статическое зондирование для чего нужно
Статическое зондирование при решении геологических задач
Дата публикации: 06.08.2016 2016-08-06
Статья просмотрена: 1523 раза
Библиографическое описание:
Иламанов, И. А. Статическое зондирование при решении геологических задач / И. А. Иламанов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2016. — № 16 (120). — С. 449-452. — URL: https://moluch.ru/archive/120/33162/ (дата обращения: 25.12.2021).
В данной статье описана суть метода статического зондирования, решаемые ею задачи, основные его параметры, приведен список необходимого оборудования, положительные аспекты данного метода.
Ключевые слова: статическое зондирование, грунт, штанги, зонд, считывающее устройство
Статическое зондирование — данный метод основан на вдавливании испытательного зонда в грунт. При помощи таких испытаний можно определитьположения границ между слоями грунта различного состава и состояния, степени однородности грунтов, а также характеристик грунта и сопротивления под острием и по боковой поверхности забивных свай [3].
Статическое зондирование состоит в определении силы сопротивления грунта при погружении с помощью гидравлического устройства, создающего усилие на штангу. [2]
Решаемые при зондировании задачи обычно условно разделяют на две группы:
‒ инженерно-геологические, связанные с выявлением литологического строения изучаемой площадки, то есть с определением границ распространения различных пластов, оценкой их вида, состояния, пространственной изменчивости, механических свойств и пр.;
‒ строительные, связанные с получением количественных данных для расчета конкретных фундаментов (особенно свайных), оценки качества насыпей, устойчивости склонов и т. д. [4].
Основные параметры при статическом зондировании:
‒ Лобовое сопротивление — снимается параметр воздействия на конус зонда при задавливании
‒ Боковое трение — снимается параметр воздействия на боковую поверхность зонда при задавливании
‒ Инклинаметрия — снимается параметр отклонение оси колонны от вертикали. Служит для расчета действительной глубины зондирования
‒ Поровое давление — снимается параметр воздействия водной среды. Служит для расчета воздействия водной среды на вытеснение (выталкивания) сваи.
Для производства статического зондирования необходимо специализированное оборудование, это сама установка для проведения статического зондирования и измерительный инструмент. Итак, какое оборудование может стать необходимо для статистического зондирования?
Рис. 1. Собранная установка для проведения испытаний
‒ Непосредственно сама установка;
‒ штанги зондировочные, предназначенные для погружения зонда при проведении статического зондирования грунтов. Внутри такой штанги проходит кабель, обеспечивающий подачу сигнала с тензометрического зонда на регистрирующий прибор;
‒ измерительный зонд — электронный прибор представляющий из себя металлический стержень с коническим наконечником, с высокими механическими свойствами, внутри зонд оснащен измерительными электронными датчиками (Рис.2).
‒ гидравлическое устройство, предназначенное для задавливания зондировочных штанг и зонда в грунт. Гидравлическое устройство оснащено специальным механическим захватом, захват фиксирует штангу в гидравлическом устройстве и передает усилие от гидравлического устройства непосредственно на штангу обеспечивая вдавливание или извлечение штанг.
‒ комплект инструмента например ПИКА-19, ТЕСТ К2, оборудование компаний A. P. van den Berg, Geomill, Geotech позволяет производить замеры и регистрацию удельного сопротивления грунта конусу зонда, муфте трения, глубину погружения зонда, а также производить контроль вертикальности погружения зонда (инклинометрию);
‒ регистрирующее записывающее устройство
Статическое зондирование является в настоящее время одним из основных методов изучения грунтовых условий, который в истекшем ХХ веке претерпел сложную эволюцию от простейших щупов, вдавливаемых вручную, до мощных мобильных установок с высокомеханизированным управлением и автоматизированной системой измерений. С помощью зондирования удается оценивать грунт в состоянии его естественного залегания с максимальной эффективностью. При этом главными достоинствами статического зондирования являются его быстрота и простота, т. е. возможность проведения большого числа измерений в кратчайшие сроки. Необходимость в этом связана с двумя обстоятельствами:
Общий вид зондов с кабелем и прибором показан на рисунке 2. Зонд состоит из корпуса, конуса и муфты трения. Внутри зонда размещены тензодинамометры для измерения усилий, действующих на конус и муфту. В верхней части корпуса зонда нарезана резьба для соединения с зондирующими штангами, внутри которых проходит коммутирующий кабель.
Рис. 2. Комплекс аппаратуры Тест-АМ для проведения статического зондирования
При вдавливании зонда в грунт на конус действует усилие, которое передается на тензодинамометр конуса, где размещены тензодатчики. Изменение сопротивления тензодатчиков фиксируется измерительным прибором. Усилие, действующее на муфту трения передается на тензодинамометр муфты, измеряется тензодатчиками и так же передается по кабелю на измерительный прибор.
Контроллер (или прибор) выполнен в виде двухканального усилителя с цифровым выходом, блока хранения и передачи данных на ПК (на примере прибора ТЕСТ-К2). Для подключения прибора к бортовой сети при работе в полевых условиях служит кабель питания.
Зондировочные штанги служат для вдавливания зонда в грунт с помощью буровой, либо зондировочной установки. Наголовник служит для вдавливания и извлечения зонда. Вилка используется при извлечении зонда и фиксации штанг в наголовнике.
Образцовые динамометры и тарировочные устройства служат для настройки (каллибровки) аппаратуры.
Зонд с зондировочной штангой устанавливают вертикально, опускают наголовник, пропуская кабель в прорезь наголовника и с помощью гидравлической системы буровой установки производят вдавливания зонда в грунт с постоянной скоростью (около 1,2 м/мин). Показания прибора регистрируются с шагом в 0,1 м по глубине (или 0,2 по ГОСТ 19912–2001) в соответствии с рисками, нанесенными на зондировочных штангах. После погружения одной зондировочной штанги, вдавливание прекращают, вращатель поднимают в верхнее положение и по кабелю зонда протягивают следующую зондировочную штангу, навинчивая её на предыдущую. Верхний конец штанги устанавливают в наголовник, погружение зонда и регистрацию показаний продолжают вплоть до необходимой глубины исследования [1].
Данные, поступающие к аппарату, далее переносятся на ПК, где в специализированном программном обеспечении строятся графики и по цифровым значениям результатов исследований определяется наименование и консистенция грунта.
Расшифровку графиков статического зондирования следует производить с выделением характерных интервалов с одинаковыми или близкими значениями удельного сопротивления грунта под наконечником и на участке боковой поверхности.
Многочисленные исследования указывают на то, что соотношение сопротивления муфты трения к лобовому сопротивлению (“пропорция трения”) помогает идентифицировать тип грунта. Этот показатель может варьировать в значительных пределах в зависимости от того, является ли грунт песчаным или глинистым.
Сопротивление конуса в песках и глинистых грунтах резко различны. В то время как в глинах удельное сопротивление конуса возрастает медленно, равномерно и редко превышает 4Мпа, сопротивление конуса в песках, как правило, быстро и зигзагообразно увеличивается с глубиной и составляет более 4 МПа. Эта зигзагообразность объясняется снижением сопротивления при разрушении песчаного основания и последующим увеличением сопротивления конуса погружению. В глинистых грунтах последовательность снижения и восстановления прочности происходит так часто, что не отражается на графике зондирования.
Статическое зондирование грунтов
Статическое зондирование грунтов — метод полевого испытания, базирующийся на вдавливании наконечника (зонда) в испытуемую почву с постоянной силой. Осуществляется в процессе проведения инженерно-геологических изысканий для изучения свойств и характеристик грунтового покрытия.
Для чего проводится?
Прочность грунта влияет на принятие проектных решений, в том числе выбор места расположения объекта на участке и типа фундамента.
Методика статического зондирования — наиболее быстрый и эффективный способ получения данных о грунтовом покрытии для создания проекта свайного фундамента.
Испытания проводятся с целью:
оценки целесообразности, возможности применения свайного фундамента;
получения полного объема данных, требуемых для изготовления рабочих чертежей свайного фундамента;
расчета несущей способности свай;
установки свойства грунтов в их естественном залегании, пр.
Статическое зондирование используется вместе с другими видами геологических исследований для решения различных задач проектирования и строительства.
Неточности, допущенные на этапе испытаний грунта, приводят к ошибкам при выборе типа фундамента, переделкам на этапе проектирования и многомиллионным убыткам в ходе строительства.
Чтобы исключить возможные риски, доверьте проведение испытания экспертам Гектар Групп.
Преимущества метода
Метод является более точным, чем лабораторные исследования. Он позволяет получить характеристики грунтовых покрытий прямо в местах застройки благодаря измерительным приборам и расчетам экспертов Гектар Групп.
Статическое зондирование позволяет определить:
недренированную прочность связных грунтов сu;
недренированный угол внутреннего трения;
упругий модуль сдвига G;
коэффициент относительной плотности ID;
коэффициент переуплотнения OCR;
коэффициент бокового давления Ko;
коэффициент консолидации в горизонтальном направлении ch;
коэффициент фильтрации kf;
параметры для определения несущей способности свай;
параметры для определения осадки и несущей способности фундаментов
Кроме того, метод имеет другие преимущества:
экологичность (актуально при обследовании в застроенных и исторических местах);
относительно невысокая цена (стоимость исследования погонного метра разреза этим способом обходится в 4 раза дешевле бурения);
высокая скорость исследований (углубления зонда).
Данный метод нерационально использовать для плотных несвязных и глинистых грунтов. Здесь требуется применение установок высокой грузоподъемности из-за больших значений усилий вдавливания. Поэтому применяется динамическая нагрузка.
Принцип работы
Гидравлическая система осуществляет непрерывное погружение зонда в грунт со скоростью (1,2+-0,3) м/мин. В ходе испытаний осуществляется фиксация показателей сопротивления грунтового покрытия — непрерывно или с интервалом по глубине (0,2 метра).
Зонд с тензометрическим наконечником включает чувствительные элементы. В зависимости от конструкции установки, они измеряют:
сопротивление грунта конусу зонда;
трение по боковой поверхности чувствительной поверхности наконечника;
отклонение наконечника зонда от вертикали.
Перспективным дополнением к обычным установкам являются пьезозонды. Они имеют встроенный датчик для измерения избыточного порового давления. Этот показатель используется при определении консолидационных характеристик грунтов, уточнении измеренного сопротивления конуса, пр.
Процесс статического зондирования совместим с отбором образцов. Для этого используются устройства с извлекаемым зондом.
Результаты работ
Зондирование заканчивают по достижении установленной глубины погружения. Также испытания могут завершиться досрочно при достижении предельного значения усилий используемого оборудования. По окончании работ зонд извлекается из грунта, а скважина тампонируется.
В результате производится анализ полученных данных и расчет:
удельного сопротивления под наконечником qc, МПа;
удельного сопротивления на муфте трения fs, МПа;
показателя Rf (%) = F/Q*100, (F – удельное трение по боковой поверхности, Q – сопротивление внедрению конуса).
При использовании пьезозонда удается измерить не только удельное сопротивление и силу трения, но и поровое давление u.
Подбор оборудования для проведения статического зондирования и расчеты осуществляются в соответствии с задачами конкретного проекта. Свяжитесь с нами, чтобы получить бесплатную консультацию инженера-геолога!
Статическое и динамическое зондирование грунтов
Статическое зондирование грунтов
Мы контролируем износ рабочей поверхности зонда, скорость его погружения (устанавливается с учетом прочности проходимой породы), прямолинейность штанг; показания измерительных сенсоров и датчиков фиксируем в журнале испытаний, на лентах в виде диаграммы или на регистрирующем цифровом носителе. Наши специалисты производят полевые испытания грунтов статическим зондированием, соблюдая все требования отраслевого ГОСТ 19912-2012.
Статическое зондирование свай
Лабораторные исследования такой информации не дают. Натурные же испытания грунтовых пород, в частности, статическое зондирование и его применение при изысканиях позволяют получить характеристики грунтов непосредственно на месте застройки, благодаря показаниям точных измерительных приборов и специальных расчетов, которые выполняют наши специалисты. Расшифровка полученных данных позволяет получить следующие сведения:
Использование результатов изысканий, которые мы проводим, включая статическое зондирование свай, позволяет застройщику выбрать оптимальный тип фундамента, посредством специальных вычислений рассчитать их необходимое количество и глубину установки. Это позволяет значительно сэкономить финансовые вложения на нулевом этапе строительства.
Динамическое зондирование грунтов
Мы, при наличии в техническом задании пункта об отборе проб в процессе изысканий, выполняем динамическое зондирование специальным пробоотборником, что допускается действующим стандартом (применение метода SPT).
Наши преимущества
Сотрудники нашей компании «Геология.ОРГ», используя огромный опыт профильной работы, выполняют статическое и динамическое зондирование грунтов качественно и в оговоренные контрактом сроки, используя современное оборудование и механизмы, которые регулярно проходят поверку соответствия установленному качеству.
Цена на наши услуги зависит от объема полевых испытаний, сложности пород и природных условий территории. Мы проводим испытания грунтов на открытых стройплощадках и в условиях плотной городской застройки, соблюдая действующие в РФ нормативы (по охране окружающей среды, охране труда и прочие).
Наше долгосрочное партнерство с крупными строительными компаниями свидетельствует о высоком профессионализме наших специалистов.
Статическое зондирование грунтов. Испытания грунтов методом статического зондирования
Инженерно-геологическое исследование территории проводится в несколько этапов, в частности одним из важных моментов является статическое зондирование грунтов, которое считают наиболее эффективным способом изучения почвы.
Что такое статическое зондирование
Статическое зондирование грунтов
Испытание грунтов статическим зондированием впервые было проведено в 30-е годы прошлого столетия на территории Голландии, где работали лучшие инженеры в мире. После этого этот метод распространился по другим странам: Японии, США, Австралии и другим. Каждый, кто впервые пробовал данную методику, отмечал массу положительных достоинств. С течением времени такое исследование стало использоваться на территории РФ.
После того, как статическое исследование почвы начало функционировать на территории России, началось использование фундаментов со сваями, но это принесло массу новых проблем. А именно, теперь требовались дополнительные изучения местности, чтобы получить данные о несущей способности каждой сваи и выявить то какими свойствами обладает грунт.
Наиболее подходящим был метод статического зондирования грунта, с помощью которого специалистам стало удаваться решать вопрос, целесообразно ли использовать такой фундамент, и они смогли создавать более точные проекты по фундаментам из свай. Данный вид исследований проводили не только при установке свайного фундамента, но также и для других процессов связанных с грунтом. Именно он позволял получать наиболее достоверные данные о нужной территории, а если быть точнее, то о свойствах грунта, о способности выдерживать конкретный вид нагрузок, и границу распространения воздействия, глубину и однородность почвы. Сами испытания грунтов методами динамического статического зондирования проводятся при непрерывном вдавливании в почву специального устройства, а также различных дополнительных технических устройств. Полученные показания подлежат немедленной регистрации, которые фиксируются по мере погружения зонда в почву. Как только получены все необходимые сведения исследование прекращается. Изыскание может прекратиться и в том случае, если оборудование не проходит в грунт и требуется ряд дополнительных усилий для продолжения работ.
Результаты статического зондирования грунтов получают посредством работы специальной установки, осуществляющей постепенное погружение зонда в почву. Скорость вдавливания составляет приблизительно 1,5 метра в минуту. Регистрация проводится также постепенно и не прерываясь, чтобы сформировать полноценную картину о почве. Для того чтобы провести этот вид изысканий могут быть использованы различные по размеру зонды, мощности и виду. Каждый зонд обладает стандартным наконечником диаметр, которого составляет 36мм, и располагается он на штанге такого же диаметра, и углом в 60 градусов. Зонд статического зондирования грунтов наделен специальными фиксирующими устройствами, посредством которых и осуществляется регистрация сопротивления почвы, степень трения и отклонения погруженного аппарата от прямой линии.
Статическое зондирование грунтов.
Окончанием инженерного изыскания считается достижение заданной точки погружения, или если достигнут максимально возможный уровень проникновения. Стоит отметить, что существует ГОСТ на статистическое зондирование грунтов и это стандарт 19912-2001 и стандарт, установленный в Европе в 1977 году. Именно этими документами руководствуются при проведении статического изыскания посредством зондирования.
Метод такого исследования почвы используется для того, чтобы рассчитать несущую способность забивной и буронабивной сваи любых сечений. При помощи статического зондирования можно оценить надобность использования свайного фундамента, и выявить показатели, важные для проектировки будущего здания. Именно при помощи такого изыскания можно максимально минимизировать затраты на использование дорогостоящих устройств, а также достаточно тяжелых испытаний при вбивании каждой сваи. Такое исследование нужно при каждой подготовке площадки под строительство, так как грунт может состоять из различных слоев почвы и для каждого из них стоит подбирать определенный вид оборудования и фундамента. Например, глиняный состав обладает медленным удельным сопротивлением, а вот в песке это сопротивление может быть скачкообразным и очень быстрым. По результатам при зондировании специалисты составляют графики проникновения оборудования в грунт, а также особенности и интервалы бурения. Учитывается каждая, даже самая мельчайшая деталь, чтобы при будущем возведении фундамента не возникало проблем и не стыковок.
Зонд снабжен тензометрической насадкой с датчиком высокой чувствительности, обеспечивающего проведение четкого выявления уровня сопротивления грунтовых слоев оборудованию. Также исследуется то, с какой степенью будет отклоняться насадка на зонде от установленной вертикальной линии. Как правило, вид статического зондирования осуществляется совместно с другими инженерными изысканиями для того чтобы выявить более точные показатели грунта, что немаловажно при строительстве любых зданий, особенно высотных. Посредством совмещения изысканий можно выявить:
Наша компания занимается проведением инженерных изысканий любого вида и использует современное новейшее оборудование, что позволяет получать только качественные результаты в кротчайшие сроки без неточностей и оплошностей в составлении отчетов.
Компания «Геодата» проводит исследования грунтов методом статического зондирования.
Статическое зондирование грунтов
Метод статического зондирования довольно широко применяется в практике полевых изысканий для установления характеристик физико-механических свойств в природном сложении грунтов, их изменения в плане и по глубине, а также для расчёта фундаментов.
В основном стандарты на проведение испытаний и параметры оборудования, применяемого в разных странах, совпадают. Различны лишь подходы к интерпретации получаемых результатов.
В России требования к методике проведения испытаний и оборудованию устанавливаются ГОСТом– 19912–2012 «Грунты. Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием», которым, в частности, разрешены к использованию зонды двух видов:
зонд 1-го типа с конусом и кожухом
зонд 2-го типа с конусом и муфтой трения.
Зонды имеют площадь конуса 10 см2, диаметр кожуха и муфты трения — 35,7 мм, длина муфты трения от 90 до 310 мм, что соответствует площади муфты от 100 до 350 см2.
Зонды 1-го типа в основном механические. При работе с ними в процессе вдавливания фиксируются общее сопротивление вдавливанию зонда и сопротивление конуса.
Зонды 2-го типа тензометрические. При погружении таких зондов фиксируются сопротивления муфты и конуса трения. Диаметр штанг для всех зондов должен составлять 36 мм при длине не менее одного метра.
Статическое зондирование грунтов
Методика испытаний предусматривает вдавливание зонда вертикально в грунт непрерывно, с постоянной скоростью равной 1,2+ 0,3 метров в минуту и регистрацию показаний сопротивления грунта непрерывно, либо с шагом не более 0,2 м по глубине. Основная погрешность, отклонение показателей измерения сопротивлений частных показателей свойств грунта до 10%, но не более 5% максимального измеримого значения.
Определяют физико-механические свойства грунтов по результатам произведённых испытаний, методом статического зондирования, и выполняют статистическую обработку, учитывая данные таблиц СП 47.13330.2012 ( Приложение И).
Несущую способность забивных или буровых висячих свай рассчитывают на основе результатов исследований свойств грунта методом статического зондирования применяя нормативы в СНиП 2.02.03–85, СП 50–102– 2003 или МГСН 2.07–97.
Статическое зондирование в России, а равно и на территории СССР получило активное развитие в конце 60-х — начале 70-х годов ХХ столетия. Причина заключалась в широком применении свайных фундаментов. В 1966 году в ПНИИИСе велась разработка темы «Изучение производства динамического и статического зондирования грунтов» под общим методическим руководством Л.Д. Белого. Эта работа выполнялась для разработки инструктивных указаний на основании обобщения опыта производства полевых опытных работ такими лидерами в области инженерно-геологических изысканий, как Фундаментпроект, ЦНИИС Министерства транспортного строительства, Гидропроект, ПНИИИС и др. От ПНИИИСа разработкой темы занимались К.П. Бочков, В.И. Щербаков, Ф.С. Канаев. От Фундаментпроекта в работе приняли участие Л.Н. Воробков, В.И. Швей, Л.В. Мельников, А.А. Шерман, Л.Г. Мариупольский.
Статическое зондирование грунтов
Значение величины вдавливающего усилия для установок статического зондирования на тот период времени составляло 40–100 кН, что обеспечивало фактическую глубину зондирования (без применения выбуривания грунтов) примерно до 20–25 м. При наличии мощных толщ слабых грунтов значение максимально возможной глубины зондирования возрастало. В конструктивных особенностях некоторых моделей установок было заложено ограничение по глубине на уровне технических решений. Примером служит установка С-832, максимальная глубина зондирования которой соответствовала 21 м. Данной глубины для проектирования фундаментов зданий и сооружений на тот период времени было достаточно.
Началом выполнения статического зондирования на глубины до 60 метров послужил период испытания лессовидных грунтов в г. Волгодонске Ростовской области в начале 80-х годов прошлого столетия.
Необходимость проведения статического зондирования на большие глубины вновь появилась в начале ХХI века. Причина в массовом освоение подземного пространства в г. Москве и строительство зданий повышенной этажности.
Статическое зондирование грунтов
Существенным фактором, влияющим на достоверность получаемых прочностных и деформационных характеристик грунтов, является отклонение зонда и зондировочной колонны, от вертикального положения. Анализ результатов в пределах одинаковых по составу и сходных по генетическому типу грунтов показал различие в показателях до 20–30%. Критические значения углов отклонения зонда от вертикали составляют более 12–15° на глубине свыше 20–22 м. Известны случаи, когда зондирование проводилось при отклонении зонда на 30° и более. Это в большей степени касается вероятности обрыва колонны. Сопоставляя значения результатов зондирования в зависимости от угла наклона зонда (на основании результатов зондирования в пределах московского региона) показало, что отклонение зонда от вертикали до 13–16° не оказывает существенного влияния на качественные показатели свойств грунтов.
Негативное влияние на достоверность получаемых прочностных и деформационных характеристик грунтов оказывает быстрое по времени и резкое увеличение угла отклонения зонда при проведении работ. Например, если на пути движения зонда встречаются включения щебня, галки, валунов или глыб.
При скорости погружения зонда 1,2±0,3 метра в минуту и усилии задавливания 200 кН при возникновении препятствия происходит процесс, сопоставимый с динамической нагрузкой (ударом), который приводит к механической поломке собственно зонда или соединений штанг.
Как ни парадоксально это звучит, но зонды для выполнения статического зондирования и комплекты штанг являются расходными материалами. Они имеют определенный ресурс. У каждого производителя имеются условные (усредненные) значения работы зонда на отказ (метры проходки). Это будет полезно осмыслить руководителям организаций, которые планируют затраты на проведение работ. Бытует мнение, что одним зондом и одним комплектом штанг можно работать бесконечно долго. К сожалению, это мнение ошибочно.
Выполненный анализ показал, что, как правило, после 200–400 м зондирования рекомендуется провести тарирование зонда. Если не принимать во внимание естественный износ конусов и муфт трения, то работоспособность зонда ограничивается значениями 450–1500 м зондирования. Величина минимального и максимального значений работы зонда на отказ зависит от опыта исполнителя работ мастера или инженера и грунтовых условий.
Большим минусом метода остается положение, связанное с интерпретацией результатов статического зондирования, оно распространяется только на грунты отложений четвертичного комплекса Этому направлению уделяли внимание многие исследователи. В ряде документов и статей приводятся расчетные формулы по некоторым генетическим типам грунтов. Но не всегда полученные результаты устраивают пользователей и вписываются в принимаемую расчетную схему. К сожалению, единого алгоритма интерпретации результатов, безоговорочно признаваемого всеми исследователями, нет.