ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ

 О МИНИМАЛЬНО ДОПУСТИМОМ КОЛИЧЕСТВЕ ОБРАЗЦОВ ГРУНТА ИЗ ОДНОГО ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА

 ON THE MINIMALLY ACCEPTABLE NUMBER OF SOIL SAMPLES FROM A SINGLE ENGINEERING-GEOLOGICAL ELEMENT

Ключевые слова: образец, грунт, песок, супесь, суглинок, глина, вероятность правильного определения.

Аннотация: обосновывается минимально допустимое количество образцов грунта из каждого выделенного инженерно-геологического элемента на основе численного значения вероятности правильного определения характеристик. Key words: sample, soil, sand, sand loam, loam, clay, probability of correct definition. Abstract: the minimum admissible quantity of samples of a ground from each allocated engineering-geological element is proved on the basis of numerical value of probability of correct definition of characteristics.

Введение: При изысканиях на некрупных объ¬ектах типа отдельно стоящих мало¬этажных зданий, базовых станций со¬товой связи, автозаправочных станций и пр. часто оказывается, что количе¬ство отобранных образцов недоста¬точно для статистической обработки результатов лабораторных исследова¬ний. Опыт показывает, что на крупных объектах при значительном объеме бу¬рения, как правило, отбирается боль¬шое число образцов, порой даже из¬лишнее, но по отдельным инженерно-геологическим элементам их бывает недостаточно. Таким образом, задача определения минимально допустимого количества образцов грунта является актуальной, и ее решение будет способствовать по¬вышению качества изысканий.

Требования нормативных документов: Согласно п. 2.15 СНиП 2.02.01-83* «количество определений характери¬стик грунтов, необходимое для вычис¬ления их нормативных и расчетных значений, должно устанавливаться в зависимости от степени неоднородно¬сти грунтов основания, требуемой точ¬ности вычисления характеристики и класса здания или сооружения и ука¬зываться в программе исследований. Количество одноименных частных определений для каждого выделенного на площадке инженерно-геологическо¬го элемента (ИГЭ) должно быть не ме¬нее шести» . В соответствии с п. 7.16 ч. I СП 11-105-97 при выполнении инженерно-геологических изысканий для разработки проекта «количество образцов грунта следует устанавливать соответствующими расчетами в программе изысканий для каждого характерного слоя (инженерно-геологического эле¬мента) в зависимости от требуемой точности определения их свойств, сте¬пени неоднородности грунтов и уровня ответственности проектируемого объ¬екта. При отсутствии требуемых для расчета данных следует обеспечивать по каждому выделенному инженерно-геологическому элементу получение частных значений в количестве не менее 10 характеристик состава и состояния грунтов или не менее 6 характеристик механических (прочностных и деформационных) свойств грунтов» [6]. При инженерно-геологических изысканиях для свайных фундаментов в соответствии приложением В СП 50-102-2003 предусматривается не менее шести определений каждого показателя в пределах одного ИГЭ [7]. В п. 5.3.16 СП 50-101 -2004 указано, что «число одноименных частных определений для каждого выделенного на площадке ИГЭ или расчетного грунтового элемента должно быть не менее десяти для физических характеристик и не менее шести — для механических характеристик» [8]. Как видно, в нормативных документах речь идет не о минимальном количестве образцов, отобранных из одного 20  ИГЭ, а о минимальном числе одноименных частных определений для одного ИГЭ, что не одно и то же. Однако на практике минимальное число определе¬ний принимается за минимальное число образцов, что принципиально неверно.  

Особенности полевого описания грунтов: Хорошо известно, что в полевых условиях, где определения номенклатурного вида грунтов, консистенции и других характеристик производятся ор-ганолептическим методом (визуально), без применения технических средств, неизбежны погрешности определения, выявляемые лабораторными испытаниями. После лабораторных испытаний может оказаться, что отобранные для одного выделенного ИГЭ образцы характеризуют не один, а два и даже три ИГЭ. Иными словами, число одноименных определений одного ИГЭ оказывается меньше минимального количества определений, предусмотренного нормативными документами. Различия результатов лабораторных и полевых органолептических определений в ряде случаев обусловлены разными принципами определения. Так, при полевом описании пески классифицируются по преобладающей фракции. Вместе с тем по результатам лаборатор¬ного гранулометрического анализа на¬звание пескам присваивается по клас¬сификации, приведенной в ГОСТ 25100-95 [2]. В этой классификации на¬именование дается не по преобладаю¬щей фракции, а по массе частиц различной крупности. Как указывается в книге В.Д. Ломтадзе [3], классификация имеет очень серьезные недостатки. Так, например, по этой классификации песок следует называть крупным, если масса частиц крупнее 0,5 мм составляет в нем более 50%, хотя количество круп¬нозернистых песчаных частиц (1— 0,5 мм) в грунте может быть ничтожно малым. Естественно, что такой грунт будет обладать свойствами, нехарактер¬ными для крупных песков. На этом ошибочном принципе по массе суммы различных фракций классифицируются все разности песков в ГОСТ 25100-95. В новом, обновленном документе существующую классификацию песков по гранулометрическому составу необходимо заменить.

Пески должны классифицироваться по преобладающей фракции. Глинистые грунты в полевых условиях классифицируют с помощью специальных манипуляций. Свежие образцы режут ножом, скатывают в шнур, кольцо, шарик, растирают грунт на ла¬дони, легко встряхивают и т.п. Напри¬мер, глины при срезе ножом имеют бле¬стящую гладкую, иногда полированную поверхность с отдельными бороздами. Суглинки имеют матовую или шероховатую, относительно ровную поверхность. У супесей поверхность неровная, морщинистая, видны песчаные зерна, при срезе грунт крошится и ломается. Консистенция глинистых грунтов в полевых условиях изучается на образ¬цах природного сложения. Геолог ощущает грунт и оценивает его влажность, раскатывает грунт в шнур и определяет его диаметр, вдавливает в грунт пальцы руки, изучает поведение грунта при ударе [4]. В лаборатории консистенцию оценивают по показателю текучести, который характеризует грунт нарушен¬ного сложения. Неудивительно, что результаты полевого и лабораторного определения консистенции часто различаются. Нельзя говорить, что полевое определение правильно, а лабораторное неправильно, и наоборот. Результат каждого определения несет в себе определенную информацию о свойствах грунтов, которую необходимо учитывать. Поэтому предлагается в материалах инженерно-геологических изысканий представлять консистенцию нарушенного грунта и ненарушенного. Как видно, при строгом подходе не все результаты визуальных и лабора¬торных исследований можно сравни¬вать друг с другом, но поскольку в настоящее время за приоритетные исследования приняты лабораторные испытания, использование их результатов в качестве эталона вполне правомерно. Визуальная оценка плотности сложения песков осуществляется во вре¬мя бурения скважин по скорости бурения и характеру погружения бурового снаряда. Так, при колонковом способе скорость чистого бурения «всухую» плотных песков V< 6 м/ч, песков средней плотности V = 6-10 м/ч, рыхлых песков V= 10-20 м/ч [4]. Результаты визуального определения плотности сложения песков корректируются по данным определения коэф-фициента пористости песков в кольцах, отобранных в соседних со скважиной шурфах, и по результатам динамиче-ского и статического зондирования. Для определения достоверности по¬левых определений нами выполнено сравнение результатов полевых и лабо-раторных исследований, а также статического зондирования на объектах Лен-ТИСИЗа в различных районах Северо-Запада. 

Образцы грунта были отобраны из буровых скважин диаметром 108— 127 мм, пробуренных колонковым спо¬собом «всухую» в глинистых и песча¬ных грунтах, преимущественно озерно-ледникового и ледникового происхож¬дения [1]. Общий объем бурения составил бо¬лее 20 000 м, отобрано 1600 монолитов глинистых грунтов и 550 образцов пес¬ков нарушенного сложения. За действи¬тельную плотность сложения песков приняты результаты статического зон-дирования, выполненного рядом с буро¬выми скважинами в объеме 500 м. Для сопоставления с результатами лабора-торных исследований и статического зондирования полевое описание грунтов рассматривалось в метровых интерва-лах, из которых отбирались образцы грунтов. В качестве количественного показа¬теля точности визуального определе¬ния нечисленных (словесных) харак¬теристик грунтов принята вероятность правильного определения Р = т/п, где т — число правильных определений характеристики, и — число всех опре¬делений. Ниже приведены значения Р для грунтов Северо-Запада. Мелкие Пылеватые Плотность сложения песков Плотные Средней плотности Рыхлые Разновидность глинистых грунтов по числу пластичности Супеси Суглинки Глины Консистенция глинистых грунтов Суглинки и глины Твердые Полутвердые Тугопластичные Мягкопластичные Текучепластичные Текучие Супеси Твердые Пластичные Текучие 0,55 0,75 0,50 0,85 0,25 0,35 0,70 0,70 0,40 0,30 0,55 0,40 0,20 0,15 0,28 0,88 0,77 Характеристика грунтов Гранулометрический состав песков Гравелистые Крупные Средней крупности Вероятность правильного определения Р 0,50 0,40 0,50 Из рассмотрения значений веро¬ятностей правильного определения следует, что наиболее верно определяются: пластичная консистенция супесей (Р = 0,88), средняя плотность сложения песков (Р = 0,85), гранулометрический состав пылеватых песков (Р = 0,75), номенклатурный вид суглинков и глин (Р = 0,70). С наимень¬шей достоверностью определяются признаки физического состояния сла¬бых грунтов: плотность сложения рых¬лых песков (Р = 0,25), текучепластич-ная (Р = 0,20) и текучая (Р = 0,15) консистенция суглинков и глин. Однако необходимо иметь в виду, что приведенные численные значения вероятностей правильного определения плотности сложения песков действи¬тельны только при использовании ко¬лонкового бурения «всухую». Если бу¬рение ведется с промывкой, то в связи с разуплотнением и размывом песчаных грунтов в процессе бурения визуальная оценка плотности сложения пес¬ков оказывается сильно заниженной. Очень плотные пески могут быть при¬няты за рыхлые, а в песчаной толще да¬же могут образоваться «пустоты». Расчет минимального количества образцов  

Расчет минимального количества образцов ведется по формуле N = N/ Р, где N— минимальное количество об-разцов, N — минимальное количество одноименных частных определений для каждого выделенного на площадке инженерно-геологического элемента, предусмотренное нормативным документом, Р — вероятность правильного визуального определения. Например, при полевом описании выделены суглинки, которым соответ¬ствует Р = 0,70. Согласно нормативно¬му документу [8] минимальное коли¬чество определений Nn =10, следова¬тельно, необходимо отобрать 10/0,7 = 14 образцов.  

Заключение: Как показали выполненные исследования, минимально допустимое ко¬личество образцов грунта N суще¬ственно превышает минимальное чис¬ло одноименных частных определений для каждого выделенного на площадке ИГЭ, предусмотренное нормативным документом. Значение /V зависит от вероятности правильного определения Р. Как правило, Р имеет невысокие значения. Поэтому перед изыскателями стоит задача увеличить значение Р. Для увеличения Р гранулометриче¬ского состава песков необходимо заменить приведенную в ГОСТ 25100-95 классификацию на новую, в которой название пескам присваивается по преобладающей фракции. В этом слу¬чае полевое определение будет соответствовать лабораторному. Для увеличения Р характеристик глинистых грунтов необходимо в практику полевых исследований внедрять экспрессные инструментальные методы, обеспечивающие объективность оценки грунтов. Например, на терри¬тории Санкт-Петербурга широко применяется полевой пенетрометр Бой-ченко, позволяющий объективно определить консистенцию грунта в условиях естественного залегания.

Список литературы Х.Архангельский И.В. О достоверно¬сти результатов инженерно-геологиче¬ских исследований // Инженерная геоло¬гия. 1989. №2. С. 101-109. 2. ГОСТ 25100-95. Грунты. Класси¬фикация. 3. Ломтадзе В.Д. Инженерная геология. Инженерная петрология. 2-е изд., перераб. и доп. Л.: Недра, 1984. 511 с. 4. Солодухин М.А., Архангельский И.В. Справочник техника-геолога по инженерно-геологическим и гидрогеологи-ческим работам. М.: Недра, 1982. 283 с. 5. СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений. 6. СП 11-105-97. Инженерно-геологические изыскания для строительства. 7. СП 50-102г2003. Проектирование и устройство свайных фундаментов. 8. СП 50-101-2004. Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений.  

Журнал  ИНЖЕНЕРНЫЕ ИЗЫСКАНИЯ Май 2011