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

этих іпресеиометров имеет свои особенности, .которые должны быть отражены в техническом паспорте прибора и инструк­ ции по его эксплуатации.

Далее излагаются некото­ рые общие вопросы проведе­ ния испытаний, не связанные

с конструкцией прессиометров отдельных типов.

Технический паспорт и инструкция по эксплуатации каждого прессиометра должны включать: технические данные и описа­ ние конструкций деталей и узлов; указания по заводской сбор­ ке; порядок .проведения тарировочных испытаний; порядок опе­ раций по проведению испытаний грунтов; указания по технике безопасности; перечень возможных неисправностей и способы их устранения. В результате тарировочных испытаний опреде­ ляется давление, затрачиваемое на расширение эластичных оболочек камер прессиометра і(рис. 96), и проверяется граду­ ировка измерительных устройств.

Испытания грунтов лрессиометром проводят на глубинах, определяемых рабочей программой испытаний в зависимости от цели исследования и геологических условий. Диаметр сква­ жин указывается в технических данных прессиометров и прини­ мается обычно на 10—20 мм больше внешнего диаметра прес­ сиометра. Бурение должно производиться с минимальным нару­ шением природного сложения и влажности грунта, для чего ре­ комендуется применение вращательного бурения.

В водонасыщенных глинистых грунтах и песках проходка скважин должна производиться с обсадкой трубами .внутрен­ ним диаметром, на 5—ІІО мм большим диаметра -прессиометра. Для проведения испытания в скважину, обсаженную трубами, опускается лресеиометр, а обсадные трубы поднимаются на вы­ соту, равную длине прессиометра. Следует, однако, иметь в ви­ ду, что опыт испытания очень -слабых малоустойчивых в-одона- сыщенных грунтов прессирметром .весьма мал, и достоверность получаемых результатов не проверена. Поэтому в таких грунто­ вых условиях целесообразно наряду с определением модуля де­ формации по результатам испытаний пресси-ометром проводить статическое зондирование грунтов и по нему также определять модуль деформации.

При проходке скважины на отметке проведения испытаний в журнал испытания грунта прессиометром заносится краткая

160

По этим характеристикам в дальнейшем определяется величина приращения нагрузки при переходе с одной ступени нагрузки на другую. Более подробная характеристика грунтов, вскрывае­ мых 'буровой скважиной, приводится в буровом журнале.

Перерыв во времени между окончанием проходки опытного участка скважины или подъемом обсадных труб и началом ис­ пытания сжимаемости грунтов не должен превышать 2 ч — при испытании грунтов, залегающих выше уровня грунтовых вод, и 15 мин — при испытании грунтов под водой.

Обжатие грунта при исследовании его сжимаемости пресеиометром производят ступенями удельных нагрузок. До момента соприкосновения оболочки пресснометра со стенками скважины или до нагрузки 1 кгс/см2 величину ступени принимают равной 0,25 кгс/см2. Дальнейшие нагружения производят следующими ступенями удельных нагрузок в кгс/см2:

Испытания могут проводиться по схемам медленного и быст­ рого нагружения. Схема медленного нагружения рекомендуется при испытаниях в слабых водонасыщенных грунтах, в которых в процессе быстрого нагружения поровое давление может дос­ тичь значительной величины. В этом случае при проведении ис­ пытаний по медленной схеме нагружения поровое давление ус­ певает в значительной мере рассеяться, что позволяет не учиты­ вать его. В плотных грунтах, в которых поровое давление про­ является слабо, целесообразно проводить испытания по более экономичной схеме быстрого нагружения.

'Повышение давления на каждой ступени нагрузки произво­ дят в течение 1—2 мин. На каждой ступени нагрузки давление

161

Отсчеты по приборам для измерения деформаций после при­ ложения каждой ступени нагрузки рекомендуется производить согласно табл. 32.

прочностных характеристик грунта испытания необходимо вес­ ти до давлений, обеспечивающих получение криволинейного участка графика нагрузка —деформация. При этом следует учитывать возможности прессиометра, определяемые или пре­ дельным давлением в камере, или ее предельной деформацией. Наиболее полным испытание будет в том случае, если его удастся довести до предела прочности грунта.

Разгрузку прессиометра осуществляют ступенями давления, равными двойным ступеням натружения. Результаты испытания записывают в журнале испытания грунта прессиометром.

По результатам испытаний строится график зависимости приращения деформации (приращение радиуса прессиометра) от давления в камере прессиометра. На график (см. рис. 96) наносится тарнровочная кривая I, полученная при свободном расширении прессиометра, и кривая 11, полученная по результа­ там испытания грунта в скважине.

На начальном участке кривая 11 совпадает с кривой / — про­ исходит свободное расширение прессиометра в скважине. Затем начинается короткий переходный участок, соответствующий обжатию неровностей стенок скважины.

Участок линейной зависимости между давлением и деформа­ цией (между давлениями р\ и рч) используется для ■определе­ ния модуля деформации. После давления рч начинается стадия интенсивного развития пластических деформаций в грунте.

162

При определении модуля деформации грунта необходимо ра­ счетную разность давлений на участке р2— рі уменьшить на величину потери давления на расширение оболочки прессиометра при расширении ее от Дгі до Дг2, т. е. на величину

Р з - Р І -

Как показала .практика определения модуля деформации прессиометром Фундаментпроекта, влияние резиновой оболочки {при диаметре скважины больше диаметра прессиометра на 10—20 мм) несущественно. Так, например, при модуле дефор­ мации грунта 200—'250 кгс/см2 разница между модулем дефор­ мации, определенным с учетом давления, затрачиваемого на растяжение резины, и модулем, определенным без учета этого давления, составляет всего 2%. При модуле деформации 50 кгс/см2 разница составляет 10%. Для практических целей указанными погрешностями в определении модуля деформации можно пренебречь и, следовательно, не всегда необходимо про­ водить тарировочные нагружения камеры прессиометра.

Модуль деформации грунта определяют по формуле

нию р\ (см. рис. 96);

k — коэффициент условий испытания.

Величина коэффициента условий испытания определяется по результатам проведения сопоставительных испытаний грунта штампом (ГОСТ 12374—66) и прессиометром. При этом коли­ чество параллельных определений модуля деформации грунта должно быть не менее трех для каждого выделенного инженер­ но-геологического элемента (слоя).

При назначении модуля деформации для предварительных расчетов или окончательных расчетов при проектировании осно­ ваний зданий и сооружений III—IV классов допускается при­ нимать следующие значения коэффициента k в формуле (67): /е = 3,5 при глубине испытаний до 5 м\ £—2,5 при глубине ис­ пытаний 5—110 м.

Определение прочностных характеристик грунтов (ф и с) по данным прессиометрических испытаний пока не регламентиро­ вано.

Для ориентировочных расчетов и накопления опыта рекомен­ дуется для определения ф и с использовать приведенный ранее метод кругов Мора, сравнивая каждый раз полученные данные с результатами лабораторных определений прочностных свойств грунтов. При использовании метода кругов Мора необходимо

163

Глава VII

КОМПЛЕКСНЫЕ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

При проведении инженерно-геологических изысканий наря­ ду с общими задачами определения характера напластований грунтов, их классификационных показателей, условий залега­ ния, состояния и свойств, а также гидрогеологических условий обычно предусматриваются главные определяющие исследова­ ния, от которых зависит успешное решение вопросов проекти­ рования и строительства данного конкретного сооружения.

В качестве примеров таких основных задач могут быть ука­ заны: определение прочностных характеристик грунтов при рас­ четах устойчивости оснований сооружений и откосов глубоких выемок; определение сжимаемости грунтов при расчетах оса­ док « прогнозировании кренов сооружений; определение глуби­ ны забивки свай и оценка их несущей способности при расче­ тах свайных фундаментов и т. п.

Вследствие различий условий залегания, состояния я свойств грунтов и многообразия требований решаемых задач инже­ нерно-геологические изыскания часто носят характер научного исследования, требующего для выполнения квалифицирован­ ных специалистов.

Проводимые исследования должны учитывать изменчивый и сложный характер грунтов, влияние на их состояние режима

струкций, убыстрение темпов производства работ и т. п., то ста­ нет очевидным, что результаты изысканий, проводимых в тради­ ционном составе (проходка геологических выработок и лабора­ торные определения), очевидно, в ряде случаеів не могут удовлетворять задачам проектирования.

Для решения этих задач при инженерно-геологических изыс­ каниях все шире используют полевые методы, которые стали важной составной частью исследований, так как позволяют наи­ более полно и достоверно оценивать природные условия строи­ тельных площадок.

Инженерно-геологические изыскания, выполняемые с исполь­ зованием отдельных видов или группы полевых методов, приня­ то называть комплексными исследованиями.

Следует отметить, что состав работ, включаемых в комплекс­ ные инженерно-геологические изыскания, еще во многом зависит от опыта, технической оснащенности и квалификации работников изыскательских организаций и не всегда в полной

165

мере отвечает задачам проектирования. Рекомендации о наибо­ лее 'рациональных составах таких комплексов в действующих нормативных документах отсутствуют и нуждаются в соответ­ ствующих разработках.

Учитывая эти соображения, ниже приводятся примеры комп­ лексных исследований из практики института «Фундаментпроект», в течение ряда лет широко использующего разнообразные полевые методы для исследования строительных площадок раз­ личных сооружений.

1. КОМПЛЕКСНЫЕ ИЗЫСКАНИЯ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ

В ТОЛЩЕ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ

Строительство объектов Красноярского алюминиевого завода

Все основные объекты Красноярского алюминиевого завода (КрАЗ) строятся на свайных фундаментах из железобетонных забивных свай.

Широкое применение свайных фундаментов обусловлено гео­ логическими особенностями района строительства, основной из которых является ‘наличие с поверхности делювиально-аллю­ виальных лёссовидных суглинков просадоч-ных в верхней части слоя. Ниже этогослоя, мощность которого в пределах площад­ ки строительства различна, залегают аллювиальные суглинки твердой, полутвердой, тугопластичной и реже мягкопластичной консистенций.

В подобных геологических условиях, характеризуемых неко­ торым улучшением физико-механических свойств грунтов с глу­ биной, обычно оказывается целесообразным применение фунда^ ментов на висячих сваях.

Основной задачей проводимых изысканий в таких случаях является прогнозирование несущей способности свай, которые можно погружать на различную глубину без осложнений, обыч­ но наблюдающихся при наличии труднопроходимых слоев грун­ тов.

Характер возводимых сооружений и их конструктивные осо­ бенности на строительстве КрАЗа обусловливали такие расчет­ ные -нагрузки на сваи, которые могли быть получены при их по­ гружении в толщу аллювиальных суглинков, принятых в данном случае за несущий слой. Естественно, что понятие «несущий слой» в данных условиях является условным (при отсутствии явно выраженного несущего слоя).

При рассмотрении вариантов фундаментов из висячих овай разной длины целесообразно проводить комплексные инже­ нерно-геологические изыскания в составе работ, указанном в табл. 33.

166

Т А Б Л И Ц А 33

Учитывая накопленный на 'Объектах строительства Краснояр­ ского алюминиевого завода опыт устройства свайных фундамен­ тов и применения статического зондирования для оценки несу­ щей способности свай, комплекс инженерно-геологических изы­ сканий 1972 г. не включал забивку и испытания пробных свай и проводился в составе следующих видов работ: проходка сква­

различной глубине их погружения, по данным испытаний грун­ тов статическим зондированием, была рекомендована Для про­ ектирования несущая способность свай: при длине б—

7 м—40 тс; 7—'8 м—46 тс; 8—9 м—60 тс и 9—.10 м—65 тс.

Близкая сходимость результатов ранее выполненных опреде­ лений несущей способности свай статическими испытаниями с указанными выше данными статического зондирования позво­ лит в дальнейшем отказаться на этой площадке от трудоемких работ по статическому испытанию свай несмотря на то, что там ежегодно забивается около 8000 свай.

167

Строительство производственных помещений в Железногорске

Приводимый пример относится .к случаю крайне неоднород­ ных в геологическом отношении условий для устройства свай­ ных фундаментов и характеризует состав работ, выполненных

при комплексных инженерно-геологических изысканиях в этих условиях.

Сравнительно небольшая в .плане площадка (размером 200X50 м) , расположенная вдоль бровки высокого и обрыви­ стого берега долины реки, сложена лёссовидными четвертичны­ ми эолово-делювиіальными и балочными отложениями.

Эолово-делювиальные отложения, залегающие как с поверх­ ности, так и на части площадки под балочными отложениями (на глубине 7—:13 м), представлены лёссовидными суглинками, супесями и глинами.

Балочные отложения состоят из лёссовидных суглинков. Су­ песи, суглинки и глины характеризуются различной консистен­

цией, причем по глубине и простиранию одни слои часто заме­ щаются другими.

'Приведенные данные характеризуют площадку строительст­ ва как весьма разнородную ;в плане и по глубине в отношении литологического состава грунтов и их 'физико-механических свойств.

В этих условиях для рабочего проектирования свайных фун­ даментов были необходимы результаты комплексных изысканий, проведенных с достаточной детализацией характера залегания грунтов и их состояния в основании каждого проектируемого сооружения. Для этого на площадке был выполнен следующий

пастным прибором вызывалось тем, что в ряде случаев (текуче­ пластичные суглинки, пластичные и текучие супеси) при буре­ нии скважин отобрать образцы грунта ненарушенной структуры не представлялось возможным.

Испытания лопастным прибором на срез в скважинах позво­ лили установить уменьшение прочности лёссовидных суглинков при переходе их в текучепластичное состояние; сопротивление

168

в этом случае уменьшалось в 2 раза. Значительное уменьшение прочности наблюдается также при переходе твердых супесей в пластичное состояние — сопротивление срезу при испытании ло­ пастным прибором в этом случае уменьшалось ів 1,5 раза.

Хорошо согласуются между собой данные лабораторных ис­ пытаний прочностных характеристик суглинков, находящихся в мягко-пластичной и тугопластичной консистенции, с результата­ ми испытаний статическим зондированием; если в первом слу­

Испытаниями грунтов статическим зондированием и лопаст­ ным прибором на срез в скважинах были выявлены характер изменения прочности и плотности грунтов в литологических сло­ ях, что позволило сравнить их по этим показателям и назначить несущий слой для свай (как и в предыдущем случае, понятие «несущий слой» здесь нооит условный характер). По этим дан­ ным были выбраны участки расположения кустов опытныхсвай, результаты испытаний которых позволили рекомендовать несу­ щую способность свай.

Значения несущей способности свай, рассчитанные по ре­ зультатам испытаний грунтов статическим зондированием и определенные испытаниями статическими нагрузками опытных свай, оказались близкими между собой.

2. КОМПЛЕКСНЫЕ ИЗЫСКАНИЯ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ФУНДАМЕНТОВ

НА ЕСТЕСТВЕННОМ ОСНОВАНИИ

ИСВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ

ВПЕСЧАНО-ГЛИНИСТОЙ ТОЛЩЕ ГРУНТОВ

Целью изысканий, проводимых на площадке строительства конвейерной галереи автомобильного завода им. И. А. Лихаче­ ва для составления рабочих чертежей, являлось: 1) определение нормативных значений показателей свойств и состояния грунтов при варианте фундаментов на естественном основании; 2) вы­ бор несущего слоя для свай, определение их длины и несущей способности при варианте свайных фундаментов.

Площадка строительства, расположенная в пределах первой надпойменной террасы р. Москвы, сложена (сверху вниз) на­ сыпными, аллювиальными верхнечетвертичного возраста и юр­ скими (волжского и оксфордского ярусов) отложениями.

Насыпные грунты мощностью до 5 м состоят из суглинков, песка и строительного мусора.

Аллювиальные отложения переменной мощности (от 3,5 до 12 м) представлены песками с прослоями суглинков и реже су­ песей; преобладают пески мелкие и средней крупности.

169