Лабораторные испытания грунтов: физико-механические характеристики с протоколом

Грунт под фундаментом описывают цифрами: угол внутреннего трения, удельное сцепление, модуль деформации, плотность, влажность. Эти значения получают в лаборатории на отобранных образцах, и проектировщик считает осадку и несущую способность именно по ним. Ошибка в одном сцеплении переносится в расчёт основания целиком.

Сертификат РБ проводит лабораторные испытания грунтов в собственной аккредитованной лаборатории: физические характеристики по ГОСТ 5180, прочность и деформируемость по серии ГОСТ 12248, уплотнение по ГОСТ 22733. Вы привозите образцы или отправляете транспортной компанией, получаете протокол с фактическими значениями.

Работаем с образцом: принимаем монолиты и нарушенные пробы, отобранные на объекте, и выдаём характеристики, которые пойдут в расчёт. Полевые испытания на площадке не проводим.

Физические характеристики: с чего начинается любой заказ

Физические свойства определяют для каждой пробы, даже если заказаны только прочностные испытания. Без плотности и влажности механические результаты не с чем сопоставить: одна и та же глина при разной влажности покажет разное сцепление.

Классификация по итогам этих определений выполняется по ГОСТ 25100-2020: в протоколе грунт получает наименование, а не остаётся «суглинком со слов заказчика».

Механические характеристики: прочность и деформируемость

Прочность грунта описывают двумя величинами — углом внутреннего трения и удельным сцеплением, деформируемость — модулем деформации. Метод выбирают под задачу и под тип грунта, и от метода зависит, какие именно цифры вы получите.

Отменённый ГОСТ 12248-2010 в техническом задании

Половина заявок приходит со ссылкой на ГОСТ 12248-2010 «Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости». Этот стандарт отменён с 1 июня 2021 года и заменён серией из одиннадцати документов — ГОСТ 12248.1-2020 … ГОСТ 12248.11-2020, каждый на свой метод.

Практическое следствие: протокол выдаётся по действующему стандарту, а старое обозначение из вашей документации мы указываем справочно, чтобы у проверяющего не возникло вопроса о подмене метода. Если проектная документация написана давно и ссылается на 12248-2010 — переделывать её не нужно, достаточно корректно оформленного протокола.

Специальные грунты: просадочные, набухающие, мёрзлые, скальные

Отдельные категории грунтов требуют своих методов, и заказывать их «по умолчанию» бессмысленно — нужны, только если такой грунт у вас есть.

• Просадочные — лёссовые грунты, дающие дополнительную осадку при замачивании. Относительную просадочность и начальное просадочное давление определяют компрессионным методом по схеме «двух кривых».
• Набухающие — глины, увеличивающиеся в объёме при увлажнении: давление набухания по ГОСТ 12248.6-2020.
• Мёрзлые — испытывают при отрицательной температуре по отдельным стандартам серии: шариковый штамп (ГОСТ 12248.7-2020), срез по поверхности смерзания (ГОСТ 12248.8-2020), одноосное и компрессионное сжатие мёрзлых грунтов (ГОСТ 12248.9-2020 и ГОСТ 12248.10-2020).
• Скальные — предел прочности при одноосном сжатии в сухом и водонасыщенном состоянии, коэффициент размягчаемости; здесь методика ближе к испытаниям природного камня, чем к дисперсным грунтам.
• Крупнообломочные — требуют приборов увеличенного размера, поэтому объём пробы заметно больше обычного; согласуем такие работы до отбора.

Уплотнение грунта и контроль качества насыпи

Работы по обратной засыпке, насыпям и земляному полотну принимают по коэффициенту уплотнения. Считается он просто: фактическая плотность сухого грунта делится на максимальную, полученную методом стандартного уплотнения. Значит, нужны два числа.

Максимальную плотность и оптимальную влажность даёт лаборатория по ГОСТ 22733-2016 — один раз на грунт данной выемки или карьера. Фактическую плотность на объекте определяют режущим кольцом по ГОСТ 5180-2015: кольцо с грунтом привозят к нам, либо мы определяем плотность на присланных монолитах. Дальше строительный контроль сравнивает результат с проектным значением, обычно 0,95 или 0,98.

Образцы: сколько привезти и как довезти

Результат испытания не может быть лучше образца. Монолит, рассыпавшийся в дороге, годится для гранулометрии и влажности, но не для среза и компрессии — нарушенное сложение изменит и плотность, и прочность.

• Монолиты ненарушенного сложения — для среза, компрессии, трёхосного сжатия и определения плотности. Отбирают грунтоносом или вырезают вручную, парафинируют либо герметично упаковывают. Требования к отбору, упаковке, транспортированию и хранению — ГОСТ 12071-2014.
• Нарушенные пробы — для влажности, пределов пластичности, гранулометрии и стандартного уплотнения. Достаточно плотного пакета с двойной этикеткой: одна внутри, вторая снаружи.
• Объём зависит от набора: на полный физмех глинистого грунта обычно нужно три монолита на одну инженерно-геологическую разность, на стандартное уплотнение песка — от 10 кг. Точное количество скажем до отбора, когда увидим перечень характеристик.
• Срок хранения ограничен: влажность и пластичность определяют по свежей пробе, иначе грунт подсыхает и цифры уплывают. Не держите образцы в багажнике неделю.

Правила подготовки образцов общие для лаборатории — как мы работаем с ними по другим материалам, описано на странице об изготовлении образцов для испытаний.

Протокол испытаний грунта и сопутствующие документы

Итог работы — протокол на бланке аккредитованной лаборатории с уникальным номером. В нём: сведения о заказчике и объекте, описание и наименование грунта по ГОСТ 25100-2020, дата и место отбора, применённый метод со ссылкой на действующий стандарт, условия испытания, фактические значения характеристик и подписи исполнителей.

• Программа и методика испытаний — нужна, когда стандартной методики под задачу нет либо требования заданы техническим заданием. Разрабатываем и согласовываем с вами до начала работ; подробнее — на странице о программе и методике испытаний.
• Журнал испытаний — первичные данные по каждой ступени нагружения. Хранится в лаборатории, копия выдаётся по запросу: её иногда просит экспертиза.
• Статистическая обработка — нормативные и расчётные значения характеристик по совокупности определений выводят по ГОСТ 20522-2012. Единичный протокол таких значений не содержит, и это нормально: одна цифра не образует выборку.
• Химический анализ — если помимо физмеха нужна агрессивность к бетону, засолённость или загрязнение, это отдельная работа: химический анализ грунта.

Как выглядит документ и что в нём проверяют в первую очередь — на странице о протоколе испытаний.

Из нашей практики

Самая частая потеря времени — не в лаборатории, а в формулировке заявки. Клиент просил у нас протокол «на пучинистость» для грунт-эмалей; после разбора выяснилось, что речь о прочности покрытия, а слово подобрали по созвучию — эта история описана в блоге. С грунтами то же самое: «испытание грунта» может означать и срез в приборе, и штамп в шурфе, и коэффициент уплотнения на насыпи. Мы всегда переспрашиваем, какой норматив и какая цифра нужна в итоге, — минута разговора экономит неделю.

Второй сюжет — редкие породы. Когда пришёл заказ на габбро-диабаз, травертин и лабрадорит, эксперту пришлось разбираться в свойствах каждой породы, чтобы корректно применить требования стандарта; как это было. Со скальными грунтами история повторяется: наименование в задании звучит внушительно, а методика подбирается по фактическому состоянию керна.

FAQ

Чем лабораторные испытания грунтов отличаются от полевых?

Объектом. В лаборатории испытывают отобранный образец в контролируемых условиях и получают характеристики самого грунта: сцепление, угол внутреннего трения, модуль деформации. В поле нагружают массив целиком — сваей, штампом, зондом — и получают отклик основания в конкретной точке. Проектировщику обычно нужны оба набора, но выполняют их разные организации.

Сколько грунта привезти на испытания?

Зависит от перечня. На полный физико-механический комплекс по глинистому грунту обычно требуется три монолита ненарушенного сложения на инженерно-геологическую разность, на стандартное уплотнение песка — от 10 кг нарушенной пробы. Пришлите список характеристик, и мы назовём точное количество до того, как вы поедете на объект.

В задании стоит ГОСТ 12248-2010, а вы говорите, что он отменён. Что делать?

Ничего переделывать не нужно. Испытания проводим по действующим стандартам серии ГОСТ 12248.1-2020 … 12248.11-2020, а в протоколе при необходимости указываем и старое обозначение из вашей документации. Порядок определения сцепления и угла внутреннего трения при этом не изменился.

Можно ли по одному протоколу посчитать основание?

Нет, и дело не в протоколе. Расчётные и нормативные значения характеристик получают статистической обработкой совокупности определений по ГОСТ 20522-2012, а единичное испытание выборки не образует. Количество определений задаёт программа изысканий; лаборатория выполняет столько, сколько в ней предусмотрено.

Делаете ли вы отбор проб на объекте?

Нет. Отбор монолитов из скважин и шурфов — часть изыскательских работ, их выполняет организация с допуском СРО на инженерные изыскания. Мы принимаем уже отобранные образцы и отвечаем за лабораторную часть. Требования к упаковке и транспортированию по ГОСТ 12071-2014 подскажем заранее.

Сколько стоят лабораторные испытания грунтов?

Цена зависит от набора характеристик, типа грунта и количества проб: физика по одной пробе и серия трёхосных испытаний отличаются по трудоёмкости в разы. Смету считаем бесплатно по вашему перечню и фиксируем в договоре — доплат за «дополнительные определения» по ходу работ не возникает.

Примут ли ваш протокол в экспертизе?

Протокол выдан аккредитованной лабораторией, содержит ссылки на действующие стандарты и сведения об области аккредитации. Вопросы у экспертизы возникают не к бланку, а к содержанию: несоответствие метода заданию, отсутствие данных об отборе, ссылка на отменённый стандарт. Именно это мы проверяем до начала работ.