Подготовка и проведение испытания

8.7.16. В пределах площади установки штампа поверхность грунта тщательно планируют горизонтально. Если планировка грунта затруднена, то устраивают подготовку из слоя мелкого или средней крупности маловлажного песка. При испытании крупнообломочных грунтов толщина слоя подготовки должна быть не более 5 см, при испытании глинистых грунтов - не более 1 см.

8.7.17. Грунт на месте испытания должен быть защищен от проникания в него поверхностных вод и атмосферных осадков, а в зимнее время - от промерзания. При производстве испытания в шурфах площадь поперечного сечения и форму шурфа определяют глубиной испытания и необходимостью крепления его стен. Минимальный размер шурфа в плане должен быть не менее 1,5х1,5 м.

8.7.18. Установку штампа на грунт или на подготовку выполняют после смазывания подошвы штампа вязким техническим маслом. Для достижения плотного контакта грунта (притирки) со штампом производят не менее двух поворотов штампа вокруг его вертикальной оси, меняя каждый раз направление поворота. После установки штампа проверяют горизонтальность его положения и производят монтаж установки в целом.

8.7.19. По окончании монтажа установки прогибомеры ставят на нулевые деления и отмечают их показания как исходные. Прогибомеры крепятся на двух параллельных брусьях, закрепленных на четырех свайках-реперах, заделанных в грунт на расстоянии 1,5-2,0 м от места испытания. Расстояние между параллельными брусьями принимается примерно равным диаметру штампа. Глубина заделки сваек-реперов в грунт должна обеспечить их неподвижность при передаче давления на штамп. Брусья и прогибомеры защищают от действия солнечных лучей, ветра и атмосферных осадков.

Загрузку штампа ступенями нагрузок и снятие отсчетов по индикаторам прогибомеров производят по пп.8.7.6-8.7.9.

Примечание: допускается для крепления прогибомеров применять иные устройства, обеспечивающие надежность фиксации осадок штампа.
8.7.20. Диаметр буровых скважин для испытания должен быть 325 мм. Подача нагрузки на штамп осуществляется через колонну разборных труб-штанг диаметром 219 мм. Проходка буровых скважин должна вестись строго вертикально с обсадкой буровыми трубами до отметки испытания. При испытаниях песчаных и глинистых грунтов, залегающих ниже уровня грунтовых вод, принимают меры по предотвращению возможного разуплотнения грунта на отметке испытаний.

8.7.21. После проходки скважины, предназначенной для испытания, до глубины на 0,1-0,2 м выше отметки испытания приступают к зачистке забоя и к установке штампа.

8.7.22. В песчаных грунтах, залегающих выше уровня грунтовых вод, и в глинистых грунтах, имеющих показатель текучести I_L  1,0, зачистку забоя скважины производят специальным буровым наконечником-зачистителем. Зачистку выполняют в несколько приемов с извлечением наконечника-зачистителя на поверхность земли. Установку глухого и фильтрующего штампов (п.8.7.5.) производят на зачищенный забой скважины. Притирку этих штампов к грунту осуществляют путем не менее двух поворотов колонны труб-штанг вокруг оси.

8.7.23. В песчаных грунтах, залегающих ниже уровня грунтовых вод, и в глинистых грунтах, имеющих показатель текучести I_L > 1,0, зачистку забоя скважины производят одновременно с установкой штампа, совмещенного с ножами-зачистителями (п.8.7.5.). Погружение штампа до отметки испытания производят путем вращения колонны труб-штанг.

8.7.24. Штампы с колонной труб-штанг, опускаемые в буровую скважину для испытаний, должны быть уравновешены противовесом. Опускание штампов производят строго по вертикальной оси обсадных труб, что обеспечивается направляющим хомутом, закрепленным на колонны труб-штанг. Штамп опускается ниже обсадных труб на глубину не более 2 см.

8.7.25. После установки штампа закрепляют прогибомеры на параллельных брусьях (п.8.7.19), устанавливают индикаторы на нулевые деления и отмечают их показания как исходные. Загрузку штампа и снятие отсчетов по прогибомерам производят по пп.8.7.6-8.7.9.

8.8.2. Прессиометр представляет собой цилиндрическую камеру, которая опускается в необсаженную скважину на заданную глубину и расширяется в стороны. Увеличение объема камеры приводит к возникновению в грунте напряжений и соответствующих деформаций, регистрируемых этой же камерой (рис. 57).

Расширение камеры осуществляется механически или путем нагнетания в нее жидкости.

Французский инженер Луи Менар создал прессиометр, в котором кроме рабочей имеются две автономные концевые камеры, предназначенные для исключения выпора грунта из-под рабочей камеры.

где  - коэффициент Пуассона; p - изменение давления, МПа; V - изменение объема рабочей камеры прессиометра, см³;  - постоянный для данного прессиометра коэффициент, см³.

Определение значения  или тарировку прибора рекомендуется вести путем сопоставления результатов прессиометрии с результатами опытных нагрузок на стандартные штампы площадью 5000 см². При этом количество параллельных определений модуля деформации грунта должно быть не менее трех для каждого выделенного слоя.
Проведение испытаний
8.8.4. В настоящее время прессиометры изготавливаются двух типов - гидравлические (например, прессиометр Менара, Д-76) и электропневматические (например ИГП-21, П-89Э, ПФ-3) с различными модификациями. Работа с каждым из этих прессиометров имеет свои особенности, которые должны быть отражены в техническом паспорте прибора и инструкции по его эксплуатации.

8.8.5. Технический паспорт и инструкция по эксплуатации каждого прессиометра должны включать: технические данные и описание конструкций деталей и узлов; указания по заводской сборке; порядок проведения тарировочных испытаний; порядок операций по проведению испытаний грунтов; указания по технике безопасности; перечень возможных неисправностей и способы их устранения. В результате тарировочных испытаний определяется давление, затрачиваемое на расширение эластичных оболочек камер прессиометра, и проверяется градуировка измерительных устройств.

8.8.6. Испытания грунтов прессиометром проводят на глубинах, определяемых рабочей программой испытаний в зависимости от цели исследования и геологических условий. Диаметр скважин указывается в технических данных прессиометров и принимается обычно на 10-20 мм больше внешнего диаметра прессиометра. Бурение должно производиться с минимальным нарушением сложения и влажности грунта, для чего рекомендуется применение вращательного бурения.

8.8.7. В водонасыщенных глинистых грунтах и песках проходка скважин должна производиться с обсадкой трубами внутренним диаметром, на 5-10 мм большим диаметра прессиометра. Для проведения испытания в скважину, обсаженную трубами, опускается прессиометр, а обсадные трубы поднимаются на высоту, равную длине прессиометра. Следует иметь в виду, что опыт испытания очень слабых малоустойчивых водонасыщенных грунтов прессиометром весьма невелик, и достоверность получаемых результатов не проверена. Поэтому в таких грунтовых условиях целесообразно наряду с определением модуля деформации по результатам испытаний прессиометром проводить статическое зондирование грунтов и по нему также определять модуль деформации.

8.8.8. При проходке скважины на отметке проведения испытаний в журнал испытания грунта прессиометром заносится краткая визуальная характеристика грунта, отражающая для связных грунтов консистенцию, для несвязных - плотность сложения. По этим характеристикам в дальнейшем определяется величина приращения нагрузки при переходе с одной ступени нагрузки на другую.

8.8.9. Перерыв во времени между окончанием проходки опытного участка скважины или подъемом обсадных труб и началом испытания сжимаемости грунтов не должен превышать 2 ч - при испытании грунтов, залегающих выше уровня грунтовых вод, и 15 мин - при испытании грунтов под водой.

8.8.10. Обжатие грунта при исследовании его сжимаемости прессиометром производят ступенями удельных нагрузок. До момента соприкосновения оболочки прессиометра со стенками скважины или до нагрузки 0,1 МПа величину ступени принимают равной 0,025 МПа. Дальнейшие нагружения производят следующими ступенями удельных нагрузок, МПа:

Для крупнообломочных и плотных песчаных грунтов	0,1
Для песчаных грунтов средней плотности и глинистых грунтов от твердой до тугопластичной консистенции	0,05
Для песчаных рыхлых грунтов и глинистых грунтов от мягкопластичной до текучей консистенции	0,025

8.8.11. Испытания могут проводиться по схемам медленного и быстрого нагружения. Схема медленного нагружения рекомендуется при испытаниях в слабых водонасыщенных грунтах, в которых в процессе быстрого нагружения поровое давление может достичь значительной величины. В этом случае при проведении испытаний по медленной схеме нагружения поровое давление успевает в значительной мере рассеяться, что позволяет не учитывать его. В плотных грунтах, в которых поровое давление проявляется слабо, целесообразно проводить испытания по более экономичной схеме быстрого нагружения.

Повышение давления на каждой ступени нагрузки производят в течение 1-2 мин. На каждой ступени нагрузки давление выдерживается до условной стабилизации, за которую принимается приращение диаметра скважины, не превышающее 0,1 мм за время, указанное в табл. 44.
Таблица 44

Грунты	Нагружение, мин
	быстрое	медленное
Крупнообломочные и песчаные	3	15
Глинистые	6	30

Отсчеты по приборам для измерения деформаций после приложения каждой ступени нагрузки рекомендуется производить согласно табл. 45.

Таблица 45

Грунты	Нагружение, мин
	быстрое	медленное
Крупнообломочные и песчаные	Через каждую минуту в течение первых 3 мин, далее через 3 мин до условной стабилизации	Через каждые 5 мин в течение первых 15 мин, далее через 15 мин до условной стабилизации
Глинистые	Через каждые 2 мин в течение первых 6 мин, далее через 3 мин до условной стабилизации	Через каждые 10 мин в течение первых 30 мин, далее через каждые 15 мин, до условной стабилизации

8.8.12. Предельное давление при испытании устанавливается программой в зависимости от цели испытаний. При производстве испытаний для определения модуля деформации необходимо иметь минимум четыре точки для построения прямолинейного участка графика нагрузка-деформация. По результатам испытаний строится график зависимости приращения деформации (приращение радиуса прессиометра) от давления в камере прессиометра.

8.8.13. На график (рис. 58) наносится тарировочная кривая I, полученная при свободном расширении прессиометра, и кривая II, полученная по результатам испытания грунта в скважине. На начальном участке кривая II совпадает с кривой I - происходит свободное расширение прессиометра в скважине. Затем начинается короткий переходный участок, соответствующий обжатию неровностей стенок скважины. Участок линейной зависимости на кривой II, соответствующий значениям давления p₁ и p₂, используется для определения модуля деформации. После достижения давления p₂ начинается стадия интенсивного развития пластических деформаций в грунте.

Рис. 58. График испытания грунта прессиометром

I - тарировочная кривая; II - кривая испытаний.

Модуль деформации грунта определяют по формуле:

где r₀ - начальный радиус скважины, соответствующий давлению, (рис. 58);  - коэффициент условий испытания, определяемый по результатам сопоставительных испытаний грунта штампом (ГОСТ 12374-77) и прессиометром.

8.9.1.2. Динамическое и статическое зондирование следует применять в сочетании с другими видами инженерно-геологических исследований грунтов для:

выделения инженерно-геологических элементов (мощность, граница распределения грунтов различного состава и состояния);

определения однородности грунтов по площади и глубине;

приближенной количественной оценки характеристик грунтов (плотность, угол внутреннего трения, модуль деформации и т.д.);

определения степени уплотнения и упрочнения во времени искусственно сложенных (насыпных и намывных) грунтов;

определения сопротивления грунта под сваей и по ее боковой поверхности.

8.9.1.3. Область применения динамического и статического зондирования в зависимости от видов и состояния грунтов регламентируется табл. 46.

8.9.2.2. Зонд состоит из наконечника и штанг. Наконечник может быть двух видов: первый из них - это забивной грунтонос, при забивке которого считают число ударов, необходимое для погружения на фиксированную глубину. В этом случае основная цель забивки грунтоноса - отбор образца грунта, а количество ударов на глубину погружения пробоотборника - дополнительная характеристика, позволяющая оценить плотность грунта. Второй вид - это наконечник конической формы, закрепленный на конце штанги. В этом случае получают только данные о сопротивлении внедрению зонда, без отбора каких бы то ни было образцов.

Штанги обычно состоят из звеньев длиной 1,0-1,5 м с ниппельными соединениями. Наиболее распространенный диаметр штанг 42 мм. Длина зонда увеличивается путем наращивания штанг в процессе зондирования. Молот или ударник служат для забивки зонда в грунт. В настоящее время наиболее распространенной, хорошо зарекомендовавшей себя является буровая пенетрационная установка УБП-15 и УБП-15м.

8.9.2.3. Динамическое зондирование грунтов надлежит осуществлять установками, параметры оборудования которых должны соответствовать основным требованиям, изложенным в табл. 47.

8.9.2.4. В качестве показателя динамического зондирования в "Указаниях по зондированию грунтов для строительства" (СН 448-72) принята величина "условного динамического сопротивления" p_g, определяемая по формуле:

где K_e - коэффициент, определяемый по табл. 48, для учета потерь энергии при ударе;

Примечание: коэффициент применяемого оборудования П₀ определен по следующей формуле:

где m_m - масса молота, кг; h_m - высота падения молота, см; f_к - площадь поперечного сечения конуса, см²

Примечание: значения коэффициента K_e рассчитаны с учетом дополнительной нагрузки на зонд при массе оборудования, указанного в табл. 34, по формуле:

где m_m - масса молота, кг; m_z - суммарная масса зонда, оголовника и опирающейся на него рамы, кг; e_m,z - коэффициент, принимаемый равным 0,56, для учета упругого характера удара молота и зонда.

Значения коэффициентов П_t (для песчаных, насыщенных водой мелких и средней крупности песков) принимаются по табл. 49.

8.9.2.5. Результаты динамического зондирования оформляют в виде непрерывного ступенчатого графика изменения по глубине значений условного динамического сопротивления p_g с последующим осреднением графика и вычислением средневзвешенных показателей зондирования для каждого инженерно-геологического слоя.

График динамического зондирования следует выполнять, как правило, в следующих масштабах:

по вертикали - глубина зондирования - 1:100;

по горизонтали - условное динамическое сопротивление в 1 см - 2 МПа.