Для визначення складу грунту, його несучої здатності, найбільш ефективного дослідження земної пласта в природних умовах залягання використовується статичне зондування. Глибина опускання зонда відповідає 10 м, але допускається менша, якщо пласт корінних ґрунтових порід проходить близько до поверхні. При неглибокому заляганні щільних грунтів, їх незв'язної консистенції або глинистих породах дозволяється опускати дослідницький зонд тільки на глибину 5 м. Для того щоб визначити, що під зондовим конусом розташовується шар достатньої потужності, бурят одну свердловину. За її дослідженням визначають потрібну глибину зондування.

Дослідницькі цілі зондування грунту

ГОСТ 20069-1974 містить нормативи і правила статичного зондування.

Процедура проводиться для виявлення:

  • характеристики геологічного елемента в умовах природного залягання (потужності шару, межі певної ділянки ґрунту, складу і стану на момент дослідження);
  • кордонів однорідних пластів по глибині і площі поширення;
  • глибини залягання верхньої межі потужних скельних грунтів, великоуламкових ґрунтових пластів;
  • статичні випробування приблизно оцінюють фізико-механічні властивості землі;
  • визначається межа опірності, бічне опір грунту під зондом;
  • для штучно насипаних грунтів проводиться дослідження ступеня ущільнення.

суть процедури

Статичне зондування ґрунтів проводиться для визначення механічних і фізичних властивостей грунтового шару, тому в результаті отримують нормативні характеристики грунту. При обробці даних дослідження спочатку визначають середнє арифметичне показання за результатами одного опускання зонда для з'ясування характеристик шару. Для остаточного результату зіставляють середні показники по всім проведеним точкам зондування на обраній площадці.

Процес дослідження здійснюється циклами, які містять такі операційні процедури:

  • виконується поступове рівномірне вдавлення стержня з періодичної фіксацією показань фізичних і механічних властивостей грунту приблизно через 20 см;
  • проводиться запис на діаграмних автоматичних стрічках всіх показань дослідження грунту;
  • для нарощування подальшого нафтового ділянки піднімається шток домкрата;
  • статичне зондування закінчується при досягненні приладом шуканої обраної глибини або максимальних навантажень на конус зонда.

Загальні питання по зондування

При опусканні зонда свідчення опору ґрунтових шарів знімають під наконечником приладу і на бічних його стінках. Метод статичного дослідження застосовують як самостійне випробування або поєднують з іншими інженерними та геологічними визначеннями характеристик грунту. У процесі досліджень отримують значення товщини кожного шару, виявляють утворилися лінзи грунту, межі розташування різних типів грунтів, поводять оцінку їх поточного стану.

Всі ці усереднені показники використовують для визначення можливості забивання паль, розрахунку глибини їх опускання в грунт, виводять дані для встановлення граничної глибини пальового підстави, знаходять оптимальні місця для розташування дослідних майданчиків.

Після проведення польових досліджень статичним дослідженням грунту отримують такі дані:

  • про питомому опорі грунту під вістрям конуса, виражається в МПа (кгс / см 2);
  • про опір земляного шару на бічній стороні муфти конуса, одиниця виміру - кн.

Результати статичного зондування виходять достовірними, якщо проведення робіт проходить за заздалегідь затвердженим планом і оформленим за всіма правилами завданням на здійснення геологічних та інженерних випробувань.

Устаткування для зондування грунту

Установка, що застосовується для проведення випробування, складається з наступних частин:

  • наконечник і штанга, разом утворюють зондуючого пристрій;
  • пристрій по типу домкрата, призначене для вдавлення наконечника в грунт, і пристосування, витягає зонд;
  • для обпирання установки - статично урівноважена станина, закріплена анкерами;
  • вимірювальні і зчитувальні пристрої з можливістю фіксації на гнучкому носії.

Зонди з наконечниками використовуються трьох поширених типів. Перший вид наконечника складається з кожуха і самого конуса. Другий тип зонда оснащений наконечником з муфти тертя конусної форми. Третій наконечник має в комплекті муфту тертя, конус і розширювач. Метод статичного зондування вимагає, щоб, незважаючи на застосовувану конструкцію зонда, його підстава по площі відповідало 10 см 2. Кут при конусної вершині становить 60º.

За технологією потрібно, щоб діаметр муфти зовні дорівнював цим показником підстави корпусу, а її довжина становила 31 см. Діаметр штанги зовні - 36 см для зонда 1-го типу, а два других виду допускають діаметр до 55 см. Приймається цей розмір виходячи з технологічних розрахунків.

Підготовчі роботи

За експлуатаційної інструкції, яка видається виробником при покупці машини, проводять періодичне випробовування обладнання і його перевірку. Працездатність визначають після покупки установки і перед її використанням на полігоні. Випробування проводять не рідше одного разу на три місяці, а також обов'язково після ремонту і заміни будь-який з запчастин. Отримані результати перевірки оформляють відповідним актом.

Установка статичного зондування постійно піддається зносу, відбувається часткова втрата прямолінійності штанги, тому через кожні 15-20 точок занурення збирають ланки в ділянку не менше 3 м і перевіряють пряму лінію. Відхилення допускаються не більше 5 мм по всій довжині. Перевірка стосується і висоти наконечника зонда, яка не допускає зменшення довжини більш ніж на 5 мм.

При розмітці точок занурення використовують геодезичні нівеліри і теодоліти, на зазначених місцях виставляють маяки по висоті і вертикалі. Після проведення статичного зондування повторно перевіряють правильність розташування точок. Якщо через геологічні особливості місцевості не встановлюються маяки, то роблять планування грунту для поліпшення умов. Щогла зондування не відхиляється більш 5º, інакше результати вважаються спірними.

проведення зондування

Статичне зондування виконується відповідно до порядку, передбаченого в інструкції по експлуатації польових установок. Отримані результати обов'язково через періодичні проміжки фіксуються на гнучкій стрічці при швидкості вдавлення 1 м в хвилину. Занурення вважається закінченим, якщо на зонд чиниться тиск заданої величини.

Крім гнучкого носія результати проведених випробувань записуються в спеціальні журнали. Свердловину після роботи тампонируют землею і позначають знаком, на якому стоять дані випробувальної точки і найменування організації, що проводила процедуру. В обов'язковому порядку відновлюють грунт, пошкоджений в процесі робіт.

Обробка отриманих даних

Всі отримані характеристики грунту оформляють у вигляді наочних графіків, де по глибині відміток зондування змінюються показання. Для побудови використовують діаграмні стрічки або дані записів в журналі зондування. Всі графіки виконують в одному масштабі, його зміна дозволяється при збереженні співвідношення між вертикальними і горизонтальними координатами. Якщо поруч розташовані гірничі виробки, то їх показують на графіку окремими лініями.

Класифікація та види грунтів

Підземні грунти різноманітні за хімічним складом, кристалічною структурою і характером розташування в шарі. Підрозділ грунтів проводиться відповідно до СНиП II-15-1974 ч. 2.

Скельні грунти являють собою жорсткі грунтові відкладення, що залягають щільним масивом, іноді допускаються тріщинуваті ділянки. До них відносяться магматичні породи (граніти), осадові відкладення (конгломерати, піщаний грунт), метаморфічні шари (сланці, гнейси, кварцити). Грунтові освіти подібного типу відрізняються великою міцністю при стисканні, добре пручаються замерзання, є відмінним підставою під будівництво.

Якщо скельні ґрунти характеризуються наявністю тріщин, то їх показники погіршуються в плані промерзання і міцності. Таку грунт ділять на групи, що визначаються за змістом солей, здатності до розм'якшення і розчинності у воді.

Нескельні грунти утворюються осадовим способом в природних умовах і не містять в своїй решітці жорстких структурних зв'язків. Залежно від розміру часток їх ділять на великоуламковий, піщаний грунт, глинисто-пилуваті і біогенні скупчення.

Характеристика великоуламкових грунтів

До них відносяться незв'язані шматки гірських утворень, в яких переважають уламки величиною до 2 мм, і їх міститься в масі не більше 50%. За формою і величиною гранул розрізняють такі види грунтів: валунний, глибовий, щебенево, галечникові, гравійний і дресвяний. Вважаються відмінним підставою для важких будівельних і механічних конструкцій, якщо розташовуються на попередньому щільному шарі. Стискання під дією навантаження відзначається незначне. Добре якщо в загальній масі грунту міститься до 40% піску або глинистого і пилового заповнення, що дає додаткові характеристики.

Показники піщаних грунтів

У своєму складі ці типи грунтів містять мінерали і зерна кварциту розміром не більше 2 мм. Глинистих складових - не більше 3%, що призводить до втрати пластичності. Залежно від крупності зерна піщані ґрунти ділять на види:

  • пил складають крупиці діаметром від 0,05 до 0,005 мм;
  • крейди фракція діаметром понад 0,1 мм;
  • середня крупність діаметром понад 0,25 мм;
  • великий діаметр частинок становить 0,5 мм і більше;
  • гравелистий вид містить в складі вкраплення діаметром більше 2 мм.

Несуча здатність піщаної основи підвищується зі збільшенням крупності зерен. Непластичні піщані ґрунти мають невисоким ступенем стиснення, після початку дії навантаження осаду швидко припиняється. Грубозернисті види піщаних грунтів в процесі навантаження підвищують щільність і, відповідно, міцність.

Такі типи грунтів, як піщані з додаванням глини, в деяких випадках проявляють здатність до осідання і набухання. Перша виникає під дією власної ваги і намочування, другий збільшує обсяг грунту, а при висиханні він зменшується, що призводить до тріщин і втрати міцності.

глинисті породи

Грунти, що відносяться до глинистих видам, містять в своєму складі дрібні лускаті частинки діаметром не більше 0,005 мм. Допускається вкраплення невеликого числа пилуватих піщаних зерен. Глинистий грунт відноситься до пучинистих породам, так як тонкі капіляри і великі площини між частинками для утримання вологи призводять до швидкого насичення водою, що руйнує цілісність пласта при дії заморозків. Глинисті грунти ділять на наступні:

  • глини - містять глинистих лусочок більше 30%;
  • суглинки - кількість лусочок зменшується до 10-30%;
  • супеси характеризуються соедржаніем від 3 до 10% лусочок.

Глинисті види грунтів змінюють міцність в залежності від вологості. Сухі витримують значне навантаження. Від змісту глинистих частинок залежить показник пластичності і текучості.

Підстави, які при розтині починають рухатися, виявляючи велику плинність і в'язкість, називають пливунами. До їх складу входять піщаний пил, глинисті лускаті частинки, мулисті добавки. Пливуни містять багато вологи, яка призводить масу в майже рідкий стан. Грунти такого складу діляться на істинні пливуни і нетрадиційні. Перші в складі містять багато глини і колоїдних вкраплень, що характеризуються швидким насиченням і поганий вологовіддачею. Їх опливаніе відбувається при вмісті вологи в кількості 6-9%, перехід в текучий стан спостерігається після додавання вологи в кількості 15-17%.

До нетрадиційних пливуни відносять піщані пласти, що не містять глини. Ці грунти відрізняються високим сприйняттям вологи і здатністю швидко віддавати її. Переходять в поточний стан, і такі властивості ґрунтів роблять їх застосування в будівництві неможливим.

Механічні та фізичні характеристики

Важливим показником є ​​гранулометричний склад, який дозволяє з'ясувати, скільки в процентному відношенні частинок міститься в масі. До стандартизованим часткам, придатним для виявлення, відносять зерна: 40 мм - галька, від 0,25 до 2 мм - пісок, 0,05-0,25 мм - пил, 0,005-0,05 мм - пилові частинки, до 0,005 мм - глинисті лусочки.

Питома вага показує, скільки важить один кубічний метр ґрунту, для різних порід він становить від 1,5 до 2,0 т на 1 м3. Коефіцієнт пористості виявляє ставлення загального числа пір до всього обсягу грунту. Показник вологості визначає ставлення маси міститься вологи до ваги цього ж обсягу в сухому стані.

Показник зв'язності дозволяє виявити здатність дрібних зерен і частинок залишатися в цілісному вигляді при навантаженні. Глинисті грунти мають найвищий показник, у піщаних пластів взаємне зчеплення частинок повністю відсутня.

Пластичністю називають властивість породи змінювати форму під дією навантаження і залишатися в незмінному вигляді після її видалення. Найвищий показник - у глинистих порід, найменші значення проявляють піски і гравелисті підстави.

Статичне зондування виявляє показник міцності досліджуваного шару. Міцністю називається здатність залишатися в незруйнованому стані при впливі навантаження.

Важливою характеристикою породи є опірність зрушенню. Переміщення одного шару відносно другого відбувається за певними площинах ковзання. При дії навантаження частки чинять опір зрушенню, величина зчеплення і утворює шуканий показник.

Вічна мерзлота

Підземні води утворюють не тільки скупчення рідини всередині пластів, а й тверде утворення льоду. Вічною мерзлотою називають кріолітовий області, що складаються з крижаних нашарувань. Вони утворюються в горах, на поверхні рівнин з великим ступенем мінералізації і під землею. Багаторічна мерзлота формується в областях з постійними тектонічними заміщеннями горизонтів вологими породами або в результаті промерзання раніше накопичилася рідини в підземних шарах.

Майже у всіх районах мерзлоти зустрічаються міграційні крижані скупчення. Замерзла в результаті багатьох років порода є результатом тривалого накопичення холоду в масі підземних пластів. Багато дослідників говорять про її багатовіковому існування ще з давніх часів. В результаті усталеного суворого клімату в місцях, де розташовується багаторічна мерзлота, руйнування крижаних пластів не передбачається, якщо не порушується природна рівновага в результаті діяльності людини. При використанні в якості підстави для будівництва пластів з мерзлими грунтами звертають увагу на дбайливе ставлення до цілісності поверхні, в іншому випадку може статися порушення усталеного рівноваги.

Лінзи в грунті і глибина промерзання

Вічна мерзлота розвивається неоднаково в межах великої території. Іноді зустрічаються окремі плями, а часом цілі області без перерви становить мерзлота. Дослідження шару талого грунту не завжди визначають наявність в ньому лінз - замерзлих ділянок крижаного скупчення. Якщо будинок будується в області талого грунту і була пропущена лінза, а воно частково розташовується над нею, то тепло від конструкції під час експлуатації розтоплює крижане скупчення, і створюються непрогнозовані просадки або зсуви.

Іноді крижані лінзи формуються штучно в результаті порушення природного теплообміну між поверхнею грунту і глибинами.

Законсервований в глибині лід спучується при підвищенні температури, деформуючи грунт. На міцність підстави впливають не тільки окремі крижані лінзи, але і природна глибина промерзання грунту. Показник розраховується для найбільш холодного періоду в даній місцевості. При цьому в розрахунок закладається максимальна вологість породи і умови відсутності снігу на поверхні.

Глибина промерзання враховується при закладці підстави під будівництво будівель і споруд, при цьому підошва фундаменту заглиблюється нижче прийнятої позначки промерзання. У розрахунку виходить показник, який трохи перевищує реальну глибину промерзання. Його приймають за основу, так як розрахунок ведеться на ті випадки, коли збіг обставин призводить до найгірших умов експлуатації.

На закінчення слід зазначити, що дослідження ґрунтових пластів методом статичного зондування допомагає розширювати області проживання людини за рахунок зони вічної мерзлоти і крайньої Сибіру, ​​будувати там сучасні селища і переробні комбінати.