Прессиометрия

Прессиометрию используют для определения характеристик дефор­мируемости грунтов. Испытания проводят в соответствии с ГОСТ 20276—85.

Испытывать грунт с помощью прессиометров следует в скважинах и непосредственно в массиве грунта.

При испытаниях грунта радиальным прессиометром применяют следующее оборудование и способы проходки скважин, обеспе­чивающие сохранение природного напряженного состояния грунта: самозабуривающиеся прессиометры; бурение скважин под защитой тяжелых растворов; проходку участка скважины, на котором будут проводиться испытания, с помощью подвижной колонны обсадных труб.

В грунтах, обеспечивающих устойчивость стенок скважины, допускается проведение испытаний без сохранения природного напряженного состояния. Начиная с отметки на 1 м выше участка, на котором будут проводиться испытания грунта, скважины следует проходить вращательным способом с помощью колонковой трубы с коронкой, армированной твердосплавными резцами, обуривающего грунтоноса или ложкового бура, частота вращения которых не должна превышать 60 об/мин, осевая нагрузка на инструмент — не более 1 кН.

ГОСТ 20276—85 запрещает применение ударно-канатного, вибрационного и шнекового способов бурения на этом участке¹. Допускается проходка скважины вдавливающим способом кольцевым забоем с помощью тонкостенного бурового цилиндрического наконечника (вдавливаемого грунтоноса), нижний режущий край которого имеет внутреннее заострение 10—15°. Внутренний диаметр башмака этого наконечника должен быть на 1—2 мм меньше внутреннего диаметра корпуса, а наружный диаметр башмака на 2—3 мм больше наружного диаметра корпуса. Диаметр скважин не должен превышать диаметр зонда прессиометра более чем на 10 мм.

В состав установки для испытаний грунта радиальным пресси­ометром должны входить: зонд, устройство для создания и измерения давления в камере зонда, устройство для измерения перемещений оболочек зонда.

Конструкция установки должна обеспечивать: возможность со­здания давления на грунт ступенями по 0,01—0,1 МПа, постоянство давления на каждой ступени, возможность тарировки зонда. Длина камеры зонда должна быть не менее четырех ее диаметров. При применении камеры, состоящей из трех и более секций, длина должна быть не менее четырех их диаметров.

Сущность метода заключается в обжатии стенок скважины с по­мощью эластичной (или жесткой) камеры, в которую нагнетается воздух или вода. Метод применяется для испытания любых грунтов, обеспечивающих устойчивость стенок скважины. При использовании метода следует иметь в виду, что в большинстве случаев при изысканиях бурят вертикальные скважины, поэтому обжатие стенок производится в горизонтальной плоскости, однако грунтовые основа­ния, как правило, испытывают вертикальную сжимающую нагрузку.

Для оценки модуля деформации грунтов в вертикальном направ­лении следует определять коэффициент анизотропии грунтов. Послед­ний может быть получен в лабораторных условиях с помощью компрессионных испытаний.

Прессиометр обычно имеет три камеры: рабочую и две вспо­могательные. Нагнетая в камеры рабочий агент (жидкость, сжатый воздух) или передавая механическое усилие через систему передач, сообщают нагрузку стенкам скважины и измеряют деформацию породы. Деформацию измеряют: при испытаниях по схеме быстрого нагружения — через 10 с, по схеме медленного нагружения—через 1 мин до наступления условной стабилизации. Величину ступеней нагружения принимают в зависимости от консистенции пород.

Основные параметры прессиометров

Давление, МПа:

в газовом баллоне ≤ 12

минимальное, передаваемое камерами на породу .... ≤ 2,5

Точность измерения:

деформаций, мм ……………..±1

давлений от верхнего предела измерений, % ±4

Диаметр скважин при использовании различных камер

давления, мм . …………….50-220

Максимальная глубина проведения испытаний, м 50

Число опытов в смену ……………… ≤20

Масса прибора, кг …………..…≤100

Наряду с пневматическими и гидравлическими в последние годы начинают использовать и механические прессиометры.

Из известных и применяемых прессиометров следует на­звать Д 74, ИГП-21 конструкции СКВ ВПО «Союзгеотехника» ВСЕГИНГЕО, П-89 и П-89Э конструкции УПИ, ДМ 108 ЦНИИСа, ПЭВ-127, ИГВ-21, ЭВ-90/127 конструкции УралТИСИЗа, ПС-1 конструкции фундаментпроекта, ПС-46 конструкции НИИ оснований, лопастные прессиометры ЛПГ, ЛПП и лопастной механический прессиометр ЛП-12М конструкции ПНИИИСа и др.

По конструктивным особенностям все камерные прессиометры в зависимости от устройства зонда подразделяются на две группы – одно-и трехкамерные.

Технические характеристики ряда отечественных прессиометров

приведены в табл. 1.10

Таблица 114. Технические характеристики прессиометров

Шифр	Макси­мальное давление на поро­ ду, МПа	Точность измерения i давления от верхнего предела измерения, %	Точность измерения деформа­ ций, мм	Макси­мальная глубина проведе­ ния ис­ пытаний, м	Диаметр скважины, мм	Опробуе­мый интер­вал глуби­ны скважи­ны, мм	Масса, кг	Область применения
ПС-1	0,8	± 4	±1	15	110	500	<100	Песчано- глинистые породы
П-89 1 ИГП-21	0,5 2,4	+4 ±4	- ±3	5 25	90—100 108—112	40 500	40 85	То же Песчано- глинистые и обломоч­ные породы (до 30% крупных включений)
ПС-46	25	±(3-5)	0,0003	5	46	750	3,5	Скальные породы

Устройство прессиометра ИГП-21 показано на рис. 11.3. Прибор может применяться при температуре окружающей среды от —10 до + 40° С. Он-относится к однокамерным прессиометрам. В нем линейные деформации замеряются в отдельных точках центральной части камеры прибора. В основу замеров деформаций положена электрическая схема. Зонд имеет лишь одну рабочую камеру, которая оборудована в центральной части деформометрами. Измерительное устройство представлено датчиками, преобразующими механическую энергию расширения камеры в электрическую. Изменение силы тока или напряжения в электрической цепи в ходе опыта фиксируется на поверхности соответствующими приборами (вольтметром и ам­перметром). Давление в камере создается сжатым газом. Прессиометр выпускается серийно Экспериментальным заводом геологоразведоч­ного оборудования и приборов.

Рис. 13. Прессиометр ИГП-21:

1 — снаряд; 2 — баллон; 3—редуктор давления; 4—шланг; 5—лебедка; 6 — штатив; 7—указатель деформа­ции; 8 — манометр; 9 — блок управле­ния; 10 — кабель

Прессиометр ПС-1 состоит из трехкамерного спускного аппарата, двух измерительных цилиндров, нагнетательных трубок, шлангов и баллонов со сжатой углекислотой. Деформации камеры фиксируются по изменению уровня воды в мерном цилиндре.

Трехкамерный прессиометр П-89 отличается простотой конструк­ции, легкостью и компактностью. Давление в прессиометре создается воздушно-гидравлической системой, а замеры деформаций—с помо­щью гидравлики. Аналогичная модель прессйометра П-89Э обору­дована электрической системой замера деформаций и воздушной системой создания давления. Электрический прессиометр ЭВ-90/127 представляет собой модернизированный вариант П-89Э.

Лопастные преесиометры ЛПП и ЛПГ предназначены для проведе­ния испытаний нескальных минеральных и органоминеральных грунтов с акваторий и на суше в сложных геологических условиях и позволяют определять деформационные и прочностные характеристики грунтов в скважинах и в массиве.

Технические характеристики лопастных прессиометров конструкции ПНИИСа-КПИ

Тип прессиометра ЛПП ЛПГ

Рабочее давление под штампами, МПа .......1,5 1,5

Площадь штампа, см² .600 600

Число штампов 2 2

Рабочий ход штампа, мм 40 60

Точность измерения перемещений, мм 0,1 0,1

Размеры штампа, мм:

длина ……………...440 440

ширина……………………………………….146 136

Глубина исследования, м …………………≤30 ≤30

Максимальное усилие при сдвиге, кН 30 30

Габаритные размеры рабочего наконечника,мм 780x 145x140 1125x 156x 120

Масса рабочего наконечника,кг…………….20 35

Устройство прессиометра ЛПГ показано на рис. 11.4, прессиометра ЛПП — на рис. 11.5.

Конструкция прессиометров позволяет применять их для исследования сжимаемости грунтов путем их задавливания или забивки в массив слабого грунта или путем срезания стенок предварительно пробуренных скважин в грунтах с целью внедрения штампов рабочих наконечников в зону с минимально нарушенной структурой грунта.

Помимо деформационных характеристик грунта, прессиометры позволяют изучать прочностные свойства грунта в скважине. С этой целью штампы рабочих наконечников оснащают внедряемыми в грунт грунтозацепами. При заданной ступени уплотняющего давления под штампом грунт сдвигают перемещением рабочего наконечника со штампами в скважине через штанги домкратным сдвиговым устрой­ством (ЛПП) или блочным сдвиговым устройством со штурвальной системой нагружения (ЛПГ).

Рис. 14 Прессиометр ЛПП:

1 — вентиль; 2—манометры; 3,12— штанги; 4 — проволока; 5 — штамп; 6 — направляющие; 7—камера; 8— баллон; 9 — блок питания; 10—счетчики деформации; 11 — пульт управления; 13—-скважина; 14—деформометры импульсные электромеха­нические; 15 — пружины сжатия; 16 — камера; 17—двутавровый корпус

Рис. 11.4. Прессиометр ЛПГ:

1— штурвал; 2 — деформометр; 3 — трос; 4 —-груз; 5 — блок; 6 — пружины растяжения; 7 — гидроцилиидр; 8— штанга; 9 — шланги; 10— штампы; 11 — корпус; 12 — нож

Лопастной механический прессиометр ЛП-12М предназначен для исследования слабых грунтов. Он позволяет определять как деформационные, так и прочностные характеристики грунтов.

Техническая характеристика прессиометра ЛП-12М

Тип прессиометра……………………………………………………… Механический

Рабочее давление под штампом, МПа……………………………..0,5

Площадь штампа, см² ………………………………………………600

Размеры штампа, мм:

Длина ………………………...400

ширина …………………….150

Число штампов …2

Рабочий ход штампа, мм .. 50

Глубина исследования, м 15—20

Габаритные размеры рабочего наконечника, мм 700x250x153

Масса рабочего наконечника, кг ………………………………..25

Прессиометр ЛП-12М (рис. 11.6) представляет собой стальной корпус двутаврового сечения с двумя выдвижными штампами прямо­угольной формы и цилиндрическим редуктором, состоящим из приводной рейки, находящейся в зацеплении с блок-шестернями, выдвигающими направляющие рейки штампов. В комплект прессиометра входят совмещенные штанги: диаметр наружной штанги 36 мм, внутренней 22 мм. Штанги соединяются резьбой с корпусом и приводной рейкой. Кроме того, прессиометр включает в себя нагрузочное и измерительное приспособления.

Рис. 15 Прессиометр ЛП-12М:

1-груз, 2,10-штамп, 3-шестерни;

4-рейка, 5-нагрузочное устрой­ство, 6—штурвал; 7—прогибомер, 8- штанги; 9-корпус; 11-рейка

Нагрузочное устройство состоит из цилиндрического редуктора, крепящегося на наружной штанге диаметром 36 мм. Приводная шестерня редуктора вводится в зацепление с вытяжной зубчатой рейкой внутренней штангой диаметром 22 мм. Кроме того, в него входит штурвальный диск с тросиком для подвески тарированных грузов.

Измерительное приспособление прессйометра представляет собой прогибомер типа 6-ПАО-ЛИСИ со стальной струной, крепящейся к штифту вытяжной рейки, и натяжного груза.