Руководство по геотехническому контролю за подготовкой оснований и возведением грунтовых сооружений в энергетическом строительстве

- рабочего кольца с внутренним диаметром не менее 71 мм и высотой не менее 20 мм, при отношении высоты к диаметру 1:3,5 и высоты к максимальному размеру обломочных включений не менее 5:1;

- корпуса;

- перфорированного штампа;

- поддона с емкостью для воды;

- перфорированного вкладыша под кольцо;

- необходимого количества штуцеров для подвода и отвода воды (с учетом направления фильтрации);

- двух индикаторов часового типа с ценой деления 0,01 мм для измерения вертикальных перемещений. (Допускается установка одного индикатора при условии отсчета перемещений в центре штампа. При испытании двух и более образцов одновременно в одном нагрузочном устройстве количество индикаторов для измерения перемещений должно быть достаточным для раздельного измерения перемещений на каждом испытываемом образце);

- механизма вертикальной нагрузки на образец.

Конструкция установки для проведения испытаний грунта должна обеспечивать:

- подачу воды к испытываемой пробе грунта с возможностью формирования восходящего или нисходящего потока при непрерывности его на протяжении всего испытания;

- отвод воды и накопление фильтрата в мерном сосуде;

- герметичность и коррозионную устойчивость деталей прибора;

- центрированную передачу нагрузки на штамп (испытываемую пробу) ступенями по 0,0125; 0,025; 0,05; 0,1 МПа;

- постоянство давления на каждой ступени;

- неподвижность рабочего кольца относительно перфорированного вкладыша при испытаниях;

- давление на пробу грунта, создаваемое штампом и закрепленным на нем измерительным оборудованием, не более 0,0025 МПа, а при определении свободного набухания не более 0,0006 МПа.

Компрессионные (компрессионно-фильтрационные) приборы в лаборатории должны устанавливаться на жестком основании, исключающем вибрацию. Горизонтальность установки прибора проверяют по уровню. В помещении лаборатории во время испытаний должна поддерживаться положительная температура. Испытания мерзлых грунтов проводятся в специальных камерах с регулируемой температурой. Освещенность индикаторов должна быть достаточной для безошибочного взятия отсчета.

Приборы и оборудование для проведения испытаний должны проходить государственную поверку и тарировочные испытания. Прибор и его рабочее кольцо должны иметь номер и дату начала эксплуатации. Государственной поверке подлежат индикаторы часового типа и гири, а также динамометры и манометры. Собственные деформации прибора и его узлов, а также сжимаемость фильтров определяются по результатам тарировочных испытаний и учитываются в результатах испытаний грунтов в виде тарировочной поправки.

Для рабочего кольца прибора следует определить высоту и диаметр с погрешностью ±0,05 мм; массу с погрешностью 0,01 г; удельное давление на пробу грунта от штампа, расположенного на нем измерительного и другого оборудования и неуравновешенных деталей с погрешностью 0,001 МПа. Массу рабочего кольца проверяют перед каждой загрузкой его грунтом, а геометрические размеры проверяются при износе рабочего кольца на 0,5 г; при износе (по массе) более чем на 5% необходимо провести ремонт рабочего кольца с заточкой режущей кромки.

Компрессионные (компрессионно-фильтрационные) приборы следует тарировать по мере необходимости, но всякий раз при смене партии фильтров. Сжимаемость фильтров и собственные деформации прибора на каждой ступени давления характеризуются единой величиной деформации (m). Тарировку приборов следует производить как по ветви нагрузки, так и по ветви разгрузки. В случаях проведения испытаний грунтов по схеме нескольких последовательных нагружений и разгрузки тарировочные поправки следует принимать из тарировочных испытаний, проведенных по соответствующей схеме. Металлический вкладыш, используемый при тарировке прибора, должен иметь форму диска высотой не менее 1 см, площадью 40 см², иметь параллельные поверхности и чистоту обработки не ниже 8 класса.

Тарировка прибора ведется в следующем порядке. В рабочее кольцо следует поместить металлический вкладыш, покрытый с двух сторон влажными бумажными фильтрами. Установить верхний перфорированный штамп с индикаторами. Собранный одометр разместить под траверсой нагрузочного устройства. Произвести нулевой отсчет по индикаторам. Затем через нагрузочное устройство передать на штамп ступень давления в 0,05 МПа. Выдержать действие ступени давления в течение 2 мин. Записать показания индикаторов (n₁). Разгрузить прибор до ступени давления 0,0125 МПа. Записать показания индикаторов. Вторично загрузить прибор до давления на штампе 0,1 МПа. Также выдержать действие ступени давления в течение 2 мин. Записать показания индикаторов (n₂). Разгрузить прибор до ступеней 0,05 и 0,025 МПа, записывая показания индикаторов на каждой ступени. И так далее последовательно нагружая через 0,05-0,1 МПа и разгружая, произвести обжатие фильтров и прибора до давления в 1,2 МПа, выдерживая на каждой ступени давления 2 мин и записывая показания индикаторов. По результатам измерений построить тарировочный график (рис. 7.1). Описанным выше способом следует произвести испытания не менее трех пар фильтров, каждый раз заменяя фильтры на новые. По результатам испытаний следует составить таблицу средних поправочных величин деформаций (m) для ветвей нагрузки и разгрузки при различных ступенях давлений. Допускается пользоваться графиком тарировочных испытаний, построенным по средним значениям величин деформации не менее, чем трех испытаний.

Общий вид прибора ПВН-1 показан на рис. 7.2, а. Прибор имеет режущее кольцо (7) высотой 2,5 см, ориентированное режущим краем вверх (рис. 7.2, б). Кольцо вставляется в перфорированное дно (8) с таким расчетом, чтобы выступы кольца вышли в выемки стенок. Сверху на грунт устанавливается перфорированный штамп 6. Собранный прибор помещается в ванночку 1, установленную на основание 4, на котором смонтирована стойка 3 с консолью 2 для крепления индикатора.) Высота грунта обеспечивается использованием шаблона-вкладыша 5, прилагаемого в комплект прибора.

Прибор ПВН-2 (рис. 7.3) имеет разборное кольцо для вырезки образцов грунта, состоящее из рабочего кольца 7 высотой 1 см и направляющего кольца 6, устанавливаемого сверху на рабочее кольцо. Собранное кольцо с грунтом устанавливается на перфорированное дно 8, на грунт сверху укладывается перфорированный штамп 5 и корпус 2 навинчивается на дно. Индикатор 1 закрепляется винтом 3 в корпусе с таким расчетом, чтобы ножка упиралась в центр штампа. Собранный прибор устанавливается на дно ванночки 4.

Рис. 7.2. Прибор для определения свободного набухания конструкции Васильева ПВН-1

а) общий вид; б) детали конструкции.

Рис. 7.3. Прибор для определения свободного набухания грунтов ПВН-2

(авт. В.П.Виденеев, В.И.Смирнов, И.С.Бородулин)

Допускается использование одометра с площадью кольца 60 см² и высотой 2,5 см. Динамометр подбирается в зависимости от ожидаемого давления набухания. Для грунтов монтмориллонитового состава и грунтов с высокой плотностью целесообразно использовать динамометр на 3000 кг, для грунтов каолинового состава и грунтов с низкой плотностью - на 200 кг.

Монтаж устройства производится следующим образом: размещают одометр 2 на основании 1, кладут шарик в углубление штампа, устанавливают шток 3 и одновременно динамометр 4. Вращением ручки 3 редуктора 8 плунжер вводят в соприкосновение с гнездом динамометра, затем устанавливают индикаторы одометра.
Б. ОБОРУДОВАНИЕ, ПРИМЕНЯЕМОЕ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ ПАРАМЕТРОВ УСАДКИ ГРУНТОВ
Для определения усадки грунтов с ненарушенным сложением необходимо иметь: кольцо с внутренним диаметром 7,14 (или 8,74) см и высотой 2 (или 2,5) см; предметное стекло, покрытое тонким и ровным слоем парафина; приспособление для измерения линейных размеров образца (рис. 7.7); штангенциркуль с точностью измерения 0,05 мм. Сушка образца производится в емкости объемом до 10000 см². Взвешивание производится на технических весах с точностью до 0,01 г.

Рис. 7.7. Приспособление для измерения диаметра и высоты образцов при усадке
Приспособление для измерения диаметра и высоты образцов при усадке (рис. 7.7) включает основание 1, на котором крепится стойка 2 вертикального и горизонтального перемещений держателя штангенциркуля 5, фиксация которого производится соответственно стопорами 4 и 3. Штангенциркуль 7 крепится в держателе 5 с помощью крепежного винта 6.

Измерение производится так: на подкладку 12 и предметный столик 14 помещается образец 13 грунта так, чтобы образец коснулся щечки штангенциркуля. Нониусное устройство 8 подводят на расстояние до 1 мм от образца и стопорным винтом 11 закрепляют микрометрический механизм. Далее микрометрическим винтом 10 приводят в соприкосновение щечки нониуса 8 с образцом грунта и производят отсчет. Нониус стопорится винтом 9.

При определении усадки грунтов мягкопластичной консистенции рекомендуется применять для измерения радиальных деформаций гибкую измерительную линейку (рис. 7.8), которая изготовляется из латунной фольги, имеет нониусное устройство и эластичную пружину, одеваемую на держатели.

Рис. 7.8. Гибкая измерительная линейка

Диаметр и высота образца	Размер линейки			Материал
	l	a	b
D = 8,74; h = 2,5	300	25	0,1	Фольга латунная
D = 7,14; h = 2	270	20	0,1	"
D = 5,83; h = 1	240	10	0,1	"

Компоновка устройства показана на рис. 7.9. На основание 1 помещается перфорированный поддон 2. Образец с измерительной линейкой 3 размещают на поддоне, а сверху образца помещают штамп 4, на который опирается индикатор 6, закрепленный винтом 5 на консоли 7. По мере испарения из образца влаги происходит изменение его линейных размеров, что регистрируется измерительной линейкой и индикатором.

Направляющее кольцо ввинчивается в корпус одометра, прижимает рабочее кольцо к нижнему перфорированному вкладышу, обеспечивая неподвижность кольца в процессе испытания, и направляет верхний штамп, предотвращая его перекосы.

Верхний перфорированный штамп осуществляет передачу давления на образец через шарик, размещаемый в углублении штампа. Перфорация предназначена для оттока и подведений воды в процессе испытания.

Для закрепления индикаторов на верхнем штампе предусмотрены две стойки или консоль. Для предотвращения набухания образца при замачивании служит арретирующая муфта.

Компрессионный прибор КПр-2 отличается от КПр-1 тем, что на рычажном столике устанавливаются один на другой два модернизированных одометра (рис. 7.12, 7.13).

Рис. 7.12. Общий вид компрессионного прибора КПр-2

Рис. 7.13. Компоновка одометров компрессионного прибора КПр-2
Давление на образец передается через секторный рычаг с отношением малого плеча рычага к большому 1:10. Малым плечом рычага является расстояние от оси шкива до центра поперечного сечения троса, огибающего шкив. Большим плечом рычага является расстояние от оси вращения до центра поперечного сечения троса, огибающего сектор. В приборах КПр-1 и КПр-2 секторный рычаг уравновешен, а давление от рамы, передаваемое на грунт, учитывается при приложении первой ступени нагрузки. Точное значение давления, создаваемого рамой, и массы первого груза указываются в паспорте каждого прибора.

Для замера высоты образца после компрессионных испытаний применяется устройство, представленное на рис. 7.14 (авт. Виденеев В.П.). Устройство состоит из плоской шлифованной металлической подставки 1, имеющей форму диска, с жестко закрепленной на ней металлической стойкой 2. По стойке скользит консоль 3, которая может быть закреплена винтом 4 на любой высоте стойки. На конце консоли зажимом 5 крепится индикатор часового типа 6 с ценой деления 0,01 мм, при этом наконечник ножки индикатора отвинчивается и заменяется специальным штампом 7 (комплект прибора включает в себя два сменных штампа).

Верхнюю зачищенную плоскость монолита грунта выравнивают, срезая излишки грунта ножом, устанавливают на ней режущий край кольца и винтовым прессом или вручную через насадку слегка вдавливают кольцо в грунт. Затем грунт снаружи кольца обрезают на глубину 5-10 мм ниже режущего края кольца, формируя столбик грунта диаметром на 0,5-2 мм больше внутреннего диаметра кольца. Периодически, по мере срезания грунта, легким нажимом насаживают кольцо на столбик грунта, не допуская перекосов. После заполнения кольца грунт подрезают на 5-10 мм ниже режущего края кольца и отделяют его. Грунт, выступающий за края кольца, срезают ножом и тщательно зачищают поверхность грунта вровень с краями кольца.

При вырезании проб из прочных грунтов во избежание перекосов рабочее кольцо прибора допускается помещать в жесткую фиксирующую обойму произвольной конструкции.

Подготовленный образец грунта в рабочем кольце необходимо взвесить, покрыть с поверхностей фильтрами и поместить в одометр, установить верхний перфорированный штамп, смонтировать измерительную систему, одометр разместить под траверсой нагрузочного устройства, произвести нулевой отсчет по индикаторам.

Для испытываемых образцов должны быть определены влажность, плотность и плотность частиц, границы раскатывания и текучести по ГОСТ 5180-84, гранулометрический состав по ГОСТ 12536-79.

При испытании грунтов нарушенного сложения пробы грунта готовятся с заданными оптимальными значениями плотности и влажности в соответствии с методикой, изложенной в п.7.11 настоящего Руководства.

При подготовке проб грунта к испытаниям по различным схемам пробы-близнецы могут отличаться по плотности  на величину , приведенную в табл. 7.3.
Таблица 7.3

Наименование грунта	Сложение грунта , г/см3
	ненарушенное	нарушенное
Глинистые мягкопластичные и песчаные	0,02	0,02
Набухающие	0,02-0,04	0,02-0,03
Просадочные	до 0,03	до 0,02
Засоленные	до 0,05	до 0,03

Г. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СВОБОДНОГО НАБУХАНИЯ (схема 1)
Определение свободного набухания (_sw) предусматривает наблюдение во времени за изменением высоты (объема) пробы грунта при насыщении ее жидкостью и отсутствии внешнего давления на испытываемую пробу (более чем 0,0006 МПа).

Испытание надлежит проводить параллельно для проб с ненарушенным и нарушенным сложением. Разность в начальной плотности испытываемых проб не должна превышать 0,02-0,03 г/см³. При замачивании проб следует применять жидкости, указанные в пп.1-5.

Подготовленная к испытаниям проба (раздел В) после регистрации начального отсчета в рабочем журнале (приложение 1, форма 13) насыщается жидкостью.

Насыщение пробы производится при градиенте меньше 1. В момент заполнения ванны прибора жидкостью включается секундомер. Это считается началом опыта.

Отсчеты по индикатору производят через 0,5; 1; 2; 5; 10; 20; 30; 60 мин, далее через каждый час до конца рабочего дня. В последующие сутки отсчеты берут в начале и конце рабочего дня до стабилизации процесса разбухания. За условную стабилизацию процесса разбухания принимается величина перемещения, не превышающая 0,01 мм за 16 ч. За начало набухания следует считать относительную деформацию (), превышающую 0,001. В течение опыта строится график развития деформаций набухания во времени  = f (t) или  = f lg t - табл. 7.2, схема 1.

По окончании опыта прибор разгружают, тщательно удаляют свободную воду с поверхности кольца и грунта, кольцо с грунтом взвешивают с точностью до 0,01 г, помещают в термостат и высушивают при температуре 105 °С до постоянного веса.

_sw = h / h. (1)

По результатам измерений необходимо определить величину абсолютной деформации

h = n_i - n₀ - m, (2)

где n_i - показание индикатора в конце опыта; n₀ - начальное показание индикатора; m - поправка на набухание фильтров.

Объем набухшего грунта следует рассчитать по формуле:

где V₀ - начальный объем испытываемой пробы, см³; S - площадь рабочего кольца, см²; h - величина абсолютной деформации, см.

Плотность грунта после набухания (после опыта) следует рассчитать по формуле:

_н = m₂ / V_sw, (4)

где m₂ - масса набухшего грунта, г; V_sw - конечный объем набухшего грунта, см³.

Влажность грунта после опыта определяется по формуле:

где m₂ - масса набухшего грунта, г; m₂ - масса грунта, высушенного при t = 105 °С.

Плотность сухого грунта рассчитывается по формуле:

. (6)