Зондирование грунтов

Инженерно-геологическое исследование территории проводится в несколько этапов, в частности одним из важных моментов является статическое зондирование грунтов, которое считают наиболее эффективным способом изучения почвы.

Что такое статическое зондирование

Статическое зондирование грунтов

Испытание грунтов статическим зондированием впервые было проведено в 30-е годы прошлого столетия на территории Голландии, где работали лучшие инженеры в мире. После этого этот метод распространился по другим странам: Японии, США, Австралии и другим. Каждый, кто впервые пробовал данную методику, отмечал массу положительных достоинств. С течением времени такое исследование стало использоваться на территории РФ.

После того, как статическое исследование почвы начало функционировать на территории России, началось использование фундаментов со сваями, но это принесло массу новых проблем. А именно, теперь требовались дополнительные изучения местности, чтобы получить данные о несущей способности каждой сваи и выявить то какими свойствами обладает грунт.

Наиболее подходящим был метод статического зондирования грунта, с помощью которого специалистам стало удаваться решать вопрос, целесообразно ли использовать такой фундамент, и они смогли создавать более точные проекты по фундаментам из свай. Данный вид исследований проводили не только при установке свайного фундамента, но также и для других процессов связанных с грунтом. Именно он позволял получать наиболее достоверные данные о нужной территории, а если быть точнее, то о свойствах грунта, о способности выдерживать конкретный вид нагрузок, и границу распространения воздействия, глубину и однородность почвы. Сами испытания грунтов методами динамического статического зондирования проводятся при непрерывном вдавливании в почву специального устройства, а также различных дополнительных технических устройств. Полученные показания подлежат немедленной регистрации, которые фиксируются по мере погружения зонда в почву. Как только получены все необходимые сведения исследование прекращается. Изыскание может прекратиться и в том случае, если оборудование не проходит в грунт и требуется ряд дополнительных усилий для продолжения работ.

Результаты статического зондирования грунтов получают посредством работы специальной установки, осуществляющей постепенное погружение зонда в почву. Скорость вдавливания составляет приблизительно 1,5 метра в минуту. Регистрация проводится также постепенно и не прерываясь, чтобы сформировать полноценную картину о почве. Для того чтобы провести этот вид изысканий могут быть использованы различные по размеру зонды, мощности и виду. Каждый зонд обладает стандартным наконечником диаметр, которого составляет 36мм, и располагается он на штанге такого же диаметра, и углом в 60 градусов. Зонд статического зондирования грунтов наделен специальными фиксирующими устройствами, посредством которых и осуществляется регистрация сопротивления почвы, степень трения и отклонения погруженного аппарата от прямой линии.

Статическое зондирование грунтов.

Окончанием инженерного изыскания считается достижение заданной точки погружения, или если достигнут максимально возможный уровень проникновения. Стоит отметить, что существует ГОСТ на статистическое зондирование грунтов и это стандарт 19912-2001 и стандарт, установленный в Европе в 1977 году. Именно этими документами руководствуются при проведении статического изыскания посредством зондирования.

Метод такого исследования почвы используется для того, чтобы рассчитать несущую способность забивной и буронабивной сваи любых сечений. При помощи статического зондирования можно оценить надобность использования свайного фундамента, и выявить показатели, важные для проектировки будущего здания. Именно при помощи такого изыскания можно максимально минимизировать затраты на использование дорогостоящих устройств, а также достаточно тяжелых испытаний при вбивании каждой сваи. Такое исследование нужно при каждой подготовке площадки под строительство, так как грунт может состоять из различных слоев почвы и для каждого из них стоит подбирать определенный вид оборудования и фундамента. Например, глиняный состав обладает медленным удельным сопротивлением, а вот в песке это сопротивление может быть скачкообразным и очень быстрым. По результатам при зондировании специалисты составляют графики проникновения оборудования в грунт, а также особенности и интервалы бурения. Учитывается каждая, даже самая мельчайшая деталь, чтобы при будущем возведении фундамента не возникало проблем и не стыковок.

Зонд снабжен тензометрической насадкой с датчиком высокой чувствительности, обеспечивающего проведение четкого выявления уровня сопротивления грунтовых слоев оборудованию. Также исследуется то, с какой степенью будет отклоняться насадка на зонде от установленной вертикальной линии. Как правило, вид статического зондирования осуществляется совместно с другими инженерными изысканиями для того чтобы выявить более точные показатели грунта, что немаловажно при строительстве любых зданий, особенно высотных. Посредством совмещения изысканий можно выявить:

• степень сопротивляемости грунтовых слоев;
• однородность почвы в глубину и по всей площади;
• наличие крупных пластов пород в грунте;
• оценку и свойства почвы;
• сопротивление грунта сваям под ними и по их бокам;
• степень плотности и прочности грунта;
• подходящую площадку для установки свайного фундамента.

Наша компания занимается проведением инженерных изысканий любого вида и использует современное новейшее оборудование, что позволяет получать только качественные результаты в кротчайшие сроки без неточностей и оплошностей в составлении отчетов.

Компания «Геодата» проводит исследования грунтов методом статического зондирования.

Статическое зондирование грунтов

Метод статического зондирования довольно широко применяется в практике полевых изысканий для установления характеристик физико-механических свойств в природном сложении грунтов, их изменения в плане и по глубине, а также для расчёта фундаментов.

В основном стандарты на проведение испытаний и параметры оборудования, применяемого в разных странах, совпадают. Различны лишь подходы к интерпретации получаемых результатов.

В России требования к методике проведения испытаний и оборудованию устанавливаются ГОСТом– 19912–2012 «Грунты. Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием», которым, в частности, разрешены к использованию зонды двух видов:

зонд 1-го типа с конусом и кожухом

зонд 2-го типа с конусом и муфтой трения.

Зонды имеют площадь конуса 10 см2, диаметр кожуха и муфты трения — 35,7 мм, длина муфты трения от 90 до 310 мм, что соответствует площади муфты от 100 до 350 см2.

Зонды 1-го типа в основном механические. При работе с ними в процессе вдавливания фиксируются общее сопротивление вдавливанию зонда и сопротивление конуса.

Зонды 2-го типа тензометрические. При погружении таких зондов фиксируются сопротивления муфты и конуса трения. Диаметр штанг для всех зондов должен составлять 36 мм при длине не менее одного метра.

Статическое зондирование грунтов

Методика испытаний предусматривает вдавливание зонда вертикально в грунт непрерывно, с постоянной скоростью равной 1,2+ 0,3 метров в минуту и регистрацию показаний сопротивления грунта непрерывно, либо с шагом не более 0,2 м по глубине. Основная погрешность, отклонение показателей измерения сопротивлений частных показателей свойств грунта до 10%, но не более 5% максимального измеримого значения.

Определяют физико-механические свойства грунтов по результатам произведённых испытаний, методом статического зондирования, и выполняют статистическую обработку, учитывая данные таблиц СП 47.13330.2012 ( Приложение И).

Несущую способность забивных или буровых висячих свай рассчитывают на основе результатов исследований свойств грунта методом статического зондирования применяя нормативы в СНиП 2.02.03–85, СП 50–102– 2003 или МГСН 2.07–97.

Статическое зондирование в России, а равно и на территории СССР получило активное развитие в конце 60-х — начале 70-х годов ХХ столетия. Причина заключалась в широком применении свайных фундаментов. В 1966 году в ПНИИИСе велась разработка темы «Изучение производства динамического и статического зондирования грунтов» под общим методическим руководством Л.Д. Белого. Эта работа выполнялась для разработки инструктивных указаний на основании обобщения опыта производства полевых опытных работ такими лидерами в области инженерно-геологических изысканий, как Фундаментпроект, ЦНИИС Министерства транспортного строительства, Гидропроект, ПНИИИС и др. От ПНИИИСа разработкой темы занимались К.П. Бочков, В.И. Щербаков, Ф.С. Канаев. От Фундаментпроекта в работе приняли участие Л.Н. Воробков, В.И. Швей, Л.В. Мельников, А.А. Шерман, Л.Г. Мариупольский.

Статическое зондирование грунтов

На протяжении 10–15 лет активных исследований различными изыскательскими коллективами было обосновано и доказано, что статическое зондирование является универсальным методом определения прочностных и деформационных характеристик при минимальных затратах времени и с неплохим соответствием результатам параллельных видов исследований грунтов ,но при этом интерпретация результатов статического зондирования остается не до конца изученной темой до настоящего времени.

Значение величины вдавливающего усилия для установок статического зондирования на тот период времени составляло 40–100 кН, что обеспечивало фактическую глубину зондирования (без применения выбуривания грунтов) примерно до 20–25 м. При наличии мощных толщ слабых грунтов значение максимально возможной глубины зондирования возрастало. В конструктивных особенностях некоторых моделей установок было заложено ограничение по глубине на уровне технических решений. Примером служит установка С-832, максимальная глубина зондирования которой соответствовала 21 м. Данной глубины для проектирования фундаментов зданий и сооружений на тот период времени было достаточно.

Началом выполнения статического зондирования на глубины до 60 метров послужил период испытания лессовидных грунтов в г. Волгодонске Ростовской области в начале 80-х годов прошлого столетия.

Проведение испытаний было связано с последствиями аварии на предприятии «Атоммаш» . Статическое зондирование грунтов на глубину 58 метров произвел Ростов-ДонТИСИЗ совместно с НИИОСП по уникальной технической схеме . После этого возник длительный прерыв и глубокое статическое зондирование не применялось на территории Российской Федерации в течение длительного времени.

Необходимость проведения статического зондирования на большие глубины вновь появилась в начале ХХI века. Причина в массовом освоение подземного пространства в г. Москве и строительство зданий повышенной этажности.

Поставленная задача была сформулирована предельно просто: обеспечить зондирование на глубину погружения свай с учетом взаимодействия «здание (сооружение) — основание фундамента». Расчетным путем было установлено, что подобные исследования для грунтов московского региона возможно осуществить , если задавливающее устройство обеспечит давление более 200 кН. И если сила давления на извлечение пенетрационной колонны будет больше задавливающего давления примерно на 30%.

Применение установок статического зондирования тяжелого типа несколько изменяет общепринятую методику производства работ. Так при наличии в толщи слабых грунтов , расположенных в приповерхностной зоне, более целесообразно начинать выполнение статического зондирования зондами, фиксирующими достоверное снятие показаний при минимальных значениях. В дальнейшем целесообразен переход на зонды, позволяющие воспринимать большие усилия вдавливания.

В противном случае при наличии слабых грунтов и при применении зондов, рассчитанных на большие усилия задавливания, ошибки в определении значений показателей грунтов при зондировании могут быть сопоставимыми с пределами установленных погрешностей , или даже превышать их. Соответственно рассчитанные показатели механических и деформационных свойств грунтов могут оказаться недостоверными.

Статическое зондирование грунтов

Существенным фактором, влияющим на достоверность получаемых прочностных и деформационных характеристик грунтов, является отклонение зонда и зондировочной колонны, от вертикального положения. Анализ результатов в пределах одинаковых по составу и сходных по генетическому типу грунтов показал различие в показателях до 20–30%. Критические значения углов отклонения зонда от вертикали составляют более 12–15° на глубине свыше 20–22 м. Известны случаи, когда зондирование проводилось при отклонении зонда на 30° и более. Это в большей степени касается вероятности обрыва колонны. Сопоставляя значения результатов зондирования в зависимости от угла наклона зонда (на основании результатов зондирования в пределах московского региона) показало, что отклонение зонда от вертикали до 13–16° не оказывает существенного влияния на качественные показатели свойств грунтов.

Негативное влияние на достоверность получаемых прочностных и деформационных характеристик грунтов оказывает быстрое по времени и резкое увеличение угла отклонения зонда при проведении работ. Например, если на пути движения зонда встречаются включения щебня, галки, валунов или глыб.

При скорости погружения зонда 1,2±0,3 метра в минуту и усилии задавливания 200 кН при возникновении препятствия происходит процесс, сопоставимый с динамической нагрузкой (ударом), который приводит к механической поломке собственно зонда или соединений штанг.

Как ни парадоксально это звучит, но зонды для выполнения статического зондирования и комплекты штанг являются расходными материалами. Они имеют определенный ресурс. У каждого производителя имеются условные (усредненные) значения работы зонда на отказ (метры проходки). Это будет полезно осмыслить руководителям организаций, которые планируют затраты на проведение работ. Бытует мнение, что одним зондом и одним комплектом штанг можно работать бесконечно долго. К сожалению, это мнение ошибочно.

Выполненный анализ показал, что, как правило, после 200–400 м зондирования рекомендуется провести тарирование зонда. Если не принимать во внимание естественный износ конусов и муфт трения, то работоспособность зонда ограничивается значениями 450–1500 м зондирования. Величина минимального и максимального значений работы зонда на отказ зависит от опыта исполнителя работ мастера или инженера и грунтовых условий.

Большим минусом метода остается положение, связанное с интерпретацией результатов статического зондирования, оно распространяется только на грунты отложений четвертичного комплекса Этому направлению уделяли внимание многие исследователи. В ряде документов и статей приводятся расчетные формулы по некоторым генетическим типам грунтов. Но не всегда полученные результаты устраивают пользователей и вписываются в принимаемую расчетную схему. К сожалению, единого алгоритма интерпретации результатов, безоговорочно признаваемого всеми исследователями, нет.

Статическое зондирование грунтов

Этот вид зондирования широко применяется при проведении инженерных изысканий – ничто не дает столь развернутой и точной картины структуры слоев грунта, их толщины, глубины залегания скальной основы – там, где грунт достаточно мягок и сыпуч. Используемое в этом методе исследований оборудование для зондирования грунтов позволяет, не разрушая и не производя выемку проб, составит четкую картину плотности, фактуры, консистенции и количества плотных включений на глубине вплоть до скальной основы.

Типы грунтов, которые подходят для исследования статическим зондированием

Как видно, статическое зондирование показывает хорошие (информативные) результаты при исследовании мерзлых и скальных грунтов, насыщенных водой, песчаных и песчано-глинистых. За исключением скальных типов грунта все перечисленные идеально подходят для использования свайных фундаментов: и совпадение это не случайное.

История использования статического зондирования

Этот метод исследования сравнительно молод – он появился гораздо позже, чем массивные буровые установки, забирающие пробы грунта на большой глубине. Считается, что толчок к созданию и развитию метода дала возрастающая в начале 20-го века популярность свайных фундаментов. Едва освоив методику устройства свай под фундамент (впервые технология была опробована при строительстве маяка на Род Айленде) сфера строительства столкнулась с проблемой: необходимо было создать неразрушающий грунт способ зондирования площадок под строительство с использованием как раз свайных фундаментов. Этим-то способом и стало статическое зондирование.

Первыми его использовали голландцы, следом за ним – американцы и японцы, а потом – австралийцы. До нашей страны технология дошла в 60-е годы: годы больших строек в условиях, далеких от идеальных, на топких или песчаных грунтах, в вечной мерзлоте и, в буквальном смысле этого слова, на камнях.

Статическое зондирование и свайные фундаменты

Экономичным, быстрым, практичным и удобным вариантом обустройство фундаментов с помощью различных типов свай будет лишь в том случае, если несущая способность свайных конструкций с запасом выдержит вес здания. А способность эта зависит не столько от габаритов постройки, сколько от характеристик грунта, на котором ведется строительство. Статическое зондирование, ориентированное не столько на исследование состава почвы и каменного основания, сколько на оценку его прочности и плотности, а значит – оценку устойчивости будущих свай.

Зонд, который используется для статического зондирования – это специализированный точный инструмент, регистрирующий как лобовое сопротивление грунта при движении его вниз, так и боковые давления, отклонения движения от вертикали (напрямую свидетельствующие об увеличении плотности грунта). Иными словами, зонд имитирует давление, оказываемое на грунт каждой сваей по отдельности и свайным фундаментов в целом. Результаты зондирования, регистрируемые оператором буровой установки вручную или встроенным самописцем, служат исходными данными для проектировочных организаций при разработке проектов строительства и устройства того или иного типа фундамента.

Принципы получения информации при статическом зондировании

Оснащенные специализированным зондом буровые установки получают информацию от него во время вдавливания зонда в грунт.

Зонд оснащается специальными датчиками, которые замеряют:

• Общее сопротивление зондированию (как лобовое так и сопротивление вдавливанию с боковых поверхностей);
• Отклонения наконечника от вертикали при движении.

На основании получаемых данных – в виде цифр на дисплее или графика на ленте самописца – делаются расчеты результатов зондирования.

Статическое зонирование и другие методы исследования грунтов

Разумеется, сам по себе, в отрыве от других методов исследования, этот способ зондирования используется далеко не всегда. При изыскательных работах, целью которых является получение наиболее полного, развернутого, достоверного ответа на вопрос о составе и свойствах грунта, статическое зондирование применяется вместе с рядом других изыскательных технологий и методик.

Применение его в качестве дополнительного или основного (и единственного) метода исследования грунта под строительство оправдано в случаях, когда необходимо:

• Оценить плотность грунта на разной глубине, получить данные, опосредованно указывающие на наличие горизонта из той или иной породы, глины, песка и т.д.;
• Оценить степень однородности пластов грунта и толщину одинаковых по плотности слоев;
• Найти горизонт залегания прочной скальной основы (зачастую одним из условий строительства объекта на свайном фундаменте является упор оголовков свай именно на скальное основание, а не на более-менее плотный слой грунта);
• Получение исходной информации для расчетов физических характеристик грунта на исследуемой площадке;
• Оценка деформации грунта при давлении на него сваи или фундамента в течение длительного времени;
• Моделирование давления, оказываемого на элементы свайного фундамента грунтом.

Основание для использования статического зондирования

Одним из оснований для использования метода исследования является сам факт устройства на площадке свайного фундамента. Однако куда более серьезным поводом оснастить буровые штанги специализированным статическим зондом является невозможность забора проб грунта, а также сложные условия для бурения – мерзлота, обилие песчаных и водяных линз, значительна массовая доля твердых мелкофракционных включений, частое чередование слоев грунта с различной плотностью.

Таким образом, статическое зондирование – это метод, дающий весьма точные показания относительно плотности грунта, а также подробные косвенные данные, которые позволяют определить химический состав грунта. Экономичность и простота решения – это ещё одно его преимущество, переоценить которое на проектном этапе строительства сложно.

Еще до начала проведения строительных работ необходимо сделать инженерно-геологические исследования участка.
Они проводятся в несколько этапов. И как раз одним из этих этапов является такое исследование как зондирование грунтов, благодаря чему можно более точно изучить почву. И только после проведения всех работ можно приступать к строительству объекта.
Статическое зондирование грунта: что это такое?
В первую очередь статическое исследования почвы необходимо для правильного подбора фундамента. Этот метод впервые был испробован почти 100 лет тому назад на территории Голландии. В 30-е годы прошлого столетия там работали самые лучшие инженеры и строители в мире. Так как этот метод изучения почвы был очень эффективным, его переняли и в других странах. Но в чем же он заключается?
Суть метода очень простая: при помощи спецтехники и другого оборудования в почву вдавливается специальное устройство, которое чаще всего называется зондом. Используются также и дополнительные технические устройства. Вдавливание происходит непрерывно и при этом все полученные данные фиксируются: глубина, плотность почвы и т.д. Это делается для того, чтобы определить, какую нагрузку сможет выдерживать грунт в каждом конкретном месте. В первую очередь это нужно при использовании свай. Этот метод и начали применять при планировании объектов, которые должны стоять на сваях. Но он хорошо подходит и для других видов фундаментов.
Как проводится зондирование грунта?
Чаще всего статическое зондирование грунта применяется при использовании как забивных, так и буронабивных свай. Они хорошо подходят и в том случае, когда надо сделать усиление фундаментов для строящихся объектов. Прекратится такое инженерное изыскание может в нескольких случаях:
— когда зонд достигнет максимальной глубины;
— если будут получены все требуемые результаты;
— когда устройство не проходит в почву.
В последнем случае, чтобы продолжить дальнейшие работы, необходимо использовать дополнительное оборудование.
Могут использоваться самые разные зонды. Они отличаются своим видом и размерами. Но вот наконечник у них одинаковый. Диаметр его стандартный — 36 мм и крепится он на штанге. В нем имеются специальные фиксирующие устройства, благодаря которым при погружении происходит регистрация сопротивления почвы.
Зонд погружается в грунт со скоростью около 1,5 м/мин. При погружении фиксируется не только сопротивление почвы, но также степень его трения и даже отклонение зонта от прямой линии. Это хороший метод исследования почвы. Он помогает определить, требуется ли дополнительное усиления сваями фундамента или нет.