Штамповые испытания грунтов в Санкт-Петербурге и Ленинградской области

Лаборатория полевых испытания грунтов «РУСГЕОТЕСТ» выполняет штамповые испытания по всей России и СНГ. Наши бригады базируется во всех регионах. Стоимость испытания грунтов штампами зависит от многих факторов: удаленности объекта, его труднодоступности, количества испытаний, типа штампа и т.д.

Что такое штамповые испытания грунтов?

Штамповые испытания – это полевые испытания грунтов, выполняемые с помощью стальной жесткой пластины – штампа. Наиболее распространена круглая форма штампа. Такие штампы регламентированы такими нормами, как ГОСТ 20276.1-2020 «Грунты. Методы испытания штампом», ОДМ 218.5.007-2016 «Отраслевой дорожный методический документ Методические рекомендации по определению модуля упругости статическим штампом», DIN 18134  «Soil — Testing procedures and testing equipment — Plate load test», ASTM-D1194-1997.

Какие показатели определяются с помощью штамповых испытаний?

Штамповые испытания проводятся с целью определения характеристик прочности и деформируемости грунтов. Эти полевые испытания грунтов позволяют выявить такие характеристики, как модуль деформации E, модуль упругости грунтов. А также начальное просадочное давление psl, относительную деформацию просадочности для просадочных глинистых грунтов при испытании с замачиванием.

Кроме этого, штамповые испытания в основании буронабивных свай (БНС) позволяют определить несущую способность сваи Fd. Это особенно удобно в тех случаях, когда буровая (буронабивная) свая имеет большую несущую способность. 

Как долго проводятся штамповые испытания?

Продолжительность проведения штамповых испытаний в соответствии с ГОСТ 20276.1-2020  зависит от типа грунта, коэффициента водонасыщения, плотности сложения грунта (для крупнообломочных грунтов и песков), от показателя текучести и коэффициента пористости (для глинистых грунтов).

Рассмотрим такой кейс: выполняются испытания крупнообломочных грунтов штампом (без повторного нагружения) площадью 5000 см2, со ступенью давления 0.1 МПа, всего 5 ступеней, время условной стабилизации 30 минут. На каждой ступени за это время удалось достичь условной стабилизации, тогда суммарное время одного испытания составит: 

— подготовка к испытанию – примерно 30-60 минут;

— нагружение штампа со снятием отсчетов – 150 минут;

Итого в лучшем случае одно испытание займет 3 – 3.5 часа. В ином случае может получиться так, что условная стабилизация достигается дольше.

А например, испытание глинистых грунтов с показателем текучести больше 1 может занять более 15 часов.

Поэтому продолжительность испытаний определяется типом грунта, указывается в программе испытаний. Но полевые работы могут потребовать большей продолжительности, т.к. переход на следующую ступень загружения производится после достижения условной стабилизации.

испытания грунтов штампом

Каких размеров бывают штампы для испытания грунтов?

В соответствии с ГОСТ 20276.1-2020 «Грунты. Методы испытания штампом» основные широко распространенные размеры круглых плоских штампов:

— I тип – штамп площадью 2500 см2, 5000 см2;

— II тип – штамп площадью 1000 см2 с кольцевой пригрузкой, дополняющей площадь штампа до 5000 см2;

— III тип – штамп площадью 600 см2;

— IIIа тип – штамп площадью 600 см2 и встроенным зачистным устройством;

— IV тип – винтовой штамп площадью 600 см2;

В отдельных случаях может применяться штамп площадью 10000 см2.

В соответствии с DIN 18134  «Soil — Testing procedures and testing equipment — Plate load test» и ОДМ 218.5.007-2016 «Отраслевой дорожный методический документ Методические рекомендации по определению модуля упругости статическим штампом» применяются круглые жесткие штампы следующих диаметров:

— 300 мм площадью 706.5 см2;

— 600 мм площадью 2826 см2;

— 762 мм площадью 4558 см2;

Как видно размеры штампов, принимаемые по разным нормативным документам и методикам ГОСТ, ОДМ и DIN достаточно близки и отличаются не более, чем на 15%.

виды плоских круглых штампов для испытания грунтов по гост, одм



СТОИМОСТЬ ШТАМПОВЫХ ИСПЫТАНИЙ ПО ОДМ, DIN  штампом диаметром 300 мм



от 4500 руб.

СТОИМОСТЬ ШТАМПОВЫХ ИСПЫТАНИЙ

ПО ГОСТ 20276.1-2020

штампами площадью

600, 2500, 5000 см2

от 20000 руб.

СТОИМОСТЬ ШТАМПОВЫХ ИСПЫТАНИЙ

ПО ГОСТ 20276.1-2020

винтовым штампом 600 см2 

от 39000 руб.

СТОИМОСТЬ ШТАМПОВЫХ ИСПЫТАНИЙ ПО ГОСТ 20276.1-2020 штампом 600 см2

в забое скважины

от 69000 руб.

Как выполняются испытания грунтов штампом?

Штамп устанавливается на дно выработки котлована, дудки ли шурфа или на поверхность насыпи, искусственного основания (например, основание промышленных полов).

Размер шурфа в плане не должен быть менее 1500 х 1500 мм.

Размер дудки не менее 900 мм. Стенки должны быть укреплены.

Поверхность должны быть выровнена, спланирована. При необходимости для выравнивания основания допускается устройство небольшой песчаной (из песка маловлажного мелкого или средней крупности) подушки мощностью 1-2 см для глинистых грунтов и не более 5 см для крупнообломочных. 

Если проводятся испытания глинистых грунтов с показателем текучести IL > 0.75 штамп устанавливается в выемку глубиной 40-60 см, поперечный размер выемки должен превышать диаметр штампа на 10 см:  D + 10 см.

Для более плотного контакта штампа с грунтов следует провернуть штамп вокруг своей оси не менее 2 раз, меняя направление поворота. Далее необходимо смонтировать пригруз. В качестве пригруза может выступать грузовая платформа или железобетонные конструкции, например ж/б плиты. Или же можно использовать тяжелую технику (гусеничный экскаватор, груженый грузовой автомобиль, кузов которого заполнен, например, песком или тем же грунтом) в качестве пригруза.

Если, например, выполняются испытания крупнообломочных грунтов штампом площадью 2500 см2, со ступенью давления 0.1 МПа, всего 5 ступеней, потребуется пригруз весом не менее 12500 кг, с коэффициентом запаса 1.2 – не менее 15000 кг.

Монтируется реперная система, состоящая из 4 стоек или свай, прочно прикрепленных к земле. Стойки (сваи) реперной системы должны отстоять от краев выработки не менее, чем на 1000 – 1500 мм, т.к. при нагружении грунт получает деформации, напряженное состояние, которые могут повлиять на неподвижность реперной системы, а это в свою очередь скажется на точности измерений. На стойки реперной системы крепятся ригели, на которые монтируются прогибомеры Максимова (ПМ) или датчики перемещений типа ИЧ в количестве 3 штук. Прогибомеры служат для измерения осадок и должны обеспечивать погрешность измерений не более 0.1 мм. На штамп устанавливается гидравлический цилиндр, способный развивать усилие не менее 1.2 от испытательной нагрузки. Шток гидроцилиндра должен обеспечивать возможность перемещений не менее 100-150 мм. Усилие в гидроцилиндре определяется косвенно по показаниям манометра. Либо возможно применение динамометра.

Далее приступают к нагружению штампа. Ступени должны даваться равномерно, без ударов. Количество ступеней принимается не менее 4 после достижения давления, равного вертикальному эффективному напряжению от собственного веса.

Вертикальное эффективное напряжение от собственного веса грунта на отметке испытания:

Что такое модуль деформации грунтов?

Модуль деформации – это характеристика деформируемости грунта. От модуля деформации зависит, как грунт будет деформироваться под нагрузкой. 

В грунтах при действии нагрузок происходят и упругие и остаточные деформации. Остаточные деформации в большинстве случаев превышают упругие (если речь идет о неуплотненных грунтах).

Общая деформация складывается из остаточных и упругих деформаций.

Полевые штамповые испытания позволяют получить график зависимости «нагрузка — осадка» или лучше сказать, «давление — осадка». Этот метод определения модуля деформации позволяет фактически моделировать работу грунтового массива основания фундамента. Иногда его еще поэтому называют эталонным методом.

Как видим, модуль деформаций при первичном нагружении меньше, чем модуль при повторном нагружении.

Условия нагружения существенно влияют на деформации грунтов.

Например, при периодической, многократно повторяющейся нагрузке грунт переходит в упруго-уплотненное состояние. После большого числа циклов нагружения-разгрузки проявляется лишь упругая деформация (Болдырев Г.Г., Мельников А.В., Новичков А.Г.):

Что такое модуль упругости грунтов?

В зоне упругой работы можно говорить о частном случае модуля деформации — модуле упругости.

Закон Гука для упругих тел (упругой стадии работы) связывает напряжения и относительные деформации через модуль упругости (упругий или начальный модуль деформации, модуль Юнга), являющимся коэффициентом пропорциональности в зависимости деформации от напряжения: E=  σz/εz. 

Если говорить простыми словами, то модуль упругости – это величина, которая определяет, какие напряжения должны возникнуть в сечении, чтобы тело под воздействием этих напряжений укоротилось (удлинилось), получило относительную деформацию, равную отношению укорочения (удлинения) к первоначальному размеру тела, вдоль оси, по которой действуют нормальные напряжения. 

В соответствии с СП и ГОСТ рекомендуется проверять полученные значения модуля деформации штамповыми испытаниями или другими способами, например, в приборах трехосного сжатия или с помощью прессиометра.

Как и где применяется модуль деформации?

Модуль деформации позволяет еще на стадии проектирования прогнозировать осадку будущего фундамента. Например, модуль деформации грунтов используется при определении осадки методом послойного суммирования. Как видно, для определения осадки требуется знать не только напряжения σzp,i от внешней нагрузки и σzγ,i от собственного веса грунта слоя грунта мощностью hi, выбранного при отрывке грунта, но и модуль деформации по ветви первичного нагружения Ei и модуль деформации по ветви вторичного нагружения Ee,i.

Как вычислить, определить модуль деформации грунта с помощью штамповых испытаний по ГОСТ 20276.1-2020 в Санкт-Петербурге и Ленинградской области?

В соответствии с теорией упругого полупространства вертикальные перемещения любой точки с координатами x, y, z, расположенной на расстоянии R от точки приложения сосредоточенной силы P, определяются выражением:

Это выражение получено из задачи распределения напряжений в любой точке массива от действия сосредоточенной силы, решенной Буссинеском.

Определение средних осадок грунта для прямоугольного или круглого абсолютно жесткого штампа выводится из задачи Буссинеска. Это выражение называют формулой Шлейхера:

где ω – коэффициент формы, p – давление, ν – коэффициент Пусассона, b – ширина штампа; D — диаметр штампа; E – модуль деформации. 

В ГОСТ 20276.1-2020 «Метод испытания штампом»  эта формула принимает вид:

где Δp – приращение давления на штамп, Δs – приращение осадки штампа;  k1 = 0.79 (коэффициент формы круглого жесткого штампа), kp = 1 для штампов I, II, III, IIIa типов. Коэффициент Пуассона варьируется для различных типов грунтов: 0.27 – для крупнообломочных грунтов; 0.3 – для песков и супесей; 0.35 – для суглинков; 0.42 – для глин;

Штамповые испытания по ОДМ 218.5.007-2016 "Методические рекомендации по определению модуля упругости статическим штампом" в Санкт-Петербурге и Ленинградской области

В ОДМ 218.5.007-2016 «Методические рекомендации по определению модуля упругости статическим штампом» та же формула Шлейхера предстает немного в другой форме:

формула модуль деформации грунтов по ОДМ,

Штамповые испытания по DIN 18134
"Soil - Testing procedures and testing equipmentPlate load test" в Санкт-Петербурге и Ленинградской области

В DIN 18134  «Soil — Testing procedures and testing equipment — Plate load test» модуль общей деформации также определяется как секущий модуль по теории упругого полупространства (elastic isotropic half-space theory)  по формуле:

формула модуль деформации грунтов по DIN

Значения напряжений σ1 = 0.3 σmax  и σ2 = 0.7 σmax и соответствующих им значений осадок принимаются по графику:

график зависимости осадки от давления при штамповых испытаниях по ОДМ

Как влияет размер штампа на определение модуля деформации?

Исследования, проведенные многими российскими и зарубежными учеными выявили следующую зависимость: с увеличением размера штампа увеличиваются осадки. Этим вопросом занимались Лушников В.В., Briaud J-L, Gibbens R., Consoli N.C., Cudmani R. и многие другие. Ниже приведен график, показывающий описанную зависимость перемещений (осадок) грунта при испытании штампами различных диаметров (300 мм, 500 мм, 800 мм). 

Следующий график демонстрирует ту же зависимость при различных давлениях на грунт. Очевидно, что чем больше давление, тем больше осадка.

Ступени давления и время условной стабилизации деформации при испытании грунтов штампом
(по п. 5.4 ГОСТ 20276.1 - 2020):

Каждую ступень выдерживают до условной стабилизации деформации грунта. Критерий условной стабилизации – скорость осадки штампа, не превышающая 0.1 мм за время условной стабилизации деформации. Время условной стабилизации, величина ступени давления подбирается в зависимости от типа грунта, коэффициента водонасыщения. Например, для крупнообломочных грунтов время условной стабилизации t=30 минут, ступень давления 0.1 МПа. Для песка мелкого и пылеватого рыхлого при коэффициенте водонасыщения 0.5 ≤ Sr ≤ 0.5 – t = 120 минут, а Δp = 0.01 МПа.

На каждой ступени нагружения снимают отчеты по прогибомерам:

— крупнообломочные грунты и пески в следующей последовательности: 10, 20, 30, 45, 60 и далее через каждые 30 минут до условной стабилизации;

— глинистые грунты в следующей последовательности: 15, 30, 60, 90 и далее через каждые 60 минут до условной стабилизации деформации грунта;

Полученные данные записываются в журнал испытаний и далее передаются для камеральной обработки в наш офис.

Каким штампом испытывать грунты по ГОСТ?

В соответствии с ГОСТ 20276.1-2020 для различных типов грунтов в зависимости от глубины испытания и наличия грунтовых вод применяются следующие типы круглых штампов: 

— I тип: штамп площадью 2500 и 5000 см2;

— II тип: штамп площадью 1000 см2 с кольцевой пригрузкой по площади, дополняющей штамп до 5000 см2;

— III тип: штамп площадью 600 см2;

— IIIa тип: штамп площадью 600 см2 с встроенным зачистным устройством;

— IV тип: винтовой штамп площадью 600 см2;

Каким штампом испытывать грунты по ОДМ, DIN?

В соответствии с ОДМ  218.5.007-2016 «Отраслевой дорожный методический документ Методические рекомендации по определению модуля упругости статическим штампом» и DIN 18134  «Soil — Testing procedures and testing equipment — Plate load test» применяются штампы диаметром 300 мм, 600 мм, 762 мм. Эти штампы применяются в основном для испытаний крупнообломочных, песчаных грунтов. На мелкозернистых, пылеватых грунтах (ил, глина) испытание может быть проведено и оценено только в том случае, если они имеют твёрдую консистенцию. В противном случае консистенцию грунта проверяют на различной глубине до глубины d (d = диаметр нагрузочной плиты) под поверхностью места измерения.

Напишите Ваш вопрос и мы Вам перезвоним

    Все права защищены, 2022. Копирование информации с данного сайта допускается только со ссылкой на https://rusgeotest.ru. Предложения, размещенные на данном интернет-сайте, не являются публичной офертой.