Динамическое зондирование
Метод динамического зондирования – один из основных методов исследования грунтов, входящих в состав комплексного инженерно-геологического изыскания, проводимого специалистами компании ООО «ГеоЭкоСтройАнализ». Суть данного метода исследования заключается в том, что зонд погружается в грунт ударным способом, с применением специального оборудования. В комплексе инженерно-геологических изысканий метод динамического зондирования дает возможность для точного определения физико-механических свойств грунтов в полевых условиях. У технической стороны этого метода есть явные преимущества, если сравнивать с методом статического зондирования. Прежде всего динамическое зондирование проще выполнять. Использование данного метода возможно при работе с различными видами грунтов. Оборудование для динамического зондирования отличается простотой конструкции, а также сравнительно небольшой массой, но имеет приличную производительность, поэтому данный метод настолько популярен и распространен.
Благодаря использованию динамического зондирования в комплексе полевых испытаний совместно с другими геологическими изысканиями можно обеспечить заказчика следующими дополнительными показателями:
— мощностью грунтов, границами распространения грунтов в разном состоянии и с разным составом;
— однородностью грунтов по площади и глубине;
— сопротивлением грунтов при нагрузке на них свай, а также боковых поверхностей свай;
— глубиной залегания грунтов скального и крупнообломочного типа;
— степенью уплотнения насыпных и намывных грунтов;
— приблизительными показателями плотности, угла внутреннего трения, удельного сцепления, модуля деформации грунтов и другими показателями.
Благодаря применению метода динамического зондирования грунта появляется возможность в полевых условиях для выбора мест размещения площадок исследования, а также для определения точной глубины проведения испытаний. Применение динамического зондирования – это отличный поисковик для выбора мест изъятия образцов грунта, необходимых для детальных лабораторных исследований.
Описываемые испытания грунтов должны проводиться в соответствии со всеми требованиями ГОСТа, а оборудование и приборы должны быть укомплектованы в соответствии с нормами.
Применение тех или иных методов испытаний грунтов зависит от геологии участка. Не для каждого грунта подходит некий метод испытаний. На основании многолетнего опыта наших сотрудников мы можем гарантировать оперативное и качественное проведение инженерно-геологических изысканий, включающих метод динамического зондирования. Мы знакомы со всеми геологическими исследованиями, и работаем с применением усовершенствованного высокотехнологичного оборудование, а пробы грунтов и почв исследуем в собственной аккредитованной грунтовой лаборатории.
Принцип метода динамического зондирования, как полевого метода исследования грунтов, заключается в определении сопротивления грунтов внедренному зонду при воздействии динамической нагрузки. На основании данных, полученных методом динамического зондирования, мы получаем информацию о:
— составе и свойствах грунтов;
— глубинах залегания крупнообломочных и скальных пород;
— физико-механических свойствах грунтов;
— прочности и плотности грунтов за период времени;
— местах проведения испытаний грунтов с использованием других полевых методов.
Для испытания грунтов динамическим зондированием пользуются установками динамического зондирования трех типов.
Динамическое зондирование – метод полного и объективного исследования грунта
Получить информацию о физических свойствах и составе песчаных грунтов, залегающих над грунтовыми водами, легче, чем над теми, которые лежат под ними. Невозможно получить образцы грунта, который находится на глубине около 15-20 метров, не имея исходных данных для разработки карты участка. По этой причине может возникнуть преграда для строительства или повод отказаться от площадки, не имеющей полных и объективных данных о грунтах.
Статическое зондирование хотя и является точным методом определения плотности грунта на разных глубинах, о других физико-механических характеристиках оно не дает никаких данных. Инженерное строительство и проектирование требует более полных и точных данных, поэтому помимо статического метода, применяется еще и динамическое зондирование. К этому методу прибегают в случае необходимости точного определения границы между слоями грунта разной плотности. Также при помощи динамического зондирования определяют толщину слоев и разницу их плотности.
Особенности динамического зондирования грунта
В динамическом способе силы воздействий зонда на грунт равны. С заранее заданными количествами ударов, и их силой, зонд забивается в почву и в слои грунта под ней. Результатом этого процесса являются данные о толщине слоев, сопротивляемости грунтов и взаимном расположении отличающихся толщиной и плотностью слоев.
Сфера применения методики динамического зондирования
Для динамического зондирования целесообразным будет небольшое по размерам и мощности геологическое оборудование. Применяют этот метод там, где исследуются глинистые и песчаные грунты любых видов залегания. Динамическое зондирование специализируется на получение полных и очень точных данных о песчаных и глинистых грунтах. Благодаря соединению статического метода с динамическим, можно узнать достаточно информации, необходимой для разработки проекта.
Стадии зондирования
В случае необходимости наращивания или замены буровых штанг, процесс зондирования не прерывается, что является характерной особенностью этого метода. По результатам зондирования составляют график, который нужен для последующей обработки.
Преимущества динамического зондирования
Применение на практике
Актуальными площадками для проведения динамического метода являются места, в которых преобладают песчаные грунты. К ним можно отнести берега водоемов и возвышения, сделанные искусственно, наподобие насыпных дорог и холмов. В таких условиях динамическое зондирование продемонстрирует все свои преимущества, если более дорогие технологии будут не экономичны или невозможны.
Что такое динамическое зондирование
4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 27 декабря 2012 г. N 2005-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 19912-2012 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 ноября 2013 г.
6 ИЗДАНИЕ (сентябрь 2019 г.) с Изменением N 1 (ИУС 6-2019)
Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта и изменений к нему на территории указанных выше государств публикуется в указателях национальных стандартов, издаваемых в этих государствах, а также в сети Интернет на сайтах соответствующих национальных органов по стандартизации.
В случае пересмотра, изменения или отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована на официальном интернет-сайте Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации в каталоге «Межгосударственные стандарты»
1 Область применения
Настоящий стандарт распространяется на дисперсные природные, техногенные и мерзлые грунты, состав и состояние которых позволяют проводить непрерывное внедрение зонда, и устанавливает методы полевых испытаний зондированием при их исследовании для проектирования и строительства.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использована нормативная ссылка на следующий межгосударственный стандарт:
ГОСТ 30672 Грунты. Полевые испытания. Общие положения
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 динамическое зондирование: Процесс погружения зонда в грунт под действием ударной нагрузки (ударное зондирование) или ударно-вибрационной нагрузки (ударно-вибрационное зондирование) с измерением показателей сопротивления грунта внедрению зонда.
3.2 залог: Число ударов молота, после которых проводят измерение глубины погружения зонда.
3.3 зонд: Устройство, погружаемое в грунт при зондировании и состоящее из наконечника и штанги.
— механический (тип I): Зонд для статического зондирования, в котором используется система внутренних штанг для передачи усилия на наконечник.
— электрический (тип II): Зонд для статического зондирования, в котором измерения проводят с помощью электрических датчиков.
— специальный: Зонд, позволяющий измерять, кроме показателей сопротивления грунта внедрению зонда, дополнительные характеристики грунта и/или параметры процесса зондирования.
3.4 измерительная система: Система, включающая в себя устройства и датчики (при наличии) для преобразования сопротивлений грунта и других (при наличии) измеряемых параметров в электрические или механические сигналы, их передачи и хранения (необязательно).
3.5 испытание диссипационное: Испытание, при котором в процессе остановки специального зонда на заданной глубине с помощью установленного в его наконечник датчика измеряется рассеивание порового давления в прилегающем к зонду грунте.
3.6 испытание квазистатическое: Испытание, при котором после остановки зонда на заданной глубине выполняется серия коротких погружений зонда на очень малых хорошо контролируемых ступенчато-возрастающих скоростях.
3.7 испытание релаксационно-ползучее («со стабилизацией» зонда): Испытание, при котором в процессе остановки зонда на заданной глубине нагрузка на зонд и скорость его погружения в результате релаксации и ползучести окружающего зонд грунта плавно снижаются с уменьшающейся интенсивностью. Испытание выполняют путем прекращения подачи масла в гидродомкраты вдавливания зонда. В процессе испытания могут дополнительно измеряться осадка, температура зонда, поровое давление и др. Продолжительность испытания, как правило, составляет не менее 5-10 мин и определяется задаваемым условным критерием стабилизации одного из измеряемых параметров или задаваемым временем стабилизации.
3.8 кожух: Часть наконечника механического зонда для статического зондирования, расположенная над конусом.
3.9 конус: Нижняя, имеющая форму конуса, часть наконечника, воспринимающая сопротивление грунта.
3.10 муфта трения: Часть наконечника зонда для статического зондирования, имеющая форму цилиндра, расположенная над конусом и воспринимающая сопротивление грунта на боковой поверхности.
3.11 наконечник: Нижняя часть зонда.
3.12 опорно-анкерное устройство: Устройство, на котором размещено оборудование для вдавливания и извлечения зонда.
3.13 сопротивление грунта на боковой поверхности зонда: Сопротивление грунта на боковой поверхности штанг механического зонда.
3.14 статическое зондирование: Погружение зонда в грунт под действием статической вдавливающей нагрузки с измерением показателей сопротивления грунта внедрению зонда.
— непрерывное: Задавливание зонда в грунт с постоянной скоростью, перерывы в погружении зонда допускаются только для наращивания штанг зонда.
— прерывистое: Задавливание зонда в грунт с постоянной скоростью, включающее дополнительно периодические, с заданным интервалом по глубине остановки зонда, при которых испытание грунтов зондированием выполняется по специальным методикам (релаксационно-ползучие, диссипационные, квазистатические и другие испытания).
3.14а точка зондирования: Пункт (точка в плане), в котором планируется или проведено испытание грунтов зондированием.
3.15 удельное сопротивление грунта на участке боковой поверхности (муфте трения) зонда: Сопротивление грунта на участке боковой поверхности зонда при статическом зондировании, отнесенное к площади боковой поверхности участка.
3.16 удельное сопротивление грунта под наконечником (конусом) зонда: Сопротивление грунта наконечнику (конусу) зонда при статическом зондировании, отнесенное к площади основания наконечника (конуса) зонда.
3.17 условное динамическое сопротивление грунта: Сопротивление грунта погружению зонда при забивке его падающим молотом или вибромолотом.
3.18 уширитель: Местное уширение на поверхности штанги, располагаемое на некотором расстоянии выше наконечника и служащее для уменьшения трения между грунтом и штангой.
3.19 фрикционное отношение: Отношение удельного сопротивления грунта на муфте трения к удельному сопротивлению грунта под конусом зонда.
3.20 штанга: Часть зонда, служащая для передачи усилия от устройства для вдавливания и извлечения или забивки.
4 Общие положения
4.1 Настоящий стандарт устанавливает следующие методы полевых испытаний грунтов зондированием:
4.2 Общие требования к полевым испытаниям грунтов, оборудованию и приборам, подготовке площадок для испытаний приведены в ГОСТ 30672.
4.3 Методы полевых испытаний грунтов зондированием применяют в комплексе с другими видами инженерно-геологических работ или отдельно для:
— выделения инженерно-геологических элементов (толщины слоев и линз, границ распространения грунтов различных видов и разновидностей);
— оценки пространственной изменчивости состава, состояния и свойств грунтов;
— определения глубины залегания кровли скальных, крупнообломочных и мерзлых грунтов;
— количественной оценки характеристик физико-механических свойств грунтов (плотности, модуля деформации, угла внутреннего трения и сцепления грунтов и др.);
— определения степени уплотнения и упрочнения грунтов во времени и пространстве;
— оценки возможности забивки свай и определения глубины их погружения;
— определения сопротивлений грунта под нижним концом и по боковой поверхности свай;
— выбора мест расположения опытных площадок и глубины проведения полевых испытаний, а также мест отбора образцов грунтов для лабораторных испытаний;
— контроля качества геотехнических работ.
4.4 Зондирование грунтов проводят вдавливанием в грунт зонда при статическом зондировании, забивкой или вибропогружением в грунт зонда при динамическом зондировании с одновременным измерением непрерывно или через заданные интервалы по глубине показателей, характеризующих сопротивление грунта внедрению зонда.
4.5 Количественную оценку характеристик физико-механических свойств грунтов проводят на основе включенных в действующие нормативные документы статистически обоснованных зависимостей между показателями сопротивления грунта внедрению зонда и результатами определения характеристик грунта другими стандартными методами.
4.6 Метод зондирования, глубину зондирования и расположение точек зондирования определяют программой инженерно-геологических изысканий.
Часть точек зондирования должна быть расположена в непосредственной близости от горных выработок (на расстоянии 1,5-2,5 м) с целью получения данных, необходимых для интерпретации результатов зондирования.
Масштабы графиков допускается изменять по сравнению с установленными настоящим стандартом (см. приложения В и Е) при обязательном сохранении соотношения между масштабами вертикальных и горизонтальных координат.
Графики испытаний должны, как правило, сопровождаться инженерно-геологическим разрезом по ближайшей к точке зондирования горной выработке.
Динамическое зондирование для частного дома
Закажи фундамент и получи экспресс-геологию и смету БЕСПЛАТНО
Если получить данные о составе и физических свойствах песчаных грунтов, залегающих выше уровня грунтовых вод, достаточно просто, то с низлежащими слоями возникают сложности. По факту, организация, занимающаяся изысканиями, попросту не может получить образцы грунта, расположенного на достаточно большой глубине – порядка 15-20 метров от поверхности – и, как следствие, не имеет исходных данных для составления подробной карты участка, на котором будет производиться строительство, и для которого готовится строительный проект. А это может служить не просто препятствием строительства, но и поводом вовсе отказаться от площадки, данные по грунтам на которой неполны или субъективны.
Такие точные методы, как статическое зондирование, тоже не панацея. Они позволяют получить ясную картину плотности грунта на разных глубинах, но о других физико-механических характеристиках не скажут прямым текстом ничего.
К счастью, статическое зондирование, с его точными показаниями по плотности грунта, можно дополнить динамическим зондированием. Последнее используется в ситуациях, когда необходимо точно определить границы слоев грунта с разной плотностью, оценить толщину того или иного слоя, понять, насколько велика разница в плотности между тем или иным слоем.
Особенности динамического зондирования грунта
Если статические исследования грунта работают по принципу «пока зонд движется», то для динамического способа характерны равновеликие по силе воздействия зонда на грунт движения: зонд вбивается в почву и слои грунта под ней, причем количество и сила ударов заранее известны. В результате определяется характер сопротивления грунтов, оценивается толщина слоев, взаиморасположение разных по толщине и плотности участков.
Область использования методики динамического зондирования
Для динамического зондирования подходит и используется малогабаритное и не слишком мощное геологическое оборудование. Как следствие, область применения данного метода исследования грунтов достаточно узкая. Главным образом, речь идет об исследовании песчаных и глинистых грунтов, как естественного залегания, так и намывных, насыпных. Именно для песка и глины методика динамического исследования позволяет получить весьма точные и полные данные о структуре грунта, его физико-механических особенностях.
Совместно с методом статического зондирования, динамическое зондирование позволяет получить информацию, достаточную для разработки проекта строительства.
Типы грунтов, для которых подходит динамическое зондирование
Технология динамического зондирования
Хотя принципиально оборудование для зондирования грунтов динамическим методом одинаково, что в России, что в странах Западной Европы и США, отличия в оснащении буровой установки для проведения исследований грунта есть.
В России стандартом (по ГОСТ 19912-2001) является проведение зондирования с помощью молота весом 30, 60 или 120 килограммов, штангой в 42 мм (высота сбрасывания молота варьируется от 0,4 до 1 метра) и конического зонда. Для Европы и США вес молота составляет порядка 63 килограммов, а высота падения его – 0,76 метра при диаметре штанги в 30 мм. Технология и требования к оборудованию прописаны в стандарте EN ISO 22476-3.
Характерной особенностью динамического зондирования является его непрерывность вплоть до момента, когда необходима замена или наращивание буровых штанг. По итогам зондирования составляется график – и именно в таком виде информация о плотности и чередовании слоев грунта предоставляется для дальнейшей обработки. В графике отражается наиболее важный показатель – условное динамическое сопротивление грунта. Вычисление его осуществляется по формуле:
Ряд величин в этой формуле имеют вполне определенные значения, не нуждающиеся в вычислении и определяемые уже перед началом процедуры зондирования путем настройки буровой установки и её оснастки.
Так, А – удельная энергия зондирования, не может принимать других значений кроме 280, 1120 и 2800 Ньютонов на сантиметр. А Ф – коэффициент трения штанг о грунт – определяется по таблицам, так что в измерении тоже не нуждается, равно как и К – коэффициент, показывающий, сколько энергии при ударе молота было потеряно вследствие инерционности буровой установки.
Преимущества технологии динамического зондирования
Список преимуществ технологии, и это несмотря на явно второстепенное её положение среди методик исследования и испытания грунтов, весьма обширен. Вот только некоторые из них:
Экономичность (буровые установки, которые используются для динамического зондирования, могут быть весьма малогабаритными и совсем не энергоемкими);
Возможность с высокой точностью определять структуру грунта на выделенной под строительство и благоустройство площадке;
Простота настройки и работы, высокая производительность – геологическое оборудование для проведения динамического зондирования недорогое, простое в обслуживании и ремонте;
Получение достоверной информации о структуре слоев грунта в условиях, когда другие методы исследований невозможны;
Быстрота проведения исследования.
Кроме того, методика прекрасно себя зарекомендовала в условиях ограниченности пространства на площадках, готовящихся под строительство. Физико-механические характеристики участков грунта между скважинами перестают быть «Terra Incognita».
Применение на практике
Хотя, теоретически, нет никаких противопоказаний для использования динамического зондирования на любых типах грунта, наибольшее распространение методика получила при исследовании песчаных и песчано-глинистых грунтов. Особенно актуально проведение динамического исследования на площадках, где основу составляют песчаные грунты: по берегам водоемов, вокруг искусственных возвышенностей вроде насыпных холмов и дорог, поднятых на местностью, благоустроенных с использованием толстых песчаных подушек территорий. Именно здесь, в условиях, когда более дорогие технологии исследования либо вообще невозможны, либо не отличаются экономичностью, динамическое зондирование показывает себя во всей полноте.
Итак, использование методики оправданно перед проектированием дорог и насыпей, разработкой проектов благоустройства берегов и подпорных стен, перед такими работами, как закрепление грунтов и строительство, – как на свайных, так и на монолитных плавающих фундаментах.
Зондирование грунтов
Бурение скважин зачастую не дает общей картины текущих геологических условий зоны будущего строительства, что особенно актуально для песчаных грунтов. В этом случае используют такие методы изысканий как статическое и динамическое зондирование. Вид зондирования выбирается организацией-исполнителем в зависимости от требований заказчика. Оба метода позволяют получить полезные сведения, поэтому они являются одними из наиболее востребованных при проведении инженерно-геологических изысканий.
Статическое зондирование
Статический метод чаще применяется при разработке проекта свайного фундамента для определения несущего потенциала буронабивных и забивных свай различных сечений. Кроме того, применение этого метода исследования позволяет дать оценку целесообразности проектирования на конкретной территории свайных фундаментов.
Статический метод зондирования используется при необходимости исследования рыхлых грунтов без крупных твердых включений. Его производят для разделения песчаных толщей по плотности сложения, а также с целью определения его прочностных характеристик.
Динамическое зондирование
Для определения плотности песков и модуля общей деформации и консистенции грунтов методом использования корреляционной зависимости между данными показателями и удельным динамическим сопротивлением применяется динамический метод.
Следует сказать, что этот вид зондирование грунтов используется, как правило, для исследования песчано-глинистой породы, содержащей не более 40% крупнообломочных включений. Расчленение разреза породы на слои, отличающиеся сопротивлением динамического проникновения с точностью до 0,05 м, определение степени его однородности, а также показателей ряда свойств и глубины забивания свай становится возможным исключительно при помощи динамического зондирования.
Для определения деформационных характеристик грунтов, которые станут основой будущего здания или сооружения, проводятся штамповые испытания. Их суть состоит в измерении грунтового осадка под штампом при передаче на него нагрузки. Обычно штамповые испытания проводятся на территориях, на которых планируется возведение зданий и сооружений высокого уровня ответственности. Подробнее о штамповых испытаниях грунтов расскажет следующая статья.
