Отбор проб грунта для лабораторных исследований. Методические указания по отбору образцов грунтов для лабораторных анализов и испытаний при подробных технических изысканиях автомобильных дорог

ГОСТ 12071-2014 "Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов"

4.1 Общие положения

1. Отбор образцов грунта и объем проб нарушенного или природного сложения (монолитов) осуществляют для описания грунтов и определения их свойств в лабораторных условиях согласно ГОСТ 5180, ГОСТ 12248, ГОСТ 12536, ГОСТ 22733, ГОСТ 23161, ГОСТ 23740, ГОСТ 24143, ГОСТ 26263, ГОСТ 30416.
2. Образцы грунта отбирают из зачищенных забоя и стенок горных выработок (шурфов, котлованов, буровых скважин и т.п.), естественных и искусственных обнажений и дна акваторий .
3. Для определения полного комплекса физико-механических свойств грунтов проба должна состоять из одного или нескольких монолитов в зависимости от состава намечаемых лабораторных работ .
4. Монолиты сразу после отбора должны быть ориентированы (отмечают верх монолита).

1. Для отбора монолитов из открытых горных выработок используют лопату, нож, режущие кольца и грунтоносы разного типа.

1. Для изоляции монолитов талых грунтов применяют парафин нефтяной марки НВ 56-58 по ГОСТ 23683 с добавкой 35% - 50% (по массе) гудрона, марлю, изоляционную ленту, а также церезин по ГОСТ 2488.

Количество монолитов грунта для лабораторных испытаний

ОСН АПК 2.10.01.001-04 "Проектирование мелкозаглубленных фундаментов
малоэтажных сельских зданий на пучинистых грунтах"

Глава 4. п.:

1. При проведении инженерно-геологических изысканий на площадке планируемого строительства отбор проб грунта для лабораторных испытаний должен производиться через каждые 25 см по глубине выработок в слое сезонного промерзания.
   Нормативная глубина промерзания d fh определяется по указаниям СНиП 2.02.01-83*.
   При выявлении подземных вод на обследуемом участке глубину выработок следует увеличить в соответствии с данными табл. 2, характеризующими минимальное расстояние Z между нормативная глубина промерзания d fh и глубиной залегания подземных вод d w .

Таблица 2

Отбор проб грунта из шурфов для лабораторных испытаний

Указания по полевой документации инженерно-геологических
и поисково-разведочных работ при изысканиях автомобильных дорог

При отборе проб грунта следует учитывать требования ГОСТ 12071-60 .
Отбор проб грунта из шурфов производят послойно. В случае мощности слоя более 1-го метра, он может быть охарактеризован несколькими образцами.
Пробы с нарушенной структурой отбирают в интервале по глубине 10 см.
Например, образец взят с глубины 1,10-1,20 м.
Вас образца должен быть около 500 грамм, в случае мелкоземистых грунтов, а при необходимости отбора проб на стандартное уплотнение (например для грунтов выемок) - 3-3,5 кг.
Отбор образцов крупнообломочных грунтов осуществляется бороздовым методом. Отобранные образцы подвергают грохочению для разделения на фракции. Куски размером более 100 мм следует отбирать вручную. Из мелких фракций грунтов, прошедших через сито, 20 мм отбирают квартованием среднюю пробу весом 3 кг для испытания в лаборатории.
Отбор проб грунтов с ненарушенной структурой (монолитов) производят двумя способами:

1. При помощи режущих колец. Этот способ применяют в тех случаях, когда не нужно определять компрессионные свойства грунта, а требуется определить только коэффициент пористости грунта. Режущие кольца сделаны из металла и имеют стенки толщиной не более 2 мм.
   С одного конца кольцо заострено за счет внешнего диаметра, на другой надевается крышка с небольшим отверстием для выхода воздуха.
   Внутренний диаметр режущих колец должен быть не менее 10 мм. Высота кольца должна быть не более диаметра.
   Кольца меньшего диаметра применяются при взятии монолитов глинистых и суглинистых грунтов, большего - супесчаных и песчаных грунтов.
   Перед взятием монолита стенку шурфа выравнивают и зачищают; кольцо на заданной глубине прислоняют вплотную острым концом к стенке шурфа и вдавливают в грунт до тех пор, пока крышка немного погрузится в грунт.
   После этого кольцо с грунтом осторожно извлекают при помощи почвенного ножа, крышку снимают, срезают лишний грунт заподлицо с краями кольца, и взвешивают кольцо с грунтом, предварительно обтерев его снаружи от приставшего грунта, на технических или аптекарских весах с точностью до 0,1 грамма. Вычтя из веса кольца с грунтом вес кольца, определяют вес грунта; разделив вес грунта на объем кольца, получают объемный вес грунта.
   Взвешивание производят троекратно.
   Одновременно с этой же глубины отбирают пробу грунта для определения естественной влажности и пробу грунта нарушенной структуры весом 0,5 кг для определения удельного веса грунта, гранулометрического состава, пластичности.


2. В тех случаях, когда необходимо определить компрессионные свойства грунта, угол внутреннего трения, сцепление, временное сопротивление раздавливанию и др. в образце с ненарушенной структурой монолит отбирают в виде куба или параллелепипеда с размерами сторон для скальных грунтов не менее - 100×100×100 мм, для крупнообломочных сцементированных мерзлотой, дресвяных и гравийных 200×200×200 мм щебенистых и галечниковых - 300×300×300 мм, песчаных сцементированных мерзлотой и глинистых 200×200×200 мм.
   При возникающих затруднениях допускается производить отбор образцов произвольной формы с сохранением указанных размеров сторон как минимальных.
   Стенку шурфа выравнивают, зачищают и на заданной глубине почвенным ножом намечают квадрат несколько больше требуемого размера. По мере углубления в стенку шурфа образцу постепенно придают правильную форму и необходимый размер.
   Во избежание высыхания взятый монолит здесь же у шурфа, парафинируют и тщательно упаковывают по правилам, изложенным в ГОСТе 12071-66.

Описание шурфов

Методическое пособие к лабораторным работам по механике грунтов для студентов специальности 270105 «Городское строительство и хозяйство» всех форм обучения

Составили В.П. Ткаченко, М.Г. Оноприенко, Н.А. Иваненко

Рецензент: профессор, заслуженный деятель науки Кубани Е.Н. Пересыпкин

Сочи – РИО СГУ 2014

Введение

Для проектирования оснований и фундаментов зданий и сооружений необходимо определить физико-механические свойства грунтов и условия их залегания. Их определяют в процессе инженерно-геологических изысканий с использованием полевых и лабораторных методов исследований. Лабораторные методы исследований позволяют определить физико-механические свойства грунтов, отобранных в виде проб и монолитов в процессе выполнения инженерно-геологических изысканий. От точности полученных значений зависят точность расчетов, надежность и технико-экономические показатели строительства и эксплуатации сооружений.

Методические указания знакомят студентов с основными методами и приемами выполнения лабораторных анализов грунтов в пределах утвержденных программ обучения. До начала выполнения лабораторных работ студент должен предварительно проработать соответствующий теоретический материал, ознакомиться с настоящим методическими указаниями, а затем выполнить работу в учебной лаборатории. В конце очередного занятия студент должен оформить лабораторный журнал и показать его преподавателю. В журнале приводятся необходимые расчетные уравнения и графические результаты опыта. По окончании занятия студент обязан привести в порядок свое рабочее место и сдать его лаборанту.

Отбор образцов грунта для лабораторных работ.

Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов грунта для выполнения лабораторных исследований выполняется в соответствии с ГОСТ 12071 – 72.

Образцы грунта отбирают ненарушенного (монолиты) или нарушенного сложения из зачищенных забоя, стен горных выработок (расчисток, шурфов, дудок, котлованов и т.п.) и буровых скважин. Их количество, вид, размеры определяются программой изысканий, и может уточняться при выполнении лабораторных работ. Количество и вид образцов должно быть достаточным для проведения лабораторных исследований и контрольных определений. Монолиты из шурфов, котлованов, как правило, отбираются призматической, а из скважин грунтоносами – цилиндрической формы. Монолит, у которого не сохраняется форма без жесткой тары, отбирают методом режущего кольца по ГОСТ 5182-78. Внутренний диаметр режущего кольца при отборе монолитов крупноблочного грунта должен быть не менее 200 мм и не менее 90 мм для остальных видов грунтов. Высота кольца должна быть не менее одного и не более двух диаметров кольца.

Отбор монолитов не мерзлых песчаных и глинистых грунтов выполняют из скважин в процессе их бурения без применения промывочной жидкости с перекрытием водонасыщенных слоев обсадочными трубами.

После отбора монолитов немедленно приступают к их изоляции от наружного воздуха обматыванием марлей, пропитанной парафином. На верхнюю грань монолита ложится завернутая в кальку и пропитанная парафином этикетка. Монолит к марле опускают в расплавленный парафин, вынимают из него, а затем покрывают вторым слоем марли и еще раз парафинируют. На запарафинированный монолит ложится вторая этикетка, которая покрывается тонким слоем парафина, обеспечивающим чтение надписи на этикетке. В применяемый для изоляции монолитов парафин с целью увеличения его пластичности добавляют 35 – 50 % (по массе) гудрона.

На этикетке монолита указывается организация, выполняющая изыскания, наименование объекта, его местонахождение, название и номер выработки, номер монолита, глубина отбора, наименование грунта по визуальному определению, должность и фамилия лица, проводившего отбор монолита, его подпись и дата отбора. Этикетки заполняются простым графитовым карандашом.

Образцы грунта, предназначенные для транспортировки, упаковываются в ящики с заполнением свободного пространства опилками, стружкой, другими материалами с аналогичными свойствами. Под верхнюю крышку ящика ложится завернутая в кальку ведомость образцов со сведениями, указанными на этикетках. Ящики нумеруются, снабжают надписями "Верх", "Не кантовать", "Не бросать", адресами получателя и отправителя.

При транспортировке монолиты грунта не должны подвергаться резким динамическим и температурным воздействиям. До начала анализа их хранят в помещениях с относительной влажностью 50 – 60% при температуре 2 – 20 0 С. Монолиты мерзлого грунта хранят в камерах с относительной влажностью 80 – 90% при отрицательной температуре. Срок хранения монолитов 1,5 – 3 месяца в зависимости от состояния и вида грунта.

Монолиты грунта с повреждением гидроизоляционного слоя, дефектами упаковки и хранения принимать к лабораторным испытаниям запрещается. Их используют как образцы грунта с нарушенным строением.

Физическое состояние грунта устанавливается следующими определяющими характеристиками: естественная плотность, плотность частиц, влажность, гранулометрический состав. Прочность грунтов оценивается по определенным характеристикам сопротивления грунта сжатию и сдвига. Фильтрационные свойства грунтов характеризуются определенными значениями их проницаемости.

К вычисляемым характеристикам грунта относятся:

· Коэффициент пористости;

· Пористость;

· Степень влажности;

· Показатель текучести;

· Число пластичности;

· Коэффициент неоднородности песчаного грунта.

В соответствии с определяемыми и вычисляемыми характеристиками грунтов по СНиП 2.02.01 – 82 выполняется их классификация по типу, виду и состоянию. Характеристики грунта используют в расчетах для определения несущей способности, прочности и осадок оснований сооружений, устойчивости откосов, давления на ограждающие конструкции и т.д.

Отбор проб грунта выполняется совместно с работами по проведению инженерно-геологических изысканий. Под грунтом в строительстве понимают верхний слой литосферы, включающий в себя скальные, а также полускальные и рыхлые горные породы.

Цели отбора проб

К основным целям отбора образцов грунта относят:

• классификация пород грунта и установление состава разреза (или осадочных слоев и пластов);
• выявление оптимальной величины откосов при выполнении земляных работ;
• описание характеристик, свойств грунта и его составляющих с точки зрения возможности их использования в качестве стройматериалов;
• установление физико-механических характеристик грунта для выявления его несущей способности (так называемая проба грунта под фундамент).

Методы отбора проб грунта

Методы, используемые для отбора образцов грунта, зависят от вида исследуемой почвы. Отбираются грунты с:

• нарушенной структурой;
• с ненарушенной или монолитной структурой.

При заборе образцов рыхлых пород, к примеру, песчаных, могут отбираться пробы нарушенной структуры, а для изучения связных пород‚ таких как рыхловатые грунты, глина и т.п., необходим забор ненарушенной, т.е. монолитной структуры. Для таких образцов требуется бурить скважины. Любой способ бурения позволяет получить качественный образец с ненарушенной структурой и обеспечить соответствие свойствам слоев, из которых отбираются пробы грунта.

Методы отбора разнообразны, среди них:

• точечный метод для взятия небольших образцов грунта;
• бороздовой, основанный на вспахивании борозд по всей протяженности пласта;
• валовой, позволяющий использовать для анализа весь выработанный грунт.

Как правильно отобрать пробы?

При отборе грунтов следует:

• исключить полностью попадание случайных включений;
• обеспечить соответствие образца грунта слою почвы места забора проб;
• не курить во время забора проб;

Как правило, при взятии проб ведется журнал, в котором ставятся отметки о месте, времени отбора образцов и составляется соответствующий акт. Что касается объема взятого образца, то он должен обеспечивать возможность всех запланированных исследований. Для грунтов нарушенной структуры эта величина не менее 2000 см², а для монолитов составляет более 500 см².

Пробы почвы, в зависимости от необходимости проведения тех или иных определений, отбирают в стеклянные (пластиковые) емкости или полиэтиленовые пакеты.

Необходимым условием отбора проб почв является их предохранение от вторичного загрязнения (в том числе атмосферными осадками) на всех этапах отбора проб.

Для отбора проб почвы необходимо использовать инвентарь, изготовленный из металла (нержавеющая сталь), керамики, пластмассы и т.п. Все рабочие поверхности должны быть тщательно очищенными от загрязнений и не иметь признаков коррозии и ржавчин

Проведение лабораторных исследований грунтов – трудоемкий процесс, требующий профессионального подхода уже на этапе отбора проб. ГК «Специалист» готова предоставить своим клиентам такой подход: много лет работая в сфере недропользования, мы знаем все нюансы проведения лабораторных испытаний.

В зависимости от поставленных задач для лабораторных исследований отбирают пробы с нарушенной или ненарушенной (монолиты) структурой. Для этого применяют один их следующих способов:

• точечный (из целого слоя полезного ископаемого отбирают один или несколько проб);
• бороздовый (по пласту располагают борозды и уже из них производят отборы);
• валовый (исследуют весь грунт из выработки).

В случае, когда отбор монолитов невозможен (грунт рыхлый или песчаный), проводятся полевые испытания для определения естественной плотности породы.

Основные правила отбора проб

Высококвалифицированные специалисты нашей компании соблюдают все необходимые правила при отборе проб для лабораторных исследований:

1. Образец должен иметь все характерные черты слоя, из которого взят, и не содержать примесей.
2. Упаковка образца производится незамедлительно, каждая проба маркируется в соответствии с принятыми стандартами, заносится в журнал и отмечается на карте, плане или зарисовке участка.
3. Сразу после упаковки образец, не нарушая его сохранности, отправляют в лабораторию или место хранения с соответствующими условиями.

Основное правило отбора проб, которое неукоснительно соблюдают сотрудники ГК «Специалист», – их должно хватить для исследования всех необходимых характеристик грунта и проведения испытаний. Для скальных и крупнообломочных пород отбирают не менее 2000 кв. см, для песчаных – 1000 кв. см и для глинистых – 500 кв. см.

Отобранные из скважин монолиты в форме призмы или цилиндра очищают и консервируют одним из двух способов:

• парафинирование («запаивание» в три слоя парафина, разделенные марлей);
• упаковка в жесткую тару.

Упаковывая монолит одним из вышеуказанных способов, стоит отметить верх образца и ориентировку по сторонам света. Перевозка осуществляется в деревянных ящиках с опилками или стружкой между образцами, которые позволят избежать повреждений. Отбор, перевозка и хранение образцов породы в нашей компании производится в соответствии с ГОСТ 12071 – 72.

Срочность в этом случае обусловлена необходимостью сохранить структуру грунта и его естественную влажность. Кроме того, при перевозке талых пород нужно учитывать, что замораживание изменит структуру грунта. То же произойдет с оттаявшим мерзлым грунтом. Все эти детали могут серьезно повлиять на результаты лабораторных исследований грунта, и как следствие – привести к неверным выводам. Наши геологи не допустят нарушения процедуры, поэтому мы можем ручаться за достоверность результатов проводимых нами испытаний.

Правила отбора проб

Для лабораторных исследований физико-механических свойств грунтов отбирают пробы с нарушенной или ненарушенной (монолиты) структурой. Вид пробы зависит от целей исследования горной породы и ее состояния, а способ отбора - от типа разведочной выработки из которой отбирают пробу. При инженерно-геологических изысканиях применяют три метода отбора проб: точечный, бороздовой и валовый. Точечный метод заключается в том, что слой породы характеризуют одним или несколькими образцами относительно небольшого размера. При бороздовом методе по всему опробуемому пласту вкрест его простирания делают борозды, из которых отбирают грунт для пробы. Валовый метод состоит в исследовании всего извлеченного из выработки грунта. Два последних метода обычно применяют при разведке строительных материалов

Физико-механические свойства грунтов при инженерно-геологических изысканиях исследуют для следующих целей:

• · классификация пород и выделение литологических слоев, пластов и других элементов геологического разреза;
• · определение расчетных характеристик физико-механических свойств грунтов, слагающих основание проектирующих сооружений, естественный и искусственный откосы;
• · определение характеристик грунтов, предназначенных для использования в качестве строительных материалов.

Монолиты отбирают для определения расчетных характеристик физико-механических свойств связных пород. Для рыхлых песчаных пород монолиты можно заменить пробами с нарушенной структурой, но в этом случае надо определять плотность грунтов в естественном залегании полевыми методами.

При отборе проб необходимо соблюдать следующие основные правила:

• · проба должна быть характерной для того слоя, из которого она взята, и не содержать случайных включений и загрязняющих примесей;
• · каждая проба должна быть немедленно упакована, снабжена этикеткой по установленной форме, занесена в журнал разведочной выработки и помечена зарисовке горной выработки;
• · после упаковки и регистрации проба должна быть туту же отправлена в полевую лабораторию или в соответствующее место хранения.

Объем отбираемых проб должен быть достаточным для выполнения всех определений. Объем проб с нарушенной структурой для скальных и крупнообломочных должен быть не менее 2000 см 2 , для песчаных - не менее 1000см 2 , для глинистых - не менее 500см 2 .

Монолиты, отбираемые из горных выработок, могут иметь форму куба или цилиндра (отобранные из скважин).

Консервирование монолитов.

После извлечения из грунтоноса монолит очищают от шлама и немедленно консервируют для сохранения структуры и естественной влажности грунта. Существуют два способа консервации: парафинированием и упаковкой в жесткую тару. При упаковке монолита следует отметить его верх и в случае необходимости дать ориентировку по странам света.

Монолит, отобранный из жесткой тары, покрывают слоем туго обматывают марлей, предварительно пропитанной расплавленным парафином. Затем поверх марли его покрывают еще одним слоем парафина, вновь обматывают марлей и покрывают третьим слоем парафина. До парафинирования на верхнюю грань образца кладут этикетку, завернутую в кальку, которую также покрывают парафином. Второй экземпляр этикетки смачивают расплавленным парафином, прикрепляют к поверхности запарафинированного образца и также покрывают тонким слоем парафина.

Монолиты грунта, отбираемые в жесткую тару (обойму) или специально изготовленные металлические или деревянные ящики, упаковывают в той же таре. На верхнюю грань образца между резиной и крышкой кладут этикетку, а вторую этикетку прикрепляют к поверхности жесткой тары.

Для парафинирования монолитов применяют смесь, состоящую из двух частей парафина и одной части гудрона, которую подогревают до температуры 60-65 градусов. Перевозить монолиты надо в деревянных ящиках. Во избежание повреждений упаковки промежутки между монолитами засыпают опилками. Образцы талых пород необходимо предохранять от замораживания, а мерзлых - от оттаивания, так как при этом они теряют структуру.