Справочная энциклопедия дорожника (том III) Дорожно-строительные материалы. Под редакцией Быстрова Н.В

Подождите немного. Документ загружается.

Коэффициент фильтрации вычисляют до второй значащей

цифры. Для расчета коэффициента фильтрации следует составлять

таблицу расчетных данных для постоянного расхода воды из ци-

линдра определенной площади поперечного сечения при различных

градиентах напора и температуре.

Для прибора ПКФ-3 расчет коэффициента фильтрации

осуществляют по формуле 1.42, как для пылеватых и глинистых

грунтов.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ ПЫЛЕВАТЫХ

И ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ

В комплект оборудования для определения коэффициента

фильтрации глинистых грунтов должны входить: компрессионно-

фильтрационный прибор, позволяющий проводить испытания под

нагрузкой при переменном напорном градиенте; весы лабораторные

квадрантные (ВЛК) или лабораторные общего назначения; термометр

с погрешностью измерения не более 0,5° С по ГОСТ 215; секундомер;

нож из нержавеющей стали с прямым лезвием; лопатка; пресс

винтовой; пластины плоские с гладкой поверхностью (из стекла,

плексигласа или металла).

Подготовка к испытанию

Воду и грунт, предназначенные для определения коэффициента

фильтрации, выдерживают в лаборатории до выравнивания их

температуры с температурой воздуха.

Приготавливают образец грунта, предварительно смазав

внутреннюю поверхность кольца техническим вазелином. Из остатков

срезанного грунта отбирают пробы для определения влажности по

ГОСТ 5180. При заполнении кольца грунтом необходимо учитывать, в

каком направлении относительно природного напластования опре-

деляют коэффициент фильтрации. На нижнюю и верхнюю

101

поверхность грунта накладывают фильтровальную бумагу, смоченную

водой и вырезанную по внутреннему диаметру кольца.

Заполняют поддон прибора водой до верхней поверхности

металлического фильтра через пьезометр и ставят на фильтр кольцо

с грунтом. Металлический фильтр ставят на образец грунта и

опускают винт арретира так, чтобы при насыщении водой образец не

набухал. В случае испытания грунта под нагрузкой закрепляют инди-

катор.

Образец грунта насыщают водой снизу вверх через пьезометр.

Водонасыщенние следует производить не менее 2 сут. для супесей,

не менее 5 сут для суглинков; продолжительность водонасыщения

глин устанавливают заданием.

При степени влажности грунта более 0,98 водонасыщение можно

не производить. Заливают образец грунта водой (до краев насадки

или верха крышки) и передают на образец заданное давление ступе-

нями. Значения ступеней давления и время их выдерживания назна-

чают в соответствии с ГОСТ 12248.

Если заданное давление равно Р

стр

(соответствующее струк-

турной прочности), то образец нагружают ступенями давления по

0,0025 МПа до начала сжатия по ГОСТ 23908.

Подготовка образцов глинистого грунта нарушенного сложения

Для подготовки образцов глинистых грунтов с заданными

значениями плотности необходимо размять грунт пестиком с

резиновым наконечником до исчезновения комков крупнее 2 мм и

определить влажность грунта по ГОСТ 5180. Массу грунта, которая в

объеме кольца должна обеспечить заданное значение плотности,

рассчитывают.

Если задано значение плотности сухого грунта (

), г/см

, то массу

грунта в объеме кольца рассчитывают по формуле

m = 

d *

(l+w)*V (1.41)

102

Заполняют кольцо приготовленным грунтом необходимой

массы. Если вручную не удается уложить весь грунт, то применяют

пресс. Накрывают торцы образца грунта кружками влажной

фильтровальной бумаги.

Проведение испытания

Наливают воду в пьезометр и устанавливают начальный напор,

соответствующий заданному градиенту напора. Начальный напор

равен высоте столба воды от постоянного ее уровня над образцом

грунта до уровня в пьезометре. В приборах, имеющих два пьезометра,

соединенных с крышкой и поддоном, начальный напор равен разности

уровней в пьезометрах. При исследовании фильтрации в нисходящем

потоке пьезометр, присоединенный к верхней части прибора, должен

быть заполнен водой до верхней отметки, а пьезометр,

присоединенный к нижней части, — до нижней отметки и наоборот.

Открывают кран (краны), соединяющий (соединяющие)

пьезометр (пьезометры) с прибором, и отмечают время начала

фильтрации воды. Замеряют числа делений, на которые опустился

(поднялся) уровень воды в пьезометре, через одинаковые промежутки

времени и температуру воды с точностью до 0,5° С. Отсчеты по

пьезометру производят в зависимости от скорости фильтрации.

Промежутки времени отсчетов могут быть 5, 10, 15, 30 мин 1 ч, при

медленной фильтрации — два раза, в начале и конце рабочего дня.

Производят не менее шести отсчетов. Если уровень воды в

пьезометре понижается на одно деление за время, превышающее 40

с, то следует заменить пьезометры на более тонкие трубки. После

испытания определяют влажность.

Обработка результатов

Коэффициент фильтрации грунта (К

), м/сут, приведенный к

условиям фильтрации при температуре 10° С, вычисляют по формуле

= [ (S/H

)/t]*(A

)*( h/T)*864 (1.42)

103

где S — наблюдаемое падение уровня воды в пьезометре,

отсчитанное от первоначального уровня, см; H

— начальный напор,

см; (S/H

) — безразмерный коэффициент, определяемый по

таблице 1.51; t— время падения уровня воды, с;

— площадь сечения пьезометра, см

; A

— площадь кольца,

см

; h —высота образца грунта, равная высоте кольца, см; T = (0,7 +

0,03Т

) — поправка для приведения значения коэффициента

фильтрации к условиям фильтрации воды при температуре 10°С, где

— фактическая температура воды при опыте, °С; 864 — переводной

коэффициент (из см/с в м/сут).

Коэффициент фильтрации вычисляют для каждого отсчета по

пьезометру. За коэффициент фильтрации образца грунта принимают

среднее арифметическое отдельных вычисленных значений.

Коэффициент фильтрации выражают с точностью до второй

значащей цифры.

Значения S/H

и S/H



Таблица 1.51

S/H

S/



S/H

S/



S/H

S/



0.01 0.010 0.34 0.416 0.67 1.109

0.02 0.020 0.35 0.431 0.68 1.139

0.03 0.03 0.36 0.446 0.69 1.172

0.04 0.040 0.37 0.462 0.70 1.204

0.05 0.051 0.38 0.478 0.71 1.238

0.06 0.062 0.39 0.494 0.72 1.273

0.07 0.073 0.40 0.510 0.73 1.309

0.08 0.083 0.41 0.527 0.74 1.347

0.09 0.094 0.42 0.545 0.75 1.386

0.10 0.105 0.43 0.562 0.76 1.427

0.11 0.117 0.44 0.580 0.77 1.470

0.12 0.128 0.45 0.598 0.78 1.514

0.13 0.139 0.46 0.616 0.79 1.561

104

0.14 0.151 0.47 0.635 0.80 1.609

S/H

S/



S/H

S/



S/H

S/



0.15 0.163 0.48 0.654 0.81 1.661

0.16 0.174 0.49 0.673 0.82 1.715

0.17 0.186 0.50 0.693 0.83 1.771

0.18 0.196 0.51 0.713 0.84 1.833

0.19 0.210 0.52 0.734 0.85 1.897

0.20 0.223 0.53 0.755 0.86 1.966

0.21 0.236 0.54 0.777 0.87 2.040

0.22 0.248 0.55 0.799 0.88 2.120

0.23 0.261 0.56 0.821 0.89 2.207

0.24 0.274 0.57 0.844 0.90 2.303

0.25 0.288 0.58 0.868 0.91 2.408

0.26 0.301 0.59 0.892 0.92 2.526

0.27 0.315 0.60 0.916 0.93 2.659

0.28 0.329 0.61 0.941 0.94 2.813

0.29 0.346 0.62 0.967 0.95 2.996

0.30 0.357 0.63 0.994 0.96 3.219

0.31 0.371 0.64 1.022 0.97 3.507

0.32 0.385 0.65 1.050 0.98 3.912

0.33 0.400 0.66 1.079 0.99 4.605

Для расчетов коэффициента фильтрации составляют вспо-

могательные таблицы, разделив формулу для определения

коэффициента фильтрации при 10

С на два множителя:

В = (S/H

)/t и М = (A

)*( h/T)*864 (1.43)

Рекомендуется составить таблицы значении множителя В в за-

висимости oт значения падения уровня воды в пьезометре и значении

множителя М в зависимости от температуры воды при опыте.

1.5. ПОЛЕВЫЕ МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ ГРУНТОВ.

Полевые методы испытаний в условиях природного залегания

грунтов в основании или в различных элементах земляного полотна

предназначены для определения прочностных, деформационных и

фильтрационных свойств на больших объемах, с сохранением

105

структурных связей, соотношения жидкой и газообразной компонент

систем, с целью оценки и количественного прогноза поведения

грунтов в конкретных инженерно-геологических условиях.

Общие требования к методам полевого определения

характеристик физико-механических свойств грунтов приведены в

государственном стандарте (ГОСТ 30672). Метод определения

характеристик физико-механических свойств грунтов устанавливают в

программе испытаний в зависимости от стадии проектирования,

грунтовых условий, вида и уровня ответственности проектируемых

зданий и сооружений. Область применения методов полевых

испытаний грунтов в зависимости от вида грунта приведена в таблице

1.52. Полевые испытания проводят непосредственно на поверхности

грунта, в массиве грунта или в опытных горных выработках (котло-

ванах, шурфах, дудках или буровых скважинах). Точки проведения

испытаний или опытные горные выработки закрепляют временными

знаками с использованием геодезических методов. Планово-высотная

привязка этих точек должна контролироваться после проведения

испытания. Испытания просадочных грунтов, проводимые с замачива-

нием, следует выполнять на специально отводимой опытной пло-

щадке. Полевые испытания проводят непосредственно на

поверхности грунта, в массиве грунта или в опытных горных

выработках (котлованах, шурфах, дудках или буровых скважинах).

Точки проведения испытаний или опытные горные выработки

закрепляют временными знаками с использованием геодезических

методов. Планово-высотная привязка этих точек должна кон-

тролироваться после проведения испытания. Испытания просадочных

грунтов, проводимые с замачиванием, следует выполнять на

специально отводимой опытной площадке.

Методы полевых испытаний грунтов

Таблица 1.52

Характеристика Метод Область применения

106

грунта определения метода

Влажность Нейтронный Все грунты

Плотность Радиоизотопный

Пески, глинистые и

крупнообломочные,

содержащие включения

размером более 70 мм

не более 20 % по массе

Коэффициент

фильтрации

Налив в шурфы и

скважины. Нагнетание

воды (воздуха) в

скважины

Выше уровня

грунтовых вод

Откачка воды из

скважин, шурфов

Ниже уровня

грунтовых вод

Глубина сезонного

промерзания

Мерзлотомеры Все дисперсные

грунты

Деформируемость

немерзлых грунтов:

Модуль

деформации

Относительная

просадочность

Статическое

нагружение штампов

в выработках или в

массиве, применение

прессиометров или

дилатометров.

Все дисперсные

грунты

Нагружение штампов

по схеме двух кривых

Глинистые

пылеватые грунты

(просадочные

разновидности)

Прочность

немерзлых грунтов:

угол внутреннего

трения, удельное

сцепление

сопротивление

срезу

Консолидированный и

неконсолидированный

срез целиков,

поступательный или

кольцевой срезы

Все дисперсные

грунты кроме

набухающих,

просадочных и

засоленных.

Вращательный срез

крыльчаткой

Глинистые с I

0.75 и органо-

минеральные грунты

Полевые испытания проводят непосредственно на поверхности

грунта, в массиве грунта или в опытных горных выработках (котло-

ванах, шурфах, дудках или буровых скважинах). Точки проведения

испытаний или опытные горные выработки закрепляют временными

знаками с использованием геодезических методов. Планово-высотная

привязка этих точек должна контролироваться после проведения

испытания. Испытания просадочных грунтов, проводимые с замачива-

107

нием, следует выполнять на специально отводимой опытной пло-

щадке.

Способы проходки выработок для испытаний должны обес-

печивать сохранение ненарушенного сложения грунта и его природной

влажности.

При испытании мерзлого грунта забой выработки зачищают до

ненарушенного мерзлого грунта. Места проведения испытаний

должны быть защищены от проникновения поверхностных вод и

атмосферных осадков, а в зимнее время — от промерзания. Приборы

и оборудование должны быть защищены от непосредственного

воздействия солнечных лучей, сильного ветра и атмосферных

осадков. После проведения испытаний горную выработку, пройденную

в процессе испытания и не переданную заказчику для продолжения

стационарных наблюдений, надлежит затампонировать грунтом и при

необходимости закрепить с соответствующей маркировкой (номер

выработки, организация и т.п.). Площадку испытания следует очистить

от мусора и восстановить почвенно-растительный слой в местах, где

он был нарушен в результате испытаний грунта.

За результат испытаний принимают среднеарифметическое

значение параллельных определений, предусмотренных для соот-

ветствующего метода. Погрешность измерений при испытаниях не

должна превышать:

0,1 мм — при измерении деформаций грунта и отказов свай; 5 %

— при измерении прикладываемой нагрузки от ступени нагрузки; 0,1

°С — при измерении температуры грунта.

При обработке результатов испытаний модуль деформации

грунта вычисляют с точностью 1 МПа при Е более 10 МПа; 0,5 МПа —

при Е от 2 до 10 МПа; 0,1 МПа — при Е менее 2 МПа; начальное

просадочное давление — 0,1 МПа; относительную просадочность —

0,001; сопротивление грунта срезу — 0,01 МПа; угол внутреннего тре-

ния — 1°; удельное сцепление — 0,01 МПа.

108

Все конструкции установок для проведения испытаний должны

быть рассчитаны на нагрузку, превышающую на 20 % наибольшую

нагрузку, предусмотренную программой испытаний. Домкраты должны

быть предварительно оттарированы, а насосные станции

гидравлических домкратов со шлангами — проверены на

герметичность. После окончания монтажа установки для проведения

испытаний следует проверить правильность и надежность сборки всей

установки и ее отдельных узлов, а также безопасность работы во

время испытаний. При необходимости нагнетания воды в опытные

скважины трубопроводы и другие конструкции должны быть

рассчитаны на напоры, превышающие на 50 % напоры,

предусмотренные программой испытаний. Все оборудование,

используемое при испытаниях грунтов, должно подвергаться

периодическим проверкам в соответствии с паспортными данными.

Механизмы и устройства для создания давления на грунт (прес-

сы, прессиометры, крыльчатки, зонды и пр.) должны обеспечивать:

- центрированную (соосную) передачу нормальной нагрузки на

грунт и ее вертикальность;

- приложение касательной нагрузки в строго фиксированной

плоскости среза, перпендикулярной к плоскости приложения нор-

мальной нагрузки;

- возможность нагружения грунта ступенями или непрерывно при

заданной постоянной скорости деформирования грунта;

- постоянство давления на каждой ступени нагружения.

Устройства и приборы, используемые для измерения дефор-

маций и нагрузок, должны обеспечивать погрешности измерений не

более указанных ранее. Измерительные приборы должны

периодически (согласно паспорту) подвергаться метрологическим

поверкам и иметь ведомость поправок в пределах рабочего диапазона

каждого прибора. Перед их отправкой на место испытаний проводят

109

внеочередную поверку. При применении приборов с ионизирующими

излучениями должны соблюдаться правила техники безопасности,

изложенные в инструкциях к этим приборам. Части установок и

приборы, соприкасающиеся с водой, должны быть изготовлены из

коррозионно-стойких материалов.

1.4.1 Метод испытания штампом

Испытания методом штампа естественных грунтовых оснований

земляного полотна следует производить в соответствии с

требованиями ГОСТ 20276. Испытание грунта штампом производят

для определения следующих характеристик деформируемости:

модуля деформации Е для крупнообломочных грунтов, песков,

глинистых, органо-минеральных и органических грунтов; начального

просадочного давления р

, относительной деформации

просадочности



для просадочных глинистых грунтов при

испытании с замачиванием, кроме набухающих и засоленных грунтов

при испытании с замачиванием. Характеристики определяют по

результатам нагружения грунта вертикальной нагрузкой с помощью

штампа. Результаты испытаний оформляют в виде графиков

зависимости осадки штампа от нагрузки. При испытании грунта в

шурфе размеры шурфа определяют в зависимости от необходимости

крепления его стен и глубины проходки. Минимальные размеры

шурфа в плане — 1,5 х 1,5 м. Замачивание просадочных грунтов при

испытаниях в котлованах следует проводить до степени влажности S

> 0,8 на глубину не менее двух диаметров штампа ниже его подошвы.

Примечание — Для контроля влажности грунтов допускается

применять радиоизотопный метод.

В состав установки для испытания грунта штампом должны

входить:

110