Определение плотности грунта экспресс-методом (статический плотномер)

Плотность грунта – физическая характеристика, устанавливаемая отношением массы материала к занимаемому им объему в условиях природного сложения и естественной влажности. Этот показатель зависит от структуры и состава минеральной части, наличия примесей и определяет такие важные свойства материала, как прочность и несущая способность, влагоемкость, водопроницаемость. Единицы измерения – кг/м³ или г/см³. Знание плотности грунта позволяет определить его пригодность для практического использования в строительстве на стадии инженерных изысканий и оценить фактическое состояние при контроле качества строительных работ. При несоответствии плотностных параметров требованиям стандарта, производится доуплотнение материала до табличных значений. Эта работа необходима и производится при сооружении дамб различного назначения, насыпей автомобильных и железных дорог, при подготовке площадок под фундаменты зданий и благоустройство территорий, при обратной засыпке пазух подземных сооружений, траншей и котлованов. Определение плотности грунта на таких объектах является фактором, прямо влияющим на их капитальность, эксплуатационную безопасность и срок службы. Учитывая важность, сложность и специфичность этой работы, при ее выполнении необходимо пользоваться услугами специалистов. В Москве и Подмосковье услуги по определению плотности грунтов предоставляет строительная лаборатория «ТехЛабКонтроль», имеющая соответствующую лицензию и государственную аккредитацию.   

Методы определения плотности грунта

Грунт – неоднородная структура. Свойства и, в первую очередь, несущая способность этого материала, зависят от многих факторов, в том числе и от плотности. Изучение плотностных параметров грунта ведется по нескольким направлениям. В ходе исследований определяется ее общий и максимальный показатель, плотность твердой фазы и скелета. Испытания проводятся в лабораторных условиях по методикам ГОСТ 5180-2015 и в полевых, по методам, регламентируемым ГОСТ 19912-2012. Преимущество полевых исследований заключается в высокой скорости проведения анализов, быстром получении достоверных результатов. Это и определяет их в качестве основных при исследовании степени уплотнения грунта при проведении инженерно-геодезических изысканий и на различных этапах строительства. К полевым экспресс-методам относятся:

• изучение плотности грунта воздействием электромагнитного поля с применением создающих его приборов (например, SGD-200);

• определение плотности грунта динамическим воздействием (ударом) плотномера с измерением силы противодействия (прибор ПДУ-МГ4 УДАР);

• исследование плотностных параметров при статическом давлении на грунт заглубленного наконечника плотномера (приборы-пенетрометры В-1, ПСГ-МГ4, S-086, СГП-1М).

В настоящее время на строительных объектах преимущественным способом определения плотности грунтов является статический экспресс-метод с использованием плотномеров-пенетрометров.

Приборы и оборудование для статического зондирования грунта

Государственные стандарты, строительные нормы и правила устанавливают жесткие требования к значению коэффициента уплотнения грунта, его допустимая величина должна быть в пределах 0,94 – 0,98. В полевых условиях самый быстрый и точный результат при исследовании параметров верхнего грунтового слоя можно получить, используя специальные приборы – плотномеры статического действия. На практике могут применяться различные их модели – В-1, ПСГ-МГ4, S-086, СГП-1М и др. Принципиально все они схожи между собой, в комплект оборудования входит:

• шток с «Т»-образной рукояткой;

• удлинительные штанги;

• съемные конусообразные (30 – 60 градусов) наконечники с различным диаметром основания;

• механическое или электронное силоизмерительное устройство.

В ходе исследований плотности пенетрационным методом производится заглубление рабочего наконечника плотномера на длину его рабочей части при статической нагрузке. Коэффициент уплотнения грунта определяется по усилию, прилагаемому к рукоятке прибора. Основные различия между моделями статических пенетрометров-плотномеров заключаются в способе вывода и считывания информации. Например, В-1, СГП-1М и их аналоги имеют в своей компоновке калиброванное динамометрическое кольцо с циферблатным, стрелочным указателем результата. Пенетрометр статического действия ПСГ-МГ4 оснащен тензометрическим силоизмерительным устройством, электронным блоком обработки информации, цифровым дисплеем. Приборы этого типа имеют энергонезависимую память, таймер и связь с персональным компьютером через USB-порт. Обработка результатов измерений производится автоматически. Вместе с определением коэффициента уплотнения, при помощи пенетрометра-плотномера можно вычислить следующие параметры грунта:

• удельное сопротивление пенетрации;

• индекс влажности;

• угол внутреннего трения;

• модуль упругости;

• удельное сцепление грунта.

Использование специальных зондов позволяет измерить естественный гамма-фон, температуру, поровое давление, электрическое сопротивление и другие параметры грунта. Необходимо отметить, что ручные плотномеры предназначены для экспресс-определения параметров дисперсных грунтов естественного и нарушенного залегания, а также для контроля процесса их уплотнения. При проведении геологических изысканий на участках, сложенных прочными и плотными грунтами, могут использоваться модели статических пенетрометров, оснащенные гидравлическим приводом, электрическим либо бензиновым двигателем на собственном шасси или на базе любого автомобиля подходящей грузоподъемности. Для обеспечения точности результатов статического зондирования грунта, измерительные устройства приборов необходимо тарировать через рекомендованные их производителями периоды использования.

Исследование плотностных параметров грунта статической нагрузкой

Метод испытания грунтов статическим зондированием устанавливает ГОСТ 19912-2012. В процессе работы производится вдавливание зонда в почву с одновременным измерением показателей, характеризующих сопротивление его погружению. Начало испытаний предваряется выбором мест зондирования и подготовкой оборудования в соответствии с требованиями инструкции по эксплуатации. Особое внимание при этом уделяется прямолинейности штанг и степени износа наконечников. Порядок работы при определении плотности грунта статическим зондированием:

• Подготовка от 3-х до 5-ти площадок размером 20х20 см на подлежащем исследованию земельном участке с удалением верхнего разрыхленного или переувлажненного слоя.

• Установка плотномера в строго вертикальном положении, проверка нулевых установок измерительного прибора, заглубление наконечника до ограничительной отметки с постоянной скоростью. При необходимости, в процессе погружения может производиться замена конуса и увеличение длины штока установкой дополнительных штанг. Скорость погружения зависит от типа грунта и вида используемого оборудования, ее среднее значение составляет 1,2±0,3 метра в минуту. В процессе заглубления производится считывание и фиксация показаний измерительного прибора в журнале для последующего анализа. На одной площадке последовательно производится 3 замера, расстояние между точками пенетрации должно быть не менее 12 см.

Работа считается завершенной при достижении наконечником заданной глубины или предельных усилий. Испытания в выбранной точке могут быть прерваны из-за невозможности пенетрации в связи с особенностями структуры грунта, наличием твердых примесей. После извлечения зонда скважина тампонируется.

Оформление результатов

Результаты статического зондирования грунта по каждой исследованной точке заносятся в журнал операционного контроля. Эти данные служат основой для вычисления среднеарифметического значения и определения фактического коэффициента уплотнения грунта. Заключительным этапом работы является составление протокола, в этом документе отражаются следующие данные:

• наименование организации-исполнителя работ;

• название, адрес обследуемого объекта;

• дата проведения испытаний;

• геодезические характеристики объекта исследований;

• номера точек пенетрации;

• наименование, технические, эксплуатационные характеристики используемых приборов и оборудования;

• методика и условия испытаний;

• таблицы, графики, файлы и иные материалы, относящиеся к проведенной работе.

Протокол исследования плотности статическим зондированием является официальным документом и служит основанием для принятия решения о достаточности величины коэффициента уплотнения грунта для конкретного объекта или о необходимости доуплотнения.