4.21. Заключение о качестве работ по уплотнению грунта дают путем сравнения полученных величин объемного веса скелета грунта с требуемой плотностью.
4.22. Коэффициент относительного уплотнения грунта K1 вычисляют для определения фактического объема земляных работ:
(5)
где Vрез - объем грунта (материала), взятого из резерва или выемки;
Vнас - объем того же грунта в насыпи;
или
(6)
где ??ск нас - объемный вес скелета грунта (материала) в насыпи;
ск рез - естественный объемный вес скелета в резерве или выемке.
Для насыпей, уплотненных в соответствии с требованиями настоящей «Инструкции», коэффициент относительного уплотнения K1 для грунтов, как правило, больше, а для каменных материалов меньше единицы.
4.23. Для предварительного определения в резервах или выемках объема грунта, необходимого для возведения насыпей, коэффициент относительного уплотнения принимают по табл. 4.
Таблица 4
Ориентировочные значения коэффициента относительного уплотнения K1
|
Минимальный коэффициент уплотнения грунта насыпи K |
Мелкозернистые грунты |
Каменные материалы при объемном весе скелета, г/см3, в естественном залегании |
Шлаки, отвалы перерабатывающей промышленности |
||||
|
|
пески, супеси, пылеватые суглинки |
суглинки, глины |
лёссы и лёссовидные грунты, черноземы |
1,9 - 2,2 |
2,2 - 2,4 |
2,4 - 2,7 |
|
|
1 |
1,1 |
1,05 |
1,2 |
0,9 |
0,85 |
0,8 |
1,2 - 1,4 |
|
0,95 |
1,05 |
1 |
1,15 |
|
|
|
|
|
0,9 |
1 |
0,95 |
1,1 |
|
|
|
|
4.24. Фактический объем дополнительных работ, вызванных искусственным уплотнением, определяют на основе обследования плотности грунтов (материалов) в резервах и в насыпи.
4.25. Фактический объем земляных работ по каждому участку равен произведению объема грунта (материала) в насыпи на коэффициент относительного уплотнения K1.
4.26. Объемный вес скелета грунта (материала) в земляном полотне устанавливают на основе данных контрольных постов и контрольного определения плотности земляного полотна. Естественная плотность грунтов (материалов) резервов (карьеров) устанавливается полевой лабораторией. Определять естественную плотность рекомендуется в процессе разработки резервов (карьеров) путем отбора проб из стенок забоя или дна резерва по мере его углубления при горизонтальной разработке. Отбирают пробы из расчета одна проба на каждые 1500 - 2000 м3 грунта. При разнородных грунтах (материалах) пробы берут из каждого слоя и определяют при этом его мощность.
4.27. Имея данные о фактической плотности грунта в насыпях, находят средний объемный вес грунта (материала) на определенном участке насыпи.
(7)
где ??ск фак - объемный вес скелета грунта (материала) по данным контрольных постов, г/см3;
п - число точек наблюдений в насыпи.
4.28. На основе данных, полученных при обследовании резервов, определяют естественный объемный вес скелета грунта резерва.
(8)
где ??ск (1) ... ??ск (n) - объемные веса скелета в пробах по отдельным слоям грунта, г/см3;
h1 ... hn - толщины соответствующих слоев, см.
Подставляя полученные значения ск нас и ??ск рез, в формулу (6), получим коэффициент относительного уплотнения K1.
4.29. Все ведомости должны быть подписаны главным инженером и начальником лаборатории.
4.30. В приложении 3 приводится примерный перечень оборудования контрольного поста и полевой лаборатории.
Приложение 1
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ И МАКСИМАЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ МЕТОДОМ СТАНДАРТНОГО УПЛОТНЕНИЯ
Основной метод определения оптимальной влажности и максимальной стандартной плотности cк max мелкозернистых (песчаных и глинистых) грунтов, из которых возводят земляное полотно, - метод стандартного уплотнения.
Стандартное уплотнение производят в приборе Союздорнии. Прибор (рис. 1) состоит из подстаканника, разъемного цилиндра диаметром 100 + 0,1 мм и высотой 127 + 0,1 мм, верхнего стакана, стойки с уплотнителем, груза весом 2,5 кг, ограничительного кольца с винтом, зажимного кольца с зажимными винтами. Вес стойки с уплотнителем и ограничительным кольцом составляет 1,3 - 1,4 кг. Указанные размеры прибора должны быть тщательно выдержаны.
Рис. 1. Прибор Союздорнии для стандартного уплотнения:
1 - подстаканник; 2 - разъемный цилиндр; 3 - верхний стакан; 4 - стойка с уплотнителем; 5 - груз; 6 - ограничительное кольцо; 7 - зажимное кольцо; 8 - зажимный винт
Стандартное уплотнение мелкозернистых грунтов, содержащих частицы крупнее 5 мм не более 5 %
Образец грунта весом 3,5 кг в воздушно-сухом состоянии измельчают и просеивают через сито с отверстиями 5 мм; 2,5 - 3 кг грунта, прошедшего через сито, помещают в чашку и тщательно перемешивают.
При уплотнении связных и особенно высокосвязных грунтов, за начальную влажность может быть принята величина, несколько большая, чем влажность грунта в воздушно-сухом состоянии, но не менее чем на 8 - 10 % отличающаяся от оптимальной. Ориентировочно оптимальная влажность следующая: пески - 8 - 13 %; супеси - 9 - 15 %; суглинки - 12 - 22 %; глины - 16 - 26 %.
Количество воды, необходимое для получения требуемой влажности грунта, определяют по формуле, приведенной в разд. 13 приложения 1.
Подготовленный грунт насыпают в прибор примерно на 1/2 высоты и уплотняют ударами груза весом 2,5 кг, падающего с высоты 30 см. Уплотняют грунт в три слоя, при этом число ударов, приходящееся на каждый слой, равно 1/3 от общего числа. При уплотнении третьего (верхнего) слоя на разъемный цилиндр сверху надевают насадный цилиндр.
Общее число ударов груза принимают: для песков и супесей - 75, для пылеватых супесей, суглинков и глин - 120, для жирных глин - 150.
После окончания уплотнения верхний стакан снимают и выступающий грунт осторожно срезают ножом по верхней кромке разъемного цилиндра.
Разъемный цилиндр с подстаканником, зажимным кольцом и уплотненным грунтом взвешивают с точностью до 1 г и определяют объемный вес влажного грунта по формуле:
(1)
где P1 - вес разъемного цилиндра с подстаканником, зажимным кольцом и грунтом, г;
P2 - вес пустого разъемного цилиндра с подстаканником и зажимным кольцом, г;
V - объем разъемного цилиндра, равный 1000 см3.
После взвешивания из грунта, находящегося в цилиндре, из верхней и нижней его частей, берут по 15 - 20 г в бюксы для определения влажности. Затем грунт из разъемного цилиндра высыпают в чашку. Если грунт удалить из цилиндра затруднительно, то следует отвернуть зажимные винты, зажимное кольцо и подстаканник снять, разъемный цилиндр разобрать на две части и грунт из цилиндра извлечь. Затем в размельченный грунт доливают воду в таком количестве, чтобы увеличить его влажность на 2 - 3 %. Обычно на 3 кг грунта добавляют 50 - 70 см3 воды. Грунт тщательно перемешивают и вновь подвергают уплотнению указанным выше способом, но уже при более высокой влажности. Испытания проводят до тех пор, пока объемный вес влажного грунта не станет уменьшаться при увеличении его влажности. После испытаний и определения влажности по объемному весу сырого грунта находят объемный вес его скелета по формуле
(2)
где - объемный вес влажного грунта, г/см3;
W - влажность грунта, %.
На основании данных, полученных в результате испытаний, вычерчивают кривую зависимости плотности грунта от его влажности (рис. 2).
Рис. 2. Кривая стандартного уплотнения
За оптимальную (Wо) принимают влажность, при которой максимальная плотность, соответствующая наибольшему объемному весу скелета грунта ск max. Эти данные записывают в журнал (форма 1, приложение 2).
Один и тот же образец грунта подвергают стандартному уплотнению не менее двух раз. При этом расхождения в значениях максимальной плотности скелета грунта не должно быть более 0,04 г/см3. При большем расхождении требуется дополнительное стандартное уплотнение.
За расчетное значение максимальной стандартной плотности принимают наибольшее из значений, полученных при двух параллельных испытаниях, имеющих допустимую сходимость.
В связи с тем, что плотность одноразмерного песка (под одноразмерным понимается песок, имеющий коэффициент неоднородности менее 3) мало зависит от влажности, испытания по методу стандартного уплотнения достаточно провести при влажности 10 - 12 %, принимая полученную при этом плотность за максимальную стандартную.
Стандартное уплотнение грунтов, содержащих частицы крупнее 5 мм до 30 %
Максимальную плотность грунтов, содержащих до 30 % частиц каменных пород крупнее 5 мм, определяют методом стандартного уплотнения. Для этого образец грунта в воздушно-сухом состоянии весом не менее 5 кг измельчают и просеивают через сито 5 мм, берут 3 кг грунта, прошедшего через сито, и проводят испытание указанным выше способом.
Для учета влияния на грунт частиц крупнее 5 мм в полученное значение величин максимальной стандартной плотности и оптимальной влажности должны быть введены поправочные коэффициенты. Тогда значения максимальной стандартной плотности ¢ск mах и оптимальной влажности W¢о для грунта с включениями частиц каменных пород крупнее 5 мм могут быть определены по следующим формулам:
(3)
(4)
где ??ск - объемный вес скелета каменных частиц (агрегатов) крупнее 5 мм, г/см3;
ск max - максимальная стандартная плотность для отсеянного грунта менее 5 мм, г/см3;
Wo - оптимальная влажность для отсеянного грунта менее 5 мм, %;
Р - содержание крупных частиц, %.
Объемный вес скелета ск частиц (агрегатов) слабых каменных пород крупнее 5 мм должен быть определен методом парафинирования на образцах материалов ненарушенной структуры, взятых из карьера*.
* Объемный вес частиц, состоящих из прочных кристаллических пород (гранит, базальт и др.), можно определить гидростатическим взвешиванием без предварительного парафинирования или без взвешивания по объему вытесненной жидкости в мерном цилиндре.
Ориентировочные значения объемных весов ск некоторых слабых каменных материалов следующие: известняки - 2 - 2,4 г/см3; песчаники и сланцы - 1,8 - 2,5 г/см3; ракушечники, туфы и др. - 1,2 - 2 г/см3.
Приблизительно значения поправочных коэффициентов в зависимости от процента содержания частиц крупнее 5 мм прочных каменных пород с удельным весом более 2,6 - 2,7 г/см3 могут быть приняты по табл. 5.
Таблица 5
Значения поправочных коэффициентов
|
Содержание частиц крупнее 5 мм, % |
Поправочные коэффициенты |
|
|
|
к максимальной стандартной плотности |
к оптимальной влажности |
|
5 |
1,02 |
0,95 |
|
10 |
1,04 |
0,9 |
|
15 |
1,06 |
0,85 |
|
20 |
1,08 |
0,8 |
|
25 |
1,1 |
0,75 |
|
30 |
1,13 |
0,7 |
Стандартное уплотнение слабых каменных материалов
Плотность слабых каменных материалов, имеющих прочность ниже 4 класса и легко разрушающихся под действием воды или нагрузки, также определяют методом стандартного уплотнения, который является основным методом оценки их уплотняемости. Для этого по общепринятой методике осуществляют стандартное уплотнение дробленых каменных материалов (менее 5 мм).
2. УСКОРЕННЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ И ОПТИМАЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ
Основным методом определения максимальной стандартной плотности и оптимальной влажности грунта является метод стандартного уплотнения в большом приборе Союздорнии.
Для ориентировочного определения максимальной плотности и оптимальной влажности разновидностей грунтов, встречающихся при разработке резервов или карьеров (в том случае, когда перед началом работ не было произведено стандартное уплотнение), если их объем не превышает 1000 - 1500 м3 (см. пп. 2.2, 2.3), при текущем контроле за уплотнением грунтов могут применяться ускоренные методы.
Ориентировочно максимальную плотность можно рассчитать по формуле
где y - удельный вес минеральной части, г/см3;
в - удельный вес воды, г/см3;
Va - объем содержащегося в грунте воздуха при оптимальной влажности, %;
Wo - оптимальная влажность, %.
Удельный вес минеральных частиц грунта (г/см3) принимают: супесь пылеватая - 2,66, супесь - 2,68, суглинок - 2,69 - 2,71, глина - 2,72 - 2,74.
Удельный вес тяжелых глин и грунтов с большим содержанием солей и органических веществ определяют в лаборатории (удельный вес основных видов грунтов резерва также рекомендуется в каждом отдельном случае определять в лаборатории).
Различные грунты при оптимальной влажности содержат воздух в количестве: супесь - 6 - 8 %, суглинок - 3 - 4 %, глина - 4 - 5 %.
Оптимальная влажность Wo, %, может быть определена по влажности границы текучести
Wo = Wт, (6)
или по влажности границы раскатывания:
Wo = Wр - а, (7)
