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

7.5.4.1. Этот метод применяется только для песков и только в тех случаях, когда разделение частиц до крупности d = 0,01 мм достаточно для расчета d₆₀, d₁₀ и коэффициента разнозернистости (K_60,10), т.е. в тех случаях, когда частиц с диаметром меньше 0,01 мм содержится в песке в количестве, не превышающем 10%.

7.5.4.2. Метод отмучивания основан на использовании различия в скорости падения в воде частиц грунта различной крупности. При работе с суспензией обычной температуры (12-25 °С) высота сливаемого слоя и время отстаивания суспензии назначаются по табл. 23.
Таблица 23

Диаметр отмучиваемой фракции, мм	Расстояние от дна стакана до поверхности суспензии		Высота сливаемого слоя	Время от окончания взмучивания до слива, с
	до слива	после слива
0,01-0,05	12	6	6	30
<0,01	6	4	2	240

При работе с суспензией при t = 12-25 °С температурные поправки не вводятся, так как изменение температуры в указанных пределах практически не влияет на скорость падения частиц в воде.

7.5.4.3. Определение гранулометрического состава грунта методом отмучивания производится на приборе "СУ". Все основные части прибора (за исключением приспособления для взмучивания суспензии) смонтированы на центральной металлической стойке, жестко скрепленной с панелью, на которую при работе прибора устанавливаются сливные сосуды. Стойка и панель при помощи подшипника соединены с плоским треножником с таким расчетом, чтобы они могли вращаться вокруг стойки. Градуированные стаканы устанавливаются на упоры, представляющие собой винтовые подъемники, и удерживаются пружинными зажимами. Винтовые подъемники посредством кронштейнов соединяются с муфтой, которая может в некоторых пределах перемещаться по центральной стойке и закрепляться стопорным приспособлением. Перемещение и последующее закрепление муфты позволяет грубо регулировать высоту закрепления стаканов. Более тонкая регулировка достигается винтовыми подъемниками, позволяющими изменять положение стаканов в зажимах. Сифоны для слива суспензии крепятся в специальных держателях, скрепленных кронштейнами с муфтой, скользящей по центральной стойке. Эта муфта удерживается на любой высоте противовесом, помещенным внутри центральной стойки, с которым муфта соединена шнуром, перекинутым через блок.

Через нижние борта муфты крепления сифонов пропущены три винта с гайками на кольцах. Длина отрезков винтов, выступающих из нижнего борта, регулируется таким образом, чтобы при нужном положении сифонов в стаканах они упирались в съемный упор на центральной стойке. Это позволяет производить регулировку положения сифонов в стакане один раз, а затем при каждом сливе опускать сифоны до упора.

7.5.4.4. Отмучивание первой фракции производится без съемного упора. Для отмучивания фракции с диаметром части от 0,05 до 0,01 мм устанавливается съемный упор.

7.5.4.5. В стороне от центральной стойки расположена другая стойка с укрепленными на ней четырьмя смесителями, которыми производится перемешивание суспензии. Смесители укреплены на муфте, снабженной рукоятками для того, чтобы ее можно было быстро передвигать вверх и вниз в процессе перемешивания суспензии. Муфта имеет стопорный винт, которым смесители удерживаются над стаканами, что бывает необходимо при снятии и установке стаканов. Для удержания смесителей в стаканах во время осаждения частиц и их слива у основания боковой стойки находится упор - ограничитель хода смесителей. Положение этого упора может изменяться путем вращения ключом через специальное отверстие у основания стойки винта-упора, помещенного внутри стойки. На той же стойке имеется рамка для песочных часов, укрепленная на шарнире, позволяющем переворачивать часы в процессе опыта.

7.5.4.6. Стаканы, в которых производится отмучивание, имеют внутренний диаметр 7 см и высоту не менее 13 см. На высоте 2, 4, 6 и 12 см от дна на стенке стакана нанесены деления с обозначением расстояния между каждым из этих делений и дном стакана.

7.5.4.7. Сифоны представляют собой U-образные трубки. Длина одного колена сифона равна 20 см. Второе колено, погружаемое в стакан, должно быть на 8-10 мм короче первого. Внутренний диаметр сифона равен 6-8 мм. Концы сифонов закрываются металлической сеткой (в один слой) с диаметром ячеек в 0,25 мм. Сетка удерживается на концах сифонов металлическими колпачками с отверстиями, равными внутреннему диаметру сифона.

7.5.4.8. Для слива суспензии, содержащей частицы диаметром менее 0,01 мм, можно использовать в качестве сливных банок любые сосуды, так как суспензия эта не сохраняется. При отмучивании же фракции 0,05-0,01 мм желательно иметь цилиндрические стеклянные банки без горлышка емкостью 2-3 литра каждая.

Перед началом работы вращением уравнительных винтов прибор устанавливается так, чтобы центральная стойка его занимала вертикальное положение. Сифоны прибора заполняются водой и устанавливаются в держателях. Градуированные стаканы вводятся в зажимы и устанавливаются на винтовые подъемники. На панель под внешние концы сифонов устанавливаются сливные сосуды. После этого производится регулирование положения стаканов и сифонов. Стаканы при помощи перемещения муфты устанавливаются и закрепляются на такой высоте, чтобы после погружения в них сифонов до отметки "4" винты, пропущенные в борта муфты крепления сифонов, могли соприкасаться с постоянным упором центральной стойки. Затем в стаканы опускаются концы сифонов с таким расчетом, чтобы они приходились против деления "4". В этом положении винты доводятся до соприкосновения с постоянным упором. После этого производится проверка правильности установки сифонов. Последние поднимаются на некоторую высоту, а стаканы заполняются водой приблизительно до отметки "6".

Затем опусканием муфты концы сифонов вновь вводятся в стаканы и производится слив воды до отметки "4". В зависимости от совпадения уровня воды в стакане после слива с отметкой "4" производится регулировка положения каждого сифона и стакана путем перемещения стаканов подъемниками или перемещения отдельных сифонов винтами. Изменение положения всех сифонов может производиться винтами. После того, как положение стаканов и сифонов отрегулировано, производится установка смесителей. Поскольку смесители в процессе опыта остаются в стаканах, диски их должны быть расположены как можно дальше от уровня суспензии после слива, т.е. как можно ближе к дну стакана. Причем они не должны касаться дна, так как иначе они неизбежно разобьют стаканы при быстром перемешивании суспензии. Все это необходимо иметь в виду при установке упора смесителей. Установка его, как говорилось выше, производится ключом через отверстие в боковой стойке.

7.5.4.9. Отбор средней пробы должен производиться особенно тщательно, так как необходимо отобрать небольшую навеску грунта в 8-10 г, характеризующую собой весь образец грунта.

Отобранная проба тщательно перемешивается и просеивается через сито с диаметром ячеек 0,25 мм.

7.5.4.10. Масса отобранной пробы должна быть такой, чтобы после просеивания через сито обеспечить взятие навески для определения гранулометрического состава в размере 10 г.

7.5.4.11. Поправка на гигроскопическую влажность в массу навески не вводится, так как отмучиванию на приборе "СУ" подвергаются грунты с весьма малым содержанием тонкодисперсных частиц (частицы диаметром менее 0,01 мм в количестве не более 10% и ошибка в истинной массе навески, допущенная за счет отсутствия учета гигроскопической влажности, не будет превышать 0,2-0,3%).

7.5.4.12. Навеска, отобранная для анализа на приборе "СУ", помещается в коническую колбу емкостью 250 см³, заливается 8-10-кратным объемом дистиллированной воды и подвергается кипячению в течение тридцати минут (от начала закипания) для разрушения глинистых агрегатов и удаления глинистых пленок с поверхности песчаных частиц.

7.5.4.13. Колба, в которой производится кипячение, должна быть снабжена обратным холодильником, роль которого может выполнять небольшая стеклянная воронка, вставленная в горлышко колбы, или пробка со вставленным в нее отрезком стеклянной трубки. Снизу трубка должна достигать нижней поверхности пробки, а сверху - выступать из нее на 12-15 см. Верхняя часть трубки обертывается влажной фильтровальной бумагой,

7.5.4.14. Кипячение должно производиться под наблюдением лаборанта, так как при кипячении колбы могут подпрыгивать и даже опрокидываться. Кроме того, обратный холодильник не всегда может предохранить от разбрызгивания суспензию, в особенности в начале кипячения, когда суспензия покрыта пеной.

7.5.4.15. К анализу приступают с промывки прокипяченных и остуженных (до комнатной температуры) проб через сито с диаметром ячеек в 0,10 мм. Это необходимо для выделения контрольной фракции с диаметром частиц от 0,25 до 0,10 мм.

7.5.4.16. Для промывки через сито прокипяченную в воде навеску переводят на сито, помещенное в фарфоровую чашку. Колба с грунтом сначала осторожно опрокидывается над ситом, а затем внутренние стенки колбы обмываются струей воды из резиновой груши с жестким наконечником. При переводе грунта из колбы на сито следует самым тщательным образом следить за тем, чтобы на стенках колбы не осталось песчинок, а стекающая из колбы вода была совершенно прозрачной. Надо также следить за тем, чтобы весь грунт из колбы без потерь попал на сито. Если после перевода грунта на сито последний будет не полностью покрыт водой, необходимо добавить воду с тем расчетом, чтобы она покрывала весь грунт. После этого производится осторожное растирание грунта на сите. Растирание производится пальцем. При этом полезно надеть на него резиновый палец от хирургической перчатки.

7.5.4.17. Растирать грунт необходимо осторожно, чтобы не повредить тонкую ткань сита. Время от времени сито необходимо приподнимать над водой и опускать в нее снова с тем, чтобы вода проносила через просветы сита частицы грунта. Полнота промывки проверяется опусканием сита с грунтом в фарфоровую чашку с чистой водой. Промывка считается окончательной, если сито с грунтом, помещенное в чистую воду, не дает мути, а на дне чашки с чистой водой отсутствуют частицы грунта. После этого вода из второй чашки переливается в первую, а грунт с сита при помощи струи воды переводится во вторую чашку. После того, как вода в этой чашке отстоится, она осторожно сливается через край, а грунт переводится в малую фарфоровую чашку, которую ставят затем в сушильный шкаф для выпаривания воды и сушки грунта.

7.5.4.18. После того, как все четыре навески будут обработаны таким образом, приступают к анализу на приборе "СУ". Для этого сифоны поднимаются выше отметки "6", и все стаканы доливаются до этой отметки суспензией из чашек по стеклянной палочке, после чего производится отмучивание фракции с размером частиц менее 0,01 мм. Для этого быстрыми движениями смесителей вверх и вниз производится взмучивание суспензии, перевертывается рамка с песочными часами или включается секундомер.

Через 240 секунд после взмучивания концы сифонов опускаются в стаканы до отметки "4" и производится первый слив суспензии. Опускание сифонов необходимо производить не сразу, а постепенно, в соответствии с падающим уровнем суспензии.

7.5.4.19. Операция по сливу суспензии многократно повторяется с тем отличием, что при первых сливах стаканы доливаются до отметки "6" суспензией из чашек, а затем, после того как вся суспензия из чашек перейдет в стаканы, грунт, оставшийся в чашках, также переводится в стаканы, и дальнейшая доливка стаканов до отметки "6" производится чистой дистиллированной водой.

7.5.4.20. Доливка стаканов до отметки "6", взмучивание и слив повторяются до полного осветления воды в стаканах между отметками "4" и "6" через 240 с после окончания взмучивания суспензии.

7.5.4.21. После отмучивания от грунта части его, содержащей частицы с диаметром менее 0,01 мм, начинается отмучивание другой фракции грунта, содержащей частицы диаметром от 0,05 до 0,01 мм. Для этого на постоянный упор центральной стойки надевается съемный упор (высотой в 2 см), что обеспечивает опускание сифонов в стаканы до отметки "6" при опускании муфты крепления сифонов до упора. После этого сифоны поднимаются, а стаканы доливаются водой до отметки "12".

7.5.4.22. Отмучивание фракций с размером частиц от 0,05 до 0,01 мм производится так же, как и отмучивание первой фракции, с той лишь разницей, что стаканы доливаются водой до отметки "12", а суспензия в них взмучивается и сливается до отметки "6" через тридцать секунд после взмучивания. Надо иметь в виду, что при отмучивании фракции с размером частиц 0,05-0,01 мм мутность суспензии носит иной характер, чем при отмучивании первой фракции с диаметром частиц менее 0,01 мм. Эта мутность менее плотна, и осветление сливаемого слоя наступает быстрее, чем в первом случае, но, вместе с тем, при небольшой концентрации суспензии частицы в ней труднее обнаружить. Для того, чтобы убедиться в отсутствии или наличии частиц в сливаемом слое через тридцать секунд после взмучивания, полезно позади стаканов ставить листки черной бумаги.

7.5.4.23. Отмучиванием фракции 0,05-0,01 мм заканчивается весь процесс отмучивания на приборе "СУ". После этого суспензия, полученная в результате отмучивания фракции с диаметром частиц менее 0,01 мм, выливается. Суспензия, полученная в результате отмучивания фракции 0,05-0,01 мм, отстаивается в сливных сосудах в течение 10-15 минут, после чего все частицы грунта осаждаются на дно сосудов. Затем вода из сосудов сливается при помощи специального сифона, а частицы, осевшие на дно сосудов, переводятся струей воды в фарфоровые чашки, которые ставятся на песочную баню и в сушильный шкаф для выпаривания воды и просушивания грунта. То же самое производится и с частицами диаметром 0,10-0,05 мм, оставшимися в стаканах после отмучивания более мелких фракций.

7.5.4.24. В результате описанных выше операций будут выделены и собраны в фарфоровые чашки следующие фракции:

а) 0,25-0,10 мм - фракция, оставшаяся на сите после промывки (контрольная фракция);

б) 0,10-0,05 мм - фракция, оставшаяся в градуированных стаканах после отмучивания более мелких фракций;

в) 0,05-0,01 мм - фракция, переведенная из сливных сосудов после отмучивания суспензии слоями в 6 см.

7.5.4.25. После выпаривания воды из фарфоровых чашек и высушивания находящегося в них грунта их ставят в эксикатор для остывания, а затем взвешивают на технических весах с точностью до 0,01 г.

7.5.4.26. Все полученные данные должны быть занесены в бланк (приложение 1, форма 5). Сюда относятся: масса навески, масса всех фарфоровых чашек с фракциями, а также первичные данные и расчет ситового анализа, предшествовавшего анализу на приборе "СУ".

7.5.4.27. Расчет результатов начинается с вычисления процентного содержания каждой фракции в навеске. Расчет этот производится по формуле:

, (21)

где - сумма процентов содержания частиц с диаметром более 0,25 мм, полученных в результате ситового анализа; m_o - масса фракции, m_o,g - масса навески.

Процент содержания в грунте частиц с диаметром менее 0,1 мм находят путем вычитания суммы процентов частиц с диаметром 0,25-0,01 мм из остатка для "СУ".

7.5.4.28. Для графического изображения гранулометрического состава, а также для получения показателей неоднородности грунта строят интегральную кривую гранулометрического состава. Для этого к проценту содержания частиц с диаметром менее 0,01 мм последовательно прибавляют проценты содержания всех остальных фракций.

7.5.4.29. После того, как суммированы процентные содержания частиц, строится интегральная кривая гранулометрического состава. Построение кривой начинается с нанесения на график точки, отвечающей суммарному проценту содержания частиц с диаметром менее 0,01 мм, которая отмечается на ординате, соответствующей диаметру 0,01 мм. После нанесения на график точки соединяются плавной кривой.

7.5.4.30. С полученной вышеуказанным способом плавной кривой определяются величины действующего и контролирующего диаметров.

Действующий диаметр d₁₀ - это найденный по оси абсцисс диаметр частиц, соответствующий точке пересечения интегральной кривой с ординатой, отвечающей 10%. Величины этого диаметра показывают, что в грунте содержится 10% частиц с равным ему и меньшим диаметром и 90% частиц с большим диаметром.

Контролирующий диаметр d₆₀ находится по пересечению кривой с ординатой 60%. Величина этого диаметра показывает, что в грунте находится 60% частиц с диаметром, равным и меньшим контролирующего, и 40% частиц с большим диаметром.

Отношение K_60,10 = d₆₀ / d₁₀ характеризует однородность или неоднородность грунта и называется коэффициентом разнозернистости грунта.

7.5.4.31. Определение гранулометрического состава методом отмучивания обычно производится только один раз. Единственным критерием достоверности является определение процентного содержания в песке фракции 0,25-0,10 мм по навеске, взятой для отмучивания. Процентное содержание в песке этой фракции определяется также по другой навеске при ситовом анализе. Если расхождение в результатах упомянутых определений превышает 5%, то анализ бракуется.

Такой способ проверки контролирует, главным образом, тождественность проб, отобранных на ситовой анализ и на анализ на приборе "СУ", и не является надежным способом контроля точности определения. Это обязывает к проведению контрольных анализов в количестве примерно 5-10% от количества основных анализов.

7.5.5.2. Пипеточный метод позволяет определить содержание в глинистом грунте фракций 0,05-0,01; 0,01-0,005; 0,005-0,001 и меньше 0,001 мм.

7.5.5.3. При проведении анализа используется пипетка засасывающего типа емкостью 25 см³. Пипетка должна иметь трехходовой кран, который при соответствующем его положении соединяет ее с аспиратором или колбой с дистиллированной водой для промывания пипетки, или со шлангом для продувания пипетки воздухом. Пипетку следует применять с запаянным нижним концом и с четырьмя боковыми отверстиями, через которые суспензия поступает внутрь пипетки.

7.5.5.4. Среднюю пробу грунта отбирают методом квартования. Масса средней пробы для анализа должна составлять: для глин около 10 г, для суглинков - около 15 г, для супесей - около 20 г. Взвешивание средней пробы производится на аналитических весах.

7.5.5.5. Среднюю пробу грунта помещают в колбу емкостью 250 см³, смывая остаток пробы в чашки или стеклянные стаканчики струей воды из промывалки, и доливают в колбу воды не более 200 см³.

7.5.5.6. Добавляют в колбу 25 см³ раствора пирофосфорнокислого натрия: 4% - из расчета на безводный пирофосфорнокислый натрий (Na₄P₂O₇); 6,7% - из расчета на водный пирофосфорнокислый натрий (Na₄P₂O₇·10H₂O).

7.5.5.7. Колбу закрывают пробкой с обратным холодильником или воронкой диаметром 4-5 см, и кипятят суспензию в течение 1 ч (кипячение не должно быть бурным).

Суспензию необходимо слить в стеклянный цилиндр емкостью 1 л сквозь сито с размером отверстий 0,1 мм, помещенное в воронку диаметром 14 см. Оставшиеся на внутренней поверхности колбы частицы грунта следует тщательно смыть водой из промывалки.

7.5.5.8. Перед отбором каждой пробы необходимо измерить температуру суспензии.

7.5.5.9. Приготовленную суспензию перед отбором пробы следует взбалтывать (например в диспергаторе) в течение 1 мин до полного взмучивания осадка со дна цилиндра, не допуская выплескивания осадка суспензии, и оставить цилиндр в покое до момента взятия пробы.

7.5.5.10. Время отбора пробы суспензии (с размерами частиц менее 0,05; 0,01; 0,005 и 0,001 мм) после начала отстаивания в зависимости от плотности частиц грунта и температуры определяют по табл. 24.

Таблица 24

7.5.5.12. Частицы грунта, задержавшиеся на сите, надлежит добавить к частицам, оставшимся на дне фарфоровой чашки, перенести их в заранее взвешенный фарфоровый тигель или стеклянный стаканчик, выпарить на песчаной бане, высушить в сушильном шкафу до постоянной массы.

7.5.5.13. Высушенные до постоянной массы частицы грунта следует просеять сквозь сита с размерами отверстий 0,5; 0,25 и 0,1 мм.

При анализе грунтов, содержащих органические вещества, частицы необходимо просеять сквозь набор сит с размерами отверстий 10; 5; 2; 1; 0,5; 0,25; 0,1 мм.

Частицы грунта, прошедшие сквозь сито с размерами отверстий 0,1 мм, нужно перенести в цилиндр с суспензией. Продолжительность взятия пробы принимается по табл. 25.
Таблица 25

Размер частиц менее, мм	Глубина взятия пробы, см	Продолжительность взятия пробы, с
0,05	25	10
0,01	10	15
0,005	10	20
0,001	7	30

7.5.5.14. При отборе пробы пипетку в закрытом положении необходимо поднять по штативу и опустить по центру в цилиндр с суспензией. По истечении положенного времени поворотом крана, соединяющего пипетку с аспиратором, производят всасывание суспензии в пипетку до измерительной черты.

7.5.5.15. Кран закрывают, вынимают пипетку и, отведя ее в сторону от цилиндра, опускают вниз до упорного кольца и переносят суспензию в заранее взвешенный стеклянный стаканчик или фарфоровый тигель.

7.5.5.16. Пипетку необходимо промыть небольшими порциями дистиллированной воды, сливая ее в тот же стаканчик или тигель из помещенной в верхней части штатива колбы, которая соединяется с пипеткой резиновым шлангом и одноходовым краном.

7.5.5.17. Пробы в стаканчиках следует выпарить на песчаной бане, высушить до постоянной массы при температуре 105±2 °С и взвесить на аналитических весах.

7.5.5.18. Массу средней пробы вычисляют по формуле (15), а процентное содержание фракций грунта, задержавшихся на ситах, - по формуле (14).

7.5.5.19. Содержание фракций грунта L с размерами частиц менее 0,05; 0,01; 0,005 и 0,001 мм следует вычислять по формуле:

, (22)

где A - масса фракций грунта в объеме пипетки, высушенных до постоянной массы, г; m_o - масса абсолютно-сухой средней пробы грунта, взятой для анализа, г; V_n - емкость пипетки, см³; - суммарное содержание фракций грунта размером менее 1 мм, %.

7.5.5.20. Содержание фракций с размерами частиц от 0,05 до 0,01 мм вычисляют по разности между процентным содержанием фракций с размерами частиц менее 0,05 мм и 0,01 мм. Аналогично вычисляют процентное содержание фракций грунта с размерами частиц 0,01-0,005 мм и 0,005-0,001 мм.

7.5.5.21. При расчете фракций грунта с диаметром менее 0,001 мм выносится поправка на содержание введенного диспергатора, для чего из массы данной фракции грунта вычитается масса введенного сухого диспергатора в объеме пипетки.

7.5.5.22. Процентное содержание фракций грунта с размерами частиц 0,1-0,05 мм находят по разности: из 100% вычитают сумму процентного содержания всех фракций, определяемых с помощью пипетки (с учетом поправки на введение диспергатора) и методом ситового анализа.

Результаты анализа записываются в таблицу (приложение 1, форма 4).