Какие лабораторные испытания грунта нужны для проектирования

Лабораторные испытания грунтов позволяют определить характеристики, необходимые для расчёта фундаментов, оценки осадок и устойчивости сооружения. Однако универсального перечня исследований, подходящего для каждого объекта, не существует.

Состав лабораторной программы зависит от типа здания, предполагаемого фундамента, геологического строения участка, разновидности грунтов, уровня подземных вод и расчётных задач проектировщика. Для небольшого частного дома и многоэтажного здания потребуются разные объёмы исследований.

Зачем исследовать грунт перед проектированием

Грунт воспринимает нагрузку от здания и передаёт её на нижележащие слои. Даже одинаковые на первый взгляд пески или глины могут значительно различаться по плотности, влажности, прочности и сжимаемости.

Лабораторные исследования помогают определить:

• разновидность и состояние грунта;
• способность основания воспринимать нагрузку;
• ожидаемую величину осадки;
• прочностные и деформационные характеристики;
• склонность к морозному пучению, набуханию или усадке;
• фильтрационные свойства;
• химическую агрессивность грунта и подземных вод;
• поведение грунта при динамических нагрузках.

Полученные данные используют при выборе типа и глубины заложения фундамента, определении расчётных характеристик основания и проверке устойчивости сооружения.

Какие лабораторные испытания проводят чаще всего

Для большинства объектов программа включает определение физических и механических свойств. При наличии особых грунтовых условий, подземных конструкций или динамических нагрузок назначают дополнительные исследования.

Определение физических свойств грунта

Физические свойства грунта необходимы для его классификации и оценки состояния в природном залегании.

В лаборатории могут определяться естественная влажность, плотность грунта, плотность частиц, гранулометрический состав, границы текучести и раскатывания, число пластичности, показатель текучести, пористость и степень водонасыщения.

Для песчаных грунтов особенно важны гранулометрический состав, влажность и плотность. Для глинистых грунтов дополнительно определяют границы пластичности и показатель текучести. Физические показатели служат основой для назначения механических и специальных испытаний.

Компрессионные испытания

Компрессионное сжатие грунта проводят для оценки его сжимаемости под нагрузкой. Образец помещают в жёсткое кольцо и последовательно нагружают без возможности бокового расширения.

По результатам строят компрессионную кривую и определяют коэффициент сжимаемости, компрессионный модуль деформации, давление предуплотнения и характеристики консолидации. Эти данные применяют при расчёте осадок.

Испытание грунта на срез

Одноплоскостной срез позволяет определить сопротивление грунта сдвигу, удельное сцепление и угол внутреннего трения. Показатели используют при расчёте несущей способности оснований, устойчивости откосов, насыпей, подпорных стен и стен котлованов.

Трёхосные испытания грунта

Трёхосное сжатие позволяет исследовать поведение грунта в контролируемом напряжённом состоянии. Образец находится в камере, где создаются боковое давление и осевая нагрузка.

Метод применяется для определения прочностных и деформационных характеристик, порового давления и параметров геотехнических моделей. Трёхосные испытания назначают для ответственных сооружений, глубоких котлованов, подземных частей зданий и сложных оснований.

Схема трёхосного испытания должна соответствовать проектной задаче. До начала работ необходимо определить диапазон напряжений, условия дренирования и требуемый состав результатов.

Когда нужны специальные испытания

Определение морозного пучения

Степень морозного пучения грунта определяют, если основание или коммуникации находятся в зоне сезонного промерзания. Результаты используют при назначении глубины заложения фундамента и выборе противопучинных мероприятий.

Набухание, усадка и фильтрация

Исследования набухания и усадки назначают для глинистых грунтов, способных изменять объём при увлажнении и высыхании. Коэффициент фильтрации характеризует способность грунта пропускать воду и может потребоваться при проектировании котлованов, расчёте водопонижения, устройстве дренажа и оценке водопритока.

Динамические характеристики

Динамическое трёхосное испытание назначают при циклических и вибрационных воздействиях: для фундаментов машин, транспортных объектов, сооружений в сейсмических районах и специальных геотехнических расчётов.

Испытания скальных грунтов

Если основание сложено скальными или полускальными грунтами, исследуют прочность и деформируемость керна. В зависимости от задачи определяют предел прочности при одноосном сжатии и растяжении, плотность, влажность и особенности разрушения образца. Подробнее — в разделе испытаний скальных грунтов.

Зачем нужен химический анализ грунта и воды

Химические характеристики грунта и грунтовых вод необходимы для оценки воздействия среды на бетонные и металлические подземные конструкции.

В лаборатории могут определяться водородный показатель, минерализация, содержание сульфатов, хлоридов и растворимых солей, а также коррозионная активность грунта. Результаты учитывают при выборе состава бетона, гидроизоляции, защитных покрытий и мер антикоррозионной защиты.

Испытания и проектные задачи

Таблица показывает типовые задачи и не заменяет программу инженерно-геологических изысканий.

Как подбирают испытания для разных объектов

Частный дом или коттедж

Обычно исследуют физические свойства, сжимаемость и прочность грунтов. При соответствующих условиях определяют морозное пучение. Объём зависит от неоднородности участка, наличия подвала, уровня подземных вод и типа фундамента.

Многоэтажное или промышленное здание

Могут потребоваться компрессионные, сдвиговые и трёхосные испытания, характеристики консолидации, а также химический анализ грунтов и воды. Если проектирование выполняется с использованием численного моделирования, программу согласовывают с параметрами выбранной модели грунта.

Глубокий котлован или подземное сооружение

Необходимо определить прочность, деформируемость и фильтрационные характеристики грунтов. Особое значение имеют параметры для расчёта ограждения котлована, его устойчивости, перемещений и водопритока.

Реконструкция существующего здания

Программа зависит от состояния основания, изменения нагрузки и конструкции существующего фундамента. Может потребоваться исследование насыпных и техногенных грунтов, а также оценка изменений, произошедших за время эксплуатации здания.

Основные нормативные документы

Общие требования к лабораторным испытаниям устанавливает ГОСТ 30416-2020. Классификацию грунтов выполняют по ГОСТ 25100-2020. Для отдельных методов применяются профильные стандарты:

• ГОСТ 5180-2015 — методы лабораторного определения физических характеристик;
• ГОСТ 12536-2014 — определение гранулометрического и микроагрегатного состава;
• ГОСТ 12248.1-2020 — определение характеристик прочности методом одноплоскостного среза;
• ГОСТ 12248.3-2020 — определение прочности и деформируемости методом трёхосного сжатия;
• ГОСТ 12248.4-2020 — определение характеристик деформируемости методом компрессионного сжатия.

Конкретный стандарт и схема испытания выбираются по виду грунта и требуемым расчётным характеристикам.

Какие образцы нужны для лабораторных испытаний

Для многих физических определений подходят пробы нарушенного сложения. Для механических испытаний преимущественно требуются монолиты с сохранённой природной структурой и влажностью.

Достоверность зависит от правильного отбора, герметичной упаковки, сохранности структуры, точной маркировки и соблюдения условий перевозки. Трещины и потеря влаги особенно сильно влияют на механические показатели. Поэтому состав программы желательно согласовать с лабораторией до отбора. Подробнее — на странице подготовки и передачи образцов.

Что получает проектировщик

По завершении исследований лаборатория передаёт протоколы с фактическими значениями показателей и условиями проведения испытаний. В зависимости от программы в состав выдачи могут входить таблицы, графики, диаграммы нагружения и исходные параметры для расчётных моделей.

Лабораторные результаты используются изыскательской организацией при выделении инженерно-геологических элементов и статистической обработке характеристик. Расчётные значения принимаются на основании совокупности полевых и лабораторных данных.

Главное

Набор лабораторных испытаний определяется геологическим строением участка, типами грунтов, подземными водами, нагрузками, конструкцией фундамента и методом расчёта. Для большинства объектов требуются физические и механические характеристики. Специальные, динамические, фильтрационные и химические исследования назначают при наличии соответствующей проектной задачи.

Лабораторный центр «ГлавГеоЛаб» проводит исследования грунтов, керна горных пород и грунтовых вод для инженерных изысканий и проектирования. Посмотреть доступные методы можно в каталоге лабораторных испытаний грунтов.

Часто задаваемые вопросы

Какие испытания грунта обязательны для проектирования фундамента?

Единого обязательного перечня для всех объектов нет. Программу формируют с учётом типа сооружения, геологического строения участка, разновидности грунтов и параметров, необходимых проектировщику.

Достаточно ли определить только физические свойства грунта?

Физические показатели позволяют классифицировать грунт и оценить его состояние, но для расчёта основания обычно необходимы также прочностные и деформационные характеристики.

Когда нужны трёхосные испытания?

Их применяют для ответственных объектов и сложных расчётных задач, когда необходимо исследовать грунт в контролируемом напряжённом состоянии и получить параметры для геотехнического моделирования.

Можно ли провести испытания по ранее отобранным образцам?

Можно, если образцы правильно упакованы, промаркированы и сохранили требуемое состояние. Возможность выполнения конкретных испытаний определяется после осмотра материала.

Сколько образцов потребуется?

Количество зависит от числа инженерно-геологических элементов, неоднородности грунта и состава программы. Его рекомендуется согласовать с грунтовой лабораторией ГлавГеоЛаб до начала отбора.