Прессиометрические испытания грунтов

Прессиометрией называют метод определения деформационных и прочностных свойств грунта. Сегодня, когда согласно CHиП 2.02.01-83 расчет оснований производится, опираясь на данные по деформациям сооружений, значение модуля деформации грунта приобрело особую важность. В связи с этим испытания методом прессиометрии приобрели достаточно большую популярность, так как на данный момент они считаются одним из наиболее достоверных методов определения деформационных свойств грунта. По точности показаний прессиометрия уступает лишь штамповым испытаниям в шурфах. Но такой метод сложен в реализации и требует наличия узкоспециализированного и дорогостоящего оборудования. Кроме того, подобное оборудование достаточно громоздко, что делает полевые работы ещё более затруднительными.

Ранее для определения осадка сооружения проектными организациями использовалось значение модуля деформации, полученное методом штамповых испытаний. Далее это значение сравнивалось с показаниями лабораторных исследований на компрессионных приборах, после чего корректировалось. Однако данный метод часто давал погрешности, слишком значительные для проектирования на слабых грунтах, в результате чего фундамент часто оказывался не таким надёжным, как того хотелось бы проектным институтам. По этой причине был начат поиск более точных, но при этом ещё более простых и эффективных полевых методов выявления модуля деформации грунта.

Метод прессиометрии хорошо показал себя и быстро приобрёл большую популярность в проектных институтах. Он способен производить достаточно точную оценку прочностных и деформационных свойств щебнисто-глинистых и песчано-глинистых грунтов с содержанием в них щебня не более 30%. Кроме того, существуют конструкции прессиометров, рассчитанные на испытания скальных пород (доломитов, песчаников, мела, известняков, мергелей). Однако наилучшую эффективность метод прессиометрических испытаний проявляет на слабых глинистых грунтах, отбор образцов для лабораторных испытаний из которых практически невозможен.

Гидравлический прессиометр, схема

Суть метода прессиометрии заключается в следующем: на грунт, вскрытый в стенках скважины, оказывается давление, а в процессе снимаются показания деформации. Данные манипуляции производятся специальным прибором — прессиометром. Существует несколько видов прессиометров, различающихся по типу оказания нагрузки на грунт в скважине и по методу снятия показателей деформации. Различают электропневматические, гидравлические, пневмогидравлические и механические (лопастные) прессиометры.

Главным рабочим органом всех прессиометров (кроме лопастного) является камера трубчатой формы, выполненная из эластичного материала. В ходе работы прессиометра в ней создаётся давление посредством нагнетания газа или жидкости, а измерительное оборудование в это время снимает показания со специальных измерительных устройств. Нагнетаемое в рабочей камере давление расходуется на расширение зонда, а также на деформирование горных пород. В ходе процедуры, называемой тарировкой, производится установка давления, необходимого для расширения рубашки и на последующую деформацию камеры. Что касается механических (лопастных) прессиометров, то в их случае испытания грунтов производятся двумя штампами, расположенными симметрично относительно друг друга и вдавливаемыми механическими устройствами в оттенки скважины.

Точность выявления деформационных и прочностных свойств грунта крайне важна в случае проектирования на слабых грунтах, поэтому следует принимать во внимание каждую деталь. Одним из важнейших факторов, которые следует принимать в расчёт, является длительность простоя скважины перед началом прессиометрических испытаний. Именно этим параметром определяется, сохранил ли грунт своё природное состояние или уже успел утратить его. Проектным институтам известно множество случаев, когда скважина успевала сузиться за время длительного простоя, в результате чего показания снимались на разуплотнённых грунтах. Как следствие — погрешности в расчете оснований и ухудшение прочностных характеристик всего объекта. Нередки также случаи, когда скважины начинали сужаться прямо в процессе бурения. Как правило, это связано с присутствием в грунте дополнительного напряжения, вызванного, к примеру, тектоническими перемещениями. В связи с этим, во избежание поломки оборудования, не рекомендуется оставлять прибор внутри скважины даже при небольших перерывах в работе. Даже незначительное сужение ствола скважины может привести к тому, что извлечение прессиометра не обойдётся без повреждения его эластичной камеры.

Ещё один важный момент касается ситуаций, когда испытания механическим прессиометром производятся в массиве или ниже забоя скважины. При таких работах разуплотнение грунта исключено полностью либо выражено настолько незначительно, что не окажет никакого влияния на производимый в дальнейшем расчет оснований. В связи с этим большинство проектных институтов рекомендует в таких случаях определять коэффициент Пуассона по уравнению Цытовича.

Ещё одно важное замечание касается ситуаций, когда уровень грунтовых вод находится выше отметки испытаний. Грунт там, как правило, илистый и подвержен значительному разжижению и ослаблению, в связи с чем промедления с испытаниями недопустимы.

Производя прессиометрические испытания грунтов, необходимо соблюдать ограничения, касающиеся минимальной мощности исследуемого слоя. Он не может быть меньше, чем полтора зонда прессиометра. В случае, если толща однородна, испытания осуществляют на разных глубинах через определённые интервалы: в пластичных — через полтора-два метра, в глинистых — через метр–полтора. В процессе бурения производится отбор образцов с целью определения влажности, объёмной массы и других параметров, которые будут использованы впоследствии при проектировании.