Подготавливаясь к застройке, проводят специальные исследования и тесты, определяющие пригодность участка к предстоящей работе: берут пробы грунта, вычисляют уровень залегания подземных вод и исследуют другие особенности почвы, которые помогают определить возможность (или ее отсутствие) строительства.

Проведение таких мероприятий способствует повышению технических показателей, вследствие чего решается ряд проблем, возникающих в процессе строительства, например, проседание почвы под тяжестью конструкции со всеми вытекающими последствиями. Первое ее внешнее проявление выглядит как появление трещин на стенах, а в совокупности с другими факторами к частичному или полному разрушению объекта.

Коэффициент уплотнения: что это?

Под коэффициентом уплотнения грунта имеют в виду безразмерный показатель, который, по сути, является исчислением из отношения плотность грунта/плотность грунта max . Коэффициент уплотнения грунта рассчитывается с учетом геологических показателей. Любой из них, независимо от породы, пористый. Он пронизан микроскопическими пустотами, которые заполняются влагой или воздухом. При выработке почвы объем этих пустот увеличивается в разы, что приводит к повышению рыхлости породы.

Важно! Показатель плотности насыпной породы намного меньше, чем те же характеристики утрамбованного грунта.

Именно коэффициент уплотнения грунта определяет необходимость подготовки участка к строительству. Опираясь на эти показатели, подготавливают песчаные подушки под фундамент и его основание, дополнительно уплотняя грунт. Если эту деталь упустить, он может слеживаться и под весом конструкции начнет проседать.

Показатели уплотнения грунта

Коэффициент уплотнения грунта показывает уровень уплотненности почвы. Его значение варьируется в рамках от 0 до 1. Для основания бетонного ленточного фундамента нормой считается показатель в >0,98 балла.

Специфика определения коэффициента уплотнения

Плотность скелета грунта, когда земляное полотно поддают стандартному уплотнению, вычисляется в лабораторных условиях. Принципиальная схема исследования заключается в помещении образца почвы в стальной цилиндр, который сжимается под воздействием внешней грубой механической силы - ударов падающего груза.

Важно! Наивысшие показатели плотности грунта отмечаются у пород с влажностью чуть выше нормы. Эта зависимость изображена на графике ниже.

Каждое земляное полотно имеет свою оптимальную влажность, при которой и достигается максимальный уровень уплотнения. Этот показатель также исследуют в лабораторных условиях, придавая породе разную влажность и сравнивая показатели уплотнения.

Реальные данные - это конечный результат исследований, измеряющийся по окончании всех лабораторных работ.

Методы уплотнения и вычисления коэффициента

Географическое расположение определяет качественный состав грунтов, каждый из которых обладает своими характеристиками: плотностью, влажностью, способностью к проседанию. Потому так важно разработать комплекс мер, направленный на качественное улучшение характеристик для каждого типа почвы.

Вам уже известно понятие коэффициента уплотнения, предмет которого изучается строго в лабораторных условиях. Проводят такую работу соответственные службы. Показатель уплотнения почвы определяет методику воздействия на грунт, вследствие которой он получит новые прочностные характеристики. Проводя такие действия, важно учитывать процент усиления, прикладываемого для получения необходимого результата. Исходя из этого вычитывается коэффициент уплотнения грунтов (таблица ниже).

Типология методов уплотнения грунта

Существует условная система подразделения методов уплотнения, группы которых формируются исходя из способа достижения цели - процесса выведения кислорода из слоев почвы на определенной глубине. Так, различают поверхностное и глубинное исследование. Исходя из типа исследования, специалисты подбирают систему оборудования и определяют способ его применения. Методы исследования почвы бывают:

• статическими;
• вибрационными;
• ударными;
• комбинированными.

Каждый из типов оборудования отображает метод применения силы, например пневматический каток.

Частично такие методы применяются в малом частном строительстве, другие исключительно при построении крупномасштабных объектов, возведение которых согласовано с местной властью, так как некоторые из таких строений могут оказывать влияние не только на заданный участок, но и на окружающие объекты.

Коэффициенты уплотнения и нормы СНиП

Все операции, связанные со строительством, четко регламентируются законом, потому строго контролируются соответствующими организациями.

Коэффициенты уплотнения грунтов СНиП определяет пунктом 3.02.01-87 и СП 45.13330.2012. Действия, описанные в нормативных документах, были обновлены и актуализированы в 2013-2014 годах. В них описываются уплотнения для разного рода почвы и грунтовых подушек, использующихся при возведении фундамента и строений разного рода конфигураций, в том числе и подземных.

Как определяют коэффициент уплотнения?

Проще всего определить коэффициент уплотнения грунта по методу режущих колец: металлическое кольцо выбранного диаметра и определенной длины забивают в грунт, во время чего порода плотно фиксируется внутри стального цилиндра. После этого массу приспособления измеряют на весах, а по окончании взвешивания вычитывают вес кольца, получая чистую массу грунта. Это число делят на объем цилиндра и получают окончательную плотность грунта. После чего ее делят на показатель максимально возможной плотности и получают вычисляемое - коэффициент уплотнения для данного участка.

Примеры вычисления коэффициента уплотнения

Рассмотрим определение коэффициента уплотнения грунта на примере:

• значение максимальной плотности грунта - 1,95 г/см 3 ;
• диаметр режущего кольца - 5 см;
• высота режущего кольца - 3 см.

Необходимо определить коэффициент уплотнения почвы.

С такой практической задачей справиться намного легче, чем может показаться.

Для начала забивают цилиндр в грунт полностью, после чего извлекают его из почвы так, чтобы внутреннее пространство оставалось заполненным землей, но снаружи никакого скопления грунта не отмечалось.

При помощи ножа грунт извлекают из стального кольца и взвешивают.

К примеру, масса грунта составляет 450 грамм, объем цилиндра 235,5 см 3 . Рассчитав по формуле, получаем число 1,91г/см 3 - плотность почвы, откуда коэффициент уплотнения почвы - 1,91/1,95 = 0,979.

Возведение любого здания или конструкции - ответственный процесс, которому предшествует еще более ответственный момент подготовки застраиваемого участка, проектирования предполагаемых построек, расчета общей нагрузки на грунт. Это касается всех без исключения построек, которые предназначены для длительной эксплуатации, срок которой измеряется десятками, а то и сотнями лет.

Цель работы :

Определить максимальную плотность грунта при его оптимальной влажности

Сущность метода:

Метод заключается в установлении зависимости плотности скелета грунта от его влажности при трамбовании образцов и в определении по этой зависимости максимальной величины плотности скелета грунта ( d макс).

Влажность, при которой достигнута максимальная плотность скелета грунта, является оптимальной влажностью (W опт).

Для установления зависимости плотности скелета грунта от его влажности проводят серию отдельных испытаний грунта на уплотнение с последовательным увеличением его влажности. Ре­зультаты испытаний представляют в виде графика. Количество от­дельных испытаний для построения графика должно быть не менее шести, а также достаточным для выявления максимального значе­ния плотности скелета грунта.

Испытание грунтов осуществляют в приборе Союздорнии» для стандартного уплотнения грунтов путем послойного трамбования грунта ударами груза массой 2,5кг, пада­ющего с высоты 300мм; при этом общее число ударов должно сос­тавить 120.

Пробы грунта (образцы нарушенного сложения) следует отбирать в естественных и искусственных обнажениях и горных выработках из однородного по виду слоя грунта.Масса пробы грунта должна быть не менее10кг

Оборудование:

прибор Союздорнии для стандартного уплотнения грунтов;

весы с точностью 0.01 г.;

шкаф сушильный;

сито с отверстиями 10мм;

чашки металлические емкостью не менее 5л;

цилиндры мерные с носиком емкостью 100и 500мл;

лопаточка мастерок;

линейка металлическая длиной 30см;

штангенциркуль;

бюксы (стаканчики).

Рис.4 Схема прибора Союздорнии для стандартного уплотнения грунтов.

1поддон; 2разъемный цилиндр емкостью 1000см 3 ;

3 - кольцо; 4 - насадка;5-наковальня;

8 -ограничительное кольцо; 9 - зажимные винты.

Порядок работы:

Обработать пробы грунта массой 10кг, выделить и подготовить отдельные пробы грунта массой 2,5кг к испытанию.

Заранее подготовленную пробу грунта доувлажняют до исходной влажности (W 3), принимаемой равной 4%для песчаных, гравий­ных грунтов и 8%для глинистых грунтов. Необходимой для доувлажнения пробы грунта количество воды (Q ) определяют по формуле 4.1

(4.1)

m 3 -массу грунта, оставшегося от предыдущего испытания;

W 1 иW 3 -соответственно влажности, задаваемые при предыдущем и очередном испытаниях.

Вводят в пробы грунта рассчитанное количество воды и одновременно перемешивают грунт лопаточкой-мастерком.

Испытания грунта проводят последовательно с отдельными пробами грунта. Влажность пробы при первом испытании должна равняться исходной.При каждом после­дующем испытании влажность следует увеличивать на 1-2%для песчаных, гравийных грунтов и 2-3 %для глинистых грунтов. Ко­личество воды для доувлажнения пробы определяют по формуле (4.1.

Каждую отдельную пробу следует испытывать один раз. Уплотнение грунта каждой пробы должно выполняться путем последовательного трамбования трех слоев.

Подготовленную пробу грунта переносят в металлическую чашку, а затем слоями, загружают в цилиндр прибора, при­жимая грунт трамбовкой. Каждый слой должен иметь высоту 5-6 см и уплотняться 40ударами груза, при этом стержень трамбовки необходимо удерживать в вертикальном положении.

Перед загруз­кой второго и третьего слоев поверхность предыдущего слоя взрыхляют ножом на глубину 1-2мм. Перед укладкой третьего слоя на цилиндр надевают насадку. После уплотнения третьего слоя насадку снимают и срезают выступающую часть образца заподлицо с торцом цилиндра.

Массу контейнера с грунтом (m 5)определяют с погрешностью до 1г и рассчитывают плотность влажного образца грунта ()с погрешностью до 0,01г/см 3 по формуле 4.2

где V - емкость цилиндра, равная 1000см 3 ;

Снимают поддон и кольцо, раскрывают цилиндр и извлекают уплотненный образец грунта. Из средней части образца отбирают пробу массой не менее 30г для определения влажности грунта (W ) (лабораторная работа №1).

Извлеченный из цилиндра грунт присоединяют к оставшейся в чашке части пробы, растирают, перемешивают и взвешивают. За­тем повышают влажность пробы согласно заранее рассчитанной порции воды.После добавления воды грунт перемешивают.

Второе и последующие испытания грунта на уплотнение должны проводиться аналогично первому.

Испытания по определению максимальной плотности скеле­та грунта следует считать законченными тогда, когда с повышени­ем влажности пробы при последующих двух, трех испытаниях на уплотнение происходит последовательное уменьшении значении плотности уплотненных образцов грунта или когда грунт перестает уплотняться и начинает при ударах груза выжиматься из прибора.

Результаты определений записывают в таблицу 4.

Обработка результатов:

По полученным в результате испытаний значениям плот­ности и влажности уплотненных образцов определяют плотность скелета грунта ( d)с погрешностью до 0,01г/см 3 по формуле 4.3

(4.3)

Строят график зависимости плотности скелета от влажнос­ти грунта,откладывая по оси абсцисс влажность уплотненных образцов в масштабе 1см-2%,а по оси орди­нат-плотность скелета грунта в масштабе 1см-0,05г/см 3 .

На­ходят максимум полученной зависимости и соответствующие ему величины максимальной плотности скелета грунта ( d) на оси ординат и оптимальной влажности (W опт) на оси абсцисс. Точность считывания значений должна быть для ( d мах - 0,01г/см 3 , а дляW опт 0,1%.

Если при построении графика кривая зависимости получается без заметно выраженного пика, что может иметь место для песчаных и гравийных грунтов, за d мах следует принимать достигнутую максимальную плотность скелета грунта, а заW опт -наименьшее значение влажности, при которой достигается максимальная плотность скелета грунта.

Таблица4 Результаты о пределения максимальной плотности грунта

	Определение плотности, г/см 3				Определение влажности						Плотность скелета уплотненного образца грунта  d =  ___
				плотность уплотненного образца грунта =m 5 – m 4					Влажность W , %
	контейнера без насадки m 4	контейнера без насадки с уплотненным образцом грунта m 5	уплотненного образца грунта (m 5 – m 4)			пустого бюкса	бюкса с влажной пробой грунта m 7	бюкса с сухим грунтом m 8	W=m 7 –m 8 / m 8 –m 6

Рис.4.2 Пример построения графика зависимости плотности скелета грунта от влажности при стандартном уплотнении.

3 Транспортные работы и строительство сооружений поверхностного водоотвода.

4. Подготовка строительной площадки. Срезка растительного грунта, планировка территории.

5. Склады и правила хранения материалов и изделий.

6. Устройство котлованов под фундаменты оголовков и звеньев трубы.

7. Строительство фундаментных подушек и подготовок из песка, щебня и гравия, а так же их смесей.

8. Строительство фундаментов из монолитного бетона.

9. Монтаж сборных фундаментов.

10. Монтаж бетонных и железобетонных труб

11. Монтаж секций гофрированных металлических труб

12. Гидроизоляция стыков между звеньями.

13. Приготовление битумной мастики для гидроизоляционных работ. Обмазочная гидроизоляция труб.

14. Обратная засыпка трубы грунтом.

1, 2И т.Д. - номера слоев в технологическом порядке их отсыпки;1- граница максимального приближения скатов катка к трубе;2- грунт, уплотняемый ручными механизированными

1, 2 (В кружках) и т.Д. - номера слоев в технологическом порядке их отсыпки.

Технология и организация работ по сооружению земляного полотна

15. Пригодность и правила укладки грунтов в насыпь земляного полотна

Правила укладки грунтов в насыпь.

16. Возведение насыпей из грунтов боковых резервов бульдозерами

17. Возведение насыпей из грунтов боковых резервов скреперами

18. Принципы выбора типа ведущих машин для сооружения земляного полотна

19. Факторы, влияющие на производительность землеройно-транспортной ма­шины.

20. Технология послойного уплотнения грунтов и требования к плот­ности грунтов в насыпях

21. Оптимальная влажность грунта и методика её определения

22. Методы контроля качества уплотнения грунтов

23. Способы разработки выемок экскаваторами с транспортированием грунта в насыпь и кавальер

24. Способы отсыпки насыпей земляного полотна

25. Разработка выемок и отсыпка смежных насыпей бульдозерами

26. Возведение насыпей, разработка выемок и грунтовых карьеров скре­перами

27. Разбивка земляного полотна в насыпи и выемке. Геометриче­ский контроль качества строительства. Допуски

Технология и организация работ по строительству дорожной одежды

28. Дорожная одежда. Классификация. Конструктивные слои дорожной одежды

29. Строительство дорожных одежд низших типов

30. Строительство оснований и покрытий из грунтов, укрепленных минеральными вяжущими материалами

31. Строительство оснований и покрытий из грунтов укрепленных органическими вяжущими материалами

32. Устройство щебёночных оснований по способу пропитки и полупропитки

33. Строительство оснований из щебня

34. Понятия: асфальтобетонная смесь, асфальтобетон. Классификация асфальтобетонных смесей

35. Технология устройства асфальтобетонного покрытия

36. Понятия: щебёночно-мастичная асфальтобетонная смесь, щебёночно-мастичный асфальтобетон, стабилизирующая добавка. Классификация.

37. Технология устройства щебёночно-мастичных асфальтобетонных покрытий

38. Строительство сборных железобетонных покрытий и оснований.

39. Строительство монолитных покрытий и оснований с использованием комплекта машин со скользящей опалубкой

40. Строительство монолитных бетонных покрытий в сборной опалубке

41. Устройство температурных швов в цементобетонном покрытии

42. Устройство деформационных швов в свежеуложенном бетоне

43. Устройство деформационных швов в затвердевшем бетоне

44.Уход за свежеуложенным бетоном

45.Назначение и технология устройства поверхностных обработок

46. Классификация работ по ремонту и содержанию дорог общего пользования

47. Снегозаносимость дорог. Способы защиты от снежных заносов

48. Виды зимней скользкости. Способы борьбы

49. Методы оценки опасных участков дорог

50. Подсистема «автомобиль – дорога». Основные показатели, определяющие взаимодействие автомобиля и дороги и их характеристики

56. Способы уширения земляного полотна насыпи и выемки

57. Технология работ по уширению земляного полотна в насыпи и выемке. Требования к земляному полону в местах уширения

58. Причины возникновения и мероприятия по устранению пучинообразования на дорогах

68. Предприятия дорожного строительства, состав и принципы их размещения

Рекомендуемая литература по дисциплинам кафедры Строительство и эксплуатация дорог Основная

Дополнительная

21. Оптимальная влажность грунта и методика её определения

Эффективное уплотнение грунта возможно при значениях естественной (фактической) влажности грунта, близкой к значениям оптимальной. Оптимальная влажность – влажность грунта, при которой достигается максимальная плотность сухого грунта (скелета грунта) при стандартном уплотнении.

Значение оптимальной влажности определяется в лабораторных условиях или примерно рассчитывается по значению влажности на границе текучести W т :

где – переходный коэффициент, зависящий от вида грунта

Максимальная плотность является основной исходной характеристикой при назначении коэффициента уплотнения грунта в теле насыпи и контроле качест­ва уплотнения.

Опти­мальная влажность служит одним из критериев для оценки возможности и методов использования грунта для от­сыпки насыпи, а также яв­ляется важным параметром технологи­ческого процесса уплотнения.

Испытание проводится в приборе Союздорнии для стандартного уплотне­ния.

Рисунок 25 – Схема прибора Союздорнии для стандартного уплотнения грунтов

1– поддон; 2 – разъемный цилиндр емкостью 1000см 3 ; 3 – кольцо;

4 – насадка; 5–наковальня; 6 – груз массой 2,5кг;

9 – зажимные винты.

По полученным в результате испытаний значениям плот­ности и влажности уплотненных образцов определяют плотность скелета (сухого) грунта ( ск) с погрешностью до 0,01 г/см 3

Строят график зависимости плотности скелета от влажнос­ти грунта, откладывая по оси абсцисс влажность уплотненных образцов в масштабе 1 см –2%, а по оси орди­нат – плотность скелета грунта в масштабе 1 см – 0,05 г/см 3 . На­ходят максимум полученной зависимости и соответствующие ему величины максимальной плотности скелета грунта ( ск) на оси ординат и оптимальной влажности (W опт) на оси абсцисс.

Точность считывания значений должна быть для  макс – 0,01 г/см 3 , а для W опт – 0,1%.

Рисунок 26 - Пример построения графика зависимости плотности скелета грунта

от влажности при стандартном уплотнении

22. Методы контроля качества уплотнения грунтов

При операционном контроле качества уплотнения грунтов допускается (СНиП 3.06.03-85) использовать ускоренные и полевые экспресс-методы и приборы.

В полевых условиях плотность и влажность грунтов можно опреде­лять

1– по принципу объемно-весового метода с помощью модернизирован­ного плотномера-влагомера Н. П. Ко­валева (для связных грунтов).

Рисунок 27 - Плотномер-влагомер Н. П. Ковалева

Основной частью прибора является поплавковое устройство. Оно состоит из корпуса 7 с трубкой 3, на которой нанесены применительно к различным грунтам четыре шкалы. Одна шкала (р ) предназначена для определения плотности их скелета р ск: "Ч" – гумусовых, "П" – песчаных и "Г" – глинистых грунтов. Заканчивается трубка крышкой 2.

Внутри трубки находится тарировочный груз 6. Для обеспечения устойчивости поплавка в вертикальном положении к нему с помощью стоек 8 прикреплен поддон 9 в виде массивного диска. Поплавко­вое устройство находится в футляре-резервуаре 4 как при испытаниях, так и в транспортном положении.

При определении плотности влажного грунта в резервуар за­ливают воду до зафиксированной внутренней отметки уровня 5 и опус­кают поплавок без сосуда 10. На крышку поплавка устанавливают ре­жущее кольцо 1 с пробой грунта, взя­той из земляного полотна, и по уров­ню воды на шкале определяют плот­ность (г/см 3) влажного грунта.

Для определения плотности ске­лета пробу грунта высыпают из режу­щего кольца в сосуд 10, наливают в него воду и тщательно перемешивают до ликвидации комков. После выхода пузырьков воздуха из разжиженного грунта сосуд устанавливают на под­дон, поплавок погружают в воду и по шкале, соответствующей виду грун­та, определяют плотность его ске­лета.

Влажность грунта определяют по специальным номограммам или по формуле

2 – Методом лунки (методом замещения объема)(для несвязных, мерзлых и крупнообломочных грунтов).

На уплотненном слое грунта вы­равнивают небольшую площадку и выкапывают лунку глубиной 3 /4 толщины слоя и объемом 6-10 л.

Грунт из лунки тщательно собира­ют и определяют его массу.

Для определения объема лунки над ней устанавливают двойную жестяную воронку (рисунок 28).

Рисунок 28 - Определение плотности грунта ме­тодом лунки

В лунку и нижнюю воронку засыпают сухой песок с зернами размером до 2 мм (не содержащий глинистых и пылеватых частиц) с помощью мер­ного цилиндра вместимостью 0,1 - 0,25 л без встряхивания.

Вычитая из общего объема засыпанного песка его объем, находящийся в воронке, получают объем песка в лунке, т. е. объем лунки. Плотность грунта полу­чают из отношения массы извлечен­ного из лунки грунта к объему лунки.

Влажность грунта определяют способом его высушивания до посто­янной массы. Плотность скелета грунта определяют по формуле

3 – Дина­мический зонд (динамический пенетрометр)

Прибор состоит из штанги 5 с конусным наконеч­ником, направляющей 3 с ограни­чителем высоты подъема гири и руко­яткой 1, наковальни 4 и гири 2. Масса гири 2,5 кг, площадь основа­ния конуса 2 см 2 , глубина зондиро­вания 30 см от поверхности слоя.

При испытаниях прибор устанав­ливают вертикально и забивают гирей конусный наконечник. После забивки конуса на 20 см фик­сируют количество ударов, необходи­мых для погружения конусного на­конечника на последние 10 см глу­бины. После забивки наконечника на 30 см прибор с помощью ручек извле­кают и приступают к испытаниям в следующей точке. При необходимос­ти проведения в одном месте несколь­ких параллельных испытаний рас­стояние между точками зондирования должно быть не менее 30 см.

Качество уплотнения оценивают по условному динамическому сопро­тивлению грунта.

Для определения плотности грун­та используют градуировочные гра­фики или корреляцион­ные зависимости.

Рисунок 29 - Динамический плотномер

При операционном контроле качества сооружения земляного полотна плотность грунта следует контролировать (СНиП 3.06.03-85) в каждом технологическом слое по оси земляного полотна и на расстоянии 1,5-2,0 м от бровки, а при ширине слоя более 20 м - также в промежутках между ними.

Контроль плотности грунта необходимо производить на каждой сменной захватке работы уплотняющих машин, но не реже чем через 200 м при высоте насыпи до 3 м и не реже чем через 50 м при высоте насыпи более 3 м.

Контроль плотности верхнего слоя следует производить не реже чем через 50 м.

Дополнительный контроль плотности необходимо производить в каждом слое засыпки пазух труб, над трубами, в конусах и в местах сопряжения с мостами.

Контроль плотности следует производить на глубине, равной 1/3 толщины уплотняемого слоя, но не менее 8 см.

Отклонения от требуемого значения коэффициента уплотнения в сторону уменьшения допускаются не более чем в 10 % определений от их общего числа и не более чем на 0,04.

Контроль влажности используемого грунта следует производить, как правило, в месте его получения (в резерве, карьере) не реже одного раза в смену и обязательно при выпадении осадков.

Для грунта, находящегося в трехфазном состоянии (скелет + вода + воздух), без учета его структурных особенностей единичный объем составит:
ρск/ρ+Wρск/100+σ/100=1,
где ρ - плотность грунта, г/см 3 ; W - влажность грунта, %; σ - объем воздуха, остающийся в порах грунта после уплотнения, %; 1-единичный объем грунта (1 см 3); ρск - плотность сухого грунта, г/см 3 .

Отсюда, основную характеристику уплотнения грунта (в сухом состоянии), т. е. его плотность определяют по формуле
ρск =(1-σ) ρ/(100+Wρ).

Плотность грунта, влажность и содержание воздуха зависят от его генезиса, степени дисперсности, природных условий местности, нагрузки от колес автомобилей и ряда других факторов. Плотность пылеватой супеси составляет 2,66 г/м 3 , легкой - 2,68, легкого пылеватого суглинка - 2,69 и тяжелого суглинка - 2,71, пылеватой глины -2,72 и жирной глины -2,71. В зависимости от зернистости грунтов изменяется и содержание воздуха: в песчаных грунтах - 8-10 %, в супесчаных -6-8 %,
в суглинках, в том числе и черноземных, - 4-5 % и в жирных глинах - 4-6 %.

Влияние влажности значительнее для более дисперсного грунта. Высокодисперсные грунты широко распространены в СССР. Такие грунты обладают большой удельной поверхностью, высоким значением влагоемкости и морозного пучения и т. д. (гл. 7.2).

Оптимальная влажность Wо - влажность, соответствующая максимальной плотности грунта ρmax при наименьшей затрате энергии на уплотнение. При такой влажности вода в порах грунта находится в адсорбированном состоянии и пористость соответствует объему воды, находящейся в ней, т. е. грунт представляет собой, согласно механике грунтов, грунтовую массу (см. рис. 11.2).

Рис. 11.2. Зависимость между влажностью и плотностью сухого грунта
Зоны; А - с влажностью менее оптимальной; Б - с оптимальной влажностью; С - с влажностью выше оптимальной

В СССР разработан стандартный метод определения значений Wо и ρmax, подробно рассматриваемый в курсе грунтоведения и механики грунтов. Характерные для стандартного уплотнения графики зависимости плотности сухого грунта от влажности представлены на рис. 11.3.

Рис. 11.3. Влияние уплотняющей энергии и влажности на плотность сухого грунта 1 - метод стандартного уплотнения (СССР); 2 - усиленное уплотнение по модернизированному методу Проктора (США); 3 - линия с грунтовыми порами, заполненными капиллярной водой (грунтовая масса)

Если затратить больше энергии на уплотнение, то снизится объем защемленного воздуха и воды, а потому повысится плотность грунта. Кривые зависимости между плотностью и влажностью будут располагаться ближе к верхнему левому углу графика. Соединив между собой точки наибольших значений плотности сухого грунта рек, получим прямую под углом а к горизонтали, характеризующую ход изменения оптимальной влажности (см. рис. 11.3). Для повышения модуля упругости грунтов во многих странах стремятся повысить требования к плотности. В частности, в США грунты уплотняют при меньшем значении оптимальной влажности, чем в СССР, за счет большей затраты энергии на уплотнение (кривая 2). Но при увеличении влажности выше оптимального значения резко снижается плотность сухого грунта, причем характер снижения совершенно одинаков независимо от энергии, затраченной на уплотнение (кривые 3).

Максимальная плотность грунта по методу стандартного уплотнения . Критерий «максимальная плотность» соответствует механическому уплотнению, например, связанных грунтов, когда вся вода в них находится в адсорбированном состоянии и пористость соответствует объему поровой воды. Из анализа рис. 11.3 видно, что метод стандартного уплотнения является условным. Прочностные характеристики (модуль упругости грунта E0, трение φ и сцепление С, установленные при плотности, соответствующей методу стандартного уплотнения, значительно ниже, чем, например, по модернизированному методу Проктора *, применяемому в США и других странах (рис. 11.4). Согласно этому методу грунт уплотняют при значительно большей затрате энергии, чем у нас.

Рис. 11.4. Влияние влажности и метода уплотнения на прочностные характеристики связных грунтов 1 - метод уплотнения, принятый в США (модернизированный метод Проктора); 2-метод стандартного уплотнения (СССР); ϕ - трение; с - сцепление; Е0 -модуль упругости грунта

Коэффициент уплотнения связного грунта по модернизированному методу, равный, предположим, Ко=1, соответствует методу стандартного уплотнения Ко=1,1 т. е. требования к плотности грунтов более жесткие, чем в СССР.

* Модернизированный метод широко применяют во многих странах. От нашего метода стандартного уплотнения он отличается тем, что грунт уплотняют хотя и в таком же металлическом стакане, но гирей массой 4,55 кг в 5 слоев с общим количеством ударов 125. У нас же сбрасывают гирю массой всего 2,5 кг и уплотняют грунт в 3 слоя.

Целью искусственного уплотнения грунтов является повышение их прочности, снижения водопроницаемости и высоты капиллярного поднятия, а также уменьшение неравномерности и ускорение осадок. Уплотнение насыпных грунтов, содержащих в порах воду и воздух, происходит, в основном, не за счет вытеснения воды, а за счет вытеснения воздуха при сближении частиц, поэтому на процесс уплотнения большое влияние оказывает влажность грунта. При повышении влажности до определенного предела плотность грунта увеличивается при одинаковой затрате уплотняющей энергии. При дальнейшем увеличении влажности плотность уменьшается при затрате такого же количества работы (см. рис.5).

За показатель степени уплотнения грунта обычно принимают плотность грунта в сухом состоянии ρ d .

Рис. 6. Зависимость плотности ρ d от количества ударов nпри постоянной влажности

В лабораторных условиях определение оптимальной влажности и соответствующих ей максимальной плотности производится с помощью прибора стандартного уплотнения (рис. 7). Такое стандартное уплотнение соответствует влажности и плотности, получаемым при уплотнении грунтов катками среднего веса в производственных условиях.

Сущность метода стандартного уплотнения состоит в определении оптимальной влажности грунта w opt , при которой достигается наибольшее его уплотнение (максимальное значение плотности грунта в сухом виде ρ d ). В приборе СоюздорНИИ производится серия отдельных испытаний по послойному (в три слоя) трамбованию грунта с последовательным увеличением его влажности w, но при постоянном количестве ударов (120 ударов, т.е. по 40 ударов на каждый из трех слоев) грузов, массой 2,5 кг, свободно падающего с высоты 300мм. Для песчаных и гравийных грунтов первое испытание производится при исходной влажности 4%, а в последующих испытаниях влажность последовательно увеличивается на 1-2%. Аналогично для глинистых грунтов испытания проводятся при исходной влажности 8% с последующим увеличением ее на 2-3%.

Рис. 7. Прибор стандартного уплотнения СоюздорНИИ

Испытание грунта производится в следующем порядке:

– подготовленная проба грунта массой 2,5 кг слоями загружается в цилиндр прибора, причем каждый слой уплотняется 40 ударами груза;

При этом стержень трамбовки удерживается в вертикальном положении (перед укладкой третьего слоя на цилиндр надевается насадка);

– после уплотнения третьего слоя насадка снимается и выступающая часть образца срезается заподлицо с торцом цилиндра;

– определяется плотность влажного образца грунта по формуле:

где m 0 – масса собранного контейнера (цилиндр с поддоном и кольцом) г;

m 1 – масса контейнера с грунтом, г;

V – емкость цилиндра, см 3 ;

– раскрывается цилиндр и из верхней, средней и нижней частей образца отбирается по одной пробе (массой не менее 30г) для определения влажности грунта (см. работу 2).

Затем путем добавления определенного количества воды (см. приложение 2) повышается влажность грунта, и проводятся последующие испытания. Испытания следует считать законченными тогда, когда с повышением влажности пробы последующих двух, трех испытаниях на уплотнение происходит последовательное уменьшение значений плотности уплотненных образцов грунта.

По полученным в результате испытаний значениями плотности и влажности уплотненных образцов определяется плотность грунта в сухом состоянии:

Строится график зависимости плотности сухого грунта от влажности (см. рис. 5), находятся максимум полученной зависимости и соответствующие ему величины максимальной плотности сухого грунта (ρ d мах ) с точностью 0.01 г/см 3 и оптимальной влажности (w opt ) с точностью 0.1%.

Максимальная плотность, получаемая при стандартном уплотнении, принимается за исходную величину при оценке плотности приискусственном уплотнении грунтов.

Отношение плотности сухого грунта к максимальной плотности сухого грунта ρ d мах называется коэффициентом стандартного уплотнения:

Требуемая минимальная плотность насыпи определяется путем умножения на коэффициент К Tab (К Tab =К с) , принимаемый по СНиП 2.05.02-85 в зависимости от расположения слоя грунта по высоте насыпи, типа покрытия, дорожно – климатической зоны и условий насыпи.

Определение оптимальной влажности и максимальной плотности обязательно при работах: по воздействию насыпей; окончательной отделке земляного полотна; устройству дорожных одежд и грунтовых подушек в основаниях сооружений.

В лаборатории преподавателем проводится демонстрационный опыт по уплотнению грунта при одном значении влажности. Для построения зависимости ρ d =f(w) используется данные таблицы 13.

1. По указанию преподавателя по данным непосредственного определения по описанной выше методике (см. приложение 2) или по заданным в табл. 13 значениями массы контейнера с грунтом m 1 и влажности w для серии из шести опытов определить значения плотности грунта в сухом состоянии (формула 23); результаты записать в журнал (форма 13).

2. Построить кривую стандартного уплотнения (форма 14).

3. Определить значения максимальной плотности сухого грунта и оптимальной влажности w opt ; результаты записать в журнал (форма 15).

Таблица 13

Примечание:

Масса собранного контейнера m 0 =3600 г; емкость цилиндра V =1000см 3 .