Метод полевого определения характеристик деформируемости грунтов регламентирован ГОСТ 20276—85. В соответствии с указанным стандартом испытания статическими нагрузками (штампами) следует проводить в грунтах без жестких структурных связей для определения модуля деформации, начального просадочного давления, относительной просадочности при исследованиях грунтов для строительства. Стандарт не распространяется на грунты в мерзлом состоянии, а также на набухающие и засоленные грунты при испытаниях их замачиванием.
Испытания грунта штампами следует проводить в горных выработках (котлованах, шурфах, дудках и буровых скважинах).
Таблица 1.7 Применимость полевых методов для изучения грунтов
| Характеристика | Зондирование | Пенетра- ционно- каротаж-ный комплекс | Статические нагрузки | Прес- сиомет- рия | Испытания на сдвиг | Пенетра- ция, совмещенная с вращательным срезом | |||
| статическое | динамическое | ударно- вибра- ционное | в горных выработках | в скважинах | |||||
| Рельеф кровли скальных пород, залегающих под рыхлыми отложениями | + | + | + | + | — | — | — | — | — |
| Границы между природными и насыпными грунтами и другие геолого-литологические контакты | + | + | + | + | — | — | — | — | — |
| Мощность, простирание и пространственное положение отдельных слоев и линз пород | + | + | + | + | — | — | — | — | — |
| Наличие ослабленных зон рыхлого сложения (в песках), мягкопластичной и текучей консистенции (в глинистых породах), зон повышенной прочности | + | + | + | + | — | — | — | — | — |
| Глубина залегания уровня грунтовых вод и кровли водоупора | (+) | (+) | (+) | (+) | + | — | — | — | — |
| Положение верхней границы многолетне- мерзлых пород | + | + | + | + | — | — | — | — | — |
| Влажность грунта | — | — | — | + | — | — | — | — | — |
| Плотность | (+) | (+) | (+) | (+) | — | — | — | — | (+) |
| Консистенция глинистых грунтов | (+) | — | — | (+) | — | — | — | — | (+) |
| Общее сопротивление сдвигу | — | — | — | — | — | (+) | + | + | (+) |
| Угол внутреннего трения | (+)* | (+)* | (+)* | (+)* | — | (+) | + | + | (+) |
| Удельное сцепление | — | — | — | — | — | (+) | + | + | (+) |
| Модуль деформации | (+) | (+) | (+) | (+) | + | + | — | — | — |
| Просадочные свойства | — | — | — | — | + | + | — | — | — |
| Несущая способность свай | + | + | + | + | — | — | — | — | — |
| Степень уплотнения и упрочнения во времени искусственно сложенных (насыпных и намывных) грунтов | + | + | + | + | — | — | — | — | + |
Примечания.1. Скобки указывают, что определение ориентировочное. 2. Звездочками отмечены параметры, определяемые только для песчаных грунтов.
При испытаниях грунтов в шурфа площадь поперечного сечения шурфа должна быть определена в зависимости от необходимости крепления его стенок и глубины проходки. Минимальные допускаемые размеры шурфа в плане—1,5 х 1,5 м. Диаметр дудок, проходимых механизированным способом, должен быть не менее 0,9 м, диаметр буровых скважин для испытаний—325 мм. Бурить скважины следует вертикально с обсадкой трубами до забоя. Ударно-канатное и вибрационное бурение скважин ближе 1 м до места испытания запрещается.
В состав установки для испытаний грунта штампом должны входить: штамп, устройство для нагружения штампа, анкерное устройство (для установок без грузовой платформы), устройство для измерения осадок штампа. Конструкция установки должна обеспечивать возможность нагружения штампа ступенями по 0,01—0,1 МПа, центрированную передачу нагрузки на штамп, постоянство давления на каждой ступени.
Штампы должны быть жесткими, круглой формы следующих типов: I—с плоской подошвой площадью 2500 и 5000 см2;
II—с плоской подошвой площадью 1000 см2 и кольцевой пригрузкой до площади, дополняющей площадь штампа до 5000 см2;
III —с плоской подошвой площадью 600 см2;
IV — винтовой штамп площадью 600 см2.
Тип и площадь штампа назначают в зависимости от испытываемого грунта по табл. 1.8.
Винтовой штамп состоит из одновитковой лопасти и ствола (рис. 11). Размеры винтового штампа должны соответствовать требованиям табл. 1.9
Штамповые установки различных конструкций состоят из собственно штампа, силового домкрата, анкерного устройства, устройства для поддержания постоянной нагрузки и измерительного устройства, а установки для испытаний грунтов в скважинах дополнительно снабжены колонной бурильных труб. В зависимости от способа восприятия реактивного усилия возникающего при загрузке штампа, конструкции штампов могут быть разделены на распорные (крепление установки распором в стенки шурфа или дудки) и свайные (крепление установки с помощью анкерных свай).
|
Таблица 1.8. Рекомендации по выбору площади штампа
| Грунты | Положение штампа относительно уровня подземных вод | Глубина испытания, м | Место проведения испытаний | Штамп | |
| Тип | Площадь, см2 | ||||
| Крупнообломочные; песчаные— пески плотные и средней плотности; пылевато- глинистые — глины и суглинки с показателем текучести IL ≤0,25; супеси при IL≤0 | На уровне подземных вод и выше | По всей толще | В котловане, шурфе, дудке | I II III | |
| Песчаные — пески рыхлые; пылевато-глинистые — глины и суглинки с показателем текучести > 0,25; супеси при IL>0; лессовые грунты, илы; биогенные | То же | То же | То же | I II | |
| Просадочные при испытаниях с замачиванием | Выше уровня подземных вод | » | В котловане, шурфе, дудке | I | |
| Крупнообломочные; песчаные— пески плотные; пылевато-глинистые— глины и суглинки с показателем текучести IL ≤0,5; супеси при IL<0 | На уровне подземных вод и выше | Ниже 6 | На забое скважины | III | |
| Песчаные; пылевато-глинистые—глины, суглинки и супеси при любых значениях показателя текучести IL; лессовые грунты, илы; биогенные | То же | Ниже 6 | Ниже забоя скважины | IV | |
| Ниже уровня подземных вод | По всей толще | То же | IV | ||
| Пылевато-глинистые глины и суглинки с показателем текучести IL>0,5; супеси при IL> 1; илы; биогенные | Выше и ниже уровня подземных вод | <10 | В массиве без бурения скважины | IV |
Таблица 1.9. Параметры винтового штампа
| Параметры | При испытаниях | |
| ниже забоя скважины | в массиве без бурения скважины | |
| Диаметр лопасти D, см Толщина лопасти t, см Шаг лопасти д, см Диаметр ствола d, см: на высоте 60 см выше лопасти на остальной высоте | 27,7 12,7—21,9 | 27,7 7,3—11,4 7,3—11,4 |
Автоматизированная установка НИИоснований — одна из первых отечественных штамповых установок. Она позволяет проводить испытания как в шурфах, так и на поверхности земли.
Реактивное усилие воспринимается винтовыми анкерными сваями. Последние представляют собой толстостенные трубы диаметром 74 или 114 мм и длиной 4,2 м. Установка может создать вертикальное давление до 0,35 МПа, масса установки 900 кг. Наряду со сжатием с помощью установки можно определять сопротивление грунта сдвигу за счет поворота кольца штампа гидроцилиндрами.