Международный стандарт на статическое зондирование СРТ (Cone Penetration Test) [1] требует погружать зонд со скоростью 20 мм/с с допуском ±5 мм/с (1,2±0,3 м/мин). Отечественный стандарт на статическое зондирование ГОСТ 20069-81 [2] требует выдерживать скорость погружения зонда 1,0±0,3 м/мин. Исследования [3, 4] показали несущественное влияние скорости на значения параметров зондирования qc, fc в используемых динамических диапазонах при этих скоростных режимах. Однако на данный момент, эти исследования нельзя признать в полной мере корректными по ряду причин [5, б]. По этому поводу и самой модели зондирования имеют место следующие соображения.
Во-первых, невозможно при больших значениях qc и fc выдержать скорость зондирования в указанных пределах при измерениях в диапазонах qc = 0,2 - 100 МПа для большинства отечественных установок и qc = 0,4 - 200 МПа для лучших зарубежных. Дело в том, что силовые гидравлические погружающие устройства должны иметь гибкую обратную связь, обеспечиваемую запасом по усилию погружения не менее 30 %, стабилизирующую скорость в необходимых пределах. На данный момент ни одна установка статического зондирования не обладает необходимыми техническими характеристиками.
Во-вторых, и это главное. Все известные зависимости, в том числе корреляционные, между параметрами qc и fc, поровым давлением Р и физико-механическими характеристиками грунтов, характером напластования и др. установлены для режима погружения зонда с указанными выше скоростями его перемещения в грунте. Очевидно, что параметры qc, fc и Р зависят от гидрогазодинамического давления и динамического действия частиц грунта. К этому следует добавить инерционность грунта и системы зонд - штанга -регистрирующая аппаратура. Учитывая все это, становится ясно, что с точки зрения физики процессов зондирование и статическое нагружение фундаментов (а также испытания грунта в приборах) не адекватны между собой. Если к этому добавить некоторую интегральную оценку qc и fc и правило Гёза [7], то картина достоверности с точки зрения полосы погрешностей во всем динамическом диапазоне зондирования с учетом основной погрешности, особенно в области малых значений qc, fc и Р [8], пессимистична. Вместе с тем коэффициенты корреляции, корреляционные отношения и прямые зависимости при оценке геомассивов, фундаментов и физико-механических характеристик в уравнениях связи достаточно высоки и порой вызывают некоторое сомнение.
В 60-х годах XX столетия НИИПромстрой предложил так называемую методику "со стабилизацией". Сама по себе эта методика была определенным прогрессом определения параметров qc и fc в "равновесном состоянии", но она не получила широкого применения в практике зондирования, а также в научных работах. Давая оценку этой методике, необходимо отметить, что с физической точки зрения такой режим (модель) ближе к различного рода статическим испытаниям грунтов и фундаментов.
Другим направлением использования статического зондирования было моделирование процесса испытания свай [9, 10] по аналогии с инвентарной сваей [II], как для обычных, так и для просадочных грунтов, поскольку зонд является маломасштабной моделью сваи.
В последнее время получили распространение технологии, связанные с изучением процесса релаксации при различного рода воздействиях [12, 13] на геомассив и определением параметров его естественного состояния по экспоненциальным функциям. Так измеряется поровое давление [14] и температура [15]. Следует отметить, что за рубежом наша методика измерения порового давления также находит применение [1б]. По аналогии с этими технологиями для оценки параметров естественного состояния геомассива, а именно: природного (бытового) давления, переуплотнения, а также для решения задач, связанных с зондированием: уточнения связи параметров qc и fc с физико-механическими характеристиками грунтов, возможно, определения соотношения тел Ньютона (N), Гука (Н), Сен-Венана (Stv), Кулачкина-Радкевича (KR), — можно предложить следующую методику зондирования, дополняющую традиционную. Зонд погружается на заданную глубину, останавливается, гидравлическая система блокируется (полностью закрывается) и измеряются параметры qc, fc и Р во времени, по ним определяется процесс релаксации. С физической точки зрения такая методика позволяет получить модель наиболее близкую к естественному состоянию геомассива, дать более точную оценку несущей способности фундаментов и физико-механических характеристик. Применение этой методики возможно в случае использования систем регистрации, обладающих инерционностью меньшей на порядок и более по сравнению с длительностью процессов в грунте.
Этот не совсем глубокий анализ показывает, что есть определенный резерв в методике СРТ, не смотря на его недостатки. Следует добавить, что академик Како (Франция) [17] считает пенетрометр (статическое зондирование) наилучшим средством для испытания грунтов.
В сложных инженерно-геологических условиях при исследовании слабых грунтов, в случаях, когда отбор проб грунтов ненарушенной структуры практически невозможен, альтернативы статическому зондированию не существует.
ЛИТЕРАТУРА
1. De Beer E.E., Goelen E., Heynen W.I. and Joustra A. Cone penetration test (CPT). Proceedings of the First International Simposium on Penetration Testing. Orlando, 1988.
2. ГОСТ 20069-81. Грунты. Метод полевого испытания статическим зондированием. М., Госстрой СССР, 1981.
3. Ферронский В.И. Пенетрационно-каротажные методы. М., Недра, 1969.
4. Кулачкин Б.И. Автореферат дисс. "Исследование и разработка методов определения относительной просадочности и коэффициента фильтрации лессовых грунтов статическим зондированием ". На соискание ученой степени к.т.н. М., НИИОСП, 1975.
5. Кулачкин Б.И. Автореферат дисс. "Экспериментально-теоретические исследования и разработка метода зондирования в инженерной геологии" на соискание степени д.г.-м.н. М., НИИОСП, 1991.
6. Рубинштейн А.Я., Кулачкин Б.И. Динамическое зондирование грунтов. М., Недра, 1984.
7. Санглера Г. Исследование грунтов методом зондирования. М., Стройиздат, 1971.
8. Радкевич А.И. Автореферат дисс. "Разработка методики применения статического зондирования для оценки территорий со сложными инженерно-геологическими условиями" на соискание ученой степени к.т.н. ПНИИИС, М.,1995.
9. Кулачкин Б.И., Мариупольский Л.Г., Гистер А.3., Отрепьев В.П. Способ определения несущей способности свай. Авторское свидетельство N 1079762. Бюллетень изобретений N 10, 1984.
10. Кулачкин Б.И. и др. Способ определения несущей способности свай. Авторское свидетельство N1252432. Бюллетень изобретений N 31, 1986.
11. Научно-технические достижения лаборатории приборов и оборудования НИИОСП. М., НИИОСП, 1989.
12. Кулачкин Б.И., Радкевич А.И., Александровский Ю.В., Остюков Б.С. Фундаментальные и прикладные проблемы геотехники. М., РАЕН, 1999.
13. Кулачкин Б.И., Радкевич А.И., Александровский Ю.В., Остюков Б.С. Основы строительной экологии. Изд-во Саратовского Университета. 2000.
14. Кулачкин Б.И., Радкевич А.И., Александровский Ю.В., Остюков Б.С. Способ измерения порового давления. Патент N 2167238.
15. Кулачкин Б.И., Радкевич А.И., Паранин Д.В. Изучение полей в геотехнике. Гидротехническое строительство №4, 2000.
16. Проспект фирмы Conetec (Канада), 2001.
17. Косте Ж., Санглера Г. Механика грунтов. Перевод, под редакцией Б.И.Кулачкина. М., Стройиздат, 1981.