Файл: Трофименков Ю.Г. Полевые методы исследования строительных свойств грунтов.pdf

Глава V

ИССЛЕДОВАНИЕ ГРУНТОВ СТАТИЧЕСКИМ ЗОНДИРОВАНИЕМ

1. УСТАНОВКИ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ СТАТИЧЕСКОГО

ЗОНДИРОВАНИЯ ГРУНТА

Статическое зондирование грунта является одним из наибо­ лее эффективных методов исследования в условиях естественно­ го залегания грунтов. Этот метод начали применять в 30-х годах в Голландии как испытание моделей свай. Главной целью этих испытаний было определение длины и несущей способности забивных свай в песчаных грунтах большой толщины [44]. В на­ стоящее время в Голландии, Бельгии и ряде других стран все исследования, связанные с проектированием фундаментов, начинают со статического зондирования.

Иногда для правильного и экономичного выбора типа и раз­ меров фундаментов можно ограничиться одним этим 'методом ис­ следования грунтов. В других случаях статическое зондирование помогает составить обоснованную программу дальнейших иссле­ дований грунтов на данной площадке и является составной частью комплексных исследований свойств грунтов.

Статическое зондирование является незаменимым методом исследования для проектирования свайных фундаментов.

Зондирование производят вдавливанием в грунт конуса на штангах, свободно перемещающихся в трубе, погружаемой одно­ временно с конусом. Наружный диаметр трубы, равен диаметру основания конуса. Вдавливание штанг с конусом и трубы произ­ водят домкратом, при этом измеряют сопротивление грунта пог­ ружению конуса и общее усилие, необходимое для погружения конуса и трубы.

Установки для статического зондирования имеют различные конструкции. Поэтому на международных конгрессах по механи­ ке грунтов и фундаментостроению принимались решения о необ­ ходимости стандартизации оборудования, что значительно облег­ чило бы выявление зависимостей, между результатами зондиро­ вания и физико-механическими свойствами грунтов. Несмотря на то, что такая стандартизация пока не проведена, почти во всех имеющихся установках для статического зондирования исполь­ зуют конус, примененный в первых голландских установках. Ди­ аметр основания конуса 36 мм, площадь основания 10 см2, угол при вершине 60°.

Далее описываются некоторые установки для статического зондирования.

103

На рис. 50 показана одна из первых голландских установок для статического зондирования, послужившая прообразом боль­ шинства современных установок.

Установка состоит из основания и двух стоек, прикрепленных к настилу с противовесом из насыпного грунта. По стойкам с по­ мощью ручной лебедки перемещается платформа, в которой зак-

реплен домкрат. Домкрат вдавливающим устройством погружа­ ет в грунт трубу диаметром 36 мм и находящуюся внутри трубы штапгу диаметром ■1'5 лш. іНа конце штанги закреплен конус, име­ ющий площадь основания 10 см2и угол при вершине 60°. Усилие, необходимое для вдавливания труібы и штанги, измеряют мано­ метром, соединенным с домкратом, через каждые 20 см глубины зондирования.

Когда домкрат передает усилие непосредственно на вдавли­ вающее устройство, труба и конус погружаются в грунт одновре­ менно. Если домкрат передает усилие поршня только на штангу, то погружается лишь конус, при этом перемещение штанги отно­ сительно трубы ограничено— 10 елд

Установка позволяет измерять суммарное сопротивление вдавливанию (состоящее из сопротивления трения грунта по по­ верхности трубы и сопротивления грунта погружению конуса) и

104

сопротивление грунта погружению конуса. По разности этих со­

противлений определяют сопротивление трения грунта по по­ верхности трубы.

Результаты испытаний представляют в виде двух графиков (обычно совмещаемых на одном чертеже), которые отображают: первый — сопротивление грунта под острием в кгс/см2 в зависи­ мости от глубины зондирования; второй —общее сопротивление трения при погружении трубы до данной глубины, выраженное в кгс или тс.

Эта первая конструкция установки для статического зондиро­

вания требовала производства весьма трудоемких работ по ее анкеровке.

На рис. 51 показана современная мобильная голландская установка для статического зондирования, анкеровку которой производят с помощью винтовых свай. Диаметр труб для зон­ дирования и площадь основания конуса те же, что и у первой установки, приведенной на рис. 50.

В комплект некоторых установок входят (грунтоносы неболь­ шого диаметра, что позволяет отбирать образцы для определе­ ния вида грунта. Грунтоносы изготовляют двух диаметров—-33 и 25 мм. Грунтонос для отбора образца грунта погружают ус­ тановкой для статического зондирования.

В последние годы было разработано много модификаций обо­ рудования для статического зондирования грунта.

На рис. 52 показана компактная установка для статического зондирования весом около 100 кг, разработанная в Бельгии. В этой установке анкеровка для восприятия усилия вдавливания осуществляется завинчиванием в забой скважины винтовой лопа­ сти, через внутреннюю полость которой проходит конус для зон­ дирования. Бурят скважину вручную. Площадь основания ко­ нуса НО см2, максимальная глубина зондирования 20 м.

Аналогичная .идея использована в разработанной в США зна­ чительно более мощной и полностью механизированной установ­ ке. Для зондирования используется установка вращательного бу­ рения, смонтированная на автомобиле. Через штанги пропущен стержень, заканчивающийся конусом с площадью основания 10 см2. Конус находится ниже бурового наконечника на 40 см. Стержень конуса ниже бурового наконечника заключен в трубу, жестко связанную с буровым наконечником. При вращении буро­ вого наконечника и погружении его в грунт стержень с конусом не вращается. Давление грунта на конус передается через стер­

без центральной штанги. На конце зонда имеется цилиндр с пор­ шнем (рис. 53). На этом поршне закреплен зондировочный конус. Давление грунта іна основание конуса при его погруже­

105

нии передается через поршень маслу в цилиндре. Давление мас­ ла измеряется манометром, установленным у поверхности земли. Система заполняется маслом с помощью ручного насоса. По­ гружение зонда производят гидравлическим домкратом. Име­ ется несколько типов такого пенетрометра диаметром 45, 75 и

100 мм. При зондировании измеряют сопротивление конуса по­ гружению ® грунт и общее сопротивление зонда.

Бегеманом [30] предложена конструкция зондирующей уста­ новки, в которой над конусом располагается подвижная муфта того же диаметра, что и основание конуса (36 мм) с общей по­ верхностью 150 см2 (высота около 13 см.) В такой установке можно измерять раздельно сопротивление грунта погружению конуса и местное трение грунта по муфте, которое находится по разности усилий на вдавливание конуса с муфтой и усилий на вдавливание конуса.

106

Бегеманом проведено большое количество экспериментов, в результате которых установлена связь между видом грунта л отношением местного трения к сопротивлению грунта погруже­ нию конуса, что позволяет по величине этого отношения опреде­ лить вид грунта, в котором производится зондирование.

8— кабель

Вдальнейшем наряду с механическими зондирующими уста­ новками, в которых усилие от конуса к измерительному уст­ ройству передается через штангу, были разработаны установки

стензометрическими датчиками у конуса и автоматической за­ писью сопротивления грунта погружению конуса. На рис, 54 по­

представляют интерес проведенные фирмой «Фугро» исследова­ ния грунтов на одной и той же площадке установками с меха­ ническим и тензометрическим наконечниками. На рис. 5'5 при­ ведены графики одного из таких испытаний. Как видно из этих графиков, результаты зондирования почти полностью совпада­ ют, несмотря на высокое сопротивление погружению конуса, составляющее более 200 кгс/см2.

Проведенные фирмой исследования позволили ей сделать вывод о том, что никаких поправочных коэффициентов к данным, полученным на установках с механическим наконечником, вво­ дить не следует.

Указанной фирмой установки с тензометрическими датчика­ ми применяются в основном для измерения сопротивления грун­ та погружению конуса (на усилие до 5 тс). Вместе с тем разрабо­ тан и наконечник для одновременного независимого измерения (записи) сопротивления грунта погружению конуса и местного бокового трения. Муфта трения расположена непосредственно над конусом и имеет, как и у Бегемана, площадь боковой по­

верхности 160 см2.

При зондировании зондами диаметрам 36 мм на большую глубину возможны значительные отклонения зонда от вертикали, что неоднократно наблюдалось при различных исследованиях.

107

В связи с этим фирма «Фугро» в последнее время применяет тензометрические •наконечники, в которые вмонтированы неболь­ шие инклинометры (рис. 56). Автоматический выключатель соединяет инклинометр с самописцем при каждом наращива-

5)

о WO у, кгс/смг

Рис. 55. Графики зондирования ме­ ханическим (а) и тензометриче­ ским (б) наконеч­

никами

нии зонда (через 1 м). На диаграмме зондирования самописец чертит на соответствующих глубинах линии, отображающие в определенном масштабе отклонения зонда. На рис. 57 показаны результаты зондирования и отклонений зонда [32].

Рис. 56. Наконечник для зондирова­ ния с инклинометром

Рис. 57. График зондирования 'грун­ та с записью инклинометром откло­ нения зонда от вертикали

108

Одна из первых в СССР установок для статического зондиро­ вания со стандартным конусом (площадью 10 см2 и углом при вершине 60°) была запроектирована и изготовлена Гидропроек­ том в 1953 г. В установке для статического зондирования Гидропроекта ЗУ-З усилие для вдавливания конуса измеряется струн­ ным динамометром, установленным непосредственно над кону­ сом. Поэтому защитных труб, с помощью которых исключается обычно влияние трения по боковой поверхности штанг, не требу­

наконечник с площадью основания ГО см2 и углом при вершине 60°: струнный динамометр; патрубок с радиоактивным капсю­ лем и счетчиком Гейгера — Мюллера, разделенными свинцовым экраном. На поверхности земли предусмотрены «центральная станция» для регистрации сопротивления конуса погружению в

радиоактивный каротаж для определения объемного веса грун­ та. Промышленный выпуск установок Гидропроекта организо­ ван не был.

В настоящее время разработкой установок для статического зондирования занимаются ВСВГИНГЕО, Фундаментпроект, НИИпрометрой, ВНИИ транспортного строительства, ДИИТ

и ДРВСЕГИНГЕО разработана комбинированная пенетрационно-

каротажная станция СПК, для статического зондирования и ра­ диоактивного каротажа. Станция состоит из установки для погружения вдавливанием измерительных зондов, смонтирован­ ной на шасси автомобиля ЗИЛ-157, и лаборатории (на автобусе KAB3-663) для обработки поступающей от измерительных зон­ дов информации и записи ее в виде непрерывных диаграмм.

Максимальная глубина зондирования 25 м, усилие вдавли­ вания 11,8 тс. В комплект установки входят два измерительных зонда диаметром 62 мм. Один зонд имеет три датчика: два электротензометрических — для измерения сопротивления грунта гюпружению наконечника и трения грунта по цилиндрическому кожуху и один датчик гамма-гамма-каротажа— для определе­ ния объемного веса грунта. Второй зонд включает датчик нейт- рон-нейтронного каротажа для исследования влажности грун­ тов и датчик гамма-каротажа.

НИИпрометрой на основе эксплуатации экспериментальной установки для статического зондирования разработал опытнопоомышленный образец установки С-832 на автомобиле ГАЗ-63

илII ЗИЛ-/Г57 (рис. 58).

Для крепления установки и восприятия реактивной нагрузки вдавливания имеются две анкерные винтовые сваи, которые по­

109