Какие свойства грунтов определяются в лабораторных условиях

Для обеспечения прочности, устойчивости и долговечности зданий и сооружений проводят инженерные изыскания, которые состоят из экономических и технических изысканий. Экономические изыскания проводят для определения целесообразности строительства объекта в данном географическом пункте (районе). Технические изыскания заключаются в изучении природных условий района для наиболее рационального размещения зданий и сооружений с учетом инженерно-геологических условий. Инженерно-геологические изыскания в большинстве случаев выполняются в два этапа: на стадии проектного задания (на площадке в целом) и на стадии рабочих чертежей (под пятном будущего сооружения).

В комплекс инженерно-изыскательских работ входят: топографогеодезические, инженерно-геологические, почвенные, гидрологические, климатические изыскания, а также исследования грунтов, выполняемые в лаборатории и на строительной площадке.

Виды инженерно-геологических изысканий приведены в табл. 1.17.

Практика показывает, что даже в благоприятных инженерно-геологических условиях на изучение свойств грунтов затрачивается 44% всего срока изысканий, причем на полевые работы — свыше 50% этого срока (Миронов В.А., 1988).

Виды инженерно-геологических изысканий (по СНиП 1.02.07—87)

Ввиду сложности инженерно-геологических условий могут иметь место различные сочетания и комбинации применяемых видов работ в зависимости от степени изученности строительной площадки, напластования грунтов, температурного и водного режимов. Инженерно-геологические изыскания проводятся в два этапа. В качестве примера на рис. 1.9 приведена общая схема инженерно-геологических изысканий.

Рис. 1.9. Схема видов работ, выполненных при инженерно-геологических

изысканиях

Физические характеристики грунтов определяются, как правило, преимущественно лабораторными методами. Полевые методы (зондирование, радиоактивный каротаж и др.) применяются только в тех случаях, когда отбор образцов необходимого качества затруднителен или практически невозможен.

Прочностные характеристики грунтов определяются лабораторными или полевыми методами. При этом полевые методы должны обязательно применяться в тех случаях, когда затруднительно отобрать образцы грунтов с ненарушенной структурой или когда грунты содержат большое число крупнообломочных включений, размеры которых близки к размерам образцов.

Деформационные характеристики грунтов следует определять преимущественно полевыми методами. Лабораторные методы могут применяться для оценки изменения свойств грунтов во времени, а также с целью сокращения объема полевых исследований грунтов, если для конкретных строительных площадок установлены достаточно надежные корреляционные связи между деформационными характеристиками грунтов, рассчитанными по результатам полевых и лабораторных испытаний.

Лабораторные испытания грунтов проводятся согласно ГОСТ 30416—2012. В качестве примера в табл. 1.18 приведены некоторые виды исследований грунтов и условия их применения.

Лабораторные исследования грунтов

(по Справочнику проектировщика, 1985)

Таблица 1.18

Примечание. Условные обозначения: «+» — обязательно выполняются; С — по специальному заданию; «—» — не выполняются.

Кроме обычных определений, представленных в табл. 1.18, в состав лабораторных исследований в качестве обязательных дополнительно включаются определения:

• для набухающих грунтов (ГОСТ 24143—80) — относительного набухания (esiv), давления (Psw) и влажности ( Wsw) набухания, относительной усадки (еsh), минералогического состава;

• • для просадочных грунтов (ГОСТ 23161—2012) — относительной просадочности (es/), начального просадочного давления (Ps/) и влажности (Wsj), общего содержания и состава водорастворимых солей;
• • для элювиальных грунтов — коэффициента выветрелости;
• • для засоленных грунтов — относительного суффозионного сжатия (eSf), начального давления суффозионного сжатия (Ps/), количественного содержания легко- и среднерастворимых солей;
• • для заторфованных грунтов и торфа — относительного содержания и степени разложения органических веществ, зольности, коэффициента консолидации.

В табл. 1.19 приведены основные виды лабораторных определений показателей состава и свойств грунтов, а также объемы проб, необходимые для производства анализа. Методика определения показателей физико-механических свойств грунтов выбирается из состава и состояния грунта, условий работы в основании сооружений с учетом изменения свойств в процессе эксплуатации здания или сооружения.

Для изучения в лабораторных условиях свойств грунтов, слагающих основание, на строительной площадке в процессе инженерно-геологических изысканий отбирают образцы грунтов как естественной, так и нарушенной структуры. Образцы грунта естественной (ненарушенной) структуры — это пробы с полным сохранением целостности, внутренних структурных связей и природной влажности, соответствующих условиям залегания в массиве основания. При разрушении структурных связей между частицами проба грунта будет иметь ненарушенную структуру. Проба с ненарушенным сложением и естественной влажностью называется монолитом.

Образцы грунта в виде монолитов или проб отбираются в шурфах, котлованах, скважинах и в естественных отложениях.

Достоверность получаемых в процессе лабораторных исследований показателей будет тем большей, чем меньше нарушается структура монолита в процессе отбора, перевозки и хранения до момента проведения исследований.

Количество отобранного грунта должно быть таким, чтобы состав и свойства пробы соответствовали составу и свойствам опробуемого слоя. Чем более неоднороден грунт, тем больше должна быть отбираемая проба. Размер пробы или монолита должен соответствовать технологическим требованиям лабораторных исследований (см. табл. 1.19), в соответствии с которыми диаметр или площадь грани монолита должны быть больше поперечного сечения пробоотобранного кольца стандартных лабораторных приборов, а общая масса отобранного материала — достаточной для всего комплекса лабораторных определений.

Виды лабораторных определений показателей грунтов

В водонасыщенных, песчаных, слабых грунтах и при исследовании грунтов на большой глубине пробы отбирают в скважинах. Монолиты цилиндрической формы диаметром не менее 80 мм с глубины от 10 до 30 м отбирают с помощью грунтоносов различной конструкции. Диаметр грунтоноса обусловлен размером колец, применяемых в стандартных компрессионных, сдвиговых и других приборах.

Грунтонос состоит из штанги, цилиндра, разрезанного по диаметру на две части и имеющего в верхней части нарезку; башмак- ножа, верхней своей частью навинчивающегося на цилиндр; муфты, служащей для соединения грунтоноса со штангой; гильз, вставленных внутрь цилиндра для помещения в них образца грунта. Для отбора монолитов в буровых скважинах металлические цилиндры грунтоносов забуриваются, залавливаются или забиваются в грунт на дне скважины. Отрывают монолит от породы вращением штанги. После поднятия грунтоноса на поверхность цилиндр разнимается, гильза с грунтом извлекается и закрывается крышками.

Для вырезанного монолита должна быть правильно установлена его ориентация в массиве грунта, так как связные грунты анизотропны, т.е. имеют различное расположение частиц в естественном залегании и различные свойства в различных направлениях (разная водопроницаемость, сжимаемость и т.д.). Для этого на верхнюю грань монолита как до парафинирования, так и после него укладывают паспорт пробы, в котором указывают: наименование фирмы, производящей изыскание; название местности, пункта и строительного объекта; название выработки (шурф, скважина) и ее номер; глубину, в которой отобран образец; результаты визуального осмотра грунта (вид и состояние образца); дату отбора образца; должность и фамилию (с подписью) лица, отобравшего образец.

Все виды работ по отбору, упаковке, транспортированию и хранению образцов необходимо производить в соответствии с ГОСТ 12071-2000.

На основании инженерно-геологических изысканий по данным бурения и шурфирования составляют вертикальные геометрические разрезы для каждой выработки, указывая наименование грунта, мощность слоя, отметки кровли и подошвы каждого слоя, уровень грунтовых вод и т.д.

После изучения и анализа отдельных геологических выработок составляют общий геолого-литологический разрез изучаемой строительной площадки (рис. 1.10).

Точность определения физико-механических характеристик грунтов зависит от методики определения, конструктивных особенностей приборов, квалификации исполнителей, точности вычислений и других факторов (табл. 1.20).

Рис. 1.10. Геологический разрез строительной площадки (по Слюсаренко, 1982):

7 — суглинок темно-бурый; 2 — песок мелкий; 3 — суглинок полутвердый со щебнем; 4 — песок крупный с гравием; 5 — галька, гравий с песком; б — глина пластичная серая; 7 — известняк белый средней прочности

Таблица 1.20

Некоторые возможные ошибки при выполнении лабораторных работ