Прежде чем приступить к работам по заливке фундамента и строительству здания для строителей важно провести проверку деформационных характеристик грунта. И от точности измерения всех характеристик зависят параметры прочности построенного здания. Для получения этих сведений используют штамповые испытания грунтов. Такие исследования проводят на территории, где планируется устанавливать фундаментные плиты. В настоящее время строительство развивается стремительно, но это не снижает важность данной проверки.

Испытания грунта штампами представляет собой метод, благодаря которому определяется относительная деформация просадки глинистых почв, давление просадки, а также деформация разного происхождения: минерального, органического и органно-минерального происхождения. Работы выполняются в соответствии с ГОСТ 20276-2012. Для груза выбирают круглый или винтовой диск, он призван оказывать на поверхность равномерное воздействие. Выбирая диск, обязательно обращают внимание на прочность и плотность. При условии, когда в исследованиях используют винтовой штамп или если он присутствует в скважинах, дополнительно учитываются характеристики вертикальной трубы, в числе которых жесткость и устойчивость.

На стальные диски нагрузка увеличивается шагами, равными по величине. И нагрузку увеличивают лишь в том случае, когда достигается параметр условной стабилизации. По этому параметру ГОСТом определяется величина осадки, которая происходит в определенный промежуток времени. И это зависит от характеристик грунта.

Следующим шагом с приборов фиксируют изменения в характеристиках нагрузки и осадки. Эти данные затем записывают в журнале полевых работ. Сведения становятся основой для построения графика, в котором отражаются зависимости осадки от давления. Делается расчет величины модуля деформации, для чего используется специальная формула.

Прежде чем понять, какой метод исследования грунта использовать, следует понять специфику его физических свойств. Впервые об этом упомянул советский грунтовед Николай Герсеванов в 1930 году. Его работа посвящена осадке грунта, на который воздействуют жесткие фундаментные плиты. Смоделировать ситуацию помогут стальные круглые или винтовые пластины. Данный процесс осуществляется в три стадии:

Первая стадия – уплотнение. На данном этапе грунтовая порода сжимается и это приводит к уменьшению ее пористости.

Вторая стадия – сдвиг. На данном этапе характеристики грунтовой породы уравновешиваются, однако, присутствуют местные сдвиги, что особенно выраженно на границах плит фундамента.

Третья стадия – разрушение. На данном этапе стенки грунта частично или полностью разрушаются. Это приводит к возникновению дефектов, а за ними проявляются поверхности скольжения. Грунт приобретает плотность и становится конусообразным. При установке на него штампа, он без труда соскользнет. При этом на краях штампа появляется свободный выпор грунтовой породы. При условии, когда на данном этапе сохраняются постоянные нагрузки, дефекты не исчезают. И они могут увеличится при росте нагрузки.

Некоторые эксперты уверены, что осадка грунтовых пород происходит в два этапа и между ними нет четких границ. Например, ученый советского времени Николай Цытович отмечал, что даже при многочисленных локальных сдвигах прочность основания не может быть разрушена. Научно-исследовательская и практическая база постоянно пополняются, благодаря чему создается новое оборудование, способное фиксировать даже незначительные изменения в структуре грунта.

Штамповые испытания грунтов являются геологическими исследованиями. Благодаря им получают безусловно точные сведения о характеристиках грунтовых пород. При этом точность данных исследования определяется следующими факторами:

• конфигурацией, ориентировкой и глубиной закладки фундамента;
• распределением давления на плиты фундамента;
• однородностью пород, что залегают в основании строящегося здания.

Помимо этого, здесь большое внимание уделить выбору геологического оборудования. Обязательно учитывается высота грунтовых вод. Если исследования будут проводиться выше уровня их залегания, в методике используют шурфы, если ниже, то скважины.

При условии, когда зона соприкосновения приходится на однородный слой грунта, исследования проводят на одной глубине. Если в зоне взаимодействия несколько несущих слоев, в исследованиях участвует каждый. И это же правило действует в отношении неоднородных оснований с различными типами грунтов. В соответствии со СНиП 2.02.01-83, в этом случает требуется проводить как минимум три исследования.

Перед тем, как приступить к эксперименту, определяются точки, где будут осуществляться опыты. Что касается расстояния между ними, то оно должно быть в 2 раза меньше диаметра штампа, но не менее 60 см. если грунтовые породы представлены тонкими слоями, исследуется каждый. В данной ситуации специалисты применяют средний параметр модуля упругости.

Чтобы провести штамповые испытания грунта, потребуется сам штамп. Это круглые и жесткие диски, имеющие плоскую подошву или форму винта. Подошва площадью от 600 до 5 000 тыс кв см. При исследовании песчаного или глинистого грунта геологи советуют выбирать диски диаметром 56,4 см. Когда испытания проводятся в отношении крупнообломочных, глинистых и песчаных почв средней плотности, специалисты используют диски диаметром 79,8 см.

Но геологи используют не только штампы, они пользуются и другими устройствами:

• анкерное устройство, применяют при условии, что во время установки не задействована газовая платформа;
• тарированный груз, домкрат или иное изделие, создающее при эксперименте давление на стальной диск;
• аппарат для замачивания грунта и контроля уровня его влажности, он необходим для исследования просадочных пород;
• датчик перемещения, прогибометр и прочие устройства, которыми определяется степень осадки.

При проведении исследования штамп с помощью собранной конструкции нагружают таким образом, чтобы на грунт воздействовало давление от 0,01 до 0,1 МПА. Каждый уровень требует центрированной и постоянной нагрузки. Обязательно учитывается условная стабилизация деформации грунтовой породы. В соответствии с ГОСТом она должна составлять не более 0,1 мм за определенный период времени.

При штампованных исследования степень осадки измеряется с использованием устройств ПМ-3, 6ПАО-ЛИСИ и прочего геологического оборудования. Кроме того, применяют минимум два прогибометра с датчиками, которые закреплены на двух концах штампа симметрично друг другу. Чтобы установить прогибометры, применяют реперные устройства, в их комплектации предусмотрены сваи и перекладины. Чтобы определить степень осадки, применяют среднюю арифметическую величину параметров, снятых с двух перекладин. Понятно, что чем большее количество датчиков установлено на диске, тем выше будет результат.

В соответствии с ГОСТ 12374-44, измеряя осадку прогибометрами допускается погрешность 0,1 мм. Но, как свидетельствует практика, в отдельных исследованиях необходимо использовать более точные приборы. Например, индикатор часового типа ИС и ИП. Такие устройства востребованы при опытах особо плотного грунта или когда есть необходимость оценить грунт перед строительством зданий необычной формы. В таких приборах погрешность составляет 0,01 мм.

Выбор устройств высокой чувствительности является обязательным этапом исследований. Игнорирование этого требования может привести к тому, что геологические устройства не подходят для работы на определенном виде грунтовых пород. Оборудование, что используют геологи, может отличаться нестабильностью и зачастую легко выходит из строя. При условии, когда осадка составляет более 10 мм, специалистам необходимо использовать сразу несколько видов аппаратуры. И этот фактор обязательно следует учитывать, когда составляется программа опытов.

Измерительные приборы и штампы – не единственное, что требуется для проведения исследований грунтовых пород. Потребуется и установка, подающая нагрузку на грунт. В соответствии с габаритами и конфигурацией такое устройство по-разному действует на диск. Для установки требуются:

• рычаги в комплексе;
• домкраты;
• пневматические камеры;
• платформы, на них размещают тарированный груз.

При условии, когда давление подается гидравлическими или пневматическими домкратами, конструкция установки дополняется винтовыми анкерными сваями, они создают упор устройства. В верхней части устанавливают механизмы, главная задача которых – удержать установку. Упором может выступать грузовая платформа или стенки шурфа.

Если объектом проведения опыта являются буровые или горные выработки, то перед началом испытаний их необходимо очистить. Для этого используют специальные установки. Если данная процедура не помогла выровнять дно, ситуацию исправляют с помощью песка, пятисантиметровым слоем которого и засыпают дно. В случае глинистого основания этот слой должен быть не более 2 см.

Важно, чтобы стальной диск хорошо сцепился с грунтом, для этого его необходимо прокрутить несколько раз на 360 градусов по часовой и против часовой стрелки. После того, как диск установлен, специалисты устанавливают реперные устройства, прогибометры, нагружающую часть и другие виды геологического оборудования.

Нагрузка должна быть увеличена до того момента, пока давление не достигнет предельной отметки. Давление считают предельным, когда на грунте появились трещины и валики выпирания. На данном этапе исследования грунта завершают.