close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Artyuhina Simonova Opredelenie prochnosti zeml

код для вставкиСкачать
Министерство образования и науки
Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет
Автомобильно-дорожный факультет
Кафедра автомобильных дорог
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ ЗЕМЛЯНОГО
ПОЛОТНА МЕТОДАМИ ШТАМПОВЫХ
ИСПЫТАНИЙ И ЗОНДИРОВАНИЕМ
Методические указания
Санкт-Петербург
2012
1
УДК 625;624.131.37
Рецензент канд. техн. наук, доцент А. М. Симановский (СПбГАСУ)
Определение прочности земляного полотна методами штамповых испытаний и зондированием: метод. указ. / сост.: Г. И. Артюхина, А. С. Симонова; СПбГАСУ. – СПб., 2012. – 20 с.
Приведены основные методы определения прочности земляного полотна автомобильных дорог. Даются рекомендации по подготовке образцов, проверке приборов, последовательности выполнения испытаний и контролю плотности грунта в соответствии с ГОСТ. Указаны схемы приборов и технические
данные.
Предназначены студентам специальности 270205 – автомобильные дороги и аэродромы (дневной и заочной форм обучения) для выполнения лабораторных работ по дисциплине «Технология и организация строительства автомобильных дорог».
Табл. 3. Ил. 12. Библиогр.: 3 назв.
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
МЕТОДАМИ ШТАМПОВЫХ ИСПЫТАНИЙ
1.1. Штамповые испытания
Определение модуля упругости грунта в лаборатории
Модуль упругости характеризует сопротивление грунтов (материалов) деформированию под действием нагрузок. Однако перед определением модуля упругости грунт должен быть предварительно
упрочнен до прекращения накопления остаточной деформации.
Модуль упругости – более постоянная характеристика деформационных свойств грунтов, чем модуль деформации, и меньше зависит от степени первоначального уплотнения грунта, мало изменяется
при изменении действующих нагрузок. Поэтому при испытаниях грунта нет необходимости жестко устанавливать величины деформации
или нагрузок, при которых нужно вычислять значения модуля упругости.
Модуль упругости определяется только при восстанавливающейся (упругой) деформации грунта в процессе испытания его возрастающими нагрузками, прикладываемыми ступенями с разгрузкой каждой степени.
Модуль упругости грунта как однородного полупространства
испытывается нагружением с помощью жесткого штампа и определяется по формуле
Eу =
 Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет, 2012
2
0,25 ⋅ π ⋅ р ⋅ Д (1 − µ)
,
l
(1)
где p – максимальное (расчетное) давление под штампом, МПа;
Д – диаметр жесткого штампа, см; µ – коэффициент Пуассона; для
грунтов земляного полотна µ = 0,35; l – упругая деформация,
соответствующая этой нагрузке, см.
3
Расчетное значение модуля упругости грунта можно получить
по результатам испытания грунта в лаборатории при той же влажности и плотности, которые он будет иметь в дорожном полотне в расчетный период. Так как отобрать образцы с ненарушенной структурой из дорожной конструкции в расчетный период весьма трудно,
а при новом строительстве невозможно, приходится искусственно приготавливать образцы, имеющие требуемые влажность и плотность.
Расчетная плотность грунтов при приготовлении образцов может быть
определена по таблице СНиП 2.05.02–85.
Приборы и оборудование
Используются следующие приборы и оборудование:
• рычажный пресс с жестким штампом диаметром 7 см (рис. 1);
Таблица 1
Элементы
земляного
полотна
Рабочий слой
Неподтопляемая
часть насыпи
Подтопляемая
часть насыпи
В рабочем слое
Выемки ниже
зоны сезонного
промерзания
Глубина
расположения слоя от
поверхности
покрытия, м
До 1,5
Наименьший коэффициент уплотнения
грунта при типе дорожных одежд
капитальном
облегченном
и переходном
в дорожно-климатических зонах
I
II, III IV, V
I
II, III IV, V
1,0–
0,98
0,95
0,98–
0,95
0,95
0,95–
0,93
0,93
0,98–
0,95
0,95
0,95
0,98
0,98–
0,95
0,98
0,95
0,95
0,95
0,93
0,95–
0,93
0,95
–
0,95
0,95
0,90
0,95
Св. 6
До 1,2
0,98–
0,96
0,95–
0,93
0,95
0,96–
0,95
0,96
–
0,95
–
0,8
–
–
0,95–
0,92
0,95
0,95–
0,92
–
Св. 1,5 до 6
Св. 6
Св. 1,5 до 6
0,98
–
–
0,90
0,90
Примечания: 1. Бóльшие значения коэффициента уплотнения грунта
следует принимать при цементобетонных покрытиях и цементогрунтовых
основаниях, а также при дорожных одеждах облегченного типа, меньшие
значения – во всех остальных случаях.
2. В районах поливных земель при возможности увлажнения земляного полотна требования к плотности грунта для всех типов дорожных одежд следует принимать такими же, как указано в графах для II и III дорожно-климатических зон.
3. Для земляного полотна, сооружаемого в районах распространения
островной высокотемпературной вечной мерзлоты, коэффициенты уплотнения
следует принимать такими же, как для II дорожно-климатической зоны.
4
Рис. 1. Схема установки для
испытания грунта:
1 – индикаторы часового типа; 2 – штамп
с заплечиками; 3 – форма с образцом;
4 – установочный столик; 5 – гири
• гидравлический пресс;
• цилиндр для образца грунта диаметром 28 см, высотой не менее
21 см с насадкой (стальная форма должна быть диаметром не менее
четырех, а высотой не менее трех диаметров штампа);
• три индикатора часового типа;
• гири массой 0,6; 0,7; 1,0; 2,0; 5,0; 20,0; 10,0 кг;
• динамометр;
• металлическая чашка и кельма;
• ступка и пестик с резиновым наконечником;
• мерный цилиндр для воды;
• секундомер;
• сито с размерами отверстий 5 мм;
• металлическая трамбовка.
Подготовка образца
1. Образец приготавливают максимальной плотности при оптимальной влажности.
5
Последовательность выполнения работы
Испытание грунта проводят на рычажном прессе. Нагрузку прикладывают через штамп, помещаемый в центре образца. При испытании связных грунтов высокой влажности вокруг штампа дается пригрузка. Штамп имеет заплечики, которые располагаются друг от друга под углом 120°.
Деформация грунта от нагрузки замеряется с помощью трех
индикаторов, установленных на одинаковом расстоянии от центра
штампа.
6
Нагрузку прикладывают ступенями с разгрузкой после каждой
ступени. Всего делают 3–5 ступеней нагрузки или увеличивают их
число до достижения нагрузки, при которой начинают интенсивно
развиваться пластические деформации.
Данные испытаний записываются в п. 2 журнала.
Вначале материал обжимается последней ступенью нагрузки для
стабилизации показания индикаторов (стрелки индикаторов должны
перемещаться в одну сторону и с одинаковой скоростью), после чего
стрелки индикаторов ставятся в положение 0.
Далее нагрузку снимают почти полностью (остается на подвеске рычага 0,2 кг) и ожидают восстановления деформации (разница
отсчетов по индикаторам не более 0,01 мм за 5 мин), после чего производят отсчет по индикаторам. Измеренная упругая деформация
в случае максимального нагружения является контрольной величиной при нагружении ступенями.
Затем индикаторы устанавливают на 0 и производят первую ступень нагружения (стрелки индикаторов должны перемещаться в одну
сторону) – первый цикл испытания.
Каждую ступень нагрузки выдерживают до затухания деформации (разница отсчетов – не более 0,01 мм за 5 мин).
После того как зафиксирован отсчет по индикаторам, наступает
второй цикл испытания. Штамп разгружают, ожидают восстановления деформации (допуск тот же, что и при нагружении), а на подвеске
рычага всегда остается груз массой 0,2 кг. Фиксируют отсчеты по
индикаторам в п. 3 журнала по лабораторной работе № 3.
Далее нагружают штамп слеДавление, МПа
дующей ступенью.
На основе полученных значений упругой деформации при каждой ступени нагрузки по формуле (1)
вычисляют модуль упругости.
Результаты испытаний записывают в п. 3 журнала.
По полученным данным строят график зависимости упругой деформации (обратимой) от давления Рис. 2. Зависимость упругой (обратимой) деформации от давления
по подошве штампа (рис. 2).
Упругая (обратимая)
деформация, см
Воздушно-сухой грунт массой около 10 кг растирают в ступке
пестиком с резиновым наконечником и просеивают через сито с размерами отверстий 5 мм. Грунт увлажняют до оптимальной влажности
и после тщательного перемешивания загружают в форму за тричетыре приема, обычно равными порциями. Каждый слой предварительно уплотняют металлической трамбовкой, а затем до максимальной плотности – на гидравлическом прессе давлением 10–15 МПа
(до коэффициента уплотнения 0,98–1,02).
Образовавшуюся на поверхности каждого слоя переуплотненную корку разрыхляют, затем укладывают и уплотняют следующую
порцию грунта. Образец изготавливают на 2 см выше поверхности
формы. Перед испытанием надставку снимают, а излишек грунта срезают на уровне поверхности формы.
Уплотненный в форме грунт вместе с надставкой помещают не
менее чем на сутки в ванну с гидравлическим раствором для более
равномерного распределения влаги. Только после этого образец испытывают.
2. Когда расчетная влажность грунта значительно выше оптимальной, образец для испытания приготавливают, как указано выше,
а затем насыщают водой, погружая в воду в уровень с грунтом. Образец насыщают до полного заполнения пор водой (до постоянной массы), что определяют периодическим взвешиванием формы с грунтом.
Для насыщения образца требуется 2–5 сут. По окончании насыщения
водой форму с грунтом помещают на 1 сут в ванну с гидравлическим
затвором, после чего образец испытывают.
Данные по подготовке пробы заносятся в п. 1 журнала по лабораторной работе № 3.
7
Получаемая зависимость близка к линейной, так как величина
обратимой деформации обычно пропорциональна нагрузке.
Количество ударов
1 2
3
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
ПЛОТНОМЕРОМ
2.1. Динамическое зондирование
Контроль плотности грунта динамическим зондом-плотномером
Операционный контроль качества уплотнения грунта с определением плотности грунта и плотности сухого грунта требует значительного времени, что затрудняет решение задачи оперативного регулирования технологии производства работ. СНиП 3.06.03–85 [2] разрешает использовать методы ускоренного определения показателей
плотности грунта, однако для проверки не менее 10 % всех измерений следует выполнять стандартным методом.
Среди методов ускоренного контроля плотности грунтов получил развитие метод динамического зондирования с использованием
динамического плотномера ДПУ-КОНДОР.
Методом динамического зондирования определяют свойства
грунтов, измеряя сопротивление погружению зонда под действием
возрастающего числа приложений ударной нагрузки. Прибор предназначен для контроля плотности всей толщи насыпи и пригоден для
определения степени уплотнения песчаных, супесчаных и суглинистых грунтов, содержащих не более 25 % частиц крупностью свыше
2 мм (рис. 3–4).
Рис. 3. Определение коэффициента уплотнения
несвязных грунтов:
1 – песок средней крупности и крупный; 2 – песок
пылеватый; 3 – песок
мелкий
а
Купл
Количество ударов
W
= 0,8
W0
Оборудование
Динамический плотномер (рис. 5) состоит из направляющей
штанги 1 с рукоятью 2, по которой перемещается гиря-ударник 3.
В основании штанги имеется наковальня 4 с ограничителем 5. Для
проведения контроля степени уплотнения грунта в наковальне 4
вместо ограничителя 5 ввинчивается стержень с конусным наконечником.
8
Купл
Рис. 4. (Начало.) Определение коэффициента уплотнения:
а – супесей
9
б
Количество ударов
Таблица 2
Технические данные
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
W
= 0,8
W0
Показатели
Для грунта
Масса прибора в упаковке
Масса гири, кг
Высота падения гири, мм
Параметры заостренного стержня
Глубина контролируемого слоя грунта
Пределы измерений плотности
Погрешность измерения плотности
До 5 кг
2,5
300
Угол 60°, l = 300 мм
100–300 мм
(0,84–1,02) Купл
± 0,01 Купл
Контроль плотности грунта
Купл
Рис. 4. (Окончание.) Определение коэффициента уплотнения:
б – суглинков
2
3
9
1
4
5
7
6
86
Рис. 5. Схема динамического плотномера
ДПУ-КОНДОР:
1 – штанга; 2 – рукоятка; 3 – гиря; 4 – наковальня;
5 – ограничитель; 6 – затвор; 7 – фиксатор; 8 – конус; 9 – стержень с конусным наконечником
10
При использовании динамического плотномера для контроля
уплотнения грунта с ограничителя 5 снимается затвор 6 и вместо него
завинчивается стержень 9 с конусным наконечником.
На контролируемом объекте разравнивается площадка размером
не менее 30×30 см, по середине которой проводится зондирование.
Пенетрометр устанавливается строго вертикально к поверхности грунта, и ударами гири стержень погружается в грунт на глубину 10 или
20 см по риске на стержне в зависимости от толщины отсыпанного
слоя грунта. Затем погружение стержня в грунт ведется уже с определением числа ударов на глубину 20 или 30 см.
Для получения среднего значения плотности пенетрация повторяется еще в двух-трех местах на расстоянии не менее 10–15 см от
первоначального места зондирования. Коэффициент уплотнения несвязных грунтов определяется (график на рис. 3) по среднестатистическому из 3-4 определений, а для связных грунтов – по рис. 4.
В последнем случае при возможном отклонении влажности от оптимального значения необходимо установить естественную влажность
грунта путем высушивания образца в температурном шкафу (термостате) для получения истинных значений плотности. При этом влажность должна выражаться в относительных величинах W/W0, где W0 –
оптимальная влажность грунта, определяемая по методу стандартного уплотнения.
11
Pg
При значительном расхождении значений плотности, определенной динамическим плотномером, от значений, установленных методом режущего кольца, проводят дополнительную тарировку.
Коэффициент уплотнения Купл определяется по рис. 3, 4, а, б.
2.2. Статическое зондирование
50
Контроль плотности грунта статическим плотномером
Статический плотномер СПГ-1 предназначен для оперативного
контроля уплотнения грунтов земляного полотна и дополнительных
слоев основания автомобильных дорог (рис. 6–11), аэродромов и прочих земляных сооружений. Плотномер (рис. 12) допускается к применению на любых грунтах, содержащих не более 15 % твердых включений крупностью свыше 2 мм. При использовании плотномера для
текущего контроля плотности грунта не менее 1/3 измерений из общего количества необходимо проводить стандартным весовым методом с отбором проб грунта кольцами по ГОСТ 5180–84.
Pg
0,91
Купл
Рис. 7. График усредненного коэффициента уплотнения
песка средней крупности (содержание частиц > 0,25 мм
более 50 %), W0 = 7–10 %, ρmax = 1,74–1,87 г/см3
Pg
Купл
Рис. 6. График усредненного коэффициента уплотнения
песка крупного (содержание частиц > 0,5 мм более 50 %),
W0 = 5–8 %, ρmax = 1,84–1,89 г/см3
12
Купл
Рис. 8. График усредненного коэффициента уплотнения
песка мелкого (содержание частиц > 0,1 мм более 75 %),
W0 = 10–12 %, ρmax = 1,73–1,83 г/см3
13
Pg
Pg
W = 10 %
W = 15 %
W = 20 %
Купл
Рис. 9. График усредненного коэффициента уплотнения
песка пылеватого (содержание частиц > 0,1 мм менее 75 %),
W0 = 10–15 %, ρmax = 1,65–1,84 г/см3
Pg
К упл
Рис. 11. График усредненного коэффициента уплотнения
суглинка (число пластичности lp = 7–17, содержание
частиц 2–0,5 мм > 40 % для песчанистых и < 40 %
для пылеватых суглинков)
1
2
3
7
Купл
Рис. 10. График усредненного коэффициента уплотнения
для супесей (число пластичности lp = 1–7, содержание
частиц 2–0,5 мм для песчанистой супеси > 50 %,
пылеватой < 50 %), W0 = 14–17 %, ρmax = 1,60–1,65 г/см3
14
Рис. 12. Схема статического плотномера СПГ-1:
1 – силоизмерительное устройство; 2 – крепежная гайка; 3 – переходный стержень; 4 – ограничительная муфта; 5 – рабочий стержень; 6 – два
сменных наконечника-конуса; 7 – усеченный
конус; 8 – запасная шайба
15
8
4
5
6
6
Технические данные плотномера приведены в табл. 3.
Технические данные статического плотномера
№
Показатели
п/п
1 Тип прибора
Таблица 3
Значение
2 Масса гири, кг
3 Габаритные размеры, мм:
длина
ширина
4 Параметры рабочих наконечников:
• конуса:
угол входа, °
диаметр основания, мм
высота конуса, мм
• усеченного конуса, мм:
диаметр подошвы
высота
5 Пределы измерения
Пенетрометр статического действия
с силоизмерительным устройством в виде
плоскопараллельного динамометра ДК100
с ценой деления 1–2 daN
0,55
510 (580)
140
60
16
15
10
80
0–100 daN
Оборудование
Плотномер СПГ-1 состоит из силоизмерительного устройства
с крепежной гайкой 2, в которую завинчивается переходный стержень
3 с ограничительной муфтой 4; рабочего стержня 5 и двух сменных
наконечников конуса 6 и усеченного конуса 7. Запасная шайба 8 служит ограничителем для усеченного конуса 7. Перед началом работы
все элементы плотномера должны быть прочно завинчены.
Контроль плотности грунта
Заранее устанавливается вид грунта на основании определения
полного зернового и микроагрегатного состава по ГОСТ 12536–79
для несвязных и числа пластичности по ГОСТ 5180–84 для связных
разновидностей грунтов.
16
В зависимости от установленного вида грунта при сборке плотномера используется конус (несвязные грунты) или усеченный конус
(суглинок) с ограничительной шайбой, установленной на него при
завинчивании в рабочий стержень.
На месте измерения выбирается площадка размером не менее
20×20 см. Верхний переуплотненный или разрыхленный слой на глубину 3–5 см снимают, а основание зачищают и выравнивают.
Фиксирующую кнопку, расположенную на тыльной части динамометра, сдвигают налево от 0. Рабочий стержень ставят вертикально
к измеряемой поверхности и нажимом на рукоять динамометра погружают наконечник в грунт до упора ограничительной муфты (или шайбы –
при усеченном конусе) в поверхность грунта, после чего плотномер извлекается из грунта, а показание на шкале динамометра записывается
в журнал. Пенетрацию повторяют на каждом месте 3–5 раз, при этом
расстояние между точками измерения должно составлять не менее
12–15 см. За расчетную величину усилия принимается их среднеарифметическое значение (Рg). Перед каждым последующим замером показание стрелки сбрасывается перемещением фиксирующей кнопки на 0.
По полученному значению силы пенетрации Р по графику соответствующего вида грунта определяется достигнутый коэффициент
уплотнения. В последнем случае для установления коэффициента
уплотнения Купл необходимо определить влажность грунта высушиванием навески в термошкафу по ГОСТ 5180–84.
В случаях, когда наконечник плотномера упирается при измерении в какое-либо препятствие, что хорошо чувствуется при нажиме
на рукоять, пенетрометр извлекается из грунта и зондирование повторяется на новом месте.
Если наблюдается резкое расхождение между значениями коэффициента уплотнения, полученными плотномером и весовым методом (кольцами), следует провести дополнительную тарировку прибора на данном виде грунта с составлением нового графика зависимости Купл от Рg.
Программа тарировки пенетрометра
Отбирается проба грунта массой 15–20 кг. Определяются вид
грунта, оптимальная влажность и максимальная плотность методом
стандартного уплотнения.
17
Тарировку производят при оптимальной влажности грунта в
формах диаметром 20 см и высотой 30 см по 3–4 точкам. Плотность
достигается уплотнением грунта под прессом в три слоя до степеней
0,90; 0,95; 0,98 и 1,00 Купл.
В каждом случае делается 4-5 погружений пенетрометром и вычисляется среднее значение Рg. По окончании работ строится график
зависимости Купл от Рg. Полученный график применяется при контроле качества уплотнения данного вида грунта в сооружении.
18
Рекомендуемая литература
1. СНиП 2.05.02–85*. Автомобильные дороги / Госстрой России. – М.:
ФГУП ЦПП, 2004.
2. СНиП 3.06.03–85. Автомобильные дороги / Госстрой России. – М.:
ФГУП ЦПП, 1986.
3. Першин М. Н. Дорожное грунтоведение / М. Н. Першин, А. М. Кулижников, В. П. Радов; СПбГАСУ. – СПб., 1998.
19
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. Определение прочности земляного полотна методами штамповых
испытаний ..............................................................................................................3
1.1. Штамповые испытания ......................................................................3
2. Определение прочности земляного полотна плотномером ...........................8
2.1. Динамическое зондирование .............................................................8
2.2. Статическое зондирование ..............................................................12
Рекомендуемая литература .................................................................................19
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
МЕТОДАМИ ШТАМПОВЫХ ИСПЫТАНИЙ И ЗОНДИРОВАНИЕМ
Методические указания
Составители: Артюхина Галина Ивановна,
Симонова Анна Сергеевна
Редактор А. В. Афанасьева
Корректор М. А. Молчанова
Компьютерная верстка И. А. Яблоковой
Подписано к печати 02.07.12. Формат 60×84 1/16. Бум. офсетная.
Усл. печ. л. 1,2. Тираж 100 экз. Заказ 96. «С» 46.
Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет.
190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 4.
Отпечатано на ризографе. 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 5.
20
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
1 972 Кб
Теги
artyuhina, opredelenie, simonova, prochnost, zemli
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа