В данной статье описана суть метода статического зондирования, решаемые ею задачи, основные его параметры, приведен список необходимого оборудования, положительные аспекты данного метода.
Ключевые слова: статическое зондирование, грунт, штанги, зонд, считывающее устройство
Статическое зондирование — данный метод основан на вдавливании испытательного зонда в грунт. При помощи таких испытаний можно определитьположения границ между слоями грунта различного состава и состояния, степени однородности грунтов, а также характеристик грунта и сопротивления под острием и по боковой поверхности забивных свай [3].
Статическое зондирование состоит в определении силы сопротивления грунта при погружении с помощью гидравлического устройства, создающего усилие на штангу. [2]
Решаемые при зондировании задачи обычно условно разделяют на две группы:
‒ инженерно-геологические, связанные с выявлением литологического строения изучаемой площадки, то есть с определением границ распространения различных пластов, оценкой их вида, состояния, пространственной изменчивости, механических свойств и пр.;
‒ строительные, связанные с получением количественных данных для расчета конкретных фундаментов (особенно свайных), оценки качества насыпей, устойчивости склонов и т. д. [4].
Основные параметры при статическом зондировании:
‒ Лобовое сопротивление — снимается параметр воздействия на конус зонда при задавливании
‒ Боковое трение — снимается параметр воздействия на боковую поверхность зонда при задавливании
‒ Инклинаметрия — снимается параметр отклонение оси колонны от вертикали. Служит для расчета действительной глубины зондирования
‒ Поровое давление — снимается параметр воздействия водной среды. Служит для расчета воздействия водной среды на вытеснение (выталкивания) сваи.
Для производства статического зондирования необходимо специализированное оборудование, это сама установка для проведения статического зондирования и измерительный инструмент. Итак, какое оборудование может стать необходимо для статистического зондирования?
Рис. 1. Собранная установка для проведения испытаний
‒ Непосредственно сама установка;
‒ штанги зондировочные, предназначенные для погружения зонда при проведении статического зондирования грунтов. Внутри такой штанги проходит кабель, обеспечивающий подачу сигнала с тензометрического зонда на регистрирующий прибор;
‒ измерительный зонд — электронный прибор представляющий из себя металлический стержень с коническим наконечником, с высокими механическими свойствами, внутри зонд оснащен измерительными электронными датчиками (Рис.2).
‒ гидравлическое устройство, предназначенное для задавливания зондировочных штанг и зонда в грунт. Гидравлическое устройство оснащено специальным механическим захватом, захват фиксирует штангу в гидравлическом устройстве и передает усилие от гидравлического устройства непосредственно на штангу обеспечивая вдавливание или извлечение штанг.
‒ комплект инструмента например ПИКА-19, ТЕСТ К2, оборудование компаний A. P. van den Berg, Geomill, Geotech позволяет производить замеры и регистрацию удельного сопротивления грунта конусу зонда, муфте трения, глубину погружения зонда, а также производить контроль вертикальности погружения зонда (инклинометрию);
‒ регистрирующее записывающее устройство
Статическое зондирование является в настоящее время одним из основных методов изучения грунтовых условий, который в истекшем ХХ веке претерпел сложную эволюцию от простейших щупов, вдавливаемых вручную, до мощных мобильных установок с высокомеханизированным управлением и автоматизированной системой измерений. С помощью зондирования удается оценивать грунт в состоянии его естественного залегания с максимальной эффективностью. При этом главными достоинствами статического зондирования являются его быстрота и простота, т. е. возможность проведения большого числа измерений в кратчайшие сроки. Необходимость в этом связана с двумя обстоятельствами:
- изучаемый грунт всегда неоднороден, его свойства различны в каждой точке обследуемой площадки. Малочисленные полевые и лабораторные испытания грунта не гарантируют необходимой полноты получаемой информации, как бы точны они ни были. Всегда остаются опасения, что между буровыми скважинами или точками полевых испытаний остались незамеченными «слабые» или «прочные» линзы грунта, что фактические границы между пластами (слоями грунта) отличаются от принятых, т. е. указываемых на литологическом разрезе и т. д. Просчеты такого типа нередко становятся причинами повреждений или даже обрушения построенных объектов. Естественно, что для предотвращения подобных ситуаций необходимо оценивать грунтовые условия площадки по возможно бόльшему числу точек, что требует быстрых и дешевых методов, таких как статическое зондирование.
- рациональное использование быстрых и дешевых методов изучения грунта, к каким относится статическое зондирование, — наиболее реальный способ сокращения продолжительности инженерных изысканий. Частичная замена буровых скважин и дорогостоящих испытаний грунта на статическое зондирование, как правило, обеспечивает сокращение сроков изыскательских работ даже при значительном увеличении числа точек зондирования.
Общий вид зондов с кабелем и прибором показан на рисунке 2. Зонд состоит из корпуса, конуса и муфты трения. Внутри зонда размещены тензодинамометры для измерения усилий, действующих на конус и муфту. В верхней части корпуса зонда нарезана резьба для соединения с зондирующими штангами, внутри которых проходит коммутирующий кабель.
Рис. 2. Комплекс аппаратуры Тест-АМ для проведения статического зондирования
При вдавливании зонда в грунт на конус действует усилие, которое передается на тензодинамометр конуса, где размещены тензодатчики. Изменение сопротивления тензодатчиков фиксируется измерительным прибором. Усилие, действующее на муфту трения передается на тензодинамометр муфты, измеряется тензодатчиками и так же передается по кабелю на измерительный прибор.
Контроллер (или прибор) выполнен в виде двухканального усилителя с цифровым выходом, блока хранения и передачи данных на ПК (на примере прибора ТЕСТ-К2). Для подключения прибора к бортовой сети при работе в полевых условиях служит кабель питания.
Зондировочные штанги служат для вдавливания зонда в грунт с помощью буровой, либо зондировочной установки. Наголовник служит для вдавливания и извлечения зонда. Вилка используется при извлечении зонда и фиксации штанг в наголовнике.
Образцовые динамометры и тарировочные устройства служат для настройки (каллибровки) аппаратуры.
Зонд с зондировочной штангой устанавливают вертикально, опускают наголовник, пропуская кабель в прорезь наголовника и с помощью гидравлической системы буровой установки производят вдавливания зонда в грунт с постоянной скоростью (около 1,2 м/мин). Показания прибора регистрируются с шагом в 0,1 м по глубине (или 0,2 по ГОСТ 19912–2001) в соответствии с рисками, нанесенными на зондировочных штангах. После погружения одной зондировочной штанги, вдавливание прекращают, вращатель поднимают в верхнее положение и по кабелю зонда протягивают следующую зондировочную штангу, навинчивая её на предыдущую. Верхний конец штанги устанавливают в наголовник, погружение зонда и регистрацию показаний продолжают вплоть до необходимой глубины исследования [1].
Данные, поступающие к аппарату, далее переносятся на ПК, где в специализированном программном обеспечении строятся графики и по цифровым значениям результатов исследований определяется наименование и консистенция грунта.
Расшифровку графиков статического зондирования следует производить с выделением характерных интервалов с одинаковыми или близкими значениями удельного сопротивления грунта под наконечником и на участке боковой поверхности.
Многочисленные исследования указывают на то, что соотношение сопротивления муфты трения к лобовому сопротивлению (“пропорция трения”) помогает идентифицировать тип грунта. Этот показатель может варьировать в значительных пределах в зависимости от того, является ли грунт песчаным или глинистым.
Сопротивление конуса в песках и глинистых грунтах резко различны. В то время как в глинах удельное сопротивление конуса возрастает медленно, равномерно и редко превышает 4Мпа, сопротивление конуса в песках, как правило, быстро и зигзагообразно увеличивается с глубиной и составляет более 4 МПа. Эта зигзагообразность объясняется снижением сопротивления при разрушении песчаного основания и последующим увеличением сопротивления конуса погружению. В глинистых грунтах последовательность снижения и восстановления прочности происходит так часто, что не отражается на графике зондирования.
Литература:
- ЗАО «ГЕОТЕСТ». Комплекс аппаратуры для статического зондирования грунтов ТЕСТ-К2М (руководство по эксплуатации). Екатеринбург, 2014–43 стр.
- Мангушев Р. А., Карлов В. Д. Механика грунтов: Учебник. — М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2011–264 стр.
- www.s-teh.biz
- www.zavodbt.ru
