В статье автор рассматривает «горячие» штампы в инженерно-геологических изысканиях, их современное состояние и перспективы использования.
Ключевые слова: горячие штампы, деформационные характеристики грунта, мерзлые грунты, инженерно-геологические изыскания.
«Горячие» штампы — метод статического зондирования, позволяющий получать информацию о несущей способности грунтов на глубине, а также о их деформационных характеристиках. В отличии от традиционных штампов, «горячие» штампы применяют нагрев до определенной температуры, что позволяет снизить трение между штампом и грунтом и получить более точные данные о свойствах грунта [Козлов и др., 2020].
Характеристики грунта, определяемые с помощью штампа:
– Модуль деформации Е (Мпа);
– Модуль деформации по вторичной ветви нагружения Ее (Мпа);
– Расчетное сопротивление грунта;
– Коэффициент постели;
– Коэффициент уплотнения грунта.
Для просадочных грунтов при испытании с замачиванием:
– Начального просадочное давление psl;
– Относительной деформации просадочности ɛsl.
Для мерзлых грунтов:
– Коэффициента оттаивания Атh;
– Коэффициента сжимаемости mf.
Существует шесть видов штампов, отличающиеся размером и назначением, в зависимости от типа грунта, уровня подземных вод и глубины испытания. В котлованах применяют штамп 5000 см2 или штамп 2500 см2, в скважинах штампы 600 см2. В районах распространения многолетнемерзлых грунтов используют специальные горячие штампы аналогичных размеров.
Нагрузка на штамп передаётся ступенями с помощью пневматического домкрата, переход на следующую ступень происходит после условной стабилизации деформации грунта. Количество ступеней зависит от типа грунта и максимального давления под подошвой проектируемого здания или сооружения.
Регистрацию нагрузки-осадки производят с помощью высокоточных измерительных приборов: манометров, часовых индукторов с точностью 0,01 мм и динамометров.
Общее время испытания зависит от типа грунта и количества ступеней нагрузки, например, для глинистых грунтов твердой консистенции средняя продолжительность опыта составляет 5 часов.
В России применение «горячих» штампов в инженерно-геологических изысканиях находится на стадии активного развития. Несмотря на свою эффективность, этот метод пока не получил широкого распространения.
Преимущества «горячих» штампов:
Повышенная точность: нагрев штампа позволяет снизить трение между штампом и грунтом, что повышает точность определения деформационных характеристик грунта.
Увеличение глубины исследования: «Горячие» штампы могут быть использованы для исследования более глубоких слоев грунта, чем традиционные штампы.
Уменьшение времени проведения работ: благодаря более эффективному погружению, «горячие» штампы позволяют сократить время проведения изысканий [1].
Возможность исследования различных типов грунтов: «Горячие» штампы могут использоваться для исследования различных типов грунтов, включая глины, пески, гравийные смеси, а также мерзлые грунты.
Недостатки «горячих» штампов:
Стоимость: «горячие» штампы являются более дорогостоящим методом, чем традиционные штампы.
Ограничения по типу грунта: Применение «горячих» штампов может быть ограничено в случае присутствия легковоспламеняющихся материалов в грунте.
Перспективы развития метода «горячих» штампов
В настоящее время проводятся исследования, направленные на повышение эффективности и расширение области применения «горячих» штампов [2]
Ключевые направления исследований:
Разработка новых материалов для изготовления штампов: исследования направлены на создание материалов, способных выдерживать высокие температуры и обладающих высокой устойчивостью к износу.
Создание более точных алгоритмов обработки данных: разработка более точных алгоритмов обработки данных позволит повысить точность определения характеристик грунта [4].
Литература:
- Иванов, П.Л., & Васильев, А. М. Методы исследования грунтов. Москва: Высшая школа, 2010.
- Ковалев, В.А., & Копылов, В. А. Инженерная геология: учебник для вузов. Москва: Академия, 2018
- Козлов, А.В., & Сидоров, В. Н. Применение «горячих» штампов в инженерно-геологических изысканиях. Вестник Московского государственного университета геодезии и картографии, 2(1), 5–12, 2020
- Сахаров, С.А., & Семенов, Ю.С. (2022). Перспективы применения «горячих» штампов в инженерно-геологических изысканиях. Труды Воронежского государственного университета, 2(1), 15–22, 2022.
