RSS

Городской портал госуслуг
 

Методы определения плотности грунтов оснований зданий и сооружений

14:22 27.02.2017
В борьбе за повышение эффективности инвестиционной деятельности на современном этапе развития экономики первостепенное значение приобретает улучшение качества строительства. В системе мер, направленных на достижение высокого качества строительных работ, центральное место занимает контроль за качеством строительства.

Контроль за качеством строительства заключается в проверке соответствия строительных работ, а также строительных материалов и изделий, от которых зависит качество строительной продукции, требованиям проектов, СНиП технических регламентов, стандартов.

Результаты некачественной работы могут привести не только к значительным экономическим потерям, но и привести к аварийной ситуации, которая в свою очередь может угрожать жизни и здоровью. Поэтому контроль качества строительства, а именно качество произведенной работы, на сегодняшний день является основным в сфере строительного контроля.

Работы с основаниями и фундаментами зданий и сооружения являются основополагающими при строительстве объектов. Сооружение будет считаться надежным и безопасным только в том случае, если правильно и четко выполнены все рабочие процессы. Одним из важнейших этапов является нулевой цикл, который включает в себя работы по подготовке грунта, установке инженерных сетей, строительстве самого фундамента. Контроль качества строительства на данном этапе чрезвычайно важен, так как результаты некачественно-произведенных работ могут проявиться не сразу, а спустя несколько лет после ввода в эксплуатацию.

В данной статье будут описаны основные методы определения плотности грунтов оснований зданий и различных сооружений при строительном контроле.

Существуют две основных группы методов определения степени уплотнения грунтов оснований:

Косвенный метод – основанный на экспресс методах определения физико-механических параметров;

Прямой метод – основан на лабораторных испытаниях.

1. Косвенные методы определения плотности грунтов оснований зданий и сооружений.

1.1. Определение плотности грунта электромагнитным методом (на примере прибора SDG-200).

DSC_0223.JPGПринцип работы прибора – электромагнитный, что выгодно отличает прибор SDG 200 от радиоизотопных приборов предыдущего поколения (методы радиоизотопных определений плотности и влажности ГОСТ 23061-2012). Электрическое поле передается через материал от контактной пластины прибора SDG 200, при этом измеряется полное сопротивление, которое используется при вычислении величины плотности для данного типа грунта.

Рис 1. Измерение плотности грунта прибором SGD-200.



Одно измерение включает в себя 5 последовательных измерений, выполненных по схеме «клеверный лист»






89.jpg

Достоинства:

  • Широкий диапазон измеряемых параметров (основное преимущество);
  • Относительная простота схемы измерений.

Для правильной работы прибор SDG-200 необходимо настроить на тот тип грунта, который будет оцениваться с его помощью. С этой целью образцы грунта, отобранные на участках проведения работ однократно испытывают в лаборатории, определяя следующие параметры:

  • Гранулометрический состав
  • Максимальную плотность
  • Оптимальную влажность
  • Предел пластичности
  • Предел текучести
  • Поправку по плотности (поправка вносится в прибор после того, как внесены все предыдущие параметра, и сделан контрольный замер на испытываемом грунте, поправка рассчитывается как разница между показаниями прибора и плотностью образцов, отобранных с данного покрытия, определенной в лаборатории)

Недостатки:

· Погрешности измерений при неверных настройках параметров свойств оследуемого грунта (основной недостаток);

· Достаточно-длительное время проведения измерения при малом участке обследования.

Точность показаний прибора SDG-200 напрямую зависит от точности вводимых в прибор данных. После того как данные грунту внесены в прибор, пользователь сохраняет их и прибор готов к работе на данном типе грунта.

1.2. Определение плотности грунта методом штампа (на примере прибора ПДУ-МГ4 УДАР).

90-1.jpgПлотномер грунта динамический электронный ПДУ-МГ4 «Удар» и ПДУ-МГ4.01 «Удар» - прибор для измерения и определения плотности грунта предназначены для определения динамического модуля упругости грунтов и оснований дорог по методу штампа, имитирующему проезд автомобиля по дорожному покрытию.

90-2.jpg Плотномер состоит из нагрузочной плиты, с закрепленными на ней тензодатчиком силы, акселерометром и упругим элементом, штанги с грузом и электронного блока.

Плотномер ПДУ-МГ4 «Удар» имеет нагрузочную плиту увеличенного диаметра (300 мм) при массе падающего груза 10 кг, что позволяет применять плотномер на крупноблочных и щебеночных основаниях.

Плотномер ПДУ-МГ4.01 «Удар» имеет массу падающего груза 5 кг и диаметр нагрузочной плиты 200 мм.

Параметры силового взаимодействия нагрузочной плиты с контролируемым основанием поступают в электронный блок и обрабатываются микроконтроллером.

Результаты испытания (модуль упругости, нагрузка и деформация) отображаются на графическом дисплее и автоматически архивируются.

Плотномеры снабжены функцией связи с ПК с возможностью последующей обработки данных и распечатки протокола испытаний.

1.3. Определение плотности грунта с помощью пенетрометров.

Самые распространенные на сегодняшний день экспресс-методы определения плотности грунтов оснований на строительных объектах – пенетрационные методы, основанный на силе реакционного сопротивления грунта при погружении рабочего наконечника плотномера под статической/динамической нагрузкой.

1.3.1. Пенетрометр типа В-1.

DSC_0201.JPG

Принцип действия: степень уплотнения грунта оценивают показателем удельного сопротивления пенетрации, определяемым расчетом по величине прилагаемого усилия при заглублении рабочего наконечника. Плотность грунта определяется отклонением стрелки индикатора, возникающим при деформации динамометрического кольца.

91.jpg

Фактическое значение степени уплотнения определяется исходя из полученных результатов замеров по таблице 1 с учетом типа грунта (для примера показаны значения для наконечника D=11,3 мм).

Таблица 1.

Показания индикатора для наконечника D=11,3 мм

Степень уплотнения

Песок

Супесь

Суглинок

1,00

68

79

45

0,99

45

45

-

0,98

37

28

28

0,95

23

19

17

0,93

17

11

9

1.3.2. Пенетрометр типа S086.

налоговый вариант пенетрометра В-1, но применим в основном для определения плотности связных (глинистых) грунтов.

Принципиальное отличие от В-1 состоит в рабочей части прибора: вместо цилидро-образного наконечника используется конусовидный, что дает возможность измерить не только степень уплотнения материала, но и коэффициент угла внутреннего трения-сцепления (прочностные характеристики грунта).

DSC_0359.JPG

Рис 4. Измерение плотности с помощью пенетрометра S086.

1.3.3. Пенетрометр типа ПСГ-МГ4.

93.jpg

Пенетрометр статического действия ПСГ-МГ4 так же предназначен для ускоренного контроля качества уплотнения грунта и прочностных характеристик грунтов земляного полотна , а именно: угла внутреннего трения, удельного сцепления, модуля упругости.

Сам прибор состоит из тензометрического сило-измерительного устройства и электронного блока с графическим дисплеем.

По принципу действия ничем не отличается от пенетрометров типа В-1 и S086 и имеет те же недостатки. К достоинствам можно отнести широкий спектр определяемых параметров и повышенную точность измерений (по сравнению с другими плотномерами) за счет встроенных тензодатчиков и электронной обработке данных.





1.3.4. Динамический плотномер типа Д-51.

94.jpgПредназначен для оперативного контроля степени уплотнения песчаных и пылевато-глинистых грунтов в земляных сооружениях в процессе строительства (без отбора образцов грунта).

Принципиальное отличие данного плотномера от ранее описанных состоит в методе проведения испытаний и измерений. Здесь метод динамического зондирования основан на определении сопротивления грунта погружению зонда (рабочей части прибора) под действием ударов груза постоянной массы, свободно падающий с заданной высоты.

К недостаткам можно отнести более длительное время измерения, по сравнению с пенетрометрами.

Ранее, в статье «Недостатки применения косвенных методов при оценке качества уплотнения строительных конструкций из несвязанных грунтов» (http://ceiis.mos.ru/presscenter/news/detail/3909015.html) уже были описаны основные недостатки определения прочностных свойств грунтов.

Несмотря на разнообразие методик, способов и разновидностей приборов по определению физических и механических параметров грунтов, описанных выше – все они относятся к косвенным методам определения, а, следовательно, полученные данные не могут считаться единственно верными для объективной оценки качества физико-механических параметров.

2. Прямые методы определения плотности грунтов зданий и сооружений.

2.1. Определение плотности грунта методом замещения объема.

Методика регламентируется ГОСТ 28514-90 «Определение плотности грунтов методом замещения объема». Данный стандарт регламентирует два способа измерения плотности грунтов:

· Определение плотности с помощью пескозагрузочного аппарата;

· Определение плотности с помощью аппарата с резиновым баллоном.

2.1.1. Определение плотности с помощью пескозагрузочного аппарата.

95.jpg

Рис 5. Схема пескозагрузочного аппарата.

1 - пескобак; 2 - песок; 3 - задвижка; 4 - загрузочная камера; 5 - лист основания; 6 - лунка; 7 - калибровочный сосуд

В качестве однородной среды с известной плотностью, которая заменяет испытываемый грунт, применяют свободно сыпучий сухой песок (наполняющий песок), зерновой состав которого отвечает формулам:

ф1.jpg

2 мм > d > 02 мм, (2)

где d - крупность зерен наполняющего песка, мм;

dmax- крупность зерен, выраженная максимальным размером квадратной ячейки верхнего контрольного сита, не более 2 мм;

dmin- крупность зерен, выраженная минимальным размером квадратной ячейки нижнего контрольного сита, не менее 0,2 мм.

При повторном использовании наполняющий песок должен быть пропущен через сита с размером отверстий, соответствующим максимальному и минимальному размеру частиц песка, используемого для проведения испытания.

Пескобак аппарата с закрытой задвижкой полностью наполняют песком и определяют его массу (m1). Загрузочную камеру устанавливают на отверстие в металлическом листе. Открывают задвижку, после чего песок высыпается на горизонтальную поверхность. Затем задвижку закрывают, аппарат снимают с листа основания и снова определяют его массу (m1).

Массу песка, высыпанного из пескобака в загрузочную камеру конической формы (m2), вычисляют в граммах с округлением до 1 г по формуле:

m2=m1-m'1, (3)

где m1 - масса пескозагрузочного аппарата, наполненного песком, г;

m'1 - масса пескозагрузочного аппарата после наполнения загрузочной камеры, г.

Определяют массу пескозагрузочного аппарата, вновь полностью наполненного песком (m1), и при закрытой задвижке помещают аппарат на лист основания, а лист основания - на отверстие калибровочного сосуда.

Открыв задвижку, дают высыпаться песку и, как только прекратится движение песка, вновь закрывают задвижку. После этого, сняв аппарат, измеряют его массу (m3).

Значение массы песка (m0), наполняющего калибровочный сосуд, определяют в граммах с округлением до 1 г по формуле

m0= m1- (m2+ m3), (4)

где m1 - масса пескозагрузочного аппарата, наполненного песком, г;

m2 - масса песка, высыпанного из пескобака в загрузочную камеру конической формы, г;

m3 - масса пескозагрузочного аппарата после наполнения калибровочного сосуда, г.

Значение плотности наполняющего песка (p0) граммах на кубический сантиметр определяют с округлением до 0,01 г/см3 по формуле:

ф2.jpg

где m0 - масса песка, необходимая для наполнения калибровочного сосуда, г;

V - объем калибровочного сосуда, см3.

За результат определения плотности наполняющего песка (98.jpg) принимают среднее арифметическое значение результатов двух параллельных измерений, если их значения отличаются друг от друга не более чем на 0,01 г/см3. Если отличие больше, то следует повторить испытание.

Проведение испытания

На поверхности подлежащего испытанию слоя разравнивают площадку, соответствующую размерам листа основания, и на эту поверхность помещают лист основания и закрепляют его, исключая возможность смещения. Под круглым отверстием листа выкапывают лунку с примерно вертикальными стенками таким образом, чтобы избежать нарушения естественного сложения.

Извлеченный из лунки грунт тщательно собирают и измеряют его массу (m).

Полностью наполненный песком пескозагрузочный аппарат массой m1 (при закрытой задвижке) помещают на лист основания, расположенный над лункой, затем, открыв задвижку, высыпают песок в лунку. Как только визуальное движение песка прекращается, закрывают задвижку и, сняв аппарат, измеряют его массу (m4).

Значение массы песка, наполняющего лунку (m5), в граммах, определяют с округлением до 1 г по формуле:

m5=m1-(m2+m4), (6)

где m1 - масса пескозагрузочного аппарата, наполненного песком, г;

m2 - масса песка, высыпанного из пескобака в загрузочную камеру конической формы, г;

m4 - масса пескозагрузочного аппарата после наполнения лунки, г.

Значение плотности испытываемого грунта определяют в граммах на кубический сантиметр с округлением до 0,01 г/см3 по формуле:

ф3.jpg

где m - масса испытываемого грунта, удаленного из лунки, г;

m5 - масса песка, наполняющего лунку, г;

p0 - средняя плотность наполняющего песка.

2.1.2. Определение плотности с помощью аппарата с резиновым баллоном.


99.jpg


Рис 6. Схема аппарата с резиновым баллоном.

1 - изъятый грунт; 2 - шкала для считывания; 3 - калиброванный цилиндр; 4 - поршень; 5 - вода; 6 - застопоренный лист основания; 7 - резиновый баллон с толщиной стенки от 0,25 до 0,50 мм

Значение плотности грунта (r) определяют в граммах на кубический сантиметр с округлением до 0,01 г/см3 по формуле:

ф4.jpg

Недостатком данного метода является большая погрешность измерений. При замещении малых объемов возникает коэффициент масштабности , в виду наличия большого коэффициента масштабности в связи чем больший объем материала замещается, тем большая точность вычисления параметра плотности.

2.2. Определение плотности грунта путем отбора монолитных образцов.

Принцип отбора и схема испытаний описывался ранее в статье «Геотехконтроль: определение коэффициента уплотнения грунта» (http://ceiis.mos.ru/departments/the-division-of-soil-survey-and-constructive-layers-of-road-clothes/lessons-heatercontrol/):

Сущность метода заключается в отборе монолитных образцов (образцов ненарушенного сложения) по ГОСТ 12071-2014 непосредственно из конструкции (или из монолитных образцов в лаборатории) с помощью колец-пробоотборников методом «режущего кольца» и определению плотности по ГОСТ 5180-2015.

100.jpg

Существуют множество вариантов грунтовых пробоотборников, но их принципиальное отличие заключается в объеме: ПГ-200 – объемом 200 см3, ПГ-400 – объемом 400 см3 и т.д.

В самом комплекте пробоотборников входят: кольца-пробоотборники, насадка на пробоотборник, устройство для задавливания. Так же есть вариант пробоотборника, модель которого снабжена установленным упором для ноги для облегчения отбора:

101.jpg

Рис 8. Пробоотборник GeoSampler с ножным упором.

Отбор монолитных образцов показывает самые точные данные по физико-механическим характеристикам, но требует участия лаборатории, а, следовательно, более длительного времени на проведения испытаний.

Подводя итог, несмотря на многообразие приборов и методик определения плотности грунтов оснований сооружений, самым точным является метод отбора монолитных образцов (проб). Косвенные методы могут применяться только для выявления наиболее слабых участков,  для объективной же оценки произведенной работы необходимо пользоваться услугами лаборатории.


Если вы нашли ошибку: выделите текст и нажмите Ctrl+Enter

Сообщение об ошибке

Неверно заполненное поле
Неверно заполненное поле
Неверно заполненное поле
Неверно заполненное поле
Неверно заполненное поле
Неверно заполненное поле
Неверно заполненное поле
Неверно заполненное поле
*
CAPTCHA Обновить код
Play CAPTCHA Audio

Версия для печати