Использование данных статистического зондирования для определения модуля деформации грунтов

В современной практике строительства все чаще используются территории с преобладанием «слабых» и неоднородных в плане грунтов, ранее считавшихся непригодными для возведения зданий и сооружений. Как следствие, это приводит к значительному росту расходов на изыскания, проектирование и выполнение работ нулевого цикла. В связи с этим возникает необходимость увеличения точности инженерно - геотехнических изысканий для выбора наиболее экономичных проектных решений фундаментов.

Существующая практика изысканий для строительства предполагает получение расчетных характеристик грунтового основания по данным бурения скважин, лабораторных испытаний образцов и испытаний основания штампами, которые признаны эталонными. Результаты представляются в виде расчетных характеристик выделенных инженерно - геологических элементов и плоских разрезов, отражающих характер напластования грунтов в объеме, недостаточном для надежного и оптимального проектирования. Такая практика предполагает длительные сроки получения информации о грунтовом основании, а также недостаточный ее объем о неоднородности массива под проектируемым фундаментом.

Наиболее перспективным направлением определения характеристик грунтового основания является использование метода статического зондирования грунтов, который успешно применяется для проектирования свайных фундаментов. В материалах II Международного симпозиума по статическому зондированию [3] отмечается, что к основным задачам данного метода, наряду с расчетом несущей способности забивных свай, относится оценка модуля деформации глинистых грунтов. Отмечается также, что большинство научных исследований по применению статического зондирования на практике не имеет каких-либо попыток теоретического обоснования и основаны лишь на эмпирическом подходе.

В отечественной практике наметилось одно из новых направлений – использование данных статического зондирования для проектирования фундаментов мелкого заложения [2, 7]. Эти работы проводились, в основном, в полевых условиях и выполнялись институтом БашНИИстрой и кафедрой «Технология строи- тельного производства и фундаменты» Уфимского государственного нефтяного технического университета с использованием зондирующей установки отечественного производства С-832М [1]. Применение данного метода позволяет сократить затраты на инженерные изыскания, получив при этом более полную информацию о неоднородности основания под проектируемым фундаментом.

Расчет осадки, для которого необходима величина модуля деформации основания, согласно строительным нормам [4] обязателен при возведении фундаментов на пластичных глинистых грунтах, для которых q s < 2 МПа.

Проведенные штамповые испытания в нескольких точках строительной площадки не позволяют судить о деформационных характеристиках всей сжимаемой толщи основания. Использование эмпирических коэффициентов перехода от результатов лабораторных испытаний к полевым является малоэффективным и связано с выполнением большого объема трудоемких и продолжительных буровых и лабораторных работ. Очень сложно оценивать деформационные свойства грунтов при инженерно-геологических изысканиях для строительства больших промышленных комплексов и жилых микрорайонов. Используя метод статического зондирования для решения таких задач, можно добиться значительного эффекта. Имея надежные зависимости для определения модуля деформации грунтов по данным зондирования, можно получить подробную информацию об его изменении в пределах всей исследуемой толщи основания.

Впервые корреляционная зависимость между сопротивлением грунта погружению конуса зонда и модулем деформации была получена в 1940 году Бью-исманом на основе теоретического решения Буссинеска

Е = 3/2 q s (1)

Этой зависимостью пользуются в Бельгии и Голландии и в настоящее время.

Рассматривая задачу о вдавливании сферического зонда в бесконечно упругую среду на основе решения Кельвина, В.И. Ферронским [6] была получена теоретическая зависимость для определения модуля деформации по величине сопротивления под наконечником зонда. Для глинистых грунтов эта зависимость имеет вид

Е = (1,9 – 2,0) q s (2)

Для проверки полученного теоретического решения В.И. Ферронским было проведено большое количество полевых опытов в различных геологических условиях. Результаты опытов показали, что модуль деформации, определенный с помощью теоретической зависимости по данным зондирования, приближенно равен штамповому модулю деформации.

В.Г. Лободенко [5] по результатам проведенных экспериментальных исследований получил зависимость для суглинков

Е = 6,5 q s (5)

Но он отмечает, что при малых значениях сопротивления грунта под наконечником зонда (при q s < 2,0. МПа) значения модуля деформации, определенные по зависимости (5) меньше полученного из штамповых испытаний в 3-4 раза.

7. Goncharov B.V., Kogan G. V., Nezamutdinov Sh. R. Computerized method of CPT data processing for a raft foundation calculation // Geoecology and computers: proceedings of the third International Conference on Advances of Computer Methods in Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. Moscow, Russia, 1-4 February 2000.

Наличие связи между сопротивлением грунта под наконечником зонда и модулем деформации подтвердили экспериментальные исследования и других ученых, таких как М.С. Грутман, В.С. Николаев, М.Л. Плакхин, О.И. Игнатова, В.Н. Голубков, С.В. Холодов, З. Чертич, Х. Богданович, П. Килжер, И.А. Буссел. Многие другие авторы дают свои рекомендации по определению модуля деформации грунта по данным зондирования, отличающиеся друг от друга. Как видно, многочисленные исследования в этой области дают различные рекомендации по определению модуля деформации по данным зондирования для различных литологических типов грунтов.

Особенно важно найти достаточно точные региональные зависимости при малых величинах сопротивления грунта под наконечником зонда, так как расчет осадки согласно строительным нормам [4] обязателен при возведении фундаментов на пластичных глинистых грунтах, для которых qs< 2 МПа.

Для определения надежных корреляционных зависимостей для региона Башкирии проводились полевые испытания штампов на площадках, сложенных пластичными глинистыми грунтами. В непосредственной близости от штампа выполнялось зондирование грунта и результаты испытаний сравнивались. Использовались также данные параллельных испытаний, полученных Западно-Уральским трестом инженерностроительных изысканий. Обработав данные множественных параллельных испытаний, была получена зависимость для определения модуля деформации пластичных глинистых грунтов по данным зондирования

Å = 10,52 qs        (6)

Статистический анализ предложенной зависимости (6) и имевшихся ранее (1)-(5) показал, что наибольшую точность, особенно в области пластичных глинистых грунтов, для которых расчет осадок обязателен, обеспечивает использование предлагаемой зависимости (6).