Определение коэффициента уплотнения грунтов: как правильно измерить и использовать

В статье «Определение коэффициента уплотнения грунтов» рассказывается о методах определения коэффициента уплотнения грунта и его важности для строительства. Авторы подробно описывают различные способы расчета коэффициента уплотнения и приводят примеры его применения в практике. Если вам нужно определить коэффициент уплотнения грунта, то эта статья будет для вас полезной.

Добавил:

Вуз:

Предмет:

Файл:

2489.pdf

Скачиваний:

47

Добавлен:

07.01.2021

Размер:

12.4 Mб

Скачать

Оценка качества уплотнения грунта земляного полотна производится сравнением коэффициента уплотнения грунта в насыпи или выемке kу с его требуемыми значениями kтр. Критерием качественного

максимальной стандартной плотности, полученной в лабораторном

Проктора [57, 58]). Таким образом, коэффициент уплотнения опреде-

стикой, которую тщательно контролируют, определяя плотность сухого грунта в теле земляного полотна и максимальную стандартную плотность.

В соответствии сИтребованиями [59] контроль плотности сухого грунта выполняют в каждом технологическом слое по оси земляного полотна и на расстоянииС 1,5–2,0 м от бровки, а при ширине слоя более 20 м – также и в промежутках между ними. Плотность грунта необходимо проверять на каждой сменной захватке работы уплотняющих машин. Причем в насыпях высотой до 3 м плотность контролируется не реже чем через 200 м, в насыпях высотой более 3 м – 50 м. Контроль плотности верхнего слоя производится не реже чем через 50 м.

Кроме того, контроль плотности производится в каждом слое засыпки пазух труб, над трубами, в конусах и в местах сопряжения с мостами.

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. Плотность и влажность грунта следует определять по ГОСТ 5180–84 [11]. Для текущего контроля допускается использовать ускоренные и полевые

124

экспресс-методы и приборы.

Требуемые значения коэффициента уплотнения регламентируются СП 78.13330.2012 [7] и приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1. Требуемые значения коэффициента уплотнения

также при дорожных облегченного типа, меньшие – во всех остальных случаях.

ровной высокотемпературной вечной мерзлоты, коэффициенты уплотнения следует принимать такими же, как для II дорожно-климатической зоны.

С увеличением плотности сухого грунта количество структурных связей увеличивается, а показатели механических свойств грунтов улучшаются. В количественном отношении зависимость показателей механических свойств грунтов от коэффициента уплотнения и влажности можно представить эмпирическими формулами В.М. Сиденко, О.Т. Батракова и Ю.А. Покутнева [60]. Эти формулы даны в табл.4.2. В соответствии с теорией упругости постоянные, применяемые для определения НДС, связаны формулами, представленными в табл. 4.3.

125

Таблица 4.2. Формулы для расчета показателей механических свойств

грунта

Разновидность грунта Формула

Для ориентировочного расчета штампового модуля упругости, МПа

Для ориентировочного расчета параметров линейной зависимости Кулона-Мора, называемых сцеплением С и углом внутреннего трения

Примечание. и – постоянные Ляме, Па; G – модуль сдвига или поперечной упругости; К – объемный модуль упругости, Па; – коэффициент Пуассона.

Примем, что коэффициент Пуассона – величина постоянная, например, по СНиП 2.02.01–83* для супесей =0,3, суглинков =0,35 и глин =0,42. Тогда для суглинков и глин модуль сдвига можно определить по формуле

126

где ЕW и GW – модуль упругости и модуль сдвига при произвольной относительной влажности, Па; а – поправочный коэффициент для перехода от штампового модуля к продольному модулю упругости при одноосном сжатии, который может быть рассчитан по формуле Н.Н. Иванова, а может быть установлен экспериментально по аналогии с коэффициентами Агишева (эти коэффициенты используют для перехода от компрессионного модуля деформации к штамповому).

Используя эту основную пару деформационных характеристик, получим формулы

ное влияние на любую деформационную характеристику. Чем выше плотность сухого грунта, тем больше величина деформационной характеристики и меньшеИдеформации земляного полотна.

Из табл. 4.1 вытекает, что в зависимости от природноклиматическихСусловий (ДКЗ) и условий эксплуатации дорожной конструкции (тип одежды и элемент земляного полотна) выдвигаются различные требования по степени уплотнения. Здесь возникает вполне резонный вопрос, а почему не принять одинаковые требования к степени уплотнения? Казалось бы, раз уплотнение столь позитивно сказывается на деформационных и прочностных характеристиках, то требования по коэффициентам уплотнения должны быть максимально возможные.

По мнению авторов, различие в требованиях к величине коэффициента уплотнения необходимо по двум основным причинам. Вопервых, уплотнение является достаточно энергоемким процессом. Поэтому в тех элементах земляного полотна, в которых возникают наибольшие напряжения и имеет место наибольшее увлажнение, следует предусматривать наибольшие требуемые коэффициенты уплотнения. В менее увлажненных элементах земляного полотна, а также в

127

элементах с меньшими напряжениями такие высокие коэффициенты уплотнения не требуются, и поэтому для уменьшения энергоемкости уплотнения требования могут быть ниже. Во-вторых, грунты земляного полотна испытывают деформации морозного пучения, набухания и усадки. Эти процессы приводят к тому, что в течение года плотность сухого грунта колеблется. Причем пучение и набухание вызывают уменьшение плотности сухого грунта. Поэтому если выполнить уплотнение грунта до высоких коэффициентов уплотнения, например, 1>kу 1,1 и не предусмотреть в конструкции земляного полотна мероприятий по недопущению увлажнения грунта, то со временем (2–3 года) коэффициенты уплотнения уменьшатся. В этом случае

При уплотнении дисперсных грунтов любым из традиционных методов: укаткой, трамбованием или вибрацией – вода не успевает

отжаться из зон контактов между агрегатами и частицами. Это объясняется тем, что для фильтрацииБводы через тонкие поры требуется определенное время. Поэтому уплотнение грунтов при воздействии циклических кратковременныхИ нагрузок в основном происходит из-за вытеснения воздуха, вследствие чего минеральные частицы сближаются, а поры уменьшаютсяС .

При уплотнении работа затрачивается на преодоление трения между частицами и агрегатами, а также на их перемещение. Если влажность грунта мала, то добавление в него воды уменьшает трение между частицами и агрегатами, а также способствует размягчению и растворению неводостойких кристаллизационных связей. Эти эффекты облегчают перемещение частиц и способствуют их более тесной укладке при той же затраченной работе. Поэтому с увеличением содержания воды в грунте до определенного предела плотность скелета увеличивается. В любом грунте существует связанная система воздушных пор, сообщающихся с атмосферой. В результате уплотнения нагрузкой воздух вытесняется в атмосферу, а объем такой системы пор постепенно уменьшается. Вследствие этого грунт упрочняется, а зависимость деформации уплотнения от количества воздействий нагрузок имеет затухающий характер.

128

При чрезмерной влажности смазывающий эффект уже не увеличивается, а вода препятствует сближению частиц и даже приводит к их раздвижке. Поэтому зависимость плотности скелета от влажности грунта имеет максимум.

Влажность грунта, при которой в лабораторном приборе стандартного уплотнения достигается максимальная плотность сухого грунта d(mах), называют оптимальной влажностью Wо. Здесь отметим, что в соответствии с формулой (4.2) максимальной стандартной плотности соответствует значение коэффициента уплотнения kу=1. Коэффициенты уплотнения меньше 1 можно получить при влажности, отличающейся от оптимальной. Причем, чем меньше требуемое значение коэффициента уплотнения, тем больше интервал варьирования влажности, в котором можно выполнить такое уплотнение. При этом необходимо иметь в виду, что оценивая пригодность грунта для уплотнения по влажности, принято оперировать понятием «коэффициент увлажнения». Коэффициент увлажнения представляет собой отношение влажности грунта Wе к его оптимальной влажности и опре-

фициента уплотнения от коэффициента увлажнения, необходимо выполнить лабораторные испытания.

Таблица 4.4. Допускаемые значения коэффициентов увлажнения

129

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Как определить коэффициент уплотнения?

Коэффициент уплотнения (также известный как коэффициент компактности) используется для определения степени уплотнения грунта. Он определяется отношением плотности грунта в уплотненном состоянии к его естественной плотности.

Существует несколько методов для определения коэффициента уплотнения, но наиболее распространенный из них — это метод проб с ударом.

Для определения коэффициента уплотнения по методу проб с ударом необходимо выполнить следующие шаги:

1. Подготовьте две пробы грунта. Одну пробу должны быть взята из области, где грунт естественно расположен, а другую — из области, где грунт уплотнен (например, с помощью трамбовки или виброплиты).
2. Измерьте массу каждой пробы и определите объем каждой пробы путем помещения ее в цилиндр с известным диаметром и высотой, затем измерения объема воды, которую она вытесняет.
3. Рассчитайте плотность каждой пробы путем деления ее массы на ее объем.
4. Сравните плотность уплотненной и естественной проб грунта. Рассчитайте коэффициент уплотнения, поделив плотность уплотненной пробы на плотность естественной пробы.

Коэффициент уплотнения может быть выражен как число или процент. Если полученное значение коэффициента уплотнения больше 1, это означает, что грунт уплотнен, а если значение меньше 1, то грунт не уплотнен. Оптимальный коэффициент уплотнения зависит от типа грунта и технических требований конкретного проекта.