Ученые Пермского Политеха выяснили, как быстро и дешево контролировать качество грунта под фундаментом⁠⁠

Во время строительных работ важно контролировать качество грунтовых конструкций (насыпей, подушек, оснований под фундаменты и полы), особенно тех, что работают под нагрузкой. Недостаточное уплотнение может привести к изменению расчетной схемы зданий и сооружений, а в будущем к их разрушению. Сейчас для контроля используют коэффициент уплотнения или модуль деформации. Но чтобы их вычислить, нужны длительные лабораторные исследования. Ученые ПНИПУ протестировали экспресс-метод и предложили использовать новый показатель, который дает нужные данные прямо на строительной площадке. Исследование позволит ускорить процесс строительства без ущерба качеству.

Исследование опубликовано в журнале «Construction and Geotechnics» том 14, №3 за 2023 год. Разработка проведена в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

Песчаные подушки используют в основном для фундаментов, особенно при строительстве на неустойчивых грунтах. Для их создания слоями укладывают и уплотняют необходимые материалы (ПГС, песок, щебень). При формировании песчаных подушек необходим контроль качества каждого  слоя, после укладки которого нужно как минимум сутки ждать результата определения коэффициента уплотнения или модуля деформации. При реальном строительстве, особенно зимой, это трудно – после каждого слоя требуется выдерживать временную паузу и следить за тем, чтобы основание не промерзло.

Ученые Пермского Политеха протестировали экспресс-метод и опытным путем выяснили, что для определения качества грунтовой подушки в качестве критерия можно использовать динамический модуль упругости. Этот показатель определяется путем оценки степени уплотнения основания с помощью специального прибора – плотномера. Новый метод отличается быстротой вычислений и такой же точностью результатов, как и при лабораторных исследованиях, но на практике почти не применяется, потому что не описан в нормативных документах.

Для проверки экспресс-метода политехники во время устройства песчаной подушки сначала проводили послойный контроль с помощью уже известных и «стандартизированных» показателей – по коэффициенту уплотнения и по модулю деформации на отобранных образцах  грунта. Они помогают рассчитать осадку грунтовой конструкции под нагрузкой сооружения, что позволяет построить такое здание, которому не страшны деформации основания фундамента, а сама конструкция останется надежной и безопасной.

Затем ученые фиксировали новый показатель, динамический модуль упругости, с помощью плотномера. Его принцип работы основан на падении груза массой 10 кг с высоты 70 см на нагрузочную плиту диаметром 30 см. Показатель отображает, какие деформации получает грунт от нагрузок, по нему строители решают, нужно ли уплотнять грунт сильнее, чтобы обеспечить безопасность постройки.

Если определение коэффициента уплотнения и модуля деформации занимает от 1 до 1,5 дней, потому что образцы грунта собирают и отправляют в лабораторию на изучение и анализ, то сейчас их можно рассчитать на месте строительства, используя данные нового критерия.

–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, – поясняет старший преподаватель кафедры строительного производства и геотехники ПНИПУ Светлана Сазонова.

Ученые Пермского Политеха выяснили, что оценку качества уплотнения грунтовых сооружений, работающих под нагрузкой, эффективно проводить по показателю динамического модуля упругости. Результаты исследования могут послужить основой для корректировки нормативных документов по определению качества грунта. Новый метод ускорит производство работ за счет вычислений прямо на месте, сэкономит средства, сохранив надежность построек в местах с неустойчивыми грунтовыми условиями на высоком уровне.