Проектирование и строительство нормативно-методические документы arrow Тоннели и метрополитены arrow Наставление по испытаниям грунтов в массивах  
22.01.2018
    
Наставление по испытаниям грунтов в массивах

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

НАСТАВЛЕНИЕ ПО ИСПЫТАНИЯМ ГРУНТОВ
В МАССИВАХ

Одобрено Главтранспроектом

Москва 1981

ПРЕДИСЛОВИЕ

Для повышения информативности изысканий, точности и надежности инженерно-геологического обоснования проектов дорожных сооружений и их комплексов существенное значение имеет развитие испытаний грунтов в массивах. Методика ряда испытаний регламентирована государственными общесоюзными стандартами и описана в методических руководствах. Однако технология применения полевых испытаний грунтов при дорожных изысканиях нигде не охарактеризована, она специфична и обусловливает необходимость применения при испытаниях специализированных технических средств и методики работ, отличных от используемых при площадных изысканиях.

Наставление по испытаниям грунтов в массивах составлено на основе результатов выполненных в ЦНИИСе экспериментальных исследований, проектно-конструкторских разработок и обобщения опыта инженерно-геологических изысканий. В работе наряду с общими для всех отраслевых изысканий положениями, установленными действующими нормативными и методическими документами, охарактеризованы специфические особенности испытаний в массивах грунтов оснований, среде и материалах проектируемых дорожных сооружений и грунтов - объектов разработки при транспортном строительстве.

Наставление разработано канд. геол.-мин. наук М. К. Дружининым в лаборатории инженерной геологии и геофизики ЦНИИСа Минтрансстроя при участии ее сотрудников.

Зам. директора института                                                   Зав. отделением

изысканий и проектирования

железных дорог

Н. Б. Соколов                                                                 А. М. Козлов

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Основной целью полевых испытаний следует считать повышение информативности инженерно-геологических изысканий и надежности определения прочности, деформативных и фильтрационных свойств грунтов в массивах, включая и массивы техногенного происхожденияемляные сооружения, подсыпки при планировках и заменах, отвалы и др.).

1.2. В число специфических задач испытаний входят:

- изучение состояния и свойств грунтов, монолитные образцы и керны которых для лабораторных испытаний отобрать невозможно рупнообломочных грунтов, водоносных и сыпучих песков, глинистых грунтов агрегатного сложения, некоторых илов, подверженным тиксотропным превращениям и при малейших воздействиях разжижающихся, и др.);

- учет масштабного эффекта, являющегося следствием макронеоднородности массива при относительной однородности состава, сложения, состояния и свойств грунта в монолитном образце (керне);

- непосредственное определение максимальной и структурной прочности грунтов в массиве;

- моделирование в массиве напряжений, возникающих при техногенных воздействиях на грунты-основания и среду проектируемых сооружений и зданий (бытовом плюс проектном давлениях, разгрузке массива вскрытием в нем строительных выработок, подтоплении и дренаже и др.);

- моделирование поведения грунтов в замачиваемых, оттаивающих, промораживаемых, набухающих, проседающих массивах, при явлениях тиксотропии и др.;

- моделирование взаимодействия грунтов и свай в массиве.

В гидроэнергетическом и некоторых других видах строительства в полевых испытаниях устанавливают также естественное напряженное состояние грунта в массиве на заданной глубине (бытовое и поровое давления, диагенетические и постгенетические напряжения и др.).

1.3. В состав полевых испытаний следует включать определение объемной массы грунтов в массиве способом лунок и изучений макронеоднородности толщи грунта путем микропенетрации с поверхности обнажения или в бортах и на дне разведочных и строительных выработок.

1.4. На дорожных изысканиях надлежит применять:

- статическое зондирование грунтов в массиве;

- динамическое зондирование;

- вращательный срез глинистых грунтов в массиве;

- сдвиги и раздавливание целиков;

- прессиометрию грунтов в скважинах;

- опытные откачки из обводненных массивов.

1.5. В особых случаях (оговоренных ниже в технологической части Наставления) следует выборочно применять:

- испытания грунтов статическими нагружениями на штампы в шурфах и скважинах;

- испытания мерзлых грунтов статическими нагружениями на горячие штампы в шурфах;

- опытные вдавливания, забивания и выдергивания свай, в том числе с оттаиванием грунтов;

- опытные замачивания грунтов в котлованах.

При возможности перечисленные работы следует возлагать на договорных началах на специализированные местные территориальные изыскательские и строительные организации, располагающие обученными специалистами, рабочей силой и необходимыми аппаратурой и механизмами. В последнем случае полевые испытания надлежит выполнять в начальный период строительства при продолжающемся рабочем проектировании дорожных объектов.

1.6. Методика ряда испытаний грунтов в массивах регламентирована государственными стандартами Союза ССР и другими нормативными документами:

19912-74. Грунты. Метод полевого испытания динамическим зондированием.

20069-74. Грунты. Метод полевого испытания статическим зондированием.

СН 448-72. Указания по зондированию грунтов для строительства. Госстрой СССР.

21719-80. Грунты. Метод полевых испытаний на срез в скважинах и массиве.

23741-79. Грунты. Методы полевых испытаний на срез в горных выработках.

5686-78. Сваи. Методы полевых испытаний.

12374-77. Грунты. Метод полевого испытания статическими нагрузками.

23253-78. Грунты. Методы полевых испытаний мерзлых грунтов.

20276-74. Грунты. Метод полевого определения модуля деформации прессиометрами.

23278-78. Грунты. Методы полевых испытаний проницаемости.

24546.-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 грунтов;

прерывистость прочих испытаний, осуществляемых, как правило, в отдельных точках, слоях или областях массива (опытные откачки, замачивания, испытания свай);

различные объемы испытываемых грунтов от нескольких кубических сантиметров (микропенетрация) до десятков кубических метров (опытные откачки и замачивания, нагружения на штампы);

различные линейные размеры испытываемых объемов по вертикали и горизонтали, обусловливаемые главным образом размерами рабочих устройств (диаметром и высотой крыльчаток, диаметром штампа, определяющим мощность напряженной под ним зоны массива).

1.8. При программировании полевых испытаний следует принимать во внимание особенности, ограничивающие их возможности:

- учитывать анизотропию свойств грунтов в массиве вдоль и поперек напластования и по вертикали не представляется возможным. В испытаниях грунтов прессиометром грунт обжимается по горизонтали, тогда как в зоне напряжений от веса здания, сооружения и от бытового давления он сжимается по вертикали - в направлении силы тяжести. Лопасти крыльчатки сдвигают грунт поперек напластования, а выдавливается грунт на основания (насыпи, фундамента и др.) по слоистости;

- в лопастном испытании находят суммарные величины максимальной, минимальной и длительной (после разрушения крыльчаткой структурных связей) прочности грунта без ее расчленения на внутреннее трение и сцепление);

- если водоносный горизонт неоднороден, включает линзы и прослои пород с разной водопроницаемостью, то при опытных откачках получают некоторую усредненную величину коэффициента фильтрации горизонта в целом;

- в зону напряжений от нагружаемого штампа могут попасть грунты нескольких инженерно-геологических элементов (тонкие слои разных по составу, сложению и состоянию грунтов) с различными деформативными свойствами, а найденный модуль деформации будет характеризовать всю эту зону;

- в большинстве полевых испытаний нельзя определить ожидаемые на период эксплуатации сооружения плотность, прочность и деформативные свойства изучаемого грунта основания, проектируемого откоса и др. Только в моделирующих испытаниях нагружениями на штампы, специально обводняемые, осушаемые, оттаянные или промороженные, набухшие и тиксотропно упрочненные грунты и при опытных замачиваниях просадочных и набухающих грунтов возможно получение прогнозных данных;

- при возможностях современной испытательной аппаратуры глубины полевых испытаний грунтов не превышают, как правило, 20 м.

1.9. При назначении испытаний в массивах следует учитывать возможности различных методов, применяемых для изучения тех или иных свойств грунтов:

- микропенетрацию, статическое и динамическое зондирования, прессиометрию и испытания свай следует проводить в песчаных и глинистых, в том числе просадочных и набухающих грунтах;

- испытания статическими нагрузками на штампы, сдвиги и раздавливания целиков, обрушения и выпирания призм в выработках, определения плотности возможны в крупнообломочных, песчаных и глинистых грунтах, в том числе с обломочными включениями;

- опытные замачивания надлежит выполнять на участках распространения просадочных и набухающих грунтов;

- вращательный срез с поверхности массива или в забое скважины нужно применять в глинистых грунтах от текучей до тугопластичной консистенции, в илах и торфах;

- опытные откачки выполняют из водоносных горизонтов, где водовмещающими являются породы с хорошей водоотдачей, включая некоторые супеси.

1.10. При изучении грунтов оснований рекомендуется применять в комплексе:

- зондирования песчаных грунтов и испытания свай;

- статическое зондирование и штамповые испытания замачиваемых просадочных лессовых грунтов;

- прессиометрию и статические нагружения на штампы в шурфах и скважинах на глинистые и песчаные грунты.

Коррелируя результаты различных испытаний одного и того же грунта одного инженерно-геологического элемента на объекте изысканий и проектирования или в пределах данного инженерно-геологического участка, можно в дальнейшем сократить объемы или вообще отказаться от проведения трудоемких, дорогих и длительных испытаний свай, статических нагружений на штампы и др. и применять в основном статическое и динамическое зондирования, прессиометрию, вращательный срез.

При сравнении результатов штамповых испытаний и прессиометрии, вращательного среза и сдвигов целиков могут быть определены коэффициенты анизотропии сжимаемости и прочности 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 сооружений и как объекты разработки при строительстве. Поэтому в зависимости от характера использования один и тот же грунт подвергают различным испытаниям.

2.2. Основные области и виды испытаний различных грунтов в массивах охарактеризованы в табл. 1.

Микропенетрация

2.3. Испытания надлежит начинать с микропенетрации грунтов в обнажениях, расчистках, на дне и стенках выработок. Основными задачами микропенетрации являются [1, 2]:

- расчленение однородных по визуальным признакам толщ на индивидуальные слои песчаных и глинистых грунтов, различающихся по влажности, консистенции, плотности и прочности;

- уточнение границ выделенных при разведке и опробовании пластов и инженерно-геологических элементов.

Приемы истолкования результатов микропенетрации толщ грунтов на откосе дорожной выемки показаны на рис. 1.

Рис. 1. Расчленение внешне однородной толщи грунта в откосе выемки на индивидуальные слои по результатам микропенетрации. Точки микропенетрации (уколы) нанесены в масштабе предельного напряжения сдвига (удельного сопротивления пенетрации) по горизонтали в створах

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.

Отрывают шурф сечением 55 × 55 или 60 × 60 см и глубиной 50 см и извлекают из него грунт. При этом все неровности дна и станок по возможности заравнивают тем же грунтом или взятым из него мелкоземом (суглинком и др.). Извлеченный грунт взвешивают на торговых весах с точностью до 5 г. Из грунта в металлические бюксы отбирают не менее 6 проб на влажность глинистого и песчаного материала.

Стальным метром с миллиметровыми делениями в 17 местах (по три на каждую из четырех стенок и пять ко дну шурфа) измеряют глубину шурфа. Для измерений ко дну на верх шурфа кладут рейку по диагонали. Определяют глубину на пересечении и по серединам половин диагоналей. Вычисляют среднее арифметическое 17 измерений с точностью до 1 мм. Длину и ширину шурфа измеряют дважды на каждой стенке и дважды по серединам его по дну и сверху. Вычисляют среднее из 12 измерений.

Для вычислений объема шурфа, влажности, объемной массы грунта и объемной массы скелета грунта надлежит в полевых условиях пользоваться переносным микрокалькулятором, позволяющим вычислять восьмизначные числа. Масса прибора 0,2-0,3 кг.

В гравии, дресве, галечнике и щебне неровности стенок шурфа загладить удается не всегда. По предложению Г. К. Бондарика [1] для определения объема шурфа применяют мерный куб, представляющий собой ящик с ребром 50 см. Ящик весь или одна из его стенок сделаны из плексигласа. На стенке нанесена шкала объемов. Объем куба V0 известен1.

1 Если мерный куб установлен в шурфе так, что его верхний край выдается над поверхностью земли, то за объем принимают объем части куба, фиксируемый по отметке шкалы, находящейся вровень с поверхностью.

В мерный куб совком насыпают сухой среднезернистый песок, не содержащий крупных включений, выравнивают поверхность песка в кубе и по мерной шкале на его прозрачной стенке отмечают объем засыпанного песка V1.

Песком из мерного куба выравнивают дно шурфа с таким расчетом, чтобы отметка шкалы, фиксирующая верхний край куба либо определенный объем, находилась вровень с поверхностью земли. Куб устанавливают в шурфе и пазухи между его стенками и стенками шурфа засыпают песком из куба с помощью совка. Линейкой выравнивают поверхность песка, оставшегося в мерном кубе. Извлекают куб из шурфа и отмечают объем оставшегося в кубе песка V2. Объем шурфа находят суммированием

V = V0 + (V1 - V2).                                                         (3)

Зондирования грунтов

2.5. Зондирования песчаных и глинистых грунтов в массиве наиболее частые и применяемые ранее других полевые испытания. По результатам зондирований планируют или уточняют программы прочих испытаний в массиве, а также лабораторного опробования грунтов.

Статическое зондирование возможно при содержании в грунте до 25 % крупнообломочных включений, а динамическое - до 40 %.

Динамическое зондирование менее трудоемко и проще в исполнении, нежели статическое, но область его применения уже, поскольку ему нельзя подвергать пылеватые водонасыщенные пески, мягко- и текучепластичные и текучие глины и суглинки, пластичные и текучие супеси.

Зондирования в сочетании с другими полевыми и лабораторными методами изучения грунтов применяют для следующих целей:

- выделения индивидуальных слоев (глубины залегания, мощности, границ распространения в плане), а в сферах воздействия на массивы, среду и основание различных сооружений и зданий инженерно-геологических элементов (грунтов разного состава, сложения и состояния);

- оценки однородности грунтов в массиве по площади и глубине, главным направлениям изменчивости в пространстве;

- определения глубин залегания кровли скальных, крупнообломочных и мерзлых грунтов;

- приближенной количественной оценки прямых показателей свойств грунтов (плотности, угла внутреннего трения, модуля деформации, относительной просадочности и др.);

- определения сопротивления грунтов под сваей и по ее боковой поверхности;

- установления степени уплотнения и упрочнения во времени насыпных грунтов техногенного происхождения и грунтов оснований.

Зондирования надлежит проводить в следующих случаях:

- на участках индивидуального проектирования земляного полотна (полотна на косогорах, высоких насыпях и глубоких выемках, деформирующихся насыпях и др.);

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

- у порталов, а при неглубоком заложении и по оси проектируемых в песчано-глинистых массивах тоннелей;

- в местах размещения проектируемых многоэтажных зданий (вокзалов, локомотивных депо и др.) и ответственных сооружений на станциях и в поселках, промышленных предприятий дорожного транспорта;

- на месторождениях строительных материалов и грунтов, отвалах горных производств и промышленных предприятий.

На изучаемом отдельном инженерно-геологическом участке для индивидуального несущего слоя основания здания или сооружения (инженерно-геологического элемента в зоне напряжений) следует выполнять не менее шести зондирований.

Чаще всего зондирования рекомендуется сочетать с испытаниями свай, статическими нагружениями на штампы в скважинах, лабораторными определениями прочности и деформативных свойств грунтов несущих слоев в основаниях проектируемых сооружений и зданий, в особенности на мостовых переходах и строительных площадках.

Динамическое зондирование

2.6. Требованиям ГОСТ 19912-74 и СН 448-72 и оборудованию для динамического зондирования грунтов отвечает установка УБП-15М (буровая пенетрационная модернизированная) для ударноанатного бурения скважин на глубину до 15 м (рис. 3), выпускаемая Угличским заводом Гидропроекта в комплекте с навесным приспособлением для зондирования ис. 4) [3, 4].

Техническая характеристика

Номинальная глубина зондирования, м                                                             20

Высота падения молота, м                                                                                   0,8

Масса молота1, кг                                                                                                  60

Мощность двигателя УД-2 при частоте вращения 3000 об/мин, кВт              6

Габариты установки в транспортном положении, м:

длина                                                                                                                      4,05

высота                                                                                                                     2,27

ширина                                                                                                                   1,85

Общая масса, кг                                                                                                     1100

1 Можно подобрать молоты и с иной массой.

Навесное приспособление состоит из ударника, свободно перемещающегося по направляющей штанге, и устройства для подъема ударника и автоматического сбрасывания его с определенной высоты. Ударник, находящийся в нижнем положении, захватывается кулачками и с помощью траверсы поднимается вверх. Кулачки имеют выступы, которые входят в продольные пазы направляющей штанги; пазы в свою очередь в верхней части направляющей штанги оканчиваются сбегом, при достижении которого (подъеме ударника) кулачки раздвигаются и освобождают молот.

Ударник сбрасывается на высоте 0,8 м над переходником, служащим для передачи зондирующим штангам энергии удара. При массе ударника 60 кг энергия ударов от начала и до конца зондирования постоянна и равна 470 Дж.

Рис. 3. Буровая пенетрационная установка УБП-15М (а) с инвентарным коническим (б) и съемным коническим (в) наконечником:

n>

Документ сокращен, так как он очень большой. Для просмотра полной версии этого документа пройдите по ссылке Бесплатный заказ нужного документа

 
< Пред.   След. >
Полезное:   https://www.pravsistem.ru/services/aliments/ адвокат по алиментам А. Редькин