Наставление по испытаниям грунтов в массивах

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

НАСТАВЛЕНИЕ ПО ИСПЫТАНИЯМ ГРУНТОВ
В МАССИВАХ

Одобрено Главтранспроектом

Москва 1981

ПРЕДИСЛОВИЕ

Для повыш е ния ин формат ивност и из ыс кан ий, точност и и на де жност и инжене рно-геологичес кого обосновани я п рое кт ов дорожных с ооружений и их компле ксов сущест ве нное значе ние имеет развитие испытаний грунт ов в мас сивах. Мет одика ряда ис пытан ий регламент ирована гос ударственными обще союзными ст анда рта ми и описана в ме тодичес ких руководс твах. Однако т ехнология приме нени я поле вых испытаний г рунтов при дорож ных изыска ниях нигде не охарактеризована, он а с пе цифична и обус ловл ивает не обходимос ть п ри менени я при ис пыт аниях спе циализи рованных техничес ких с ре дс тв и мет одики работ , от личных от используемых при площадных изыс кан иях.

На с та вле ние по испыта ниям грунт ов в ма ссивах состав лено на осн ове резуль та тов выполненных в ЦНИИСе эк спериментальны х исследований, проектно-к онструкт орск их разработок и обобщения опыта инженерно-геологических изысканий. В работе на ряду с общими для все х отра слев ых изыс кан ий по ложен иями, устано вленным и действующими нормативными и методическими документ ами, ох аракт еризованы специфиче ские особенности испыт аний в мас сива х грунтов оснований, с ре де и мате риа лах проек тируем ых дорожн ых сооруже ний и грунтов - объект ов ра зработки при транспо рт ном ст роительст ве.

Нас т авлен ие раз работан о канд. геол.-м ин. наук М. К. Дружининым в лаборатории инже нерной геологии и ге офизики ЦНИИСа М инт рансст роя при учас тии ее с от рудников.

Зам. д иректора инст ит ут а                                                    Зав . от деле нием

изысканий и проектирования

железных дорог

Н. Б. Соколов                                                                  А. М. Козлов

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1 .1 . Ос новн ой целью поле вых испыта ний с ледуе т считать повышение и нформативност и и нже не рн о-геологических и зысканий и на деж ност и определения прочн ост и, деформативных и фильт рационных свойств грунтов в масс ивах, вкл юча я и массивы техн огенн ого происхожде ния (зе млян ые сооружения , подсыпк и при планировках и зам енах, от валы и др. ).

1. 2. В число специфических за да ч испыта ний входят:

- изуч е ние со стояни я и свойств грунтов, монолитные обр а зцы и керны кот орых для ла бораторн ых испыта ний отобрать невозможно (к рупнообломочны х г рун тов, в одоносн ых и сыпуч их песков, глинистых грунтов агрегатного сложения, некоторых илов, подверженным тиксотропным превращениям и при малейших воздействиях разжижающихся, и д р.);

- уче т масштабного эффекта, яв ляющег ося с лед ств ием м ак ронео дн ородности массива при относительной однородн ост и состава, сложения, состояния и свойств грунта в монолит ном образце (керне);

- непосредственное определение ма ксималь ной и структ урной прочн ост и грунтов в м ассиве ;

- моде л ирование в м ассиве напряже ний, возн икающих при те хногенн ых возде йствия х на грунт ы-основания и сре ду прое кт ируем ых со оружений и зданий (быто вом п люс проект ном давле ниях, р азгруз ке массива вск рытием в не м строительных в ыра бот ок, подтоплени и и дрен аже и д р.);

- мод е лирова ние поведе ния грунто в в зама чиваемы х, отт аивающих, промораж иваемых, набухающ их, проседающих масс ивах , при явлениях т иксот ропии и др.;

- мод е лирован ие взаи моде йст вия грунт ов и с ва й в массиве.

В гидроэнергетическом и неко т орых других видах строит ельст ва в полевых ис пыт аниях уст анавливают т акже естественное напряженное с остояние грунта в мас сиве на заданн ой глубине (бытовое и поровое да вле ния, д иагене тические и пост ген ет ическ ие напряж ения и др.).

1 .3. В с остав пол евых испытан ий сле дует включат ь определение объе мной ма ссы грунто в в массив е сп особом лунок и и з уче ний м акронео днородност и толщ и грунт а путе м микропенетрации с пове рхност и обнаже ния или в бортах и на дне разве дочных и ст роите льных выработ ок.

1 .4. На дорожных изыс ка ниях надлеж ит применять:

- с тат ическ ое з ондирование грунт ов в ма ссиве;

- динамическое з ондирова ние;

- вращат е ль ны й срез глинистых грунтов в мас сиве ;

- сдвиги и раздавливани е целиков;

- п ре ссиометрию грунтов в скв ажинах;

- опытные отка чки из обводненных массивов.

1 .5. В особых случаях (оговоренных ниже в технологической ча сти Н астав лен ия) с ле дует выборочно применять:

- испытания грунтов ст ат иче скими нагружени ями на шта мпы в шурфах и с кваж инах;

- испыт а ния мерзлых грунт ов ста тиче скими нагруж ени ями на горячие штампы в шурфах;

- опытны е вдавливан ия, забиван ия и выдергивания с ва й, в том чис ле с отт аиван ием грунтов;

- опытные зам а чивания г рунт ов в котлованах.

При возможности перечисленные рабо т ы следует возлагать на договорных на чала х на специализированные м ест ные т ерриториальные изыска тельские и строительные организ ации, рас пола га ющие обуче нными специалиста ми, ра бочей силой и не обходимыми а ппа ра турой и механи зма ми. В п ос ле днем с лучае полевые ис пыт ания надлежит выполнять в началь ный период с троитель ства при продолжающемс я ра бочем проект ировании дорожных объектов.

1 .6. Ме тодика ряда испытаний грунтов в мас сива х регламентирована госуда рс тве нными с та нда ртами Союза ССР и другими нормат ивными докуме нтами:

1 991 2-74. Грунты . Метод полевого испытания динамиче ским зондирова нием.

20069-74. Грун т ы. Мет од полевого ис пытания ст атиче ским з ондирова нием.

СН 448-72. Ука за ния п о зондирова нию грунт ов для с троительства. Госст рой СССР.

2 1 71 9-80. Грунты. Метод полевых испытаний на срез в скважинах и массиве.

2374 1 -79. Г рунты. Методы полевых испытаний на срез в горных выработках.

5686- 7 8. Сваи. Методы полев ых испы та ний.

1 2374-77. Грунт ы. Мето д полевого и спыта ния ст атиче ск им и на грузками.

23253-78. Гр у нты. Методы полевы х ис пытаний мерзлых грунт ов.

20276-74 . Грун ты . Метод полевого определения модуля деформации прессиометрами.

23278 - 78. Грунты. Методы полевых испытаний проницаемости .

24 5 46.-81 . Сваи. Методы полевых испытаний в вечномерзлых грунтах.

1.7 . Необходимо учитывать следующие особенности испытаний грунтов в массивах:

непрерывность процессов статического и динамического зондирований по разрезу изучаемой толщи грун тов;

прерывистость прочих испытаний, осуществляемых, как правило, в отдельных точках, слоях или областях массива (опытные откачки, замачивания, испы тан ия с ва й);

р а зличные объемы испытываемых грунт ов от нескольких кубиче ских сантиме тров (микропенетрация ) до десятков кубических мет ров (опытные отк ач ки и замачивания, нагр уже ния на штампы);

р а зличные линейн ые размеры ис пытываемых объе мов по ве рт ик али и горизонт али, обусловливаемые главным образом размерами рабочих ус тройс тв (диаме тром и вы сотой крыльча ток, диамет ром ш тампа, определяющим мощность на пряженн ой под н им зоны ма ссива).

1 .8. При программ ировании поле вых исп ытаний следует принимать во внимание особе нно сти, ог рани чивающие их возможнос т и:

- учи т ывать анизот ропию свойств грунтов в м ассиве вдоль и попе рек напластования и п о вертикали не представ ляется воз можным. В испыта ния х грунтов прессиометром грунт обжимается по горизонтали, тогда как в зоне напря жений от веса здан ия , с оо ружения и от бытового да вле ния он сжимается по вертикали - в направлении силы тяжести. Лопасти крыльчатки сдвигают грун т поперек на пла ст ования , а вы давливается грунт на ос нования (на сыпи, фунда мент а и др.) по сло ист ости;

- в л о паст ном испыт ании находят суммарные ве личин ы ма ксима льной, м ин ималь ной и длите льной (п ос ле раз руше ния кры льчат кой ст рукту рны х свя зе й) прочност и грунт а без ее рас члене ния на внут ре ннее трение и сцепление);

- если вод о носный горизонт нео днороден, включает линзы и прослои пород с ра зной водопроница емос тью, то при оп ыт ных от качка х получают не которую усредненную величину коэффициен та фильтра ции горизонта в целом;

- в зону напряжений от нагружае мого шт амп а могут попа сть грунты н есколь ких инженерно-ге ологических элементов (т онкие слои разны х по составу, слож ению и сост оянию грунт ов) с различными деформативными св ойст вами, а найден ный м одуль деформации будет ха ракте ри зовать всю эту зону;

- в большинс т ве полевых испыт ан ий не ль зя определить ож идаемые на п ериод эксплуатации сооружения плотность, прочность и деформ ати вные свойства изучаем ого грунта основания, проектируемого откоса и д р. Только в модели рующих ис пыта ниях нагружениями на штампы, специально обводняемые, осушаемые, оттаянные или промороженные, набухшие и ти ксотропно упрочненные грунты и при опытных замачиваниях просадочных и набухающих грунтов возможно получение прогнозных дан ных;

- пр и возможностях современной испытат ельной а ппарату ры глубины полевых испытаний грунтов не п ре вышают, к ак п равило, 2 0 м .

1 .9 . При назначении и спытаний в массивах следует учитыват ь возможности различных ме тодов, п рименяемых для изуче ния тех или иных свойст в грунт ов:

- микропенетрацию , ста ти че ское и дин ам ич еск ое з ондиро вания, прессиомет рию и и сп ытания с ва й следует проводить в пе сча ных и глинистых, в том числе п росадочны х и набухающих грунтах;

- ис п ытания ста тиче ским и на грузками на штам пы, сдвиги и раздавливания целиков, об рушения и выпиран ия призм в выработках, определения плотности возможны в к рупнооб ломоч ны х, песча ных и глинист ых грунтах, в том чис ле с обломо чными включениями;

- опытные за ма чиван ия надле жит выполнят ь на учас тка х распростране ния п росадочны х и набуха ющ их грунт ов;

- вращ ат ельный срез с поверхности мас сива или в забое с кважины нужно применять в глинист ых грунтах от текучей до тугопластичной консистенции, в илах и торфах;

- опытные о т качки выполняют из водоносных горизо нт ов, где водовмещающими являются породы с хороше й водо отда чей , включая некоторые с упеси.

1 .1 0. При изуче нии грунтов оснований рекомендуется применять в ком плексе:

- зо н дирова ния пес чаных грунт ов и испытани я с вай;

- с татич еское зондирование и шт амповые испыта ния замачивае мых просадочны х ле сс овых грунтов;

- прессиоме т рию и статические нагруж ени я на шта мпы в шурфах и скваж инах н а глинист ые и пе счан ые грунты.

Корр е лируя результаты ра зличных испытаний одного и т ого же грунта одного инже не рно-ге ологиче ского элеме нта на объекте изыска ний и проектирования или в предел ах данного инженерно-геологиче ского уча стка , можно в дальне йшем сократ ить объемы или вообщ е отка заться от прове ден ия трудое мких, дорогих и длите льных испытаний свай, ст атиче ских нагруж ений на штампы и др. и п рименять в ос новном статическое и динамиче ское з ондирова ния, прессиоме трию , вращ ате льный срез.

При ср а внении результатов ш тамп овы х испытаний и прессиометрии, в раща те льного среза и сдвигов целиков могут быт ь оп реде лен ы коэ ффициенты анизот ропии сжимаемост и и прочнос ти грунтов вдоль и поперек напластования в массиве.

2. ТЕХНОЛОГИЯ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ПОЛЕВЫХ ИСПЫТАНИЙ ГРУНТОВ В МАССИВАХ

Назначение и область применения испытаний

2. 1 . Грунты испытывают как основания, среду, материалы различных дорожных сооруже ний и как объекты разра бо тк и при строите льстве . Поэто му в зависимости от характе ра использ ования один и тот же грунт п одве ргают различ ным испыта ниям.

2.2 . Основны е обла ст и и виды испыт аний раз лич ных г рунт ов в мас сивах оха ракте ризованы в та бл. 1.

М ик ропенет раци я

2.3 . Исп ытания на длежит н ач инат ь с микроп енетрац ии грунт ов в обнаже ниях, расчист ках, на дне и стенк ах выра боток . Ос новными з адача ми микропенет рац ии являют ся [ 1, 2]:

- расчл е нение однородны х по визуальным приз на кам толщ на индивидуа ль ные слои песчаных и глинистых грунтов, раз личающихся по в лажнос ти, к онсист енции, п лот ност и и прочност и;

- у т очнение гра ниц выде ле нных при ра зведке и опробова нии пластов и инженерно-ге ологичес ких элементов .

Приемы ис т олкова ния ре зульта тов микропенетрации т олщ грунтов на откосе до рож но й выемки показаны на рис. 1.

Рис. 1. Расчленени е внешне однородной т олщи грунт а в откос е выемки на индивидуальные слои по результ ата м м ик ропенет раци и. Точки микропенетрац ии (ук олы) на не сены в ма сштабе преде ль ного на пряже ния сдвига (удельного сопрот ивления пенетрац ии) по горизонтали в ств ора х

Таблица 1

Комплексы проектируемых дорожных сооружений и зданий

Испытываемые грунты и их состояние

Виды полевых испытаний грунтов в массивах

Назначение полевых испытаний грунтов

Грунтовые карьеры и резервы

Глинистые грунты от твердой до тугопластичной консистенции, песчаные и крупнообломочные грунты

Определение объемной массы грунтов

Оценка грунтов как объектов разработки при строительстве и как материалов земляных сооружений

Дренажи, карьеры, котлованы, тоннели

Водоносные супеси, пески, крупнообломочные и трещиноватые скальные грунты

Опытные откачки

Определение водопроницаемости грунтов обводненных массивов для проектирования водопонижения и водоотлива

Индивидуально проектируемые земляное полотно и сопрягаемые с ним малые искусственные сооружения. Путепроводы, виадуки, эстакады, средние, большие и внеклассные мостовые переходы. Здания и сооружения станционного хозяйства в целом, жилых поселков, промышленных предприятий дорожного транспорта, отдельные здания и сооружения. Портальные части тоннелей

Торф, илы, глинистые грунты от текучей до тугопластичной консистенции, в том числе оттаянные

Вращательный срез

Определения природной и контактной прочности грунтов для расчетов оснований по несущей способности и расчетов устойчивости склонов и откосов проектируемых выемок

Глинистые грунты от твердой до тугопластичной консистенции, песчаные и крупнообломочные грунты

Сдвиги целиков грунтов

Глинистые и песчаные грунты, в том числе гравелистые и оттаянные немерзлые

Статическое и динамическое зондирования. Опытные испытания свай

Оценка несущей способности свай и грунтов оснований проектируемых сооружений и зданий для выбора типа оснований

Прессиометрия грунтов

Определение модуля деформации грунтов для расчета оснований по деформациям

Глинистые, песчаные и крупнообломочные грунты немерзлые

Испытания нагружениями на холодные штампы в шурфах и скважинах

Мерзлые грунты всех видов кроме скальных

Испытания нагружениями на холодные и горячие штампы в шурфах и котлованах

Определение сжимаемости мерзлых грунтов и грунтов при оттаивании под нагрузками для расчета осадок оснований

Испытания свай в мерзлых грунтах и грунтах при оттаивании

Оценка несущей способности свай и грунтов для выбора типа основания

Просадочные лессовые и набухающие глинистые грунты в естественном состоянии и при замачивании

Статические нагружения на штампы при замачивании грунтов. Статическое зондирование грунтов. Опытное замачивание

Определение параметров просадочности и набухания грунтов для расчетов оснований по деформациям, величин осадок и подъемов замоченных оснований

Микропенетрацию следует выполнять в массовом порядке во всех случаях дорожных инженерно-геологических изысканий при проведении рекогносцировки, съемки, разведки и опробования грунтов, освидетельствовании в порядке авторского надзора вскрываемых котлованов и других строительных выработок.

Результаты микропенетрации заносят в журналы описания обнажений, расчисток и вскрытий. Для индивидуального слоя однородного по составу и состоянию грунта и отдельно взятого инженерно-геологического элемента результаты микропенетрации надлежит подвергать статистической обработке по ГОСТ 20522-75 для получения обобщенных пенетрационных характеристик грунта.

Для приближенной оценки однородности глинистого грунта может служить глубина погружения конуса микропенетрометра. При применении конуса с углом при вершине 30° и постоянном усилии вдавливания, равном 20 Н, допустимые отклонения погружения конуса в грунт не должны превышать 5 мм. При большем отклонении в испытываемом разрезе следует выделять несколько индивидуальных слоев.

Сопротивление проникновению в грунт конуса называется предельным напряжением сдвига. Для конуса с углом при вершине 30° его вычисляют по формуле

,                                                               (1)

где R - предельное напряжение сдвига, МПа;

P - нагрузка на конус, Н;

h - глубина погружения конуса в грунт, мм.

Отклонения частных значений предельного напряжения сдвигу в испытываемом пласте, инженерно-геологическом элементе не должны превышать 15 % величины обобщенного значения, что необходимо учитывать при расчленении внешне однородной толщи и проведении границ элементов.

Для песчаных грунтов вычисляют показатель пенетрации

,                                                              (2)

где U - показатель пенетрации, МПа, отнесенный к 1 мм (или нагрузка, отнесенная к объему 1 мм3).

Рекомендуется применять микропенетрометр Всесоюзного научно-исследовательского института гидрогеологии и инженерной геологии (ВСЕГИНГЕО) МВ-2 (рис. 2). Принцип действия прибора основан на измерении глубины погружения подпружиненного конуса. В испытании определяют силу сопротивления грунта проникновению конуса. Пенетрация возможна только на высоту конуса.

Техническая характеристика

Высота конуса, мм ........................................................................... 25

Угол при вершине конуса, град ...................................................... 30

Начальное натяжение пружины, Н ................................................ 5,5

Конечное натяжение пружины, Н .................................................. 25,5

Длина, мм ......................................................................................... 300

Диаметр, мм ..................................................................................... 20

Масса, кг ........................................................................................... 0,3

Число отдельных «уколов» грунта отдельно взятого инженерно-геологического элемента должно быть не менее 12, а при уточнении границ или выделении нескольких элементов во внешне однородной толще не менее 24 (по 12 по обе стороны предполагаемой линии раздела).

Рис. 2. Микропенетрометр МВ-2:

1 - ручка; 2 - корпус; 3 - шток; 4 - пружина; 5 - движок; 6 - опорная плита; 7 - сменный конус

Определение объемной массы грунтов

2.4. Объемную массу в массиве следует определять для глинистых грунтов агрегатного сложения (крошащихся), влажных песков с включениями и крупнообломочных грунтов.

О т рывают шурф сечением 55 × 55 или 60 × 60 см и глубиной 50 см и из вле кают из него грунт . При эт ом все не ровност и дна и ст анок по воз можн ости за равнивают те м же грун том или взятым из него мелкоз емом (суглинком и др.). Извле че нный грунт взвеш ивают на торговых весах с точност ью до 5 г. Из грунта в металлические бюксы отбира ют не менее 6 проб на влажность глинистого и песчаного материала.

Стальн ы м мет ром с миллиме тровыми делениями в 1 7 местах (по три на ка ждую из че ты ре х с тен ок и пять ко дну шурфа ) из ме ряют глубин у шурфа. Для измерен ий ко дну на верх шурфа кладут рейк у по диа гонали. Определяют глубину на пересе чен ии и по се ре динам половин диагоналей. Вычисля ют среднее ариф ме тическое 1 7 изме ре ний с точностью до 1 мм. Длину и ширину шурфа изме ря ют дваж ды на каждой с тенке и два жды по серединам его по дну и све рху. Вычисл яют среднее и з 1 2 измерений.

Для вы чи слений объема шурфа, влажности, объе мной массы грунта и объемной массы скелета грунта надлежит в полевых условиях пользоваться переносным мик рок алькулят ором, позв оляющим вычислять восьмизначные числа . Ма сса прибора 0 ,2-0,3 кг.

В гр а вии, дресве , га лечнике и щебне неровн ос ти стенок шурфа за гладить удается не всегда . По предложению Г. К . Бонда рика [ 1] для опре де ления о бъема шурфа применя ют м ерный куб, представляющий собой ящик с ре бром 50 см. Ящик весь или одна из его сте нок сделаны из плексигласа. На стенке на несена шкала объемов. Объем куба V 0 извест е н1.

1 Если мерный куб установлен в шурф е так, что его верхний край выдается над поверхностью земли, то з а объем принима ют объем части куба, фиксируемый по от ме тке шкалы, находящ ейся в ровень с поверхност ью.

В мерный куб совком нас ы пают сухой средне зернисты й песок, н е содержащий крупных включений, выра внивают поверхность песка в кубе и по ме рной шкале на его прозра чн ой стенке отмеча ют объе м засыпанного песка V 1 .

Песком из м е рного к уба вы равнив аю т дно шурфа с таким рас чет ом, что бы отметк а шк алы, фик сирующ ая верхний край куба либо опре деленный объе м, находилас ь вровень с пове рхност ью земли. Куб уста навливают в шурфе и паз ухи ме жду его стен кам и и ст енками шу рфа засыпают пе ском из куба с п омощь ю совка . Линей кой в ыра внив ают поверхность песка, ост авше гося в мерном кубе. Извлекают к уб из шурфа и отмечают объем оста вшег ос я в кубе пе ска V 2 . Об ъем шурфа на ходят суммиров анием

V = V 0 + ( V 1 - V 2 ).                                                          (3)

Зондирования грунтов

2.5. Зондиро в ани я песч аны х и гли нисты х грун тов в мас сиве н аиболее частые и применяемые ра нее других поле вые ис пыта ни я. По результатам зондирований планируют или уточняют программы прочих испыта ний в массиве, а также ла бора торного опробования грунтов.

Статическо е зондирование во зможно при содержании в грунте до 25 % к рупн оо бл омоч ны х вклю чений, а дина мическ ое - до 40 %.

Дин а мическое зондирова ние менее трудоемко и проще в исполнении, неже ли статичес кое , но област ь его применения уже, поскольку ему нельзя по две ргать пы лев атые водонасыщенные пе ски, мягк о- и текучеплас тичны е и тек учие глины и суглинки, пластичные и те кучие супе си.

Зондиро в ания в со чет ании с д руги ми полевыми и лаборат орными методами изучения грунтов п рименяют для следующих це ле й:

- выд е лен ия индивидуальных слоев (глубины за леган ия, м ощ ности, гра ниц расп рос тране ния в пла не), а в сферах возде йстви я на масс ивы, среду и основание различных соо руж ен ий и зда ний инженерно-геологических э лемент ов (г рунтов раз ного со ста ва, с ложе ния и со стоян ия);

- оц е нки однородности грунтов в массиве по площади и глубине, г лав ным напр авле ниям изменчивости в пространстве;

- о п ределения глубин залегания кровли скаль ных, к ру пнооблом очных и ме рзлых грунтов;

- приближенной колич е стве нной оцен ки прямых показателей свойст в грунт ов (пло тности, уг ла внутреннего тре ния, модул я де форма ции, о тносите льной прос адо чн ост и и др.);

- определе н ия сопротивле ния грунто в под св ае й и по ее боковой пове рхности;

- уст а новлен ия степени упл отн ения и упрочнен ия во времени насыпных г рунт ов техн оген ного происхо ждения и грунт ов ос нова ний.

З о ндиро вания надлежит пров одить в с ледующ их случ аях:

- н а участ ках индивидуального прое кти рования земляного полот на (полотна на косогорах, в ыс оких на сып ях и глу бок их выемк ах, деформирующихся насыпях и др.);

- в основаниях опор и устоев проектируемых мостов, путепроводов и эстакад;

- у порталов, а п ри не глубоком заложен ии и по ос и прое ктируемых в песчано-глинистых масс ивах т онне лей ;

- в местах раз м ещ ени я проектируемых м ногоэ тажных зданий (вокз алов, локомотивных деп о и др.) и ответ стве нны х сооруже ний на ста нциях и в посе лках, промы шле нных предприятий дорожного тра нспорт а;

- н а ме сторож ден иях строительн ых материалов и грун тов , отвалах горных производст в и промы шл енных предприятий.

Н а из учаемом от де льном инженерно-геологическом учас тке для индивидуал ьного несущего слоя основания здания или сооруж ен ия (инженерно-геологического элеме нта в з оне напряже ний ) сле дует выполнять не менее шес ти зондирований.

Чаще вс е го зондирования ре коме ндуе тся соче тать с испытан иям и свай, ст атическими на гружен иями на штампы в сква жин ах, лабораторными опреде ле ниям и прочно сти и деф орм ат ивных с войств грунтов несущ их слоев в основа ниях проектируемых сооружений и зданий , в особенности на мостовых переходах и строительных площадках.

Динамическое зондирование

2. 6. Требованиям ГОСТ 1991 2-74 и СН 448-72 и обо рудов ан ию для дина миче ского зондиров ания грунт ов отвечает устан ов ка УБП-1 5М (буровая п ен етрац ионн ая модерниз ирован ная) для ударно-к ан атного бурени я скваж ин на глубину до 1 5 м (рис. 3), выпускае мая Угли чским за водо м Гидропроекта в комп лект е с навес ным присп осо блен ием для зондирования (р ис. 4) [ 3, 4] .

Техниче ска я характеристика

Но м инал ьная глубина зондирования, м                                                              2 0

Высота па дени я молота, м                                                                                    0,8

М а сса молота1, кг                                                                                                   60

Мо щ ност ь двигате ля УД-2 при частоте враще ния 300 0 об/ мин, кВт               6

Г а ба рит ы устан овки в т ранспо ртном по ложении, м:

длина                                                                                                                       4 ,0 5

вы с ота                                                                                                                      2,27

ш и рина                                                                                                                    1 ,85

О бщая масса, кг                                                                                                      1100

1 Можно подобрать молоты и с иной массой.

Навесное приспособление состоит из ударника, свободно перемещающегося по на правляющ ей штанге, и уст ройст ва для подъе ма ударника и автоматического сбрасывания его с оп ре деле нной высоты. Ударник, находящ ийся в нижнем положении, захватывается кулачками и с помощью траверсы поднимается вверх. Кула чки им еют выст упы, которые входят в продольные пазы направляюще й шт анг и; па зы в св ою очередь в верхней части нап равл яю щей шт анги ок анчиваются сбегом, при дост иж ении к от орог о (подъе ме ударн ика) к улачк и ра здвигаю тс я и освобождают молот.

Уд а рн ик сбрасывается на высоте 0,8 м над переходником, служащим дл я пе ре дачи зондирующим шт ангам энергии уда ра. При мас се у дарн ика 60 кг эне рг ия ударов от н ачала и до конца зон дирова ния постоянна и рав на 470 Дж .

Рис. 3. Буро в ая пен ет рацион ная установка УБП-1 5М (а) с инвентарным к ониче ским (б) и с ъе мным кон иче ским (в) наконечником:

1 - мачта складная; 2 - нав е сное приспособление для зондирования; 3 - планетарная лебедка; 4 - редукт ор РМ -250; 5 - опо ры с бак ом для бензина; 6 - дв игате ль УД- 2 с муф той сцепления; 7 - рама; 8 - ручна я че рвячная ле бедка

Рис. 4. Навесное приспособление для динамического зондирования установкой УБП-15М:

1 - траверса для подъема ударника; 2 - направляющая штанга; 3 - кулачки для захватывания и сбрасывания ударника; 4 - ударник; 5 - переходник

Навесное приспособл е ние може т быт ь смонт ировано и на других буровых уста новках: УГБ-50М , БУК С-ЛГТ и др.

Производс т венный и научно-ис сле довате льс кий инст ит ут по инженерны м из ыска ниям в с троительст ве Госст роя СССР (П НИИ ИС) ра зработал приставку к ста нку УГБ-50 А(М ) для динамического зондирования грунтов, выполненную в виде головного опытного образца в Рязанских ма стерс ких э того института [ 5].

Испыт ате льный з он д (см. р ис. 3, а ) для дина мического зондирования состоит из шт анг с наружным диаметром 42 мм, соединяемых ниппелями, и конуса с основанием диаме тром 74 мм и углом при раскрыт ии 60°. Конусов два: инве нтарный (см. р ис. 3, б ) и съем ный (см. р ис. 3, в ). С нижним концом штанг первы й соединяется резьбой, а вт орой укрепляется шпилькой, которая при подъе ме гарнит уры срезается.

Гра ф ик результ атов испытания оформляется по ГОСТ 1 991 2-74.

Статическое зондирование

2.7. В пр а ктик е инж енерно-геологических изысканий применяют устан овку для статического зондирования Все союзного на учно-исследовательско го института тран спортного строительства (Ц НИИ С) М интрансстроя, установки Ф ундаментпроекта С- 979 и СП-59, Н ИИпромстроя Минист ерства промышленного строит ельства (г. Уфа) С-8 32 и пенетраци онны е приставки к буровой установке УГБ-50М , созданные в Ц НИИСе (рис. 5) и Уральско м тресте инжене рно-с троительн ых изыс каний. Размеры ра бочих наконечников всех установок по ГОСТ 20069-74 унифицированы: диа метр основания 35,6 см, площадь поперечного сече ния 1 0 см2, конус при вершине имее т угол за ос трения 60°, глубина погруже ния зонда 20 м .

2.8. Статический пенетрометр и приставки ЦНИИ С предназначе ны дл я испытаний грунтов на линейных и площа дных изысканиях. Конструкция установки разборная, что позволяет доставлять практиче ски в любую точку трассы или площадки изыска ни й отдельны е узлы ее вьюком или на рука х н а косог ор, в тайгу, мостовой пере ход и т.д. [ 6, 7]. Она обслуживает ся т ехником-исп ытат елем и дв умя рабочими.

Рис . 5. Стати чес кая пенетрационная прист авка ЦНИИС к буровому ст анку УГБ-50М:

1 - гидродомкраты; 2 - болты, закрепляющие опорную ба лк у на двух анк ерах; 3 - опорна я ба лка; 4 - труба, в кот орую вставляется штанга; 5 - поперечные окна в трубе; 6 - поршни; 7 - крестовина; 8 - штанги; 9 - измерительный наконечник; 10 - реверсивный золотник; 11 - вентиль; 12 - анкер; 13 - съемный манометр

Те хниче ска я хара кте ристик а

Ма кси маль ное усилие задавливания, кН                                                   1 00

Диаметр штанги, мм                                                                                    36

Длина о т дельного звена ш та нги, м                                                            1 ,5

Диа ме тр внутрен него сте рж ня в штанге, мм                                            1 8

М ощ ност ь бензодвигателя марки 2СДВ, кВт                                           1 ,5

Производи т ельност ь гидронасоса ма рки Н-4 00, л /мин                           5

Мак с има льное давле ни е в гидросисте ме , М Па                                        20

Ход ш т оков гидроцилиндров, м                                                                 0,45

Масса о т де льных уз лов уст анов ки, кг:

станина (сварная б а лка) с гид роц илиндрам и                                      1 00

опорные стойки (2 шт. по 20 кг)                                                           40

мо т орно-на сосны й а гре гат                                                                    90

кабе стан для завинчив ания анке рны х свай                                          45

винтовы е анкерные сваи (4 шт. по 1 0 кг)                                             40

пульт управления                                                                                    50

Общ а я масса, кг                                                                                            400

Габари ты в сбо ре, мм:

ширина                                                                                                     1 700

в ысота                                                                                                       1 700

длина                                                                                                        1 300

Установка укрепляется на м ес те четырьмя анке рными сваям и, за винчив аемыми в грун т кабестаном от привода бе нзодвигате ля. В грунт при помощ и гидродомкрат ов за да влив ается штанга с рабочим наконе чником (рис. 6). Глубину его погружени я находят по мерной лине йке с сант имет ро выми делениями, помеща емой п еред шта нгой. На крестовине домкра та укреплен указатель, кот орый скользи т по линейке .

Обще е сопротивление грунта вдавливанию штанги с наконечник ом скла дывается из суммы лобового сопротивления вне дре нию последнего и трени я штанги о грунт. Оно определяетс я по давле нию масла в гидродомкратах, изме ряемо му ма номе трами 13 (см. р ис. 5), в ыне сенными на пульт упра вле ния. При да влении в домк ратах до 9 МПа прим еняют мано мет р на 1 0 МПа, а при п овыше нии давле ния перекрывают вентиль 1 1 и работают с манометром на 25 МПа.

Рис . 6. Изме рите льный н а конечник зон да:

1 - рез ьба; 2 - сальник; 3 - уп лотнит ельны е кольца; 4 - кабель; 5 - прово лочны й датчик; 6 - стержень; 7 - ру башка; 8 - к онус; 9 - зазо р

Усил ия в давливания выч исляют умн оже нием показа ния ма ном етра на общую площа дь п оршн ей обоих гидродомк ратов (ди аметр поршня 6 см, общая площад ь дв ух п оршн ей 56,5 см2) .

Лобо вое с оп ротив ление грунта внедре нию наконе чника из меря ют, п рименяя проволочные да тч ики, элект рическ ое соп рот ивле ние кот орых меняется в за висим ост и от де формации ба зы, на кот орой они за креплены, и, сле дов ате льно , от давл ени я, вызвавшего де форма цию. Давление на грунт, восприн имае мое конусом, пере дае тся на внутре нний стерже нь наконечника зонда (см. р ис. 6). На сте ржне на клеены да тчики, кот орые трехжильным кабе лем соедин ены с измерит ельным п рибором. Ст альная рубашка защищает датч ики от механиче ских повреждений. Для того чтобы давление от грунта чере з конус пере дава лось только на стерже нь, между конусом и руба шкой п редусмот рен зазор. Уплотнительны е кольца и сальник пре дохраняют датчики от попа дания в них воды.

Рабоч и й нак онечник соединяе тс я ре зьбой с о шт ангой. Кабель от него п роходит через полос ть штанги и присое диняется к прибору для изм ерения стат ичес ких деформа ций ИД- 62М . Ре гистрируя изме нения соп рот ивления да тчиков, опреде ляют давление на на конечник.

2.9 . Зондирующая установка С -832 (рис. 7 и 8) предназ наче на для испытан ий г рунтов, ло бовое со прот ивле ние зондированию кот орых не превышает 50 МП а [ 8] .

Установк а мон тируется на автомобиле ГАЗ- 69 или ЗИЛ-1 57 и состоит из гидравлического оборудования, ст релы , мех ан изма с анкерными вин товыми с ваями , шта нги с зондом на ее конце и эле ктро нной изме ри тельной а ппарат уры. Уз лы собираютс я на раме, установленной на лон же рон ах автомобиля.

Техническая характеристика

Максимальное усилие вдавливания зонда, кН                                     100

Максимально допустимое усилие на лобовую поверхность

зонда, кН                                                                                                  120

Максимальная глубина зондирования, м                                             21

Измерение лобового и бокового сопротивлений грунта

вдавливанию зонда                                                                                 Раздельное

Пределы измерений, МПа:

лобового сопротивления (на трех шкалах)                                      0-5; 0-20; 0-80

бокового сопротивления (на трех шкалах)                                      0-0,1; 1,0-0,3; 0-0,9

Основная погрешность, %                                                                      Не более 2,5

Диапазон рабочих температур, °С:

зонда                                                                                                    От -20 до +50

самопишущих приборов МС-03                                                        От 0 до +50

Источник питания измерительной аппаратуры                                  Аккумуляторы

типа 5НКН-60

напряжением 24 В

или генератор

автомобиля

Скорость погружения зонда, м/мин:

наибольшая                                                                                         3

наименьшая                                                                                        0,0075

Ход штока гидроцилиндра вдавливания, мм                                       1000

Диаметр штанги зонда, мм                                                                    34

Привод механизма завинчивания анкерных свай                                Гидравлический

Анкерные сваи (2 шт.), рассчитанные на усилие

выдергивания, кН                                                                                    100

Масса установки без автомобиля, кг                                                     2600

Рис. 7. Уста новка для статического зондирования С-832:

1 - винто в ая сва я; 2 - упорная трав ерса; 3 - опорная рама; 4 - пра вый редукто р меха низ ма за вин чива ния; 5 - зонд; 6 - зажимное ус тройство; 7 - гидравличе ский цилиндр вдавлива ния; 8 - стрела; 9 - г идравлическая си стема; 1 0 - правый гидравличес кий дви гатель механизма за винчивания

Ри с. 8. Наконе чник зо нда уста нов ки С -8 32:

1 - муфта для с ое дине ния со шт ан гой; 2 - подъе мник; 3 - упорный шток, пере дающий усилие при вда вливании чере з упругие элеме нты на цили ндр и ко нус; 4 - ша рик; 5 - конус ; 6 и 1 3 - м анж еты; 7 - цилиндр; 8 - упругий элеме нт с дат чиком , во спр иним ающ им усилие конуса и п ре образующим его в элект рический сигнал; 9 - напра вляющая шайба ; 1 0 - упругий элемент с дат чик ом, воспринимающи м ус илие от цилиндра и пре образ ующ им его в электриче ский сигнал; 11 - ограничительное кольцо; 12 - те плоизоляцион ный уп о р

М е ханизм зави нчивани я анке рных винт овых сва й работ ае т от гидравлического устройства уст ановки.

Штоки г и дродом кратов вда вливан ия зонда сое динены со специальным устройством - захватом, ко торый зажим ает штангу при ее погруж ении и свобо дно скол ьзит при движ ен ии штанги вверх. Чтобы избежать прогиба штанги при вдавливании зонда в плотные грунты, пре дусмотре на направляющ ая втулка - кондуктор. Закре плен ная на т раверсе, она при зонди ровании находится на поверхности зем ли.

Гидравли ч еский цилиндр вдав лива ния зон да установлен на стреле, поднимающейся из транспортного п оложения в рабочее с помощью гид ра вли ки. Оператор по дни мает и опускает ст рел у, вдавливает и выдергивает зонд, завинчивает и вывинчив ае т анке рные с ваи с пульта управления.

Схе м а узла вдавливания, дающег о возмож ност ь зонд ировани я со стабилизацие й, показа на на рис. 9. При погруже нии зонда гидроцилиндром на наме че нную глубину насос, п одающий масло в гидроцилиндр, отключается. Штанга с зондом находится только под воздействием давле ния в демпфере, которое падает по мере погружения зонда. Зонд оста навливается в моме нт достиже ния равновесия между усилием вдавливания и реакцией грунта.

В процессе зондирования разд е льно изме ряются сопрот ивление грун та вдавливанию зонда, лобовое сопротивление и боковое трени е поверхности зонда о грунт на у частк е 31 см. Э ти усилия воспринима ются специаль ными электротензометрическ ими датчика ми и автоматически ф иксируются в виде графиков на ленте двумя самопишущи ми приборами МС-0,3, с кот орыми зонд (см. р ис. 8) с ое дине н кабелем . Измерительная а ппара тура чере з спе циальный преобра зовате ль постоянного тока питается от аккумулятора ав томашины.

Р ис. 9. Схема узла вда вливания:

1 - а н керные сваи; 2 - гидроцилиндр; 3 - де мпфе р; 4 - рама ; 5 - зонд

Сопроти в ления реги ст рируются как при не пре ры вном в да вливан ии зонда (зондирован ие "бе з ста билизации"), так и при п ра кт ически неподвижном з онде в с остоянии п редельн ого ра вновес ия (зондирование "со ст абилизацие й") на задан ной г лубине .

2. 1 0. Уста новка для ст атиче ск ого зондирова ния С-979 смонт ирова на на одноосном шасси и креп ит ся к г рунту чет ырьмя винтов ыми анкерными сло ям и, погружаемыми в землю вручную , или спе циальны м ме ханизмом для за винчивания.

Уст а новка С-979 состоит из трех основных частей: зонда, устройства, вдавливающего зонд в грунт, и измерительной аппар атуры. Мак симальная глу бина зондирова ния 1 5 м, ус илие вдавлива ния 1 00 кН.

Зонд состоит из стальных т руб на ружным диам ет ром 36 и внут ре нним 20 мм, шт анг диаметром 1 8 мм и н ак онечник а. Колонну шт анг зонда собира ют из секций по 1 м.

Конс т рук ция зонда позв оляет раздель но из ме рять общ ее сопрот ивле ние грунта вда вливанию и сопрот ивл ен ие грунта погруже нию конуса. Их разница равна сопротивл ению грунта по боко вой поверхност и зо нда при его внедрении.

Вдавливающее у с тройство вклю чает гидравлически й домкрат двойного де йствия и давильную головку, которые смонтирова ны на двух стойк ах, укре плё нных в обще й рам е ша сси. Да вле ние в домк ратах со здается ма слонасо сн ой станцией, смонтированн ой на отде льном о дноосном шасси.

Сопро т ивление грунта погруже нию конуса изме ряе тс я динам оме тром ДОСМ- 5 с мессурой, ра ссчитанным на максимальное усилие вдавливания 50 кН . Общее сопроти вле ние грунта п ог ружению зонда опре де ляется по давлению в гидравличе ской систем е уста новк и, измеряемому маномет ром.

2 .11 . Уста новка для статического зондирования грунт ов СП -59 смон тирова на на сам оходном ша сси трактора Т-1 6М (рис. 10). Зонд из з венье в длиной 1 м на штанга х диаметром 1 8 мм погружают в грунт гидродомкрат ом задавливающе го ус тройства че ре з измерительну ю головку. После дняя позволяет одн овременно и непрерывно изме рять сопротивле ние грунта вда вливаний конуса и сопротивление трения грунт а по боковой пове рхности зон да .

Р е активную нагрузку в проце ссе вдавливания зонда воспринимает одна винтовая составна я свая со сме нными лопастями диаметрами 200, 300 и 400 мм. Специ аль ны й корре ктор исключа ет воз можность влияния выхода сваи из грунта на отс чет глубины погруже ния зонда.

З онд вдавливает ся че рез центральный канал сваи, являющийся одновремен но направля ющ им кондуктором. Винтовую сва ю погружают в грунт св ае за вертным меха низмом, приводимым в действие а кси аль но-порш невы м гидромотором.

Рис. 10. Уст а новка СП -59 на тракт оре Т-1 6М для ста тич еского зондирования г рунт ов:

1 - зонд ; 2 - ви нтова я сва я; 3 - сваезавертный м ехани зм; 4 - измерительная аппа ра тура ; 5 - вдавлив ающее уст ройство; 6 - блок управле ния; 7 - нас осная ст анция

Вдавливающее устройс т во, сваезавертный механизм и гидравлические аутригеры смонтированы в единый силовой блок и шарнирно укреплены на торце рамы шасси.

Ме х анизмы силового блок а с помощью вспомогательных гидроцилиндров могут быть переведены из рабочего положения в транспортное (г оризонтальное) и обра тн о.

В кузове ша сси уст ановле ны блок уп равления, вторичные п риборы, стеллаж для штанг и труб. Исполнительные механизмы пит аю тся от насосной станции, выполн енно й на ба зе выс окого давле ния с приводо м от вала о тбора мощности двигателя трактора Т-16М.

Те хническ ая хар акте ристика

Ма ксималь ное усилие вдавливания зонда, кН                                                             1 00

Скорость вд а вливания зонда, м /ми н                                                                              0,5-0,7

Скорость из в ле чения зонда, м/м ин                                                                                Более 2

Измеряемое сопротивление г рунта п огруже нию конуса, кН                                      48

Измеряемое сопротивлени е т ре ния гр унт а по боковой п ов ерхности зо нда, кН       30

Ма к сима ль ный крутящ ий момент сваезавертного механизма, кН·м                         5,4

Ч а стота вращения патрона сваезавертного механизма, об/мин                                 5

2. 1 2. Результаты статического зондирования оформ ля ются в виде графика, совмещаемого с колонкой скважины по ГОСТ 200 69-7 4.

2. 1 3. При статическом зондирова нии лессовых грунтов надлеж ит опре делят ь [ 9 ] глуб ину залегания п одошвы проса до чной толщ и (уровень грунт овых вод, кровлю толщи плот ных , пе сча ных, крупнообломочных и скальных по род) и просадочност ь.

Для зондиров а ния рек омендуе тся применять установку С-832. Зондировать лессовые грунты следует на уча стках, где по да нным источников, ин же не рно-ге ологиче ской съе мки, ра зве дки и ра нее прове денного опробования отмече на проса до чно сть при замач ива нии без или под на грузкой.

Прос а дочность надлеж ит изуч ать та кже п ри наличии слоя грунта мощ ностью не менее 2 м , имеющ его по ре зуль татам зондирования в естес твенном состоянии (без пре два рите льного за мачиван ия) следующие признаки:

- лобо в ое сопротивление грунта погружению зонда пре вышает 1 ,5 М Па при зондирова нии со ста билизацией или 2 МПа п ри ра вноме рном погруже нии зон да со стан дартно й с коростью;

- отношение лобового сопротивления к боковому не превышает 50.

Необходимо соблюдать следующий порядок выполнения работ при испытаниях:

- зондирование грунтов всухую на всю мощность предполагаемой просадочной толщи для выбора мест, где следует определять просадочность;

- бурение скважин диаметром не менее 100 мм и глубиной на всю мощность просадочной толщи с отбором монолитных кернов для лабораторных испытаний грунтов;

- заполнение скважин гравием, щебнем или крупным песком;

- заливка воды в скважины;

- повторное зондирование замоченной зоны грунта на расстоянии 1,5-2 м от первоначальной точки зондирования сухого грунта и 0,3-0,5 м от дренажной скважины;

- обработка результатов зондирования.

Воду в скважину следует подавать самотеком бесперебойно в течение 15 ч. Объем заливаемой воды рассчитывают по формуле

,                                               (4)

где r - радиус цилиндра замачивания, равный 1-1,5 м;

H - глубина скважины (мощность просадочной толщи), м;

hi - мощность i -го просадочного слоя, м;

Gi - степень влажности грунта в естественном состоянии в i -м слое толщи;

ni - пористость грунта в i -м слое.

Показатель П вероятной просадочности грунта (по СНиП II-15-74, пп. 2.13 и 2.14) и относительную просадочность грунта при заданном давлении находят в лабораторных определениях на образцах - монолитных кернах, отобранных из скважин.

При статическом зондировании устанавливают значения коэффициентов

;                                                                (5)

;                                                              (6)

где к1 -    отношение стабилизированных лобовых сопротивлений погружению зонда в грунт в естественном состоянии и при замачивании;

к2 -    отношение боковых сопротивлений погружению зонда в грунт со стабилизацией и без нее;

R -     лобовое сопротивление погружению зонда в грунт естественной влажности, МПа;

R -   то же для замоченного грунта;

F ст - боковое сопротивление погружению зонда при зондировании со стабилизацией, МПа;

Fv -   то же при зондировании без стабилизации.

Рис. 11. График за висим ост и относите льной просадочност и лессового грунта от коэффицие нта к1

Рис. 12. График з а висимости от носите льной просадочности от коэффициента к2

Рис. 13. График зависимости показателя просадочности П от отношения боковых сопротивлений зонда со стабилизацией и без нее

Полученные эмпирические зависимости δпр = f (к1) (рис. 11), δпр = f (к2) (рис. 12) и П = f (к2) (рис. 13) следует в дальнейшем использовать как тарировочные при расшифровке данных зондирования: первую для результатов испытания при замачивании, вторую и третью при зондировании грунта естественной влажности. Надлежит отдавать предпочтение более тесной связи.

При к2 > 0,7 грунты, как правило, непросадочны; при к2 = 0,7÷1,0 просадочность грунтов возможна; а при к2 > 1,0 вероятность просадочности их повышена.

2.14. Результаты статического зондирования следует применять для определения сопротивления грунта под острием и по боковой поверхности сваи [ 3 , 8 - 11 ].

Нормативное сопротивление грунта под нижним концом сваи RH , кПа, по результатам зондирования определяется по формуле

,                                                            (7)

где β1 - коэффициент, принимаемый при зондировании установками С-979 и СП-59 по табл. 2, а установками ЦНИИС и С-832 равным 0,5;

q 3 -    среднее значение сопротивления грунта при зондировании, кПа, под наконечником зонда, полученное из опыта на участке разреза, расположенном в пределах одного диаметра сваи выше и четырех ее диаметров ниже отметки острия погружения сваи по проекту.

Коэффициенты β 1 , β 2 и β3 перехода от сопротивления грунта при зондировании под наконечником зонда q 3 к нормативному сопротивлению грунта под нижним концом сваи ρ H и от сопротивления грунта по боковой поверхности зонда fi и f 3 i к нормативному сопротивлению грунта по боковой пов е рхности сваи fH привед е ны в т абл. 2.

Та бли ца 2

q 3 , кПа

Коэффициент β1 перехода от q 3 к RH

f3 , f3i, кПа

Коэффициент β2 перехода от fi к fH

Коэффициент β i перехода от f 3 i к fH при глубине расположения слоя грунта, м

1

2

3

h

2500

0,75

20

1, 5

0,50

0 ,5 0

0,50

0,5

5000

0,6

40

1 ,0

0,2 1

0,33

0,40

0 , 5

7 500

0, 5

60

0,7

0 ,1 7

0 ,27

0,33

0 , 5

1 0000

0,4

80

0,5

0 ,1 5

0,24

0,29

0 ,5

1 5000

0 ,3

1 00

0,4

0,1 4

0,22

0,26

0,5

20000

0,25

1 20

-

0 ,1 2

0,20

0,23

0,5

Прим е чание . При глубине расположения сл оев о т 3 м до глубины за бивки сваи h знач е ния коэффицие нт а β i опр е деляются интерполяцие й.

Нормативное сопро т ивление грунта по боковой поверхн ост и сваи fH , кПа, по результат а м статиче ского зондиро ва ния опреде ляется по формулам:

при зондировании установками С-979 и СП-59

fH = β 2 f3;                                                                   (8)

при зондировании установк а ми С -832 и ЦН ИИ С

,                                                           (9)

где β2 и β i - коэффициенты, принимаемые по табл. 2;

f 3 -    сред н ее значение удельного сопротивления грун та по боковой поверх ности зонда, к Па; оп реде ляет ся как частное от деле ния бокового сопротивления на площадь боковой поверхности зонда в пределах от поверхности грунта в точке зондирования до уровня расположения нижнего конца сваи в выбранном несущем слое;

f 3 i -    среднее удельное сопротивления i -го слоя грунта по боковой поверхности зонда, кПа;

li -     толщина i -го слоя грунта, м.

Испытания свай

2.15. Пробные испытания свай надлежит выполнять в тех относительно редких случаях, когда статическое зондирование грунтов основания проектируемого сооружения или здания (см. п. 2.14) не дает ответа на вопросы, поставленные в п. 1.3 ГОСТ 5686-78: проверка возможности погружения свай на намечаемую глубину и определение зависимости характера и размеров их перемещения в грунте от нагрузки.

Опытные испытания следует поручать строительной или специализированным организациям на договорных началах по заданию и под наблюдением проектно-изыскательской организации - заказчика испытаний. При выполнении испытаний строительной организацией надлежит применять стандартные сваи, сваи-оболочки и столбы, используемые в строительстве [ 12], а при работе изыскателей - инвентарные сваи ИИС-127, используемые в трестах инженерно-строительных изысканий объединения Стройизыскания Госстроя РСФСР [ 13].

Конструкция сваи ИИС-127 показана на рис. 14.

Техническая характеристика

Глубина испытаний, м                                                                                 До 20

Максимальное рабочее давление, МПа                                                     20

Диаметр рабочего наконечника, мм                                                          127

Длина звена, м                                                                                              1-1,5

Площадь подвижной оболочки, м2                                                             0,25

Масса сваи, кг                                                                                               До 300

Масса двух анкерных свай и насоса с маслопроводом, кг                       350

Рис. 14. Общий вид инве н тарной испытательной сваи ИИС-1 27:

1 - н а коне чник; 2 - напра вляюща я се кция; 3 - ст вол сва и; 4 - балка; 5 - маслопровод; 6 - на головник; 7 - а нкерные сваи; 8 - перех одн ик

Н а площадке испыта ний проходят две неглубокие сква жины для за винчива ния анке рных свай. Уст ана вливают балку, чере з отверстия которой пропускают сваю, погружают ее вибра тором на заданную глубину, а за тем за крепляют на этой ба лке анкерам и. Подключа ют станцию НСР-40 0М и п одкачива ют масло в гидра вличе скую систему для пе рем ещ ен ия ос трия, а за тем и боковой части сваи.

Сопротивлени е грунта перемещению выдвижного наконечн ика (рис. 15) и са мо й сваи фи ксируют по образцовому ман оме тру. При достиже нии постоянного да вле ния, свидетельствующего о неза тухающ ей осадке , опыт на данном горизонте считают законченным. Результаты испытаний заносят в журнал. На основании их строят графики нормативного сопротивления грунта под острием сваи и по ее боковой поверхности по глубине изучаемого разреза.

Расчетную величину P , МПа, несущей способности проектируемой сваи находят по формуле

Р = 0,64 ( RHF св + FH ср Ul ),                                        (10)

где RH -     нормативное сопротивление грунта под острием сваи, взятое по графику на отметке острия, МПа;

F св - площадь поперечного сечения сваи, м2;

U -    периметр поперечного сечения проектируемой сваи, м;

l -      глубина погружения сваи в грунт, м;

f ср -   среднее нормативное сопротивление грунтов по боковой поверхности сваи

,                                                         (11)

Здесь COi = f ср H li - площадь условной эпюры бокового сопротивления сваи на i -м участке, определяемая по графику, МПа.

Остальное оборудование следует подбирать в соответствии с требованиями ГОСТ 5686-78 и по рекомендациям [ 12, 14].

2.16. Статические испытания свай выполняют также для установления несущей способности мерзлых грунтов и деформативных характеристик пластично-мерзлых разностей. Для исключения контакта сваи с грунтами деятельного слоя в нем надлежит выкапывать приямок и заполнять его термоизоляционным материалом.

Если требуется усилить опытную сваю, следует повысить в ней процент армирования либо применить бетон более высокой марки. Во избежание растрескивания головы сваи в процессе испытания на нее надевают металлический наголовник с помятой деревянной прокладкой.

Рис. 1 5. Кинемати че ская схе ма нак оне чника инв ентарной испыта тельн ой сва и ИИ С-1 27 :

1 - выдвижное острие; 2 - подвиж ная об олочка ; 3 - гидроцилиндр; 4 - п оршен ь со штоком; 5 - ств ол с ва и; 6 - ма слопровод

В процессе испытаний надлежит наб людат ь за т ем пе рат урой грунт ов, изме ряя ее че ре з 0, 5 м до гл убины 5 м , чере з 1 м до 1 0 м и далее через 2 м до глубины на 4 м ниже конца сваи, но не менее, че м на всю м ощ ность зон ы годовых колебан ий те мпе рат уры в вечномерзлой т олще. Точность измерений должна быт ь не менее 0,1 ° С в грунтах с те мперат уро й выше минус 1 °С и не менее 0,2 °С в более о хл ажд енных грунтах. Ес ли температура грунтов ниже минус 2 ° С, испытания свай следует проводить в лет не-осенний пе риод, в п рочих случа ях т акже и зимой.

Для измере н ия температуры грунта можно п римен ять связк и ртутных или спиртовых вытяжных заленивленных термометров, электрических термометров сопротивления (устанавливаемых т ак же и постоянно), термисторов, термопар и др.

К с т атическим испытаниям на длеж ит п риступат ь толь ко п осле полного вмерза ния сваи и в осст анов ления вокруг нее е ст ественного т емпе ратурного реж има в ечн оме рзл ой толщ и. Ориент ировочные сроки вмерза ния сва й в вечномерзлые грунты приве дены в табл. 3.

Таблица 3

Способ погружения свай в вечномерзлые грунты

Сроки вмерзания свай, сут., на глубине годовых нулевых амплитуд 10-15 м при температуре грунта, °С

-0,5

-1

-1,5

-3

Погружение в пробуренные скважины, диаметр которых превышает наибольший размер поперечного сечения сваи, с заполнением скважин грунтовым раствором

80/50

40/30

25/15

12/6

Бурозабивной с применением молотов

2/1

1/1

1/1

-

Бурозабивной с применением вибропогружателей

20/15

10/8

7/5

3/5

Забивной с применением молотов

2/1

1/1

-

-

или определяют время вмерзания свай по теплотехническим расчетам

Примечание . В числителе указаны сроки вмерзания в летне-осенний, а в знаменателе - в зимне-весенний период.

Полноту вмерзания сваи и восстановления естественного температурного режима в окружающем вечномерзлом грунте устанавливают по данным регулярных замеров температуры в слое грунта, контактирующем с боковой поверхностью сваи, проводя измерения в твердомерзлых грунтах не реже одного раза в сутки и не реже одного раза в неделю в пластично-мерзлых.

Обработку результатов статических испытаний свай, регламентированную ГОСТ 5686-78, при испытаниях сваи в вечномерзлых грунтах дополняют составлением сводного графика суммарная осадка - время, включающего ступени затухающего деформировании и незатухающей ползучести - прогрессивного течения (рис. 16), и графика зависимости скорости осадки сваи от нагрузки (рис. 17).

Рис. 1 6. Сводный график раз вития суммарных осадок S сваи во вр ем ени t для всех ступ е не й наг рузок при загруж ении:

а - прерывистом; б - м о нотонно м

Рис . 17. График зависимост и скорости оса дки V от нагру з ки P на св а ю (реологическа я кривая)

Н есущ ую сп особност ь сва и принима ют ра вной 0,8 ве личин ы нормативного сопротивления PH , МПа , сваи статич ес кой нагрузке [ 14]. Пос ле днее уст ана вливают по ис ходным да нным испыта ния и гра фикам зависимос ти ос адк и от нагрузки и вычисляют по формуле

Р H = к P пр ,                                                              (12)

гд е к - коэффициент, принима емый в период наибольшего охлаждения грунтов в толщ е сливающ ейся вечной мерзлоты равным 0,5, а в пе риод максима льных темпе ра тур в толщ е несливающейся мерзлоты ра вным 1;

P пр - пр е дельно длите льное сопротивление сваи, опреде ляе мое по исхо дным данным испытания и графика м: сумма рна я осадка - в ремя , нагрузка - оса дка и на грузка - скорость оса дки ; его при нимают равным нагрузке на предпо сле дней по г ра фику ступе ни, являющейся последней ступенью затухающего деформирования.

Подробнее методика расчета Рпр и PH изложена в части II , главе 18 Строительных норм и правил "Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах" и в Руководстве [ 14].

При проектировании оснований по принципу деградации мерзлого состояния грунтов может возникнуть необходимость испытания свай с оттаиванием вечномерзлых грунтов и перелетков. В этом случае в дополнение к данным, получаемым при испытаниях в вечномерзлых грунтах, необходимо определять осадку свай под расчетной нагрузкой в оттаивающих грунтах.

Сваю загружают и ведут наблюдения за ее осадками, как указано в ГОСТ 5686-76 и Руководстве [ 14], наблюдают за изменениями температуры грунтов. В общем случае ступени нагружения сваи в вечномерзлом грунте могут быть приняты от 5 до 100 тс суммарного груза.

На расстоянии 0,35 м от оси сваи проходят скважину для размещения плети термометров электросопротивления либо заленивленных или спиртовых. На расстоянии 0,9 м от оси сваи задают скважины под электроиглы или трубчатые электронагреватели. Глубина проходки на 4-5 м ниже заглубления острия испытательной сваи. Прогревают грунт [ 15], наблюдая за изменениями температуры его через каждые 6 ч до нагрева 3 °С. Измеряют осадки сваи.

После затухания осадки от приложенной ступени или от проектной (по программе испытаний) нагрузки продолжают нагружение ступенями по 10 тс до критической нагрузки, т.е. до появления незатухающих осадок сваи либо до разрушения ее материала.

Отсчеты по прогибомерам следует выполнять, руководствуясь данными табл. 4.

Посла затухания осадки сваю разгружают в обратном порядке. При необходимости (поломке домкрата, перерыве в электроснабжении и др.) сваю разгружают независимо от того, прекратилась ли осадка, но с фиксацией упругой отдачи. После вынужденного перерыва сваю вновь нагружают той же нагрузкой и выдерживают до затухания осадки . Результаты испытаний оформляют и используют, как указано ранее.

Табли ца 4

Время наблюдения

Промежутки времени между отсчетами при испытании сваи в грунтах

вечномерзлых

оттаивающих

Первый ча с по сле мо мента нагружения

5 , 10, 1 5, 3 0 м ин

5 , 10, 1 5, 30 м ин

Первые сутки после первого часа

1 , 2, 3, 6, 12 ч

1 ч

Вторые сутк и

1 2 ч

1 ч

Третьи, четвертые сутки и далее

2 4 ч

1 ч

2. 1 7. При прогнозировании подъе ма уровня грунтовых вод или повышения влажности грунтов в перио д эксп луат ации свайн ых оснований в г лин истых и лессовых масс ива х мо жет во зникн ут ь необходимость испытания свай в замачивае мой среде. В этом случае сн ача ла сваи испытывают в грунтах природной (до нача ла строите льст ва) вла жности по ГОСТ 5686-7 6, на груж ая их до п роек тно й либо крит ической нагрузки .

Затем грунты зама чивают, п роводят испытания сва й в замоченном массиве, получаемые рез уль та ты о брабатывают по гостированной методике.

Определяют несущую сп о собность свай в замоченном грунте, зависимость перемещения свай в грунте от нагрузки и т.д.

2.18. В гли нистых грун та х, ск лон ны х к явлениям ползучести и релаксации, надле жит также опре делять и реологические особенности испытания сва й, составлять граф ики: суммарная осадка - время и скорос ть о са дки сва и - на грузка (см. р ис. 16 и 17), как указ ано в руководствах [ 12, 14] .

Вращательный срез

2. 1 9. При испытаниях грунтов на сопротивление вращательному сре зу регистрируют линейную деформацию l измерительных пружин (с п иральных, пла стинчат ых), и по величи на м уд ельной деф орм ац ии ( ; ) в ычисля ют реали зуемы е в испытаниях усилия F , крутя щ ие моменты M , удельны е соп ротивле ния сдвигу τ и показатели структурной и возникающ ей прочности грунтов по ГОСТ 21719-80.

Вращательный ср е з в массиве позволяе т опре деля ть прир одную прочность торфов, илов и глинистых те кучих , текуче- и м ягк оп ласти чны х грунтов и прочность, возникаю щую после ра зрушения в грунте структурных связе й вращающимися лопа стями к ры льч атого наконе чника.

Природная максимальная (до разруш е ния в грунте его структурных связей) прочность грунта τМ определяется по пику кривой зависимости ре ализуемого в испытани и крутяще го моме нта от деформации грунта, т.е. от угла поворота крыльчат ки в массиве (р ис. 18, кривые 1- 4 и 7), п о фо рм уле

,                                                             (13)

где В - п остоянная к рыль чатки, см3 .

Ри с. 18. Кривые зави симости М = f ( α °) реализуемого в испыта нии грунтов на сопротивление вращательному срезу в мас сиве к рутящег о момента от угла поворота крыльчатки (сопротивле ния сдвигу от деформации грунта)

По сл е разрушен ия крыль чаткой естественного сложения грунта и его структ урных св язей остается прочно ст ь τ y , кот орая обусловлена только водно- коллоидными связями между ча ст ицами. На рис. 18 она отвечает горизонтальным прямым в правой час ти графика . Установившаяся прочност ь характе ризует то ост ат очное сопротив ле ние сдв иг у, которое в основа нии прое кт ируемого сооруже ния или в от кос е выемки, за обделкой тоннеля м ожет оказ ат ь нагрузке грунт после раз руше ния его структ урных связе й ме ханизмами при строит ельстве либо вследс твие выветриван ия в пе риод эксплуатации. Ее опреде ляют по ф ормуле

,                                                             (14)

Есл и продолжат ь вращ ение лопастей крыльч ат ки, то н аст упает "уст алость г линистого грунта", т.е . развиваетс я т акое яв ление, как ползучест ь грунт а, и установившаяся прочность уступ ает ме сто длительной прочност и τ дл (см. край ние п равые отре зки кривы х 1 , 2 и 4 на рис. 18). Оно отражае т различия в реологических свойства х грунтов. Длительную прочность вычисляют по формуле

,                                                             (15)

Кривые за висим ости М = f ( α °) и м еют разную фо рму (см. р ис. 18). Кривая 1 характеризует хрупкое разрушение - о стрый пик максимальной прочности, кривая 3 - хруп копласт иче скую и ост альные - плас тическую де формацию грунт а при разрушении есте ственного слож ения.

На кривых 5 и 6 не прослеживается в ыраженного пика, и эт о указывае т на то, чт о слаболи тиф ициров анны й грунт мо жет и не обладать скол ько-нибуд ь суще ст ве нными ст рукт урными связя ми. Отн ошение ве личин м аксима льной п риродной и уста новивш ейся прочнос ти, т .е. так называемый показатель структурной п рочности (или чувств ительност и), у раз ных грунтов неодинаково. Э тот показате ль и разница величин максимальной и установившейся прочност и характеризуют относительную и абсолютн ую прочность структ урных связей грунта (химических, ионных, ковалентных и др.) и к осве нно сте пе нь литификации торфа , илов и глинист ых от ложе ний разного во зраста и гене зи са, их ст рукт урированност ь.

Разные грунты могут облада т ь одина ковыми ма ксима льной природной и установивше йся прочностью. Но, наприме р, пик кривой 7 сущ ественно сдвинут впра во по с равне нию с пиком кривой 4. Это, как и ф орма кривой при ра злич ном характере раз рушения структ урн ых связе й грунта в исп ыта нии, ука зывае т на различия в ве личина х параме тров природн ой прочности, одинаковой у обоих грунтов при вращательном срезе в массиве в д а нных усло виях.

А н ализ кривых зависимост и М = f ( α °) при вр аща тель ном срезе вне шне одног о и т ого же грунта , но в ра зны х ( по простира нию и глубине) точка х изуча емой мощной толщи илов или глинист ых грунтов позволяет по особе нностям кривых испытания расчленить виз уально одн ородный массив на индивидуальные слои, выделит ь в нем инже не рно-ге ологи че ские элементы и несущие пласты основания проект ируемого сооружения или здания, определит ь параме тры прочн ости.

2.20. П е рвой установкой вращ ательного среза по врем ени разработки и вне дрен ия ее на из ыс ка ниях в Сове тском Союзе являет ся установка ЦН ИИС Минтра нсст роя (рис. 19) [ 1, 3, 4, 16- 18]. Изготовленная на э ксперимента льном за воде ЦНИИ Са , в производственных мас те рских Ленинградского про ектно-и зы скат ельского инс титута железных дорог (Ленг ипротра нс) и др. в количестве около 1 00 комплектов, эта установка ныне широко приме няе тся на дорож ных (и в ообще лине йны х) и п лоща дных изысканиях.

По сравнению с появившимися позднее о т ече ственными и за рубе жными уста новками лопаст ной прибор ЦНИИС имеет следую щие преимущ ест ва :

- наличие из ме рителя углов скручива ния шт анговой плети и угла поворота крыльчатки в грунте;

- повыше н ная точность измерений реа лизуе мого в испытании усил ия, которая обе спечивается тем, что измерительные пружины вынесе ны на ко нцы коромысел длиной 500 мм (радиус вращения 250 мм);

- ш и рокий диапа зон подопы тны х грунт ов (м ожно испытывать торфы, илы , глинистые грунты от те куче й до тугопласт ично й консисте нции).

Рис. 1 9. Лопастной прибор ЦНИИС :

1 - крыльчатка; 2 - стержен ь, нес ущ ий крыл ьчат ку; 3 - шт анга; 4 - соединительная муфт а; 5 - центрирующая муфт а; 6 - ст ойка прибора; 7 - за жи мн ое уст ройст во; 8 - г оловка прибора; 9 - изме рите ль угла поворот а кр ыльчатки и ве лич ины растяж ен ия пружин; 1 0 - ручной приво д; 11 - пружина; 1 2 - шляпка ст ойки; 1 3 - ко стыль

Ус т ановка ЦН ИИС на шла также широкое применение при проведении научных ис сле дован ий, в частнос ти при рас крытии возможносте й анализ а зависимостей М = f ( α °), получаемых пок а толь ко при применении этой уста новк и.

Установк а включает следующ ие узлы (см. рис. 19):

- рабочие н а коне чники (четырехлопастные крыль чатки ) четырех ти поразм еров (т абл. 5), отвечающих требова ниям ГОСТа;

- ш та нги, несущ ие к рыльчат ку, на резьбовых и замковых соединениях , с шай бам и, центрирующими эт у га рнит уру в скваж ине; диаметр штанг 34 мм, длина отрезков 0,5; 1 ,0 и 1 ,5 м ; верхним концом га рнит уры служит пе реходник с квадратной втулк ой под шип ведуще го коромы сла опе рат ивног о с толика установки;

- оп е рат ивный столик, на корп усе кот орого имеют ся три лапы для к реп ления на стойках; внут ри корпуса находится ре дуктор с пе ре даточным число м 3600 , снизу ме ха низм силовых пружин из двух коромысел - ве дуще го и ве домого, на конца х которы х укрепле ны пружины; на корпусе установлен указате ль растяжения пружин и поворот а всего снаряда при испытании, свя занный с ве дущ им коромыслом через редуктор и с ручным приводом;

- три стойки опера т ивного столи ка длин ой по 1000 мм с шипами, т росовыми от тяжка ми и костылями для крепления к грунту; лап ы столика свободно передвигаются по ст ойкам и закре пляются в нужном положении;

- приспособление для тариров а ния (растягивания) пружи н с набором гирь и мерной миллиме тровой линейкой ;

- уп а ковку (де ревянный ящик для операт ивного ст ол ика, пружин, тари ровочного приспособле ния, пере ходников, коротких шта нг, оттяжек , к осты ле й, шайб, ключей и других предме тов); стя жк и и бабышки для стоек и штанг.

Таблица 5

Номер наконечника

Размеры лопастей, мм

Постоянная крыльчатки, см3

Основное назначение рабочего наконечника

высота

ширина (диаметр)

толщина

1

11 0

55

3

6 1 0

Испыт а ни я прочных грунтов

2

1 50

75

3,5

1 545

Испытания прочных и сл а бы х гру нто в

3

200

75

3,5

1 987

То ж е

4

200

1 00

4

3663

Исп ы та ния с лабых грун тов

Тех н ическая характ ерист ика

Расче т ная глубина ис пыт ания, м                                                                   25

Максимальн а я ве личин а созда ваем ого крут яще го момента, Н·м              200

М аксимальная величина опре деляе мого удельного сопрот ивления

грунта сдвигу, кПа                                                                                           20 0

Точность изм е рения:

угла поворот а га рнитуры с крыльчаткой и к ручения плети штанг, г рад 0,1*

кру т ящ его моме нт а, Н ·м                                                                                 0,3 -1,6

уд е льного сопротивле ния грунта сдвигу, к Па                                              0,5-30

Масса о п еративного столика, к г                                                                   25

Габари т ы уста новки в рабочем п оложен ии, м м:

высота                                                                                                               1 000

ди а ме тр                                                                                                            600

В ре мя единичного исп ыта ния без вспомогат ельных опе ра ций, м ин       5-15**

Обслужи в ающ ий пе рс онал:

техник                                                                                                               1

р а бочий                                                                                                            1

* Углы кручения плетей штанг ра зной длины при приложе нии различных крутящ их моментов оп ре деляются в тариров очн ом испытании и вычитаются из общи х углов поворота .

** Время испытания 5 мин при отключенном редукторе.

2.2 1 . Уста новка вращат ельн ого среза СП- 52 (рис. 20), прототипом которой явила сь уст ановки ЦНИИ С, ра зработа на инс тит утом Фун дамен тпроект и серийно выпускается Мос ковск им зав одом строите ль ных машин Глав ст ройм аш а Министе рства строительного, дорожного и коммунального маш ин ост роен ия.

Техническая характеристика

Расч е тная глубина испытания, м                                                                             15

М ак симальный создавае мый крутящий момент, Н· м                                           1 80

Максимальная величина опр е деляе мого удельного сопротивле ния

сдвигу , к Па                                                                                                                 200

Ск о рост ь враще ния крыльчатки, г рад/с                                                                  0,1 -0,2

О бъективная ошибка измерений, за вися щая от цены деления

лимба шкалы мом е нтов, %                                                                                       0-2

М а сса, кг:

изм е рительной головки с приводом враще ния                                                 22,8

ш т ат ив а                                                                                                                  8,3

установки с ко м пле ктом штанг в цел ом                                                            73,5

Габариты установки в рабочем поло ж ении, м м:

высо т а                                                                                                                    985

ширина (диаметр)                                                                                                5 1 0

Набор шта н г на замковы х соединения х длиной, м                                                0,5 ; 1 ; 2 и 3

Обслуживающий персонал:

техник                                                                                                                    1

рабочий                                                                                                                 1

Рис. 20. Пер е носная установка СП -52 для ис пыта ний грунт ов на сопрот ивление сдвигу в массиве:

1 - крестообразн а я крыльчатка; 2 - центрирующ ая ша йба; 3 - колонна сое динительных штанг; 4 - штат ив (т рен ог а, станина); 5 - ре жимное ус тройст во, фиксирующ ее п оложение из мерительной головки на штативе; 6 - штурвал (ручной привод); 7 - лимб шкалы изме рите ля в еличин крутящих моме нтов; 8 - голо вка (измер ительный оперативный столик)

В комплект ус т ановки входят сменные крес тообразные крыльчатки диаме трами 60, 80 и 1 00 мм с лопастями соответственно высотой 1 20, 1 60 и 200 мм при толщине 2, 3 и 4 мм. Перв ая из крыльчаток рас считана на испытание г рунтов с м аксима льным сопр от ивлением сдвигу 200 кП а, вто рая - 1 00 кПа и третья - 50 кПа.

В голо в ке установки размещена силовая измерительная пружина , создающая и реализующая в испытании с помощью ручного привода к рутящ ие моменты до 1 80 Н· м, измеряемые специальным устройством с лимб ом.

С и лова я п ружина через переходник соединяе тся с гарнитурой, несущей крыль чатку. Для уменьшения продольного изгиба шт анг п ри погружении крыльчатки в грунт и исключени я их тре ния о стенки скважины или обсадные т рубы чере з каждые 2-3 м по длине плети штанг уст анавливают центрирующие шайбы.

В отличие от установки ЦНИ ИС в установке СП-52 нет измерите ля угла по ворот а гарнитуры с крыль чаткой, что резко снижае т информ ативность получ аем ых в исп ыт ании результатов.

2.22. Сдвигомер-крыльчатка Калининского полите хн ического института СК-1 0 (рис. 21) предназначен для вращательного среза торфа, илов и глинистых грунтов от текучей до мягкопластичной консистенции , сн а бже н на бором ло па ст ных наконечников в соответствии с требован ия ми ГОСТа и описан в исто чнике [ 19].

Рис. 21. Сдвигоме р -крыль ча тк а СК -10:

1 - крыльча т ка; 2 - ус тройс тво для отключе ния крыльчатки от штанги с це лью исключения влияния трения гарнитуры о грунт в сте нках с кваж ины; 3 - т ру бчатые штанги; 4 - втулк а; 5 - рукоятка сдвиго мера; 6 - упор; 7 - вилка зак репителя пе реходник а штанг к упору и втулке; 8 - призма; 9 - винт закрепле ния пласт ины на упоре; 10 - упругая измерительная пла стина; 11 - с трелк а индикатора усилий сдв ига; 1 2 - индикато р усилий сдвига

Техническая характеристика

Н омина льна я глубина испытания, м                                                                       10

Ма к сима льный реализуемый в испыта нии грунтов крутящий момент, Н ·м      1 00

Максимальная вел ичина оп ре деляем ого уде льно го с опротив лени я грунта

сд в игу, к Па                                                                                                                 1 00

Масса прибо ра в комплекте, кг                                                                               1 5

Длина отдельной шта нги, м                                                                                     1

Обслуживающий персонал:

техник                                                                                                                    1

рабочий                                                                                                                 1

Прибор тарируют, прилагая усилия к рукоятке и через нее и призму к пластинчатой пружине (см. рис. 21). По результатам тариров ки ст роят график зависимости деформации l плас т ины от величины прилагаемого крутящего момента M и вычисляют параметр удельной деформируемости , являющийся постоянной характеристикой данной пружины сдвигомера.

2.23. При невозможности учета анизо т роп ии прочности грунтов вдоль и поперек напластования и расчленения комплексной характе рис тики прочности на сцепление и внутренн ее тре ние по результатам вращательного среза в массиве надлежит выполнять лабораторные испытан ия на сопротивление неконсолидированно-недренированному сдвигу различно о риентирова нных образцов грунта ненаруше нного и на руше нн ого сложения под на грузка ми, ме нь шими и боль шими бытового дав лен ия . Пос леднее определяется по в ыраж ению

,                                                 (16)

где PH -   бы т овое гидроста тическое давле ние в массиве на глубине H , м , от пове рхност и, кПа ;

g -   ускор е ние силы земн ой тяжести;

γ i -   с редняя объе мная масса грунта в изучаемом i - м интервале толщи, кг/м3;

Hi - м ощ ность i -го слоя грунт а , м.

2.24. Мощны е (более 1 0 м ) толщи озе рных, лиманных , ла гунных, дельтовых и других илов, наприме р ио ль диевы х глин, прикаспийских от ложе ний и т.п. , часто ха ра ктериз уются выдержа нност ью сост ава, сложения, состо яния и свойств по п рост иранию и разрезу залежи. В этом с лучае при посте пенном нарастании бытовых на пряже ний в одн ородной толще по глубине увеличивается за счет влияния внут реннего трени я (часто весьма малого по величине) и сопротивле ние грунта сдвигу. Вращат ельный сре з на разных глубинах п озволяет составить ряд уравнений Кулона, решаемых как сис темы:

τ’макс = С + P H 1 tgφ ;                                             (1 7)

τ’’макс = С + P H 2 tgφ ;                                           (18 )

τ’уст = С0 + P H 1 tgφ ’’ ;                                           (19 )

τ’’уст = С0 + P ’’ H 2 tgφ ’’ ;                                         (20)

C стр = С - С0,                                                   (21)

г де С -           суммарное сц е пление в грунте ненарушенного сложения;

φ’ -          угол внутреннего трения в грунте нен а руше нного сложения;

φ ’’ -         угол внутреннего тр е ния в грунте на руше нного сложения;

Сстр , С0 -    сцеп лени е в грунте соответс твенно за счет структурных и водно -коллоидных с вязей;

H 1 , H2 -     глубины испы т аний грунта в массиве на сопротивле ние вращ ательному срезу.

Испытания грунтов на сопротивление срезу в шурфах

2.25. Полевые испытания грунтов на сопротивл е ние срезу в ш урфах позволяют определять пара метры природной (быстрый не консолидированный сдвиг), ожидаемой (консолидированный сдвиг), возник ающе й при зам ачивании, приданной на сып ным и на мытым грунтам и контакт ной по плоско ст и напластования, поверхност и оползне вого см еще ния и т.п . прочност и крупнообломочных, пе сча ных и глинист ых грунтов, кроме спе циально оговоре нных в ГОСТ 23741-79 их разнов идностей.

Сущес т вуют методы сдвига по заданной плоскос ти, обруше ния и выпирания призм грунта. В практике изыс каний шире применяет ся первый метод, дающ ий более определенные результаты и не т ре бующ ий сложных вычислений ве личин усилий, де йст вующих на грунт в ра зных т очках сече ния поверхн ост и обрушения, выпирани я, не редк о имеющей сложную фо рму .

Т ре бован иям ГОСТа к аппарат уре отве ча ют срезное оборудова ние и установки сдвига грунтов по заданной плоскост и, ра зра бота нные в ЦНИИСе М ин тран сст роя, Уральском трес те инжене рно-строительных изы ск аний (УралТИ СИ Зе), трехсекционная установка Ф ундаментп роекта и др. В последней сразу на три целика грунта в обоймах прикладыва ются различные вертика льные обжимающ ие давления, под которыми и происходит сдвиг [ 3].

Принципиальная сх е ма сдвига целика грунта при з аданной в опыте обжимающ ей нагрузке показана на рис. 22. Установка для испыта ний состоит из цилиндричес кой (или прямоугольной) обоймы, надеваемой на целик грунта, ш тампа, уст ройств для созда ния и приложения к грунту ве рт ика льны х обж им ающ их и горизонт альных сдвигающ их усилий и приборов, измеряющ их э ти усилия [ 20]. Приме ром может служ ит ь уст ановка Ура лТИСИ За УИ-00 .

Техниче с кая характерист ика

Глубина испытаний , м :

мини м альна я                                                                                           1 ,5

максимальная                                                                                          5

Р азмеры срезаемого цилиндрического ц елик а, м м:

диаметр                                                                                                    39 2

высо т а                                                                                                       200

площадь поперечного сечения , см2                                                       1 200

Габариты ус т ановки, мм:

длина                                                                                                        1 200

ширина                                                                                                     600

высо т а                                                                                                       700

П ре дельное давление, кП а:

по в е ртикали                                                                                            300

п о горизонтали                                                                                        300

П лоща дь поп еречного сече ния прямоугольной обойм ы ЦНИМС также ра вна 1 200 см2 (30 × 40 см). Диамет р цилиндриче ской обоймы долже н п ре вышать разм ер крупных включений в грунте не ме нее чем в 5 ра з. Та ким образом, приме няя описа нные установки, м ожно исп ытыва ть глинист ые, песчаные и гравийные грунты с включе ниями, наибольший размер к оторых не пре вышает 80 мм.

2.26. После отрытия шурф а в его стенках или за его пре делами с помощ ью анк ерных свай укре пляют опорную балку с на правляющ ими. Если этого д ля уравн овешивания за да нной в опыте ве ртикальной нагрузки не достаточно, балку пригружают дополнительно.

Н а поверхность испытуе мого грунта ставя т штамп его боль шим осно вание м и домкра т. Вдавливают домкратом цилиндрическую стальную обойму в грунт и убира ют от жимае мый вокруг не е грунт на всю глубину вдавливания. Под катком обоймы укладыва ют направляющие п ла стины. С прот ивоположн ой от катков стороны у стенк и шурфа уста на влив ают опорную плиту на таком ра сстоянии от обоймы, чт обы ме жду ней и плитой можно было разместить па ралле ль но пове рхности сдвига домкрат и дина мометр. Усилие от домкрат а следует прикладывать к обойме в месте не выше 1 /3 ее высоты от пове рхнос ти сдвига.

На грунт, з а ключе нный в обойме , уста навливают шта мп его ме ньшим основанием, на кот ором монтируют т ележк у, при эт ом тележка должна упира ться в направляющие упорной балки. Затем домкрат ом че рез шт амп на пове рхность грунта за дают норма льное давление P , величину которого кон т ролируют по динамоме тру. Зада нное нормальное давление в ыде рживают в течение 1 5-20 мин, после чего горизонтальным дом кратом создают сдвигающе е ус илие S , изм е ряемое динамоме тром. Гориз онтальное усилие прикла дывают ст упенями с инте рвала ми, достаточными для в зятия отсчет а.

Испыт а ние грунта на сопротивление сдвигу повторяют на другом целике при новом значении нормального давления , которое должно отличаться от принятого в пе рвом испыта нии на менее чем на 50 кПа.

При сдвиге призмы (а не цилиндрика) грунта испытание ведут так же , но грунт срезаю т подвижной стенкой, ус танавливаемой ве ртика льно, перпендикулярно горизонтальной пове рхности сдвига .

Знач е ния удельного сцепления С и угла внутреннего тре ния φ находят п ри ре шении системы двух уравнений:

τ 1 = σ1 tg φ + C;                                                       (22)

τ 2 = σ2 tg φ + C.                                                       (23)

Величины τ и σ н аходят из выражений

;                                                              (24 )

;                                                              (25 )

где τ 1,2 - знач е ния удельного сопротивле ния грунта сдвигу при сдвига ющ их ус илиях S 1 и S 2 , кП а;

σ1,2 - знач е ния удельной ве ртикальной нагрузки при общ их верт икальных давле ниях P 1 и P 2 , кП а;

F - площадь кольца или прямоугольной обоймы (п ов ерхно сти с реза грунт а), см2.

Прим е няя установку Ф унда ментпроекта, по тре м опыт ным т оч кам строят график сдвига, по которому и находят значе ния парамет ров или вычисля ют после дние с помощ ью м ет ода наиме нь ших квадратов.

Прессиометрия

2.27. Н а инже нерны х изысканиях приме няют прессиометры Уральс кого политехнического института (УПИ) и УралТИСИ За (П-8 9, П-8 9-Э, ПЭВ- 90/1 27) [ 1, 3, 4, 20, 21], Ф ундамен тпрое кт а (ПФ- 3), Вс есоюзного нау чн о-исследовательс кого ин ститута гидроге ологии и инженерной геологии (ВС ЕГИНГ ЕО ) (И ГП -21 ) [ 3, 17, 18] , Н ИИосн ов ан ий и подзе мных сооруже ний (Н ИИОС П) (Д-76) [ 3, 4], ЦНИИ С М интрансс троя [ 22- 24] .

Ри с. 2 2. Схема уста новки для прове дения ис пытаний на сдвиг обоймы с грунтом в заданной плоскост и:

1 - груз; 2 - упорн а я ба лка с на правляющими; 3 - теле жк а; 4, 1 0 - динамометры; 5, 11 - домкра ты; 6 - шта мп; 7 - обойма; 8 - каретки; 9 - направляющ ие пла стины; 1 2 - упорная плит а

Требованиям ГОСТ 20276-74 "Грунты. Ме тод определени я модуля деформации прессиоме трами" наиболе е отвеч ают прессиоме тры П-8 9, Д-76, ЦНИИ С (рис. 23) и ИГП-21 (рис. 24).

2.28. Прессиометр П-89 снабжен во здуш но-ги драв лическ ой системой созда ния давления с помощью ручного автом оби льног о на соса и гидрав личе ской систем ой за меров деформа ций стенок с кважины под п рилагаемым к ним давл ение м. Прессиомет р П -89-Э снабже н электрической систем ой замеров деформаций стенок скважин ы и воздушной сист емой создания давлен ия.

Рис. 23. Пресс иом етр ЦНИИС

Ри с. 24. Схема прессио мет ра И ГП- 21 :

а - вид сбоку; б - вид сп е ре ди; А - блок измерений ; Б - скв аж ин ный снаряд; В - устройство для спуско-под ъем ны х опер аций; 1 - баллон со сжатым воздухом; 2 - элект риче ский раз ъем; 3 - штатив; 4 - ручна я лебе дка; 5 - высо кон апор ные шланги; 6 - элект рокабель ; 7 - рабочий снаряд с ре зиново й оболочкой; 8 - пре дохранительные гильзы; 9 - ручки настройки схе мы; 10 - ми кроам перметр ; 11 - м ан ометр ; 1 2, 1 3 - вент или подачи воз духа; 1 4 - металлический ящик

Грун т ы испыт ывают давлениями до 500 кП а в с кваж инах диаметрами 90-100 м м н а глубины от 5 м (П-89) до 1 5 м (П -89-Э) .

2.29. Пре с сиомет р Д-76 выпускае т се рийно Угличский экспе риме нта льно-ре монтный механический завод. При бор работ ает по воздушно-гидра влической схем е, при которой давление в пресси ом ет ре создается а зотом, а де формации резин овой оболочки зонда и сжатия грунта в стенке сква жин ы ус танавлив ают по изменению уровня жидкости (воды, ант ифриза), подава ем ой из баллона в центральную камеру зонда п ресси ом ет ра.

Т ехничес ка я хар акт еристика

Диамет р скваж ины, мм                                                                                    76 и 1 06

Ма к сима льная глубина ис пытания, м                                                            25

Д а вление распора , МПа                                                                                   До 2, 5

Точнос т ь отсчета по шкале давлений, м м                                                      0,1

Точность измер е ния де форм ации грунта, м м                                               0,1

Измеряемо е радиа льное переме щение стенки зонда, мм                            До 40

Длин а нагружае мого участка скваж ины, мм                                                 460

Значения изм е ряемого модул я де форм ации, МПа                                        1-2000

2.30. Прессиометр ЦН ИИ С пост роен по г азово-жидк остной схеме : давле ние воздуха пе ре даетс я в измерительную каме ру че рез воду. По изменению объе ма жидкост и в измерит ельн ом ц илиндре уст анавливают дефо рмацию грунта.

Прибор со с тоит из следующих основных узлов (см. р ис. 23): ручного воздушного насоса, баллона для сжатого воздуха, изме ритель ного устрой ства, соединительных шлангов, з онда п рессиомет ра и защ ит ных т руб.

Насос 1 ав т омобильный марки РН-1 . Баллон 3 снабжен вентилем 2 для соединения с насосом и штуцером 4, связывающим баллон с помощью шланга с изме рительным устройством.

Измерительно е устрой ство пре дставляе т собой дюралевый цилиндр 8, ге рметическ и закрыт ый снизу приваренным днищем, а с ве рху крышкой, закрепляемой болта ми. На крышк е установле н обра зцовый манометр 11 на 0,6 МП а для измерения давления воздуха в цилиндре . Це на деления м анометра 6 к Па. На боковой пове рхности цилиндра имеется во домерная трубка 7 с миллимет ровой шкалой для определения объема жидкости, поданной в из меритель ную ка меру зонда. Одно де ление шкалы со ответствует 2 см3 воды. Точ ную це ну де ления устанавливают тарировк ой. Для очи стки в одомерной трубки из нут ри служит отверстие 1 5.

Из ме рительное устройство снабжен о пят ью вент илям и. К вен тилю 1 0 подводит ся сжатый во здух из ба ллона. Через вентиль 9 в краевые камеры зонда подается воздух, через вентиль 5 в измерительную камеру зонда - в ода. Вентиль 1 4 служ ит для выпуска во ды и воздуха. Че рез вентиль 1 6 с п омощью воронки 13 цилиндр заполняют в одой. Воронка п ри креплена к крышке винтом 1 2. Во время ра боты изм ерите льное устройство устана влива ют на треноге 6. Зо нд п рессиом ет ра, опускае мый в буровую скважину, состоит из корпуса 35 и надетой на него э ластичной оболочки 34. Корпус изготовл ен из дюралевой трубы, ге рметичес ки закрытой с торцов. На поверхнос ти трубы имеются чет ыре кольцевые проточки 29, в которых резиновая оболочка туго перет янута прочной неразмокающей нитью, ч то обра зуе т три раз де льн ые камеры: центральную (измеритель ную) 31 и две краевые 32 и 28.

Измерительная камера через нижнее отверсти е 3 0 в корпусе зонда, металлическую трубку 33 и шла нг 37 соединена с вент иле м 5 и пе ре д ра бот ой заполняе тся водой. Крае вые ка меры через от верс тия 25 и 23 в корпусе соединены с его внут ре нне й полост ью и шлангом 36 - с ве нт илем 9 изме рительного устройс тва.

В процессе ис п ытаний грунта за полняют водой измерите льное устройство до начала шка лы водомерной трубки и изме ри тельную камеру. С жат ый воздух из б аллона подают в ве рхнюю част ь измерите льного ус тройст ва над вод ой и в крае вые к амеры.

Пос л е окончания испыт ания вода вытес няет ся из измерительной камеры через верхнее от верст ие 24 в корпусе, трубку 22 и выводной шла нг 1 8, с набж енный на конце вентилем 17.

Для предотвращ е ния выпирания концов резиновая оболочка обжимается снизу конусом 27, а све рху обоймой 21 . Конус закреп ляет ся гайкой 26, а обойма - п ереходным патруб ком 20, который на винчивает ся на корпус зонда. К ушкам п атрубка для извлечения зонда из скваж ины присоединен специ альн ыми замками трос 1 9.

Для сохранения зонд а и шла нгов от завала грунтом и удобства спуска и извлечения зонда служит набор защ итных труб, ка ждая из которых состоит из двух полутруб длиной по 1 м, связанных шарнирн о и з акре пляе мых защелкой. Т рубы по мер е опускан ия зонда в скваж ину надевают на шланги. Первую трубу закре пляют за патрубок 20, а каждую п оследую щую - з а предыдущ ую.

Техническая характерис т ика

Ди а метр испытательной скважин ы, мм                                                         11 0-1 20

Начальный диа м етр измерительной камеры, мм                                          90-95

Д л ин а измерите льной каме ры, мм                                                                 300 (430)

Длина к аждой из краевых камер зонда, м м                                                   1 50

Точнос т ь изме рения деформации стенок скважины, м м                             0,03

Пр е дельное давление на грунт, МПа                                                              0,6

Глубина испытаний, м                                                                                     До 1 5

Масса прибора в сборе без за щ ит ных труб, к г                                               40

П ресси ометр ЦНИИ С тран спортируют в двух спе циальных я щика х-уп аковках : в первый помещ ают треногу, измерител ьное уст ройст во, з онд, н асос, баллон, воронк у, маномет р и шланги, во вт орой - защитн ые трубы .

Прибор тарируют для установл е ния точной цены деления градуировки водомерной трубки, ве личин давлений, затрачив аемы х на рас ширен ие эластичной оболочки з онда, и величин собственных деформаций шла нгов и оболочки.

Прессиометр Ц Н ИИ С изготовле н в виде не боль шой партии комплектов для проектно-изы скат ель ских организаций систе мы Главт ранспроект а М интра нсстроя на экс пе риме нт альном за воде ЦН ИИСа.

Прибор предназнач е н для опре деления не только модуля деформации, но и сцепления и угла внутре нне го т рения грунто в [ 24]. Для вычисле ния э тих характеристик по результатам пресси ометрических исп ытаний ра зработаны а лгоритмы и программы и да ны примеры расчетов на ЭВМ.

2.3 1. Прессиометр ИГП- 21 (см. р ис. 24) [ 18] электропневма тический. Он состоит из четырех основных узлов: ск ва жи нного снаряда, блока управления, лебедки и ка тушк и с сигнальным кабелем.

С кваж инны й сна ряд пре дставляет собой сборную мета ллическую трубу с э ластичной рубашкой. Тело снаряда и эластичная рубашка расчле нены для удобства монтажа на п ять се кций. Между секциями уста новлен ы опорные шайбы, пре пятствующие выходу руба шки из за де лки. На торцах снаряда разме щены защ итные устрой ст ва, пре дохраняющ ие рубашку от выпора в полость скважины. В трех средних се кциях сн аряда разме щены деформ оме тры (по два в каждой се кции) с преобразователями потенци оме трического типа . В корпусе деф ормометра смонтирован ы два мерных ролика, дифференциал, зубча тая пе реда ча, проволочный поте нциомет р и возвратная пружина часового типа. Для равномерного распре деле ния точек изме ре ния деформаций из мерите льные секции ра сположены с угловым шаг ом 1 20°.

Радиальны е пе ре мещ ения грунта в процессе опыт а ф ик сируютс я в приборе по шести точка м камеры, рас положенным в плане под углом 60° по от ноше нию друг к другу. В этих точках с помощью пла ст ин ук ре плены тонкие т росики, с вяза нные через механиче ские дифференциалы с датчика ми пот енци омет рического типа. Каждый дифференциал приводится в движение от двух диаме трально рас положенных пласт ин. Т аким образом, в зонде ра зм еща ют ся т ри дат чика, элект ричес ки с оединен ные ме жду собой.

Блок управления содержит панель , устанавливаемую на шт ативе, на котором укреплены: обойма с с ухими ба таре ями питания типа Ф БС; переключатель диапазонов измерений; указатель деформаций - микроа мперметр типа М -265, показывающи й осредненное значение текущ его диамет ра скважины; манометр обра зцовый для определения давления сжатого воздуха в сн аряде и пневмолиниях прибора; распре де ли тель , обеспечивающий подачу в сна ряд сжатого воздуха и его сбро с в атмосфе ру по окончании опыта. Все элементы блока управления за ключе ны в металлический корпус со съе мной крышкой.

Н а шта тиве (треноге) крепится ручная лебе дка с принудительным опусканием груз а и дополнительной че рвячной п ередачей для повышения тягового ус илия. Во вре мя испыт ания на треноге крепится т акже один из баллонов со сж ат ым воздухом.

В приборе имеется катушка с сигнальным кабелем с разъемами на концах для при с оединения его к снаряду и блоку управления. На кабеле на не сены метки, показы ва ющие глубину полож ения снаряда в скважине.

Т е хническая ха рактерист ика

Диаметр испытательных скважин, мм                                                                108-127

Максимальная глубина и с пытаний, м                                                                 25

Мак с имал ьное удель ное да вление на грунт, мП а                                              2,4

Измеряе м ая де форма ция грунта в с тенках с кважины, мм:

при давле н ии на грунт до 0,6 МПа                                                                  1 00-220

при д а вле нии на грунт до 1 ,5 МПа                                                                  1 00-1 80

при давл е нии на грунт 2,4 МП а                                                                       1 00-1 40

Размеры рабоч е й камеры , мм:

длина                                                                                                                  500

диаметр                                                                                                              1 00

П огрешнос ть измерени й, % от их пределов                                                       ±4

Масса комплекта, кг                                                                                              85

При п е редаче да вле ния на грунт до 2,4 МП а возникает возможност ь не только уплот нен ия грунта для оценки ег о деформативных свойст в, но и его ра зруше ния с цель ю уст ановле ния параметров природной проч ности.

Испытания грунтов статическими нагрузками на штампы в шурфах и скважинах

2 .3 2. Испытания в шурфах це лес ообра зно выпол нять, нагружая шта мп через платформу подручными средства ми: бе тонными блокам и (рис. 25 ), ре льс ами, применяя мет оды работ и измеритель ную а ппаратуру, регламе нтирова нные ГОСТ 1 2374-77 и ре комендова нные [ 3 , 4 , 12 , 25 , 26 ].

Рис. 25. Установка для понижения грунта штампом с н аг руж аем ой плат формой:

1 - штамп; 2 - стойка; 3 - подкосы; 4 - рыч а г; 5 - обвязка; 6 - груз; 7 - по перечный брус; 8 - болт с проуши ной; 9 - сва я

Для испытаний гру нт ов в скважинах т рест ы инж ене рно- строительны х изысканий объе дине ния Стройизы скания ш ироко приме няют канатно-ры чаж ны е установки Ура лТИСИЗа К РУ-60 0 (рис. 26) и установ ки с нагружае мой подвес ной плат форм ой (рис. 27) [ 3, 4].

Рис. 26. К анатн о-рыч ажная установка КРУ- 600:

1 - опорные балки; 2 - рама; 3 - загрузочный рычаг; 4 - грузовой сегме нт ; 5 - штанга; 6 - винтовые анкерн ые св аи; 7 - штамп

2.33. В ус т ановке КРУ- 600 да вле ние на шт ам п передается с помощ ью груза, подвешенного на ры чаге шт анг и.

Т е хн иче ская характерист ика

Пло щ адь штампа, см                                                                                    600

М аксимальное усилие на штамп, кН                                                         360

Соот н ошение плеч рычага                                                                          1 :80

Масса груза на штанге, кг                                                                           1 21

Г а барит ы ус та но вки в сборе, мм:

вы с ота                                                                                                       1 495

ширин а                                                                                                     1 400

длин а                                                                                                        4250

Масса, кг                                                                                                       475

Рис. 27. Установка для испытания грунтов шт а мпом 600 см2 с нагружае мой подве сной платформой:

1 - буровая вышк а ; 2 - рычаг прот ивове са; 3 - головка для подве сной пла тформы; 4 - муфта; 5 - направляющ ие брусья; 6 - труб а-с тойк а диа метром 21 9 мм; 7 - тя ги платф ормы противове са ; 8 - подве сна я платформа противовеса; 9 - штамп ; 1 0 - обсадная труба диаметром 325 мм; 1 1 - опо рные стой ки; 1 2 - клинья; 1 3 - по двес на я платформа ; 1 4 - тя ги подвесной пла тформы

2.34. В те х случаях, когда строительств о проектируется по принципу сохранения ве чномерзлого сост ояния грунтов оснований з даний и сооружен ий, может возникнуть не обходим ость испыт аний ве чном ерзлы х грунтов холодными шт ампами по ГОСТ 1 2374- 77 с примене нием упомянутых т ехнически х сре дств.

В испытаниях нельзя допуск а ть проникновения в ш урф, котлован воды (выработ ка должна быт ь сухой). Забой шурфа на высоту шта мпа следуе т ук рывать мхом, сухим торфом или опил ками, стекловат ой и другими теплоизоли рующими мате риалами. Неизм ен ность темп ературы испытываемого грунта контролируют с помощью безы нерционных ртутных термоме тров либо другой аппаратуры во все время проведе ния опытов.

Испытания в е чн ом ерзлы х грунтов горячими штампами по ГОСТ 23253-78 выполняют т олько на участках прое ктирования отде льных многоэтажных зданий и внекласс ных сооружений с сущ ественной теплоотдачей преимущ ественно для пл астичн омерзлы х разнос тей и при наличии ма лой мощ ности вечномерзлой толщи.

В опытах может быть пр и менена та же аппарат ура обог рева и измерения температуры грунтов, что и при испытаниях свай с оттаиванием вечн омерзлых грунтов (см. п . 2.16) [ 14, 15].

2.35. Испытания п росадочны х грунтов статическими нагрузками на шта мпы в шурфах целесообразно выполнят ь гл авным образом в недоста точно изучен ных условиях вблизи участ ков раз мещ ения наиболее ответ стве нных зданий (вокзалов, локомотивных деп о) и сооруж ений (опор больших и средних мост ов н а пе реходах вно вь проект ируемых каналов и спрям лениях русл рек, от дельных сооруже ний промывочно-п ропарочных с тан ций цистерн и др.).

При испытаниях при м еняют аппарат уру и мет одику, регламентированны е ГОСТ 1 2374-77, и оборудование, указ анное в п. 2.32.

Пер е д ок ончанием испытаний замачиваем ых грунтов глубину п ром ачиван ия надле жит контролировать, проходя скважины рядом с местом установки штампа на глубину не менее двух с торон штампа ниже его подошвы и от бирая пробы на влажность через 0,25 м по глубине с двукрат ной по вторност ью.

При слоистос т и или не одноро дности грунтов (по составу, состоянию, сложе нию и свойств ам) пр осадо чн ой толщ и на участка х размещ ения внеклассных сооруже ний или многоэ тапных здан ий может возникн уть необходимость испытаний статиче ск ими нагрузками с установкой в основа нии штампов глубинных марок (рис. 28) [ 26] .

Пост а новка глубинных марок позволяе т опре делить послойные деформации и зна чения относительной прос адочности грунтов , глубину деф ормируе мой зоны . Глубинные марки устана влива ют в пределах средне й ча сти ш та мпа на одина ковых расст ояниях от е го це нтра на глубинах 0,25-0 ,4 в (диаметр или ра зме р стороны ква дратного штампа ); 0,5-0,8 в; 0,8-1 в; 1 -1 ,5 в от подошв ы штампа. Для пропуска глубинных ма рок в штампе должны быть отве рстия диаметром 2-3 см.

Глубинные м а рки состоят из м еталлического стержня (при п ри менен ии для за меров осадок прогибомеров-проволоки) диаметром 4-6 мм и анкера, обеспечивающего заделку сте ржня или прово локи в грунт. Анкером может быть завинчивае мый штопор, жест кий бетон, залитый в ск важину и уплот не нный, распор в скваж ине и др.

Рис . 2 8. К онст рукция г лубинной марки:

1 - реперн ая труба; 2 - ск важи на; 3 - защитная труба ; 4 - сальник из просмоленн ой пакли; 5 - анк ер из упло тненного бет она (ра змеры в миллиметрах)

О садки и просадки глубинных марок при испытаниях измеряют так же, как и штампов. Величину деформируемой зоны H следу ет опре де лять ка к расс тояние от подошвы шта мп а до глубины, где пере мещ ения глубинных марок ра вны 1 мм.

Ср е днее давление в пре де лах деформируемой зон ы, к кот орому отн ос ятся и средние значения от носите льной просадочнос ти σпр.ср., вычисляют по формулам:

;                                                     (26 )

,                                                       (27 )

г де P -   давл е ние на грунт по подошве штампа;

P -   давление о т собственного веса водонасыще нно го грунта на нижн е й гран ице де формируемой зоны;

az -    коэффициент изме н ения дополнитель ног о давлен ия в грунт е от штампа по глубине на нижне й границе де формируемой зоны (табл. 6);

PN -   н а чальное про садочное давление.

З начение P , М Па, находят из выраже ния

;                                                (28 )

гд е γbi - объемная масс а водонасыщ енного индивидуаль ного грунта в слое деформируемой зоны, к г/м3;

hi - мощн о сть индивидуального слоя в зоне, м.

Д л я опре де ления значе ний относительной просадочности по от дельным слоя м деформируемой зоны, рас члененной глубинными марками, строят графики осадок последних (рис. 29). Проса дка каждого слоя равна раз ности просадок ф унда мент а и глубин ной марки или разност и просадок смежных марок. Толщ ина каждого слоя hi равна расстоянию м е жду основаниями гл убинны х ма рок .

От н осител ьную просадо чно сть слое в грунта, расчлененных глубинны ми марка ми δпр i п ри среднем давлении Pzi в слое, в ычисляют по формуле.

Та бли ца 6

Значения коэффициента az для штампов

m

Значения коэффициента az для штампов

m

Значения коэффициента az для штампов

круглого

квадратного

круглого

квадратного

круглого

квадратного

0

1 ,0

1 ,0

2,0

0 ,285

0,336

4,0

0,087

0, 1 08

0,4

0,949

0,960

2,4

0,2 1 4

0,257

4,4

0,073

0,09 1

0 ,8

0,756

0,800

2,8

0, 1 65

0,20 1

4,8

0,062

0,077

1 ,2

0,547

0,606

3 , 2

0, 1 30

0, 1 60

5,2

0 ,0 53

0,066

1, 6

0,390

0,449

3,6

0, 1 06

0, 1 30

-

-

-

Примечания. 1. Величина , где z - глубина от подошв ы штампа; b - длина стороны или диам е тра шта мпа.

2. Для про м ежут очных значений m в е личин у az с ле дует опреде лять путем интерп оляции.

,                                                        (29)

где S пр. i - общая просадочная деформация слоя i -й толщи.

Среднее давление в пределах каждого слоя находят как полусумму давлений в его кровле и подошве

,                                           (30)

где ,  - давления от собственного веса грунта в водонасыщенном состоянии соответственно в кровле и подошве i -го слоя;

,  - коэффициенты изменения дополнительного давления от штампа в кровле и подошве слоя [ 25 ].

Рис. 29. Графики осадки и просадки S глубинных марок по глубине H испытания от подошвы штампа:

1 - 6 - осадки глубинных марок на различных ступенях нагрузки штампа; 7 - просадка глубинных марок на конечной ступени нагрузки

Опытные замачивания грунтов в котлованах

2.36. Опытные замачивания грунтов в котлованах имеют целью определение типа условий по просадочности в недостаточно изученных районах. Их надлежит выполнять в тех относительно редких случаях, когда в районе распространения лессовых грунтов проектируются железнодорожный узел, станция, жилой поселок дорожников, промышленный транспортный комплекс со зданиями и сооружениями, где неизбежны разливы воды и осуществляются «мокрые» технологические процессы (моечные вагонов, промывочно-пропарочные цистерны, бани и прачечные и др.), средние и большие мостовые переходы через вновь проектируемые каналы и на участках спрямления русл рек в мощных толщах ранее не проявленных просадочных грунтов.

Опытные замачивания следует выполнять, если необходимо уточнить:

установленный по результатам лабораторных испытаний тип грунтовых условий, когда они отнесены ко II типу, но близки и к I , т.е. при начальном просадочном давлении, меньшем бытового, в пределах слоя толщиной до 5 м или при величине просадки от собственного веса грунта от 5 до 15 см;

просадку грунтов от их собственного веса;

мощность просадочной толщи грунтов;

глубину, с которой происходит просадка грунта от его собственного веса;

начальное просадочное давление.

Для опытного замачивания выбирают место, как правило, на незастраиваемой территории в пункте с наибольшими просадочностью грунтов и мощностью просадочной толщи, что устанавливается по результатам разведки площадки и данным лабораторных работ. Размеры сторон котлована должны быть не менее мощности просадочной толщи, т.е. не менее 15 ´ 15 м. Глубину котлована за счет снятия растительного и насыпного слоя принимают не менее 0,4 - 1 м.

В тех случаях, когда мощность просадочной толщи превышает 15 м и коэффициент фильтрации подлежащих замачиванию грунтов менее 0,3 м/сут, а сверху залегают слои и прослойки слабо фильтрующих грунтов, для ускорения замачивания проходят дренирующие скважины. Диаметр скважин должен быть не менее 15 см. Расстояния между ними принимают 3 - 5 м.

Глубины дренирую щ их скваж ин из расчета проходки верхних слабоф ильтрующ их слоев грунта должна составлят ь от 0,4 до 0,8 мощности просадочной толщ и. Скважин ы на всю глубину засыпают песком или гравием.

Для наблюд е ний з а просадкой грунта на дне котлована и за е го пре де лами на расстоянии до 2 мощносте й просадочной т олщи ставят пове рхност ные, а в це нтре котлована - глубинные марки.

Поверхностные м арки (рис. 30) ставят по двум-че тырем попе речникам через 2- 4 м одна от другой, а глубинные - че рез 2-3 м по глубине в пределах всей просадочной толщи.

Рис. 30. Кон с трукции поверхностных марок:

а - прос т ейшего типа; б - с бе тонной опорой; в - с бетонной опорой при задавливании в зимнее время; 1 - а рматурный сте ржень диаметром 20- 24 мм; 2 - уплотненный грунт; 3 - бе тонная опора (разме ры в миллимет рах)

Грунт в ко т ловане замачивают, подде рживая постоянный уровень воды над его дном до полного промачивания всей толщи просадочны х грунтов и до условной ста билизации просадки. За условную стабил иза цию прос адки грунта принимают ее прирост не более 1 см за 1 0 дней.

В процессе замачивания измеряют количество заливаемой в грунт воды и через 5-7 дней нивелируют поверхностные и глубинные марки относит е льно системы временных репе ров, ра сполож енных за пределами зоны развития проса док. Горизонтальные перемеще ния пове рхности измеряют по поверхностн ым маркам на 1 -2 поперечника х.

По р е зуль тата м замачива ния строят графики: суточного и обще го рас хода воды, проса док поверхностных и глубинных марок во времени, измен ения просадки и от носите льной просадочности в отдель ных слоях грунтов по глубине за моченной т олщ и. При рас четах примен яют формулы ( 26) - ( 30), считая да вление от штампа равным нулю.

На план наносят линии р а вных проса док поверхности грунта в замоченном котлова не и вблизи него, где проявились просадки. Сос та вляют поперечные профили просадок поверхности грунта [ 26] .

Опытные откачки

2.37. Опытные откачки выполняют по ГОСТ 23278-78 для определени я коэффицие нта ф ильтрации водовмещающи х пород в не которой облас ти массива с целью ра счет а водоприт ока в котлован проектируемого здания или сооруже ния и другие выработки, проектирова ния водоотлива при строительстве, дренажей в выемках, дренажных за вес в тоннелях и т.д.

Откачк а захват ыва ет значит ельный объем водоносного ма ссива, что позволяет получить усредненную хара кте рис тику водопроницаемости пород масс ива , удобную в инженерно-геологических и гидрогеологических (водозабор) расче та х. В ряде слу чае в откачка экономичнее мас совых ла бораторных определений для получения норма тивного (сре днестатистического) значения коэффициента водопрон ицаемост и.

Отк а чка является наде жным способом определе ния водопроницаемости водоносных песков и гравия, из которых невозможно отобра ть монолитные образцы для лабораторных испыта ний. Ме тодика и аппаратура откачек оха рактеризованы в работе [ 27].

СПИСОК ЛИТЕР АТ УРЫ

1 . Бо нд арик Г. К., Ком аров И. С., Ф ерронский В. И . Полевые ме тоды инж ен ерн о-геол огических исследований. М., Не дра, 1 967.

2. Разоренов В. Ф . Пенетрац ионны е ис пыт ан ия грун то в (Теория и практика прим ен ения), 2- е издание. М., Ст ройиздат, 1 980.

3. Трофим енко в Ю . Г ., Во робков Л. Н . Полевые методы иссле дования строительных свойст в грунтов. 2-е издани е. М., Стройиз дат, 1 981 .

4. Крес товская А . М., Куди нова Т. А. Р екомен дац ии по примен ению и совершенствованию по левых мет одов иссле дов ания грунтов на основе обобщен ия опыта ра боты тре стов инже нерно- строительных изыскани й. М., Ст ройи зыск ания, 1978.

5 . П роизводстве нный и науч но- исследовательский инст итут по инже не рным из ысканиям в строительстве Г осстрой СССР. П риставка к ста нку УГ Б- 50 А(М ) для динамического зондирования. Совещание по поле вым ме тодам. И нформационн ый лист ок № 12. Рязань , 196 9.

6. Плакхин М. Л. Предлож ения по методике исследования песчаных грунтов статической п енет рац ией н а дорожных изысканиях. ЦНИИС, 1 967.

7. Указания по ра бо те с о с татическим пенетрометро м. М., ЦНИИС, 1969.

8. Методические указания по использованию статического зондирования для инженерно-геолог ич ески х изыс каний. Уфа, НИИп ромст рой , 1 975.

9. Методические рекомендации по проведению скоростных инженерно-геологических и з ыс каний на просад очны х грунтах. Уфа, НИИпромстрой, 1 97 7.

10. Рекомендации по ут очнению расче та не сущей способности свай и определению деформационных свойс тв грунт ов по данным статического з ондирован ия. М., Ст ройизыс ка ния, 1975.

11. Мет о дические рекоме ндации по проведению скоростных инженерно-геологическ их изыскан ий для проектирования объектов массового строите льства на забивных сваях. У фа, НИ Ипромс трой, 1 977.

1 2. Руководство по методам полевых испытаний нес уще й сп особности свай и грунтов. М., ЦНИ ИС, 1 979.

1 3. Ревягин Л. Н., Тофа н юк Ф. С . Некоторые результат ы иссле дований по опре деле нию несущей способности сваи при помощи ИИ С-1 27. В сб .: "Инженерно- строите льные изыскания ", вып. 3(32). М., Ст ройизыскания, 1 973.

14. Руко в одство по полев ым испыта ни ям свай в веч номер злых грунтах. М., Ст ройиздат , 1 977.

1 5. Ре комендации по расчет у и применению электронагревателей для отта ивания мерзлых грун то в. М., Ст ройиздат, 1971.

1 6. Дружинин М. К. Указания по определению с оп роти вл ени я грун тов сдви гу в скважина х. М., О ргтрансстрой, 1 969.

1 7. Методы опре деле ния прочности глини стых поро д. Под редакцие й Г. К. Бондарика. М., Недра, 1974 .

1 8. Корчагин Г. П., Коренева С. Л. П рессиомет рия и вращате льный срез в инженерной ге ологии. М. , Недра, 1 976.

1 9. Инструкция для исследова ния слабых грунтов нормативной полевой лабо ра торией ПЛГ-1Р (1 -я ред акци я), М., ПНИИ ИС, 1 977.

20. Ре комендации по при менению поле вых методов исс ледования грунтов. Госстрой РСФСР. Центральный трес т инж енерно-с троительны х изыс каний . М., 19 68.

2 1 . П рессиом етр ЭВ.9 0/1 27. М., Недр а , 1 979.

22. Методические ук аз ания по определени ю дефо рм ат ивных с войств грунтов полевым пресси омет ром . М., ЦНИИС, 1971.

23. Инструкция по р а боте с прессиометром ЦНИИС при полевых исследованиях грун тов. М., ЦНИИС, 1973.

24. Р е ком ендации по определ ен ию прочностных характ еристик грунт ов прессиом етром ЦНИ ИС. М., ЦНИИ С, 1 977.

25. Рекомендации по испытаниям просадоч ных грунтов с татическими наг рузками. М., Строй издат, 1 974.

26. Руководство по проектирован и ю оснований з даний и сооруж ений. 2- е издание. Под ред. Е . А. С орочана и др. М ., Стройиздат, 1 978.

27. Керкис Е. Е. Методы и з учения фильтрационных с войств горных пород. М., Недра, 1 975.

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие . 1

1. Общие положения . 1

2. Технология и технические средства полевых испытаний грунтов в массивах . 3

Назначение и область применения испытаний . 3

Микропенетрация . 4

Зондирования грунтов . 6

Динамическое зондирование . 7

Статическое зондирование . 8

Испытания свай . 16

Вращательный срез . 20

Испытания грунтов на сопротивление срезу в шурфах . 26

Прессиометрия . 27

Испытания грунтов статическими нагрузками на штампы в шурфах и скважинах . 31

Опытные откачки . 36

Список литературы .. 36

Еще бесплатно скачать

Рейтинг:
  • Итоги рейтинга 1.00/5
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
1.0/5 (1 голос)

Данную страницу никто не комментировал. Вы можете стать первым.

Ваше имя:
Ваша почта:

RSS
Комментарий:
Введите символы: *
captcha
Обновить