РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ФИЗИЧЕСКИХ, ПРОЧНОСТНЫХ И ДЕФОРМАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МЕРЗЛЫХ И ОТТАИВАЮЩИХ КРУПНООБЛОМОЧНЫХ, ПОЛУСКАЛЬНЫХ И СИЛЬНОВЫВЕТРЕЛЫХ СКАЛЬНЫХ ГРУНТОВ

В Рекомендациях изложена методика проведения полевых испытаний мерзлых и оттаивающих крупнообломочных, полускальных и сильновыветрелых скальных грунтов размером обломков свыше 15 см с целью получения расчетных характеристик их прочности и деформируемости, используемых в инженерной практике.

Рекомендации предназначены для использования их при строительстве в районах распространения вечномерзлых круннообломочных, полускальных и скальных грунтов.

Применение Рекомендаций дает возможность повысить качество изысканий, сократить их сроки и полноценнее использовать вечномерзлые грунты при возведении сооружений.

Рекомендации составлены институтом Оснований и подземных сооружений Госстроя СССР (докт. техн. наук С.С.Вялов, канд. геол.-минерал. наук Н.К.Пекарская, канд. геол.-минерал. наук Р.В.Максимяк) и институтом Фундаментпроект Минмонтажспецстроя СССР (канд. техн. наук А.А.Колесов, А.И.Кузеняткин, М.А.Ро, Н.Ф.Веселова) на основании опыта работ института Фундаментпроект с учетом материалов других организаций, выполняющих работы по данной тематике.

Рекомендации одобрены решением секций Научно-технического совета НИИ оснований и подземных сооружений и рекомендованы к изданию.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Полевые методы испытаний грунтов разработаны впервые и ставят целью унификацию методов определения расчетных характеристик прочности и деформируемости.

1.2. Настоящие Рекомендации предназначены для использования их при изысканиях для строительства сооружений на крупнообломочных, полускальных и сильновыветрелых скальных грунтах с размерами обломков свыше 15 см.

1.3. Действующие в настоящее время нормативные документы не распространяются на вечномерзлые грунты, содержащие обломки размером более 15 см (ГОСТ 23253-78*).

________________

* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ 20276-99. - Примечание изготовителя базы данных.     

На методы полевых испытаний на сдвиг указанного вида грунтов нормативные документы до настоящего времени вообще отсутствуют.

1.4. Полевые испытания проводятся в соответствии с техническим заданием на проведение инженерно-геологических исследований для определения комплекса физических, прочностных и деформативных свойств грунтов, а именно: плотности; суммарной влажности; гранулометрического состава; сопротивления сдвигу (по результатам испытаний целиков грунта); осадки при оттаивании для расчета модуля деформации, а также коэффициентов оттаивания и сжимаемости (по результатам испытаний грунтов горячим штампом).

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ

2.1. Исходные положения

2.1.1. Плотность однородных песчаных и глинистых грунтов (глин, суглинков, супесей, песков) с содержанием крупнообломочного материала до 10% определяется согласно ГОСТ 5182-78* (методы режущих колец и парафинирования).

________________

* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ 5180-84. - Примечание изготовителя базы данных.     

2.1.2. Плотность грунтов с содержанием крупнообломочного материала более 10% и размером обломков до 20 см, сильнотрещиноватых, неоднородных по составу грунтов следует определять полевым методом на достаточно больших объемах грунта (порядка 20000 см).

2.2. Оборудование

2.2.1. Для определения плотности грунтов в полевых условиях применяется следующее оборудование: прибор-плотномер конструкции института Фундаментпроект ПФ-2 (рис.1), весы рычажные передвижные марки РП-100 Ш13 грузоподъемностью до 100 кг; контейнеры для транспортировки грунта к месту высушивания и грохочения (кюветы или любая тара); специальная лопатка (ложка) для отрытия лунки при определении плотности; зубило (рыхлитель); молоток; кисточка (щетка) щетинная.

Рис.1. Схема прибора ПФ-2 для определения плотности грунтов в полевых условиях, а - положение прибора при взятии нулевого отсчета; б - выкапывание лунки; в - положение прибора при взятии конечного отсчета

2.2.2. Прибор для определения плотности (рис.1) состоит из: цилиндра, механизма, приводящего в движение поршень; воздухосборника, устройства для измерения объема жидкости, требуемой для замещения грунта; механизма крепления резиновой оболочки; шаблона; свайки (штыри).

2.2.3. Цилиндр 1, вмещающий рабочую жидкость (в качестве которой летом используется вода, зимой - антифриз), имеет диаметр 309 мм (площадь поперечного сечения - 750 см), высоту  350 мм. В нижней торцовой части цилиндра имеется наружная выточка, куда закрепляется резиновая оболочка 11, верхняя торцевая часть цилиндра закрывается крышкой.

2.2.4. Механизм, приводящий в движение поршень, состоит из ведущей гайки 5, помещенной между подшипниками в специальной втулке, жестко связанной с крышкой прибора, и винтового полого штока 3, жестко связанного с поршнем 2 стопорной гайкой. Один оборот ведущей гайки обеспечивает поступательное движение поршня (через винтовой шток) на 1 см. Вращение гайки осуществляется штурвалом 4, жестко связанным с ведущей гайкой.

2.2.5. Воздухосборник 6 резьбовым соединением через переходник связан с полым штоком и служит для сбора воздуха из внутренней полости цилиндра и выпуска его посредством отвинчивания на 2-3 оборота пробки 7 воздухосборника (воздух в цилиндр попадает в процессе заправки прибора жидкостью).

2.2.6. Устройство для измерения объема жидкости, замещающей грунт, взятый для опыта, состоит из нижнего лимба 8, по окружности которого нанесены 27 делений (цена каждого деления составляет 750 см, и верхнего лимба-нониуса 9 с ценой деления 7,5 см. Нониус жестко связан с ведущей гайкой 5, поворот которой на один оборот (зубчатым сектором через зубчатый венец и промежуточную шестеренку) обеспечивает поворот нижнего лимба на одно деление. Положение лимба после каждого оборота фиксируется специальным шариковым фиксатором.

2.2.7. Механизм крепления резиновой оболочки состоит из прижимного кольца 10, шпилек с гайками и бобышек, приваренных к крышке прибора. Надетая на цилиндр (в его нижней торцевой части) резиновая оболочка 11 вплотную прижимается к торцу цилиндра прижимным кольцом.

2.2.8. Шаблон 12 служит для ограничения в плане размера лунки (зумпфа) при отборе грунта для опыта, а также является основанием прибора при определении объема грунта, взятого для опыта.

2.2.9. Свайки-штыри 13 предназначены для крепления шаблона к грунту с целью предотвращения смещения шаблона в процессе отрытия зумпфа и проведения испытания.

2.3. Проведение испытаний

2.3.1. На забое выработки (расчистки, шахты) выравнивается площадка размером 50х50 см, на которой устанавливается и крепится к грунту штырями шаблон 12. Шаблон должен плотно прилегать к грунту, особенно в пределах его внутренней окружности. В тех случаях, когда забивка штырей становится невозможной, крепление прибора следует осуществлять с помощью специального распорного устройства.

2.3.2. Прибор, подготовленный к проведению испытания (залитый жидкостью и заправленный резиновой оболочкой), устанавливается на шаблон и крепится к последнему стопорными винтами (см. рис.1, а). При установке прибора на шаблон необходимо следить, чтобы резиновая оболочка была заправлена во внутрь цилиндра и исключалась возможность защемления ее между шаблоном и прижимным кольцом.

2.3.3. Вращением штурвала поршень в цилиндре перемещается вниз до тех пор, пока на манометре 14 не будет зафиксировано давление 0,1-0,2 кг/см.

2.3.4. На шкалах мерного лимба 8 и нониуса 9 берется отсчет . При этом резиновая оболочка под действием давления в жидкости плотно облегает все неровности поверхности грунта, ограниченного окружностью шаблона.

В воздухосборнике 6 при взятии отсчета на лимбе не должно быть воздуха; при наличии последнего он удаляется открытием пробки воздухосборника.

2.3.5. Поршень поднимается вверх, при этом жидкость в цилиндре поднимается в верхнюю его часть, увлекая за собой резиновую оболочку.

2.3.6. Прибор снимается с шаблона и устанавливается на подставку.

2.3.7. Грунт, ограниченный окружностью шаблона, выбирается лопаткой на глубину 25-30 см (см. рис.1, б). Сцементированные крупнообломочные отдельности или мерзлые разности грунтов предварительно взрыхляют зубилом или отбойным молотком. При извлечении грунта из лунки следует соблюдать предосторожности с тем, чтобы не разрыхлить стенок лунки, избежать образования в них глубоких ниш и острых выступов обломков скальных пород. Острые углы и грани обломков в стенках лунки притупляют (сглаживают) легкими ударами молотка.

2.3.8. Весь грунт, извлеченный из лунки, собирается в кювет (тару) с крышкой и взвешивается. Вес грунта записывается в рабочий журнал (прил.1, а).

2.3.9. На шаблон вторично устанавливается прибор, создается давление и берется отсчет , как описано в пп.2.3.2-2.3.4. (см.рис.1, в).

2.3.10. Поршень прибора поднимается вверх. Прибор снимается с шаблона и устанавливается на подставку. На этом определение плотности считается завершенным.

2.4. Обработка результатов

2.4.1. По полученным результатам полевых определений (, и ) вычисляется плотность грунта, кг/м, по формуле:

,

где - вес грунта, извлеченного из лунки, кг;

- "нулевой объем", соответствующий объему жидкости, заполняющей все неровности поверхности грунта в пределах внутренней окружности шаблона, см;   

- объем внутренней полости лунки, соответствующий объему грунта, взятого для опыта, см.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СУММАРНОЙ ВЛАЖНОСТИ

3.1. Исходные положения

3.1.1. Методика определения влажности грунтов с включениями обломочного материала менее 10% стандартизирована (ГОСТ 5180-84. Грунты. Метод лабораторного определения физических характеристик. (М., Издательство стандартов, 1985).

3.1.2. Влажность крупнообломочных, полускальных и сильновыветрелых скальных грунтов обусловлена количеством воды, содержащейся в обломках скальных пород и в заполнителе, и определяется в соответствии с указаниями пункта 3.1.3.

3.1.3. При оценке влажности указанного вида грунтов необходимо определять два вида влажности: 1) суммарную - влажность всего образца (крупнообломочных включений вместе с заполнителем), 2) влажность заполнителя. Суммарная влажность крупнообломочных, а также полускальных и сильновыветрелых скальных грунтов определяется в соответствии с указаниями разд.3.2-3.4. Влажность заполнителя определяется по ГОСТ 5180-75*.

________________

* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ 5180-84. - Примечание изготовителя базы данных.     

3.2. Оборудование

3.2.1. Для определения суммарной влажности крупнообломочных грунтов применяется следующее оборудование: сушильный шкаф (размер сушильной камеры - 0,8х0,6х0,6 м); кюветы (тара), предназначенные для транспортировки и высушивания грунта; весы рычажные передвижные РП-100-Ш13 грузоподъемностью до 100 кг; весы технические с разновесами на 1 кг; весы технические с разновесами на 200 г; бюксы алюминиевые для определения влажности мелкозема (заполнителя); термометр с ценой деления 0,5-1 °С и со шкалой до 150 °С.

3.2.2. Сушильный шкаф и кюветы могут быть изготовлены по чертежам, разработанным институтом Фундаментпроект. В качестве источника тепла в сушильном шкафу могут быть использованы электронагреватели с терморегулятором или любые другие устройства. Температура в сушильном шкафу должна поддерживаться 105110 °С.

Кюветы, в которых высушивают грунт, вмещают навеску весом 30-40 кг, если эти кюветы используются в качестве тары для транспортировки грунтов от места отбора к месту высушивания, то они должны иметь крышки с надежным креплением, исключающим потерю частиц грунта в пути.

3.3. Проведение испытаний

3.3.1. Для определения суммарной влажности используется грунт, отобранный при определении плотности. В тех случаях, когда плотность не определяют, для определения суммарной влажности в горной выработке отбирают пробу грунта весом 80-100 кг, из которой квартованием составляется проба весом 20-30 кг.

3.3.2. Если для транспортировки грунта от места отбора к месту высушивания используются кюветы, в которых будет производиться и высушивание грунта, то вес влажного грунта следует определять в поле на месте отбора.

3.3.3. Если грунт в поле (на месте отбора) не взвешивается, то транспортировка его к месту высушивания должна производиться в таре, обеспечивающей сохранность природной влажности. В этом случае взвешивание грунта производится перед установкой пробы в сушильный шкаф. Результаты взвешивания заносятся в журнал испытаний (прил.1, б).

3.3.4. Каждый кювет должен иметь четко выбитые (написанные краской): номер (в двух местах - на корпусе и на крышке) и вес (вес кювета должен проверяться периодически, не реже 1 раза в три месяца).

3.3.5. Образец грунта, предназначенный для определения суммарной влажности, должен иметь этикетку, завернутую в восковую бумагу или помещенную в алюминиевый бюкс, гидроизолированный клейкой пленкой. На этикетке должно быть отмечено: наименование экспедиции (партии); название объекта; наименование горной выработки и ее номер; глубина отбора образца грунта; краткая визуальная характеристика грунта (состав, процентное содержание обломочного материала, заполнителя, и т.д.; вес образца грунта вместе с тарой; дата отбора образца; подпись исполнителя, отобравшего образец и выполнившего взвешивание грунта в поле). Этикетка должна сохраняться до окончания камеральных работ по данному объекту.

3.3.6. Перед установкой в сушильный шкаф с кювета (тары) снимается крышка, извлекается этикетка и согласно ее содержанию заполняется журнал по определению суммарной влажности (см. прил.1, б).

3.3.7. Высушивание грунта производится в течение 6 час при температуре 105 °С, после чего грунт охлаждается, взвешивается и вновь ставится в сушильный шкаф не менее чем на 2 часа. Затем грунт вновь взвешивается; сушка производится до получения постоянного веса навески при двух последующих взвешиваниях.

3.4. Обработка результатов

3.4.1. Суммарная влажность вычисляется по следующему выражению:

,

где - вес влажного грунта с кюветом, г (кг);