При осмотре грунтов в шурфах отбирают характерные образцы весом 3 - 3,5 кг для исследований в лаборатории. Каждый образец, отправляемый в лабораторию, должен быть снабжен паспортом с указанием места и даты взятия пробы и мощности данного слоя грунта.
Рис. 118. Прибор Союздорнии для стандартного уплотнения:
1 - подстаканник; 2 - разъемный цилиндр; 3 - груз; 4 - ограничительный винт; 5 - стойка с уплотнителем; 6 - верхний стакан; 7 - зажимное кольцо; 8 - зажимной винт
6. Для наиболее характерных, грунтов в лаборатории определяют оптимальную влажность и максимальную плотность методом стандартного уплотнения.
Определение оптимальной влажности и максимальной плотности методом стандартного уплотнения
7. Оптимальную влажность и максимальную плотность грунтов, из которых устраивают земляное полотно, определяют в приборе для стандартного уплотнения (прибор Союздорнии, рис. 118), который состоит из следующих частей: подстаканника 1, разъемного цилиндра 2 диаметром 100 ± 0,1 мм и высотой 127 ± 0,1 мм, верхнего стакана 6, стойки с уплотнителем 5, груза 3 весом 2,5 кг, зажимного кольца 7 с зажимными винтами 8 и ограничительного кольца 4 с винтом.
Подготовка и процесс испытания
8. Образец грунта весом 3 - 3,5 кг в воздушно-сухом состоянии измельчают, просеивают через сито с отверстиями 5 мм, помещают в чашку и тщательно перемешивают. После этого определяют влажность средней пробы путем высушивания грунта до постоянного веса.
При уплотнении связных и особенно высокосвязных грунтов за начальную влажность может быть принято ее значение на 8 - 10 % выше оптимальной. Оптимальная влажность имеет следующие ориентировочные значения:
Оптимальная
влажность, %
Песок мелкий и пылеватый 8 - 13
Супеси легкие и тяжелые 9 - 15
Суглинок легкий 12 - 18
Тяжелый суглинок и тяжелый пылеватый суглинок 14 - 20
Пылеватая супесь, тяжелая пылеватая супесь, легкие
пылеватые суглинки 15 - 22
Глины пылеватые и песчанистые 16 - 26
Глины жирные 20 - 30
Подготовленный грунт насыпают в прибор, примерно на 1/2 высоты, и уплотняют ударами груза весом 2,5 кг, падающего с высоты 30 см. Уплотнение производится в три слоя, причем каждый слой уплотняется ударами груза в количестве 1/3 от общего числа ударов, назначенного для уплотнения.
9. Общее число ударов груза принимается равным для песчаных и супесчаных грунтов - 75; для пылеватых супесей и суглинков, суглинистых и глинистых грунтов - 120.
10. После окончания уплотнения снимают верхний стакан 3 (см. рис. 118) и выступающий грунт осторожно срезают ножом по верхней кромке разъемного цилиндра.
11. Разъемный цилиндр с подстаканником и уплотненным грунтом взвешивают с точностью до 1 г и определяют объемный вес влажного грунта по формуле
= г/см3,
где Р1 - вес разъемного цилиндра с подстаканником и грунтом, г;
Р2 - вес пустого разъемного цилиндра с подстаканником, г;
V - объем разъемного цилиндра 1000 см3.
12. После определения объемного веса и отбора проб для определения влажности грунт из разъемного цилиндра высыпают в чашку. Если грунт удалить из цилиндра затруднительно, то следует отвернуть зажимные винты, снять зажимное кольцо и подстаканник, после чего разъемный цилиндр разбирается на две части и грунт извлекается из цилиндра.
Затем в грунт доливают воду в таком количестве, чтобы увеличить его влажность на 2 - 3 %. Обычно на 3 кг грунта добавляют 50 - 70 см3 воды.
Примечание. В производственных условиях количество воды, необходимое для доувлажнения грунта до требуемой влажности, рассчитывают по формуле
Q = ,
где Q - вес воды, необходимой для доувлажнения грунта до требуемой влажности, т;
Р - вес грунта, подлежащего увлажнению, т;
Wо - требуемая влажность, %;
W - естественная влажность, %.
Пример расчета.
Требуется определить объем воды, который необходимо разлить на 1 м2 поверхности слоя грунта, подлежащего увлажнению, при следующих условиях:
ширина насыпи В = 15 м, длина участка L = 50 м, толщина слоя грунта h = 0,2 м, объемный вес влажного грунта = 2,0 т/м3, оптимальная влажность грунта W = 20 %, естественная влажность грунта W = 13 %. Вес грунта, подлежащего увлажнению, будет равен
P = BLh = 15´302,00,2 = 300 т.
Необходимое количество воды составит
Q = (0,20 - 0,13) = 18,6 т.
Удельный расход воды будет равен
q = = 1000 = 25 л/м2.
Розлив воды более 5 - 10 л/м2 производится в несколько приемов с тщательным перемешиванием грунта.
13. Тщательно перемешав, грунт вновь испытывают описанным способом, но уже при более высокой влажности. Испытания повторяют до тех пор, пока объемный вес влажного грунта не станет уменьшаться при увеличении его влажности.
14. После окончания испытаний и определения влажности по объемному весу сырого грунта и влажности подсчитывают объемный вес его скелета по формуле
= , (1)
где - объемный вес скелета грунта, г/см3;
- объемный вес влажного грунта, г/см3;
W - влажность грунта, %.
Данные, получаемые в процессе испытаний, записывают по установленной форме.
15. На основании данных, полученных в результате испытаний, вычерчивают кривую зависимости плотности от влажности (рис. 119).
Рис. 119. Кривая зависимости плотности грунта от влажности
За оптимальную влажность Wо принимают влажность, при которой получилась максимальная плотность, соответствующая наибольшему объемному весу скелета грунта max.
16. При наличии в грунте фракций крупнее 5 мм, отсеиваемых при проведении стандартного уплотнения, в значения максимальной плотности и оптимальной влажности, определенных для отсеянного грунта, должны быть введены поправки. Значения этих поправок даны в таблице (см. стр. 222).
17. Основным методом определения максимальной плотности и оптимальной влажности является метод стандартного уплотнения, описанный выше, выполняемый в центральной лаборатории.
Требуемая плотность грунта устанавливается в соответствии с § 45 (см. табл. 6 в I части настоящей Инструкции).
В дополнение к основному методу ориентировочно при текущем контроле уплотнения в полевых, лабораторных и контрольных постах максимальную плотность можно определить косвенными, ускоренными методами, не прибегая для всех образцов к стандартному уплотнению, по формуле
max = г/см3, (2)
где - удельный вес минеральной части, г/см3;
V - объем содержащегося в грунте воздуха при оптимальной влажности, %;
Wo - оптимальная влажность, %.
Значение поправок для грунта, содержащего фракции крупнее 5 мм
|
Содержание фракции крупнее 5 мм, % |
Поправка к максимальной плотности |
Поправка к оптимальной влажности |
|
5 |
1,02 |
0,95 |
|
10 |
1,04 |
0,90 |
|
15 |
1,06 |
0,85 |
|
20 |
1,08 |
0,80 |
|
25 |
1,10 |
0,75 |
|
30 |
1,13 |
0,70 |
|
40 |
1,15 |
0,65 |
Удельный вес минеральной части грунта
Грунт Удельный вес, г/см3
Супесь пылеватая 2,66
Супесь легкая 2,68
Су глинок легкий пылеватый 2,69
Суглинок легкий 2,70
Суглинок тяжелый 2,71
Глина пылеватая 2,72
Глина жирная 2,74
Примечание. Удельный вес тяжелых глин, грунтов с большим содержанием солей и органических веществ определяется в лаборатории.
Для основных видов грунтов желательно удельные веса определять в каждом отдельном случае в лаборатории.
Содержание в грунте воздуха при оптимальной влажности
Содержание воздуха, %
Супесь 8 - 10
Суглинок 4 - 5
Тяжелый суглинок 3 - 4
Глина 4 - 6
18. Оптимальная влажность грунта может быть определена по границе текучести (метод ХАДИ) по формуле:
W0 = WT, (3)
где WT - граница текучести грунта, определяемая методом балансирного конуса, %;
= - переходный коэффициент; ориентировочно для суглинистых черноземов = 0,65;
или по границе раскатывания по формуле
Wо = Wp - a, (4)
где Wp - граница раскатывания, %;
- коэффициент, принимаемый равным 1 для суглинистых и 2 для глинистых грунтов.
Определив заранее в лаборатории значение Wт или Wр для основных видов грунтов, встречающихся на трассе, по формулам (3) и (4) можно найти ориентировочные значения оптимальной влажности и по формуле (2) максимальной плотности. Затем определяют требуемую плотность, исходя из минимального требуемого коэффициента уплотнения (см. табл. 6 в § 45 I части настоящей Инструкции).
19. Значения переходных коэффициентов уточняют в центральной лаборатории путем проведения сравнительных испытаний основных характерных грунтов с определением оптимальной влажности методом стандартного уплотнения. В результате испытаний основных видов грунтов строят график зависимости оптимальной влажности Wo и максимальной плотности, полученных методом стандартного уплотнения от границы текучести, по которому и устанавливают переходный коэффициент . График может использоваться при текущем контроле за уплотнением грунта для ориентировочного определения максимальной плотности и оптимальной влажности разновидностей грунтов, встретившихся при разработке резервов, для которых стандартное уплотнение не производилось.
20. Границу текучести непосредственно в полевых условиях определяют ускоренным способом при помощи балансирного конуса и влагомера-плотномера (прибора Ковалева).
При помощи балансирного конуса подбирают консистенцию грунта, соответствующую пределу текучести, а влагомером-плотномером определяют влажность грунта, соответствующую подобранной таким образом консистенции. По формуле (3) определяется оптимальная влажность, а по формуле (2) максимальная плотность.
Организация текущего контроля уплотнения грунтов
21. Текущий контроль уплотнения земляного полотна выполняется полевыми лабораториями при дорожно-строительных организациях, машинно-дорожных станциях и дорожных участках, а также контрольными постами при машинно-дорожных отрядах, работающими под общим руководством центральной лаборатории строительства.
Контроль за качеством земляных работ должен осуществляться:
полевой лабораторией, обслуживающей в среднем 3 - 5 объектов с общей производительностью земляных работ до 6 - 8 тыс. м3 в смену;
контрольными постами при каждом машинно-дорожном отряде (экскаваторном, скреперном и т.п.).
Перечень работ, выполняемых при текущем контроле уплотнения земляного полотна
А. Контрольный пост 1. Послойное определение плотности грунтов насыпей в процессе их возведения.
2. Проведение наблюдений за:
послойной отсыпкой грунта по всей ширине насыпи;
оптимальной толщиной уплотняемого слоя;
числом проходов (ударов) грунтоуплотняющей машины по одному месту;
влажностью грунта при его уплотнении.
Б. Полевая лаборатория 1. Контрольное обследование резервов.
2. Установление рационального режима работы уплотняющих машин (пробное уплотнение).
3. Контрольное определение плотности грунта в земляном полотне.
4. Определение коэффициентов относительного уплотнения грунтов.
5. Определение физико-механических свойств грунтов резервов по мере необходимости.
В. Центральная лаборатория Определение: оптимальной влажности и максимальной плотности характерных грунтов в резервах (карьерах); установление рационального режима работ уплотняющих машин и контрольное определение плотности грунта в земляном полотне (совместно с полевой лабораторией); методическое руководство и контроль за деятельностью подведомственных лабораторий и контрольных постов, инструктаж работников лабораторий, обеспечение лабораторий необходимым оборудованием и проверка исправности контрольных и измерительных приборов.
