Испытания грунтов

Исследование грунтов – начальный и обязательный подготовительный этап строительства любого капитального объекта. Это комплекс работ, в ходе которых определяются свойства и физико-механические характеристики почвы, устанавливается несущая способность грунтового основания.

Зачем проводятся испытания грунтов перед строительством

Здания и сооружения в процессе эксплуатации оказывают давление на грунт. Вследствие постоянного воздействия почва проседает, деформируется фундамент и стены здания. Степень усадки и деформации напрямую зависит от типа и характеристик грунтовой породы. По внешнему виду определить параметры грунта и понять, насколько безопасным на конкретном участке будет строительство невозможно. Поэтому перед началом строительных работ проводят испытания грунта основания будущего объекта. Такие исследования позволяют оценить все возможные риски смещения породы, предотвратить растрескивание стен и разрушение здания.

Какие характеристики грунтов важно исследовать

Для получения полной и достоверной оценки состояния грунта необходимо исследовать следующие характеристики:

• устойчивость к сдвигу – оценивается подверженность породы на сдвиг посредством определения соотношения внешнего давления на грунтовое основание и способности почвы сопротивляться такому воздействию;
• плотность почвы – исследования плотности грунта основаны на получении и изучении его гранулометрического состава, коэффициента уплотнения и фильтрации;
• влажность – степень влажности необходима для правильного выбора изоляционных материалов, способных обеспечить надежную гидрозащиту фундамента, подвальных помещений и других конструкций;
• минеральный состав – устойчивость и прочность фундамента напрямую зависит от материалов его возведения. Для безошибочного выбора материалов нужно определить кислотно-щелочной баланс почвы с учетом ее минерального состава;
• свойства усадки и набухания – на основании данных параметров определяется тип и технология закладки фундамента будущего строения.

Каждая из характеристик имеет важность. При этом особое внимание уделяется влажности, поскольку именно от этого показателя зависит пучинистость почвы и выдавливание фундамента в зимний период.

Какие типы грунтов исследуются при испытаниях

Классификацию и тип подлежащих испытаниям грунтов четко устанавливает ГОСТ 25100-2011. Классифицируются грунты по составу и структуре, и с учетом этих показателей все породы разделяют на четыре больших группы:

• глинистые – это разновидность лессовых просадочных грунтов. Являют собой пластичную высоко капиллярную смесь песка и глины с содержанием частичек чешуйчатой формы. Обладают низкой водопроницаемостью. При влажной погоде структура глинистых грунтов пластичная, липкая и разжиженная, при сухой – твердая. Такие грунты отличаются нестабильностью;
• песчаные – низкий уровень проницаемости влаги, высокая пластичность и плотность, устойчивость к пучению – основные характеристики песчаных грунтов. Такие породы подходят для возведения фундаментов под здания любого веса и габаритов;
• крупнообломочные – такие грунты называют несцементированными. Состоят из разных осадочных и кристаллических пород (например, валунов, щебня, гравия). Данный тип является тяжелым в разработке и считается отличным вариантом для прочного основания здания;
• скальные – это монолитные массивы гранита, песчаника, сланца, конгломерата и других пород. Устойчивы к воздействию влаги, обладают высокой прочностью. Испытания скального грунта требуют задействования специального оборудования и спецтехники, выполняются преимущественно с нагрузкой на сжатие.

Характеристики преобладающей на строительном участке породы влияют на его несущую способность, подверженность пучению, контурность водяных прослоек и стойкость слоев при насыщении почвы влагой, на уплотнение грунта, сжимаемость и иные свойства. Только наличие всех показателей позволяет определить тип фундамента и составить грамотный проект сооружения или здания.

Полевые методы испытаний грунтов

Проводятся полевые испытания грунтов непосредственно на строительном участке. Это инженерные и геологические испытания грунтовых оснований, проведение которых подразумевает использование разных методов с задействованием специализированных инструментов и оборудования.

Методы зондирования

Испытания методом зондирования классифицируются на статические и динамические.

Статические испытания грунтов применяют при закладке свайных фундаментов. В структуру почвы под давлением погружается зонд. В процессе погружения специалисты на разной глубине фиксируют сопротивляемость породы. По результатам исследований грунтовую породу по составу, свойствам и состоянию разделяют на группы, рассчитывают сопротивление и несущую способность почвы, определяют геометрические параметры, типы и глубину погружения свай.

Динамические испытания грунтов проводят с использованием ударной установки, зонда и измерительных приборов. В ходе исследований определяют недренированную прочность почвы, недренированный модуль ее деформации и динамическое сопротивления. Используют метод динамического испытания грунта в случаях, когда на поверхности грунтового основания присутствует песчаный слой, а нагрузку верхняя часть фундамента распределяет равномерно между несущими конструкциями возводимого объекта.

Штамповые испытания

Главная цель исследований методом штампа – определение параметров деформации грунта. На почву оказывается вертикальная нагрузка путем погружения винтового или плоского штампа. При углублении определяют значения предельного давления и просадки, которые становятся причиной деформации почвы и просадки здания.

Особенно актуальны штамповые испытания для оценки характеристик песчаных, крупнообломочных и глинистых грунтов.

Испытания сваями

Исследование сваями позволяет определять четыре вида оказываемых на грунт нагрузок: горизонтальную, динамическую, статическую и при выдергивании. Для проведения исследовательских работ используют эталонные сваи, которые максимально соответствуют натуральным конструкциям.

Вращательный срез

Способ вращательного среза применяют при испытаниях грунта на сдвиг. Тестирование проводят в скважине специальной крыльчаткой с четырьмя лопастями. С помощью данного метода определяют прочность и подверженность нагрузкам глинистых пород, рыхлых песков и торфяных отложений.

Испытания проводят по ГОСТ 20276.5-2020. Метод безопасный, не нарушает структуру почвы.

Опытно-фильтрационные испытания

Исследования такого типа выполняют с целью определения гидродинамических и гидрогеологических свойств грунта. По результатам испытаний получают информацию о размерах, темпах роста и коэффициенте фильтрации депрессионной воронки.

Прессиометрия

Исследования проводят с использованием специального прибора – радиального прессиометра. Инструмент погружается вглубь скважины. При достижении заданной глубины расширяется камера, оказывая давление на стенки. Датчики фиксируют величину деформационных изменений.

Метод напоминает штамповое тестирование, только здесь давление оказывается не сверху, а сбоку. Отлично зарекомендовал себя в оценке прочности щебнисто-глинистых, песчаных и скальных пород.

Испытания плотномером и дилатомером

Для получения объективной оценки состояния грунтов применяют методы полевых испытаний грунтов динамическим электронным плотномером и плоским дилатомером Маркетти.

Плотномер часто используют как альтернативу динамической нагрузки или штампа для определения скорости усадки, несущей способности и степени уплотнения почвы под объектом застройки.

Дилатомер подходит для испытаний ильных отложений, песка, глины и твердых пород. Позволяет определить устойчивость к деформации и прочность грунтовых оснований.

Лабораторные методы испытаний грунтов

С целью определения физико-механических характеристик грунтов применяют следующие основные методы лабораторных испытаний:

• одноосное сжатие – это применяемый на глинистых и полускальных грунтовых породах компрессионные испытания посредством выполнения одноплоскостного среза. Боковое расширение в данном случае отсутствует. В ходе исследований измеряют прочность структуры грунта, модуль упругости и уровень сжатия, коэффициент сжимаемости, параметры поперечной и общей деформации;
• трехосные испытания грунтов или стабилометрический способ – выполняется стабилометром с трехосным осимметрическим нагружением. Метод трехосного сжатия предоставляет данные об уплотнении породы на глубине, боковом и верхнем давлении и других механических свойствах.

Исследования в лабораторных условиях необходимы для получения полной информации о плотности и влажности грунта. Плотность определяют с помощью режущего кольца, путем взвешивания нейтральной жидкости и способом парафинирования. Для измерения влажности применяют радиометрический, весовой, электрометрический, гидростатический или термостатный способы.

Как оцениваются результаты испытаний грунтов

По результатам испытаний составляется отчет, в который входит:

• журнал с детальным описанием, временем проведения и результатами исследований по каждому отдельному испытанию;
• протокол с указанием химических и физических характеристик исследуемого грунта;
• графические материалы с обозначением мест, в которых проводилось бурение или проводились иные испытания;
• графические и табличные материалы с результатами замеров;
• схема почвенных слоев, отображающая строение почвы.

Итоговый документ – акт с указанием физико-химических характеристик и рекомендациями о целесообразности и возможности возведения объекта на исследуемом участке.

Заключение

Испытания грунта – важный подготовительный этап перед разработкой проектной документации. Результаты исследований помогают оценить способность почвы противостоять нагрузкам и предоставляют подробную информацию о типе, свойствах и характеристиках грунта. Наличие такой информации позволяет избежать сложностей при проведении строительных работ, возвести надежный и прочный фундамент, быть уверенным в безопасности и долговечности здания или сооружения.