книги из ГПНТБ / Трофименков Ю.Г. Полевые методы исследования строительных свойств грунтов

гружают в грунт гидравлическим двигателем через червячные редукторы.

Гидравлический цилиндр вдавливания зонда установлен на стреле, поднимающейся из транспортного положения в рабочее гидравлически. Максимальная глубина зондирования составляет (с дополнительной штангой) 21 м, максимальное усилие вдавли­ вания ■— 10 тс. Диаметр штанги зонда 34 мм, площадь основания конуса 10 см2, угол при вершине конуса 60°. Зонд установки

Рис. 59. Наконечник зонда установки для статического зондирования грунта С-832

датчиком» воспринимающим усилие от цилиндра и преобра­

С-832 (рис. 59) предназначен для измерения сопротивления грун­ та погружению конуса и измерения местного трения с помощью муфты, имеющей боковую поверхность площадью 350 см2.

Штанги во время опускания зонда автоматически зажимают­ ся специальным устройством, находящимся на конце штока; устройство скользит по штанге до верхнего положения. Чтобы из­ бежать прогиба штанги при вдавливании в плотные грунты, пре­ дусмотрена направляющая втулка-кондуктор. Закрепленная на траверсе, она при зондировании находится на поверхности земли.

Подъем и опускание стрелы, вдавливание и выдергивание зон­ да, а также завинчивание и вывинчивание анкерных свай произ­ водятся оператором с пульта управления.

ПО

Сопротивление прунта погружению конуса и трение по боко­ вой поверхности муфты воспринимаются специальными электротензометричеекими датчиками и автоматически фиксируются в виде графиков двумя самопишущими приборами МС-03. Измери­ тельная аппаратура через специальный преобразователь питает­ ся от аккумуляторов автомобиля.

Институтом «Фундамеитпроект» разработана и Московским заводом строительных маши« изготовляется серийно передвиж­

ная установка для статического зондирования С-979 (СП-36). Установка (рис. 60 и 61) состоит из трех основных частей: зонда, вдавливающего устройства и измерительной аппаратуры.

Зонд состоит из стальных труб диаметром 36/20 мм, штанг диаметром 18 мм и наконечника (рис. 62) с конусом площадью основания 10 см2 (диаметр основания конуса 36 мм, угол при вершине 60°). Колонна штанг зонда собирается из секций дли­ ной 1 м.

Вдавливающее устройство состоит из гидравлического дом крата двойного действия и давильной головки, которые смон­ тированы на двух стойках, установленных на общей раме. Дав­ ление в домкратах создается маслонаоосной станцией, смонтиро­ ванной на отдельном одноосном шасси.

Конструкция зонда позволяет измерять раздельно сопротив­ ление грунта погружению конуса и общее сопротивление грунта вдавливанию зонда. Сопротивление грунта по боковой поверх-

Ш

кости зонда определяется как разность измеренных сопротивле­ ний.

Сопротивление грунта іпокружению конуса измеряется дина­ мометром ДОСМ-5 с мессурой, рассчитанным на максимальное усилие 5 тс. Общее сопротивление грунта погружению зонда оп-

ределяется по давлению в гидравлической системе установки, измеряемому манометром.

Рис. 63. Установка СП-59

рования грунта насосная станция

Вся установка смонтирована на одноосном шасси. Анкеровка установки при работе производится с помощью четырех винто­ вых свай, погружаемых вручную или специальной установкой для завинчивания винтовых сваи (УЗВС).

Максимальная глубина зондирования 15 м, максимальное усилие вдавливания 10 тс.

Наряду с серийно изготовляемыми установками С-979 инсти­ тут «Фундаментпроект» использует разработанную и изготовлен­ ную им установку УЗК-б, смонтированную на шасси автомоби­

ля ЗИЛ-167К.

Установка УЗК-5 состоит из механизма для завинчивания ан­ керной сваи, зонда, вдавливающего устройства, измерительного устройства и гидравлической системы. Зонд, как и вдавливающее устройство (гидроцилиндр), представляет собой унифицирован­ ный узел от серийно выпускаемой установки С-979 (ОП-Зб).

112

Для восприятия реактивного усилия вдавливания зонда за­ винчивается одна анкерная составная свая, через которую про­ ходит зонд при зондировании грунта. В зависимости от несущей способности грунта применяют винтовую сваю с диаметром ло­ пасти 250 или 300 мм, шагом 50 мм, длиной от 1,5 до 3 м.

Механизм для завинчивания анкерной сваи состоит из одно­ ступенчатого червячного редуктора (передаточное отношение 40), привод которого осуществляется гидравлическим двига­ телем.

Сопротивление грунта погружению конуса и трение по боко­ вой поверхности зонда воспринимаются специальной гидравли­ ческой головкой с тензометрическими датчиками давления ТДЛ-100.

Результаты зондирования автоматически записываются в ви­ де графиков самописцами. Измерительная система через преоб­ разователь питается от аккумуляторов автомобиля.

Исполнительные гидравлические механизмы (вдавливающий гидроцилиндр, гидромотор) питаются от маслонасоса Н-403Е, привод которого осуществляется от транспортного двигателя автомобиля.

На основе многолетнего опыта эксплуатации описанных выше установок С-979 и УЗК-5 институтом «Фундаментпроект» на базе трактора Т-.16М разработаны и Московским заводом строитель­ ных машин в конце 1972 г. изготовлены два образца установки для статического зондирования СП-59 (рис. 63).

Зонд из звеньев длиной 1 м и диаметром 36 мм с коническим наконечником площадью 10 см2 и углом при вершине 6Q9 на штангах диаметром :18 мм погружается в грунт гидродомкратом вдавливающего устройства через измерительную головку. Из­ мерительная головка позволяет одновременно и непрерывно измерять сопротивление прунта вдавливанию конуса и сопро­ тивление трения грунта по боковой поверхности зонда. Реак­ тивную нагрузку в процессе вдавливания зонда воспринимает одна винтовая составная свая со сменными лопастями диамет­ рами 200, 300 и 400 мм. Специальный корректор исключает влияние выхода сваи из грунта на отсчет глубины погружения зонда.

Вдавливание зонда в грунт производится через центральный канал сваи, одновременно являющийся направляющим кондукто­ ром. Винтовая свая погружается в грунт сваезавертным механиз­ мом, приводимым в действие аксиально-поршневьгм гидромо­ тором.

Вдавливающее устройство, сваезавертный механизм и гид­ равлические аутригеры установки смонтированы в единый сило­ вой блок и шарнирно укреплены на торце рамы шасси.

Механизмы силового блока с помощью вспомогательных ги­ дроцилиндров могут быть переведены из рабочего положения в транспортное (горизонтальное) и обратно.

В кузове шасси установлены блок управления, вторичные при­ боры, стеллаж для штан.г и труб. Исполнительные механизмы питаются от насосной станции, 'выполненной на базе насоса вы­ сокого давления с приводом от вала отбора мощности двигате­

количество точек зондирования, их расположение в плане и глу­ бина зондирования).

При проведении изысканий под отдельные здания н сооруже­ ния зондирование производят в пределах их контуров ,или не да­ лее 5 м от их контуров. Для получения сопоставимых данных часть точек зондирования должна располагаться вблизи (не да­ лее 5 м) от выработок (шурфов, скважин), из которых произво­ дится отбор грунтов для лабораторных исследований.

Статическое зондирование выполняется различными установ­ ками в соответствии с имеющимися инструкциями по их эксплу­ атации.

При выполнении зондирования необходимо соблюдать требо­ вания «Руководства по технике безопасности на инженерно-изы­ скательских работах для строительства» (М., Стройиздат, 1971) и «Единых правил безопасности на геологоразведочных работах»

(М., «Недра», 1965).

Скорость погружения зонда должна оохраняться постоянной (для определения физико-механических характеристик грунтов и несущей способности свай не более 0,5 м/мин). Скорость извлече­ ния зонда не ограничивается.

114

Следует отметить, что полной ясности в вопросе о влиянии скорости зондирования на сопротивление грунта погружению ко­ нуса пока нет. Для крупнозернистых песков имеются опытные данные Ж. Керизеля [33], показывающие, что при увеличении скорости зондирования в 10 раз сопротивление погружению ко­ нуса возрастает всего на 4%.

Скорость зондирования в глинах влияет иа сопротивление грунта погружению конуса [43]. Увеличение скорости зондиро­ вания в 3 раза (с 0,3 до 0,9 м/мин) приводит к увеличению со­ противления глин погружению зонда примерно на 20% (рис. 64).

В работе [23] приведены данные экспериментов по зондиро­ ванию лёссовидных суглинков при .скоростях погружения зонда от 0,1 до 3,6 м/мин. При сопротивлении грунта погружению ко­ нуса (диаметром основания 80 мм) 8—12 кгс/см2 изменение ско­ рости зондирования в указанных широких пределах (в 35 раз) практически не влияло на результаты зондирования. Вместе с тем автор отмечает, что при прочных отложениях увеличение скорости зондирования приводит к значительному повышению сопротивления грунта погружению конуса.

Кроме того, следует отметить, что при отсутствии автома­ тической записи сопротивления грунта погружению конуса прак­ тически невозможно снимать отсчеты с приборов при скорости погружению зонда 'более 0,5 м/мин.

Показания измерительных приборов записываются через ка­ ждые 20 см погружения зонда (при резкой изменчивости грун­ тов— через 10 см), при автоматической записи— непрерывно самойишущими ирибор ами.

Результаты зондирования записываются в журнале статичес­ кого зондирования или на диаграммных лентах самопишущих приборов.

По данным обработки результатов зондирования строят прафнки удельного сопротивления грунта погружению конуса и бо­ кового трения грунта по поверхности зонда в зависимости от глубины. Для установки С-832 вместо общего сопротивления грунта по боковой поверхности на графиках показывают значе­ ние удельного сопротивления грунта по боковой поверхности зонда на данной глубине. Графики зондирования являются основ­ ным исходным материалом для последующей обработки и ин­ терпретации результатов зондирования.

Графики зондирования скважин, расположенных вблизи раз­ ведочных выработок, совмещают с теологическим разрезом выра­ ботки (рис. 65). Графики рекомендуется составлять в следующих масштабах:

для .глубины зондирования 1 см= 0,5—1 м\ для удельного сопротивления грунта погружению конуса

1 см= 20 кгс/'см2-,

116

для общего сопротивления грунта по боковой поверхности зонда Q 1 см— 0,5 тс;

для удельного сопротивления грунта по боковой поверхности

1 см= 1 тс/м2.

При использовании в дальнейшем результатов статического зондирования для определения физико-механических свойств грунта необходимо иметь в виду следующее. Поскольку данные статического зондирования используются для определения нор­ мативных (а не расчетных) характеристик грунтов, при обработ­ ке результатов зондирования следует определять среднеариф­ метические значения вначале для выделенного инженерно-гео­ логического слоя (или расчетного участка) поданным одного зон­ дирования, а затем среднеарифметические значения для данного слоя (участка по высоте) по всем относящимся к рассматривае­ мой площадке точкам зондирования.

При необходимости коэффициент однородности определяется согласно п. 5.4 главы СНиП ІІ-Б.1-62* не менее чем по пяти­ шести точкам зондирования.

3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЗОНДИРОВАНИЯ ГРУНТА

ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ФУНДАМЕНТОВ

По результатам статического зондирования грунта можно определить:

характер напластования, вид грунтов основания, степень не­ однородности залегания грунтов в плане и по глубине;

плотность и угол внутреннего трения песчаных грунтов и консистенцию глинистых грунтов;

модуль деформации грунтов; нормативное давление на грунт; несущую способность сваи.

При использовании приводимых далее зависимостей отдель­ ных физико-механических свойств грунтов от сопротивления грунта погружению конуса следует иметь в виду, что для реаль­ ных грунтов нет двух таких показателей их свойств, которые бы однозначно определяли друг друга. Так, например, сопротивле­ ние грунта погружению конуса в песках зависит от плотности песков, соотношения вертикального и горизонтального давления, давления покрывающих пластов, степени водонасыщения, формы зерен песка и их шероховатости, наличия естественной цемента­ ции и др. Следовательно, все приведенные далее зависимости яв­ ляются приближенными. Однако это замечание относится не только к методу статического зондирования, но и к любым дру­ гим (в том числе и лабораторным) методам определения физи­ ко-механических свойств грунтов. Поэтому каждый раз при полу­

117

чении в (результате какого-либо испытания количественных ха­ рактеристик грунта необходимо ощенить влияние на последние специфических свойств данного грунта. Так, например, при од­ ной плотности и гранулометрическом составе песка сопротивле­ ние его погружению конуса может резко меняться в зависимости от характера цементационных связей между отдельными части­ цами, от влажности и т. д.

Во всех случаях, когда это возможно, особенно при большом объеме изыскательских работ, следует в каждом конкретном слу­ чае для местных грунтовых условий производить параллельно зондирование .и исследование свойств грунтов (плотности, угла внутреннего трения, модуля деформации и др.) традиционными методами (отбор образцов и испытание их в лаборатории, испы­ тание штампом). На основе сравнительно небольшого количества таких параллельных испытаний можно установить корреляцион­ ные зависимости сопротивления зондированию от различных свойств грунтов данной строительной площадки. Эти зависи­ мости, установленные для локальных условий, позволят, как пра­ вило, определить свойства грунтов по результатам статического зондирования точнее и надежней, чем по осредненным данным, рекомендуемым далее.

Необходимо также рассмотреть вопрос о возможности ис­ пользования теоретических решений для определения физико-ме­ ханических свойств грунтов по данным зондирования.

При вдавливании цилиндрического зонда с коническим нако­ нечником в грунт происходят симметричный сдвиг грунта из-под острия и вдавливание его по криволинейным поверхностям сколь­ жения в окружающий стержень массив. Поскольку такая схема разрушения основания принята при решении задач теории пре­ дельного равновесия грунтов, для определения сопротивления конуса зонда погружению или определения прочностных характе­ ристик грунта по сопротивлению конуса использовали имеющи­ еся решения. Для этой цели в зарубежной практике использова­ ли решения Прандтля—Терцаги, Како и Керизеля, Мейергофа и др.

Наиболее полно решение осесимметричной задачи теории предельного равновесия и погружения конуса зонда в несвязные грунты разработано в трудах В. Г. Березанцева [2]. Им приня­ то, что предельному давлению соответствует развитие поверх­ ностей скольжений до уровня начала конического заострения, а пригрузка областей сдвига меньше веса столба грунта над ко­ нусом на величину сил трения, развивающихся по боковой по­ верхности цилиндра грунта, оседающего над областью едівига. При этих допущениях получена формула для определения пре­ дельного давления и найдены значения входящих в нее коэф­ фициентов, зависящих от угла внутреннего трения ср и отно­ сительного заглубления зонда h : d.

118

Однако принятые при -выводе формулы положения, в частнос­ ти условность допущения о том, что предельному давлению на грунт под конусом -малого диаметра соответствует развитие об­ ластей -сдвигов до .горизонтальной плоскости, проходящей на уровне основания -конуса, п-риводят к заниженным предельным давления-м. Поэтому при определении угла -внутреннего трения среды по замеренному сопротивлению конуса получаются зна­ чительно завышенные значения.

Так-и-м -образом, даже наиболее глубоко разработанное теоре­ тическое решение для несвязной -среды (т. е. для наиболее прос­ того случая) по теории предельного равновесия не позволяет до­ стоверно определить угол внутреннего трения по сопротивлению грунта погружению конуса.

При рассмотрении грунта как упругой среды, характеризуе­ мой модулем деформации Е и коэффициентом Пуассона ц, мож­ но найти зависимость между сопротивлением грунта погружению конуса q и модулем деформации Е. Такие решения были получе­ ны Бюиеманом и В. И. Фе-рронским (см. стр. 126—-127).-

Однак-о для условий погружения конуса в реальные -грунты решение должно быть получено на основе рассмотрения смешан­ ной задачи теории предельного -равновесия .и теории упругости с учетом уплотнения грунта в зоне пластических деформаций. Такое решение будет включать,всебяодновремеинон-рочностные (ср и с) и упругие (Е и р.) характеристики грунта. К сожалению, эта задача пока никем «е решена. И-меющееся решение М. И. Горбунова-Поеадова смешанной задачи для одного част­ ного случая незаглублен-ного фундамента -на песчаном основа­ нии (ср=40°) подтверждает известное по многим экспериментам положение, что фактическая несущая способность песчаных ос­ нований значительно выше, ч-ем определяемая по теории пре­ дельного равновесия.

Таким -образом, при современном состояніи« теории опреде­ лить достоверно связь между сопротивлением грунта погру­ жению конуса и физико-механическими свойствами грунта можно лишь эмпирическими методами, учитывая при этом их -известную ограниченность.

Определение характера напластования и вида грунта

На рис. 66 в качестве примера показан продольный профиль строительной площадки, построенный по данным статического зондирования. На профиле весьма отчетливо выделяются отдель­ ные прослойки, линзы и виден общий характер залегания грунтов различной прочности.

Рассмотрение совместных -графиков сопротивления .грунта по­ гружению конуса и сопротивления трения по боковой поверхности

119