Приложение 2(Б). Особенности полевых и лабораторных испытаний слабых грунтов

Приложение 2(Б)

Особенности полевых и лабораторных испытаний слабых грунтов

Полевые исследования слабых грунтов

Полевые исследования грунтов проводятся с целью:

- расчленение геологического разреза, оконтуривания линз;

- определения физико-механических свойств грунтов в условиях естественного залегания;

- оценки изменчивости состояния и свойств грунтов;

- проведения стационарных наблюдений (за изменениями свойств грунтов и т.д.).

Для изучения физико-механических свойств слабых грунтов применяется статическое и динамическое зондирование. Эти методы исследований целесообразно сочетать с другими методами исследований (геофизическими, лабораторными и т.д.).

Зондирование слабых грунтов целесообразно проводить как с применением конусных наконечников, так и приборами лопастного типа (крыльчатки).

Для определения природной влажности и плотности грунтов одновременно с зондированием проводится отбор проб грунтов пробоотборниками с ненарушенной и нарушенной структурами.

Перечень приборов для полевых исследований грунтов приведен в табл. Б.1. Методики полевых испытаний грунтов тем или иным прибором изложены в инструкции к приборам. Методики определения физических свойств грунтов изложены в соответствующих ГОСТах, перечень которых приведен в приложении 7.

Выбор методов полевых исследований грунтов осуществляется с учетом этапа изысканий (см. раздел 2) и указаний СП-11-105-97.

Таблица Б.1

Перечень приборов для полевых и лабораторных испытаний слабых грунтов

N п/п	Наименование прибора	Организация-разработчик	Назначение
1	2	3	4
1	Пенетрометр П-4	Тверской государственный технический университет (ТГТУ)	Статическое зондирование болотных грунтов
2	Сдвигомер-крыльчатка СК-8	ТГТУ, ПНИИИС	Зондирование торфяных залежей, пластов сапропелей и илов
3	Сдвигомер-крыльчатка	Белдорнии	Определение сопротивления сдвигу торфяных грунтов
4	Лопастной прибор (крыльчатка)	ЦНИИС	Испытания в скважинах после предварительного бурения
5	Торфяной бур ТБ-5		Для отбора проб торфяных грунтов
6	Грунтонос Изумного		Для взятия монолитов илов и других глинистых грунтов мягкопластичной и текуче-пластичной консистенции
7	Грунтонос Фурса		Для взятия монолитов илов и других глинистых грунтов мягкопластичной и текуче-пластичной консистенции
8	Универсальный грунтонос	ЦНИИС	Для отбора монолитов торфов и других болотных отложений
9	Поршневой грунтонос	Белдорнии	Для отбора проб ненарушенной структуры слабых грунтов
10	Грунтонос типа Г-122 в комплекте с зачистным устройством (буровым стаканом) С-142	Трест "Алтай ТИСИЗ"	Отбор образцов глинистых грунтов вдавливающим способом
11	Грунтонос конструкции Союздорнии	Союздорнии	Для отбора монолитов слабых грунтов
12	Балансирный конус по ГОСТ 5180-84		Определение пределов пластичности, границы текучести
13	Пикнометр по ГОСТ 5180-84		Определение плотности частиц грунта
14	Волюмометр		Определение плотности грунта
15	Установки статического зондирования С-979, С-832, УСЗК-3, УСЗК-73В, СП-59		Статическое зондирование связных грунтов на глубину до 20 м
16	Пенетрометро-приставка (к установке УГБ-1ВС) ПИКА-9		Совмещение зондирования и пенетрации глинистых грунтов
17	Бур геолога	Завод Нефтеавтоматик	Для ручного ударно-вращательного бурения
18	Буровой станок (прицепной) БУКС-ЛГТ		Бурение ударно-канатным способом в глинистых грунтах до 30 м (диаметр скважины 150 мм)
19	Буровой станок (самоходный) АВБ-2М		Вибрационный способ бурения для глинистых грунтов до 30 м (диаметр скважины 300 мм)
20	Буровой станок БУЛИЗ-15, М-1; БУЛИЗ-15		Комбинированный способ бурения до 10 и 30 м (диаметр скважины 150 мм)
21	Установка буровая легкая УБА-1К	АО "Геомаш"	Бурение скважин в условиях бездорожья, на заболоченных участках
22	Грунтоносы фирмы "АЛЕНС"	"АЛЕНС"	Для отбора монолитов глинистых грунтов от тугоплавкой до текучей консистенции
23	Компрессионный прибор "ПИТОН-К"	Красноярский институт инженерно-строительных изысканий	Для определения сжимаемости песчаных и глинистых грунтов, а также характеристик просадочности глинистых грунтов
24	Срезной прибор "ПИТОН-С"	Красноярский институт инженерно-строительных изысканий	Для определения сопротивления среза песчаных и глинистых грунтов
25	Стабилометр М-2	Московский институт инженеров железнодорожного транспорта	Для определения деформационных, прочностных характеристик, бокового давления песчаных глинистых грунтов
26	Стабилометр "Ф-1"	Фундаментпроект	Для определения деформационных, прочностных характеристик, бокового давления песчаных и глинистых грунтов
27	Стабилометр СТП-80/38	ООО "ГЕОТЕК"	Для определения показателей прочности и деформируемости нескальных грунтов в условиях трехосного сжатия
28	Автоматизированная система для испытания песчаных и глинистых грунтов (АСИС)	ООО "ГЕОТЕК"	Предназначение для определения механических свойств грунтов в соответствии с ГОСТ 12248-96.
29	Прибор сжатия-растяжения ПСР-2	Экспериментальный завод НПО "Тюмень-газгеология"	Для определения показателей свойств песчаных и глинистых грунтов (талых и мерзлых)
30	Прибор стандартного уплотнения Союздорнии (ЦКБ-927)	"Союздорнии"	Для определения максимальной плотности при оптимальной влажности грунтов
31	Ареометр для грунта АГ	Клинское ПО "Химлабораторприбор"	Для определения гранулометрического состава
32	Ареометры общего назначения типа "АОН"	ЗАО "Дорстройприбор"	Для измерения плотности жидкости
33	Прибор ПНГ-2	Бакинский приборостроительный завод	Для определения характеристик набухания
34	Прибор КФ-00	Бакинский приборостроительный завод	Для определения проницаемости грунтов
35	Трубка универсальная КФ-1	Опытный завод АзНПО "Нефтегазавтомаш"	Для определения количества воды, фильтрующейся через образцы песчаных грунтов
36	Прибор фильтрационный типа ПФ-1	Бакинский приборостроительный завод	Для определения водопроницаемости глинистых грунтов в лабораторных условиях при отсутствии вибрации
37	РН-10Ц13У	АОЗТ "Тюменский приборостроительный завод"	Весы для грубого взвешивания до 10 кг
38	РН-3Ц13У	Бакинский приборостроительный завод	Весы механические настольные до 3 кг
39	РН-6Ц13У	Бакинский приборостроительный завод	Весы механические настольные до 6 кг
40	Весы лабораторные квадратные 4 класса ВЛКТ-2кг-М	Госметрзавод	Для точного определения массы вещества при выполнении лабораторных анализов
41	ВЛКЭ-500	Госметрзавод	Для определения массы вещества и ее регистрации
42	ВЛКТ-500Г-М	Госметрзавод	Для определения массы вещества и ее регистрации
43	Шкаф сушильный N 3	Завод "Электродело" г. С.-Петербург	Нагревательный прибор
44	Шкаф сушильный вакуумный - 0,035	п/я 400/2 г. Тула	Нагревательный прибор
45	Муфельная печь СНОЛ 1.6.2.5.1/9*	Кокчетавский механический завод	Нагревательный прибор
46	Набор гирь 4-го класса МГ-4-1100-10	Госметрзавод	Масса, кг-2. Для определения массы при технических анализах
47	Набор гирь 2-го класса Г-2-1110	Госметрзавод	Для технических анализов повышенной точности
48	Термометры ртутные стеклянные лабораторные ТЛ-3	ПО "Термоприбор" г. Клин	Диапазон: 0 - 450°С 0 - 600°С

Геофизические методы инженерно-геологических изысканий

Выбор метода геофизических исследований и их комплектование следует проводить в зависимости от решаемых задач и конкретных инженерно-геологических условий в соответствии с табл. Б.2 согласно СП 11-105-97. Наиболее эффективно геофизические методы исследований используют при изучении неоднородных геологических объектов, когда их геофизические характеристики существенно отличаются друг от друга.

Таблица Б.2

Методы геофизических исследований

Задачи исследований	Геофизические методы
	основные	вспомогательные
1	2	3
Определение геологического строения массива
Рельеф кровли скальных и мерзлых грунтов, мощность нескальных и талых перекрывающихся грунтов	Электроразведка методами электропрофилирования (ЭП) и вертикального электрического зондирования по методу кажущихся сопротивлений (ВЭЗ); сейсморазведка методом преломленных (МПВ) и отраженных волн (МОГВ)	ВЭЗ по методу двух составляющих (ВЭЗ МДС); частотное электромагнитное зондирование (ЧЭМЗ); дирольно-электромагнитное профилирование (ДЭМП); метод отраженных волн (MOB); гравиразведка
Расчленение разреза. Установление границ между слоями различного литологического состава и состояния в скальных и дисперсных породах	ВЭЗ; МПВ; различные виды каротажа - акустический, электрический, радиоизотопный	ВЭЗ МДС; ВЭЗ по методу вызванных потенциалов (ВЭЗ ВП); ЧЭМЗ; вертикальное сейсмическое профилирование (ВСП); непрерывное сейсмоакустическое профилирование на акваториях
Изучение гидрогеологических условий
Глубина залегания уровня подземных вод	МПВ; ВЭЗ	ВЭЗ ВП
Глубина залегания, мощность линз соленых и пресных вод	ЭП; ЭП МДС; ВЭЗ; резистивиметрия	ВЭЗ МДС; ВЭЗ ВП; ЧЭМЗ; расходометрия
Динамика уровня и температура подземных вод	Стационарные наблюдения ВЭЗ; МПВ; нейтронный каротаж, (НН); термометрия	-
Направление, скорость движения, места разгрузки подземных вод, изменение их состава	Резистивиметрия; расходометрия; метод заряженного тела (МЗТ); ПС; ВЭЗ	Термометрия; спектрометрия
Загрязнение подземных вод	ВЭЗ; резистивиметрия	ПС
Изучение состава, состояния и свойств грунтов
Песчаные, глинистые и пылеватые, крупнообломочные: влажность, плотность, пористость, модуль деформации, угол внутреннего трения и сцепление	Различные виды каротажа, ВСП	МПВ; сейсмическое просвечивание; лабораторные измерения УЭС и скоростей упругих волн
Песчаные и глинистые мерзлые: влажность, льдистость, плотность, пористость, временное сопротивление одноосному сжатию	Различные виды каротажа, ВСП; лабораторные измерения УЭС и скоростей упругих волн	ВЭЗ; ВЭЗ МДС
Изучение геологических процессов и их изменений
Изменение напряженного состояния и уплотнения грунтов	МПВ; ВСП; сейсмическое просвечивание; различные виды каротажа; резистивиметрия в скважинах и водоемах; гравиметрия	Регистрация естественного импульсного электромагнитного поля земли (ЕИЭМПЗ); ПС; эманационная съемка
Оползни	МПВ; ЭП; ВЭЗ; различные виды каротажа	ПС; режимные наблюдения акустической эмиссии; магнитные марки; эманационная съемка; ЕИЭМПЗ.
Карст	ВЭЗ МДС; ЭП; ПС; МПВ; ОГП; различные виды каротажа; резистивиметрия в скважинах и водоемах; гравиметрия	ВЭЗ; ВЭЗ ВП; МЗТ; эманационная съемка
Изменение мощности слоя оттаивания, температуры и свойств мерзлых грунтов	ВЭЗ; ВП; МПВ; ВСП; различные виды каротажа	ПС; ЧЭМЗ

Для обеспечения достоверности и точности интерпретации результатов геофизических исследований проводят измерения на контрольных участках, на которых осуществляется изучение геологической среды с использованием таких работ, как бурение скважин, проходки шурфов, зондирования, с определением характеристик грунтов в полевых и лабораторных условиях.

Все геофизические методы, применяемые в дорожном строительстве, можно разделить на следующие: сейсмоакустические, электроразведочные, радиолокационные, радиоизотопные и другие.

Сейсмоакустические методы основаны на изучении распространения в различных грунтах упругих волн, вызванных взрывами или ударами. Различные грунты характеризуются разной скоростью прохождения сейсмических волн, зависящей от состава, пористости, влажности, структуры и напряженно-деформированного состояния грунта.

Принцип действия метода заключается в следующем: на поверхности земли создается искусственное землетрясение (удар). Сейсмические волны, проходя через разные слои по глубине, испытывают отражение и преломление. Часть падающей волны отражается от отражающей границы и возвращается к дневной поверхности. Фиксируя время t, прошедшее с момента возбуждения упругого сигнала до момента возвращения полезной отраженной волны, и зная скорость распространения сейсмических волн в грунте u, легко рассчитать глубину залегания опорного горизонта: .

Из оборудования для сейсморазведки наибольший интерес представляет полностью автоматизированная 96-канальная сейсмическая станция "Горизонт", которая позволяет фиксировать информацию в цифровом виде на магнитном носителе. Успешно применяется и передвижная сейсмическая станция "Поиск-1" на автомобиле ГАЗ-69. ФГУП "Росстройизыскания" успешно провело испытания и подготовило к серийному выпуску сейсморазведочную станцию "Диоген-24".

Инженерная сейсморазведка изучает особенности строения самой верхней части геологического разреза от нескольких метров до глубины 50 м. В связи с чем, сейсмоакустический метод с успехом применяют для выявления оползневых массивов, при исследованиях мощности торфяных отложений и рельефа дна болота, для определения уровня грунтовых вод и обнаружения карстовых полостей, а также для установления мощности многолетнемерзлых грунтов.

Однако применение сейсмоакустического метода для линейных изысканий геологических и гидрогеологических условий трасс автомобильных дорог малоэффективно из-за низкой его производительности, в то время как для небольших и сложных участков трасс (карстовые, оползневые участки и т.д.), а также территории (например, под карьеры, производственные базы или транспортные развязки), площадью 1 - 2 , сейсмоакустический метод может оказаться незаменимым.

Электроразведка. Суть методов электроразведки заключается в том, что в геологической среде с помощью питающих электродов возбуждается постоянное или низкочастотное переменное поле, а с помощью приемных электродов измеряют разность потенциалов в грунтовой среде между приемными электродами. По разности потенциалов, току, размерам установки электродов вычисляют на соответствующей глубине сопротивление грунта, по которому судят и о его виде. Как правило, удельные сопротивления различных видов грунтов сильно отличаются, что и позволяет по результатам измерений определить вид грунта.

В зависимости от схемы размещения питающих и приемных электродов различают электропрофилирование (изменение геологических слоев по длине трассы в пределах изучаемой толщи) или электрозондирование (геологический разрез по глубине) грунтов.

При изысканиях трасс автомобильных дорог прибегают к методу электрического зондирования. Электрозондирование проводят через 100 - 300 м по трассе, с разносами электродов не свыше 100 м.

Из всех рассмотренных схем электроразведки методом электропрофилирования с заземленными установками (комбинированное, дипольное, симметричное, электропрофилирование методом срединного градиента и т.д.) наиболее производительным и эффективным для изыскания границ участков с различными гидрогеологическими условиями является метод срединного градиента, который позволяет охватывать при измерениях большие площади без переноса питающих электродов.

Из электроразведочных приборов наибольший интерес представляют автокомпенсатор электроразведочный АЭ-72 (электрозондирование и электропрофилирование при постоянном токе), аппаратура низкой частоты АНЧ-3 (для низкочастотного электрозондирования и электропрофилирования), электроразведочная станция "Енисей" на автомобиле УАЗ. В полевых условиях аппаратура низкой частоты АНЧ-3, состоящая из стационарного и переносного генераторов, а также избирательного микровольтметра, показала себя достаточно стабильной к колебаниям влажности и температуры.

Из зарубежного опыта можно отметить выполнение электроразведочных работ с помощью переносного резистометра SYSCAL R1 французской фирмы IRIS INSTRUMENTS. Французский резистомер положительно отличает возможность хранения сведений непосредственно в памяти прибора, а встроенная в нем подзаряжающаяся аккумуляторная батарея позволяет на протяжении нескольких дней производить до 1000 считываний по 10 с каждое.

Радиолокационные методы. Суть радиолокационных методов (чаще всего применяется - подповерхностная радиолокация) заключается в том, что радиолокационное устройство при помощи антенны излучает электромагнитные волны, которые, распространяясь в грунте, отражаются от многочисленных границ пород с различными электрофизическими свойствами. Определенная часть энергии электромагнитной волны отражается, остальная часть, преломляясь, распространяется глубже до следующего отражающего горизонта, где происходит новый процесс отражения и преломления. Через некоторые промежутки времени начнут приходить сигналы, отраженные от границ геологических слоев. По скорости распространения сигнала устанавливают тип грунтов, глубину заложения тех или иных геологических слоев и фиксируют глубину залегания уровня грунтовых вод.

Сам георадар состоит из антенно-передающего, антенно-приемного модулей, блоков управления, отображения и регистрации. Антенно-передающие и антенно-приемные модули в процессе работы устанавливают на устройства передвижения, и перемещаются по поверхности грунта по маршруту движения транспортного средства. Модули соединены с блоками управления, отображения и регистрации.

Вычислительный комплекс георадара строится на базе персонального компьютера. Регистрация информации выполняется на магнитном носителе, отображение осуществляется на экране видеотерминала с цветной индикацией радарограммы.

Ведущими зарубежными фирмами, занимающимися производством георадаров, являются GSSI (Нью Гемпшир, США), Sensor and Software Inc. (Канада), Era Technology (Великобритания), Mala (Швеция), Radar Systems (Латвия), OYO corporation (Zondas) и Geozondas (Литва).

Компания GSSI выпускает георадары с маркировкой Sir systems с модификациями Sir systems -2, -2Р, -3, 3R, 3I, -10А, -10Н, -10В, 2000 и т.д.

Компания Sensor and Software производит новейшие георадарные системы ЕККО и Noggin различных модификаций.

Компания Radar Systems производит георадары "Зонд" различных модификаций. В настоящее время выпускает георадар "Зонд-12С" с набором различных антенных блоков.

В России георадары "ЗОНД", "ГЕОН" и "ОКО" производит ООО "Логические системы" совместно с НИИ приборостроения (г. Жуковский), георадары "Грот" - НПО "Инфизприбор" (г. Троицк), георадары "Лоза" - институт механизированного инструмента ВНИИСМИ и георадары "Локас-2" - Правдинский завод радиорелейной аппаратуры.

Достоинствами применения георадаров в инженерно-геологических изысканиях являются:

- универсальность, позволяющая определять георадарами загрязнение почв, поиск карстовых воронок и пустот под автомобильными и железными дорогами, обнаружение пластиковых и металлических труб, кабелей и других объектов коммунального хозяйства, определение утечек из нефте- и водопроводов, установление границ залежей полезных ископаемых, определение мест захоронения экологически опасных отходов и т.д.;

- высокая производительность работ, достигающая в трудных условиях грунтово-гидрогеологических изысканий автомобильных дорог (залесенные участки, пересеченная местность и т.д.) 3 км в смену, а в легких условиях (открытая местность, равнинные участки и т.д.) - 30 км в смену;

- практически доступный диапазон частот от 15 до 2500 МГц, соответственно для глубины зондирования от 1 до 40 м, незначительная потребляемая мощность от 4 до 36 Вт;

- малая численность обслуживающего персонала, составляющая, в зависимости от условий местности, от 1 до 3 человек;

- большая разрешающая способность (фиксируется малая мощность геологических слоев толщиной 4 - 8 см) и малая погрешность при выполнении измерений, не превышающая 3%;

- возможность применения георадаров как в зимнее, так и в летнее время практически при любых погодно-климатических условиях (диапазон температур от -30 до +50°С), на любых грунтах (ледники, торфы, пески, глины и т.д.);

- малая масса и относительно небольшие габариты приборов, которые обуславливают большую маневренность в случае использования георадаров при ручной транспортировке, а также совместно с вездеходами или малогабаритными автомобилями;

- представление полученной информации в цифровом (электронном) виде.

Метод подповерхностной радиолокации является наиболее приемлемым для геологической и гидрологической разведки трасс автомобильных дорог, но в то же время он может быть использован и на небольших территориях для обследований точечных объектов.

Радиоизотопные методы. Принцип действия радиоизотопных экспресс-методов заключается в излучении на заданных грунтовых горизонтах быстрых нейтронов или гамма-квантов и регистрации потоков медленных нейтронов или рассеянных гамма-квантов, образующихся в результате взаимодействия с электронами атомов вещества среды.

Радиоизотопные приборы позволяют определять на различных глубинах изменение влажности (например, поверхностно-глубинный влагомер ВПГР-1) и плотности (например, поверхностно-глубинный плотномер ППГР-1) песчаных и глинистых грунтов в полевых условиях, а также измерять одновременно плотность и влажность грунтов (например, влагоплотномер РВПП-1).

Работа ВГПР-1 основана на зависимости потока медленных нейтронов от объемного содержания в почвах и грунтах водорода, входящего преимущественно в состав воды. При этом поток медленных нейтронов является результатом упругого рассеяния потока быстрых нейтронов ядрами водорода контролируемой среды. В качестве источника быстрых нейтронов используется плутониево-бериллиевый источник, а детектора медленных нейтронов - высокоэффективный гелиевый газоразрядный счетчик. Переход от количества зарегистрированных в единицу времени электрических импульсов к влажности контролируемой среды осуществляется при помощи градуировочного графика.

Работа ППГР-1 основана на зависимости потока рассеянных гамма-квантов от плотности грунта. Так вокруг источника гамма-излучения, помещенного в почву или грунт, образуется "облако" рассеянных гамма-квантов как результат комптоновского взаимодействия с электронами атомов вещества среды, причем количественно такое взаимодействие определяется плотностью вещества контролируемой среды. В приборе используется источник гамма-излучения с изотопом - цезий.

Плотность грунта определяется по количеству зарегистрированных в единицу времени электрических импульсов также при помощи градуировочного графика.

Приборы, которые позволяют измерять одновременно плотность и влажность грунтов, получили название влагоплотномеры.

Из зарубежного оборудования известен гаммаденсиметр МС-3 фирмы VECTRA (Франция), который дает точные данные о плотности и влажности грунтов и строительных материалов на глубине 20 - 30 см. В прибор встроены два источника радиоактивности: цезий 137 (Cs 137) - для измерения плотности и америций 241-бериллий (Am 241-Be) - для измерения влажности.

Однако наряду с высокой точностью и стабильностью в работе при применении радиоизотопных приборов сдерживающими факторами являются обязательное предварительное бурение скважин для последующего зондирования и укладка в них обсадных труб, а также невозможность выполнения измерений на глубинах ниже уровня грунтовых вод.

По результатам полевых испытаний на участках болот при проектировании насыпей с высотой до 3 м на торфяных болотах глубиной не более 6 - 8 м, когда расчетная нагрузка на основание насыпи не превышает 0,055 МПа без учета взвешивания, оценку прочности слабых грунтов допускается вести укрупненно на основе их типизации по прочности.

Следует различать три строительных типа болотных грунтов по прочности:

1 - грунты, которые обладают достаточной прочностью в природном состоянии и при передаче на них нагрузки от насыпи указанных выше параметров, могут только сжиматься независимо от скорости передачи нагрузки;

2 - грунты, не обладающие в природном состоянии достаточной прочностью, вследствие чего при быстрой передаче на них нагрузки от насыпи они выдавливаются, при медленной передаче нагрузки они успевают уплотниться и упрочниться настолько, что не выдавливаются, а сжимаются;

3 - грунты, которые при передаче на них указанной нагрузки в любом случае выдавливаются из-за недостаточной прочности в природном состоянии и недостаточной упрочняемости при уплотнении.

Строительный тип болотного грунта по прочности можно установить следующим образом:

1. По основным показателям состава и состояния, используя данные классификационных таблиц.

2. По величине сопротивляемости сдвигу, устанавливаемой путем испытаний с помощью крыльчатки в условиях природного залегания (см. табл. Б3 - Б5).

Таблица Б.3

Определение строительного типа торфяных грунтов

Разновидность грунта	Природная влажность, %	Степень разложения Д (волокнистости), %
		<25 (>75)	25-40 (75-60)	>40 (<60)
Осушенный	< 300	1	1	1
Маловлажный	300 - 600	1	1, 2*	1, 2**
Средней влажности	600 - 900	1	2	2
Очень влажный	900 - 1200	1	2	2
Избыточно влажный	> 1200	1 - 2	2	3

______________________________

*К 1 типу следует относить торф при влажности менее 500%.

**К 1 типу следует относить торф средней зольности (5 - 20%) с влажностью менее 400%.

Таблица Б.4

Определение строительного типа сапропелевых грунтов

Разновидность грунта	Природная влажность грунта, %		Строительный тип грунта
	органического	органоминерального
Маловлажный	=< 350	=< 150	1, 2*
Средней влажности	350 - 600	150 - 400	2
Сильно влажный	600 - 1200	400 - 900	2, 3**
Избыточно влажный	> 1200	> 900	3

______________________________

* Для уточнения типа необходимы лабораторные испытания на сдвиг и компрессию:

к 1 типу относить органический сапропель при < 200% и органоминеральный при < 50%;

** к 3 типу относить органический сапропель при > 1000% и органоминеральный при > 550%.

Таблица Б.5

Определение строительного типа болотного мергеля

Разновидность грунта	Природная влажность, %	Строительный тип грунта
Маловлажный	< 70	1, 2*
Средней влажности	70 - 150	2
Очень влажный	> 150	3

______________________________

*К 1-му типу относится болотный мергель при < 60%.

Таблица Б.6

Определение строительного типа болотного грунта по результатам испытаний крыльчаткой

Сопротивляемость сдвигу по крыльчатке, МП	Вид болотных грунтов
	торф	сапропель, ил, мергель
> 0,02	1	1
0,02 - 0,01	1, 2*	2
0,01 - 0,003	2	2, 3**
< 0,003	3	3

______________________________

* К 1 типу относить болотный грунт при Д < 25%.

** Для уточнения типа грунта необходимы лабораторные испытания на компрессию и сдвиг.

Лабораторные исследования слабых грунтов. Определение показателей механических свойств слабых грунтов

Слабые грунты испытывают на компрессию и консолидацию в приборах, используемых для испытаний обычных грунтов с рабочим кольцом диаметром 7 см и высотой 2 см. Для испытаний могут быть использованы также компрессионные приборы с максимальной площадью 60 , высотой 2,5 см, с двумя мессурами на штампе, не требующими перестановки нуля. Приборы должны быть оттарированы до испытаний.

Сжимаемость образцов слабых грунтов определяют при ненарушенной структуре с принятием мер, исключающих подсушивание образца в процессе опыта (например, под водой).

Компрессионные испытания

Ход определения. Перед опытом замеряют штангенциркулем диаметр и высоту кольца с точностью до 0,1 мм и взвешивают его на технических весах с точностью до 0,01 г.

Монолит грунта очищают от парафина и подсохшего верхнего слоя.

Кольцо устанавливают режущим краем на выровненную поверхность монолита (или стенку выработки), медленно вдавливают в грунт (для торфов с небольшим поворотом кольца) и срезают грунт по наружному диаметру кольца. При этом необходимо следить, чтобы кольцо погружалось вертикально, без перекосов, которые могут вызвать нарушение структуры грунта и исказить величину его плотности. Следует обратить особое внимание на качество вырезки образца, так как от ее тщательности зависит точность определения деформаций грунта. С этой целью в процессе вырезки и подготовки образца к испытанию необходимо следить, чтобы грунт не выкрашивался, а также чтобы образец вплотную прилегал к стенкам кольца. При нарушении естественной структуры образец бракуется. После заполнения кольца грунтов на него устанавливают насадку и вдавливают в грунт с превышением на 3 - 4 мм. Затем насадку снимают и осторожно срезают грунт в уровень с краями кольца. Под кольцом грунт подрезают на конус и отделяют кольцо с грунтом от монолита (или грунтового массива). В случае мягкопластичных грунтов кольцо с грунтом отделяют от монолита стальной упругой туго натянутой проволокой. Образец кладут на стеклянную пластину и зачищают грунт вровень с кольцом. Кольцо с грунтом взвешивают с точностью до 0,01 г.

При испытаниях при двухсторонней фильтрации верхний и нижний торцы образца грунта покрывают влажными кружками фильтровальной бумаги, вырезанными строго по внутреннему диаметру кольца. При проведении опыта при односторонней фильтрации воды из образца нижний кружок фильтровальной бумаги заменяют резиновой прокладкой. Кольцо с образцом ставят на днище прибора, одометр собирают и устанавливают под раму прибора. Далее устанавливают индикаторы на нулевой отсчет. При показаниях, отличных от нуля, их записывают в журнале как начальные. Одновременно из грунта монолита, непосредственно прилегающего к образцу, отбирают три пробы для определения влажности и плотности частиц грунта.

При испытании образца грунта в водном окружении следует после приложения первой ступени нагрузки нижнюю часть одометра прибора с помощью бюретки заполнить водой. Для удаления воздуха из прибора второе боковое отверстие должно быть открыто до появления в нем воды. Вода должна появиться в отверстиях верхнего штампа. Уровень воды в бюретке устанавливают до верхней грани рабочего кольца и поддерживают на протяжении всего опыта.

При предварительном насыщении грунта водой прибор с образцом ставят под раму и опускают винт арретира так, чтобы грунт не набухал или доводят арретирное кольцо прибора до соприкосновения с верхним штампом. Если индикаторы показали набухание образца, то арретиром возвращают показания индикатора на начальный отсчет. Насыщать образец необходимо грунтовой водой, взятой из места отбора образцов, грунтовой вытяжкой или дистиллированной водой. При небольшой минерализации можно пользоваться водопроводной водой.

Далее к грунту прикладывают нагрузку возрастающими ступенями. Для образцов глинистых грунтов текучепластичной консистенции и сапропелей рекомендуются следующие ступени нагрузок: 0,002; 0,003; 0,005; 0,01; 0,02; 0,03; 0,05; 0,075; 0,10; 0,15; 0,2 МПа (0,02; 0,03; 0,05; 0,1; 0,2; 0,3; 0,5; 0,75; 1,0; 1,5; 2 ) и далее до заданной максимальной нагрузки. Для образцов глинистых грунтов мягкопластичной консистенции и торфов рекомендуются следующие ступени нагрузок: 0,01; 0,02; 0,03; 0,05; 0,075; 0,10; 0,20 МПа (0,1; 0,2; 0,3; 0,5; 0,75; 1; 2 ) и т.д.

Величина груза, которую необходимо приложить к подвеске рычага компрессионного прибора, определяется по формуле

, (Б.1)

где - задаваемая ступень нагрузки (нормальное напряжение) на образец грунта, МПа ();

F - площадь поперечного сечения образца, ;

а - вес рамы и поршня одометра с шариком, кг;

N - передаточное число системы рычагов.

Каждую ступень выдерживают до условной стабилизации деформации образца. При высоте образца h и двусторонней фильтрации воды интенсивность осадки, принимаемую за условную стабилизацию, вычисляют по формуле , мм/сут. Если дренирование одностороннее, то следует пользоваться формулой мм/сут. В зависимости от вида грунта и условий опыта указанный критерий может быть изменен. Но во всех случаях принимаемая за завершение деформации грунта интенсивность относительной осадки не должна превышать для супесей - 0,003 1/сут, для песков - 0,002 1/сут и для суглинков и глин - 0,001 1/сут.

При больших осадках образца, приводящих к сильному опусканию рычага пресса, следует выравнивать рычажную систему после завершения осадки от каждой ступени нагрузки, брать новый нулевой отчет по индикаторам, после чего прикладывать следующую ступень нагрузки.

Одометр с образцом необходимо защищать от сотрясений и температурных колебаний.

После достижения условной стабилизации образца грунта от наибольшей нагрузки удаляют воду (если образец находится под водой) и снимают нагрузку с рычажной системы. Далее разбирают одометр, извлекают рабочее кольцо с образцом, снимают фильтрационную бумагу, удаляют сухой фильтровальной бумагой влагу с торцов образца и взвешивают его с указанной выше точностью. Затем образец высушивают в термостате для определения конечной влажности. Все данные измерений и взвешиваний записывают в журнал.

После опыта определяют объем образца, для чего площадь поперечного сечения образца умножают на его конечную высоту, равную разности между начальной высотой образца (высота рабочего кольца) и его осадкой. Определяют плотность и коэффициент пористости образца до и после опыта. Форма записи наблюдений при компрессионных испытаниях приведена ниже.

Обработка результатов. Деформацию образца грунта определяют под каждой ступенью нагрузки, выдержанной до условной стабилизации деформации, вычитая начальные показания индикаторов из показаний при нагрузке. Из общей деформации образца вычитают значения собственной деформации одометра и кружки фильтровальной бумаги, которые определяются по тарировочной кривой, и получают действительные деформации образца (). Затем вычисляют относительные деформации образца грунта по формуле:

, (Б.2)

где - начальная высота образца.

По вычисленным значениям относительной деформации строят компрессионную кривую вида .

Журнал компрессионных испытаний

Объект _________________________________________________________________

Место отбора образца ___________________________________________________

Проба N ________________________________________________________________

Наименование выработки _________________________________________________

Глубина отбора _________________________________________________________

Исходные данные для расчетов

Высота кольца h ________________________________________________________

               о

Площадь кольца F _______________________________________________________

Объем кольца V _________________________________________________________

Масса кольца g _________________________________________________________

              о

Масса грунта до опыта q ________________________________________________

                       1

Масса грунта после опыта q _____________________________________________

                          2

Плотность грунта ро ____________________________________________________

Влажность грунта до опыта W   __________________________________________

                           нач

Влажность грунта после опыта W   _______________________________________

                              кон

Коэффициент пористости до опыта, рассчитанный

по влажности эпсилон       _____________________________________________

                    нач.вл.

То же, после опыта эпсилон       _______________________________________

                          кон.вл.

При испытаниях слабых, практически полностью водонасыщенных грунтов может происходить выдавливание грунта в зазоры в приборе. Показания мессур могут оказаться искаженными. В этом случае рекомендуется уточнять величину деформации сжатия по изменению влажности грунта в процессе испытания. С этой целью после завершения опыта и определения конечных значений влажности и плотности грунта вносят поправки в компрессионную кривую. Вычисляют величины:

1) - коэффициент пористости образца в конечном состоянии уплотнения:

, (Б.3)

где - плотность частиц грунта;

2) - коэффициент пористости грунта в начальном состоянии (до опыта); определяется, используя ту же зависимость с подстановкой вместо конечных значений - начальные;

3) - изменение коэффициента пористости грунта для каждой ступени нагрузки по показанию мессур:

, (Б.4)

где - конечная деформация образца под данной нагрузкой, фиксируется по мессурам;

- начальный коэффициент пористости;

- коэффициент пористости для каждой ступени нагрузки:

. (Б.5)

Величины и определяют, начиная с конечных значений, соответствующих последней нагрузке.

Уточнение компрессионной кривой заключается во введении в вычисленные по показаниям мессур величины и поправки, получаемой по результатам контрольного определения конечной влажности грунта.

Поправочный коэффициент рассчитывается по формуле:

, (Б.6)

где - конечный коэффициент пористости, рассчитанный по влажности;

- то же, по деформации (по мессуре).

Если , то необходимо значения деформации образца на различные моменты времени и при различных ступенях нагрузок, установленные по показаниям мессур, уточнить по формуле .

Для определения структурной прочности грунта на сжатие кривую перестраивают в виде . Определяют точку перегиба А указанной зависимости. Через эту точку проводят касательную АВ и горизонтальную линию АД, затем биссектрису AM угла ВАД. Прямолинейный участок компрессионной кривой экстраполируют до пересечения с биссектрисой AM и получают точку N; значение Р, соответствующее точке N, принимают за структурную прочность грунта на сжатие.

Консолидационные испытания

Испытания на консолидацию проводят на тех же приборах, что и на компрессию. Подготовка приборов и образцов аналогична подготовке к компрессионным испытаниям.

Испытания на консолидацию могут быть выполнены при одинаковом пути фильтрации на нескольких идентичных образцах, на образцах-близнецах при различных путях фильтрации или с различными размерами рабочих колец (при этом отношение диаметра к его высоте должно сохраняться постоянным).

Консолидационные испытания выполняются в полном или сокращенном объемах. При испытаниях в полном объеме должны быть получены шесть-восемь консолидационных кривых: для трех-четырех нагрузок и двух путей фильтрации. При сокращенных испытаниях ограничиваются получением консолидационных кривых для одной нагрузки (заданной) и двух путей фильтрации.

Ход определения. Каждый из подготовленных образцов нагружают заданной ступенью нагрузки и ведут замеры деформации по индикаторам через определенные промежутки времени или пользуются автоматической записью.

Рекомендуемые интервалы между отсчетами: 5; 10; 30 сек., 1; 2; 3; 5; 10; 15; 30 мин, 1; 2; 4 ч и далее 3 раза в сутки. Данные наблюдений заносят в журнал. Одновременно результаты испытаний наносят на график в виде . Испытание считается законченным при достижении интенсивности деформации образца, принятой за условную стабилизацию деформации.

Для сокращения времени испытания опыт может быть закончен, когда экспериментальные точки кривой , построенные в полулогарифмической зависимости, укладываются на прямую. Далее указанную прямую экстраполируют до тех пор, пока интенсивность деформации не будет менее 0,02 мм/сут. Осадку, соответствующую моменту достижения этой интенсивности, принимают за конечную. Время достижения интенсивности 0,02 мм/сут может быть определено не только графическим путем, но и рассчитано по формуле

, (Б.7)

где 0,43 - коэффициент перехода от десятичного логарифма к натуральному;

m - консолидационный параметр;

- начальная высота образца;

0,02 - заданная интенсивность осадки.

Испытание считается законченным:

- если экспериментальные точки устойчивости укладываются на прямую в полулогарифмическом масштабе, что свидетельствует о выходе процесса консолидации на стадию консолидации объемной ползучести;

- при достижении условной стабилизации деформации образца.

За критерий условной стабилизации деформации грунта можно принимать 0,01 мм за время: для глинистых грунтов - 16 ч, торфяных - 24 ч.

После окончания эксперимента разгрузку прибора следует выполнять так же, как при компрессионных испытаниях.

В случаях, предусмотренных программой, допускается повторное испытание образца грунта при следующей расчетной нагрузке.

По полученным данным и t следует построить (если это не было сделано в процессе опыта) кривую консолидации вида и определить количество характерных участков на консолидационной кривой по геометрическому признаку. Если испытание проводилось на двух идентичных образцах с разными условиями дренирования (или на образцах различной высоты), то строятся две консолидационные кривые на одном графике. В