Штампы в шурфах

1. Подготовка к проведению испытаний.

• Для проведения испытаний необходимо использовать жесткий круглый штамп с плоской подошвой, площадь которой 2500 см2 при крупнообломочных отложениях, плотных песках и глинистых грунтах с показателем консистенции JL>0,25
• Допускается также использовать центральный штамп площадью 1000 см2 с кольцевым симметрично расположенным штампом, площадь которого не менее 5000 см2. Этот дополнительный штамп создает пригрузки, приблизительно равные величине природного давления, вокруг основного штампа.
• В буровых скважинах при испытаниях используется жесткий круглый штамп с плоской подошвой площадью как минимум 600 см2.
• Исходя из удобства монтажа, демонтажа и производства выбирают форму и размеры поперечного сечения шурфа. Минимальный размер шурфа - 1,5´1,5 м. Способы проходки шурфов и других выработок не должны нарушать естественное состояние грунтов.
• Диаметр скважины при испытании должен равняться 33 см.
• Бурить скважины до отметки испытания нужно строго вертикально с инвентарными обсадными трубами. При необходимости испытания в скважинах несущей способности нескальных грунтов скважину нужно бурить станками вращательного действия. При бурении скважин с целью определения водонасыщенности грунтов не допускается понижать в скважине уровень грунтовых вод по сравнению с природным уровнем.
• Необходимо, чтобы дно скважины располагалось на расстоянии 0,1-0,2 м выше уровня установки подошвы штампа. Зачистку оставшегося грунта нужно осуществлять перед установкой штампа.
• Загрузку штампов производят при помощи гидравлического домкрата либо тарированного груза. Усилие от тарированного груза нужно прикладывать к центру штампа.
• Установки для загружения штампа при помощи гидравлического домкрата должны соответствовать следующим требованиям:

• Вес загрузочной платформы должен как минимум в 1,5 раза превышать величину максимальной испытательной нагрузки. Испытательную нагрузку определяет проектная организация.
• Точек опоры у загрузочной платформы должны быть 4 – по две на каждой стороне котлована или шурфа.

• Реперная установка должна крепиться не менее чем в 1 метре от краев выработки либо в 1,5 метрах от боковой поверхности штампа.
• В сухих шурфах и котлованах штамп нужно устанавливать на приготовленную площадку основания. Если возникли затруднения при зачистке грунта, рекомендуется проводить планировку площадки путем отсыпки маловлажного песка слоем толщиной до 5 см на поверхность крупнообломочных отложений и до 2 см на поверхность глинистых грунтов.
• Для более плотного прилегания подошвы штампа к поверхности можно нанести на нее техническое масло. После установки штамп нужно повернуть вокруг вертикальной оси несколько раз на четверть оборота в противоположных направлениях.
• При положительной температуре воздуха связный грунт в пределах области расположения штампа необходимо защищать от избыточного увлажнения. Для этого необходимо своевременно организовать водоотводы. При отрицательной температуре воздуха нужно защищать грунт от промерзания. Для этого нужно устроить теплоизолирующее покрытие штампа и прилегающей к нему области грунта.
  

2. Проведение испытаний

• Испытание грунтов при помощи штампа производится ступенчато-возрастающей вдавливающей нагрузкой.
• Испытания начинаются с уплотнения грунта. Для этого применяется нагрузка, создающая природное давление в уровне подошвы штампа (не менее 0,5 кгс/см2)
• Уплотнение грунта и нагружение штампа осуществляется ступенями, которые и создают давление на уровне подошвы штампа:

• для крупнообломочных и плотных песчаных грунтов – 1 кгс/см2;
• для песчаных грунтов средней плотности – 0,5 кгс/см2;
• для глинистых грунтов в зависимости от их показателя консистенции JL и пористости E – согласно таблицы

Показатель консистенции грунтов	Давления на ступени нагрузки, кгс/см2, при пористости Е
	Е < 0,5	0,5 =< Е =< 0,8	Е > 0,8
JL < 0,25	1	1	0,8
0,25 =< JL =< 0,75	1	0,5	0,5

• При испытаниях грунтов дочетвертичного периода ступени нагрузок могут быть приняты соответствующими давлениям до 2 кгс/см2
• При предварительном уплотнении грунта штампом необходимо определить величину первой ступени нагрузки. Для этого нужно учесть вес всех элементов испытательной установки, осуществляющих давление на штамп.
• В процессе предварительного уплотнения грунта каждую ступень нагрузки нужно выдерживать не менее 5м (при крупнообломочных и песчаных грунтах) и 30 м (при глинистых грунтах).
• Последнюю ступень нагрузки необходимо выдерживать до условной стабилизации осадки основания.
• Условной стабилизацией осадки считают приращение осадки штампа не более 0,1 мм в течение 30 мин при крупнообломочных и песчаных грунтах и 1 ч при глинистых грунтах. Время выдержки последующей ступени нагрузки не должно быть меньше времени выдержки предыдущей ступени.
• Общее количество ступеней предварительного уплотнения не должно быть менее 5.
• Осадка штампа ровняется среднеарифметическому значению из суммы показаний двух прогибомеров на противоположных сторонах штампа.

3. Обработка полученных результатов

По результатам испытания грунта различными нагрузками специалисты оценивают сжимаемость, которая определяется модулем деформации К. Для вычисления К строится график зависимости уровня осадки от приложенного давления. Для построения такого графика по оси абсцисс значения Р, а по оси ординат соответствующее ему значение S. Затем на графике отмечают четыре опытные точки каждой ступени нагрузки. Через них проводится осредненная прямая методом наименьших квадратов. Начальным давлением РО и SО считается давление равное природному давлению Рб и соответствующая осадка; конечными РП и SП считают Рi и Si. Эти точки соответствуют четвертой точке графика на прямом участке. Если при давлении Рi приращение осадки будет вдвое больше, чем для предыдущей ступени давления Рi-1, а при последующей ступени давления Рi+1 приращение осадки будет равно или больше приращения осадки при Рi, то за конечное значение РП и SП следует принимать Рi-1 и Si-1. При этом следует включать в осреднение не менее трех точек, иначе при испытании грунта необходимо применять ступени давление меньше по величине. Чтобы построить осредняющую прямую разрешается прибегнуть к помощи графических методов.

Модуль деформации грунта E следует вычислять для прямолинейного участка графика S =f(Р) по формуле 1. Результаты определения модуля деформации следует выражать с точностью: 1,0 МПа при Е > 10,0 МПа; 0,5 МПа при Е = 2,0÷10,0 МПа и 0,1 МПа при E < 2,0 МПа.

Получаемый по результатам испытаний график S =f(Р) часто отличается от идеализированной, кривой. Ниже приведены графики, встречающиеся на практике.

Рассмотрим наиболее характерные.

1. Осадки отсутствуют на первых ступенях, а кривая графика начинается не с 0 (см. рис., кривая 1). Часто отсутствие осадки на первых ступенях объясняют тем, что измерительные приборы устанавливались после того, как был осуществлен монтаж всей установки. Таким образом, осадки под весом всей установки не подлежат измерению. Не смотря на это многие исследователи утверждают, что такое объяснение графика возможно лишь для сильносжимаемых слабых грунтов, так как установки при площади штампа 5000 см2 создают давление от собственного веса редко превышающее 0,01 МПа. Те же исследователи объясняют это свойствами самой почвы, ее повышенной уплотненностью и структурной прочностью. В случае, отображенном на кривой рисунка 1, неизмерная осадка (+ ΔSН) должна учитываться при интерпретации результатов и прибавляться к общей осадке грунтов под штампом, а сам график должен быть параллельно перенесен вниз.

2. На начальном отрезке графика (см. рис., кривая 2) можно наблюдать значительный уровень осадки, который далее снижается. Эта осадка может быть вызвана плохой зачисткой площади под подошвой штампа или наличием выступающих твердых включений породы. При интерпретации графика неизмерную осадку (- ΔSН) нужно вычитать из общей осадки грунтов под штампом, а график необходимо передвинуть вверх.

3. С увеличением нагрузки осадки взрастают. Но при достижении некоторого давления они начинают уменьшаться, и кривая графика становится пологой (см. рис., кривая 3). Такой график дает возможность предположить, что на некоторой глубине под штампом существует более плотный слой грунта, либо посторонних крупных включений (валуны, галька, камни). Результаты испытания, при котором был получен такой график, использованы быть не могут, а значит, испытания нужно провести в другом месте. Обычно график зависимости S=f(P) совмещают с графиками зависимости осадки от времени S=f(t) при каждой ступени нагрузки Рi = const. При необходимости график S = f(P) дополняют ветвью разгрузки. Разгрузка штампа осуществляется ступенями, которые вдвое превышают ступень нагрузки. Последующие наблюдения за восстановлением осадки осуществляется в течение одного часа для каждой ступени разгрузки.