Приложение D (справочное). Влияние грунтовых условий и оборудования на результаты динамического зондирования

Приложение D
(справочное)

Влияние грунтовых условий и оборудования на результаты динамического зондирования

D.1 Введение

D.1.1 Общие положения

На полученные результаты могут оказывать влияние следующие факторы:

- влияние грунтовых условий вследствие зависимости сопротивления зондированию от напряженно-деформированного состояния грунта;

- влияние оборудования.

При выборе и эксплуатации оборудования для исключения неправильного толкования результатов динамического зондирования эти факторы следует учитывать, равно как и данные прямых исследований, например отбора проб в соответствии с prЕН ИСО 22475-1.

D.1.2 Влияние грунтовых условий

D.1.2.1 Влияние типа, характера напластований и характеристик грунта

Для крупнозернистых грунтов на результаты зондирования оказывают влияние помимо плотности структура, форма и шероховатость зерен, гранулометрический состав, тип минерала, степень цементации и напряженно-деформированное состояние.

Примеры влияния типа грунта, характера напластований грунтов и характеристик грунтов приведены в D.2-D.4.

Пример влияния граничной глубины приведен в D.5.

В отношении мелкозернистых грунтов трение штанг может оказывать значительное влияние на регистрируемое число ударов. Применение бурового раствора и воды может уменьшить этот эффект (см. D.3).

D.1.2.2 Влияние подземных вод

В крупнодисперсных грунтах при прочих равных условиях ниже уровня подземных вод число ударов будет меньше. Это особенно заметно для грунтов с низким сопротивлением зондированию. Примеры влияния подземных вод приведены в D.6.

В глинистых грунтах при прочих равных условиях ниже уровня подземных вод число ударов может оказаться равным или более высоким.

D.1.3 Влияние оборудования

На сопротивление зондированию могут влиять следующие параметры оборудования:

- диаметр конуса;

- длина штанги;

- отклонение штанги;

- энергетические потери в системах привода.

Примеры влияния отдельных параметров оборудования приведены в D.7.

D.2 Примеры результатов динамического зондирования в крупнозернистых грунтах

При прочих условиях, справедливо следующее:

a) сопротивление зондированию возрастет более чем линейно с увеличением степени плотности грунта; таким образом, с помощью динамического зондирования может быть выявлено изменение степени плотности, например в результате глубокого уплотнения;

b) грунты, состоящие из крупных частиц или частиц с острыми краями, обладают более высоким сопротивлением зондированию, чем грунты, имеющие круглые и гладкие частицы;

c) окатанные обломки породы и валуны могут значительно увеличивать сопротивление зондированию;

d) гранулометрический состав (коэффициент однородности и кривая гранулометрического состава) влияет на сопротивление зондированию;

e) сопротивление зондированию значительно возрастает при цементации.

1 - средне- и крупнозернистый песок; I_D - степень плотности; d - глубина

Рисунок D.1 - Изменение сопротивления зондированию однородных грунтов обратной засыпки с глубиной в зависимости от степени плотности грунта I_D

Испытания проводились в шурфе, в котором были отсыпаны слоями различной относительной плотности средне- и крупнозернистый песок. Сопротивление зондированию резко возрастало с увеличением степени плотности грунта. Показания, таким образом, становились более чувствительными.

На рисунке D.2 показано увеличение сопротивления зондированию, когда тонкие слои грунта включали в себя отдельные окатанные обломки пород. Локально отмечаемые пики сопротивления зондированию не являются критерием несущей способности всего слоя.

1 - супесь, мелкий песок со слоями камней; d - глубина

Рисунок D.2 - Увеличение сопротивления зондированию вследствие наличия включений окатанных обломков пород

Рисунок D.3 показывает, что сопротивление зондированию изменяется более резко в крупнозернистых грунтах, чем в мелкозернистых. Диапазон изменчивости больше в гравии, чем в песках.

Абсолютные отклонения в сопротивлении зондированию, полученные с помощью легкого динамического зонда (DPL), не только являются результатом различных относительных плотностей грунтов, но и большим сопротивлением зондированию вследствие смещения или разрушения вкрапленных, более крупных частиц.

1 - супесь, песчаная; 2 - супесь; 3 - гравий; d - глубина

Рисунок D.3 - Изменение сопротивления зондированию в мелко- и крупнозернистых грунтах

Рисунок D.4 показывает влияние сцементирования частиц песчаного слоя на сопротивление зондированию легкому динамическому зонду (DPL). Этот тип цементации может быть не выявленным при бурении. Цементация наблюдается в разведочных шурфах.

1 - суглинок; 2 - глина; 3 - среднезернистый песок (сцементированный); 4 - среднезернистый песок; d - глубина

Рисунок D.4 - Увеличение сопротивления зондированию в сцементированном среднезернистом песке

D.3 Примеры результатов динамического зондирования мелкозернистых грунтов

В мягких грунтах поверхностное трение вдоль штанг оказывает значительное влияние на сопротивление зондированию. Это может означать, например, что в грунте не выявляются полости.

Рисунок D.5 показывает, что в глине стандартное пенетрационное испытание (SPT) в отличие от испытания тяжелым динамическим зондом (DPH) дает фактически, одинаковые сопротивления зондированию. Это связано с тем, что поверхностное трение вдоль штанг было устранено в результате того, что SPT проводили в скважине.

1 - заполнение; 2 - супесь (песчаная, гравелистая); 3 - гравий (песчаный); 4 - глина; d - глубина

Рисунок D.5 - Увеличение сопротивления зондированию в результате поверхностного трения штанг тяжелого динамического зонда (DPH) по сравнению со стандартным пенетрационным испытанием (SPT)

На рисунке D.6 показаны DPM профили, полученные с помощью бурового раствора и без него. Буровой раствор снижает трение вдоль забивных штанг и позволяет выполнять зондирование на большие глубины. Данные зондирования скорректированы с учетом трения, измеренного по крутящему моменту.

DPM - динамическое зондирование без бурового раствора; DPM^a - динамическое зондирование с буровым раствором; I - почва; II - гравий; III - переработанная выветренная глина; IV - выветренная глина; V - невыветренная глина; d - глубина

Рисунок D.6 - Уменьшение поверхностного трения вследствие бурового раствора

На рисунке D.7 показаны данные рисунка D.6, скорректированные с использованием показаний крутящего момента для коррекции влияния трения на штанги. Коррекция снижает N_10M - значения и отображает воспроизводимый глубинный профиль с буровым раствором и без него. Все данные входят в одну полосу.

DPM - динамическое зондирование без бурового раствора; DPM^а - динамическое зондирование с буровым раствором; I - корка; II - гравий; III - переработанная выветренная глина; IV - выветренная глина; V - невыветренная глина; d - глубина

Рисунок D.7 - Пример влияния коррекции измерений на крутящий момент в мелкозернистом грунте

На рисунке D.8 показан результат динамического зондирования с использованием легкого динамического зонда (DPL) при разной структуре грунта:

a) супесь природного сложения;

b) супесь отсыпанная и слегка уплотненная.

а - супесь природного сложения; b - супесь отсыпанная и слегка уплотненная; 1 - средняя супесь, глинистая (лессовый суглинок); d - глубина

Рисунок D.8 - Сопротивление зондированию супеси природного сложения, а также отсыпанной и слегка уплотненной

Рисунок D.9 показывает, что разложившийся торф имеет очень низкое сопротивление зондированию.

1 - пылевая глина; 2 - торф (разложившийся); 3 - глина (песчаная, высокая степень пылеватости); d - глубина

Рисунок D.9 - Динамическое зондирование в разложившемся торфе

Рисунок D.10 показывает, что волокнистый, слегка разложившийся торф имеет высокое сопротивление зондированию, включая поверхностное трение. Аналогичные эффекты можно наблюдать в высокоорганических глинах и супесях.

1 - гравий и песок; 2 - торф (волокнистый); 3 - мелкий песок и супесь (слабоглинистые); d - глубина

Рисунок D.10 - Динамическое зондирование в волокнистом, слегка разложившемся торфе

D.4 Пример результатов динамического зондирования в смешанных грунтах

Поскольку приведенные выше факторы влияния для смешанных грунтов налагаются один на другой, вероятность некорректной интерпретации остается относительно высокой.

На рисунке D.11 показаны колебания в сопротивлении зондированию при использовании среднего динамического зонда (DPM) в различных типах грунтов. Эти колебания проявляются в большей степени в грунтах со смешанным гранулометрическим составом (например, супесчаном крупнозернистом песке) вследствие более высокого содержания крупных зерен, чем в мелкозернистых грунтах с органическими добавками (например, озерном мергеле).

1 - наполнение; 2 - глинистый песок, гравий, супесь; 3 - торф; 4 - озерный мергель с остатками растений; 5 - глинистый озерный мергель; 6 - супесчаный крупный песок с мелким гравием; d - глубина

Рисунок D.11 - Изменение сопротивления зондированию в различных грунтах

D.5 Пример результатов динамического зондирования на небольших глубинах

В крупнозернистых грунтах граничная или критическая глубина (от 1 до 2 м ниже поверхности земли) возрастает со степенью плотности и диаметром конуса. Кроме того, сопротивление зондированию резко увеличивается до тех пор, пока не будет достигнута граничная глубина.

Увеличение поверхностного давления (например при обратной засыпке) или дополнительное увеличение давления в грунте (например, от нагрузки на фундамент) может увеличить сопротивление зондированию.

На рисунке D.12 приведены два результата динамического тестирования с помощью легкого динамического зонда в разведочном шурфе, который был заполнен крупно- и среднезернистым песком одинаковой плотности по всей глубине. Испытание, проведенное от поверхности обратной засыпки, показало первоначальное увеличение сопротивления зондированию в зависимости от глубины, далее оно фактически не менялось. После удаления слоя толщиной 1,30 м было проведено второе испытание. В ходе этого испытания, начиная с новой поверхности, первоначально было отмечено уменьшение сопротивления зондированию в зонах, расположенных вблизи поверхности, по сравнению с первым испытанием, далее после резкого увеличения сопротивления зондированию были получены одинаковые значения при больших глубинах, чем в ходе первого испытания, т.е. от поверхности засыпки.

а - испытание от поверхности засыпки; b - испытание от дна шурфа; 1 - поверхности засыпки; 2 - дно шурфа; 3 - крупно- и среднезернистый песок (плотный); d - глубина

Рисунок D.1.2 - Низкое сопротивление зондированию в зоне вблизи поверхности песка средней плотности

D.6 Пример влияния подземных вод

В крупнозернистых грунтах (при прочих равных условиях) вследствие низкого эффективного вертикального напряжения сопротивление зондированию ниже уровня подземных вод будет меньше, чем в расположенном выше грунте.

В мелкозернистых грунтах вследствие капиллярного эффекта сопротивление зондированию может быть равным или более высоким. На результаты сопротивления зондированию также могут влиять давление воды в порах и фильтрация подземных вод.

Результаты, приведенные на рисунке D.13, отражают влияние подземных вод для крупнозернистых грунтов. Там где существуют подземные воды, фиксируют более низкие сопротивления зондированию, даже если степень плотности была одинаковой.

а - отсутствие грунтовой воды; b - грунтовая вода на глубине 0,2 м ниже поверхности земли; 1 - мелко- и среднезернистый песок; d - глубина

Рисунок D.13 - Изменение сопротивления зондированию мелко- и среднезернистого песка в результате воздействия подземных вод

Ниже приведен пример количественного определения влияния подземных вод на результаты динамического зондирования в несвязном грунте. Сравнительные испытания проводились с DPL и DPH зондами в плохо сортированном песке (SP) и с DPH зондом в хорошо сортированной смеси песка и гравия (GW) при контролируемых условиях выше и ниже уровня грунтовой воды. На рисунке D.14 приведена соответствующая зависимость числа ударов N_10L и N_10Н выше уровня воды и N_10L и N_10Н ниже уровня воды. Эта зависимость в общем виде записывается в следующем виде:

N₁₀ = . Зависимости имеют устойчивый характер и консервативные оценки (с запасом).

Классификация грунтов	Коэффициент однородности Uc = dso/d10	Коэффициенты
		DPL		DPH
		a1	а2	a1	а2
SP	3	2,0	2,0	1,3	2,0
GW	6	-	-	1,2	4,5
X - число ударов и ниже уровня подземных вод; Y - число ударов и выше уровня подземных вод; SP - плохо сортированный песок; GW - хорошо сортированная смесь песка и гравия

Рисунок D.14 - Примеры влияния подземных вод на результаты динамического зондирования

D.7 Примеры влияния оборудования

При динамическом зондировании сопротивление зондированию возрастает с увеличением поперечного сечения конуса зонда. На сопротивление зондированию влияет отношение диаметра конуса к диаметру штанги, что объясняется влиянием этого отношения на поверхностное трение грунта вдоль штанги. Данное влияние также зависит от типа грунта, характера напластований и глубины зондирования.

В мелкозернистых грунтах, когда отношение поперечного сечения конуса к диаметру штанги мало, поверхностное трение грунта вдоль штанги возрастает быстро.

Рисунок D.15 показывает, что вблизи поверхности земли, при одном и том же диаметре штанги, сопротивление зондированию обычно больше для больших диаметров конуса зонда, чем для малых. На большей глубине изменение сопротивления зондированию также зависит от грунтовых условий. При динамическом зондировании супесей из-за поверхностного трения сопротивление зондированию конусом малого диаметра может быть больше, чем при зондировании конусом большого диаметра.

При малом диаметре конуса, так как ширина конуса незначительно превышает ширину штанги, поверхностное трение вдоль штанг оказывается весьма существенным.

При динамическом зондировании (если другие условия остаются одинаковыми) с увеличением длины штанг из-за падения эффективности забивки требуется большее число ударов.

а - большой диаметр конуса; b - малый диаметр конуса; 1 - гравий (песчаный); 2 - супесь (песчаная, слегка глинистая, жесткая); 3 - супесь (глинистая, мягкая); d - глубина

Рисунок D.15 - Влияние поперечного сечения конуса на результаты динамического зондирования

На рисунке D.16 приведены значения N₁₀ для четырех различных типов оборудования динамического зондирования. В пределах одного слоя грунта более легкое оборудование показывает большую чувствительность (флуктуацию) результатов зондирования, в то же время более тяжелое оборудование дает значения N₁₀, близкие или ниже, чем рекомендованное минимальное допустимое значение. Для уменьшения трения на забивных штангах был использован буровой раствор (за исключением DPSH).

I - почва; II - выветренная валунная морена; III - невыветренная валунная морена; IV - пылеватый песок; d - глубина

Рисунок D.16 - Сравнение различных типов оборудования для динамического зондирования