44

Министерство образования и науки

Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Волгодонский инженерно-технический институт – филиал

НИЯУ МИФИ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ЛАБОРАТОРНЫМ ЗАНЯТИЯМ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ»

Волгодонск 2010

Лабораторная работа №1

ОЦЕНКА СТЕПЕНИ УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТА

Цель работы: ознакомиться с методами уплотнения и получить практические навыки по определению плотности и коэффициента уплотнения грунта.

Оборудование и материалы: технические коромысловые двухчашечные весы ВСМ-1, кольца - пробоотборники, ящик с грунтом, молоток, деревянный брусок, нож, трамбовка, штангенциркуль ШЦ-1.

Пояснения к работе

Для создания устойчивых, надежных и прочных земляных сооружений укладываемый грунт необходимо уплотнять. Укладку и уплотнение грунтов выполняют при планировочных работах, возведении различных насыпей, обратных засыпках траншей и пазух котлованов. Уплотняют грунт обычно послойно, по мере его поступления, механизмами. Существует уплотнение грунтов укаткой, трамбованием и вибрированием. На выбор уплотняющих механизмов оказывает влияние степень требуемого уплотнения, свойства грунта, объемы выполняемых работ, сроки и темпы производства работ, погодные условия.

Наибольшее уплотнение грунта с наименьшей затратой труда достигается при определенной оптимальной для данного грунта влажности (табл. 1). Поэтому сухие грунты должны увлажняться, а переувлажненные – осушаться.

Таблица 1. Параметры и классификация грунтов.

Параметр	Тип грунта
	Песчаный	Супесчаный	Пылеватый	Суглинистый	Глинистый
Угол естественного откоса при естест-венной влажности, град.	25...30	30…40	-	40…50	40…45
Содержание частиц, %: - глинистых, - песчаных.	До 5 Более 80	До 12 Более 50	- -	12…33 -	Более 33 -
Оптимальная влаж-ность уплотнения W0, %	8…12	9…15	14…23	12…18	19…25
Максимальная плотность ρmax , т/м3	1,75…1,95	1,65…1,85	1,60…1,82	1,65…1,85	1,55…1,75

Наиболее трудным является уплотнение грунта при обратной засыпке пазух фундаментов или траншей, так как работы ведутся в стесненных условиях. Во избежание повреждения фундаментов или трубопроводов прилегающий к ним грунт на ширину 0,8 м уплотняется с помощью виброплит, пневматических и электрических трамбовок слоями толщиной 0,15…0,25 м ( рис. 1).

Рис 1. Схемы уплотнения грунта:

а – общий вид насыпи; б, в – уплотнение виброплитой и вибротрамбовкой; г – то же самопередвигающейся виброплитой; д, е – то же прицепным виброкатком и самоходным кулачковым катком; I, II, III – соответственно виброуплотнение на месте, при движении вперед и назад.

Коэффициент уплотнения грунта К_у=0,95…0,98 является оптимальным и обеспечивает достаточную прочность земляного сооружения, при этом возможная со временем осадка грунта будет незначительной.

Качество уплотнения грунта контролируется различными способами: пробным трамбованием по величине отказа; с помощью приборов, принцип действия которых основан на погружении стандартного штампа под действием стандартного груза; определением плотности грунта образцов отобранных с помощью стандартных колец и другими методами.

Ознакомимся с методом определения коэффициента уплотнения связного грунта – методом режущего кольца. Уплотнение грунта будем производить способом послойного трамбования.

Коэффициент уплотнения грунта К_у определяется по формуле:

(1)

где ρ_факт – фактическое значение плотности сухого после уплотнения грунта, кг/м³; ρ_max – максимальное значение плотности грунта.

Плотностью называется масса единицы объема материала. Чтобы вычислить плотность ρ, надо знать массу материала m (кг) и его объем V (м³):

(2)

Фактическое значение плотности грунта ρ_факт определяется по формуле:

(3)

где ρ_ВГ – плотность уплотненного влажного грунта, кг/м³;

W_факт – фактическая влажность уплотняемого грунта, %.

Влажность – содержание влаги в материале в данный конкретный момент, отнесенное к единице массы материала в сухом состоянии. Влажность W определяют по формуле:

(4)

где m₁ – масса грунта в естественно-влажном состоянии, кг; m₂ – масса грунта, высушенного до постоянной массы, кг.

Максимальная плотность грунта ρ_max – это наибольшее значение плотности грунта, достигаемое при уплотнении по стандартной методике грунта оптимальной влажности W₀.

Оптимальная влажность W₀ – это влажность, при которой достигается максимальная плотность уплотняемого грунта при наименьших затратах работы при стандартной методике уплотнения. Таким образом, при укладке грунта уплотнение следует производить при влажности близкой к оптимальной W₀ (см. табл. 1). Если влажность грунта ниже W₀ его увлажняют расчетным количеством воды на месте укладки или в карьере. При влажности грунта выше W₀ его подсушивают путем разрыхления и перелопачивания. Требуемый показатель степени уплотнения грунта (коэффициент уплотнения или плотность сухого грунта) указывается в проекте.

Порядок выполнения работы.

1. Группу разбить на две бригады. Каждой бригаде выдать задание по требуемой степени уплотнения грунта (табл. 2), а также значения показателей грунта W₀ и ρ_max (табл. 1). Ориентировочно для глинистых грунтов значение ρ_max = 1,55…1,75 т/м³ при W₀ = 12…18 %.

Таблица 2. Требуемая степень уплотнения грунтов.

№ п.п.	Назначение уплотненного грунта	Коэффициент уплотнения Ку
1.	Для незастраиваемых участков.	0,9…0,88
2.	Для легкого оборудования, полов с нагрузкой менее 0,05 МПа, отмостки у зданий.	0,92…0,9
3.	Для среднего оборудования, полов с нагрузкой 0,06…0,15 МПа, внутренних конструкций.	0,95…0,92
4.	Для основания фундаментов зданий, сооружений и тяжелого технологического оборудования и полов с равномерной нагрузкой более 0,15 МПа.	0,98…0,95

2. Взвесить каждое кольцо-пробоотборник (m₀). Измерить штангенциркулем (с точностью до 0,1 мм) внутренний диаметр d и высоту H каждого кольца. Вычислить его объем V (с точностью до 0,1 см³) по формуле:

(5)

3. Выполнить послойное уплотнение каждого отсыпанного слоя грунта (высота каждого слоя 10 см) 4 или 7 ударами трамбовки по одному и тому же месту.

4. Выравнять ножом поверхность верхнего слоя грунта; установить на него режущим краем кольцо и с помощью деревянного бруска и молотка погрузить его в грунт.

5. После заполнения кольца путем обрезки ножом отделить его от монолитного грунта. Ножом выравнять грунт с краями кольца.

6. Взвесить кольцо с грунтом (m_гр).

7. Определить плотность грунта по формуле:

(6)

8. Определить степень уплотнения грунта по формуле 1. При этом бригаде сообщается фактическая влажность уплотняемого грунта. Все результаты замеров и вычислений записать в таблицу 3. Полученное значение К_у студент должен сравнить с заданной величиной (см. табл. 2).

9. Составить и защитить отчет о проделанной работе.

Требования к отчету.

1. Изложить основные положения, цель работы и описать оборудование, инструменты и материалы.

2. Описать методику определения К_у.

3. Выполнить анализ полученных результатов и сделать выводы по работе.

Таблица 3. Результаты измерений и вычислений.

№ п.п.	Номер кольца	Диаметр кольца, d, см	Высота кольца, H, см	Масса кольца, m0, г	Масса кольца с грунтом, mгр, г	Объем кольца, V, см3	Плотность грунта, ρВГ, г/см3		Коэф. уплот-нения, Ку.
							образца	средняя

Контрольные вопросы.

1. Что такое плотность, влажность и методы их определения?

2. Способы и схемы уплотнения грунта?

3. Основные факторы, влияющие на уплотняемость грунта?

4. Машины для уплотнения грунтов?

5. Сущность метода определения К_у с помощью режущего кольца?

Лабораторная работа №2

КОНТРОЛЬ ПЛОТНОСТИ ГРУНТА

Цель работы: овладеть методикой оперативного контроля степени уплотнения грунта при устройстве обратных засыпок траншей и пазух котлованов, подсыпок и планировочных насыпей.

Оборудование и материалы: ударный ручной зонд; линейка; металлическая форма с грунтом; трамбующий штамп (гиря).

Пояснения к работе

Работа по уплотнению грунта контролируется с целью получения требуемой плотности уложенного грунта, уменьшения фильтрационной способности и последующих осадок. О достигнутой степени уплотнения можно судить по следующим показателям:

1. По величине отказа при уплотнении. Отказ – это нормируемая величина, на которую опускается уровень грунта (в см) при расчетном количестве ударов трамбовки. Например, в конце трамбования величина отказа от двух ударов трамбовки массой 3т, сброшенной с высоты 4м должны составлять: для песков – не более 0,7 см; для лессовидных суглинков – 1…1,5 см; глинястых грунтов – 1…2 см.

2. По плотности образцов, отобранных из шурфов с помощью цилиндра или кольца объемом 50…100 см³. Рекомендуемая плотность скелета грунта при этом должна составлять: для песков – 1,63…1,6 т/м³; для суглинков – 1,7 т/м³.

3. По другим показателям, полученным с помощью плотномеров и других приборов.

Уплотнение грунта выполняется до определенной степени, критерием оценки которой является плотность ρ_max или коэффициент уплотнения К_у. Рекомендуемые величины ρ_max, оптимальной влажности W₀ и коэффициента уплотнения К_у приведены соответственно (см. табл. 1 и 2).

При укладке грунта уплотнение следует производить при влажности W, близкой к W₀ в пределах A · W₀ < W < B · W₀. Значения коэффициентов A и B следует принимать по данным таблицы 4.

При влажности грунтов ниже рекомендуемого предела их увлажняют в карьере или на месте укладки расчетным количеством воды, в противном случае – грунты подсушивают.

Следует отметить, что наиболее простыми и оперативными методами контроля являются пенетрационные и зондировочные методы контроля плотности грунтов.

Таблица 4. Допускаемый диапазон влажности различных видов грунтов при уплотнении.

Тип грунта	Величина коэффициентов A и B при Ку.
	0,98		0,95		0,92
	A	B	A	B	A	B
Пески крупные, средние, мелкие	-	-	-	-	-	-
Пески пылеватые	0,60	1,35	0,50	1,45	0,40	1,60
Супесчаный	0,80	1,20	0,75	1,35	0,56	1,40
Суглинистый	0,85	1,15	0,80	1,20	0,70	1,30
Глинистый	0,90	1,10	0,85	1,15	0,75	1,20

прочерк указывает, что величина A и B не ограничивается.

Пенетрационный – это метод определения механических свойств грунтов по результатам измерения удельного сопротивления Р_П проникновению (задавливанию) наконечников различной формы и размеров, при котором глубина h погружения наконечника не превышает его высоты h_к. Пенетрацией контролируют только связные грунты (суглинистые, супесчаные). Для испытания на глубине предварительно откапывается шурф-лунка.

Зондирование – испытание аналогичное пенетрации, но с глубиной погружения наконечника, превышающей его высоту. Этим методом можно контролировать уплотнение отсыпанного слоя на всю его толщину, измеряя плотность в разных точках. В зависимости от толщины уплотняемого слоя места контроля качества уплотнения следующие:

• до 50 см – в середине слоя;

• 50…80 см – на двух горизонтах, расположенных от верха и низа слоя на расстоянии 10…15 см;

• 1,5…2,5 м – через 50 см по глубине;

• более 3-х м – верхний слой через 0,5 м на глубину 2 м, далее – через 1 м по глубине.

В настоящей работе определение плотности грунта производят экспресс ­­ методом зондирования с помощью ударного ручного зонда (рис.2). О степени уплотнения грунта судят по величине динамического сопротивления грунта Р_Д . Величина Р_Д является косвенным показателем плотности грунта, которую вычисляют или определяют графически.

Ударный ручной зонд (см. рис. 2) состоит из направляющего штока 1, наконечника 2, ограничителя 3, гири 4, наковальни 5 и рукоятки 6. На поверхности наконечника нанесены риски для отсчета глубины погружения в грунт (через 5 и 15 см).

Перед проведением испытаний и вычислением величины Р_Д необходимо определить коэффициент динамического зондирования К прибора, по формуле:

(7)

где Q – масса плотномера (за вычетом массы гири);

q = 2,5 кг – масса гири;

S = 2 см² – площадь поперечного сечения наконечника;

h = 10 см – глубина погружения наконечника.

Для используемого в лабораторной работе прибора К = 1,12.

Величину динамического сопротивления грунта Р_Д определяют по формуле:

(8)

где К = 1,12 – коэффициент динамического зондирования; N_5-15 – количество ударов, необходимое для забивки наконечника на глубину 10 см от риски 5 см.

Рис. 2. Ударный ручной зонд: 1 – направляющий шток; 2 – наконечник; 3 – ограничитель; 4 – гиря 2,5 кг; 5 – наковальня; 6 – рукоятка.