Дружинин М.К. Наставление по испытаниям грунтов в массивах

Подождите немного. Документ загружается.

Подробнее методика расчета Р

пр

и P

изложена в части II, главе 18

Строительных норм и правил "Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах"

и в Руководстве [14].

При проектировании оснований по принципу деградации мерзлого состояния

грунтов может возникнуть необходимость испытания свай с оттаиванием

вечномерзлых грунтов и перелетков. В этом случае в дополнение к данным,

получаемым при испытаниях в вечномерзлых грунтах, необходимо определять

осадку свай под расчетной нагрузкой в оттаивающих грунтах.

Сваю загружают и ведут наблюдения за ее осадками, как указано в ГОСТ

5686-76 и Руководстве [14], наблюдают за изменениями температуры грунтов. В

общем случае ступени нагружения сваи в вечномерзлом грунте могут быть

приняты от 5 до 100 тс суммарного груза.

На расстоянии 0,35 м от оси сваи проходят скважину для размещения плети

термометров электросопротивления либо заленивленных или спиртовых. На

расстоянии 0,9 м от оси сваи задают скважины под электроиглы или трубчатые

электронагреватели. Глубина проходки на 4-5 м ниже заглубления острия

испытательной сваи. Прогревают грунт [15], наблюдая за изменениями

температуры его через каждые 6 ч до нагрева 3 °С. Измеряют осадки сваи.

После затухания осадки от приложенной ступени или от проектной (по

программе испытаний) нагрузки продолжают нагружение ступенями по 10 тс до

критической нагрузки, т.е. до появления незатухающих осадок сваи либо до

разрушения ее материала.

Отсчеты по прогибомерам следует выполнять, руководствуясь данными табл. 4.

Посла затухания осадки сваю разгружают в обратном порядке. При

необходимости (поломке домкрата, перерыве в электроснабжении и др.) сваю

разгружают независимо от того, прекратилась ли осадка, но с фиксацией упругой

отдачи. После вынужденного перерыва сваю вновь нагружают той же нагрузкой и

выдерживают до затухания осадки. Результаты испытаний оформляют и

используют, как указано ранее.

Таблица4

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

Промежутки времени между отсчетами при

испытании сваи в грунтах

Время наблюдения

вечномерзлых оттаивающих

Первый час после момента

нагружения

5, 10, 15, 30 мин 5, 10, 15, 30 мин

Первые сутки после первого

часа

1, 2, 3, 6, 12 ч 1 ч

Вторые сутки 12 ч 1 ч

Третьи, четвертые сутки и

24 ч 1 ч

2.17. При прогнозировании подъема уровня грунтовых вод или повышения

влажности грунтов в период эксплуатации свайных оснований в глинистых и

лессовых массивах может возникнуть необходимость испытания свай в

замачиваемой среде. В этом случае сначала сваи испытывают в грунтах природной

(до начала строительства) влажности по ГОСТ 5686-76, нагружая их до проектной

либо критической нагрузки.

Затем грунты замачивают, проводят испытания свай в замоченном массиве,

получаемые результаты обрабатывают по гостированной методике.

Определяют несущую способность свай в замоченном грунте, зависимость

перемещения свай в грунте от нагрузки и т.д.

2.18. В глинистых грунтах, склонных к явлениям ползучести и релаксации,

надлежит также определять и реологические особенности испытания свай,

составлять графики: суммарная осадка - время и скорость осадки сваи - нагрузка

(см. рис. 16 и 17), как указано в руководствах [12, 14].

Вращательный срез

2.19. При испытаниях грунтов на сопротивление вращательному срезу

регистрируют линейную деформацию l измерительных пружин (спиральных,

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

пластинчатых), и по величинам удельной деформации (

;

) вычисляют реализуемые в испытаниях усилия F, крутящие моменты M,

удельные сопротивления сдвигу τ и показатели структурной и возникающей

прочности грунтов по ГОСТ 21719-80.

Вращательный срез в массиве позволяет определять природную прочность

торфов, илов и глинистых текучих, текуче- и мягкопластичных грунтов и

прочность, возникающую после разрушения в грунте структурных связей

вращающимися лопастями крыльчатого наконечника.

Природная максимальная (до разрушения в грунте его структурных связей)

прочность грунта τ

определяется по пику кривой зависимости реализуемого в

испытании крутящего момента от деформации грунта, т.е. от угла поворота

крыльчатки в массиве (рис. 18, кривые 1-4 и 7), по формуле

, (13)

где В - постоянная крыльчатки, см

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

Рис. 18. Кривые зависимости М = f(α°) реализуемого в испытании грунтов на

сопротивление вращательному срезу в массиве крутящего момента от угла

поворота крыльчатки (сопротивления сдвигу от деформации грунта)

После разрушения крыльчаткой естественного сложения грунта и его

структурных связей остается прочность τ

, которая обусловлена только

водно-коллоидными связями между частицами. На рис. 18 она отвечает

горизонтальным прямым в правой части графика. Установившаяся прочность

характеризует то остаточное сопротивление сдвигу, которое в основании

проектируемого сооружения или в откосе выемки, за обделкой тоннеля может

оказать нагрузке грунт после разрушения его структурных связей механизмами при

строительстве либо вследствие выветривания в период эксплуатации. Ее

определяют по формуле

, (14)

Если продолжать вращение лопастей крыльчатки, то наступает "усталость

глинистого грунта", т.е. развивается такое явление, как ползучесть грунта, и

установившаяся прочность уступает место длительной прочности τ

дл

(см. крайние

правые отрезки кривых 1, 2 и 4 на рис. 18). Оно отражает различия в реологических

свойствах грунтов. Длительную прочность вычисляют по формуле

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

, (15)

Кривые зависимости М = f(α°) имеют разную форму (см. рис. 18). Кривая 1

характеризует хрупкое разрушение - острый пик максимальной прочности, кривая

3 - хрупкопластическую и остальные - пластическую деформацию грунта при

разрушении естественного сложения.

На кривых 5 и 6 не прослеживается выраженного пика, и это указывает на то,

что слаболитифицированный грунт может и не обладать сколько-нибудь

существенными структурными связями. Отношение величин максимальной

природной и установившейся прочности, т.е. так называемый показатель

структурной прочности (или чувствительности), у разных грунтов неодинаково.

Этот показатель и разница величин максимальной и установившейся прочности

характеризуют относительную и абсолютную прочность структурных связей

грунта (химических, ионных, ковалентных и др.) и косвенно степень литификации

торфа, илов и глинистых отложений разного возраста и генезиса, их

структурированность.

Разные грунты могут обладать одинаковыми максимальной природной и

установившейся прочностью. Но, например, пик кривой 7 существенно сдвинут

вправо по сравнению с пиком кривой 4. Это, как и форма кривой при различном

характере разрушения структурных связей грунта в испытании, указывает на

различия в величинах параметров природной прочности, одинаковой у обоих

грунтов при вращательном срезе в массиве в данных условиях.

Анализ кривых зависимости М = f(α°) при вращательном срезе внешне одного и

того же грунта, но в разных (по простиранию и глубине) точках изучаемой мощной

толщи илов или глинистых грунтов позволяет по особенностям кривых испытания

расчленить визуально однородный массив на индивидуальные слои, выделить в

нем инженерно-геологические элементы и несущие пласты основания

проектируемого сооружения или здания, определить параметры прочности.

2.20. Первой установкой вращательного среза по времени разработки и

внедрения ее на изысканиях в Советском Союзе является установка ЦНИИС

Минтрансстроя (рис. 19) [1, 3, 4, 16-18]. Изготовленная на экспериментальном

заводе ЦНИИСа, в производственных мастерских Ленинградского

проектно-изыскательского института железных дорог (Ленгипротранс) и др. в

количестве около 100 комплектов, эта установка ныне широко применяется на

дорожных (и вообще линейных) и площадных изысканиях.

По сравнению с появившимися позднее отечественными и зарубежными

установками лопастной прибор ЦНИИС имеет следующие преимущества:

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

- наличие измерителя углов скручивания штанговой плети и угла поворота

крыльчатки в грунте;

- повышенная точность измерений реализуемого в испытании усилия, которая

обеспечивается тем, что измерительные пружины вынесены на концы коромысел

длиной 500 мм (радиус вращения 250 мм);

- широкий диапазон подопытных грунтов (можно испытывать торфы, илы,

глинистые грунты от текучей до тугопластичной консистенции).

Рис. 19. Лопастной прибор ЦНИИС:

1 - крыльчатка; 2 - стержень, несущий крыльчатку; 3 - штанга; 4 - соединительная

муфта; 5 - центрирующая муфта; 6 - стойка прибора; 7 - зажимное устройство; 8 -

головка прибора; 9 - измеритель угла поворота крыльчатки и величины растяжения

пружин; 10 - ручной привод; 11 - пружина; 12 - шляпка стойки; 13 - костыль

Установка ЦНИИС нашла также широкое применение при проведении научных

исследований, в частности при раскрытии возможностей анализа зависимостей М =

f(α°), получаемых пока только при применении этой установки.

Установка включает следующие узлы (см. рис. 19):

- рабочие наконечники (четырехлопастные крыльчатки) четырех типоразмеров

(табл. 5), отвечающих требованиям ГОСТа;

- штанги, несущие крыльчатку, на резьбовых и замковых соединениях, с

шайбами, центрирующими эту гарнитуру в скважине; диаметр штанг 34 мм, длина

отрезков 0,5; 1,0 и 1,5 м; верхним концом гарнитуры служит переходник с

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

квадратной втулкой под шип ведущего коромысла оперативного столика

установки;

- оперативный столик, на корпусе которого имеются три лапы для крепления на

стойках; внутри корпуса находится редуктор с передаточным числом 3600, снизу

механизм силовых пружин из двух коромысел - ведущего и ведомого, на концах

которых укреплены пружины; на корпусе установлен указатель растяжения

пружин и поворота всего снаряда при испытании, связанный с ведущим

коромыслом через редуктор и с ручным приводом;

- три стойки оперативного столика длиной по 1000 мм с шипами, тросовыми

оттяжками и костылями для крепления к грунту; лапы столика свободно

передвигаются по стойкам и закрепляются в нужном положении;

- приспособление для тарирования (растягивания) пружин с набором гирь и

мерной миллиметровой линейкой;

- упаковку (деревянный ящик для оперативного столика, пружин, тарировочного

приспособления, переходников, коротких штанг, оттяжек, костылей, шайб, ключей

и других предметов); стяжки и бабышки для стоек и штанг.

Таблица5

Размеры лопастей, мм

Номер

наконечника

высота

ширина

(диаметр)

толщина

Постоянная

крыльчатки,

см

Основное назначение

рабочего наконечника

1 110 55 3 610 Испытания прочных грунтов

2 150 75 3,5 1545 Испытания прочных и

слабых грунтов

3 200 75 3,5 1987 То же

4 200 100 4 3663 Испытания слабых грунтов

Техническая характеристика

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

Расчетная глубина испытания, м 25

Максимальная величина создаваемого крутящего момента, Н·м 200

Максимальная величина определяемого удельного сопротивления

грунта сдвигу, кПа 200

Точность измерения:

угла поворота гарнитуры с крыльчаткой и кручения плети штанг, град 0,1*

крутящего момента, Н·м 0,3-1,6

удельного сопротивления грунта сдвигу, кПа 0,5-30

Масса оперативного столика, кг 25

Габариты установки в рабочем положении, мм:

высота 1000

диаметр 600

Время единичного испытания без вспомогательных операций, мин 5-15**

Обслуживающий персонал:

техник 1

рабочий 1

* Углы кручения плетей штанг разной длины при приложении различных

крутящих моментов определяются в тарировочном испытании и вычитаются из

общих углов поворота.

** Время испытания 5 мин при отключенном редукторе.

2.21. Установка вращательного среза СП-52 (рис. 20), прототипом которой

явилась установки ЦНИИС, разработана институтом Фундаментпроект и серийно

выпускается Московским заводом строительных машин Главстроймаша

Министерства строительного, дорожного и коммунального машиностроения.

Техническая характеристика

Расчетная глубина испытания, м 15

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

Максимальный создаваемый крутящий момент, Н·м 180

Максимальная величина определяемого удельного сопротивления

сдвигу, кПа 200

Скорость вращения крыльчатки, град/с 0,1-0,2

Объективная ошибка измерений, зависящая от цены деления

лимба шкалы моментов, % 0-2

Масса, кг:

измерительной головки с приводом вращения 22,8

штатива 8,3

установки с комплектом штанг в целом 73,5

Габариты установки в рабочем положении, мм:

высота 985

ширина (диаметр) 510

Набор штанг на замковых соединениях длиной, м 0,5; 1;

2 и 3

Обслуживающий персонал:

техник 1

рабочий 1

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

Рис. 20. Переносная установка СП-52 для испытаний грунтов на сопротивление

сдвигу в массиве:

1 - крестообразная крыльчатка; 2 - центрирующая шайба; 3 - колонна

соединительных штанг; 4 - штатив (тренога, станина); 5 - режимное устройство,

фиксирующее положение измерительной головки на штативе; 6 - штурвал (ручной

привод); 7 - лимб шкалы измерителя величин крутящих моментов; 8 - головка

(измерительный оперативный столик)

В комплект установки входят сменные крестообразные крыльчатки диаметрами

60, 80 и 100 мм с лопастями соответственно высотой 120, 160 и 200 мм при

толщине 2, 3 и 4 мм. Первая из крыльчаток рассчитана на испытание грунтов с

максимальным сопротивлением сдвигу 200 кПа, вторая - 100 кПа и третья - 50 кПа.

В головке установки размещена силовая измерительная пружина, создающая и

реализующая в испытании с помощью ручного привода крутящие моменты до 180

Н·м, измеряемые специальным устройством с лимбом.

Силовая пружина через переходник соединяется с гарнитурой, несущей

крыльчатку. Для уменьшения продольного изгиба штанг при погружении

База нормативной документации: www.complexdoc.ru