Статическое зондирование как один из элементов инженерно-геологических изысканий было детально разработано и довольно широко использовалось в советский период в тех регионах нашей страны, где широко применялись фундаменты из забивных свай. С начала 90-х годов прошлого столетия исследования и разработки в этой области у нас практически прекратились и, как следствие, статическое зондирование стало применяться в мéньших объемах. В последнее время наблюдается некоторая активизация интереса к этому вопросу, появляются публикации, в которых выражается обеспокоенность по поводу «застоя» в области развития статического зондирования в России и предлагаются выходы из создавшегося положения [1, 4].

Специалистами далеко не однозначно оцениваются роль и место статического зондирования в системе инженерно-геологических изысканий - от почти полного игнорирования до признания его чуть ли не самым эффективным и значимым. Очевидно, как обычно, истина находится где-то посередине. При этом взоры российских специалистов в настоящее время направлены в основном на западные оборудование и технологии, а отечественные наработки и достижения почему-то забыты и во внимание не принимаются. Не только в зарубежных, но и в отечественных обзорах последних лет совершенно не находит отражения большой пласт разработок отечественных специалистов в области статического зондирования, особенно относящихся к начальной стадии его развития. А ведь большинство из них и сегодня остаются актуальными и могут успешно применяться на практике.

В недавнем аналитическом обзоре по статическому зондированию [4] известные специалисты предлагают делать акцент на западном оборудовании, ссылаясь на его широкие геотехнические возможности. Однако сегодняшние реалии таковы, что большинство потребителей зондирования по понятным причинам не могут приобрести это весьма дорогостоящее оборудование и вынуждены ориентироваться на отечественное. И потом, отечественные изыскательские технологии и соответственно психология изыскателей многие десятилетия формировались в условиях очень низких цен на услуги и оборудование в этой области. В 1960-е годы, когда в СССР был начат выпуск высокомеханизированных зондировочных установок С-832 (с электротензометрическим зондом), стоимость такой установки вместе с базовой грузовой машиной составляла 3 тыс. рублей, (примерно 500 - 600 тыс. рублей в переводе на современные деньги), а стоимость 1 м зондирования составляла 3 - 4 рубля. В США в то время стоимость 1 м зондирования механическими (!) зондами составляла 11 - 13 долларов. Примерно такое же соотношение цен на изыскательские работы сохранялось до 1990-х годов. При этом следует учесть, что по своим эксплуатационным качествам установка С-832 в течение 20 - 30 лет превосходила практически все зарубежные аналоги, что признавалось большинством зарубежных специалистов, знакомых с ее работой. Она и в настоящее время успешно эксплуатируется в Башкортостане и в ряде других регионов страны. Новое же западное оборудование потребует затрат на порядок больше. Приобретение современной западной установки обойдется в 5 - 6 млн рублей [1]. Кроме того, затем потребуются текущие расходы на конические наконечники, измерительную аппаратуру иностранного производства, ее калибровку (порядка 0,5 - 0,6 млн рублей в год).

Необходимо при этом отметить, что сторонники перехода на западноевропейское оборудование часто сильно переоценивают его возможности. Если в слабых отложениях северо-западной части Европы удается погружать зонд на 30 - 40 м, то это совершенно не означает, что в условиях, типичных, например, для Москвы, такие установки смогут погружать зонд глубже, чем на 20 - 25 м. Это же относится и к производительности зондировочных установок, ибо практика показывает, что самые совершенные из них в реальных условиях выполняют в среднем не более 80 - 100 м зондирования за 8-часовую смену.

Имеются и другие причины сомнений в эффективности переориентации на западное оборудование, относящиеся к сфере использования получаемых данных. Во-первых, в нашей стране статическое зондирование развивалось в основном в направлении определения несущей способности забивных свай. Это позволило существенно повысить надежность, снизить стоимость, сократить сроки проектирования и возведения свайных фундаментов. Родоначальниками такого направления были голландцы, однако, начав решать подобные проблемы в 1960-е годы, советские специалисты довольно быстро не только догнали, но и перегнали зарубежных коллег. Достоверность расчетов несущей способности забивных свай, достигнутая в СССР к началу 1980-х годов, превосходила достоверность зарубежных  расчетов. Естественно, что в таких условиях основные измеряемые параметры (сопротивление грунта под конусом зонда и на его боковой поверхности) рассматривались в первую очередь как исходные данные для определения сопротивления грунта под нижним концом и на боковой поверхности сваи, а к измерению каких-либо дополнительных параметров особого интереса не проявлялось. Это отразилось и на практическом применении зондировочных установок: за пределами Москвы они использовались в основном на объектах, проектируемых на сваях.

Достигнутое преимущество в определении несущей способности свай в настоящее время еще не утрачено, но переход на зарубежное оборудование поставит его под угрозу. Параметры зарубежных зондов не во всем совпадают с отечественными. Международные нормативные документы жестко не ограничивают площадь поверхности муфты трения зондов A_s: принимая ее равной 150 см², они допускают применение и более длинных муфт, в частности таких, как у отечественных зондов (A_s=350 см²). Тем не менее исследования, проводившиеся в нашей стране, показали, что длина муфты трения оказывает существенное влияние на получаемые результаты и переход на другие параметры зондов потребует определенной перестройки широко используемых методов расчета сопротивления свай по данным зондирования и корректировки соответствующих нормативных документов.

Различия в параметрах зондов отразятся и на методах определения физико-механических свойств грунта. Теоретическая и методологическая базы отечественного и западноевропейского фундаментостроения не во всем совпадают, что отражается, в частности, и на использовании данных зондирования. Эти различия проявляются даже в самых общих вопросах классификации грунтов, ибо вместо привычных для российского специалиста четырех видов грунтов: глин, суглинков, супесей и песков - в западноевропейских и американских классификациях фигурируют только три их вида: глина (clay), илистый (пылеватый) грунт (silt), песок (sand) - и различные производные от них. Все структурные особенности глинистых грунтов, в том числе цементационные связи, зарубежные специалисты сводят, как правило, только к одному фактору - максимальному природному давлению в грунте в процессе его формирования, что характеризуется величиной коэффициента переуплотнения (КПУ - overconsolidation ratio, OCR).

Наконец, для зарубежного специалиста по геотехнике, как правило, имеет исключительное значение понятие пόрового давления, которое привлекается им для объяснения практически всех сложных явлений в грунте: зависимости сопротивляемости грунта от скорости приложения нагрузки, развития деформаций во времени, развития плывунных процессов и даже тиксотропии в глинистых грунтах. При этом физико-химическая природа последних, наличие в них связанной воды в значительной мере недооцениваются, несмотря на то что фундаментальная наука (физико-химическая механика, являющаяся базой прикладных наук о прочности материалов) практически не пользуется понятием порового давления для микрогетерогенных систем.

Несмотря на крайне слабый прогресс в развитии теории порового давления за последние полстолетия (со времен К. Терцаги), большинство зарубежных специалистов продолжают рассматривать ее как основополагающую в механике грунтов. Большинство лабораторных и полевых испытаний грунтов, проводимых в Западной Европе и США, сопровождаются измерением порового давления. Естественно, что статическое зондирование не является исключением и пьезозонды (зонды, измеряющие поровое давление) в зарубежной практике применяются очень широко.

Однако для российской геотехнической школы измерение порового давления - не очень актуальный вопрос, так как в отличие от зарубежных методик в нормах России поровое давление используется крайне редко. В нормах по проектированию оснований СНиП 2.02.01-83* и в соответствующем документе СП 50-101-2004 поровое давление учитывается только при расчетах по I группе предельных состояний оснований, сложенных медленно уплотняющимися водонасыщенными глинистыми грунтами. При этом упомянутые нормы допускают в таких случаях принимать для запаса надежности угол внутреннего трения грунта равным нулю, а удельное сцепление определять по результатам неконсолидированного среза (то есть обходиться без определения порового давления). В нормах по проектированию оснований гидротехнических сооружений СНиП 2.02.02-85* расчет нестабилизированных осадок основывается на учете как первичной (фильтрационной), так и вторичной консолидации (ползучести скелета), степени которых также допускается определять без измерения порового давления.

В то же время следует иметь в виду, что поровое давление, измеряемое пьезозондом, характеризует процессы, протекающие в грунте лишь вблизи зонда. Знание этой величины и особенно скорости ее падения во времени облегчает идентификацию грунта, но для расчетов оснований использование значения порового давления, измеренного пьезоконусом, пока является сложным вопросом, требующим дополнительного изучения. В этой связи такое широко разрекламированное достоинство западного зондировочного оборудования, как возможность измерения порового давления, для российского фундаментостроения пока не является востребованным.

Таким образом, переориентация на зарубежное зондировочное оборудование потребует не только больших материальных затрат, но и перестройки в сфере проектирования оснований и фундаментов. Такая перестройка неизбежно повлечет за собой новые проблемы и утрату возможности использования значительной части отечественных достижений (как это уже было в 1990-е годы). У изыскателей возникнет зависимость от зарубежных производителей.

По этим причинам намного разумнее сосредоточивать усилия не на приобретении зарубежной техники, а на восстановлении производства и модернизации отечественного зондировочного оборудования.Отечественная техника даже в том виде, в каком она используется в настоящее время (например, установка С-832, зонд ПИКА и пр.), во многом превосходит зарубежные образцы, оставаясь значительно дешевле их. Основная проблема в этой области - необходимость восстановления отечественного кадрового потенциала, поскольку были уничтожены основные конструкторские отделы, создававшие зондировочное оборудование, и все меньше остается  специалистов, владеющих знаниями и опытом в этом отношении. Данную проблему усугубляют дезинформирующие публикации, внушающие читателю мысль о том, что статическое зондирование в нашей стране всегда отставало, поэтому ничего не надо восстанавливать, а нужно все перенимать у других стран и т.п. В этой связи целесообразно кратко охарактеризовать развитие статического зондирования в последние десятилетия, так как без этого трудно оценить как его современное состояние, так и перспективы его развития.

В истекшем столетии статическое зондирование претерпело сложную эволюцию - от использования простейших ручных зондов-щупов до применения высокомеханизированных и автоматизированных установок, как правило, самоходных, обеспечивающих комфортные условия для работы персонала. В бывшем СССР статическое зондирование начало быстро развиваться во второй половине ХХ века, когда произошел переход на индустриальные методы строительства и связанное с этим массовое применение забивных железобетонных свай. В 1963 году в СССР началось производство зондирующих установок С-832 (БашНИИстрой, г. Уфа), которые по уровню механизации и автоматизации превосходили существовавшие в то время зарубежные образцы. Установки выпускались малыми сериями (по 10 - 20 штук в год) сначала на Московском заводе строительных машин, а затем на Омском машиностроительном заводе (вплоть до наступления кризиса 1990-х годов). В 1965 году начался серийный выпуск установок С-979 с механическим зондом I типа (Фундаментпроект, г. Москва). В дальнейшем С-979 была переоборудована в мобильную установку СП-59, в которой в качестве базовой машины использовался колесный трактор Т-40. В НИИ оснований им. Н.М. Герсеванова был разработан вариант электротензометрического зонда (ПИКА) и было налажено его производство. Он мог устанавливаться как на С-832, так и на другие установки (в том числе и на СП-59). В 1960-е годы во ВСЕГИНГЕО (Московская обл.) была разработана пенетрационно-каротажная установка СПК, совмещающая статическое зондирование с радиоактивным каротажем, которую начали довольно широко использовать.

В 1990-е годы, как уже отмечалось, система производства зондировочного оборудования была полностью разрушена. Однако в начале нового тысячелетия удалось наладить выпуск относительно легкой в изготовлении установки УСЗ-15/35 (ГЕОТЕСТ, г. Екатеринбург) на базе грузовой автомашины. Кроме того, было восстановлено и выведено на прежний уровень производство зондов ПИКА. Основной вариант УСЗ-15/35 оснащается зондом I типа, но это совершенно не исключает и использования тензометрического зонда ПИКА (на большинстве эксплуатируемых в настоящее время установок УСЗ-15/35 установлен именно этот зонд).

Значительный прогресс был достигнут в практическом использовании статического зондирования и в методах интерпретации получаемых данных. Если в начале ХХ века зондирование использовалось лишь для определения глубины залегания прочного (несущего) слоя для опирания свай и для оценки плотности насыпей, то к концу века число задач, решаемых с помощью зондирования, представляло внушительный список, включавший свыше десятка наименований.

Решаемые при зондировании задачи обычно условно разделяют на две группы: (1) инженерно-геологические, связанные с выявлением литологического строения изучаемой площадки, то есть с определением границ распространения различных пластов, оценкой их вида, состояния, пространственной изменчивости, механических свойств и пр.; (2) строительные, связанные с получением количественных данных для расчета конкретных фундаментов (особенно свайных), оценки качества насыпей, устойчивости склонов и т.д.

Развитие упомянутых направлений в нашей стране и за рубежом шло неодинаковыми путями, хотя очень многое и совпадало. В 1966 году в БашНИИстрое был разработан метод расчета сопротивления забивных свай по данным, получаемым с помощью зондов II типа. В 1972 году этот метод был включен в СНиП по проектированию свайных фундаментов, и до настоящего времени он продолжает использоваться как стандартный (с некоторыми поправками и добавлениями). Несколько позже Фундаментпроектом был разработан и включен в СНиП аналогичный метод расчета для зондов I типа. Погрешность обобщенных показателей сопротивляемости свай (то есть их несущей способности) при использовании этих методов не превышала 25%. Зарубежные методы расчета только в 1990-е годы стали достигать такой точности.

Для разработки упомянутых методов проводилось большое количество сопоставлений результатов расчетов с результатами статических испытаний свай. Было испытано более 600 натурных свай. Если учесть, что стоимость каждого статического испытания превышала 500 рублей (50 тыс. рублей в переводе на современные деньги), то легко оценить, какой размах имели такие исследования.

В упомянутых расчетах в качестве исходных данных использовалось сопротивление грунта как под вершиной конуса (q_c), так и на боковой поверхности зонда (Q_s, f_s), в то время как в зарубежных методах до настоящего времени используется только q_c. Однако специалисты Западной Европы более подробно изучили работу монолитных свай (буровых, буронабивных и т.д.), на основе чего ими были разработаны методы расчета несущей способности таких свай по данным зондирования. О достоверности этих методов расчета сведений пока мало, но тем не менее можно считать, что при введении соответствующих «коэффициентов запаса» надежность проектирования должна обеспечиваться.

Другой важной проблемой была оценка физико-механических свойств грунта. Как в нашей стране, так и за рубежом была замечена корреляция между сопротивлением грунта под конусом (q_c) и модулем деформации (Е). Статистический анализ большого числа данных показал, что форма и параметры получаемых зависимостей неодинаковы в разных литологических и генетических разновидностях грунта. Для наиболее распространенных видов грунта составлены соответствующие таблицы, позволяющие оценивать модуль деформации по величине сопротивления грунта под конусом зонда. Такие таблицы  приводятся в российском своде правил СП 11-105-97 [3]. Они имеются и в западных нормах, в том числе в Еврокоде 7 [5]. Российский и зарубежный подходы принципиальных различий не имеют, но зарубежные зависимости отличаются мéньшей определенностью. Если в СП даются однозначные зависимости для песков, глин, суглинков, то в Еврокоде они приводятся в виде формул с параметрами, меняющимися в очень широких диапазонах. Например, для низкопластичных глин (low-plasticity clay), соответствующих в нашей терминологии суглинкам или супесям:

при q_c < 0,7 МПа         E = 3÷8q_c;
при q_c = 0,7÷2 МПа     E = 2÷5q_c;
при q_c > 2 МПа            E = 1,0÷2,5q_c.

По-разному подходят отечественные и зарубежные специалисты и к оценке прочности глинистых грунтов. В СП 11-105-97 [3] приводятся таблицы для определения угла внутреннего трения (φ) и удельного сцепления (с) разных видов грунтов. Однако зарубежные специалисты предпочитают связывать сопротивление грунта под конусом (q_c) только с сопротивлением его срезу (su). Недостаточно ясно, какому нормальному давлению соответствует определяемое сопротивление su, и проектировщики вынуждены исходить из условия φ=0.

Упомянутые формулы, связывающие результаты зондирования со свойствами грунтов, носят эмпирический характер. Это рассматривается большинством зарубежных специалистов в качестве неотъемлемой особенности статического зондирования как чисто эмпирического метода. Однако исследования, проводившиеся в нашей стране, показали, что такой взгляд является поверхностным и что многообразие известных эмпирических формул в действительности отображает частные случаи более общей закономерности, которая характеризуется решением теоретической задачи о проникновении зонда в упругопластическую среду [5]. Если учесть, что прочностные и деформационные свойства грунта (φ, с, E) корреляционно связаны друг с другом, то из общей зависимости q_c=f(φ,c,E) можно вывести множество приближенных зависимостей типа q_c≈f(E); q_c≈f(φ); q_c≈f(c), которые оказываются аналогами известных эмпирических зависимостей [5].

Обширные исследования проводились в нашей стране в области использования статического зондирования в специфических грунтах: многолетнемерзлых, просадочных, слабых водонасыщенных, содержащих валуны. Было создано соответствующее оборудование для изучения таких грунтов: зонд для многолетнемерзлых грунтов, оснащенный специальным термометром (НИИОСП); зонд для просадочных грунтов, оснащенный устройством для замачивания грунта (НИИОСП); приставка к стандартному зонду для использования в слабых водонасыщенных грунтах (БашНИИстрой). В зарубежной практике имеются аналоги упомянутому оборудованию только в сфере изучения многолетнемерзлых грунтов.

Успешно использовалось зондирование для решения технологических задач нулевого цикла. Были оценены: возможности погружения свай имеющейся сваебойной техникой (БашНИИстроем, ЛИЖТ-ПГУПС); материалоемкость свайного фундамента при погружении свай до заданного отказа и до заданной отметки (БашНИИстроем); целесообразность применения свай при наличии в грунте валунов (БашНИИстроем). За рубежом такие задачи не рассматривались.

В 1960-е годы в БашНИИстрое был предложен метод определения сопротивляемости грунта под зондом в состоянии его предельного равновесия («зондирование со стабилизацией»). Сущность метода заключается в том, что на заданной глубине вдавливание зонда прекращают, но нагрузка не снимается, а поддерживается воздушно-гидравлическим демпфером (специальным устройством в гидросистеме установки). Благодаря этому демпферу зонд погружается еще на 2 - 3 см, но такое погружение происходит уже в иных условиях: нагрузка по мере погружения убывает, соответственно скорость зонда затухает и через 3 - 5 мин. происходит его полная остановка. Стабилизированная нагрузка при такой остановке соответствует условиям предельного равновесия системы «зонд - грунт». В этом состоянии устанавливаются «стабилизированные» сопротивления q_c и f_s, несущие дополнительную информацию о грунте. За рубежом подобная методика появилась только в 1990-е годы (в Канаде [6]). «Зондирование со стабилизацией» требует бóльших затрат времени, чем стандартное равномерное погружение зонда, но оно повышает точность расчетов несущей способности свай и позволяет приближенно оценивать просадочность грунта, что имеет большое практическое значение [5].

Много внимания уделялось отечественными и зарубежными специалистами идентификации видов (литологических разновидностей) грунтов - глин, песков и т.д. Основная идея метода была выдвинута в 1965 году голландским специалистом Ф. Бегеманом, предложившим зонд с муфтой трения (II тип зонда по российской классификации). Сущность его предложения заключалась в том, что отношение f_s/q_c может служить критерием распознавания видов грунтов, потому что в глинистых грунтах оно значительно больше, чем в песках. Как показали последующие исследования, целесообразно использовать не один, а два критерия, то есть упомянутое отношение f_s/q_c и саму величину q_c. Отечественные специалисты нашли теоретическое объяснение описанному явлению [5]. За рубежом и в нашей стране составлено множество таблиц и картограмм для идентификации видов грунтов по двум упомянутым критериям. Следует лишь отметить, что сравнение отечественных и зарубежных картограмм несколько затрудняется различиями в принятых классификациях грунтов, о чем уже упоминалось выше.

В последние два десятилетия сформировались новые направления в использовании зондирования. Таковым является, например, определение коэффициента постели для расчета свай и свайных фундаментов на горизонтальную нагрузку. В определенной мере самостоятельным направлением становится применение статического зондирования для оценки характеристик закрепленного грунта. Естественно, что это применимо к способам закрепления, при которых грунт не превращается в скалу, а допускает прохождение через него зонда.

В зарубежных публикациях часто подчеркивается целесообразность использования зондирования не изолированно, а в комплексе с другими методами испытаний грунта. Однако конкретных предложений в этом направлении зарубежными специалистами не выдвигалось, в то время как в нашей стране такие вопросы довольно подробно прорабатывались и теоретически, и практически. Среди предложенных подходов следует упомянуть «метод ключевых участков», при котором результаты расчетов несущей способности свай по данным зондирования корректируются применительно к каждой конкретной площадке. Эти поправки устанавливаются на основе сопоставления показателей, определенных с помощью зондирования, с результатами «точных определений», то есть статических испытаний свай, принимаемых за эталон. Сопоставление производится на отдельных участках площадки, именуемых «ключевыми», а получаемые на них поправочные коэффициенты (уточненные коэффициенты надежности) распространяются на окружающую территорию.

Многолетний опыт применения статического зондирования в нашей стране указывает на целесообразность дальнейшего расширения использования этого метода. Возникают новые задачи как в сфере совершенствования оборудования для зондирования, так и в сфере его использования. Главной задачей в области совершенствования оборудования представляется увеличение максимальной глубины зондирования. Это особенно ощутимо в связи со все более широким применением буровых и буронабивных свай большой длины (30 - 40 м). Практика показывает, что в прочных дисперсных грунтах (твердых глинах, плотных песках) очень трудно погружать зонд даже на 20 м, а при наличии скальных слоев зондирование приходится прекращать на уровне кровли верхнего из них. По-видимому, преодоление таких слоев представляется задачей, неразрешимой для зондирования. Их проходка возможна лишь путем временной замены зонда каким-либо другим оборудованием: буровой коронкой, долотом или др. Однако при изучении прочных дисперсных пород возможности зондирования ограничиваются лишь мощностью вдавливающего устройства и особенно пригружающей массой и сопротивляемостью анкерных устройств. Как показывает практика, наиболее перспективным направлением решения этой задачи является использование как можно более тяжелых базовых машин. Использование же анкерных устройств (винтовых свай) больше пригодно как вспомогательное средство, так как завинчивание и вывинчивание - это всегда дополнительные затраты времени, существенно снижающие производительность установки.

Другая важная задача - повышение надежности работы зондировочного оборудования. Выход из строя установки в полевых условиях, некачественная работа ее измерительной аппаратуры создают проблемы, зачастую обесценивающие результаты статического зондирования как средства изучения грунтов. Что же касается расширения функций зондов и использования их для проведения дополнительных испытаний, то это направление представляется полезным, но менее значимым по сравнению с упомянутым повышением надежности установки.

В сфере использования статического зондирования особого внимания заслуживают вопросы повышения достоверности расчетов несущей способности буровых и буронабивных свай и расширения области возможного применения таких расчетов. Методы определения свойств грунтов также нуждаются в уточнении и упорядочении. Практически все эти методы как в отечественных, так и в зарубежных нормативных документах остаются весьма приближенными. Это же относится и к остальным задачам, решаемым с помощью статического зондирования.