Дружинин М.К. Наставление по испытаниям грунтов в массивах
Подождите немного. Документ загружается.
ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
НАСТАВЛЕНИЕ ПО ИСПЫТАНИЯМ ГРУНТОВ
В МАССИВАХ
Одобрено Главтранспроектом
Москва 1981
ПРЕДИСЛОВИЕ
Для повышения информативности изысканий, точности и надежности
инженерно-геологического обоснования проектов дорожных сооружений и их
комплексов существенное значение имеет развитие испытаний грунтов в массивах.
Методика ряда испытаний регламентирована государственными общесоюзными
стандартами и описана в методических руководствах. Однако технология
применения полевых испытаний грунтов при дорожных изысканиях нигде не
охарактеризована, она специфична и обусловливает необходимость применения
при испытаниях специализированных технических средств и методики работ,
отличных от используемых при площадных изысканиях.
Наставление по испытаниям грунтов в массивах составлено на основе
результатов выполненных в ЦНИИСе экспериментальных исследований,
проектно-конструкторских разработок и обобщения опыта инженерно-
геологических изысканий. В работе наряду с общими для всех отраслевых
изысканий положениями, установленными действующими нормативными и
методическими документами, охарактеризованы специфические особенности
испытаний в массивах грунтов оснований, среде и материалах проектируемых
дорожных сооружений и грунтов - объектов разработки при транспортном
строительстве.
Наставление разработано канд. геол.-мин. наук М. К. Дружининым в
лаборатории инженерной геологии и геофизики ЦНИИСа Минтрансстроя при
участии ее сотрудников.
Зам. директора института Зав. отделением
изысканий и
проектирования
железных дорог
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
1
Н. Б. Соколов А. М. Козлов
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Основной целью полевых испытаний следует считать повышение
информативности инженерно-геологических изысканий и надежности определения
прочности, деформативных и фильтрационных свойств грунтов в массивах,
включая и массивы техногенного происхождения (земляные сооружения, подсыпки
при планировках и заменах, отвалы и др.).
1.2. В число специфических задач испытаний входят:
- изучение состояния и свойств грунтов, монолитные образцы и керны которых
для лабораторных испытаний отобрать невозможно (крупнообломочных грунтов,
водоносных и сыпучих песков, глинистых грунтов агрегатного сложения,
некоторых илов, подверженным тиксотропным превращениям и при малейших
воздействиях разжижающихся, и др.);
- учет масштабного эффекта, являющегося следствием макронеоднородности
массива при относительной однородности состава, сложения, состояния и свойств
грунта в монолитном образце (керне);
- непосредственное определение максимальной и структурной прочности
грунтов в массиве;
- моделирование в массиве напряжений, возникающих при техногенных
воздействиях на грунты-основания и среду проектируемых сооружений и зданий
(бытовом плюс проектном давлениях, разгрузке массива вскрытием в нем
строительных выработок, подтоплении и дренаже и др.);
- моделирование поведения грунтов в замачиваемых, оттаивающих,
промораживаемых, набухающих, проседающих массивах, при явлениях
тиксотропии и др.;
- моделирование взаимодействия грунтов и свай в массиве.
В гидроэнергетическом и некоторых других видах строительства в полевых
испытаниях устанавливают также естественное напряженное состояние грунта в
массиве на заданной глубине (бытовое и поровое давления, диагенетические и
постгенетические напряжения и др.).
1.3. В состав полевых испытаний следует включать определение объемной
массы грунтов в массиве способом лунок и изучений макронеоднородности толщи
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
2
грунта путем микропенетрации с поверхности обнажения или в бортах и на дне
разведочных и строительных выработок.
1.4. На дорожных изысканиях надлежит применять:
- статическое зондирование грунтов в массиве;
- динамическое зондирование;
- вращательный срез глинистых грунтов в массиве;
- сдвиги и раздавливание целиков;
- прессиометрию грунтов в скважинах;
- опытные откачки из обводненных массивов.
1.5. В особых случаях (оговоренных ниже в технологической части
Наставления) следует выборочно применять:
- испытания грунтов статическими нагружениями на штампы в шурфах и
скважинах;
- испытания мерзлых грунтов статическими нагружениями на горячие штампы в
шурфах;
- опытные вдавливания, забивания и выдергивания свай, в том числе с
оттаиванием грунтов;
- опытные замачивания грунтов в котлованах.
При возможности перечисленные работы следует возлагать на договорных
началах на специализированные местные территориальные изыскательские и
строительные организации, располагающие обученными специалистами, рабочей
силой и необходимыми аппаратурой и механизмами. В последнем случае полевые
испытания надлежит выполнять в начальный период строительства при
продолжающемся рабочем проектировании дорожных объектов.
1.6. Методика ряда испытаний грунтов в массивах регламентирована
государственными стандартами Союза ССР и другими нормативными
документами:
19912-74. Грунты. Метод полевого испытания динамическим зондированием.
20069-74. Грунты. Метод полевого испытания статическим зондированием.
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
3
СН 448-72. Указания по зондированию грунтов для строительства. Госстрой
СССР.
21719-80. Грунты. Метод полевых испытаний на срез в скважинах и массиве.
23741-79. Грунты. Методы полевых испытаний на срез в горных выработках.
5686-78. Сваи. Методы полевых испытаний.
12374-77. Грунты. Метод полевого испытания статическими нагрузками.
23253-78. Грунты. Методы полевых испытаний мерзлых грунтов.
20276-74. Грунты. Метод полевого определения модуля деформации
прессиометрами.
23278-78. Грунты. Методы полевых испытаний проницаемости.
24546.-81. Сваи. Методы полевых испытаний в вечномерзлых грунтах.
1.7. Необходимо учитывать следующие особенности испытаний грунтов в
массивах:
непрерывность процессов статического и динамического зондирований по
разрезу изучаемой толщи грунтов;
прерывистость прочих испытаний, осуществляемых, как правило, в отдельных
точках, слоях или областях массива (опытные откачки, замачивания, испытания
свай);
различные объемы испытываемых грунтов от нескольких кубических
сантиметров (микропенетрация) до десятков кубических метров (опытные откачки
и замачивания, нагружения на штампы);
различные линейные размеры испытываемых объемов по вертикали и
горизонтали, обусловливаемые главным образом размерами рабочих устройств
(диаметром и высотой крыльчаток, диаметром штампа, определяющим мощность
напряженной под ним зоны массива).
1.8. При программировании полевых испытаний следует принимать во внимание
особенности, ограничивающие их возможности:
- учитывать анизотропию свойств грунтов в массиве вдоль и поперек
напластования и по вертикали не представляется возможным. В испытаниях
грунтов прессиометром грунт обжимается по горизонтали, тогда как в зоне
напряжений от веса здания, сооружения и от бытового давления он сжимается по
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
4
вертикали - в направлении силы тяжести. Лопасти крыльчатки сдвигают грунт
поперек напластования, а выдавливается грунт на основания (насыпи, фундамента
и др.) по слоистости;
- в лопастном испытании находят суммарные величины максимальной,
минимальной и длительной (после разрушения крыльчаткой структурных связей)
прочности грунта без ее расчленения на внутреннее трение и сцепление);
- если водоносный горизонт неоднороден, включает линзы и прослои пород с
разной водопроницаемостью, то при опытных откачках получают некоторую
усредненную величину коэффициента фильтрации горизонта в целом;
- в зону напряжений от нагружаемого штампа могут попасть грунты нескольких
инженерно-геологических элементов (тонкие слои разных по составу, сложению и
состоянию грунтов) с различными деформативными свойствами, а найденный
модуль деформации будет характеризовать всю эту зону;
- в большинстве полевых испытаний нельзя определить ожидаемые на период
эксплуатации сооружения плотность, прочность и деформативные свойства
изучаемого грунта основания, проектируемого откоса и др. Только в
моделирующих испытаниях нагружениями на штампы, специально обводняемые,
осушаемые, оттаянные или промороженные, набухшие и тиксотропно
упрочненные грунты и при опытных замачиваниях просадочных и набухающих
грунтов возможно получение прогнозных данных;
- при возможностях современной испытательной аппаратуры глубины полевых
испытаний грунтов не превышают, как правило, 20 м.
1.9. При назначении испытаний в массивах следует учитывать возможности
различных методов, применяемых для изучения тех или иных свойств грунтов:
- микропенетрацию, статическое и динамическое зондирования, прессиометрию
и испытания свай следует проводить в песчаных и глинистых, в том числе
просадочных и набухающих грунтах;
- испытания статическими нагрузками на штампы, сдвиги и раздавливания
целиков, обрушения и выпирания призм в выработках, определения плотности
возможны в крупнообломочных, песчаных и глинистых грунтах, в том числе с
обломочными включениями;
- опытные замачивания надлежит выполнять на участках распространения
просадочных и набухающих грунтов;
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
5
- вращательный срез с поверхности массива или в забое скважины нужно
применять в глинистых грунтах от текучей до тугопластичной консистенции, в
илах и торфах;
- опытные откачки выполняют из водоносных горизонтов, где
водовмещающими являются породы с хорошей водоотдачей, включая некоторые
супеси.
1.10. При изучении грунтов оснований рекомендуется применять в комплексе:
- зондирования песчаных грунтов и испытания свай;
- статическое зондирование и штамповые испытания замачиваемых
просадочных лессовых грунтов;
- прессиометрию и статические нагружения на штампы в шурфах и скважинах
на глинистые и песчаные грунты.
Коррелируя результаты различных испытаний одного и того же грунта одного
инженерно-геологического элемента на объекте изысканий и проектирования или в
пределах данного инженерно-геологического участка, можно в дальнейшем
сократить объемы или вообще отказаться от проведения трудоемких, дорогих и
длительных испытаний свай, статических нагружений на штампы и др. и
применять в основном статическое и динамическое зондирования, прессиометрию,
вращательный срез.
При сравнении результатов штамповых испытаний и прессиометрии,
вращательного среза и сдвигов целиков могут быть определены коэффициенты
анизотропии сжимаемости и прочности грунтов вдоль и поперек напластования в
массиве.
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
6
2. ТЕХНОЛОГИЯ И ТЕХНИЧЕСКИЕ
СРЕДСТВА ПОЛЕВЫХ
ИСПЫТАНИЙ ГРУНТОВ В
МАССИВАХ
Назначение и область применения испытаний
2.1. Грунты испытывают как основания, среду, материалы различных дорожных
сооружений и как объекты разработки при строительстве. Поэтому в зависимости
от характера использования один и тот же грунт подвергают различным
испытаниям.
2.2. Основные области и виды испытаний различных грунтов в массивах
охарактеризованы в табл. 1.
Микропенетрация
2.3. Испытания надлежит начинать с микропенетрации грунтов в обнажениях,
расчистках, на дне и стенках выработок. Основными задачами микропенетрации
являются [1, 2]:
- расчленение однородных по визуальным признакам толщ на индивидуальные
слои песчаных и глинистых грунтов, различающихся по влажности, консистенции,
плотности и прочности;
- уточнение границ выделенных при разведке и опробовании пластов и
инженерно-геологических элементов.
Приемы истолкования результатов микропенетрации толщ грунтов на откосе
дорожной выемки показаны на рис. 1.
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
7
Рис. 1. Расчленение внешне однородной толщи грунта в откосе выемки на
индивидуальные слои по результатам микропенетрации. Точки микропенетрации
(уколы) нанесены в масштабе предельного напряжения сдвига (удельного
сопротивления пенетрации) по горизонтали в створах
Таблица 1
Комплексы
проектируемых
дорожных
сооружений и зданий
Испытываемые
грунты и их
состояние
Виды полевых
испытаний
грунтов в
массивах
Назначение полевых
испытаний грунтов
Грунтовые карьеры и
резервы
Глинистые грунты от
твердой до
тугопластичной
консистенции,
песчаные и
крупнообломочные
грунты
Определение
объемной
массы грунтов
Оценка грунтов как
объектов разработки
при строительстве и
как материалов
земляных сооружений
Дренажи, карьеры,
котлованы, тоннели
Водоносные супеси,
пески,
крупнообломочные и
трещиноватые
скальные грунты
Опытные
откачки
Определение
водопроницаемости
грунтов обводненных
массивов для
проектирования
водопонижения и
водоотлива
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
8
Комплексы
проектируемых
дорожных
сооружений и зданий
Испытываемые
грунты и их
состояние
Виды полевых
испытаний
грунтов в
массивах
Назначение полевых
испытаний грунтов
Торф, илы,
глинистые грунты от
текучей до
тугопластичной
консистенции, в том
числе оттаянные
Вращательный
срез
Глинистые грунты от
твердой до
тугопластичной
консистенции,
песчаные и
крупнообломочные
грунты
Сдвиги
целиков
грунтов
Определения
природной и
контактной
прочности грунтов
для расчетов
оснований по
несущей способности
и расчетов
устойчивости склонов
и откосов
проектируемых
выемок
Статическое и
динамическое
зондирования.
Опытные
испытания свай
Оценка несущей
способности свай и
грунтов оснований
проектируемых
сооружений и зданий
для выбора типа
оснований
Глинистые и
песчаные грунты, в
том числе
гравелистые и
оттаянные
немерзлые
Прессиометрия
грунтов
Индивидуально
проектируемые
земляное полотно и
сопрягаемые с ним
малые
искусственные
сооружения.
Путепроводы,
виадуки, эстакады,
средние, большие и
внеклассные
мостовые переходы.
Здания и сооружения
станционного
хозяйства в целом,
жилых поселков,
промышленных
предприятий
дорожного
транспорта,
отдельные здания и
сооружения.
Портальные части
тоннелей
Глинистые,
песчаные и
крупнообломочные
грунты немерзлые
Испытания
нагружениями
на холодные
штампы в
шурфах и
скважинах
Определение модуля
деформации грунтов
для расчета
оснований по
деформациям
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
9
Комплексы
проектируемых
дорожных
сооружений и зданий
Испытываемые
грунты и их
состояние
Виды полевых
испытаний
грунтов в
массивах
Назначение полевых
испытаний грунтов
Испытания
нагружениями
на холодные и
горячие
штампы в
шурфах и
котлованах
Определение
сжимаемости
мерзлых грунтов и
грунтов при
оттаивании под
нагрузками для
расчета осадок
оснований
Мерзлые грунты
всех видов кроме
скальных
Испытания
свай в мерзлых
грунтах и
грунтах при
оттаивании
Оценка несущей
способности свай и
грунтов для выбора
типа основания
Просадочные
лессовые и
набухающие
глинистые грунты в
естественном
состоянии и при
замачивании
Статические
нагружения на
штампы при
замачивании
грунтов.
Статическое
зондирование
грунтов.
Опытное
замачивание
Определение
параметров
просадочности и
набухания грунтов
для расчетов
оснований по
деформациям,
величин осадок и
подъемов замоченных
оснований
Микропенетрацию следует выполнять в массовом порядке во всех случаях
дорожных инженерно-геологических изысканий при проведении рекогносцировки,
съемки, разведки и опробования грунтов, освидетельствовании в порядке
авторского надзора вскрываемых котлованов и других строительных выработок.
Результаты микропенетрации заносят в журналы описания обнажений,
расчисток и вскрытий. Для индивидуального слоя однородного по составу и
состоянию грунта и отдельно взятого инженерно-геологического элемента
результаты микропенетрации надлежит подвергать статистической обработке по
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
10