Специалисты в области инженерно-геологических исследований прекрасно знают, что отбор образца песчаного грунта с ненарушенным строением при бурении скважин, особенно если он расположен ниже, чем уровень грунтовых вод, представляет собой чрезвычайно сложную и трудоемкую задачу. В некоторых случаях она попросту невыполнима.
Именно этим объясняется тот факт, что отчеты о проведенных инженерно-геологических изысканиях довольно часто не содержат информации о плотности спресованности песчаных грунтов, через которые проходят скважины. Чаще всего оценку плотности песков производят на основании косвенных показателей, к примеру, исходя из особенностей сопротивления песков, которое они оказывают введению буровых наконечников. Естественно, такие оценки являются условными и субъективными. Как следствие, у проектировщиков нет возможностей производить оценку плотности спрессованности песков и их механических свойств лишь на основании сведений о гранулометрическом составе и других отдельных физических свойствах песчаных грунтов. Вполне понятна неудовлетворенность проектных и изыскательских организаций подобным положением дел, которая побудила их разработать метод оценки плотности песков при естественном залегании в процессе бурения скважины, а также без бурения.
Недостаточное внимание к динамическому зондированию при осуществлении инженерно-геологических исследований характерно и для практики проведения подобных работ за рубежом. Использование динамического зондирования для испытания грунтов за рубежом менее распространено, чем в России, причем в других странах применяется иная методика. Тем не менее, использование динамического зондирования в некоторых ситуациях может быть достаточно эффективным способом испытания грунтов, а иногда – и единственно возможным. К примеру, данный метод оптимален при изучении плотности искусственно намытых и естественных песков, в особенности, если уровень их залегания расположен ниже, чем уровень грунтовых вод. Наибольшую остроту проблема оценки плотности спресованности песков приобретает в ходе проектирования и проведения строительных работ, нацеленных на возведение гидротехнических сооружений (шлюзов, плотин, зданий ГЭС) на равнинных реках.
Главная задача, которая решается в ходе испытаний грунтов методом динамического зондирования (при наличии уверенности в составе исследуемых грунтов, согласно результатам бурения), состоит в обнаружении в гомогенных по литологическому составу, преимущественно песчаных, отложениях участков как с более плотным, так и с более рыхлым сложением. Благодаря простоте и высокой скорости проведения опытов определение границ (оконтуривание) таких участков выполняется с достаточным уровнем детализации.
Большую важность в ходе этих испытаний имеет определение местоположения границ между литологическими слоями в многослойной толще. Поскольку расположение скважин поблизости друг от друга невозможно, зачастую эти границы на геологических разрезах обозначают довольно условно. Данный метод позволяет произвести с большой точностью (до 0,05 м) разделение разреза пород на отличные по сопротивлению динамической пенетрации слои. В этих целях ряд точек зондирования размещают поблизости от скважин. При проведении динамического зондирования на участках между скважинами границы между слоями устанавливают, исходя из характера погружения зонда. Это значительно повышает надежность и достоверность результатов исследований в тех ситуациях, когда условия строительства требуют высокой точности нанесения границ между слоями грунтов на разрезы. Примером подобной ситуации может служить проектирование свайных фундаментов.
Основное предназначение динамического зондирования состоит в исследовании песчано-глинистых пород с содержанием крупнообломочного материала не выше 40% на глубину до двадцати метров.
Процедура динамического зондирования конусом состоит в забивке в грунт при помощи молота зонда – устройства из колонны штанг и наконечника, падающего с заданной высоты. Как правило, основание конуса имеет диаметр, превышающий диаметр штанг. В России наиболее часто применяется зонд, штанги которого имеют диаметр 42 мм, а конический наконечник – диаметр 74 мм.
Глубина забивки (погружения) зонда S при определенном числе ударов (залоге) и число ударов n , которые затрачиваются на промежуток погружения зонда (чаще всего 10 см), называются показателями зондирования.
В процессе забивки зонда устанавливают количество ударов и глубину погружения зонда под действием одного залога, устанавливаемого в соответствии с сопротивлением грунта. Оказываемое зонду грунтом сопротивление называют динамическим сопротивлением пенетрации. В эту характеристику включены сопротивляемость грунта прониканию и сила трения вдоль боковой поверхности зонда (на участке между штангами и грунтом).