Статическое зондирование

Метод полевых испытаний грунтов статическим зондированием регламентирован ГОСТ 20069—81. По существу этот метод реализует создание отверстий в грунте (т. е. бурение скважин) способом вдавливания. Стандарт распространяется на песчаные и глинистые грунты при инженерно-геологических исследованиях для строительства. Стандарт не распространяется на грунты: песчаные и глинистые, содержащие частицы крупнее 10 мм более 25% по массе, всех видов в мерзлом состоянии, исследуемые статическим зондированием с одновременным замачиванием.

Статическое зондирование проводят вдавливанием в грунт зонда с одновременным измерением непрерывно (или через заданные интервалы по глубине) сопротивления грунта под наконечником и на боковой поверхности зонда. Зондирование осуществляется или са­мостоятельно, или в сочетании с другими видами инженерно-геоло­гических исследований.

С помощью статического зондирования проводят следующие виды исследований:

1) выделение инженерно-геологических элементов (толщины слоев, линз, границ распространения грунтов различного состава и состо­яния);

2) оценка пространственной изменчивости, состава и свойств

грунтов;

3) определение глубины залегания кровли скальных и крупнооб­ломочных грунтов;

4) оценка возможности забивки свай и определения глубины их погружения;

5) определение данных для расчета свайных фундаментов (со­противление грунта под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности);

6) приближенная количественная оценка физико-механических ха­рактеристик грунтов (плотности, сопротивления срезу, модуля дефор­маций и др.);

7) определение степени уплотнения и упрочнения грунтов во времени;

8) выбор мест расположения опытных площадок и отбор образцов грунтов для детального изучения их физико-механических свойств.

В результате полевых испытаний грунтов статическим зондирова­нием определяют: удельное сопротивление грунта под наконечником (конусом) зонда q3, МПа; сопротивление грунта на боковой повер­хности зонда Q3, кН или удельное сопротивление грунта на участке боковой поверхности (муфте трения) зонда ƒ₃, кПа.

Глубину зондирования и расположение точек зондирования в плане следует определять заданием на проведение инженерно-геологических исследований грунтов.

Для испытания грунтов статическим зондированием необходимо применять установки, состоящие из следующих основных узлов:

зонда (наконечника и штанги), устройства для вдавливания и извлече­ния зонда, опорно-анкерного и измерительного устройств.

В зависимости от конструкции наконечника зонды подразделяются на три типа (рис..1.7): I тип —с наконечником из конуса и кожуха; II тип—с наконечником из конуса и муфты трения; III тип—с наконечником из конуса, муфты трения и уширителя.

Площадь основания конуса зондов всех типов должна составлять 10 см², а угол при вершине конуса 60°. Наружный диаметр муфты трения должен быть равен диаметру основания конуса, а длина муфты трения 310 мм. Наконечники зондов типов II и III должны иметь над муфтой трения цилиндрическую часть длиной не менее 72 мм и наружным диаметром, равным диаметру муфты трения. Наружный диаметр штанги зонда типа I должен быть равен 36 мм, а зондов типов II и III в соответствии с конструктивными сооб­ражениями, но не более 55 мм. Длина звеньев штанги должна быть не менее 800 мм.

Устройство для вдавливания и извлечения зонда должно обес­печивать перемещение зонда в грунте. В зависимости от максимальных усилий, развиваемых при вдавливании и извлечении зонда, установки для статического зондирования подразделяются следующим образом:

Наибольшее усилие вдавливания и из­влечения зонда, кН ≤50 >50÷≤100 >100

Тип установки Легкая Средняя Тяжелая

Для производства статического зондирования в настоящее время применяют различные передвижные и самоходные специализированные установки, а также приставки к существующим буровым станкам. Из числа известных и применяемых установок следует назвать С-979 (в виде самостоятельной установки; установки, смонтированной на автомобиле ЗИЛ-131, на базе трактора Т-40 и на базе бурильной машины БКГМ-202); С-832М, АСЗ Гидропроекта, СП-59, УСЗК-З,

Основные параметры некоторых установок для статического зондирования представлены в табл. 11.7.

Таблица 11.7. Основные параметры некоторых специализированных установок для статического зондирования

Стационарная установка ЦНИИСа выполнена разборной с массой отдельных узлов не более 50 кг. Общее сопротивление зондированию и статическое сопротивление вдавливанию конуса измеряются от­дельно. Для определения лобового сопротивления применяют тензодатчики. Давление на зонд передается двумя гидроцилиндрами. Реактивное усилие создается с помощью четырех анкерных свай, которые завинчиваются в грунт гидравлическим устройством. Установ­ка выпускается мастерскими ЦНИИСа.

Установкой С-979 конструкции Фундаментпроекта зондирование проводят, одновременно вдавливая в грунт конус на штанге и наруж­ную трубу. Диаметр штанг 18 мм, наружный диаметр трубы 36 мм, внутренний 20 мм. Установка смонтирована на одноосном колесном прицепе и состоит из рамы, направляющих, гидравлического домкрата, измерительной головки, насосной станции и анкерных свай. Установка выпускалась Московским заводом строительных машин. В настоящее время выпуск установок прекращен.

Установка УСЗК-З конструкции УралТИСИЗа также смонтирована на легком колесном ходу. Она состоит из основания, двигателя с коробкой передач, двух направляющих, стоек с четырьмя раскосами, рамы с редуктором, измерительных головок с двумя динамометрами, грузового винта. В отличие от установки С-979 она оборудована механической системой вдавливания зонда.

Установки УЗУ-1 и УЗУ- 2 созданы УкрГИИНТИЗом. Они предназначены для статического зондирования и лопастного среза. Статическое зондирование проводится с непрерывной фиксацией общего и лобового сопротивлений.

Установка С-832М конструкции БашНИИСтроя предназначена для определения общего, лобового и бокового сопротивлений грунта. Она может монтироваться на базе автомобилей ГАЗ-66 или ЗИЛ-157.

Установка состоит из гидравлического оборудования для вдав­ливания и извлечения зонда, стрелы высотой 10м, механизма завинчивания анкерных свай, электронной измерительной аппаратуры, зонда с тензометрическим датчиком, салона с лабораторией. Захват штанг при вдавливании конуса и их освобождение при холостом ходе гидроцилиндра проводятся автоматически.

Установка С-832М относится к числу наиболее совершенных. Она выпускается в виде опытных партий.

Установка СП-59 смонтирована на базе тракторного шасси Т-16. Она обеспечивает механическое погружение анкерных свай и воз­можность автоматической регистрации результатов зондирования.

Установка УЗК-5 смонтирована на шасси автомобиля ЗИЛ-157К. Она состоит из механизма для завинчивания анкерной сваи, зонда, вдавливающего и измерительного устройств и гидравлической систе­мы. Зонд, как и вдавливающее устройство, представляет собой унифицированный узел от установки С-979. Для восприятия реактивно­го усилия завинчивается одна анкерная составная свая, через которую проходит зонд. В зависимости от несущей способности грунта применяют винтовую сваю с диаметром лопасти 250 или 300 мм.

Новым этапом в развитии технических средств для статического зондирования является создание во ВСЕГИНГЕО пенетрационно- каротажных станций. Одновременное применение статического зон­дирования и радиоактивного каротажа позволяет достаточно точно оценивать основные физико-механические свойства грунтов и получать непрерывные диаграммы изменения этих свойств по всей глубине зондирования. Станции позволяют оценивать с помощью гамма-гамма и нейтронного каротажа естественную радиоактивность, плотность и природную влажность грунтов, с помощью зондирования—статичес­кое лобовое сопротивление и трение по боковой поверхности.

Станции выпускаются в двух модификациях — СПК и СПК-Т. Кроме того, известна модификация для подводного зондирования ПСПК.

Станция СПК смонтирована на двух автомобилях: вдавливающая установка размещена на автомобиле ЗИЛ-131, регистрирующая ап­паратура—на автобусе KAB3-663 или автомобиле ГАЗ-66. Станция оснащена двумя зондами.