Подготавливаясь к застройке, проводят специальные исследования и тесты, определяющие пригодность участка к предстоящей работе: берут пробы грунта, вычисляют уровень залегания подземных вод и исследуют другие особенности почвы, которые помогают определить возможность (или ее отсутствие) строительства.

Проведение таких мероприятий способствует повышению технических показателей, вследствие чего решается ряд проблем, возникающих в процессе строительства, например, проседание почвы под тяжестью конструкции со всеми вытекающими последствиями. Первое ее внешнее проявление выглядит как появление трещин на стенах, а в совокупности с другими факторами к частичному или полному разрушению объекта.

Коэффициент уплотнения: что это?

Под коэффициентом уплотнения грунта имеют в виду безразмерный показатель, который, по сути, является исчислением из отношения плотность грунта/плотность грунта max . Коэффициент уплотнения грунта рассчитывается с учетом геологических показателей. Любой из них, независимо от породы, пористый. Он пронизан микроскопическими пустотами, которые заполняются влагой или воздухом. При выработке почвы объем этих пустот увеличивается в разы, что приводит к повышению рыхлости породы.

Важно! Показатель плотности насыпной породы намного меньше, чем те же характеристики утрамбованного грунта.

Именно коэффициент уплотнения грунта определяет необходимость подготовки участка к строительству. Опираясь на эти показатели, подготавливают песчаные подушки под фундамент и его основание, дополнительно уплотняя грунт. Если эту деталь упустить, он может слеживаться и под весом конструкции начнет проседать.

Показатели уплотнения грунта

Коэффициент уплотнения грунта показывает уровень уплотненности почвы. Его значение варьируется в рамках от 0 до 1. Для основания бетонного ленточного фундамента нормой считается показатель в >0,98 балла.

Специфика определения коэффициента уплотнения

Плотность скелета грунта, когда земляное полотно поддают стандартному уплотнению, вычисляется в лабораторных условиях. Принципиальная схема исследования заключается в помещении образца почвы в стальной цилиндр, который сжимается под воздействием внешней грубой механической силы - ударов падающего груза.

Важно! Наивысшие показатели плотности грунта отмечаются у пород с влажностью чуть выше нормы. Эта зависимость изображена на графике ниже.

Каждое земляное полотно имеет свою оптимальную влажность, при которой и достигается максимальный уровень уплотнения. Этот показатель также исследуют в лабораторных условиях, придавая породе разную влажность и сравнивая показатели уплотнения.

Реальные данные - это конечный результат исследований, измеряющийся по окончании всех лабораторных работ.

Методы уплотнения и вычисления коэффициента

Географическое расположение определяет качественный состав грунтов, каждый из которых обладает своими характеристиками: плотностью, влажностью, способностью к проседанию. Потому так важно разработать комплекс мер, направленный на качественное улучшение характеристик для каждого типа почвы.

Вам уже известно понятие коэффициента уплотнения, предмет которого изучается строго в лабораторных условиях. Проводят такую работу соответственные службы. Показатель уплотнения почвы определяет методику воздействия на грунт, вследствие которой он получит новые прочностные характеристики. Проводя такие действия, важно учитывать процент усиления, прикладываемого для получения необходимого результата. Исходя из этого вычитывается коэффициент уплотнения грунтов (таблица ниже).

Типология методов уплотнения грунта

Существует условная система подразделения методов уплотнения, группы которых формируются исходя из способа достижения цели - процесса выведения кислорода из слоев почвы на определенной глубине. Так, различают поверхностное и глубинное исследование. Исходя из типа исследования, специалисты подбирают систему оборудования и определяют способ его применения. Методы исследования почвы бывают:

• статическими;
• вибрационными;
• ударными;
• комбинированными.

Каждый из типов оборудования отображает метод применения силы, например пневматический каток.

Частично такие методы применяются в малом частном строительстве, другие исключительно при построении крупномасштабных объектов, возведение которых согласовано с местной властью, так как некоторые из таких строений могут оказывать влияние не только на заданный участок, но и на окружающие объекты.

Коэффициенты уплотнения и нормы СНиП

Все операции, связанные со строительством, четко регламентируются законом, потому строго контролируются соответствующими организациями.

Коэффициенты уплотнения грунтов СНиП определяет пунктом 3.02.01-87 и СП 45.13330.2012. Действия, описанные в нормативных документах, были обновлены и актуализированы в 2013-2014 годах. В них описываются уплотнения для разного рода почвы и грунтовых подушек, использующихся при возведении фундамента и строений разного рода конфигураций, в том числе и подземных.

Как определяют коэффициент уплотнения?

Проще всего определить коэффициент уплотнения грунта по методу режущих колец: металлическое кольцо выбранного диаметра и определенной длины забивают в грунт, во время чего порода плотно фиксируется внутри стального цилиндра. После этого массу приспособления измеряют на весах, а по окончании взвешивания вычитывают вес кольца, получая чистую массу грунта. Это число делят на объем цилиндра и получают окончательную плотность грунта. После чего ее делят на показатель максимально возможной плотности и получают вычисляемое - коэффициент уплотнения для данного участка.

Примеры вычисления коэффициента уплотнения

Рассмотрим определение коэффициента уплотнения грунта на примере:

• значение максимальной плотности грунта - 1,95 г/см 3 ;
• диаметр режущего кольца - 5 см;
• высота режущего кольца - 3 см.

Необходимо определить коэффициент уплотнения почвы.

С такой практической задачей справиться намного легче, чем может показаться.

Для начала забивают цилиндр в грунт полностью, после чего извлекают его из почвы так, чтобы внутреннее пространство оставалось заполненным землей, но снаружи никакого скопления грунта не отмечалось.

При помощи ножа грунт извлекают из стального кольца и взвешивают.

К примеру, масса грунта составляет 450 грамм, объем цилиндра 235,5 см 3 . Рассчитав по формуле, получаем число 1,91г/см 3 - плотность почвы, откуда коэффициент уплотнения почвы - 1,91/1,95 = 0,979.

Возведение любого здания или конструкции - ответственный процесс, которому предшествует еще более ответственный момент подготовки застраиваемого участка, проектирования предполагаемых построек, расчета общей нагрузки на грунт. Это касается всех без исключения построек, которые предназначены для длительной эксплуатации, срок которой измеряется десятками, а то и сотнями лет.

Общие положения. При проектировании и строи­тельстве земляных сооружений из песчаных и глинистых пород необходимо обеспечить наибольшую их устойчивость и прочность. Это достигается уплотнением пород (укаткой, трамбованием, виброуплотнением) до максимальной плотности при оптимальной влаж­ности.

Грунт в насыпи находится в трехфазной состоянии (грунт + воздух + вода), и уплотнение его происходит за счет перемещения грунтовых частиц и сопровождаются вытеснением воздуха из пор. При одинаковой затрате усилий уплотнение зависит от влажности грунта.

Маловлажные грунты уплотняются плохо, так как грунтовые агрегаты (комочки) при этом обладают высокой прочностью, между частицами грунта развивается трение, препятствующее их взаим­ному перемещению в процессе уплотнения. С повышением влажности до определенного предела плотность скелета грунта увеличи­вается. Насыщенные водой грунты трудно уплотнить по другой причине. Уплотняющее воздействие (удар трамбовки, проход кат­ка и т.п.) обычно кратковременно. Поэтому нагрузка восприни­мается, главным образом, поровой водой, которая не успевает отжаться из грунта, а скелет грунта не успевает включиться в работу.

Влажность грунта, при которой достигается заданное его уплотнение при наименьшей затрате уплотняющей работы, называ­ется оптимальной.

При оптимальной влажности можно достичь наибольшего уплот­нения, поскольку в этом случае комочки разрушаются относитель­но легко частицы грунта, имея на контактах смазку в виде пленки воды, смещаются друг относительно друга и более компак­тно укладывается в объеме грунта. При оптимальной влажности часть порового объема заполнена воздухом, который сжимается и не препятствует уплотнению.

Оптимальная влажность зависит от состава грунта, харак­тера уплотняющего воздействия, его интенсивности и количества затраченной на уплотнение работы. Например, оптимальная влажность супесей составляет 9 – 15%, суглинков 15-22% и т.д. Чем интенсивнее уплотнявшее воздействие (скажем, больше вес катка), тем ниже оптимальная влажность.

Строительные нормы (СНиП П-Д.5-72) требуют, чтобы уплот­нение грунтов при укладке в тело насыпи автодороги производилось при оптимальной влажности. Если влажность ниже оптимальной, при­ходится прибегать к искусственному увлажнению грунта; выше опти­мальной - просушиванию.

Оборудование. Прибор стандартного уплотнения (рис.4, табл.11). Сито с отверстиями диаметром 5 мм; тарелочные и технические весы с набором гирь и разновесов; бюксы для определения влаж­ности; мерный цилиндр; противень с воздушно-сухими грунтом; нож; совок; шпатель; сушильный шкаф; ступка с пестиком; метал­лическая чашка емкостью 3-4 л для приготовления грунтовой смеси.

Таблица 11

Характеристика прибора стандартного уплотнения

Рис. 4. Cхема прибора Союздорнии для стандартного уплотнения

1 - подстаканник; 2 - разъемный цилиндр; 3 - насадка; 4 - ограни­чительное кольцо; 5 - стойка с уплотнителем; 6 - груз; 7 - зажимное кольцо; 8 - зажимной винт

Подготовительные работы

1. Отбирают пробу воздушно-сухого грунта массой 3,0-3,5кг.

2. Если в грунте имеется комки, их предварительно измель­чают в ступке.

3. Отобранную и измельченную пробу грунта просеивают через сито с отверстиями 5 мм.

4. Производится сборка прибора. Половинки рабочего ци­линдра соединяют, на них надевают неразъемный цилиндр и в таком виде цилиндр укрепляют в поддоне прибора сильной затяжкой винтов, так, чтобы плоскость разъема была перпендику­лярна оси зажимных винтов.

5. Взвешивают на тарелочных весах пустой прибор стандар­тного уплотнения,

6. Смазывают внутреннюю часть цилиндра техническим вазе­лином.

Ход работы .

1.B металлическую чашку отвешива­ют пробу воздушно-сухого грунта, просеянного через сито, в количестве 3,0 кг.

2. Определяютколичество воды, которое необходимо добавить к исходной навеске грунта для получения следующих влажностей: 1, 6, 8, 10, 12, 14%, используя формулу

где g-масса грунта, подлежащего увлажнению, г; W- требуемая влажность; W 1- влажность грунта в исходном состоянии, %.

В лабораторной работе для повышения влажности на 2-3%добавить 50 г воды.

3. В чашку с грунтом с помощью мензурки добавляют, тре­буемое количествоводы с одновременный тщательны перемещением до равномерного увлажнения.

4. Рабочий объем цилиндра прибора заполняют увлажненным грунтом на одну треть высоты цилиндра.

5. В цилиндр вставляют пуансон со штоком и трамбовкой.

6. Производят стандартное уплотнение (см.табл. II).

7. Снимается шток с трамбовкой и в цилиндр добавляется грунт до двух третей его высоты. Производится уплотнение аналогично п.6.

8. Снимают шток с трамбовкой, устанавливают, насадку и в цилиндр укладывают, новый объем грунта. Укладку грунта следует прекратить, когда поверхность грунта будет превышать верхнюю кромку разъемного цилиндра примерно на 10 им. Уплотне­ние грунта аналогично п.6.

9. После окончания уплотнения с цилиндра снимают шток с трамбовкой, насадку и выступающий грунт осторожно срезают ножом по верхней кромке.

10. Прибор с уплотненным грунтом взвешивают на тарельча­тых весах с точностью до I г.

11. Грунт из цилиндра высыпают обратно в чашку, перемеши­вают и отбирают пробу массой 10-15 г для определения влаж­ности термостатным методом.

12. Результаты опыта заносят в табл.12.

13. Весь грунт, как после опыта, так и первоначальный перемешивают

14. Операции, описанные в п.п. 3-12, повторяют 5 раз с добавлением каждый раз 50 г воды.

Результаты определения.

I. По данный определения для каждого опыта определяют влажность, плотность влажного и плотность скелета грунта по формулам:

влажность грунта

где g в - масса влажного грунта, г; g с - масса сухого грунта, г; g б - масса бюксы, г.

плотность грунта

где Р 1 - масса цилиндра с уплотненным грунтом, кг; Р 2 - мас­са пустого цилиндра, кг; V - объем цилиндра, м 3 ; Плотность скелета грунта

2. Строится график зависимости плотности скелета грунта от влажности при уплотнении (рис.5). Масштабы графика.

(ГОСТ 22733-77).

Цель работы:

Установление зависимости плотности сухого грунта от его влажности при трамбовании образцов.

Оборудование:

1. Прибор Союздорнии для стандартного уплотнения грунтов; 2. Весы для измерения массы частей прибора с предельным значением 10 кг и погрешностью 1г; 3. Весы лабораторные для определения влажности грунта с погрешностью 0,01г; 4. Ступка фарфоровая с резиновым пестиком; 5. Шкаф сушильный; 6. Сито с отверстиями 10мм; 7. Эксикатор; 8. Мерные цилиндры 100 и 500 мл.; 9. Штангенциркуль; 10. Нож лабораторный; 11. Бюксы для взвешивания.

Подготовка прибора к работе:

Подготовка прибора к испытанию должна осуществляться в следующей последовательности:

Устанавливают цилиндр в поддон, не зажимая его винтами;

Устанавливают кольцо на бортик цилиндра;

Зажимают цилиндр попеременно винтами поддона и кольца;

Проверяют размеры цилиндра штангенциркулем; при этом внутренний диаметр и глубина должны быть равны соответственно 100 и 127 мм.

Определяют массу m 4 собранного контейнера (цилиндр с поддоном и кольцом) с погрешностью до 1 г и заносят данные в журнал;

Устанавливают собранный контейнер прибора на жесткое неподвижное основание массой не менее 50 кг.

Ход работы.

1. Пробу грунта массой m 3 =2,5 кг, предварительно высушенную до воздушно-сухого состояния и растертую в ступке пестиком с резиновым наконечником, просеивают через сито 10мм. Из зерен, прошедших сквозь сито, отбирают пробы по 30 г для определения влажности W 1 .

2. Доувлажняют пробы до исходной влажности (W 3), принимаемой равной 4% для песчаных, гравийных грунтов и 8% для глинистых грунтов. Необходимое для доувлажнения пробы грунта количество воды Q определяют по формуле.

где W 1 - влажность пробы грунта до доувлажнения.

3. Вводят необходимое количество воды и тщательно перемешивают грунт.

4. Подготовленную пробу грунта слоями загружают в цилиндр прибора, прижимая грунт трамбовкой. Каждый слой должен иметь высоту 5-6 см и уплотняться 40 ударами груза, при этом стержень трамбовки удерживается в вертикальном положении. Перед укладкой третьего слоя на цилиндр одевают насадку. После уплотнения насадку снимают и срезают грунт заподлицо с торцом цилиндра. Толщина слоя срезаемого грунта не должна быть более 10мм. При большей толщине необходимо испытание повторить.

5. Определяют массу контейнера с грунтом (m 5) с погрешностью до 1г и рассчитывают плотность влажного образца грунта γ с погрешностью до 0,01 г/см 3 по формуле

(19)

где V – емкость цилиндра, равная 1000 см 3 .

6. Снимают поддон и кольцо, раскрывают цилиндр и извлекают уплотненный образец грунта, из верхней, средней и нижней частей отбирают по одной пробе в 30 г для определения влажности.

7. Извлеченный из цилиндра грунт присоединяют к оставшемуся в чашке, растирают, перемешивают и повышают влажность пробы, затем такжезакладывают его в прибор. Испытание считается законченным, если грунт перестает уплотняться и при ударах груза начинает выжиматься из прибора.

8. Результаты испытаний записываются в таблицу 11. По полученным в результате испытания значениям плотности и влажности уплотненных образцов определяют плотность скелета грунта γ ск с погрешностью до 0,01 г/см 3 по формуле:

(20)

9. По полученным данным строят график рис.5 зависимости плотности скелета от влажности грунта. Находят максимум полученной зависимости и соответствующие ему величины максимальной плотности скелета грунта γ макс и оптимальной влажности.W опт.

Рис.7 Схема прибора Союздорнии для стандартного уплотнения грунтов: 1. поддон; 2. разъемный цилиндр емкостью 1000 см 3 ; 3. . кольцо; 4. насадка; 5. наковальня; 6. груз, массой 2,5 кг; 7. направляющий стержень; 8. ограничительное кольцо; 9. зажимные винты.

Таблица 11.

Определение плотности сухогогрунта

РАЗДЕЛ ТЕХНОЛОГИИ ДОРОЖНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

Лабораторная работа № 9

МЕТОДИКА УСКОРЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОЙ СТАНДАРТНОЙ ПЛОТНОСТИ И ОПТИМАЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ ГРУНТОВ, УКРЕПЛЕННЫХ НЕОРГАНИЧЕСКИМИ ВЯЖУЩИМИ МАТЕРИАЛАМИ.

При определенной оптимальной влажности грунта, смешанного с вяжущим, быстротвердеющие вяжущие типа цемента вносят определенные искажения в результаты испытаний. Время начала твердения цемента и грунта зависит от дисперсности грунта, его минералогического и химического состава. Определенное влияние оказывает также состав цемента и его количество. Влияние грунта на характер твердения цементогрунтовых смесей можно оценить по количеству глинистых частиц. Так, при обработке цементом глин процесс твердения смеси начинается раньше, чем при обработке песков.

Медленнотвердеющее вяжущее типа зол-уносов также оказывает влияние на результаты стандартных испытаний, хотя и в меньшей степени.

В связи с установленным явлением разработана специальная ускоренная методика определения максимальной стандартной плотности и оптимальной влажности смесей грунтов с вяжущими. По этой методике максимальную плотность укрепленного грунта предлагается определять или однократным уплотнением в приборе стандартного уплотнения при оптимальной ее влажности через определенный промежуток времени (например через 2 часа) после увлажнения или же расчетным путем. Оптимальную влажность смеси при этом определяют расчетным путем по значению оптимальной влажности исходного грунта. В основу расчета максимальной плотности и оптимальной влажности укрепленного грунта положены параметры стандартного уплотнения исходного грунта.(см. лабораторную работу№ 9).

Необходимые приборы :

1. Технические весы; 2. Алюминиевые бюксы; 3, Сушильный шкаф с термометром и терморегулятором; 4. Эксикатор с обезвоженным хлористым кальцием (без поглощения влаги); 5. Шпатель.

Техника выполнения работы:

1.Методика ускоренного определения оптимальной влажности и максимальной плотности смеси грунта с минеральными вяжущими (цемент, сланцевая зола-унос.).

В соответствии с методикой, изложенной в лабораторной работе № 9 определяют W опт и γ ск.макс исходного грунта или материала.

Оптимальную влажность смеси грунта с вяжущими W опт см определяют по формуле:

W опт см = W опт +а, (21)

где а- поправочный коэффициент, принимаемый по табл.13 (в зависимости от вида вяжущего материала).

W опт – оптимальная влажность исходного грунта. Оптимальная влажность может быть также установлена расчетным путем по влажности границы текучести:

W опт = α W т (22)

где α – 0,75-0,7 – (песок и супесь легкая)

0,6- 0,55 – (тяжелая супесь, легкие суглинки)

0,5-0,45 – (тяжелые суглинки, глины);

или по влажности границы раскатывания (W р, %)

W опт = W р –в, (23)

где в – 1-2 (тяжелая супесь, легкие суглинки), 2-3 (тяжелые суглинки, глины).

Максимальную плотность смеси грунта с минеральными вяжущими γ ск.макс можно рассчитать по формуле:

γ ск.макс см = γ ск.макс к г (24)

где к г поправочный коэффициент, принимаемый по табл.14;

γ ск.макс максимальная плотность исходного грунта.

Для определения γ ск.макс см опытным путем берут навеску грунта в количестве 2 кг и добавляют в грунт требуемое количество вяжущего. После перемешивания грунта с вяжущим добавляют в смесь воду в количестве, установленном по формуле (21) с учетом гигроскопической влажности исходного грунта. Смесь тщательно снова перемешивают и выдерживают во влажной среде в течение следующего времени:

Для смеси грунта с цементом – 1,5 ч;

Для смеси связного грунта со сланцевой землей-уносом – 5-6 ч;

Для смеси несвязного грунта с золой – 24ч.

По истечении указанного времени производят однократное уплотнение смеси в большом приборе стандартного уплотнения (120 ударов на 3 слоя смеси). Полученные значения средней плотности скелета принимают за максимальную плотность укрепленного грунта γ ск.макс см

Таблица 12

Значение коэффициента α

Таблица 13

Значение коэффициента К

Лабораторная работа № 10

Для грунта, находящегося в трехфазном состоянии (скелет + вода + воздух), без учета его структурных особенностей единичный объем составит:
ρск/ρ+Wρск/100+σ/100=1,
где ρ - плотность грунта, г/см 3 ; W - влажность грунта, %; σ - объем воздуха, остающийся в порах грунта после уплотнения, %; 1-единичный объем грунта (1 см 3); ρск - плотность сухого грунта, г/см 3 .

Отсюда, основную характеристику уплотнения грунта (в сухом состоянии), т. е. его плотность определяют по формуле
ρск =(1-σ) ρ/(100+Wρ).

Плотность грунта, влажность и содержание воздуха зависят от его генезиса, степени дисперсности, природных условий местности, нагрузки от колес автомобилей и ряда других факторов. Плотность пылеватой супеси составляет 2,66 г/м 3 , легкой - 2,68, легкого пылеватого суглинка - 2,69 и тяжелого суглинка - 2,71, пылеватой глины -2,72 и жирной глины -2,71. В зависимости от зернистости грунтов изменяется и содержание воздуха: в песчаных грунтах - 8-10 %, в супесчаных -6-8 %,
в суглинках, в том числе и черноземных, - 4-5 % и в жирных глинах - 4-6 %.

Влияние влажности значительнее для более дисперсного грунта. Высокодисперсные грунты широко распространены в СССР. Такие грунты обладают большой удельной поверхностью, высоким значением влагоемкости и морозного пучения и т. д. (гл. 7.2).

Оптимальная влажность Wо - влажность, соответствующая максимальной плотности грунта ρmax при наименьшей затрате энергии на уплотнение. При такой влажности вода в порах грунта находится в адсорбированном состоянии и пористость соответствует объему воды, находящейся в ней, т. е. грунт представляет собой, согласно механике грунтов, грунтовую массу (см. рис. 11.2).

Рис. 11.2. Зависимость между влажностью и плотностью сухого грунта
Зоны; А - с влажностью менее оптимальной; Б - с оптимальной влажностью; С - с влажностью выше оптимальной

В СССР разработан стандартный метод определения значений Wо и ρmax, подробно рассматриваемый в курсе грунтоведения и механики грунтов. Характерные для стандартного уплотнения графики зависимости плотности сухого грунта от влажности представлены на рис. 11.3.

Рис. 11.3. Влияние уплотняющей энергии и влажности на плотность сухого грунта 1 - метод стандартного уплотнения (СССР); 2 - усиленное уплотнение по модернизированному методу Проктора (США); 3 - линия с грунтовыми порами, заполненными капиллярной водой (грунтовая масса)

Если затратить больше энергии на уплотнение, то снизится объем защемленного воздуха и воды, а потому повысится плотность грунта. Кривые зависимости между плотностью и влажностью будут располагаться ближе к верхнему левому углу графика. Соединив между собой точки наибольших значений плотности сухого грунта рек, получим прямую под углом а к горизонтали, характеризующую ход изменения оптимальной влажности (см. рис. 11.3). Для повышения модуля упругости грунтов во многих странах стремятся повысить требования к плотности. В частности, в США грунты уплотняют при меньшем значении оптимальной влажности, чем в СССР, за счет большей затраты энергии на уплотнение (кривая 2). Но при увеличении влажности выше оптимального значения резко снижается плотность сухого грунта, причем характер снижения совершенно одинаков независимо от энергии, затраченной на уплотнение (кривые 3).

Максимальная плотность грунта по методу стандартного уплотнения . Критерий «максимальная плотность» соответствует механическому уплотнению, например, связанных грунтов, когда вся вода в них находится в адсорбированном состоянии и пористость соответствует объему поровой воды. Из анализа рис. 11.3 видно, что метод стандартного уплотнения является условным. Прочностные характеристики (модуль упругости грунта E0, трение φ и сцепление С, установленные при плотности, соответствующей методу стандартного уплотнения, значительно ниже, чем, например, по модернизированному методу Проктора *, применяемому в США и других странах (рис. 11.4). Согласно этому методу грунт уплотняют при значительно большей затрате энергии, чем у нас.

Рис. 11.4. Влияние влажности и метода уплотнения на прочностные характеристики связных грунтов 1 - метод уплотнения, принятый в США (модернизированный метод Проктора); 2-метод стандартного уплотнения (СССР); ϕ - трение; с - сцепление; Е0 -модуль упругости грунта

Коэффициент уплотнения связного грунта по модернизированному методу, равный, предположим, Ко=1, соответствует методу стандартного уплотнения Ко=1,1 т. е. требования к плотности грунтов более жесткие, чем в СССР.

* Модернизированный метод широко применяют во многих странах. От нашего метода стандартного уплотнения он отличается тем, что грунт уплотняют хотя и в таком же металлическом стакане, но гирей массой 4,55 кг в 5 слоев с общим количеством ударов 125. У нас же сбрасывают гирю массой всего 2,5 кг и уплотняют грунт в 3 слоя.

ГОСТ 22733-77

Группа Ж39

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

МЕТОД ЛАБОРАТОРНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ

Soils. Method for laboratory
determination of maximum density

Дата введения 1978-07-01

УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета Совета Министров СССР по делам строительства 30 сентября 1977 г. N 150

Переиздание. Октябрь 1987 г.

Настоящий стандарт распространяется на глинистые, песчаные и гравийные грунты и устанавливает метод лабораторного определения максимальной плотности скелета грунта и оптимальной влажности грунта, используемых при назначении требуемой плотности грунтов, а также при контроле влажности уплотняемых грунтов и качества уплотнения их в земляных сооружениях и основаниях зданий и сооружений.

Стандарт не распространяется на грунты, содержащие более 30% зерен крупнее 10 мм, а также на заторфованные грунты.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Метод заключается в установлении зависимости плотности скелета грунта от его влажности при трамбовании образцов с постоянной затратой работы на их уплотнение и в определении по этой зависимости

Влажность, при которой достигнута максимальная плотность скелета грунта, является оптимальной

1.2. Для установления зависимости плотности скелета грунта от его влажности проводят серию отдельных испытаний грунта на уплотнение с последовательным увеличением его влажности. Результаты испытаний представляют в виде графика. Количество отдельных испытаний для построения графика должно быть не менее шести, а также достаточным для выявления максимального значения плотности скелета грунта.

1.3. Испытание грунтов осуществляют в приборе Союздорнии для стандартного уплотнения грунтов (см. приложение 1) путем послойного трамбования грунта ударами груза массой 2,5 кг, падающего с высоты 300 мм; при этом общее число ударов должно составить 120.

1.4. Все результаты, получаемые в процессе подготовки и испытаний грунта, должны заноситься в журнал определения максимальной плотности скелета грунта по форме, приведенной в приложении 2.

2. ОТБОР ПРОБ ГРУНТА

2.1. Пробы грунта (образцы нарушенного сложения) следует отбирать в естественных и искусственных обнажениях и горных выработках из однородного по виду слоя грунта согласно требованиям ГОСТ 12071-84 . Масса пробы грунта должна быть не менее 10 кг. Каждая отобранная проба грунта должна быть снабжена данными о наименовании объекта, мощности данного слоя, глубине, месте и дате отбора грунта, а также наименования грунта по визуальному определению.

3. АППАРАТУРА

3.1. Для проведения испытаний требуются следующие приборы, оборудование и инструменты:

прибор Союздорнии для стандартного уплотнения грунтов;

весы настольные гирные или циферблатные по ГОСТ 23711-79;

весы лабораторные по ГОСТ 24104-80 ;

гири по ГОСТ 7328-82 ;

машина растирочная (бегуны лабораторные) или ступка № 7 (диаметром по верху 240 мм) с пестиком, снабженным резиновым наконечником, по ГОСТ 9147-80 ;

шкаф сушильный;

сито с отверстиями 10 мм;

эксикатор типа Э-250 по ГОСТ 25336-82 ;

чашки металлические емкостью не менее 5 л;

цилиндры мерные с носиком емкостью 100 и 500 мл по ГОСТ 1770-74 ;

лопаточка-мастерок;

линейка металлическая длиной 30 см по ГОСТ 427-75 ;

штангенциркуль ШЦ-1-125, модель 183 по ГОСТ 166-80 ;

нож лабораторный;

стаканчики алюминиевые для взвешивания;

кисточки.

Примечание. Допускается применять приборы с параметрами, отличными от прибора Союздорнии, и соответствующим изменением методики, при условии, что для данного вида грунта экспериментально доказана идентичность получаемых при этом результатов с результатами испытаний в приборе Союздорнии.

4. ПОДГОТОВКА К ИСПЫТАНИЯМ

4.1. Подготовка грунта

4.1.1. Подготовка грунта к испытаниям состоит из следующих операций:

обработка пробы грунта массой 10 кг;

выделение и подготовка отдельных проб грунта массой 2,5 кг к испытанию.

4.1.2. Обработка пробы грунта массой 10 кг должна производиться в следующем порядке:

высушивание в помещении при комнатной температуре до воздушно-сухого состояния, при котором можно производить размельчение и.просеивание грунта;

размельчение (без дробления зерен) в ступке пестиком с резиновым наконечником или в растирочной машине (лабораторными бегунами);

просеивание сквозь сито с отверстиями размером 10 мм;

отбор проб массой не менее 30 г из грунта, прошедшего сквозь сито, для определения влажности -

	взвешивание зерен размером крупнее 10 мм (масса						и отбор из них проб для определения
	влажности		и плотности зерен

4.1.4. Выделение отдельных проб массой 2,5 кг и подготовка их к испытанию должны производиться в следующем порядке:

перемешивают грунт, прошедший сквозь сито, и распределяют его ровным слоем на листе картона, фанеры или плотной бумаги;

отбирают их в металлические чашки для испытания;

	отобранные отдельные пробы грунта доувлажняют до исходной влажности		Принимаемой

равной 4% для песчаных, гравийных грунтов и 8% для глинистых грунтов. Необходимое для доувлажнения пробы грунта количество воды (Q) определяют по формуле

вводят в пробы грунта рассчитанное количество воды и одновременно перемешивают грунт лопаточкой-мастерком;

переносят пробы грунта из чашек в эксикаторы и выдерживают их не менее 2 ч при закрытых крышках эксикаторов.

4.2. Подготовка прибора

4.2.1. Подготовка прибора к испытанию должна осуществляться в следующей последовательности:

устанавливают цилиндр в поддон, не зажимая его винтами;

устанавливают кольцо на бортик цилиндра;

зажимают цилиндр попеременно винтами поддона и кольца;

проверяют размеры цилиндра штангенциркулем; при этом внутренний диаметр и глубина должны быть равны соответственно 100 и 127 мм;

определяют массу (m(4) собранного контейнера (цилиндр с поддоном и кольцом) с погрешностью до 1 г и заносят данные в журнал (см. приложение 2);

устанавливают собранный контейнер прибора на жесткое неподвижное основание массой неменее 50 кг.

5. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ

5.1. Испытания грунта проводят последовательно с отдельными пробами грунта. Влажность пробы при первом испытании должна равняться исходной, установленной в п. 4.1.4. При каждом последующем испытании влажность следует увеличивать на 1-2% для песчаных, гравийных грунтов и 2-3 % для глинистых грунтов. Количество воды для доувлажнения пробы определяют по формуле (2), принимая в ней за m(3) - массу грунта, оставшегося от предыдущего испытания, а за W(1) и W(3) - соответственно влажности, задаваемые при предыдущем и очередном испытаниях.

5.2. Каждую отдельную пробу следует испытывать не более трех раз. При испытании грунтов, содержащих зерна, легко разрушающиеся при трамбовании, каждую пробу испытывают только один раз.

5.3. Уплотнение грунта каждой пробы должно выполняться путем последовательного трамбования трех слоев.

5.4. Испытание грунта надлежит проводить в следующем порядке:

подготовленную пробу грунта переносят из эксикатора в металлическую чашку, а затем слоями загружают в цилиндр прибора, прижимая грунт трамбовкой. Каждый слой должен иметь высоту 5-6 см и уплотняться 40 ударами груза; при этом стержень трамбовки необходимо удерживать в вертикальном положении. Перед загрузкой второго и третьего слоев поверхность предыдущего слоя взрыхляют ножом на глубину 1-2 мм. Перед укладкой третьего слоя на цилиндр надевают насадку;

после уплотнения третьего слоя насадку снимают и срезают выступающую часть образца заподлицо с торцом цилиндра. Толщина слоя срезаемого грунта не должна быть более 10 мм. При большей толщине необходимо провести повторное испытание с уменьшенными толщинами слоев уплотняемого грунта;

	определяют массу контейнера с грунтом				с погрешностью до 1 г и рассчитывают
	плотность влажного образца грунта		с погрешностью до 0,01 г/куб.см по формуле

где V - емкость цилиндра, равная 1000 куб.см;

снимают поддон и кольцо, раскрывают цилиндр и извлекают уплотненный образец грунта. Из верхней, средней и нижней частей образца отбирают по одной пробе массой не менее 30 г для определения влажности грунта (W) по ГОСТ 5180-84 ;

извлеченный из цилиндра грунт присоединяют к оставшейся в чашке части пробы, растирают, перемешивают и взвешивают. Затем повышают влажность пробы согласно п. 5.1. После добавления воды грунт перемешивают, накрывают влажной тканью и выдерживают не менее 15 мин.

5.5. Второе и последующие испытания грунта на уплотнение должны проводиться в соответствии с пп. 5.2-5.4.

5.6. Испытания по определению максимальной плотности скелета грунта следует считать законченными тогда, когда с повышением влажности пробы при последующих двух, трех испытаниях на уплотнение происходит последовательное уменьшение значений плотности уплотненных образцов грунта или когда грунт перестает уплотняться и начинает при ударах груза выжиматься из прибора.

6. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

6.1. По полученным в результате испытаний значениям плотности и влажности уплотненных

образцов определяют плотность скелета грунта					с погрешностью до 0,01 г/куб.см
по формуле

6.2. Строят график зависимости плотности скелета от влажности грунта (см. приложение 3), откладывая по оси абсцисс влажность уплотненных образцов в масштабе 1 см - 2%, а по оси ординат - плотность скелета грунта в масштабе 1 см - 0,05 г/куб.см. Находят максимум полученной зависимости и соответствующие ему величины максимальной плотности скелета грунта

		на оси ординат и оптимальной влажности				На оси абсцисс.
Точность считывания значений должна быть для					0,01 г/куб.см, а для

Если при построении графика кривая зависимости получается без заметно выраженного пика,

что может иметь место для песчаных и гравийных грунтов, за				следует принимать достигнутую
максимальную плотность скелета грунта, а за		Наименьшее значение влажности, при которой

достигается максимальная плотность скелета грунта.

6.3. Если в грунте содержались зерна крупнее 10 мм, которые перед испытанием согласно п. 4.1.2 были удалены из пробы грунта, то для учета влияния таких зерен на величину максимальной плотности грунта

необходимо полученные значения		для части пробы, прошедшей сквозь

исследуемого грунта в целом (с включением зерен крупнее 10 мм) по формулам:

Приложение 1. Схема прибора Союздорнии для стандартного уплотнения грунтов

ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Обязательное

1 - поддон;

2 - разъемный цилиндр емкостью 1000 куб.см; 3 - кольцо; 4 - насадка; 5 - наковальня;
6 - груз массой 2,5 кг; 7 - направляющий стержень; 8 - ограничительное кольцо; 9 - зажимные винты.

Приложение 2. ЖУРНАЛ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ СКЕЛЕТА ГРУНТА

ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Обязательное

Объект _____________________________________________________________

Место отбора грунта _________________________________________________

Глубина отбора грунта, м ________ ; мощность слоя грунта, м _____________

Вид грунта ____________________. Дата отбора __________________________

Масса пробы грунта (после размельчения) m(1), кг _______________________

Данные по остатку на сите зерен (после просеивания пробы):

а) масса зерен m(2), кг ___________; б) влажность зерен W(2) ____________

Влажность прошедшего сквозь сито грунта W(1), % ________________________

Масса отобранных для испытания проб грунта m(3), кг ____________________

Оптимальная влажность грунта W(опт), % _______________________________

Максимальная плотность скелета грунта с учетом зерен крупнее 10 мм