Прессиометрические испытания

Прессиометрические испытания заключаются в том, что с помощью зонда (резинового баллона) на стенки скважины сравнительно небольшого диаметра через определенные интервалы глубины создается давление, которое наращивается ступенями.

В процессе испытания измеряют радиальные перемещения стенок скважины при различных давлениях.

Прессиометр был разработан во Франции Менаром. Он состоит из зонда с рабочей камерой из упругого материала и двух вспомогательных камер, расположенных выше и ниже рабочей.

Устройства для измерения давления и величины приращения диаметра скважины располагают на поверхности у скважины. С помощью этого устройства и системы труб сжатый воздух давит на жидкость, которая находится в рабочей камере. Прессиометрический зонд опускают в необсаженную скважину, диаметр которой лишь немного больше диаметра рабочей камеры. Различают ускоренное испытание, которое выполняют для измерения свойств породы в естественном залегании, и нормальное испытание, при котором определяют свойства породы под проектными нагрузками.

Метод испытания радиальным прессиометром

Испытание грунта радиальным прессиометром проводят для определения модуля деформации Е песков, глинистых, органно-минеральных и органических грунтов по результатам нагружения грунта горизонтальной нагрузкой в стенках скважины.

Схема установки радиального прессиометра приведена на рис. 8.

Рис. 8. Схема прессиометра:

1 – газовый баллон; 2 – редуктор; 3 – манометр; 4 – измерительный цилиндр; 5 – кран-тройник; 6 – бачок; 7 – штанги; 8, 10 – вспомогательные камеры; 9 – рабочая камера.

График Δr =ƒ(p)

Масштаб графика:

по горизонтали: 20 мм – 0,1 МПа (1,0 кгс/см²) давления Р;

по вертикали: 5 мм – 1 мм перемещения стенки скважины Δr.

1 – линейная часть графика; 2 – осредняющая прямая

Рис. 9. Образец графического оформления результатов испытания грунта радиальным прессиометром

Конструкция установки должна обеспечивать: возможность создания давления на грунт ступенями по 0,01 – 0,1 МПа; постоянство давления на каждой ступени нагружения; возможность тарировки зонда. Длина камеры зонда должна быть не менее четырех ее диаметров.

Каждую ступень давления выдерживают до условной стабилизации деформации грунта – скорости увеличения радиуса скважины, не превышающую 0,1 мм за время, указанное в табл. 24.

Таблица 24

Грунты			Режим испытания	Время условной стабилизации деформации t, мин
Пески по степени влажности: Sr ≤ 0,8 Sr > 0,8 Глинистые с показателем текучести: IL ≤ 0,25 IL > 0,25 Органно-минеральные и органические			Медленный	15 30 30 60 90
	Пески Глинистые Органно-минеральные и органические	Быстрый		3 6 10

Примечания

1. При испытаниях искусственно уплотненных, насыпных и намывных грунтов время условной стабилизации деформации должно назначаться так же, как и для соответствующих типов песчаных и глинистых грунтов в зависимости от степени влажности и показателя текучести.

2. При применении прессиометров с погрешностью измерения перемещений меньше 0,1 мм время условной стабилизации деформации уменьшается пропорционально увеличению точности измерения стенки скважины.

Для зданий и сооружений I уровня ответственности испытания грунтов радиальными прессиометрами следует проводить в медленном режиме. Допускается производить испытание грунта радиальными прессиометрами в быстром режиме в тех случаях, когда выполнены сопоставительные испытания радиальными прессиометрами в медленном и быстром режимах не менее чем с двукратной повторяемостью для данной разновидности грунта в районе проведения изысканий.

Для зданий и сооружений II и III уровней ответственности испытания радиальными прессиометрами следует проводить, как правило, в быстром режиме.

Отсчеты по приборам для измерения деформаций на каждой ступени давления производят согласно табл. 25. В процессе испытания ведут журнал, форма которого приведена в ГОСТ 20276 – 99.

Таблица 25

Грунты	Режим испытания
	Медленный	Быстрый
Пески	Через 5 мин в течение первых 15 мин, далее – через 15 мин	Через 1 мин в течение первых 3 мин, далее – через 3 мин
Глинистые	Через 10 мин в течение первых 30 мин, далее – через 30 мин	Через 2 мин в течение первых 6 мин, далее – через 6 мин
Органно-минеральные и органические	Через 15 мин в течение первых 60 мин, далее – через 30 мин	Через 2 мин в течение первых 10 мин, далее – через 10 мин

Для вычисления модуля деформации Е строят график зависимости перемещения стенки скважины от давления Δr =ƒ(p), откладывая по оси абсцисс значения давления p и по оси ординат соответствующие им значения Δr.

На графике проводят осредняющую прямую. За начальные значения p₀ и Δr₀ (первая точка, включаемая в осреднение) принимают значения p и Δr, соответствующие моменту полного обжатия неровностей стенок скважины – началу линейного участка графика.

За конечные значения p_n и Δr_n (предел пропорциональности) принимают значения p и Δr, соответствующие точке, ограничивающей линейный участок графика.

Модуль деформации грунта Е, МПа (кгс/см² ), вычисляют для линейного участка графика Δr =ƒ(p) по формуле

Е=К_rr₀Δp/Δr ,

где К_r – корректирующий коэффициент;

r₀ – начальный радиус скважины, равный r_пр+Δr₀;

r_пр – радиус прессиометра, см;

Δr₀ – приращение радиуса прессиометра, соответствующее p₀, см;

Δp – приращение давления на стенку скважины между двумя точками, взятыми на осредняющей прямой, МПа (кгс/см₂);

Δr – приращение перемещения стенки скважины (по радиусу), соответствующее Δp, см.

Метод испытания лопастным прессиометром

Испытания грунта лопастным прессиометром проводят для определения модуля деформации Е песков, глинистых, органно-минеральных и органических грунтов по результатам нагружения грунта вертикальной нагрузкой в скважине или массиве с помощью штампов-лопастей.

Результаты испытания оформляют в виде графика зависимости перемещения штампов-лопастей от нагрузки (рис. 10.).

График u=ƒ(p).

Масштаб графика:

по горизонтали: 40 мм – 0,1 МПа (1,0 кгс/см²) давления Р;

по вертикали: 10 мм – 1 мм перемещения штампа-лопасти u.

1 – линейная часть графика;2 – осредняющая прямая.

Рис. 10. График зависимости перемещения штампов-лопастей от нагрузки

В состав установки для испытания должны входить: наконечник со штампами-лопастями и направляющим стаканом; устройство для создания и измерения давления на штампы-лопасти наконечника; устройство для измерения перемещения штампов-лопастей наконечника.

Наконечник должен состоять из двух жестких штампов-лопастей прямоугольной формы, расположенных симметрично относительно оси наконечника. Площадь штампа-лопасти должна соответствовать требованиям табл. 26:

Таблица 26

Наименование грунтов	Положение прессиометра относительно уровня подземных вод	Глубина испытания, м	Место проведения испытания	Площадь штампа-лопасти, см
Пылевато-глинистые – глины и суглинки с показателем текучести IL≤ 0,25, супеси при IL< 0	Выше уровня подземных вод	До 10	В стенках скважины	300
Песчаные (устойчивые в стенках скважины); пылевато-глинистые – глины и суглинки с показателем текучести 0,25<IL≤0,75, супеси при 0≤IL≤1	Выше уровня подземных вод	До 10	В стенках скважины	600
	Выше уровня подземных вод	Ниже 10		150
Песчаные рыхлые (неустойчивые в стенках скважины); пылевато-глинистые – глины и суглинки с показателем текучести IL>0,75,супеси при IL>1	Выше и ниже уровня подземных вод	До10	Ниже забоя скважины	300
	Выше и ниже уровня подземных вод	Ниже 10		150
Пылевато-глинистые – илы	Выше уровня подземных вод	По всей толще	В массиве без бурения скважины	600
Биогенные	Выше уровня подземных вод	До 10	В станках скважины	600
	Выше и ниже уровня подземных вод	По всей толще	Ниже забоя скважины	300

Передачу нагрузки на штампы-лопасти производят ступенями, указанными в таблице ГОСТ 20276-96.

Каждую ступень давления выдерживают до условной стабилизации деформации грунта. За критерий условной стабилизации деформации принимают скорость перемещения штампа-лопасти, не превышающую 0,1 мм за время, указанное для медленного и быстрого режима испытаний в таблице ГОСТ 20276-96.

Отсчеты по приборам для измерения перемещений штампов-лопастей на каждой ступени давления производят - при медленном режиме испытаний и таблице ГОСТ 20276-96 – при быстром и записывают в журнал.

Для вычисления модуля деформации Е строят график зависимости перемещения штампа-лопасти от давления и=ƒ(p), откладывая по оси абсцисс значения p и по оси ординат – соответствующие им значения и.

На графике проводят осредняющую прямую. За начальные значения p₀ и и₀ (первая точка, включаемая в осреднение) принимают значения p и и, соответствующие началу линейного участка графика.

За конечные значения p_n и и_n (предел пропорциональности) принимают значения p и и, соответствующие точке, ограничивающей линейный участок графика.

Модуль деформации грунта Е, Мпа (кгс/см²) вычисляют для линейного участка графика и =(p) по формуле

Е= К_лω(1-ν²)bΔp/Δи,

где К_л – корректирующий коэффициент;

ν- коэффициент Пуассона;

b – ширина штампа-лопасти наконечника, см;

ω – безразмерный коэффициент;

Δp – приращение давления на штамп-лопасть между двумя точками, взятыми на осредняющей прямой, Мпа (кгс/см²);

Δи – приращение перемещения штампа-лопасти, соответствующее Δp, см.

При вычислении модуля деформации грунта необходимо учитывать определяемые по результатам тарировочных испытаний систематические погрешности измерений Δp и и, вызванные собственными деформациями устройства для создания давления, наконечника и колонны труб.