий стандарт DIN 18134-2012 "Грунты. Методы испытаний. Штамповые испытания" (имеющий статус международного) существенно отличается от отечественного ГОСТ 20276-2012. В российской практике применяется адаптированная версия данного стандарта - ОДМ 218.5.007-2016 "Методические рекомендации по определению модуля деформации методом статического штампа", разработанная на основе немецких нормативов.

Методика исследования просадочных грунтов методом замачивания

При изучении просадочных свойств грунтов применяют две принципиальные схемы испытаний:

1. Метод "одной кривой".
2. Метод "двух кривых".

В процессе испытаний определяют ключевые параметры:

• модули деформации при естественной влажности и полном водонасыщении (в диапазоне нагрузок 0,1-0,4 МПа);
• показатель относительной просадочности (eₛₗ);
• начальное просадочное давление (pₛₗ) - определяется исключительно по схеме "двух кривых";

Особенности методики:

• уменьшенный шаг нагрузки (0,025 МПа против стандартных значений);
• увеличенный период стабилизации (2 часа);
• обязательная подготовка грунта с точным расчетом объема воды для замачивания;
• контроль степени водонасыщения в процессе испытаний.

Полученные данные позволяют точно классифицировать степень просадочности грунтового основания.

Методика штамповых испытаний в основании буровых (набивных) свай

Исследование несущей способности грунта под свайными фундаментами проводится с целью оценки работы свайной пяты. Основная расчетная зависимость (формула 7.5 СП 24.13330.2011):

Fd = γсRA

где:

• R - расчетное сопротивление грунта под основанием сваи;
• γс - коэффициент условий работы;
• A - площадь опирания;

Особенности методики:

1. Применение плоского штампа III типа диаметром 600 мм.
2. Расположение штампа на проектной отметке свайной пяты.
3. Модифицированная схема нагружения (отличается количеством ступеней).
4. Специальные методы интерпретации результатов.

Несмотря на существование многочисленных аналитических моделей (включая решения на основе теории предельного равновесия), экспериментальный метод с использованием штампов обеспечивает наибольшую достоверность определения параметра R, особенно для сложных грунтовых условий.

Методика испытаний многолетнемерзлых грунтов горячим штампом

Горячий штамп представляет собой конструкцию, состоящую из металлического корпуса, внутри которого расположены нагревательные элементы. Обычно он выполнен из высокопрочной стали или другого термостойкого материала и имеет форму плоской пластины или цилиндра с гладкой рабочей поверхностью. Внутри корпуса размещены нагревательные элементы — электрические спирали или тэны, которые обеспечивают равномерный нагрев поверхности штампа до заданной температуры. Внешняя часть штампа оснащена теплоизоляционными слоями для минимизации теплопотерь и обеспечения стабильных условий испытания.

При проведении испытаний горячий штамп устанавливается на поверхность мерзлого грунта, после чего осуществляется нагрузка, имитирующая реальные эксплуатационные условия. Нагревание штампа позволяет учитывать влияние температуры на деформационные свойства грунта, что особенно важно при работе с многолетней мерзлотой. Такой метод дает возможность получить более точные данные о поведении мерзлых грунтов под нагрузкой в условиях повышенной температуры и обеспечить надежность проектных решений для сооружений в таких условиях.

Определяемые параметры:

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

Технология проведения испытаний

Подготовительные работы:

• Установка штампа:
  • в забое горной выработки (открытой/подземной)
  • или на поверхности грунта
• Монтаж системы контроля:
  • температурные датчики (2 скважины по краям штампа)
  • диаметр 3-4 см
  • глубина до 80 см
  • интервал установки датчиков - 10 см
  • гидроизоляция скважин охлажденным глинистым грунтом

Этапы испытаний:

• Первый этап (прогрев):
  • Контроль глубины оттаивания:
    • металлическим щупом.
    • замеры проводятся:
      • после прекращения прогрева;
      • при достижении 0°C на глубине 40 см.
• Второй этап (нагружение):
  • Приложение ступенчатых нагрузок.
  • Контрольные замеры перед каждой новой ступенью.
  • Параметры ступеней нагружения:
    • для песков и глинистых грунтов: 0,05 МПа;
    • для крупнообломочных грунтов: 0,1 МПа;
    • для сильно выветрелых скальных пород: 0,2 МПа.

Критерии стабилизации:

• Для глинистых грунтов: скорость осадки ≤ 0,1 мм/2 ч.
• Для песков и крупнообломочных грунтов: ≤ 0,1 мм/1 ч.
• Для сильно выветрелых скальных пород: ≤ 0,1 мм/1 ч.

Режим измерений:

• Частота замеров:
  • через 10, 20, 30 и 60 мин от начала этапа;
  • затем ежечасно до стабилизации.
• Контрольные параметры:
  • осадка штампа;
  • температурный режим;
  • глубина оттаивания.

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.

Можно ли обойтись без штамповых испытаний?

Обойтись полностью без штамповых испытаний в большинстве случаев невозможно, поскольку этот метод считается одним из наиболее точных для определения деформационных характеристик дисперсных грунтов, особенно несвязных. Он позволяет получить достоверные данные о модуле деформации грунта, что критически важно для проектирования надежных оснований и предотвращения возможных проблем в будущем. В некоторых случаях допускается использование альтернативных методов исследования, однако их точность и надежность могут уступать результатам штамповых испытаний.

Сроки выполнения штамповых испытаний

Время проведения штамповых испытаний зависит от объема работ и условий площадки. Обычно подготовительный этап занимает от нескольких дней до недели, включая подготовку оборудования и проведение самих испытаний. Само выполнение теста обычно занимает от нескольких часов до одного дня на каждую точку исследования. Итоговые сроки могут варьироваться в зависимости от количества необходимых испытаний и сложности условий.

Что влияет на стоимость работ?

На стоимость проведения штамповых испытаний влияют несколько факторов: глубина залегания исследуемых грунтов — чем глубже, тем сложнее и дороже оборудование и работы; тип грунта — дисперсные или связные грунты требуют разного подхода и оборудования; а также срочность выполнения — при необходимости ускоренных сроков цена может значительно возрасти. Кроме того, стоимость зависит от объема работ, количества точек исследования и особенностей конкретного участка.

Готовы получить точные и надежные данные о свойствах ваших грунтов для успешного проектирования и строительства? Обратитесь к специалистам ООО Таманьгеотест. Не откладывайте — заказать штамповые испытания грунтов вы можете прямо сейчас по телефону или на сайте.

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

Часто задаваемые вопросы: