Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ современного состояния исследуемых вопросов 11
1.1. Оценка качества информации, получаемой при инженерно-геологических изысканиях 11
1.1.1. Теоретическое обоснование 11
1.1.2. Качество13 результатов оценки свойств геологической среды как продукции инженерно-геологической деятельности 12
1.1.3. Методические основы оценки качества результатов изучения свойств геологической среды 15
1.2. Особенности оснований и фундаментов исторических сооружений 19
1.3. Методы и методика исследования грунтов зондированием 24
1.3.1. Общая характеристика метода зондирования 24
1.3.2. Оборудование, применяемое для зондирования грунтов 27
1.3.3. Малогабаритные зонды 29
1.3.4. Механизм взаимодействия зонда с грунтом 31
1.3.5. Основные факторы, влияющие на результаты зондирования 35
Выводы 38
Глава 2. Оценка качества инженерно-геологической информации, получаемой стандартизированными методами зондирования 41
2.1. Методика оценки качества результатов зондирования грунтов 41
2.1.1. Методика проведения экспериментальных исследований 41
2.1.2. Применяемое оборудование 43
2.1.3. Обработка результатов испытаний грунтов зондированием 44
2.2. Инженерно-геологическая характеристика объекта экспериментальных исследований 45
2.3. Исследование внутриустановочных и межустановочных погрешностей при испытаниях грунтов стандартизированными установками динамического и статического зондирования 49
Выводы 59
Глава 3. Оценка качества зондирования грунтов малогабаритными устройствами 62
3.1. Особенности зондирования малогабаритными устройствами 62
3.2. Новые малогабаритные устройства для зондирования грунтов 64
3.3. Экспериментальное исследование взаимосвязей между результатами испытаний грунтов зондированием при помощи стандартизированных и малогабаритных устройств 69
3.4.1. Методика исследований 69
3.4.2. Сопоставление результатов зондирования стандартными и малогабаритными установками 70
3.4. Исследование качества результатов испытаний грунтов динамическим и статическим зондированием малогабаритными устройствами 76
3.4.1. Методика и объекты исследований 76
3.4.2. Исследование внутриустановочной воспроизводимости результатов зондирования грунтов малогабаритными устройствами 78
Выводы 80
Глава 4. Исследование оснований исторических сооружений методами зондирования 83
4.1. Место и роль испытаний грунтов зондированием в общем комплексе инженерно-геологических работ по обследованию оснований исторических сооружений 83
4.2. Оценка степени деструкции деревянных свай и характеристик грунтов оснований исторических сооружений по данным вертикального, наклонного и горизонтального зондирования 87
4.3. Использование малогабаритных зондировочных установок для оценки качества закрепления оснований исторических сооружений 105
Выводы 109
Глава 5. Рекомендации к применению методов вертикального и горизонтального зондирования для обследования оснований исторических сооружений 111
Заключение 116
Список литературы 118
Приложение
- Методические основы оценки качества результатов изучения свойств геологической среды
- Исследование внутриустановочных и межустановочных погрешностей при испытаниях грунтов стандартизированными установками динамического и статического зондирования
- Экспериментальное исследование взаимосвязей между результатами испытаний грунтов зондированием при помощи стандартизированных и малогабаритных устройств
- Оценка степени деструкции деревянных свай и характеристик грунтов оснований исторических сооружений по данным вертикального, наклонного и горизонтального зондирования
Введение к работе
Конец второго и начало третьего тысячелетия в России характеризуются существенным ростом объемов и разнообразия строительства, особенно жилищного и сопровождающей его инфраструктуры: образовательных, медицинских, торговых, спортивных сооружений. Как следствие, резко возросли объемы проектно-изыскательских работ, в Москве и Московской области, Санкт-Петербурге и других крупных городах появились сотни изыскательских подразделений. Увеличение объемов и рост темпов инженерных изысканий обусловили широкое применение скоростных методов получения инженерно-геологической информации, первым из которых, несомненно, является зондирование.
Уже в конце семидесятых годов прошлого века объемы статического зондирования в нашей стране достигали миллиона, а динамического - 200 тысяч метров в год. В настоящее время зондирование является самым распространенным полевым методом получения инженерно-геологической информации. Практически каждая изыскательская организация, выполняющая инженерно-геологические работы, имеет собственную установку для зондирования грунтов или привлекает для проведения зондировочных испытаний специализированные организации. Активно используется навесное зондировочное оборудование, а также зарубежные установки разных конструкций.
Зондирование выгодно отличается от других полевых методов комплексностью получаемой инженерно-геологической информации. Ее важными составляющими являются определение положения границ грунтовых слоев, различающихся своими свойствами, оценка степени однородности массива грунта, косвенная характеристика важнейших физических, физико-химических, физико-механических свойств: плотности, пористости, степени текучести, показателей прочностных и деформационных свойств.
Последние десятилетия отмечены также значительным увеличением объемов обследования ранее построенных гражданских и промышленных сооружений, реставрационных работ, выполняемых для храмов и монастырей, многих исторических сооружений. Для исторических зданий и сооружений, имеющих, как правило, статус памятников архитектуры федерального или регионального значения, своевременность этих работ не вызывает сомнения, так как их подавляющее большинство находится в деформированном состоянии.
Одной из наиболее существенных причин разрушения зданий и сооружений, скрытой от наружного наблюдения, является множество индивидуальных для каждого из
5 них изменений свойств и структуры оснований фундаментов, происходящих вследствие различных техногенных или геологических процессов.
Причины деформаций исторических сооружений анализировались неоднократно [40, ПО, 111, 152 и др.]. В течение многовековой жизни исторического сооружения происходят развитие морозного пучения, карста, суффозии и других геологических процессов. Рост мощности техногенного слоя, климатические изменения меняют температурно-влажностный режим зоны аэрации, режим колебаний уровня грунтовых вод и верховодки, их химический состав и степень агрессивности. Существенно ухудшает свойства грунтовых оснований исторических сооружений часто встречающееся неравномерное гниение деревянных свай-коротышей использовавшихся при строительстве для усиления их несущей способности.
Правильная диагностика причин разрушения как гражданских и промышленных, так и исторических сооружений невозможна без тщательного, скрупулезного изучения всех их конструкций, в том числе фундаментов, а также структуры и свойств грунтов оснований сооружений. Решение последней задачи встречает значительные затруднения. Традиционно для решения этих задач используются: проходка вертикальных горных выработок вдоль фундамента сооружения ниже его подошвы, осмотр грунтов оснований и отбор монолитов для лабораторного изучения; вскрытие горизонтальными горными выработками грунтовых оснований сооружений и их изучение непосредственно под фундаментом; дистанционные геофизические методы [136-138 и др.]. Основными недостатками большинства современных методов инженерно-геологических исследований, делающих их малоэффективными при обследовании оснований, является трудоемкость и разрушающее влияние, оказываемое на сферу взаимодействия сооружения с геологической средой.
Методом, позволяющим выйти из данной сложной ситуации, является зондирование грунтов оснований сооружений малогабаритными установками. В этом случае появляется возможность «in situ» исследовать структуру грунтов основания любого и, что особенно важно, исторического сооружения, оценить их физико-механические и другие свойства, практически не нарушая исследуемую среду.
Несмотря на широкое и многофункциональное использование зондирования и на предпринимавшиеся ранее попытки оценить метрологическое качество получаемых с его помощью результатов, до сих пор оно оставалось неопределенным. Имевшиеся оценки качества результатов зондирования не соответствовали требованиям государственной системы обеспечения единства измерений. Основным нормативным документом, контролирующим методику и качество результатов зондирования в России, является
ГОСТ19912-2001 «Грунты. Метод полевых испытаний статическим и динамическим зондированием» [29]. Однако он регламентирует только качество измерительной аппаратуры, но не точность получаемых в процессе испытаний показателей. Это приводит к неопределенности точности всех характеристик показателей свойств грунтов, связанных с величинами сопротивления грунтов зондированию pd и qc.
Использование зондирования для изучения оснований сооружений до настоящего времени было весьма ограничено. Причинами этого являлись:
отсутствие корректной метрологической оценки результатов зондирования, получаемых стандартными и малогабаритными установками;
недостаточное разнообразие портативных, малогабаритных установок различного диапазона действия;
недостаточной объема исследований возможностей метода зондирования и качества получаемой информации при изучении грунтов, залегающих в основаниях сооружений.
Решению этих задач при изучении инженерно-геологических условий, оценке грунтов оснований исторических сооружений посвящается данная работа.
Цель и задачи работы
Целью работы является оценка качества инженерно-геологической информации, получаемой при зондировании грунтов, и повышение эффективности использования малогабаритных зондов при изучении оснований сооружений, в том числе исторических. В соответствии с поставленной целью, основными задачами работы являлись: оценка качества информации, получаемой при зондировании грунтов традиционными (стандартизированными) установками статического и динамического зондирования;
разработка новых малогабаритных устройств для зондирования грунтов; установление тесноты связей результатов зондирования, получаемых традиционными и малогабаритными устройствами;
оценка качества информации, получаемой при зондировании грунтов малогабаритными установками, в соответствии с требованиями государственной системы обеспечения единства измерений;
исследование возможностей и оценка эффективности новых малогабаритных устройств для зондирования грунтов оснований сооружений (в том числе исторических) в общем комплексе инженерно-геологических изысканий;
7 анализ эффективности использования метода зондирования для определения качества закрепления оснований сооружений.
Защищаемые научные положения
1. Систематические и случайные составляющие погрешности результатов статического
и динамического зондирования грунтов стандартными установками находятся в
тесной зависимости со значениями показателей сопротивления грунтов
зондированию. Установлены соответствующие уравнения связи:
для динамического зондирования: aBypd = 0,23 pd + 0,75 (г = 0,96), 0^ = 0,18^+0,43(/-=0,85^ для статического зондирования: аву?с = 0,35 qc + 0,02 (г = 0,93), ам/с = 0,13 ^ + 0,38(/- = 0,97).
2. Зависимость между результатами зондирования грунтов разработанными
малогабаритными и традиционными устройствами является положительной, тесной
и аппроксимируется линейными уравнениями:
для динамического зондирования р = 1,45/>МГЗУ - 5,05 (г = 0,97); для статического зондирования qf3* = 0,20 qcMriy + 0,70 (г = 0,96).
3. Использование малогабаритных устройств для статического и динамического
зондирования грунтов позволяет изучать структуру и свойства оснований
сооружений, в том числе исторических, их изменения во времени и в пространстве.
Научная новизна диссертационной работы
Установлены корректные оценки качества показателей (составляющих погрешностей), получаемых при статическом и динамическом зондировании грунтов традиционными установками.
Установлена точность определения геологических границ стандартизированными методами зондирования.
Получены оценки тесноты и вида связей погрешностей результатов зондирования с измеряемыми значениями.
Разработано устройство и методика горизонтального и наклонного статического зондирования грунтов (РЗГНС). На устройство получен патент RU 54054 U1.
Разработано устройство и методика для горизонтального динамического зондирования грунтов (РЗГД-3). Получено решение ФГУ ФИПС от 29.03.2007 г. о выдаче патента на изобретение.
Найдены оценки качества результатов зондирования грунтов новыми малогабаритными зондами РЗГНС и РЗГД-3.
Установлены характеристики связи между результатами стандартизированного и малогабаритного зондирования.
С помощью новых малогабаритных установок исследована структура полей показателей сопротивления зондированию оснований ряда исторических сооружений.
Разработана методика обследования оснований исторических сооружений с использованием горизонтального статического и динамического зондирования.
Показаны возможности оценки эффективности закрепления оснований сооружений с использованием малогабаритных зондов, позволяющей в случае необходимости корректировать проектные решения по укреплению оснований.
Практическая значимость работы
Выполненные исследования позволили оценить качество показателей свойств грунтов, получаемых самым распространенным в настоящее время полевым методом исследования структуры и свойств грунтов - методом зондирования, причем для обеих его разновидностей: статического и динамического зондирования. Появилась возможность с помощью стандартных методов статистической обработки определять значения сопротивлений грунтов зондированию с известной или требуемой точностью и надежностью при заданной доверительной вероятности.
Разработанные малогабаритные зондировочные устройства позволяют выполнять зондирование грунтов оснований любых сооружений, в том числе исторических. Эти устройства могут использоваться в стесненных условиях, где применение стандартного зондирования затруднено.
Установленные зависимости между значениями показателей зондирования, получаемыми стандартными и малогабаритными установками, обеспечивают в случае работы с малогабаритными устройствами возможность использования таблиц из действующих нормативных документов для перехода от показателей сопротивления грунтов зондированиюpd nqcK показателям физико-механических свойств этих грунтов.
Основные результаты исследований, представленные в диссертационной работе, были получены путем специально спланированных экспериментальных исследований и в
9 процессе инженерно-геологических изысканий для многих сооружений, в основном исторических. Можно сказать, что разработка новых малогабаритных устройств для зондирования грунтов была вызвана острой производственной необходимостью. В значительной мере именно результаты зондирования оснований, полученные в процессе производственных инженерно-геологических изысканий, позволили разработать и реализовать оптимальные методы закрепления основания Трапезного Сергиевского храма и Казначейского корпуса Свято-Троицкой Сергиевой Лавры, улучшить проектные решения по фундаментам Красногорской гостиницы и Трапезной Паломнического центра г. Сергива Посада, выявить недостатки усиления грунтового основания Ново-Никольского Собора Можайского кремля, определить причины деформации стен Митрополичьего сада Ростовского кремля, решить многие другие производственные и научные задачи.
Публикации и апробация работы
Основные положения работы докладывались на:
I конференции «Денисовские чтения» (Москва, МГСУ, 2000);
V Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле» (Москва, МГГА, апрель 2001);
IV конференции «Строительство - формирование среды жизнедеятельности». (Москва, МГСУ, 2001);
II Международном научно-практическом симпозиуме «Природные условия строительства и сохранения храмов Православной Руси» (Сергиев Посад, октябрь 2003);
VII Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле» (Москва, МГГРУ, апрель 2005);
межвузовской конференции «Молодые - наукам о Земле» (Москва, МГГРУ, апрель 2006);
III Международном научно-практическом симпозиуме «Природные условия строительства и сохранения храмов Православной Руси» (Сергиев Посад, октябрь 2006);
VIII Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле» (Москва, МГГРУ, апрель 2007).
По теме диссертации опубликованы 4 научных статьи и 10 тезисов докладов, получены патент на полезную модель и решение ФГУ ФИПС о вьщаче патента на изобретение.
Структура и объем работы
Диссертация содержит оглавление, введение, пять глав с выводами, заключение и 3 приложения. Общий объем диссертации составляет 136 страниц, в том числе сопровождающие текст 20 таблиц и 55 иллюстраций. Библиографический список включает 162 наименования литературных источников.
Автор считает своим долгом выразить искреннюю признательность научному руководителю профессору, доктору геолого-минералогических наук Виктору Викторовичу Дмитриеву и профессору, кандидату технических наук Игорю Владиславовичу Дудлеру за помощь при составлении программы исследований и многократное обсуждение работы в процессе подготовки диссертации; профессору, доктору технических наук Александру Дмитриевичу Потапову - за моральную и организационную поддержку; профессору, доктору геолого-минералогических наук Генриху Кондратьевичу Бондарику - за ценные замечания и советы при написании диссертации, а также сотрудникам Патриаршего архитектурно-реставрационного центра Свято-Троицкой Сергиевой Лавры, ООО «Экотехконтроль» и Лаборатории по изучению исторических территорий им. Е.И. Романовой за помощь в проведении экспериментальных исследований и обработке отчетных материалов.
Методические основы оценки качества результатов изучения свойств геологической среды
В соответствии с РГМ 29-99 [127], результаты испытаний грунтов являются физическими величинами, которые в качественном отношении свойственны многим физическим объектам, но в количественном - индивидуальны для каждого из них. Их определение опытным путем с помощью специальных технических средств принято называть измерением. Используемые средства измерения должны иметь нормированные метрологические характеристики. Качество средства измерения, отражающее близость к нулю его погрешности, называется точностью. Ею определяется близость результатов измерения к истинному значению измеряемой величины [127].
Выполненные исследования неоднократно показывали наличие существенных ошибок или погрешностей при определении различных свойств грунтов [88 и др.], геологических границ или размеров структурных элементов [12, 17, 124], гидрогеологических и геохимических параметров [26, 58], динамических характеристик, параметров физико-геологических и инженерно-геологических процессов. Однако значения этих ошибок, как правило, неизвестны. В результате неизвестны размеры отличия предмета от объекта, неизвестна точность модели геологической среды, точность системы. Соответственно, неизвестна и точность прогноза изменений геологической среды в пространстве и во времени, в том числе и после искусственного воздействия. Как следствие, неясна реальность и эффективность управления инженерно-геологическими или геологическими процессами.
В промышленности оценка точности измерения количественных параметров физических величин является обязательной и регламентируется системой государственных стандартов метрологического обеспечения. В инженерно-геологическом производстве требование контроля точности измерений распространяется на такие измерительные приборы, как: весы, мессуры, термометры, манометры и т. д., но не на устройства для испытаний сжимаемости грунтов статическими нагрузками, статическим или динамическим зондированием. Методические рекомендации, ГОСТы и другие нормативы, устанавливающие методы измерений параметров геологической среды, в лучшем случае содержат величины допускаемых расхождений конечных результатов параллельных измерений. Наличие этих допусков, вместе с допустимыми величинами погрешностей измерительной аппаратуры, создает иллюзию полноты осуществляемого контроля точности или качества получаемой ИГИ. В действительности же такой контроль не учитывает индивидуальных особенностей используемых средств измерений и отражает, как правило, только ошибки внутрилабораторной или внутриустановочной воспроизводимости, то есть часть неизвестной погрешности, имеющей место для конкретного метода отбора информации.
ГОСТ 19912-2001 указывает на то, что основная погрешность измерительных устройств (приборов) при статическом зондировании должна быть не более 5% при измерении прикладываемой нагрузки и 10% - при измерении показателей сопротивления грунта (qc, fs, Qs) [29]. В реальности рассеяние результатов зондирования значительно выше вследствие большого разнообразия установок для зондирования грунтов, варьирования особенностей технологии зондирования, влияния трения штанг о грунт и др.
Отсутствие корректной метрологической оценки и, соответственно, характеристик точности методов получения ИГИ обусловили возникновение на настоящем этапе развития инженерно-геологических изысканий парадоксальной ситуации: существует формальное, устанавливаемое в соответствии с требованиями ГОСТов, равноправие различных средств измерения свойств геологической среды (в частности, множество видов оборудования для статического и динамического зондирования грунтов), дающих на практике разные результаты измерений. Гносеологические особенности данной ситуации рассмотрены в работе [41]. Необходимость выхода из этой ситуации в соответствии с теорией познания приводит к постановке задач, имеющих методическое и методологическое значение. В рамках рассматриваемого в данной работе направления можно выделить четыре задачи: 1) оценка существующей метрологической точности информации о геологической среде, получаемой при использовании зондирования; 2) определение взаимоотношения данных, найденных разными формально равноценными, соответствующими ГОСТ 19912-2001, средствами измерения (установками, устройствами и т.п.), безотносительно к их истинности; 3) исследование близости, по крайней мере, части получаемых результатов определения характеристик грунтов к истинным, или оценка гносеологической точности инженерно-геологической информации; 4) определение постоянных или временных значений прагматической точности, имеющих техническое, инженерное, экономическое или геологическое обоснование. Для оценки гносеологической, метрологической точностей, их соотношения с прагматической точностью необходимо представить структуру дисперсии получаемых в полевых условиях характеристик геологической среды и ее составляющих, этапы и причины их формирования (табл.2. [54]).
Исследование внутриустановочных и межустановочных погрешностей при испытаниях грунтов стандартизированными установками динамического и статического зондирования
Результаты испытаний грунтов статическим и динамическим зондированием были обработаны автором в соответствии с ГОСТ 19912-2001 [29] и представлены в виде частных и осредненных графиков изменения с глубиной величин условного динамического сопротивления грунта погружению зонда ра и удельного статического сопротивления грунта под конусом зонда qc. В дополнение к данным бурения и лабораторного опробования опорных скважин, обработка результатов зондирования позволила произвести корректировку положения границ выделенных ИГЭ (рис. 10). Построение зондировочных профилей через опытные участки дает возможность оценить характер изменения положения выделенных слоев грунта при удалении от буровой скважины (рис. 11). Анализ материалов экспериментальных исследований позволил определить точность нахождения положения границ (табл. 12) между выделенными слоями грунтов методами динамического и статического зондирования. Согласно полученным материалам, при использовании динамического зондирования положение границы слоя систематически завышается на 0,09 м, тогда как в случае исследования грунтов методом статического зондирования определение положения геологических границ оказывается практически таким же, как по данным буровых работ (завышается на 0,01 м). Полученные в ходе эксперимента данные обрабатывались методом дисперсионного анализа, целью которого являлось разложение суммарной дисперсии на две величины: дисперсию, обусловленную методикой эксперимента и конструктивными особенностями применяемого оборудования (ошибку внутриустановочной воспроизводимости результатов ству), и дисперсию, вызванную влиянием типа зондировочной установки (ошибку межустановочной воспроизводимости стму). Среднее значение погрешности определения геологической границы при единичном испытании грунта одной установкой у0бщ, в соответствии с формулой (8) раздела 2.1.3, составит для динамического зондирования 0,25 м, для статического зондирования 0,24 м. Поскольку значения ову и Ому при испытаниях фунтов динамическим зондированием близки, для повышения точности определения геологических границ по результатам динамического зондирования целесообразно выполнять параллельные испытания несколькими установками в нескольких повторностях.
Количество установок и испытаний, выполняемых одной установкой, можно рассчитать, исходя из требуемой точности и основываясь на полученных значениях внутри и межустановочной погрешностей (см табл. 12). В случае статического зондирования ст превышает аву, следовательно, для повышения точности определения границ между МГТ-3 по данным статического зондирования большее значение будет иметь использование нескольких установок, нежели увеличение числа испытаний грунтов одной установкой. На рисунках 12 и 13 приведены графики изменения с глубиной показателей зондирования ра и qc, являющиеся средними для каждой из установок, принимавших участие в эксперименте, а также средние значения pd и qc на опытных участках 1 и 2. Цифра рядом с графиком означает номер створа, в котором проводилось испытание. На этих же графиках приведены распределения внутриустановочной и межустановочной дисперсий соответствующих показателей. 53 На рис. 12 заметно, что графики динамического зондирования, выполненного тремя установками на участке 1 и тремя - на участке 2, до глубины примерно 5,5 м (что соответствует кровле суглинков днепровской морены) практически сливаются. Ниже этой отметки графики начинают расходиться, причем расхождение тем существеннее, чем больше глубина исследований. Это может быть связано как с наличием большого количества включений в моренных образованиях, так и с нарастанием с глубиной трения штанг о грунт.
Экспериментальное исследование взаимосвязей между результатами испытаний грунтов зондированием при помощи стандартизированных и малогабаритных устройств
Экспериментальные исследования по установлению взаимосвязей между результатами испытаний грунтов стандартными (СЗУ) и малогабаритными (МГЗУ) установками проводились автором на учебном Сергиево-Посадском полигоне РГГРУ, для грунтов которого ранее была выполнена оценка качества результатов стандартного статического и динамического зондирования (глава 2 настоящей работы). Полученные в процессе исследований работы СЗУ характеристики математического ожидания pj и qc принимаются в качестве «истинных» значений этих показателей (см. табл. 13). В ходе эксперимента исследовалось качество результатов зондирования малогабаритными установками РЗГ-2, РЗГД-3 и РЗГНС. Зондирование проводилось в вертикальном и горизонтальном направлениях. Вертикальное зондирование выполнялось при помощи установок РЗГ-2 и РЗГНС. В ходе вертикального зондирования зондом РЗГНС в качестве упора использовалась рама от штампа Винокурова-Большедонова. Опытный участок 3 располагался на площадке между участками 1 и 2, на которых ранее проводилось зондирование СЗУ. Было выполнено 5 точек динамического, 7 точек статического зондирования установкой РЗГ-2 и 6 точек вертикального статического зондирования РЗГНС.
Глубина вертикального динамического зондирования не превышала 6,0 м, статического - 2,6 м. Горизонтальное зондирование осуществлялось установками РЗГД-3 и РЗГНС из шурфа, пройденного в 10 м к западу от опытного участка 3. Глубина опытного шурфа -2,7 м. Шурфом были вскрыты грунты ИГЭ-1 и ИГЭ-2 (см. рис. 9 и табл. 11 раздела 2.2.). В грунтах каждого ИГЭ было выполнено по 6 точек горизонтального зондирования зондами РЗГД-3 и РЗГНС. Глубина горизонтального зондирования составляла 1,8-3,2 м. Схема расположения опытных участков, точек вертикального и направлений горизонтального зондирования малогабаритными установками приведена на рис. 24. Данные регистрировались следующим образом: для динамического зондирования фиксировалась глубина погружения зонда от залога в 5 ударов молота, для статического зондирования - значения qc через каждые 0,05 м. Обработка результатов испытаний грунтов МГЗУ проводилось по формулам (3) -(9), приведенным в разделе 2.1.3. Сопоставление результатов зондирования стандартными и малогабаритными установками Как выяснилось в ходе эксперимента, значения сопротивлений грунта динамическому и статическому, зондированию, полученные с помощью малогабаритных зондировочных устройств, существенно отличаются от аналогичных значений, полученных стандартными установками.
На рисунках 25, 26, 27, 28 приведены частные и средние графики динамического и статического зондирования грунтов, выполненного малогабаритными установками РЗГ-2, РЗГНС и РЗГД-3, а также графики внутриустановочных погрешностей измерений. установками. В случае динамического зондирования при малых значениях сопротивлений данные МГЗУ приблизительно в 3 раза превышают эталонные значения. По мере увеличения сопротивления соотношение результатов МГЗУ и эталонных выравнивается, при ргіОУ = 10 МПа значение ра не превышает стандарт (рис, 29а). Значения погрешностей малогабаритного динамического зондирования apd у близки к аналогичным погрешностям стандартного зондирования Opd , но тесной корреляционной связи между ними не наблюдается (рис. 296). Для статического зондирования наблюдается обратная тенденция: разница между лобовым сопротивлением грунта внедрению наконечника по данным МГЗУ и СЗУ увеличивается по мере роста этих значений. Погрешность измерений при использовании малогабаритных зондов практически во всех случаях вдвое превышает аналогичные погрешности результатов испытаний стандартными установками (рис. 30 а, б). Исследование качества результатов испытаний грунтов малогабаритными зондами проводилось в двух направлениях. На основании данных, полученных на опытных участках учебного полигона РГГРУ, было выполнено сопоставление результатов зондирования при помощи установки РЗГ-2 и новых устройств РЗГД-3 и РЗГНС. Затем проводилось обобщение материалов испытаний грунтов комплексом МГЗУ на всех объектах исследований - учебном полигоне и при обследовании фундаментов исторических сооружений [67-70,100,104-106]. Краткие сведения о геоморфологических, инженерно-геологических, гидрогеологических условиях изученных исторических объектов, их конструктивных особенностях, комплексе проведенных изысканий, обобщенных данных по зондированию грунтов оснований и т.п. приведены в приложении В. Для зондирования грунтов МГЗУ оценивалась только внутриустановочная воспроизводимость результатов, поскольку исследуемые установки РЗГ-2, РЗГД-3 и РЗГНС близки по своим техническим характеристикам, и говорить о межустановочных закономерностях малогабаритного зондирования было бы некорректно. Для оценки внутриустановочных погрешностей МГЗУ выполнялись параллельные испытания в сравнительно однородных по своим свойствам грунтах. При этом данные горизонтального и вертикального зондирования рассматривались обобщенно, возможная анизотропность свойств грунтов в расчет не принималась. В качестве однородных грунтов использовались: Техногенные (th QIV) суглинки и супеси, с включениями строительного мусора, от тугопластичных до текучих, вскрытые шурфами при изучении основания Пафнутьевской гостиницы в г. Сергиевом Посаде и колокольни Николо-Угрешского монастыря. Техногенные (th QIV) пески, мелкие, с включениями дресвы и щебня до 20%, плотные, маловлажные и влажные, вскрытые шурфами при изучении основания колокольни Ново-Иерусолимского монастыря и при изучении основания оборонительной стены Высоцкого монастыря в г. Серпухове.
Оценка степени деструкции деревянных свай и характеристик грунтов оснований исторических сооружений по данным вертикального, наклонного и горизонтального зондирования
С появлением новых малогабаритных зондировочных установок появилась возможность детального изучения грунтового основания исторических сооружений непосредственно под подошвой фундамента. Метод зондирования позволяет «in situ» исследовать грунты, залегающие в основании сооружения. Из специально пройденных вдоль фундамента ниже его подошвы горных выработок целесообразно проводить горизонтальное или наклонное зондирование грунтов под фундаментом сооружения в любом заданном направлении (рис. 35). Меняя высоту или наклон зондирования, можно получить полную картину распределения показателей свойств и состава грунтов в объеме основания здания или сооружения.
Перед началом выполнения зондировочных испытаний в шурфе обычно делают небольшой подкоп в сторону фундамента глубиной 0,1-0,6 м и шириной не более 0,6 м для вскрытия первого ряда свай. Но если первый ряд свай можно определить визуально, о наличии, глубине положения и состоянии последующих свайных рядов можно судить лишь по данным зондирования.
Как правило, зондирование проводится на всю ширину фундамента сооружения -2,0-2,5 м и преследует цель определить положение как можно большего количества свай под фундаментом сооружения. По величине получаемых показателей зондирования pd и qc можно судить о степени сохранности деревянных элементов фундамента. Характер изменения графиков динамического и статического зондирования наглядно демонстрирует присутствие в массиве грунта сгнившей сваи - резким убыванием или хорошо сохранившейся сваи -резким возрастанием значений сопротивления грунтов зондированию. Наличие в комплектах применяемых зондов специальных пробоотборников позволяет в случае возникновения сомнений, чем вызвано изменение показаний зондирования, произвести отбор исследуемого материала. Если в пробоотборник попадает древесный материал, по направлению древесных волокон можно определить, какой именно конструктивный элемент встречен на пути зондирования. Вертикальное положение волокон в пробоотборнике свидетельствует о наличии свай, горизонтальное - лежней.
Используя материалы проведенного из шурфа зондирования, можно строить схемы распределения выявленных свай в исследованном массиве грунта - «свайные поля». Если грунты слишком плотные, содержат большое количество включений или если зонд прошел в стороне от сваи, о характере расположения свай можно судить предположительно, выявляя закономерности в построенном по имеющимся данным зондирования «свайном поле» и используя метод экстраполяции.
Используя полученные «свайные поля», можно производить оценку величины максимальной и действительной свайной пустотности [40]. Под максимальной свайной пустотностью понимается процентное отношение объема (или площади), занимаемого сваями, к объему (или площади) анализируемого участка массива грунта: Действительная свайная пустотность - это отношение объема (или площади) сгнивших свай к объему (или площади) анализируемого участка массива грунта:
Найденные показатели свайной пустотности полезно использовать при типизации оснований изучаемых сооружений, необходимой для обоснования проекта закрепления их оснований. В некоторых случаях бывает полезно определять также потенциальную свайную пустотность, т.е. процентное содержание в объеме грунта пока еще сохранившихся свай:
В качестве примера разработки и успешного применения методов малогабаритного зондирования для изучения оснований исторических сооружений, можно привести результаты исследований, выполнявшихся для Трапезной Сергиевской церкви Свято-Троицкой Сергиевой Лавры. Сооружение сильно деформировано (рис. 37). Многочисленные трещины на стенах, в сводах и перекрытиях имеют тенденцию к расширению. Показания геодезических реперов и стенных маяков свидетельствуют о непрекращающихся неравномерных осадках здания. Наибольшее количество деформаций наблюдается в центральной и юго-западной частях Трапезного храма (рис. 38).
