1. ИСПЫТАНИЯ, КОТОРЫЕ МЫ ПРОВОДИМ

1.1 Штамповые испытания

Штамповые испытания грунтов и искусственных оснований являются одним из точных методов по определению их фактических деформативных характеристик (модуля упругости, модуля деформации, коэффициента постели), а также  их несущей способности. Помимо этого, с помощью штамповой установки возможно косвенно определить степень (коэффициент) уплотнения интересующего нас слоя.

Штамповые испытания проводятся как в период проектно-изыскательских работ, так и в ходе работ, проводимых при контроле качества возведения земляных сооружений. Также штамповые испытания проводятся в ходе мониторинга существующих конструкций.

Расчет искусственных оснований производится исходя из результатов инженерно-геологических изысканий, полнота которых не всегда позволяет произвести точный расчет интересующих нас характеристик. В значительном ряде случаев деформативные характеристики грунтов, в частности модуль деформации, в отчетах об инженерно-геологических изысканиях определяются по справочным данным (таблицам СНиП), исходя из их физических характеристик. Этот факт, как правило, значительно занижает величины деформативных характеристик оснований, по сравнению со значениями, определенными в полевых условиях штамповым методом, как это требует пункт 6.2.7 СП 11-105-97 Часть III «Правила производства работ в районах распространения специфических грунтов». Помимо этого, в ряде случаев деформативные характеристики грунтов вообще не приводятся, а просто пишется многозначительная фраза, что "грунт не может служить основанием" (особенно это характерно для мегаполисов, где распространены основания, сложенные техногенными и насыпными грунтами). 

Кроме того, в период возведения сооружения в процессе ведения авторского, технического надзора зачастую важно проверить, добились ли строители требуемых расчетных деформативных характеристик оснований на интересующих нас поверхностях. Это относится к определению фактического модуля упругости для слоев дорожных одежд (рассчитанных по ОДН 218.046-01), фактического модуля деформации для основания под фундаменты (рассчитанного по СНиП 2.02.01-83), фактического коэффициента постели для основания под промышленные полы (рассчитанного по СНиП 32-03-96).

 Кроме как штамповым методом произвести эту проверку невозможно.

В отечественных нормативных документах методика проведения штамповых испытаний изложена в ГОСТ 30672-99 "Грунты. Полевые испытания. Общие положения", ГОСТ 20276-99 "Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости", "Руководстве по методам полевых испытаний несущей способности свай и грунтов", ВСН 46-83, "Методических рекомендациях по повышению качества дорожных оснований из щебня различных пород" и ряде других документов.

Однако испытательная штамповая установка, описанная в вышеперечисленных документах, достаточно громоздка, неудобна в использовании, и в ряде случаев (как например, при оперативном контроле качества в ходе строительных работ) не имеет смысла ее использовать.

В настоящее время существует конструкция штамповой установки, разработанной в соответствии с немецкой нормой DIN 18134. Данный документ регламентирует методику проведения штамповых испытаний. По своей сути он очень близок к российским нормам. В соответствии с DIN можно определить модули деформации Ev1 (модуль первичного нагружения), упругости Ev2 (модуль вторичного нагружения), модуль основания ks (коэффициент постели С). На сегодняшний день ряд российских компаний, занимающихся устройством промышленных полов, успешно используют методику DIN 18134 при проверке оснований перед заливкой плит. При этом они руководствуются требованиями DIN: основание перед укладкой бетона должно иметь модуль деформации не менее 80 МН/м2 (80 МПа); соотношение ЕV2 / ЕV1 на подготовленном и хорошо уплотненном основании не должен быть более 2,5.

К сожалению, в настоящий момент при расчетах по российским нормативным документам проектировщик не может пользоваться немецкой методикой. Эта проблема решается соответствующими институтами. Так, например, ВНИИЖТ выпустил рекомендации по требованию к защитному слою для железных дорог. Известно, что и Российское Дорожное Агентство проявляет свою заинтересованность в отношении разработки соответствующих исследований.

Наши специалисты стали пользоваться немецкими установками еще в 90-е годы прошлого  тысячелетия.  За это время были проведены исследования почти всех крупных объектов, построенных на территории РФ, таких как: порты, контейнерные терминалы, автомобильные заводы, сетевые супермаркеты, складские помещения. Решение использовать немецкую штамповую установку для получения "российских модулей" было вполне оправдано – ведь согласно российских ГОСТ и СНиП "для измерения осадки штампа допускается применять другие приборы, обеспечивающие измерение осадок с погрешностью не более 0,1 мм", что и обеспечивает конструкция штамповой установки согласно DIN 18134. Данный опыт инженеры нашей компании перенесли и на железные дороги. Так, например, скоростная линия Москва – Санкт-Петербург была обследована с использованием статической штамповой установки немецкого производства установленной на железнодорожный измерительный поезд.

Используемая конструкция проста и удобна в применении. Достаточно сравнить ее (Рис.3) и штамповые установки, рекомендуемые российскими нормативными документами (Рис.1, 2).

 

Рис.1 Схема передвижного пресса (штамповой установки) согласно ВСН 46-83

1 - штамп; 2 - домкрат; 3 - упорная балка; 4 - индикатор осадки; 5 - балки для крепления индикаторов; 6 - опоры балок.

Рис.2 Схемы установок для испытания грунтов штампом согласно "Руководства по методам полевых испытаний несущей способности свай и грунтов"

1 - пригруз; 2 - упорная балка; 3 - гидравлический домкрат; 4 - стойка; 5 - штамп; 6 - анкерная свая

Рис.3 Штамповая установка  согласно DIN 18134

 

Легкость и удобство в применении особенно актуальны, когда необходимо провести значительное количество штамповых испытаний (норма для площадных объектов – не менее одного испытания на 500м2, для дорог – 1 испытание на 10 – 15м согласно Приложения 8 ВСН 46-83), особенно при оперативном контроле качества в процессе строительства.

Для проведения испытаний используются круглые жесткие штампы различного диаметра. Для дорог – это штамп диаметром D = 30см (согласно требованиям Приложения 8 ВСН 46-83), то есть с диаметром, близким к размеру усредненного следа колеса расчетного автомобиля. Для оснований под промышленные полы и прочие монолитные покрытия – диаметр штампа устанавливается в зависимости от упругой характеристики плиты и составляет, как правило, 45 см £ D £ 60 см.

Наконец, для испытаний оснований фундаментов диаметр штампа устанавливается согласно требованиям п.5.2.3 ГОСТ и составляет D = 60см.

Благодаря объективным данным о прочности естественного основания или конструктивных слоев транспортных покрытий, инженеры могут определить и назначить необходимые мероприятия по увеличению прочностных и деформационных характеристик конструкции. При этом, чем объективнее данные, тем дешевле конечная стоимость этих мероприятий и тем надёжней  сама конструкция.  Например, на строящейся лесной бирже в г. Калининграде, благодаря своевременно проведенным обследованиям конструкции искусственного основания, наши инженеры смогли опытным путем сравнить различные варианты и выбрать наиболее приемлемый, который оказался в 28 раз (!) дешевле конструкции, запроектированной местными проектным бюро по табличным данным геологического отчета. 

Сегодня, когда мировой финансовый кризис негативно влияет на инвестиционную ситуацию, многие российские проектные институты заинтересовались штамповыми испытаниями и активно применяют их в предпроектных исследованиях оснований и на экспериментальных участках искусственных оснований и дорожных одежд для получения объективных данных по деформативным характеристикам и корректировки расчетов.

Сегодня, при отсутствии единого нормативного подхода к проведению данного вида исследований, следует обращаться в компетентные организации за оценкой деформативных свойств оснований  и разработкой рекомендаций по усилению их несущей способности. Таким образом, Вы сможете сократить объемы затрачиваемого при строительстве материала, сроки строительства, отследить качество производства работ, убедиться в надежности конструкции основания и таким образом получить надежную конструкцию и экономию в ее эксплуатации.

По результатам проведенных штамповых испытаний специалисты нашей компании выдают отчет, в котором приводятся данные по фактическим деформативным характеристикам, несущей способности и плотности сложения слоев испытываемых конструкций. Отчет может, в зависимости от технического задания заказчика, содержать данные о соответствии фактических характеристик проектным данным.

 

Рис.4 Штамповые испытания на поверхности песчано-гравийной смеси, укрепленной цементом. Трасса Казань-Ташовка, 2010г	Рис.5 Штамповые испытания основания под промышленные полы. Торговый комплекс OBI, 2008г
Рис.6 Штамповые испытания основания под монолитное покрытие. Завод General Motors, 2010г	Рис.7 Штамповые испытания грунта естественного основания съездов КАД, 2009г.

 1.2 Испытания плотномером водобаллонного типа БПД-КМ

 

Прибор БПД-КМ является плотномером водобаллонного типа, измеряющим объем лунки с последующим определением фактической плотности после взвешивания материала, взятого из лунки. Предназначен для контроля качества уплотнения щебеночных и гравийных оснований и покрытий из смесей, зерновой состав которых отвечает требованиям ГОСТ 25607-94.

Определение плотности сложения грунта осуществляется по общепринятым методикам в соответствии с ГОСТ 28514-90 «Определение плотности грунтов методом замещения объема».

Рис. 8 Баллонный плотномер БПД-КМ

 

Фактическая плотность материала γф рассчитывается по формуле:

, г/см3

где Р – масса материала, извлеченного из лунки, г;

    V – объем материала, извлеченного из лунки, см3;

    - площадь сечения цилиндра плотномера (183 см2);

    Н1 – первый отсчет;

    Н2 – второй отсчет.

            Требуемая плотность слоя грунта γтр определяется в соответствии со СНиП 2.05.02-85 «Автомобильные дороги» и «Методическими рекомендациями по повышению качества дорожных оснований из щебня различных пород» (Минтрансстрой – СоюздорНИИ, М., 1980).

Плотность сложения испытываемого слоя определяется с точностью до 0,01 г/см3.

Рис. 9 График для определения плотности испытываемого основания

 

Специалисты нашей компании используют прибор БПД-КМ, в основном, для оперативного контроля качества уплотнения искусственных оснований при строительстве и мониторинге объектов. По результатам проведения испытаний выдается отчет.

 

Рис. 10 Определение плотности сложения щебеночного основания под промышленные полы. Торговый комплекс OBI, 2008г	Рис. 11 Определение плотности сложения подбалластного слоя железнодорожного пути. ОЖД, линия Санкт-Петербург-Москва, 2007г
Рис. 12 Определение плотности сложения основания под монолитное покрытие. Строительство Цементного завода в г. Сланцы, 2010г	Рис. 13 Определение плотности сложения щебеночного основания под промышленные полы. Логопарк Биек Тау, Казань, 2009г

1.3 Испытания статическим плотномером СПГ-1М

Статический плотномер СПГ-1М предназначен для ускоренного операционного контроля качества уплотнения грунтов земляного полотна и дополнительных слоев оснований автомобильных дорог, аэродромов и прочих земляных сооружений (СНиП 3.06.03-85).
Плотномер допускается применять для зондирования любых грунтов , содержащих не более 15% твердых включений крупностью свыше 2 мм.
При использовании плотномера СПГ-1М для контроля плотности не менее 10% проб необходимо выполнять стандартным весовым методом – кольцами согласно "Руководству по сооружению земляного полотна автомобильных дорог".

Рис. 14 Статический плотномер CПГ-1м

 

В зависимости от установленного вида грунтов при сборке плотномера используется конус (несвязные грунты) или усеченный конус (суглинок).

В процессе контроля качества уплотнения основания для испытаний выбираются площадки размером не менее 20*20 см. Верхний переуплотненный или разрыхленный слой на глубину 3-5 см снимается, а основание зачищается и выравнивается. Количество проверяемых площадок, как правило 4-5 на 100 м2 основания.

Плотномер ставят вертикально к измеряемой поверхности и нажимом на рукояти погружают наконечник в грунт до упора основания ограничительной муфты в поверхности грунта, после чего плотномер извлекается из грунта, а показание по шкале силоизмерителя записывается в журнал.

Пенетрация статическим плотномером СПГ-1М в каждой точке выполнется по 3 раза. Расстояние между точками измерения составляет не менее 15 см.

Фактический коэффициент уплотнения песка определяется по значениям показаний силоизмерителя плотномера и соответствующим тарировочным графикам, приведенным в паспорте статического плотномера (например, см. графие для песка средней крупности на рис.14).

Рис.15  График усредненных коэффициентов уплотнения песка средней крупности.

 

Специалисты нашей компании используют прибор CПГ-1М, в основном, для оперативного контроля качества уплотнения искусственных оснований (слой песка разной крупности) различных сооружений (основания полов, фундаментов, слои дорожных одежд и т.д.) при строительстве объектов. По результатам проведения испытаний выдается отчет.

Рис.15  Определение плотности сложения слоя песка искусственного основания промышленных полов. Торговый комплекс OBI, 2008г	Рис. 12 Определение плотности сложения слоя песка искусственногооснования под монолитное покрытие. Строительство Цементного завода в г. Сланцы, 2010г

1.4 Испытания рейкой "КОНДОР"

 Рис. 18 Рейка "КОНДОР"

Для измерения ровности и колейности покрытий и оснований автомобильных дорог и аэродромов по ГОСТ 30412-96 п.4 ,ОДН 218.0.006-2002, ГОСТ Р50597-93, определения продольных и поперечных уклонов, ширины полос проезжей части дорог и аэродромных покрытий в соответствии с требованиями СНиП 2.05.02-85, СНиП 32-03-96,
определения линейных параметров конструктивных элементов дороги, толщины слоев дорожной одежды, определения крутизны заложения откосов, насыпей и выемок при строительстве, ремонте и приемке в эксплуатацию автодорог и аэродромов по СНиП 32-03-96 специалистами нашей компании используется рейка "КОНДОР".

Так же Вы можете ознакомиться со следующей информацией:

Испытания и научная работа