Випробування грунтів

Випробування грунтів статичним навантаженням проводять для визначення модуля стискання і з'ясування просадочних властивостей при замочуванні. Їх проводять у шурфах глибиною до 6 м і у бурових свердловинах глибиною до 15 м (діаметром не менше 325 мм), що закріплені обсадними трубами. У шурфах використовують квадратний зварний металевий штамп (70.9´70.9 см), а у свердловинах – круглий сталевий штамп діаметром 27.7 см. Навантажують штамп сходинами. До нового навантаження не приступають до стабілізації просідання. Вважають, що стабілізація досягнута, якщо приріст просідання за добу становить не більше 1 мм. Випробування доводять до навантажень, які дещо перевищують нормативні навантаження на породи.

Іноді випробування проводять до граничного (критичного) навантаження, що визначають за появою валика випирання або тріщин навколо штампу, за деформацією порід, яка продовжується не менше доби, за різким збільшенням просідання при незначному збільшенні навантаження. Просідання вимірюють з точністю до 0.2-1.0 мм за допомогою нівеліра, прогиноміра та інших приладів. Ці вимірювання виконують відносно 2-4 реперів. До початку і після закінчення випробувань з дна шурфу відбирають моноліти, що необхідні для вивчення фізико-технічних властивостей грунту. Розвантажують платформу штампу також сходинами з визначенням пружної віддачі грунту.

На основі спостережень за просіданням s в залежності від питомого навантаження Р будують графік . Просідання визначають за формулою:

где – початковий тиск ущільнення; – питомий тиск на штамп; .

За графіком знаходять поправку, що враховує просідання від ваги незавантаженого штампу, і первинну обмятість нерівностей грунту. При випробуваннях у свердловинах вводять поправку за обмятість труб , що залежить від довжини труб , що передають навантаження на штамп, навантаження на платформі , площі F поперечного перетину труб і модуля пружності матеріалу труб :

Модуль деформації породи (модуль стиснутості) обчислюють за формулою Бусінеска:

де – діаметр штампа або круга, що за площею дорівнює штампу.

Коефіцієнт бічного або поперечного розширення (коефіцієнт Пуасона) приймають рівним 0.3 – для пісків і супісків, 0.35 – для суглинків і 0.42 – для глин. Визначивши значення для кожного з п шарів, на які розбита товща основи, знаючи потужність цих шарів , а також середній питомий тиск , що передається фундаментом, обчислюють просідання за формулою:

У цій формулі безрозмірний коефіцієнт приймають рівним 0.76 – для пісків, 0.72 – для супісків, 0.57 – для суглинків і 0.43 – для глин.

Просідання і його характер залежать від складу, стану і умов залягання порід, ваги споруди, розмірів, форми і глибини закладання фундаменту. Просідання зростає із збільшенням ваги споруди і зменшенням розміру фундаменту.

При збільшенні глибини залягання фундаменту просідання зменшується, оскільки породи, що залягають на глибині, міцніші і стійкіші. Незначне рівномірне просідання не є небезпечним. Нерівномірне просідання, що виникає при розміщенні фундаменту на неоднакових за складом і станом породах, надзвичайно небезпечне для стійкості споруд.

Земляні дамби і дорожні насипи легко переносять нерівномірне просідання, а для будівель ГЕС, бетонних дамб і бетонних шлюзів таке просідання небезпечне.

Для різних споруд визначають той максимальний тиск, при якому просідання споруд або різниця просідань під їх окремими частинами не перевищує допустимої величини. Цей тиск називають розрахунковим опором основи.

Польове випробування міцності грунтів здійснюють методами зондування – пенетрації, мікропенетрації, різання, пресіометрії. При зондуванні зонди у формі конуса або циліндра діаметром 36 мм сполучають зі штангами і заглиблюють у породу. Застосовуються установки глибинного зондування (до глибини декількох десятків метрів), щільноміри і ударники для дрібного зондування (1–1.5 м). Розрізняють динамічне зондування, коли зонд занурюється у грунт під ударами стандартного вантажу, що падає з певної висоти, і статичне, що базується на втискуванні зонда у товщу порід.

При динамічному зондуванні характеристикою щільності і міцності грунту є кількість стандартних ударів молота, що необхідні для забивання конуса діаметром 74 мм і кутом при вершині 60° на певну глибину, наприклад 10-30 см.

Модуль деформації, кгс/см², для піщаних порід визначають за формулою:

Коефіцієнт п для гравелистих, великої і середньої крупності порід природного закладання складає 14-16, дрібних і маловологих 10-12, дрібних водонасичених 6–8, пилуватих маловологих 8-10, дуже вологих 5-6 і водонасичених 3-4. Питомий опір конуса зонда, кгс/см² складає:

де F – площа основи конуса, см². Динамічний опір зонда залежить від кількості ударів , просідання зонда від одного удару s, см, маси молота , кгс, висоти падіння молота Н, см, і обчислюється за формулою:

Коефіцієнт а, що показує співвідношення маси молота Q, кгс, і ваги зонда q, кгс, знаходиться із залежності:

При статичному зондуванні характеристикою щільності і міцності порід служить зусилля, що необхідне для втискування зонда на певну глибину. Для статичного зондування застосовують самохідні установки СПК (пенетраційно-каротажні станції). Пенетрація рихлих порід проводиться до глибини 25 м із швидкістю втискування штанг до 4 м за хвилину. Зонди з датчиками для реєстрації різних властивостей порід нагвинчують на кінець штанги. Ці датчики дозволяють проводити гамма-гамма каротаж, нейтрон-нейтронний каротаж, гамма-каротаж, електричний каротаж. СПК має пристрій для безперервного запису результатів випробувань.

Для визначення консистенції глинистих грунтів з непорушеною структурою застосовують методи мікропенетрації, що базуються на визначенні глибини занурення в породу різних наконечників (голок, конусів, штампів). Мікропенетрометри бувають стаціонарні і ручні. Наконечник занурюється у породу за допомогою статичного або динамічного навантажень. У польових умовах найчастіше користуються ручним пружинним пенетрометром.

Для дослідження глинистих порід в стінках гірських виробок і в природних відслоненнях використовують метод різання. При цьому застосовують прилад іскіметр, ріжучими частинами якого є армовані твердим сплавом різці різної форми. Зусилля, що виникають при зануренні ножа в грунт, виконують заздалегідь протарованими змінними циліндричними пружинами розтягування. Зусилля різання відображаються на реєструючій стрічці.

Для визначення деформативних властивостей піщано-глинистих порід у бурових свердловинах застосовують метод пресіометрії. При цьому вимірюють просідання породи у стінці свердловини під дією тиску. Таке вимірювання проводять за допомогою пресіометра. У гірських виробках і будівельних котлованах проводять експериментальні зсуви і обвали порід для визначення їх міцнісних властивостей. Існують відповідні установки для таких випробувань.

Для вивчення місцевих корозійних умов і розробки захисних заходів, що забезпечують максимальний термін служби і надійну експлуатацію підземних металевих конструкцій, проводять корозійні дослідження, які включають дослідження грунтової корозії і електрокорозії, що викликана блукаючими струмами, які виникають у зв'язку з витоком тягових струмів рейкового електротранспорту.

В процесі корозійних досліджень визначають джерела корозійної небезпеки для існуючих і проектованих підземних металічних споруд, міру і межі дії корозії, захисні заходи, оптимальні місця включення електрозахистів і їх оптимальний режим. Такі дослідження проводять на майданчиках промислових підприємств, в містах, морських і річкових портах, аеропортах тощо.

Для виконання досліджень виготовляють топографічну основу в масштабі 1:2 000, на яку наносять існуючі і проектовані підземні металічні споруди, рельсові мережі і депо електротранспорту. Міра корозійності грунту оцінюється за наслідками вимірювань питомого електричного опору грунту чотириелектродним пристроєм з польовими потенціометрами типу ЕП-1, а також вимірником заземлення МС-07. У траншеях, шурфах та інших відкритих земляних виробках вимірювання виконують земляним омметром. Міра корозійності вважається високою, якщо питомий електричний опір грунту менший ніж 10 Ом´м, підвищеною – 10-20 Ом´м, нормальною – 20-100 Ом´м, і низькою – понад 100 Ом´м. Крім польового методу визначення корозійності грунту, застосовують лабораторний метод, що базується на вимірюванні втрати маси зразку металу (еталонної трубки) під дією електролізу у випробовуваному грунті.

Дата добавления: 2014-01-04