Производные характеристики грунтов. Оптимальная влажность грунта и его максимальная плотность

Общие положения. При проектировании и строи­тельстве земляных сооружений из песчаных и глинистых пород необходимо обеспечить наибольшую их устойчивость и прочность. Это достигается уплотнением пород (укаткой, трамбованием, виброуплотнением) до максимальной плотности при оптимальной влаж­ности.

Грунт в насыпи находится в трехфазной состоянии (грунт + воздух + вода), и уплотнение его происходит за счет перемещения грунтовых частиц и сопровождаются вытеснением воздуха из пор. При одинаковой затрате усилий уплотнение зависит от влажности грунта.

Маловлажные грунты уплотняются плохо, так как грунтовые агрегаты (комочки) при этом обладают высокой прочностью, между частицами грунта развивается трение, препятствующее их взаим­ному перемещению в процессе уплотнения. С повышением влажности до определенного предела плотность скелета грунта увеличи­вается. Насыщенные водой грунты трудно уплотнить по другой причине. Уплотняющее воздействие (удар трамбовки, проход кат­ка и т.п.) обычно кратковременно. Поэтому нагрузка восприни­мается, главным образом, поровой водой, которая не успевает отжаться из грунта, а скелет грунта не успевает включиться в работу.

Влажность грунта, при которой достигается заданное его уплотнение при наименьшей затрате уплотняющей работы, называ­ется оптимальной.

При оптимальной влажности можно достичь наибольшего уплот­нения, поскольку в этом случае комочки разрушаются относитель­но легко частицы грунта, имея на контактах смазку в виде пленки воды, смещаются друг относительно друга и более компак­тно укладывается в объеме грунта. При оптимальной влажности часть порового объема заполнена воздухом, который сжимается и не препятствует уплотнению.

Оптимальная влажность зависит от состава грунта, харак­тера уплотняющего воздействия, его интенсивности и количества затраченной на уплотнение работы. Например, оптимальная влажность супесей составляет 9 – 15%, суглинков 15-22% и т.д. Чем интенсивнее уплотнявшее воздействие (скажем, больше вес катка), тем ниже оптимальная влажность.

Строительные нормы (СНиП П-Д.5-72) требуют, чтобы уплот­нение грунтов при укладке в тело насыпи автодороги производилось при оптимальной влажности. Если влажность ниже оптимальной, при­ходится прибегать к искусственному увлажнению грунта; выше опти­мальной - просушиванию.

Оборудование. Прибор стандартного уплотнения (рис.4, табл.11). Сито с отверстиями диаметром 5 мм; тарелочные и технические весы с набором гирь и разновесов; бюксы для определения влаж­ности; мерный цилиндр; противень с воздушно-сухими грунтом; нож; совок; шпатель; сушильный шкаф; ступка с пестиком; метал­лическая чашка емкостью 3-4 л для приготовления грунтовой смеси.

Таблица 11

Характеристика прибора стандартного уплотнения

Рис. 4. Cхема прибора Союздорнии для стандартного уплотнения

1 - подстаканник; 2 - разъемный цилиндр; 3 - насадка; 4 - ограни­чительное кольцо; 5 - стойка с уплотнителем; 6 - груз; 7 - зажимное кольцо; 8 - зажимной винт

Подготовительные работы

1. Отбирают пробу воздушно-сухого грунта массой 3,0-3,5кг.

2. Если в грунте имеется комки, их предварительно измель­чают в ступке.

3. Отобранную и измельченную пробу грунта просеивают через сито с отверстиями 5 мм.

4. Производится сборка прибора. Половинки рабочего ци­линдра соединяют, на них надевают неразъемный цилиндр и в таком виде цилиндр укрепляют в поддоне прибора сильной затяжкой винтов, так, чтобы плоскость разъема была перпендику­лярна оси зажимных винтов.

5. Взвешивают на тарелочных весах пустой прибор стандар­тного уплотнения,

6. Смазывают внутреннюю часть цилиндра техническим вазе­лином.

Ход работы .

1.B металлическую чашку отвешива­ют пробу воздушно-сухого грунта, просеянного через сито, в количестве 3,0 кг.

2. Определяютколичество воды, которое необходимо добавить к исходной навеске грунта для получения следующих влажностей: 1, 6, 8, 10, 12, 14%, используя формулу

где g-масса грунта, подлежащего увлажнению, г; W- требуемая влажность; W 1- влажность грунта в исходном состоянии, %.

В лабораторной работе для повышения влажности на 2-3%добавить 50 г воды.

3. В чашку с грунтом с помощью мензурки добавляют, тре­буемое количествоводы с одновременный тщательны перемещением до равномерного увлажнения.

4. Рабочий объем цилиндра прибора заполняют увлажненным грунтом на одну треть высоты цилиндра.

5. В цилиндр вставляют пуансон со штоком и трамбовкой.

6. Производят стандартное уплотнение (см.табл. II).

7. Снимается шток с трамбовкой и в цилиндр добавляется грунт до двух третей его высоты. Производится уплотнение аналогично п.6.

8. Снимают шток с трамбовкой, устанавливают, насадку и в цилиндр укладывают, новый объем грунта. Укладку грунта следует прекратить, когда поверхность грунта будет превышать верхнюю кромку разъемного цилиндра примерно на 10 им. Уплотне­ние грунта аналогично п.6.

9. После окончания уплотнения с цилиндра снимают шток с трамбовкой, насадку и выступающий грунт осторожно срезают ножом по верхней кромке.

10. Прибор с уплотненным грунтом взвешивают на тарельча­тых весах с точностью до I г.

11. Грунт из цилиндра высыпают обратно в чашку, перемеши­вают и отбирают пробу массой 10-15 г для определения влаж­ности термостатным методом.

12. Результаты опыта заносят в табл.12.

13. Весь грунт, как после опыта, так и первоначальный перемешивают

14. Операции, описанные в п.п. 3-12, повторяют 5 раз с добавлением каждый раз 50 г воды.

Результаты определения.

I. По данный определения для каждого опыта определяют влажность, плотность влажного и плотность скелета грунта по формулам:

влажность грунта

где g в - масса влажного грунта, г; g с - масса сухого грунта, г; g б - масса бюксы, г.

плотность грунта

где Р 1 - масса цилиндра с уплотненным грунтом, кг; Р 2 - мас­са пустого цилиндра, кг; V - объем цилиндра, м 3 ; Плотность скелета грунта

2. Строится график зависимости плотности скелета грунта от влажности при уплотнении (рис.5). Масштабы графика.

Зная величины ρ , ρ s и W можно вычислить ряд производных характеристик грунта:

Плотность сухого грунта ρ d – отношение массы скелета грунта (исключая воду в порах) m s к объему этого грунта V о:

, т/м 3; где: ρ – плотность грунта, г/см 3 ; w – влажность грунта, %.

Пористость грунта n – отношение объема пор V пор к объему всего грунта V 0:
;
где: ρ – плотность грунта, г/см 3 ; ρ d – плотность сухого грунта, г/см 3 ; ρ s – плотность частиц грунта, г/см 3 ; w – влажность грунта, %.

Коэффициент пористости е – отношение объема пор V пор к объему частиц грунта V 0:


Песчаные грунты по плотности их сложения разделяют, в зависимости от коэффициента пористости на: Прочные (плотные) Средней прочности (средней плотности); Малопрочные (рыхлые).

Степень влажности S r – доля заполнения пор грунта водой - отношение влажности W к полной влагоемкости грунтов W sat:


где: ρ w – плотность воды, г/см 3 . По степени влажности грунты бывают: а) маловлажные (0

Оптимальные параметры грунта определяются в приборе предварительного уплатнения грунта. В прибор слоями укладывают грунт и каждый слой уплотняется 30-40 ударами груза, падающего с одинаковой высоты.

Влажность, при которой достигается мах. Возможный эффект уплотнения называется оптимальной влажностью.

Плотность скелета грунта, достигнутая при мах. Влажности, называется оптимальной плотностью грунта.

5.Деформируемость грунтов.Компрессионная зависимость и её анализ.

Сжимаемость грунтов – способность их уменьшаться в объеме (давать осадку) под действием внешнего давления. Степень сжимаемости грунтов зависит от структуры грунта и является важной характеристикой механических свойств грунта, которая используется для расчета осадок зданий и различных сооружений. Сжимаемость грунтов обусловлена изменением их пористости при приложении нагрузки и происходит за счет возникновения взаимных сдвигов частиц. Уменьшения толщины водно-коллоидных пленок отжатия воды в водонасыщенных грунтах и за счет разрушения кристаллизационных связей в сильно структуированных грунтах. В связи с тем, что сжимаемость грунтов связана с уменьшением их пористости, в механике грунтов принято характеризовать сжимаемость грунта зависимостью коэффициента пористости от уплотняющего давления . Эта зависимость называется компрессионной и определяется в лабораторных условиях экспериментально в приборах двух типов:

-одометре (приборе одноосного сжатия с жесткими боковыми стенками обоймы, в которую заключен образец грунта) называемым также компрессионным прибором;



-стабилометре (приборе трехосного сжатия с эластичными боковыми стенками, в которые заключен грунт).

  • 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.

    (ГОСТ 22733-77).

    Цель работы:

    Установление зависимости плотности сухого грунта от его влажности при трамбовании образцов.

    Оборудование:

    1. Прибор Союздорнии для стандартного уплотнения грунтов; 2. Весы для измерения массы частей прибора с предельным значением 10 кг и погрешностью 1г; 3. Весы лабораторные для определения влажности грунта с погрешностью 0,01г; 4. Ступка фарфоровая с резиновым пестиком; 5. Шкаф сушильный; 6. Сито с отверстиями 10мм; 7. Эксикатор; 8. Мерные цилиндры 100 и 500 мл.; 9. Штангенциркуль; 10. Нож лабораторный; 11. Бюксы для взвешивания.

    Подготовка прибора к работе:

    Подготовка прибора к испытанию должна осуществляться в следующей последовательности:

    Устанавливают цилиндр в поддон, не зажимая его винтами;

    Устанавливают кольцо на бортик цилиндра;

    Зажимают цилиндр попеременно винтами поддона и кольца;

    Проверяют размеры цилиндра штангенциркулем; при этом внутренний диаметр и глубина должны быть равны соответственно 100 и 127 мм.

    Определяют массу m 4 собранного контейнера (цилиндр с поддоном и кольцом) с погрешностью до 1 г и заносят данные в журнал;

    Устанавливают собранный контейнер прибора на жесткое неподвижное основание массой не менее 50 кг.

    Ход работы.

    1. Пробу грунта массой m 3 =2,5 кг, предварительно высушенную до воздушно-сухого состояния и растертую в ступке пестиком с резиновым наконечником, просеивают через сито 10мм. Из зерен, прошедших сквозь сито, отбирают пробы по 30 г для определения влажности W 1 .

    2. Доувлажняют пробы до исходной влажности (W 3), принимаемой равной 4% для песчаных, гравийных грунтов и 8% для глинистых грунтов. Необходимое для доувлажнения пробы грунта количество воды Q определяют по формуле.

    где W 1 - влажность пробы грунта до доувлажнения.

    3. Вводят необходимое количество воды и тщательно перемешивают грунт.

    4. Подготовленную пробу грунта слоями загружают в цилиндр прибора, прижимая грунт трамбовкой. Каждый слой должен иметь высоту 5-6 см и уплотняться 40 ударами груза, при этом стержень трамбовки удерживается в вертикальном положении. Перед укладкой третьего слоя на цилиндр одевают насадку. После уплотнения насадку снимают и срезают грунт заподлицо с торцом цилиндра. Толщина слоя срезаемого грунта не должна быть более 10мм. При большей толщине необходимо испытание повторить.

    5. Определяют массу контейнера с грунтом (m 5) с погрешностью до 1г и рассчитывают плотность влажного образца грунта γ с погрешностью до 0,01 г/см 3 по формуле

    (19)

    где V – емкость цилиндра, равная 1000 см 3 .

    6. Снимают поддон и кольцо, раскрывают цилиндр и извлекают уплотненный образец грунта, из верхней, средней и нижней частей отбирают по одной пробе в 30 г для определения влажности.

    7. Извлеченный из цилиндра грунт присоединяют к оставшемуся в чашке, растирают, перемешивают и повышают влажность пробы, затем такжезакладывают его в прибор. Испытание считается законченным, если грунт перестает уплотняться и при ударах груза начинает выжиматься из прибора.

    8. Результаты испытаний записываются в таблицу 11. По полученным в результате испытания значениям плотности и влажности уплотненных образцов определяют плотность скелета грунта γ ск с погрешностью до 0,01 г/см 3 по формуле:

    (20)

    9. По полученным данным строят график рис.5 зависимости плотности скелета от влажности грунта. Находят максимум полученной зависимости и соответствующие ему величины максимальной плотности скелета грунта γ макс и оптимальной влажности.W опт.

    Рис.7 Схема прибора Союздорнии для стандартного уплотнения грунтов: 1. поддон; 2. разъемный цилиндр емкостью 1000 см 3 ; 3. . кольцо; 4. насадка; 5. наковальня; 6. груз, массой 2,5 кг; 7. направляющий стержень; 8. ограничительное кольцо; 9. зажимные винты.

    Таблица 11.

    Определение плотности сухогогрунта

    РАЗДЕЛ ТЕХНОЛОГИИ ДОРОЖНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

    Лабораторная работа № 9

    МЕТОДИКА УСКОРЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОЙ СТАНДАРТНОЙ ПЛОТНОСТИ И ОПТИМАЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ ГРУНТОВ, УКРЕПЛЕННЫХ НЕОРГАНИЧЕСКИМИ ВЯЖУЩИМИ МАТЕРИАЛАМИ.

    При определенной оптимальной влажности грунта, смешанного с вяжущим, быстротвердеющие вяжущие типа цемента вносят определенные искажения в результаты испытаний. Время начала твердения цемента и грунта зависит от дисперсности грунта, его минералогического и химического состава. Определенное влияние оказывает также состав цемента и его количество. Влияние грунта на характер твердения цементогрунтовых смесей можно оценить по количеству глинистых частиц. Так, при обработке цементом глин процесс твердения смеси начинается раньше, чем при обработке песков.

    Медленнотвердеющее вяжущее типа зол-уносов также оказывает влияние на результаты стандартных испытаний, хотя и в меньшей степени.

    В связи с установленным явлением разработана специальная ускоренная методика определения максимальной стандартной плотности и оптимальной влажности смесей грунтов с вяжущими. По этой методике максимальную плотность укрепленного грунта предлагается определять или однократным уплотнением в приборе стандартного уплотнения при оптимальной ее влажности через определенный промежуток времени (например через 2 часа) после увлажнения или же расчетным путем. Оптимальную влажность смеси при этом определяют расчетным путем по значению оптимальной влажности исходного грунта. В основу расчета максимальной плотности и оптимальной влажности укрепленного грунта положены параметры стандартного уплотнения исходного грунта.(см. лабораторную работу№ 9).

    Необходимые приборы :

    1. Технические весы; 2. Алюминиевые бюксы; 3, Сушильный шкаф с термометром и терморегулятором; 4. Эксикатор с обезвоженным хлористым кальцием (без поглощения влаги); 5. Шпатель.

    Техника выполнения работы:

    1.Методика ускоренного определения оптимальной влажности и максимальной плотности смеси грунта с минеральными вяжущими (цемент, сланцевая зола-унос.).

    В соответствии с методикой, изложенной в лабораторной работе № 9 определяют W опт и γ ск.макс исходного грунта или материала.

    Оптимальную влажность смеси грунта с вяжущими W опт см определяют по формуле:

    W опт см = W опт +а, (21)

    где а- поправочный коэффициент, принимаемый по табл.13 (в зависимости от вида вяжущего материала).

    W опт – оптимальная влажность исходного грунта. Оптимальная влажность может быть также установлена расчетным путем по влажности границы текучести:

    W опт = α W т (22)

    где α – 0,75-0,7 – (песок и супесь легкая)

    0,6- 0,55 – (тяжелая супесь, легкие суглинки)

    0,5-0,45 – (тяжелые суглинки, глины);

    или по влажности границы раскатывания (W р, %)

    W опт = W р –в, (23)

    где в – 1-2 (тяжелая супесь, легкие суглинки), 2-3 (тяжелые суглинки, глины).

    Максимальную плотность смеси грунта с минеральными вяжущими γ ск.макс можно рассчитать по формуле:

    γ ск.макс см = γ ск.макс к г (24)

    где к г поправочный коэффициент, принимаемый по табл.14;

    γ ск.макс максимальная плотность исходного грунта.

    Для определения γ ск.макс см опытным путем берут навеску грунта в количестве 2 кг и добавляют в грунт требуемое количество вяжущего. После перемешивания грунта с вяжущим добавляют в смесь воду в количестве, установленном по формуле (21) с учетом гигроскопической влажности исходного грунта. Смесь тщательно снова перемешивают и выдерживают во влажной среде в течение следующего времени:

    Для смеси грунта с цементом – 1,5 ч;

    Для смеси связного грунта со сланцевой землей-уносом – 5-6 ч;

    Для смеси несвязного грунта с золой – 24ч.

    По истечении указанного времени производят однократное уплотнение смеси в большом приборе стандартного уплотнения (120 ударов на 3 слоя смеси). Полученные значения средней плотности скелета принимают за максимальную плотность укрепленного грунта γ ск.макс см

    Таблица 12

    Значение коэффициента α

    Таблица 13

    Значение коэффициента К

    Лабораторная работа № 10

    Поскольку при нарушении структурных связей грунта его свойства изменяются, необходимо изучать состояние грунта при ненарушенной структуре. Для этого в процессе инженерно-геологических изысканий из шурфов и скважин отбирают монолиты - большие образцы грунта ненарушенной структуры. Из этих монолитов в лабораторных условиях берут меньшие образцы и экспериментально определяют три основные характеристики:

    · плотность (объемную массу) грунта ρ естественной (ненарушенной) структуры, равную отношению массы образца грунта к его объему;

    · плотность (объемную массу) твердых частицгрунта ρ s равную отношению массы твердых частиц к их объему;

    · природную весовую влажность грунта ω, равную отношению массы содержащейся в нем воды к массе твердых частиц.

    Рис. 1.3. Схема составных частей (компонентов) образца грунта

    Выделим из грунта образец объемом V = 1 см 3 и мысленно разделим его на две части: одну, занятую твердыми частицами, объемом V 1 , и другую, занятую порами, расположенными между этими частицами, объемом V 2 (рис. 1.3). Пространство, занятое порами, можно разделить в общем случае также на две части, одна из которых занята водой, другая - воздухом. Пусть масса твердых частиц в объеме V будет g 1 , а масса воды - g 2 (масса воздуха не оказывает влияния на результаты расчетов).
    В соответствии с определениями

    Плотность грунта определяют взвешиванием чаще всего по образцу, взятому в режущее кольцо, иногда парафинировавшем или другими методами, в т. ч. путем гамма-каротажа. Плотность твердых частиц находят с помощью пикнометра. Влажность грунта устанавливают взвешиванием образца естественной влажности до и после высушивания (до постоянной массы) при температуре 105°С.