Основные характеристики, устанавливаемые в лаборатории
Механические параметры
Лабораторные тесты и испытания позволяют установить следующие механические свойства грунта:
- Плотность грунта
- Прочность слоя при сжатиирастяжении
- Процент просадки испытуемого экземпляра
- Первоначальное просадочное давление
- Уровень уплотнения песчаных и почвенных оснований
- Степень изменения формы грунта под нагрузкой
- Угол природного откоса
- Прочность слоя в момент сдвига, среза, деформации.
Химический состав
Лабораторные анализы почвы с различных слоёв и глубины позволяют определить следующие химические показатели:
- Процентное содержание водорастворимых солей
- Уровень карбонатов в экземпляре
- Состав песка
- Присутствие органических элементов в почве
- Липкость
- Водопроницаемость и водопоглощение
- Способность окислять бетон, металлоконструкции
- Коэффициент размокания
- Размытие и растворение горных пород.
Для чего проводят лабораторные испытания
Подробное изучение грунтов и песчаников, располагающихся в основании будущей постройки, необходимо для установления всех технических показателей земельного участка. Эти данные необходимы инженерам для расчёта свойств несущей конструкции, определения степени уплотнения пород при обратной засыпке фундамента. Необходимое время для всех тестов зависит от следующих аспектов:
- Площадь строительной площадки.
- Размеры и сложность постройки.
- Физико-механические параметры грунтового пласта под основание строения и геологические данные участка.
ИЗМЕРИТЕЛИ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТА
Дороги и дорожные объекты – это весьма сложные и дорогостоящие технические сооружения, которые требуют постоянного ухода. Проблемы возникают не только при строительстве новых дорог, но и в процессе эксплуатации. На строительство и ремонт дорог выделяются огромные средства. С целью экономии материальных ресурсов и улучшения качества дорожного полотна были разработаны приборы — плотномеры, позволяющие строительным организациям контролировать качество его уплотнения на стадии строительства. Среди большого разнообразия способов определения качества уплотнения наиболее часто используют два: динамический и статический. В основу оценки качества уплотнения грунта земляного полотна и подстилающего слоя в России, как известно, положен принцип сравнения плотности, полученной в насыпи или выемке, с плотностью того же грунта в лабораторном приборе стандартного уплотнения. Результат сравнения в виде коэффициента уплотнения (Ку) «примеряют» к нормируемым ГОСТ и СНиП его значениям, чаще всего равным 0,95 (низ земляного полотна) или 0,98–1,0 (верх земляного полотна и подстилающий слой). Далее >>>
Стандартный метод оценки качества уплотнения предусматривает обязательный отбор образца грунта с помощью кольца или лунки, точное его взвешивание, определение влажности путем высушивания при 105–110°С в термостате в течение 6–8 часов. Затем нужно в лаборатории выполнить процедуру стандартного уплотнения предварительно высушенного и измельченного грунта со столь же продолжительным определением оптимальной влажности. В итоге интересующий коэффициент уплотнения грунта и его влажность могут быть выданы минимум через сутки-двое, когда поправить качество уплотнения уже сложно.
Правда, облегчают или спасают эту ситуацию две альтернативные возможности. Во-первых, россияне часто используют распространенный во многих странах метод контроля не самой плотности грунта, а технологии его уплотнения выбранным средством, установленной, например, при пробном уплотнении. Строгое соблюдение технологических режимов выполнения этой операции, как правило, гарантирует высокую вероятность получения требуемого результата по качеству. Поэтому обязательный отбор проб грунта из насыпи или выемки вместе с лабораторными процедурами можно рассматривать не как оперативный контроль, а как проверочный и не имеющий столь острой необходимости сиюминутной выдачи результата. Однако при возможном изменении типа и разновидности грунта или его состояния, чего исключать нельзя, такой метод контроля может давать сбои.
В подобном и других случаях дорожники широко используют вторую возможность, дающую им узаконенное СНиП право проводить контроль плотности с обязательным отбором проб грунта в объеме, составляющем не менее 10% от всех положенных измерений. В остальных 90% допускается применять косвенные методы и средства, в том числе и упрощенные, но обеспечивающие соответствующую достоверность результатов. Подобные экспресс-приборы и устройства, достаточно простые, легкие, удобные и дающие быстрый результат.
Из имеющегося многообразия этих приборов и методов наиболее распространенными оказались так называемые плотномеры-пенетрометры статического и динамического типа.
За критерий принимают либо удельное сопротивление погружению конуса (cone index), определяемое как отношение общего статического или динамического усилия вдавливания к площади основания конуса, либо глубину погружения наконечника, либо количество ударов для погружения его на заданную глубину. При этом все другие параметры прибора, кроме одной из названных и фиксируемых величин, остаются постоянными.
Сама по себе контролируемая плотность грунта не столь и важна для оценки устойчивости и долговечности земляного полотна при его эксплуатации в дороге. Не менее важны и такие его характеристики как прочностные и деформативные свойства грунта. Поэтому при проектировании дорожного полотна, помимо коэффициента уплотнения используют модуль упругости или деформации. Проверка значений модуля деформации очень важна при строительстве дорог на щебеночном основании. Динамический модуль деформации (или упругости, если осадка штампа полностью упруга) служит критерием оценки качества уплотнения щебня и фактически является обобщенным или эквивалентным модулем щебеночного основания, подстилающего слоя и частично земляного полотна. Недостаточная прочность и повышенная деформативность (низкая жесткость) основания на щебне, сразу отражаются на состоянии асфальтобетонного покрытия (осадки, волны, трещины, неровности).
Динамический плотномер для грунта
При подготовке оснований под фундамент или при уплотнении грунта при обратной засыпке необходимо обеспечить степень уплотнения грунта 0,95-0,98. С помощью динамического плотномера можно измерить коэффициент уплотнения грунта. Динамический плотномер так же имеет рабочий наконечник, который заглубляется в грунт, направляющий стержень, наковальню, ударную гирю и ограничитель с затворным механизмом. Измерение плотности грунта происходит так: рабочий наконечник углубляется в грунт на 20 см, а затем забивают его ещё на 10 см с помощью ударной гири и считают количество ударов, которые для этого требуются. Техника удара: гирю поднимают вверх до ограничителя, отпускают затворный механизм, гиря падает на наковальню и создаёт нормированное усилие. По количеству ударов, необходимых чтобы забить плотномер на последние 10 см, определяется степень уплотнения грунта.
Примерные данные приведены в таблице:
| Количество ударов | Коэффициент уплотнения грунтов (Ку) | ||
| Песок | Супесь | Суглинок | |
| 9 | — | 0,91 | — |
| 10 | 0,91 | 0,92 | — |
| 11 | 0,92 | — | — |
| 13 | 0,93 | 0,93 | 0,90 |
| 14 | — | — | 0,91 |
| 15 | 0,94 | — | — |
| 16 | — | 0,94 | — |
| 17 | — | — | 0,92 |
| 18 | — | 0,95 | — |
| 19 | 0,95 | — | 0,93 |
| 21 | — | 0,96 | — |
| 22 | 0,96 | — | 0,94 |
| 26 | — | 0,97 | — |
| 27 | 0,97 | — | — |
| 28 | — | — | 0,95 |
| 30 | 0,98 | — | — |
| 35 | — | 0,98 | — |
| 36 | — | — | 0,96 |
| 37 | 0,99 | — | — |
| 44 | 1,00 | — | 0,97 |
| 49 | — | 0,99 | — |
| 52 | — | — | 0,98 |
| 57 | — | — | 0,99 |
| 58 | — | 1,00 | — |
| 63 | — | — | 1,00 |
Точные данные должны быть приведены в подобной таблице или в виде графика в паспорте плотномера.
Особенности применения метода двойного зондирования
Относительно грунтов, характеризующихся неоднородной влажностью определение динамической плотности выполняют в два этапа. Первый проводят так, как описано выше. При повторной оценке плотности используют штамп-основание. Для этого рядом с первичной лункой делают круглую в плане выемку диаметром 100 мм и глубиной 250 мм. Штамп строго вертикально помещают на дно и не менее, чем 40 циклами ударной нагрузки производят окончательное уплотнение грунта. Те слои грунта, которые оказываются в штампе, должны быть не менее 50 мм по высоте. Их также доуплотняют аналогичным способом.
После выравнивания грунта, находящегося над скважиной, штамп извлекают и забранный им объём тестируют на плотность указанным ранее способом, используя специальную таблицу, приведённую в паспорте динамического плотномера.
Прямые методы измерения уровня плотности грунтового слоя под основание застроек
Замещение объёма
Определение плотности грунта по стандартам и техническому регламенту ГОСТ 28514-90 проводится посредством специального оборудования:
- Установка с баллоном из резины.
- Пескозагрузочный аппарат.
Особенности измерений пескозагрузочным аппаратом
На участке для предстоящей застройки выравнивают площадку, равную площади испытательной пластины. Лист основания прочно закрепляют на площадке, чтобы он не имел возможности сдвигаться. Под круглым вырезом пластины выбуривают лунку.
Грунт, оставшийся от бурения, собирают и взвешивают.
Резервуар пескозагрузочного аппарата наполняют песком, общий вес сыпучего материала установлен. Прибор помещают на площадку основания над отверстием с закрытой заслонкой. Затем убирают задвижку и позволяют песку заполнить углубление. После завершения наполнения, заслонку возвращают на прежнее место и убирают прибор. Взвешивают оставшийся песчаный наполнитель.
Отбор монолитных проб
Для оценки плотности грунта в конкретной области производят отбор специальных образцов, чтобы не нарушить их структуру. Для этого применяют способ режущего кольца.
Исследование цельных образцов позволяет получить максимально достоверные значения физических показателей и механических свойств. Однако требуется оборудованная лаборатория, квалифицированные специалисты и значительное количество времени.
Несмотря на обилие методик, способов и разнообразие оборудования для полевых испытаний, самым надёжным исследованием для определения плотности грунта является метод отбора монолитных образцов.
Косвенные методы разработаны в большинстве случаев для поиска наиболее уязвимых зон грунтового пласта. Для объективной оценки параметров грунта необходимы лабораторные изыскания.
Конструкция и модификации
Динамический способ измерения плотности заключается в том, что определённый объём сыпучего материала взвешивается при его естественном падении с непрерывном потоке. Метод неприменим, если грунт резко неоднороден по фракциям, или забор исходного материала происходит с глубины более 300 мм, поскольку в этом случае влажность образцов оказывается резко неравномерной.
Динамическая плотность с применением динамического плотномера Д-51 (имеется и модернизированная версия прибора Д-51А, используя которую, можно определять динамическую плотность глинистых грунтов) устанавливается по величине относительного сопротивления внедрению в поверхность материала испытательного инструмента (зонда), по мере его ударного внедрения вглубь.
- Сменный наконечник конической формы.
- Направляющая штанга.
- Гиря.
- Муфта-наковальня.
- Ручка.
При помощи динамического плотномера Д-51 можно производить не только простое, но и двойное зонидирование, точность которого заметно выше. Для этого вместо наконечника к зонду присоединяют специальный плоский штамп, при помощи которого можно выполнить дополнительное компактирование материала. Такой способ эффективен для грунтов, характеризующихся переменными показателями своей влажности.
По схожей технологии действует и универсальный плотномер ДПУ «Кондор», также используемый для оценки плотности песка и супеси.
Как проверяется грунт по коэффициенту уплотнения?
Практическое применение таблиц заключается в том, что по шкале ординат выбранной таблицы проводится горизонтальная линия, отмечающая количество ударов, нанесённых гирей. После этого находим пересечение этой горизонтали с параболической кривой, соответствующей выбранному типу грунта и от этой точки восстанавливается перпендикуляр к оси абсцисс. В этом месте и считывается значение коэффициента уплотнения.
Если исследуемый грунт визуально неоднороден, то рядом – не ближе 300 мм от точки предыдущего внедрения зонда – производят следующий замер. Чрезмерное сближение точек измерения часто сопровождается обрушением полости, и искажает результат.
Рекомендуется вначале выполнить не менее 20 ударных циклов, чтобы обеспечить устойчивое заглубление измерительного зонда в исследуемый грунт. Затем, при следующих ударах, уже регистрировать в журнале их количество, тогда результат можно использовать для последующих работ с таблицами. Извлечение динамического плотномера Д-51 из грунта выполняют при помощи ручки.
Перед оценкой значений уплотнения рекомендуется установить относительную влажность исследуемого материала. Рекомендуется применять методики, которые установлены в ГОСТ 27733-2002 и в ГОСТ 5180-84.
Динамический плотномер грунта ZFG-3000 GPS
Информация о ценах предоставляется по запросу. Вы можете добавить товар в заказ и продолжить просмотр каталога:
ZFG 3000 GPS — электронный динамический плотномер грунта, предназначенный для определения характеристик прочности и деформируемости грунтов и оснований дорог, а так же для проведения исследований грунтовых оснований с целью их улучшения.
Динамические плотномеры грунта серии ZFG внесены в государственный реестр средств измерений РФ под номером 52068-12.
В динамическом плотномере ZFG-3000 реализован метод динамического нагружения (также его называют метод штампа, метод падающего груза). Сущность метода заключается в измерении величины и скорости осадки нагрузочной плиты (круглого штампа), установленной на исследуемом грунтовом основании, под воздействием ударной нагрузки падающего груза. Полученные значения осадки S, скорости осадки V и ускорения используются прибором для вычисления динамического модуля деформации грунта Еvd, являющимся выражением несущей способности грунтовой основы и степени ее уплотнения.
Определение несущей способности дорожных одежд методом динамического нагружения впервые было описано в 1986 г. в стандарте Совета экономической взаимопомощи СТ СЭВ 5497-86.
Данный метод подходит для крупно-зернистых и смешанных грунтов с максимальным размером фракции 63 мм.
ZFG 3000 GPS позволяет выполнять в полевых условиях:
- определение динамического модуля деформации грунта Еvd
- определение несущей способности грунта и оснований дорог по динамическому модулю деформации Evd
- определение коэффициента уплотнения грунта при помощи переводной таблицы корреляции
- определение географических координат точки измерения с помощью встроенного модуля GPS
- построение графической диаграммы прогиба, отражающей динамику изменения осадки на исследуемом грунте
- печать результатов проведенных измерений с помощью встроенного термопринтера
Все полученные данные могут быть представлены как непосредственно на дисплее самого прибора, так и перенесены на персональный компьютер. ZFG 3000 GPS прекрасно подходит как для внутреннего контроля качества выполняемых работ, так и для документирования результатов измерений.
Преимущества:
- Простота использования
- Все измерения выполняются одним человеком
- Время одного измерения 3 минуты
- Не нужен противовес
- Применим в маленьких траншеях
- Получение результатов измерений с распечаткой протокола на бумажном носителе непосредственно в поле
- Карта памяти для простого переноса данных на ПК
- Полностью графический дисплей
- Батарея большой емкости
- Встроенный модуль GPS для определения координат измерений
- Высокая степень защиты от воды и пыли позволяет работать даже при плохих погодных условиях
Порядок измерений:
Шаг 1: Уложите нагрузочную плиту по всей ее плоскости на подлежащую испытанию поверхность и установите нагрузочное устройство на нагрузочную плиту.
Шаг 2: Соедините между собой механическую и электронную части при помощи кабеля. Включите прибор.
Шаг 3: Выполните предварительные сбрасывания груза, запустите процесс измерения и выполните три сбрасывания груза с целью выполнения измерений.
Шаг 4: Измерение закончено. Все данные сохранены в памяти, могут быть распечатаны и перенесены на внешний персональный компьютер.
Обработка результатов: Результаты каждого измерения записываются на карту памяти формата SD, их можно распечатать или же перенести на персональный компьютер для обработки в прилагаемом программном обеспечении.
Как работать плотномером?
Эксплуатационные возможности прибора, которые определяют границу его применяемости, таковы:
- Максимальная глубина внедрения измерительного наконечника, мм – 300.
- Усилие ударного воздействия на грунт, кг – 2,5.
- Поперечный размер конуса зонда, мм – 16.
- Угол при основании конуса, град – 60.
- Поперечный размер уплотняющего штампа, мм – 100.
- Диапазон практической оценки значений плотности материалов, КУ – 0,84…1,01.
КУ – коэффициент уплотнения, под которым понимают отношение фактической плотности грунта к аналогичному параметру в его сухом состоянии, при условии неизменности состава. Показатель КУ нормируется техническими требованиями ГОСТ 22733-2002.
Замер показателя плотности производят при помощи штанги, которую соединяют с наконечником. Для этого используют муфту-наковальню. В таком виде устройство динамический плотномер вертикально устанавливают на ровную поверхность, и, применяя гирю, вводят наконечник в материал. Глубину внедрения можно регулировать при помощи имеющейся на корпусе ручки, которая ограничивает высоту падения гири. Глубина должна быть достаточной, чтобы наконечник соприкоснулся с поверхностью наковальни. Для оценки плотности используют прилагаемые к плотномеру таблицы. В них приводятся графики зависимости количества ударов гири (которые следует нанести, чтобы измерительный стержень опустился на необходимую глубину) от коэффициента уплотнения.
Обычно указанные таблицы соответствуют наиболее распространённым типам грунтов – супесей, суглинков, пылевидного и мелкого песка.
В версии плотномера Д-51М имеется электронный блок-приставка, применение которого позволяет значительно повысить точность результатов зондирования грунта.
Конструкция и модификации
Динамический способ измерения плотности заключается в том, что определённый объём сыпучего материала взвешивается при его естественном падении с непрерывном потоке. Метод неприменим, если грунт резко неоднороден по фракциям, или забор исходного материала происходит с глубины более 300 мм, поскольку в этом случае влажность образцов оказывается резко неравномерной.
Динамическая плотность с применением динамического плотномера Д-51 (имеется и модернизированная версия прибора Д-51А, используя которую, можно определять динамическую плотность глинистых грунтов) устанавливается по величине относительного сопротивления внедрению в поверхность материала испытательного инструмента (зонда), по мере его ударного внедрения вглубь.
Части прибора:
- Сменный наконечник конической формы.
- Направляющая штанга.
- Гиря.
- Муфта-наковальня.
- Ручка.
При помощи динамического плотномера Д-51 можно производить не только простое, но и двойное зонидирование, точность которого заметно выше. Для этого вместо наконечника к зонду присоединяют специальный плоский штамп, при помощи которого можно выполнить дополнительное компактирование материала. Такой способ эффективен для грунтов, характеризующихся переменными показателями своей влажности.
По схожей технологии действует и универсальный плотномер ДПУ «Кондор», также используемый для оценки плотности песка и супеси.
Как работать плотномером?
Эксплуатационные возможности прибора, которые определяют границу его применяемости, таковы:
- Максимальная глубина внедрения измерительного наконечника, мм – 300.
- Усилие ударного воздействия на грунт, кг – 2,5.
- Поперечный размер конуса зонда, мм – 16.
- Угол при основании конуса, град – 60.
- Поперечный размер уплотняющего штампа, мм – 100.
- Диапазон практической оценки значений плотности материалов, КУ – 0,84…1,01.
КУ – коэффициент уплотнения, под которым понимают отношение фактической плотности грунта к аналогичному параметру в его сухом состоянии, при условии неизменности состава. Показатель КУ нормируется техническими требованиями ГОСТ 22733-2002.
Замер показателя плотности производят при помощи штанги, которую соединяют с наконечником. Для этого используют муфту-наковальню. В таком виде устройство динамический плотномер вертикально устанавливают на ровную поверхность, и, применяя гирю, вводят наконечник в материал. Глубину внедрения можно регулировать при помощи имеющейся на корпусе ручки, которая ограничивает высоту падения гири. Глубина должна быть достаточной, чтобы наконечник соприкоснулся с поверхностью наковальни. Для оценки плотности используют прилагаемые к плотномеру таблицы. В них приводятся графики зависимости количества ударов гири (которые следует нанести, чтобы измерительный стержень опустился на необходимую глубину) от коэффициента уплотнения.
Обычно указанные таблицы соответствуют наиболее распространённым типам грунтов – супесей, суглинков, пылевидного и мелкого песка.
В версии плотномера Д-51М имеется электронный блок-приставка, применение которого позволяет значительно повысить точность результатов зондирования грунта.
Пенетрометр в определении плотности грунтового пласта
Пенетрационный метод – распространённый способ экспресс диагностики характеристик грунта. Он основан на силе реакционного сопротивления породы при внедрении наконечника прибора под динамической или статической нагрузкой.
Основы измерения – степень плотности грунтового слоя определяется с помощью числа удельного сопротивления пенетрации. Расчёт ведётся по показателю прилагаемого усилия в момент опускания рабочего наконечника в породу. Показатель плотности – это значение, на которое отклоняется стрелка фиксатора, когда динамоматрическое кольцо деформируется под нагрузкой.
Как проверяется грунт по коэффициенту уплотнения?
Практическое применение таблиц заключается в том, что по шкале ординат выбранной таблицы проводится горизонтальная линия, отмечающая количество ударов, нанесённых гирей. После этого находим пересечение этой горизонтали с параболической кривой, соответствующей выбранному типу грунта и от этой точки восстанавливается перпендикуляр к оси абсцисс. В этом месте и считывается значение коэффициента уплотнения.
Если исследуемый грунт визуально неоднороден, то рядом – не ближе 300 мм от точки предыдущего внедрения зонда – производят следующий замер. Чрезмерное сближение точек измерения часто сопровождается обрушением полости, и искажает результат.
Рекомендуется вначале выполнить не менее 20 ударных циклов, чтобы обеспечить устойчивое заглубление измерительного зонда в исследуемый грунт. Затем, при следующих ударах, уже регистрировать в журнале их количество, тогда результат можно использовать для последующих работ с таблицами. Извлечение динамического плотномера Д-51 из грунта выполняют при помощи ручки.
Перед оценкой значений уплотнения рекомендуется установить относительную влажность исследуемого материала. Рекомендуется применять методики, которые установлены в ГОСТ 27733-2002 и в ГОСТ 5180-84.
Динамический электронный плотномер
Динамический электронный плотномер имеет электронно-вычислительное устройство, которое фиксирует измерения и на их основании рассчитывает показатели грунта. Такой плотномер состоит из съёмного штампа диаметром 150 мм или 300 мм, направляющего стержня, ударной гири, электронного устройства.
Для проведения измерения плотномер устанавливается на ровный участок грунта, на электронном устройстве задаётся количество испытаний, поднимается гиря до затворного механизма, затем затвор спускается, гиря падает и наносит удар, создавая нагрузку. Гиря может отскакивать вверх, и чтобы она не наносила повторный удар, её нужно подхватывать и поднимать обратно к затворному механизму.
Электронное устройство измеряет силу удара и деформацию грунта после каждого удара и на основе средних данных вычисляет максимально упругость грунта и допустимую нагрузку на него в МПа.
К этой статье есть подборка видео (количество видеороликов: 1)
В этой статье рассмотрены основные типы грунтов — скальный, крупнообломочный, песчаный и глинистый, каждый из которых имеет свои свойства и отличительные признаки.
Несущая способность грунтов – это его основанная характеристика, которую необходимо знать при строительстве дома, она показывает какую нагрузку может выдержать единица площади грунта. Несущая способность определяет, какой должна быть опорная площадь фундамента дома: чем хуже способность грунта выдерживать нагрузку, тем больше должна быть площадь фундамента.
Песчаный грунт более чем на половину состоит из частиц песка размером меньше 5 мм. В зависимости от размера частиц подразделяется на гравелистый, крупный, средний и мелкий. Каждый вид песка имеет свои свойства.
Глинистый грунт – это грунт, который более чем на половину состоит из очень мелких частиц размером менее 0,01 мм, которые имеют форму чешуек или пластин. К глинистым грунтам относятся супесь, суглинок и глина.
Коэффициент уплотнения грунта — это безразмерный показатель, исчисляющийся как отношение плотности грунта к его максимальной плотности и показывает насколько хорошо уплотнён грунт.
