ПНСТ 803-2022. Предварительный национальный стандарт Российской Федерации. Грунты. Метод измерения бокового давления плоским дилатометром

(утв. и введен в действие Приказом Росстандарта от 22.12.2022 № 144-пнст)

Утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 22 декабря 2022 г. № 144-пнст

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГРУНТЫ

МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ БОКОВОГО ДАВЛЕНИЯ ПЛОСКИМ ДИЛАТОМЕТРОМ

Soils. Standard method for flat dilatometer test

ПНСТ 803-2022

ОКС 19.060

Срок действия с 1 января 2023 года до 1 января 2026 года

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Обществом с ограниченной ответственностью «Научно-производственное предприятие „Геотек“ (ООО „НПП „Геотек“)»

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 «Строительство»

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 22 декабря 2022 г. № 144-пнст

Правила применения настоящего стандарта и проведения его мониторинга установлены в ГОСТ Р 1.16-2011 (разделы 5 и 6).

Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии собирает сведения о практическом применении настоящего стандарта. Данные сведения, а также замечания и предложения по содержанию стандарта можно направить не позднее чем за 4 месяца до истечения срока его действия разработчику настоящего стандарта по адресу: 440068 Пенза, ул. Центральная, 1М и/или в Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии по адресу: 123112, г. Москва, Пресненская набережная, д. 10, стр. 2.

В случае отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты», а также будет размещена на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.rst.gov.ru).

1 Область применения

1.1 Настоящий стандарт распространяется на дисперсные грунты и устанавливает метод измерений бокового давления в природном грунтовом массиве при проведении инженерно-геологических и геотехнических исследований.

1.2 Стандарт не распространяется на измерение давления в грунтах: крупнообломочных и вечномерзлых; песчаных и глинистых с крупнообломочным заполнением более 20% объема.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 19912 Грунты. Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием

ГОСТ 20522 Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний

ГОСТ 25100 Грунты. Классификация

ГОСТ 30672 Грунты. Полевые испытания. Общие положения

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 25100, ГОСТ 30672, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 боковое давление: Горизонтальное напряжение от собственного веса грунта на заданной глубине от поверхности грунта.

3.2 датчик давления: Тензометрический датчик давления с гидравлическим преобразователем.

3.3 плоский дилатометр: Устройство в виде тонкой стальной пластины с датчиком давления.

4 Общие положения

4.1 Общие требования к полевым испытаниям грунтов, оборудованию и приборам, подготовке площадок для испытаний приведены в ГОСТ 30672.

4.2 Измерения бокового давления в грунтовом массиве следует проводить по программе инженерно-геологических или геотехнических исследований, составляемой изыскательской организацией и отвечающей требованиям настоящего стандарта. Выбор горизонтов проведения измерений назначают по инженерно-геологическому разрезу. Точки исследования массива при проведении измерений должны быть обеспечены планово-высотной привязкой геодезическими методами.

5 Сущность метода

5.1 Измерения бокового давления в природном грунтовом массиве осуществляют датчиком давления, входящим в состав конструкции плоского дилатометра, показанной на рисунке А.1 (приложение А).

5.2 Измерения бокового давления в природном грунтовом массиве выполняют прямым методом, основанным на многократном измерении бокового давления на одной и той же глубине от поверхности и в одном и том же инженерно-геологическом элементе. Схема напряженного состояния грунта вокруг дилатометра показана на рисунке Б.1 (приложение Б).

Примечание - Для измерения эффективного бокового давления рекомендуется использовать датчик порового давления.

5.3 При измерении бокового давления в грунтовом массиве определяют:

• коэффициент бокового давления в состоянии покоя;
• мгновенный дилатометрический модуль деформации;
• длительный дилатометрический модуль деформации;
• коэффициент релаксации напряжений;
• удельные силы трения грунта.

6 Оборудование и приборы

6.1 В состав установки для измерения бокового давления должны входить:

• дилатометр;
• штанги;
• устройство для вдавливания и извлечения дилатометра;
• опорно-анкерное устройство (при необходимости);
• измерительная система;
• устройства для калибровки датчиков.

6.2 Измерительная система должна иметь не менее четырех измерительных каналов для измерения показаний датчика давления, датчика силы, датчика перемещений и датчика угла наклона.

Примечание - Допускается использование дополнительных каналов, например для измерения температуры грунта, скорости поперечных волн, порового давления и др.

6.3 Опорно-анкерное устройство должно воспринимать реактивные усилия, возникающие при вдавливании и извлечении дилатометра.

6.4 Основная погрешность измерительных каналов должна быть не более:

+/- 2% — при измерении прикладываемой осевой нагрузки;

+/- 1,5% — при измерении бокового давления;

2° — при измерении отклонения дилатометра от вертикали;

+/- 1 см — при измерении глубины погружения дилатометра.

6.5 Градуировка датчиков и калибровка каналов измерительной системы должны выполняться не реже чем через три месяца, а также после испытаний, в которых нагрузка на датчики была близка или превышала максимально допустимое значение (по паспорту предприятия-изготовителя) или было зарегистрировано значительное смещение нуля.

6.5.1 Проверку смещения нуля датчиков следует проводить перед и после каждого испытания. Ее результаты следует учитывать при обработке результатов измерений и балансировке измерительной системы.

6.6 Выбор датчика давления следует проводить по номинально допустимому давлению Pн.д. Рабочий диапазон измерений для обеспечения заданной точности измерений следует принимать в интервале (0,2 — 1,0)Pн.д.

6.7 Величину Pн.д датчика давления следует выбирать в зависимости от физического состояния грунтов, глубины испытания, уровня грунтовых вод:

• для рыхлых песков, слабых водонасыщенных глинистых грунтов, торфов и лессовых грунтов при глубине испытаний до 10 м (Pн.д = 0,5 МПа);
• для глинистых грунтов полутвердой и твердой консистенции и плотных песков при глубине испытаний до 10 м и при глубине испытаний более 10 м для других видов грунтов (Pн.д = 1,0 МПа);
• для плотных песков и глинистых грунтов полутвердой и твердой консистенции при глубине испытания более 10 м (Pн.д > 1,0 МПа).

6.8 Рабочая часть дилатометра должна быть выполнена в виде тонкой заостренной пластины толщиной (13,5 +/- 0,1) мм с тем, чтобы при ее погружении в грунт минимизировать разрыв сплошности грунта и обеспечить полный контакт ее поверхности с грунтом. Габаритные размеры дилатометра приведены в приложении А.

6.9 Края рабочей поверхности пластины должны быть закруглены для уменьшения концентрации напряжений. Конструкция пластины должна иметь отношение геометрических размеров толщины h к ширине B h/B <= 0,2. Угол заострения зонда должен быть не более (10 +/- 1°).

6.10 Конструкция переходных элементов от дилатометра к силовому устройству не должна создавать дополнительные погрешности при измерениях.

6.11 Конструкция дилатометра должна отвечать условиям 6.11.1 - 6.11.3.

6.11.1 Модуль упругости датчика давления должен быть не менее чем в десять раз выше модуля упругости исследуемого грунта.

6.11.2 Измерение бокового давления должно осуществляться непосредственно на контактной поверхности дилатометра.

6.11.3 Боковая поверхность дилатометра должна быть изготовлена с шероховатостью поверхности (0,4 +/- 0,25) мкм, измеренной в продольном направлении.

6.12 Для вдавливания и извлечения дилатометра следует применять силовые устройства буровых машин, используемых в инженерно-геологических исследованиях.

6.13 Отклонение вертикальной оси дилатометра при его вдавливании не должно превышать +/- 2°.

6.14 Конструкция силового устройства должна обеспечивать возможность прохождения кабеля внутри колонны штанг, используемых для вдавливания.

6.15 Периодически (но не реже чем через 15 точек испытаний) необходимо проверять прямолинейность штанг. Прямолинейность штанг проверяют путем сборки их звеньев в отрезки длиной 3 м на ровной поверхности. Отклонение отрезков штанг от прямой линии не должно превышать 3 мм в любой плоскости по всей длине проверяемого отрезка.

Примечание — В качестве штанг рекомендуется использовать штанги применяемые в статическом зондировании ГОСТ 19912. Трение по штангам может быть снижено путем местного увеличения диаметра штанги (уширитель).

7 Подготовка к выполнению испытаний

7.1 Перед началом испытаний дилатометр осматривают, устанавливая отсутствие механических и прочих повреждений конструкции и кабеля, вызванных транспортированием.

7.2 Проводят подготовку силового устройства для вдавливания зонда в грунтовый массив в соответствии с инструкцией по его эксплуатации и выполняют при необходимости его анкеровку.

7.3 Мачту силового устройства устанавливают в месте испытаний. Отклонение мачты от вертикали не должно превышать +/- 1°.

7.4 Выполняют монтаж дилатометра на первом звене колонны штанг. Кабель пропускают через комплект соединительных задавливающих штанг. Длина кабеля и суммарная длина соединительных штанг должны обеспечивать возможность вдавливания дилатометра на наинизшем проектном горизонте измерений бокового давления.

7.5 Подключают кабель к измерительной системе. Проводят опробование измерительных каналов с целью установления их работоспособности.

7.6 В случае проведения измерений бокового давления из забоя скважины выполняют лидирующую скважину диаметром, равным ширине дилатометра, забой которой не достигает отметки измерений на расстояние не менее четырех диаметров скважины.

8 Проведение испытаний

8.1 Дилатометр, соединенный с силовым устройством штангами, располагают у поверхности массива грунта и записывают начальные показания измерительных каналов.

8.2 При выполнении измерений из забоя скважины дилатометр опускают до забоя и выдерживают в таком положении в течение 30 мин и записывают начальные показания датчика давления.

8.3 Снятие показаний датчика давления проводят не менее трех раз за период выдерживания. Результат измерения фиксируют в качестве «нулевых» показаний датчика давления.

8.4 В случае нахождения в массиве грунтовых вод устанавливают превышение отметки поверхности грунтовых вод над глубиной испытаний и проводят корректировку нулевых показаний датчика давления, обусловленную гидростатическим обжатием.

8.5 При вдавливании дилатометра из скважины расстояние от забоя до точки измерения должно быть не менее четырех диаметров скважины.

8.6 Вдавливание дилатометра проводят равномерно со скоростью (1,2 0,3) м/мин.

8.7 В процессе вдавливания проводится снятие показаний датчика осевой нагрузки, датчика бокового давления, датчика перемещений и датчика угла наклона через каждые 1 — 2 с.

8.8 При достижении заданной глубины вдавливание прекращают и нагрузку на штанги полностью снимают.

8.9 В момент прекращения вдавливания и снятия нагрузки фиксируют показание датчика давления, и этот момент принимают за начало отсчета времени данного измерения.

8.10 Дальнейшую регистрацию показаний датчика давления проводят через 1, 2, 5, 10, 20, 30, 60 мин после начала данного измерения до условной стабилизации бокового давления (релаксации напряжений), принимаемой в 1 кПа за 1 ч.

8.11 Дилатометр извлекают из грунтового массива на поверхность и проводят регистрацию конечных «нулевых» показаний измерительной системы.

8.12 При разнице температур окружающей среды и грунта более 5 °C в результаты измерения нулевой отметки шкалы измерения следует вводить температурные поправки в соответствии с параметрами измерительной аппаратуры.

8.13 Результаты измерений фиксируют в журнале (приложение Г) и хранят в базе данных.

9 Обработка результатов

9.1 По результатам испытаний проводят обработку измерений следующим образом.

9.1.1 Определяют приращение измеренного бокового давления над начальным «нулевым мгновенным» значением в фиксированные моменты времени, указанные в 8.10.

9.1.2 Строят график зависимости \sigma_{h} = f(t) (приложение В) при времени от начала опыта до момента условной стабилизации измеренного давления для данного испытания. При этом за начало отсчета времени принимают значение, равное 1 мин, а время условной стабилизации давления определяют по 8.10.

9.1.3 Используя формулу (1), определяют:

• мгновенный дилатометрический модуль деформации при \sigma_{h} = \sigma_{h}^{i} ;
• длительный дилатометрический модуль деформации при \sigma_{h} = \sigma_{h}^{k} .

E = \frac{(1 - \mu^{2})\sigma_{h}B}{h} , (1)

где \sigma_{h}^{i} — боковое давление за время, равное 1 мин;

\sigma_{h}^{k} — стабилизированное боковое давление (8.10);

\mu — коэффициент Пуассона;

B — ширина пластины дилатометра;

h — толщина пластины дилатометра.

Примечание — Расчетное значение модуля деформации грунтов определяют на основе сравнения дилатометрического модуля деформации с результатами определения другими стандартными лабораторными и полевыми методами путем введения корректирующего коэффициента в формулу (1).

9.1.4 Коэффициент бокового давления в состоянии покоя определяют по формуле

K_{0} = \frac{\sigma_{h0}^{k}}{\sigma_{v0}} , (2)

где \sigma_{v0} — эффективное вертикальное напряжение от собственного веса грунта;

\sigma_{h0}^{k} — измеренное стабилизированное боковое давление.

9.1.5 Напряжения, соответствующие заданному периоду времени релаксации, определяют по формуле

\sigma_{h0}^{i} = \sigma_{h0}^{k} + (\sigma_{h0}^{i} - \sigma_{h0}^{k})exp( - t_{i}/n), (3)

где \sigma_{h0}^{k} — стабилизированное значение измеренного бокового давления;

\sigma_{h0}^{i} — начальное измеренное боковое давление, соответствующее времени ti = 1 мин;

ti — текущее значение времени в процессе релаксации;

n — время релаксации.

9.1.6 Время релаксации напряжений определяют по формуле

n = \frac{t_{1}}{ln \frac{\sigma_{h}^{i} - \sigma_{h}^{II}}{\sigma_{h}^{i} - \sigma_{h}^{I}}} , (4)

где t1 — значение первого выбранного периода времени в процессе релаксации;

\sigma_{h}^{i} — начальное измеренное боковое давление, соответствующее времени t = 1 мин;

\sigma_{h}^{I} — измеренное боковое давление, соответствующее первому выбранному периоду времени;

\sigma_{h}^{II} — измеренное боковое давление, соответствующее второму выбранному периоду времени.

9.1.7 Скорость погружения дилатометра определяют по формуле

J = \frac{h_{t + \Delta t} - h_{t}}{\Delta t} , (5)

где ht — глубина погружения в момент времени t;

h_{t + \Delta t} — глубина погружения в момент времени t + \Delta t ;

\Delta t — интервал времени между измерениями.

9.1.8 Удельные силы трения грунта на боковой поверхности дилатометра определяют по формуле

f_{s} = \frac{N}{A_{s}} , (6)

где N — осевая нагрузка;

As — площадь боковой поверхности дилатометра.

9.2 Статистическую обработку результатов измерений проводят в соответствии с ГОСТ 20522. Для статистической обработки принимают результаты измерений по различным испытаниям, но соответствующие одному и тому же времени остановки зонда на заданной глубине погружения и начала испытания.

Приложение А (справочное)

ДИЛАТОМЕТР

1 — наконечник; 2 — датчик давления; 3 — пластина; 4 — крышка канала вывода кабеля; 5 — конус; 6 — переходник с резьбой под штангу; 7 — кабель; 8 — разъем

Рисунок А.1 — Конструкция дилатометра

Приложение Б (справочное)

НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ГРУНТА

а — измеряемое боковое давление; б — схема действия эффективных вертикальных \sigma_{v0} и горизонтальных \sigma_{h0} напряжений от собственного веса грунта

Рисунок Б.1 — Напряженное состояние грунта

Приложение В (справочное)

ГРАФИК РЕЛАКСАЦИИ НАПРЯЖЕНИЙ

\sigma_{h}^{0} — мгновенное давление; \sigma_{h}^{i} — начальное давление, соответствующее времени t = 1 мин; \sigma_{h}^{I} — давление, соответствующее первому выбранному периоду времени; \sigma_{h}^{II} — давление, соответствующее второму выбранному периоду времени; \sigma_{h}^{k} — давление, соответствующее времени условной стабилизации; t1 — значение первого выбранного периода времени в процессе релаксации; t2 — значение второго выбранного периода времени в процессе релаксации

Рисунок В.1 — График релаксации напряжений

Приложение Г (рекомендуемое)

Журнал измерений

Площадка: Объект: Номер точки измерения: ___________ Привязка точки измерения: долгота ____________ широта ____________ Абсолютная отметка поверхности грунта: ______________ Номер дилатометра: ____________ Дата измерений: _______________

Испытания провел ___________________ Ф.И.О.

Дата