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

7.11.2.2. Порядок проведения определения плотности:

а) выравнивают ножом поверхность грунта и ставят на него кольцо острым краем вниз; придерживая кольцо левой рукой, вырезают ножом под кольцом столбик грунта высотой 1-2 см, диаметром несколько большим, чем диаметр кольца; одновременно с этим слегка нажимают сверху на кольцо, насаживая его на столбик грунта, не допуская перекосов кольца; вырезание столбика грунта и погружение кольца в грунт продолжают до полного заполнения кольца грунтом; в песчаные грунты, из которых не удается вырезать столбик, кольцо вдавливают; срезают ножом избыток грунта, выступающий над кольцом, зачищают поверхность грунта в уровень с краем кольца и накрывают грунт плоским стеклом, пластинкой из плексигласа или металла;

подрезают столбик грунта на расстоянии 10 мм ниже уровня края кольца; если в песчаный грунт кольцо вдавливалось, обкапывают грунт вокруг ножом и подхватывают снизу лопаткой;

перевертывают кольцо с грунтом, зачищают поверхность грунта с этой стороны и также накрывают плоским стеклом, пластинкой из плексигласа или металла;

Примечание. При массовом отборе проб содержащийся в цилиндре грунт может быть для удобства помещен в полиэтиленовый мешочек или бюкс, масса которого известна. При этом необходимо вести параллельный отбор проб на влажность.

в) определяют влажность грунта, содержащегося в кольце, согласно ГОСТ 5180-84; для этого из средней части образца грунта отбирают не менее двух проб или высушивают весь грунт, находящийся в кольце, перенеся его в заранее взвешенную тару;

г) плотность влажного грунта, г/см³, вычисляют по формуле:

 = (m_1,к - m_к - m_pl) / V, (36)

где m_1,к - масса влажного образца грунта с кольцом и покрывающими его стеклами или пластинками, г; m_к - масса кольца, г; m_pl - масса стекол или пластинок, г; V - объем грунта, заключенного внутри кольца, см³.

Плотность сухого грунта, г/см³, вычисляют по формуле:

_d =  / (1 + 0,01 · W), (37)

где W - влажность грунта, %.

7.11.3.2. Порядок проведения определения плотности:

а) образец грунта объемом не менее 30 см³ обрезают ножом, удаляя острые выступающие части и придавая ему овальную форму, и взвешивают;

б) покрывают образец парафиновой оболочкой, погружая на 1-2 с сначала одной, потом другой стороной в парафин, нагретый до температуры несколько выше точки его плавления (обычно 57-60 °С). Парафин не должен содержать посторонних примесей. Пузырьки воздуха, обнаруженные в застывшей парафиновой оболочке, удаляют, прокалывая над ними оболочку и заглаживая место прокола нагретой иглой; таким же образом покрывают образец вторым слом парафина и взвешивают образец;

в) взвешивают запарафинированный образец грунта в воде: для этого устанавливают над чашей весов на подставке (в виде скамеечки) сосуд с водой так, чтобы нагрузки от него не передавались на коромысло весов; делают на концах тонкой нити петли; надевают одну петлю на образец грунта, другую на серьгу коромысла весов; длина нити должна обеспечить полное погружение образца в воду;

г) вынимают из воды запарафинированный образец, вытирают его фильтровальной бумагой и еще раз взвешивают для того, чтобы проверить, не проникла ли внутрь оболочки вода; если обнаружится приращение массы более чем на 0,02 г по сравнению с первоначальной массой запарафинированного образца, образец забраковывают;

д) производят определение влажности образца грунта согласно ГОСТ 5180-84, для чего удаляют парафиновую оболочку и переносят весь образец в заранее взвешенный стеклянный или алюминиевый стаканчик;

е) плотность влажного грунта вычисляют по формуле

где m₁ - масса образца грунта до парафинирования, г; m_1,p - масса образца грунта с парафиновой оболочкой, г; m_1,W - масса образца грунта в воде, г; _p - плотность парафина, принимаемая равной 0,9 г/см³; _W - плотность воды, принимаемая равной 1,0 г/см³.

Плотность сухого грунта (г/см³) вычисляется по формуле (37).
7.11.4. Определение минимальной плотности песка
7.11.4.1. Для измерений необходимо иметь сосуд цилиндрической формы диаметром 5-6 см и объемом не менее 250 см³ или металлический стакан (СУГ-1) без съемной части. В стеклянный сосуд или металлический стакан вставляют стеклянную воронку с длинным носиком или надетый на ее нижний конец кусок резиновой трубки. Предварительно следует высушить и просеять через сито с диаметром отверстий 2 мм пробу грунта объемом примерно в 1,5 раза больше объема стакана; крупные и гравелистые пески следует просеять через сито с диаметром отверстий 5 мм.

7.11.4.2. Песок в воздушно-сухом состоянии необходимо насыпать в воронку. Затем воронку медленно поднимают так, чтобы конец воронки все время находился на расстоянии не более 1 см от поверхности песка. После заполнения стакана избыток песка необходимо удалить ножом или металлической линейкой вровень с краями стакана, не допуская при этом уплотнения песка. Определение следует выполнять на массивном столе, чтобы избежать влияния вибрации и случайных ударов. Стакан с песком взвешивается с точностью до сотых грамма. Результаты взвешиваний записываются в журнал (приложение 1, форма 7).

7.11.4.3. Плотность песка в предельно рыхлом сложении (_d,min, г/см³) вычисляют по формуле:

_d,min = (m₂ – m₁) / V, (39)

где m₂ - масса стакана с песком, г; m₁ - масса стакана, г; V - объем стакана, см³.
7.11.5. Определение максимальной плотности песка
7.11.5.1. Подготовку к испытаниям следует проводить в соответствии с п.7.11.4.1.

7.11.5.2. Песок в воздушно-сухом состоянии следует насыпать в стакан равными порциями. Уплотнение каждой порции необходимо производить постукиванием о стенки стакана деревянным пестиком с резиновым наконечником в течение 5 мин. Уплотнение пылеватых песков необходимо производить слоями во влажном состоянии трамбованием в металлическом стакане объемом 1000 см³ на копре СоюздорНИИ (рис. 12) или вручную гирей массой 2 кг при высоте подъема 30 см. Толщина уплотняемого слоя 1-2 см. После наполнения стакана избыток песка следует удалить ножом или линейкой, поверхность грунта зачистить вровень с краем стакана и взвесить стакан с грунтом с точностью до сотых грамма. Результаты взвешиваний записываются в журнал (приложение 1, форма 7).

7.11.5.3. Максимальную плотность песка _d,max, г/см³ вычисляют по формуле:

_d,max = (m₂ – m₁) / V; (40)

а для пылеватых песков

_d,max = (m₂ – m₁) / [V (1 + 0,01 W)]. (41)
7.11.6. Контроль качества уплотнения глинистого грунта с крупнообломочными включениями по плотности мелкозема
7.11.6.1. В контрольной точке укатанного слоя грунта из нижней части этого слоя отбирают монолит массой 3-5 кг. Отбор монолита производят из стенки ранее подготовленного шурфа вручную с помощью кирки и лопаты. Подготовку шурфа можно механизировать, применив экскаватор "обратная лопата" типа "Беларусь".

Одновременно из того же грунта, откуда отбирается монолит, оттирают на сите № 5 мелкозем в количестве 1-2 кг для определения его влажности объемометрическим методом, а также процентного содержания в нем фракций с диаметром частиц менее 0,25 мм экспрессным методом, разработанным НИСом Гидропроекта.

Отобранный монолит и мелкозем к месту исследования следует транспортировать только упакованными в водонепроницаемую пленку. Исследования этих образцов должны начаться не более, чем через 15 минут с момента окончания отбора образцов грунта.

7.11.6.2. После отбора монолита шурф-лунку засыпают грунтом слоями по 10-15 см, уплотняют ручной трамбовкой до заданной проектом плотности сложения.

7.11.6.3. После доставки на место исследования монолит обрезают ножом, удаляя острые выступающие части и придавая ему форму, близкую к овальной, заглаживают имеющиеся волосяные трещины легким поглаживанием.

7.11.6.4. Подготовленный таким образом монолит взвешивают в воздухе на лабораторных весах.

7.11.6.5. Затем монолит погружают в масло (вазелиновое или веретенное) по схеме, приведенной на рис. 13. Снова взвешивают. Образец должен находиться в масле не более 3 мин. С помощью ареометра определяют плотность масла.

Рис. 13. Схема размещения оборудования для взвешивания монолита в масле

1 - монолит; 2 - масло; 3 - емкость; 4 - подвеска; 5 - стол с прорезью;

6 - подставка с прорезью; 7 - весы лабораторные 5 кг; 8 - уравновешивающий груз.
7.11.6.6. Вынув монолит из масла, дают ему стечь с образца, который промокают фильтровальной бумагой и снова взвешивают на воздухе. Если обнаружится приращение в массе монолита более 10 г по сравнению с первоначальной массой, монолит бракуется из-за нарушения его сплошности. Вся выполненная работа производится заново с другим монолитом, отобранным рядом с той же контрольной точкой.

7.11.6.7. Монолит разрушают и рассеивают на сите № 5 с промывом мелких фракций. Остаток, получившийся на сите, высушивают до постоянной массы и после охлаждения взвешивают на технических весах.

7.11.6.8. Определяют содержание мелкозема в монолите по формуле:

m_s = (m – m_ост) / [m_ост (1 + W) + (m – m_ост)], (42)

где m - масса монолита в воздухе, г; m_ост - масса в воздухе сухого остатка на сите № 5 после рассева и промывки монолита, г; W - влажность мелкозема грунта, определенная объемометрическим методом, доли единицы.

7.11.6.9. Определяют плотность сухого грунта монолита по формуле:

_d = m _м / [(m - m_м) (1 + W m_s)], (43)

где m _м / [(m - m_м) =  - плотность грунта монолита, г/см³; m_м - масса монолита в масле, г; _м - плотность масла, г/см³.

7.11.6.10. Определяют плотность мелкозема в монолите по формуле:

_s = (2,6 _d m_s) / [(2,6 - _d (1 + m_s))], (44)

где 2,6 - плотность частиц грунта крупностью более 5 мм, г/см³; m_s - содержание мелкозема в монолите в долях единицы.

Результаты всех определений записывают в форме табл. 28.

7.11.6.11. Определяют степень уплотнения мелкозема грунта по формуле:

где _tr - требуемая плотность сложения мелкозема в грунте.

Требуемая плотность сложения мелкозема в грунте и допустимая степень уплотнения I_d устанавливаются техническими условиями в зависимости от вида грунта и конструкции плотины.

Таблица 28

Дата определения	Содержание мелкозема в монолите ms, , доли ед.	Плотность сухого грунта монолита , г/см3	Плотность мелкозема сухого грунта монолита , г/см3	Содержание d < 0,25 в мелкоземе, определенное экспресс-методом m0,25, г	Максимальная плотность мелкозема в зависимости от m0,25 max, г/см3	Степень уплотнения , доли ед.	Примечание
14.06.1990	0,73	2,17	2,03	75	2,01	1,01	Проба выдержана

- класса капитальности сооружения;

- материала и структуры расположения его в теле плотины;

- способа отсыпки материала и интенсивности возведения плотины;

- технико-экономических показателей, зависящих от методов и степени уплотнения грунтов.

Примечания: 1. Метод определения не распространяется на грунты, содержащие более 30% частиц крупнее 10 мм, а также заторфованные грунты.

2. При подготовке пробы грунта для определения максимальной плотности и оптимальной влажности с последующей оценкой прочностных свойств методом прямого плоского среза грунт необходимо просеять через сито 2 мм (ГОСТ 12248-78).
7.12.2. Метод Проктора
7.12.2.1. Оптимальные значения влажности и плотности сухого грунта обычно определяются на основании лабораторных испытаний грунта по методу стандартного уплотнения (по Проктору) [135]. Уплотнение производится в приборе типа СоюздорНИИ, который состоит из подстаканника, разъемного цилиндра (рекомендуемый диаметр цилиндра 100±0,1 мм), верхнего стакана, стойки с уплотнителем, груза массой 2,5 кг, ограничительного кольца с винтом, зажимного кольца и зажимного винта (рис. 14).

Рис. 14. Прибор для стандартного уплотнения грунта

1 - подстаканник; 2 - разъемный цилиндр; 3 - верхний стакан; 4 - стойка с уплотнителем;

5 - груз; 6 - зажимное кольцо; 7 - зажимной винт; 8 - ограничительное кольцо; 9 - грунт (проба)
Помимо прибора СоюздорНИИ испытания могут производиться в аналогичных приборах или ручной трамбовкой с точным соблюдением требований, изложенных в табл. 29.
Таблица 29

Метод уплотнения	Количество уплотняемых слоев в цилиндре	Масса груза, кг	Высота подъема груза, см	Количество ударов
ГОСТ 22733-77	3	2,5	30	40
Стандарт Проктора	3	2,5	30	25
Усиленный стандарт Проктора	5	3,0	50	25
Стандарт Корпуса военных инженеров США (модернизированный стандарт Проктора)	5	4,5	46	25

7.12.2.2. Для испытания может быть взят грунт естественной влажности, если она относительно невелика. При высокой естественной влажности грунта требуется его предварительное подсушивание и просеивание через сито с отверстием 0,5 мм.

Образец грунта массой 3-3,5 кг тщательно перемешивают с целью обеспечения равномерного распределения влажности. Уплотнение грунта производится ударами груза массой 2,5 кг, падающего с высоты 30 см. Разъемный цилиндр заполняют в три приема, каждый раз примерно на 1/3 высоты. Число ударов груза по каждому слою равно 1/3 общего числа ударов, назначенного для уплотнения.

Общее число ударов груза о материал принимается: для песчаных грунтов - 60; супесчаных грунтов - 75; суглинистых и глинистых грунтов - 120.

После окончания уплотнения снимают верхний стакан и выступающий грунт осторожно срезают почвенным ножом по верхней кромке разъемного цилиндра.

7.12.2.3. Разъемный цилиндр с подстаканником и уплотненным грунтом взвешивают с точностью до 1 г и определяют плотность влажного уплотненного грунта  по формуле

 = (m₁ – m₂) / V, (46)

где m₁ - масса разъемного цилиндра с подстаканником и грунтом; m₂ - масса пустого разъемного цилиндра с подстаканником; V - объем нижнего стакана (в приборе СоюздорНИИ объем разъемного стакана равен 1000 см³).

Определение влажности грунта производится по ГОСТ 5180-84.

7.12.2.4. После определения плотности и отбора проб на влажность грунт из стакана высылают в чашку, где находится неиспользованная в данном опыте часть грунта. Затем в грунт доливают воду в таком количестве, чтобы увеличить его влажность примерно на 2-3%. Обычно на 3 кг грунта (емкость прибора) добавляют 50-70 см³ воды. Перемешав тщательно грунт, производят вновь испытание вышеописанным способом, но при более высокой влажности. Так производят испытания до тех пор, пока плотность влажного грунта не станет уменьшаться.

После окончания испытания и определения влажности подсчитывают плотность сухого грунта (ГОСТ 5180-84).

7.12.2.5. На основании данных, полученных в результате испытаний, составляют кривую зависимости плотности сухого грунта от влажности (рис. 15). За оптимальную влажность принимают влажность, при которой плотность сухого грунта максимальная. Пределы допустимых отклонений значений влажности от оптимальной W_opt определяются требованиями проекта или технических условий, но не должны превышать S_r = 0,80,9.

7.12.3.2. Исследования проводятся для проб связного грунта нарушенного сложения, отобранных в естественных и искусственных обнажениях и горных выработках из однородного по виду слоя грунта согласно требованиям ГОСТ 12071-84. Масса пробы грунта должна быть не менее 5 кг. Каждая отобранная проба грунта должна быть снабжена данными о наименовании объекта, мощности данного слоя, глубине, месте и дате отбора грунта, а также наименовании грунта по визуальному определению.

Подготовка глинистого грунта к испытаниям заключается в размельчении при естественной влажности монолитов или крупных комьев грунта ненарушенной структуры. Грунты мягко-пластичной и текучепластичной консистенций размельчаются (без перемятия) на отдельности величиной 10 мм; размельчение глин тугопластичной консистенции производится ножом, а монолиты глин твердой и полутвердой консистенций разбиваются пестиком с резиновым наконечником. Если грунт содержит зерна крупнее 10 мм, то определяются их величины Ф_i, _s и _d,k.

7.12.3.3. Из прошедшего сквозь сито грунта методом квартования выделяют одну пробу и помещают ее в полиэтиленовый пакет при естественной влажности W₁ = W_ест. Остальной грунт высушивается до воздушно-сухого состояния и доувлажняется до значений влажности (W_i), принимаемых при уплотнении циклическими нагрузками равными влажности на границе раскатывания W_p, определяемой по ГОСТ 5180-84 и на 0,02 и 0,04 меньше и больше W_p: W₂ = W_p; W₃ = W_p – 0,02; W₄ = W_p – 0,04; W₅ = W_p + 0,02; W₆ = W_p + 0,04. При виброуплотнении связных грунтов начальные влажности ориентировочно составляют: W₂ = W_p – 0,02; W₃ = W_p – 0,04; W₄ = W_p – 0,06; W₅ = W_p; W₆ = W_p + 0,02.

После введения рассчитанного количества воды пробы грунта перемешивают (без перемятия и перетирания), помещают в полиэтиленовые пакеты и выдерживают не менее суток.