Полевые инженерно-геологические испытания слабых текучих грунтов



Строительство в сложных инженерно-геологических условиях сопряжено с высокими рисками. В связи с чем для повышения точности результатов инженерных изысканий необходимо комплексное исследование грунтов как лабораторными, так и полевыми испытаниями. В данной статье описан подход к полевым испытаниям слабых грунтов текучей консистенции.

Ключевые слова: слабые грунты, полевые испытания, слабые текучие грунты, отбор монолитов

Construction in difficult engineering and geological conditions is associated with high risks. In this connection, to improve the accuracy of the results of engineering surveys, it is necessary to conduct a comprehensive study of soils by both laboratory and field tests. This article describes an approach to field testing of weak soils of soft consistency.

Keywords: soft soils, field tests, weak soft soils, soil sampling

Большой процент территории России покрыт такими слабыми грунтами, как илы, торфяники и отложения озерно-ледникового, морского, озерного и речного генезисов. В основном это неосвоенные области, развитие которых сопряжено с возведением объектов транспортного, промышленного, гражданского строительства и пр. Причем в случае линейных сооружений, в виду их большой протяженности, распространенность подобных грунтов достаточно велика.

Определение параметров грунта можно поделить на полевые и лабораторные испытания [1]. Совместное проведение полевых и лабораторных испытаний направлено на всестороннюю оценку физико-механических свойств грунтов. К основным полевым методам определения деформационных и прочностных свойств глинистых грунтов относятся статическое и динамическое зондирование, дилатометрия, испытания штампами, установками на сдвиг, а также прессиометрами (табл. 1).

Таблица 1

Виды полевых испытаний глинистых грунтов (по Р. А. Мангушеву)

Вид исследования	Расчленение геологического разреза	Установление закономерностей изменчивости характеристик	Определение физических характеристик	Определение деформационных характеристик	Определение прочностных характеристик	Определение показателей сопротивления грунтов оснований свай
Статическое зондирование	+	+	+	+	+	+
Динамическое зондирование	+	+	+	+	+	-
Испытания штампами	-	-	-	+	-	-
Испытания прессиометрами	-	+	-	+	-	-
Срез целиков грунта	-	-	-	-	+	-
Вращательный срез	-	+	-	-	+	-
Поступательный срез	-	+	-	-	+	-

Штамповые испытания используются для оценки сжимаемости грунтов путем определения модуля общей деформации Е ₀ . В сравнении с компрессионными испытаниями штамповые считаются более достоверными. Существуют различные конструкции штампов в зависимости от приложения нагрузки. Также возможны испытания грунта на глубине до 15 м с помощью винтового штампа.

Прессиометры оценивают сжимаемость грунта в скважине за счет воздействия на её стенки, подавая воздух в резиновый зонд. Максимальная глубина равна 20 м. В ходе испытания фиксируется давление обжатия и деформации стенок, на основании чего пересчитывается модуль общей деформации Е ₀ по уравнению Лямэ [1].

Дилатометрия применима к любым дисперсным грунтам, в том числе и водонасыщенным глинистым грунтам. Испытание проводится с использованием установки, которая статически вдавливает расклинивающий дилатометр. С её помощью на основе зависимостей значений контактного давления или модуля деформации грунта можно определить модуль деформации грунта Е .

Использование лопастных крыльчаток зачастую является единственным полевым методом определения прочностных свойств слабых грунтов текучих и пластичных консистенций, так как отобрать для них образцы грунта должного качества для лабораторных испытаний практически невозможно [2]. Она может применяться на глубинах до 15 м. В ходе испытания определяется сопротивление сдвигу по максимальному крутящему моменту, однако значения угла трения φ и удельного сцепления с определить нельзя. Наряду с кольцевым срезом выполняются вращательный и поступательный срезы. Вращательный срез применяется для определения коэффициента чувствительности, соотнося сопротивления сдвигу грунта до и после нарушения его структуры.

Срез целиков грунта в водонасыщенных нестабилизированных грунтах проводится только по неконсолидированно-недренированной схеме на не менее трех образцах грунта при различных вертикальных нагрузках. Для этого в котловане или шурфе в массив грунта с естественным состоянием врезаются кольца диаметром 400 мм, после чего происходит испытание, аналогичное лабораторному одноплоскостному срезу.

Статическое зондирование грунтов применяется для широкого спектра задач. Современные зонды могут определять удельное сопротивление грунта под конусом q _c , удельное сопротивление по боковой поверхности f _s , поровое давление u ₂ как сумму природного и вызванного внедрением конуса, а также угол наклона скважины θ . Этот метод наиболее распространен при изысканиях при проектировании свайных фундаментов, однако без использования испытаний натурной сваей возникают большие погрешности, поэтому эффективно использовать их совместно для повышения надежности результатов [1]. Динамическое зондирование не рекомендуется для слабых грунтов неустойчивых консистенции, однако возможно при массе молота до 20 кг и высоте его падения 30 см [3].

Отбор проб грунта из массива должен осуществляться с помощью грунтоносов. Большинство получаемых образцов слабых водонасыщенных глинистых грунтов оцениваются как образцы плохого качества, поэтому несмотря на способ отбора получатся в равной мере не правильные [4]. На графике (рис. 1) показана траектория изменения НДС при взаимодействии с образцом грунта. Так, для любых грунтов будет справедливо замечание, что при результаты их лабораторных испытаний будут несколько хуже, чем те значения, которые они имеют в массиве [5]. Учитывая состояние и консистенцию слабых водонасыщенных грунтов, в значительной мере увеличивается значимость отбора проб грунта и их транспортировки до лаборатории.

Рис. 1. Изменение НДС при отборе образцов грунта (по Г. Г. Болдыреву)

При отборе монолитов должен быть использован принцип сохранения структуры слабых грунтов, поэтому широко применяются грунтоносы задавливаемого или обуривающего типов [6]. Существующие рекомендации [7] предлагают использовать грунтоносы различных конструкций для отбора грунтов текучей консистенции: грунтонос Изумного, Фурса, поршневый грунтонос, Г-122, а также грунтоносы конструкции Союздорнии и ЦНИИСа.

Рубинштейн А. Я. и Канаев Ф. С. в связи со сложностью отбора образцов и их невысокой структурной прочностью рекомендуют использовать полевые лаборатории прямо на площадке [3]. Такие лаборатории позволяют испытывать слабые грунты на глубинах до 15 м прямо на площадке, либо использовать приспособления для отбора проб с последующей транспортировкой их до грунтовой лаборатории. Однако на данный момент выпускается только полевая лаборатория Литвинова ПЛЛ-9, которая в отличии от ПЛГ-1РМ А. С. Амаряна, рекомендованной авторами, не имеет в своем составе комплекса приборов и установку для проведения зондирования, прессиометрии и пр., в том числе и отбора проб.

Таким образом, существует большое разнообразие методов полевых испытаний, применимых к слабым текучим грунтам. Они в разной степени эффективны и применяются исключительно в зависимости от задач исследования. Среди прочих полевых методов существуют специализированные геофизические: электроразведка, сейсморазведка, а также гидрогеологические и радиоизотопные методы. Их выбор определяется необходимостью получения определенных параметров грунтов, требуемых для расчетов оснований.

Кроме того, слабые грунты обладают неустойчивой структурой, которая может в значительной мере нарушиться в процессе бурения, отбора проб и их транспортировки до лаборатории. В связи с чем необходимо учитывать все влияющие на его состояние факторы. По этой причине целесообразно возобновить практику применения ныне не используемых полевых лабораторий, а также их модернизации и усовершенствования.

Литература:

1. Инженерно-геологические и инженерно-геотехнические изыскания в строительстве: Учебное пособие / Под ред. Р. А. Мангушева // М. С. Захаров, Р. А. Мангушев. — М., СПб.: Изд-во АСВ,2014. — 176 с.
2. Ю. Г. Трофименков, Л. Н. Воробков. Полевые методы исследования строительных свойств грунтов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., Стройиздат, 1974, 176 с.
3. Рубинштейн А. Я., Канаев Ф. С. Инженерно-геологические изыскания для строительства на слабых грунтах. — М., Стройиздат, 1984. — 108 с.
4. Васенин В. А. Проблемы нарушения природной структуры лабораторных образцов глинистых отложений и их количественные оценки / В. А. Васенин — Текст: электронный // URL: https://geoinfo.ru/product/vasenin-v-a/problemy-narusheniya-prirodnoj-struktury-laboratornyh-obrazcov-glinistyh-otlozhenij-i-ih-kolichestvennye-ocenki-43738.shtml (Дата обращения: 30.10.2022)
5. Методы определения механических свойств грунтов с комментариями к ГОСТ 12248–2010 [Текст]: монография / Г. Г. Болдырев. 2-е изд., доп. и испр. — М.: ООО “Прондо”, 2014. — 812 с.
6. Методические указания по проектированию земляного полотна па слабых грунтах: методические рекомендации / Министерство транспортного строительства, ОРГТРАНССТРОЙ. — М.: [б. и.], 1968. — 200с. — Текст: непосредственный.
7. Пособие по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах. Издание официальное: методическое пособие / Минтранс России, ФДА. — М.: [б. и.], 2004.