Контроль уплотнения искусственного основания методом штамповых испытаний

На практике устройство искусственного основания под промышленные полы/автодороги/ автопарковки/аэродромы без применения технологий по стабилизации грунта происходит следующим образом: по утрамбованному естественному грунту устраивается песчаная подсыпка с послойным уплотнением и послойным контролем качества уплотнения. Критерием готовности является достижение коэффициентом уплотнения песка проектного значения. Коэффициент уплотнения устанавливается методом режущего кольца, возможно дополнительное использование косвенных экспресс-методов. После уплотнения верхнего слоя песка укладывается, уплотняется и расклинцовывается слой щебня. Существуют приёмы визуальной оценки качества уплотнения (отсутствие следа/волны от вальца катка, щебёнка брошенная под валец катка должна раздавливаться), но такие методы достаточно субъективны и могут спровоцировать спорные ситуации: некоторые подрядчики сообщают о готовности основания уже после 3-4 проходов катка. Чтобы внести ясность в процедуру контроля качества уплотнения щебёночного основания необходимо привлечение более объективной методики его приёмки. На рисунках 1-3 представлены различные стадии готовности щебёночного основания.

Рис. 1. Визуально наблюдается недостаточное уплотнение, отсутствие расклинцовки, наличие гравия лещадной формы.

Рис. 2. Визуально наблюдается ступень между уплотнённым и неуплотнённым участками. Требуется доуплотнение основания вдоль стены виброплитой. Достаточность уплотнения выясняется с помощью штамповых испытаний.

Рис. 3. Качественно уплотнённое основание: нет колеи, только след рисунка покрышек. Для подтверждения достаточной степени уплотнения необходимо провести штамповые испытания.

Ещё более неопределённая ситуация складывается вокруг стабилизированного грунта (рис. 4). Ввиду того, что результат зависит от многих факторов: технология производства работ, количество слоёв стабилизации и их толщины, количество и качество применяемого вяжущего компонента, срок набора прочности, условия твердения и другие

Рис. 4. Стабилизированный грунт: основание под промышленные полы склада (слева), основание под дорожное покрытие в коттеджном посёлке (справа).

Для решения таких задач разработаны различные методики с использованием статической штамповой установки (рис. 5) согласно нормативным документам ГОСТ 20276-2012, ОДМ 218.5.007-2016, DIN 18134.

Рис. 5. Статическая штамповая установка

Суть методик, регламентированных данными документами, заключается в передаче ступенчато растущей нагрузки на грунт через жесткий круглый штамп. Максимальная нагрузка, передаваемая на грунт штампом, сопоставима со значением давления, которое будет приходиться на грунт на стадии эксплуатации. В ходе испытания на каждой ступени фиксируются пары значений: нагрузка, передаваемая штампом на грунт, и соответствующая осадка штампа (рис. 6). По полученным даннымвычисляется модуль деформации. Глубина сжимаемой толщи определяется конструкцией искусственного основания, диаметром штампа и прочими параметрами, но обычно составляет не менее метра.

Рис. 6. Зависимость осадки штампа от нагрузки, передаваемой штампом на грунт (ГОСТ 20276-2012)

Согласно документу ОДМ 218.5.007-2016, гармонизированному с европейским документом DIN 18134, испытания проводятся в два цикла: первичное нагружение в несколько ступеней, затем плавная разгрузка и вторичное нагружение до предпоследней ступени нагрузки первичного нагружения (рис. 7). Такой подход позволяет извлечь из результатов испытаний дополнительную информацию.

Рис.7. Результаты испытания в соответствии с ОДМ 218.5.007-2016

Необходимо отметить, что по результатам штамповых испытаний можно сделать вывод не только об уплотнении, но и оценить характеристики реализованной конструкции искусственного основания. В том числе решить спорные вопросы. Например, выяснить, возможна ли замена материала, предусмотренного проектной документацией, на местный строительный материал.

Из практики:
на объекте, расположенном в Липецкой области, подтверждена возможность замены гранитного щебня металлургическим шлаком;

на объекте, расположенном в Ростове-на-Дону, подтверждена возможность изменения проектного решения: замена песчаного грунта суглинком с увеличением толщины слоя гранитного щебня.
на объекте, расположенном в Московской области, выяснено, что принятые меры по укреплению естественного основания методом стабилизации грунта в один слой недостаточны для восприятия проектных нагрузок.
Следует отметить, что при решении подобных ситуаций необходимо комплексно подходить к вопросу и учитывать не только прочностные и деформационные характеристики основания, но и гидрогеологические условия на строительной площадке, поэтому окончательное решение обычно принимает проектная организация.
Необходимо обратить внимание на то, что верхний конструктивный слой (асфальтобетонное покрытие, бетонная плита пола) не только воспринимает нагрузки, но и перераспределяет их на искусственное основание. При строительстве автомобильных дорог, парковок, маневровых площадок для грузового транспорта проблема и последствия недостаточного уплотнения слоёв искусственного основания очевидна. Однако у железо-, армо-, сталефибробетонных промышленных полов имеется своя специфика. Для устройства надёжного промышленного пола с большим сроком безремонтной эксплуатации важны не только толщина бетонной плиты, прочность бетона и способ армирования, но и степень уплотнения искусственного основания. Пренебрежение контролем качества уплотнения основания под плиту промышленного пола может привести в ходе эксплуатации к изменению геометрии плиты (неравномерным осадкам), появлению силовых трещин, возникновению уступов и пр. Такие дефекты существенно сказываются на рентабельности объекта строительства в целом и безопасности эксплуатации полов. Отклонения поверхности плиты от горизонта может привести к крену стеллажа, перегрузу и перегибу его стойки. Практика показывает, что при выходе из состояния равновесия стеллажная система складывается по принципу домино, увлекая за собой соседние ряды стеллажей, что приводит к значительным материальным потерям и даже человеческим жертвам.

Устранение последствий менее значительных дефектов, например, трещин в плите пола сопряжено со временным перекрытием движения через ремонтный участок: в гипермаркете закроется один или несколько отделов, на складе – не будет доступа к части товара, на производстве могут остановиться один или несколько технологических процессов. Известно, что уступы и трещины с широким раскрытием увеличивают износ дорогостоящих покрышек, тем самым повышаются расходы на содержание погрузо-разгрузочной техники.
Несмотря на значительный вес и габаритные размеры оборудования, возможны выезды по всей территории РФ, где отсутствуют вечномёрзлые грунты. На данный момент география наших объектов включает в себя многие города России от западной границы Ленинградской области (Сланцы) до восточной границы Тюменской области (Ишимский и Абатский районы), от Мурманска до Ростова-на-Дону.
Наша лаборатория проводила штамповые испытания искусственного основания под промышленные полы и фундаменты при строительстве многих объектов производственного и складского назначения, топливно-энергетического комплекса, сетевых гипермаркетов (Auchan, Leroy Merlin, Metro Cash&Carry, Лента).