Новый показатель на основе экспресс-метода контроля качества грунта под фундаментом предложили ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ), 15 мая сообщает пресс-служба вуза.

Контроль качества грунтовых конструкций, таких как насыпи, подушки, основания под фундаменты и полы обязателен при производстве строительных работ, особенно он важен для тех из них, которые работают под нагрузкой. Если уплотнение недостаточно, это может привести даже к разрушению зданий и сооружений.

В настоящее время качество уплотнения грунтовых конструкций определяют по коэффициенту уплотнения или модулю деформации. Но их вычисление требует длительных лабораторных исследований. Метод, предложенный учеными Пермского Политеха, позволяет получать нужные данные прямо на строительной площадке, что ускорит строительство без ущерба качеству.

Проверка метода была проведена на примере песчаных подушек, которые в основном используются для фундаментов, особенно если строительство ведется на неустойчивых грунтах.

Для создания такой подушки слоями укладывают и уплотняют песчано-гравийную смесь, песок и щебень, При этом необходимо после укладки контролировать качество каждого слоя. Для определения коэффициента уплотнения или модуля деформации это можно делать как минимум через сутки. При строительстве зимой во время выдержки временной паузы нужно следить за тем, чтобы основание не промерзало.

Ученые Пермского Политеха опытным путем установили, что качество грунтовой подушки можно установить по динамическому модулю упругости, который определяется с помощью специального прибора — плотномера. Метод этот отличается быстротой вычислений и дает такую же точность результатов, как и лабораторные исследования, а на практике не применяется из-за того, что он не описан в нормативных документах.

Проверяя точность экспресс-метода, политехники, в процессе формирования песчаной подушки сначала проводили послойный контроль на отобранных образцах грунта по «стандартизированным» показателям — коэффициенту уплотнения и модулю деформации. Такие процедуры занимают в общей сложности от одного до полутора дней, если учитывать время отбора и доставки образцов грунта в лабораторию.

По этим данным рассчитывается осадка грунтовой конструкции под нагрузкой сооружения, если она входит в допустимые пределы, это исключает вероятность последующей деформации основания фундамента, которая может привести к осадке здания с возникновением крена, трещин в несущих конструкциях, что чревато обрушением.

На следующем этапе эксперимента ученые определяли с помощью плотномера величину нового показателя — динамического модуля упругости. Процедура замера следующая: груз массой 10 кг падает с высоты 70 см на нагрузочную плиту плотномера диаметром 30 см, установленную на исследуемой подушке.

Полученный таким образом показатель отображает, какие деформации получает грунт от нагрузок, и строители решают, есть ли необходимость в уплотнении для обеспечения безопасности постройки, прямо на месте замера.

Старший преподаватель кафедры строительного производства и геотехники ПНИПУ Светлана Сазонова рассказала о проделанной коллективом работе:

«В нашем исследовании мы получили зависимость этих показателей (уравнение), которую проверили с помощью вычислений. Данные оказались точны, а модель адекватна, что говорит о хорошей сходимости. Определение динамического модуля упругости позволяет точно и оперативно контролировать качество создания песчаной подушки прямо на площадке, не задерживая строительные работы из-за ожидания результатов лабораторных образцов».

Результаты исследования разработчики представили в статье «Получение эмпирической градуировочной зависимости для экспресс-оценки качества выполнения грунтовых конструкций», опубликованной в журнале Construction and Geotechnics том 14, № 3 за 2023 год.

Таким образом, ученые ПНИПУ продемонстрировали, что для быстрой и дешевой оценки качества уплотнения работающих под нагрузкой грунтовых сооружений можно использовать показатель динамического модуля упругости.

Полученные исследователями результаты могут стать основой для корректировки нормативных документов по определению качества грунта. Это позволит ускорить строительство за счет производства вычислений прямо на месте и сэкономить средства при сохранении на высоком уровне надежности построек в местах с неустойчивыми грунтовыми условиями.