книги из ГПНТБ / Абрамов, С. П. Техническое нормирование и стандартизация инженерно-геологических изысканий в строительстве

документе (программе работ, инструкции и т. п.) регламен­ тируется отбор образцов, необходимо указывать их назна­ чение. При определении физико-механических свойств грун­ тов следует обязательно указывать виды этих определений, так как одни показатели можно получить на образцах нару­ шенного сложения, другие — на образцах ненарушенного сложения (монолитах). М о н о л и т о м с л е д у е т н а - з ы в а т ь о б р а з е ц п о р о д ы ( г р у н т а ) , о т о ­ б р а н н ы й с с о х р а н е н и е м е е е с т е с т в е н ­ н о й с т р у к т у р ы и в л а ж н о с т и . Таким обра­ зом, монолит — это тот же образец, но отобранный с соблю­ дением определенных правил.

Определения некоторых показателей состава, состояния и физико-механических свойств грунтов могут быть осу­ ществлены на всем объеме отобранного образца или моно­ лита. Для выполнения других определений необходима толь­

н е р н о - г е о л о г и ч е с к о й п р о б о й и л и п р о ­ с т о п р о б о й г р у н т а . Размеры пробы и способы ее подготовки к производству определения зависят от при­ меняемой методики. Поэтому регламентация подобных во­ просов должна осуществляться в стандартах на методы опре­ делений или испытаний грунтов в приложении к каждому стандартизируемому методу.

Н. В. Коломенский [32] предлагает считать пробой грунта и тот его объем в условиях естественного залегания, который участвует в работе при определении какого-либо показателя полевыми методами. Таким образом, опробуемый объем грунта при проведении зондирования также охваты­ вается, по его мнению, понятием инженерно-геологической пробы. Однако с таким широким толкованием этого поня­ тия трудно согласиться, так как ряд методов, особенно геофизических, позволяют определять свойства грунтов не на отдельных пробах, а на массиве грунта. В этом случае отождествлять массив грунта с инженерно-геологической пробой вряд ли целесообразно. Это справедливо еще и пото­ му, что строго определить или ограничить объем грунта, участвующий в работе при проведении испытаний массива полевыми методами (штампом, зондом или геофизическими

242

методами), просто невозможно. Можно лишь ориентировоч­ но очертить ту зону, в которой сказывается влияние на грунт штампа или зонда, или которая охватывается искусственно возбуждаемым физическим полем. Ни о каком строго опре­ деленном объеме грунта в этом случае не может быть и речи. По этой причине необходимо разграничивать определения показателей свойств грунтов, выполняемые на отдельных пробах лабораторными методами, и испытания свойств грунтов в массиве, осуществляемые полевыми методами.

3. СВОЙСТВА ГРУНТОВ И ПОКАЗАТЕЛИ ЭТИХ СВОЙСТВ В ТЕРМИНАХ И ОПРЕДЕЛЕНИЯХ

В докладе на Междуведомственном совещании по ин­ женерной геологии Е. М. Сергеев [57] в качестве примера неупорядоченности терминологии приводил следующие на­ звания свойств горных пород или грунтов: геотехнические, инженерно-геологические, строительные, технические, фи­ зико-механические и физико-технические. Все эти названия встречаются в инженерно-геологической литературе. Этот список можно продолжить горно-техническими, инженерно­ строительными, структурно-механическими и другими свойствами, хотя под всеми перечисленными терминами, как правило, понимается совокупность одних и тех же показа­ телей свойств грунтов. Обычно специалист в области инже­ нерной геологии использует термин «инженерно-геологиче­ ские свойства грунтов», горняк — «горно-технические свой­ ства», специалист в области механики грунтов — «геотех­ нические свойства», а строитель — «инженерно-строитель­ ные или строительные свойства». Отсюда и проистекает мно­ гочисленность терминов для определения одного и того же понятия. Свойства горных пород изучаются и определяются во многих отраслях прикладной геологии: в геологии место­ рождений полезных ископаемых, в геологии нефти и газа, в гидрогеологии, в инженерной геологии, в геофизике ит.д., а также в горном и геологоразведочном деле, в механике грунтов, в науке о строительных материалах. В такой ситуа­ ции, в качестве обобщающего термина свойств горных по­ род или грунтов, использовать какой-то термин, подчерки­ вающий только одно их назначение или область применения, неправильно. Все свойства горных пород или грунтов дол­ жны объединяться одним общим для всех термином. Из всех перечисленных выше терминов в качестве обобщающего

2 4 3

пригоден только один—«физико-механические свойства гор­ ных пород или грунтов», как наиболее часто применяемый в технической литературе в различных отраслях знаний, имеющих отношение к изучению и определению свойств гор­ ных пород или грунтов. Более того, Этот термин правильно отражает само существо предмета. Он объединяет физиче­ ские и механические свойства горных пород или грунтов.

В понятие «физические свойства грунтов» входят [58] плотность и объемная масса грунтов и их пористость, тепло­ физические свойства (теплоемкость, теплопроводность, тем­ пературопроводность, термическое расширение, морозостой­ кость), электрические свойства (электропроводность, ди­ электрическая проницаемость), магнитные и капиллярные свойства, а также водопроницаемость грунтов.

Механические свойства грунтов проявляются при воз­ действии на них внешних нагрузок. Они подразделяются на деформационные, прочностные и реологические.

Деформационные свойства грунта проявляются под на­ грузками, не превышающими критические и, следовательно, не приводящими к разрушению.

Прочностные свойства грунта проявляются под нагруз­ ками, равными или превышающими критические, и опреде­ ляются только при разрушении грунта.

Реологические свойства грунта проявляются под нагруз­ ками, не превышающими критические, в течение дительного времени.

Обычно в практике инженерно-геологических изыска­ ний деформационные свойства характеризуются модулем деформации и коэффициентом Пуассона, прочностные — сопротивлением сдвигу и сопротивлением одноосному сжа­ тию, реологические — релаксацией напряжений и дефор­ мацией ползучести.

Кроме физических и механических свойств, объединя­ емых термином «физико-механические свойства», грунты обладают также физико-химическими свойствами. К ним от­ носят [58] растворимость грунтов, их коррозионные свой­ ства, электрокинетические, осмотические и адсорбцион­ ные свойства, теплоту смачивания, набухание и усадку, липкость грунтов, пластичность связных грунтов, размягчаемость грунтов, их тиксотропные и плывунные свойства. В практике инженерно-геологических изысканий из всех перечисленных свойств наиболее часто изучается пластич­ ность связных грунтов, так как по показателям пластич­ ности осуществляется классификация глинистых грунтов

2 4 4

и определяется их консистенция. Учитывая это обстоятель­ ство, в настоящее время крайне необходимо унифицировать терминологию, применяемую в СССР для обозначения пока­ зателей пластичности, увязав ее с рекомендациями СЭВ и стандартами других стран.

' В классификации грунтов, приведенной в СНиП П-Б. 1-62, для обозначения граничных влажностей между раз­ личными состояними глинистых грунтов используются тер­ мины «граница текучести» и «граница раскатывания». Если первый термин действительно отражает состояние грунта, то второй скорее подчеркивает метод определения границы (раскатывание в шнур), чем состояние грунта, присущее ему при какой-то определенной влажности. При стандарти­ зации какого-либо другого метода определения этой грани­ цы или нескольких методов термин «границы раскатывания» не будет отражать ни состояния грунта, ни метода его опре­ деления. По этой причине указанный термин использовать не следует.

В инженерно-геологической литературе, в частности в учебниках и учебных пособиях по курсу «Грунтоведение», для обозначения указанных выше понятий используются тер­ мины «верхний предел пластичности» или «нижний предел текучести» (граничная влажность при переходе грунта из пластичного в текучее состояние) и «нижний предел плас­ тичности» (граничная влажность при переходе грунта из полутвердого в пластичное состояние). В зарубежных науч­ ных публикациях и стандартах используются термины, со­ ответственно, «предел текучести» и «предел пластичности». Поскольку термины должны быть краткими и понятными, должны правильно отображать существо понятия и, кроме того, должны быть единообразными, то в качестве унифи­ цированного термина для обозначения граничной влаж­ ности при переходе глинистого грунта из пластичного в те­ кучее состояние предлагается применять «предел текуче­ сти», а для обозначения граничной влажности при переходе глинистого грунта из полутвердого в пластичное состоя­ ние— «предел пластичности». Термины «предел раскаты­ вания» или «границы раскатывания» устарели [60].

Количественная характеристика того или иного свой­ ства грунта дается обычно в виде конкретного значения опре­ деленного показателя, отражающего это свойство. Показа­ тели свойств грунтов имеют, как правило, разное назначе­ ние. Одни используются для классификации грунтов. Дру­ гие — для косвенной оценки их свойства, состояния и пове­

245

дения в качестве строительного материала, среды или осно­ вания зданий и сооружений. Третьи непосредственно ис­ пользуются в расчетах устойчивости зданий и сооружений. Наиболее близкое к указанному принципу (по назначению) подразделение показателей состава, состояния и свойств грунтов на группы было предложено В. А. Приклонским [52]. Он выделял три группы показателей: классификацион­ ные показатели, используемые для подразделения грунтов; косвенные показатели, используемые для предварительных расчетов и вычисления классификационных и прямых пока­ зателей; прямые показатели, используемые для окончатель­ ных строительных расчетов.

Существуют и другие подразделения показателей на группы, но близкие по своему существу к изложенному. В данном случае речь должна идти не о выделении еще какихто групп показателей, а об уточнении понятий и упорядоче­ нии терминологии в наименовании выделенных групп пока­ зателей, с одной стороны, а с другой, — в упорядочении терминологии, используемой для обозначения различных значений показателей.

Казалось бы, что термин «расчетный показатель» гово­ рит сам за себя. Это тот показатель, который используется в расчете устойчивости зданий и сооружений, т. е. в строи­ тельных расчетах. Однако можно ли вставить в расчет то его значение, которое получено в лаборатории или в поле путем единичного испытания грунта? Оказывается, что нельзя. В него нужно сначала ввести поправку, учитываю­ щую недостаточную надежность самого определения пока­ зателя, а затем ввести поправку, учитывающую условия ра­ боты проектируемого здания или сооружения, т. е. получить расчетное значение показателя. При такой постановке во­ проса термин «расчётный показатель» теряет смысл. Этот пример свидетельствует о необходимости применения своих терминов для обозначения групп показателей по их назна­ чению и применения совершенно другой терминологии для различных значений показателей. Такие термины существу­ ют, однако их использование не всегда осуществляется в пол­ ном соответствии с вкладываемым в них смыслом и содержа­ нием.

П о д к л а с с и ф и к а ц и о н н ы м и п о к а з а т е ­ л я м и с л е д у е т п о н и м а т ь п о к а з а т е л и с о с т а в а , с о с т о я н и я и с в о й с т в г р у н т о в , и с п о л ь з у е м ы е д л я о т н е с е н и я п о с л е д ­ н и х к о п р е д е л е н н ы м к л а с с и ф и к а ц и о н ­

2 4 6

н ы м п о д р а з д е л е н и я м . Если глинистые грунты, например, в соответствии с классификацией грунтов СНиП II.-Б. 1-62 подразделяются по числу пластичности и показа­ телю консистенции, то именно эти показатели и следует

с ч и т а т ь т а к и е п о к а з а т е л и , к о т о р ы е по­ з в о л я ю т к о с в е н н о с у д и т ь о с о с т а в е г р у н т а , е г о с о с т о я н и и и л и к а к о м - л и б о с в о й с т в е , а т а к ж е е г о п о в е д е н и и в к а ­ ч е с т в е с р е д ы и л и о с н о в а н и я з д а н и й и с о о р у ж е н и й . Т а к , например, в случае тех же глини­ стых грунтов их гранулометрический состав, формально не являющийся классификационным показателем, может слу­ жить косвенной характеристикой пластичности грунта, его структурных связей, а тем самым — и поведения под внеш­ ними нагрузками. Следовательно, гранулометрический сос­ тав глинистых грунтов следует рассматривать как косвен­ ный показатель их свойств, тогда как для песчаных грун­ тов он является классификационным показателем. Другой пример. В последние годы в практике инженерно-геологи­ ческих изысканий стали широко применяться методы дина­ мического и статического зондирования. Их используют для определения плотности сложения песчаных грунтов и кон­ систенции глинистых, для определения углов внутреннего трения грунтов и модулей их деформации. Однако регистри­ руемые при зондировании показатели не являются непосред­ ственными показателями перечисленных выше свойств. Они лишь косвенно, на основе установленных корреляционных зависимостей, позволяют судить об ориентировочных вели­ чинах последних. Поэтому показатели зондирования (коли­ чество ударов, необходимое для погружения зонда или про­ боотборника на определенную глубину — при динамичес­ ком внедрении наконечника, или удельное сопротивление внедрению конуса — при статическом его погружении) можно рассматривать только как косвенные показатели

ных расчетах, т. е. показатели деформационных и прочно­

247

стных свойств и ряд других. Но понятие «прямые показате­ ли» гораздо шире того, что вкладывается обычно в термин «расчетные показатели».

Классифицировать показатели по их назначению вряд ли целесообразно, так как один и тот же показатель может быть использован и используется совершенно в различных целях. Выше было показано, что гранулометрический сос­ тав песчаных грунтов применяется как классификационный показатель, а гранулометрический состав глинистых грун­ тов — как косвенный. Удельное сопротивление внедре­ нию конуса используется как косвенный показатель кон­ систенции глинистых грунтов и других их свойств. В то же время он используется как прямой показатель свойств грунтов при проектировании свайных фундаментов. Вре­ менное сопротивление скальных грунтов одноосному сжа­ тию является прямым показателем, характеризующим впол­ не определенное их свойство. Однако применяется он не только для расчета устойчивости оснований по первому пре­ дельному состоянию, но также и для классифицирования скальных грунтов по прочности и размягчаемости. Все эти примеры свидетельствуют о невозможности составления та­ кой классификационной схемы показателей по их назначе­ нию, в которой бы однозначно можно было показать пря­ мое назначение каждого показателя состава, состояния и свойств грунтов. По этой причине в каждом конкретном слу­ чае в зависимости от вида грунта, его использования в ка­ честве строительного материала, среды или основания зда­ ний и сооружений, а также в зависимости от этапа изыска­ ний, в полном соответствии с классификацией грунтов и тре­ бованиями проектирования, программой работ должны уста­ навливаться перечни классификационных, косвенных и прямых показателей. Естественно, что на первых этапах изысканий определение показателей, главным образом клас­ сификационных и косвенных, должно проводиться наибо­ лее простыми, быстрыми и дешевыми методами.

В практической деятельности в области инженерно-гео­ логических изысканий следует различать следующие значе­ ния показателей состава, состояния и свойств грунтов: част­ ные, обобщенные, гарантированные в расчетные. Необхо­ димо еще раз подчеркнуть, что перечисленные термины должны применяться не для обозначения самих показате­ лей, а только для обозначения значений того или иного по­ казателя. Нельзя, к примеру, использовать такие сочетания слов, часто встречающиеся в учебниках, учебных и методи­

2 4 8

ческих руководствах и даже в нормативных документах, как «вычисление обобщенных показателей» или «выбор рас­ четных показателей» й им подобные, так как во всех подоб­ ных случаях речь идет о «вычислении обобщенных значе­ ний показателей» или «выборе расчетных значений показа­ телей».

П о д ч а с т н ы м з н а ч е н и е м п о к а з а т е ­ л я с л е д у е т п о н и м а т ь т о е г о з н а ч е н и е , к о т о р о е п о л у ч е н о в р е з у л ь т а т е е д и н и ч ­ н о г о , и н д и в и д у а л ь н о г о о п р е д е л е н и я . Обычно частное значение показателя характеризует состав, состояние или какое-либо свойство грунта в его ограничен­ ном объеме. Этот объем определяется размерами отбираемого образца или испытуемой пробы, а также размерами испы­ туемой зоны в случае применения полевых методов и местом отбора образца или расположения испытуемой зоны. По­ скольку размеры образцов-и зон испытаний несоизмеримы

сразмерами сферы взаимодействия зданий и сооружений

сгрунтами, а сфера взаимодействия может быть сложена не­ сколькими отличными друг от друга видами или разновид­ ностями грунтов, то при производстве инженерно-геологи­ ческих изысканий нельзя ограничиться определением толь­ ко одного значения того или иного показателя. Для обосно­ вания проектов крупных зданий и сооружений производят десятки и сотни определений каждого показателя, т. е. получают десятки и сотни их частных значений. В настоя­ щее время не существует методов расчета, которые позволя­ ли бы использовать все частные значения показателей. С дру­ гой стороны, по частным значениям трудно судить о сос­ таве грунта, его состоянии и свойствах в целом. По этой причине частные значения показателей подвергаются соот­ ветствующей обработке с целью получения обобщенных их

значений. В п р . а к т и к е и н ж е н е р н о - г е о л о ­ г и ч е с к и х и з ы с к а н и й п о д о б о б щ е н н ы м з н а ч е н и е м п о к а з а т е л я ' о б ы ч н о п о н и ­

висимо от того, для чего они будут использоваться. Следу­ ет, однако, иметь в виду, что обобщенное значение должно характеризовать реально существующие грунты, а не их гипотические смеси. Нельзя, например, частные значения показателей гранулометрического состава песков обрабо­ тать совместно с частными значениями показателей грану--

249

лометрического состава глин и получить единое обобщенное значение, так как оно не будет характерным ни для песков, ни для глин. Поэтому| обобщенные значения показателей могут вычисляться только для таких тел, которые одно­ родны по генезису и квазиоднородны по составу, состоянию и свойствам слагающих их грунтов. Такие тела (слои, лин­ зы, прослои и др. или их части) получили название инже­ нерно-геологических элементов [32]. Таким образом, обоб­ щенные значения показателей характеризуют состав, сос­ тояние и свойства грунтов инженерно-геологического эле­ мента.

Кроме термина «обобщенное значение показателя» в нор­ мативных документах и литературе по строительному проек­ тированию для обозначения средней арифметической ве­ личины широко используется термин «нормативное зна­ чение показателя». Следует признать, что слово «норматив­ ный» в смысле среднего арифметического явно неудачно. Этот термин не отражает существа понятия, а поэтому не может быть рекомендован к использованию.

Обобщенное значение показателя может быть вычисле­ но по различному количеству частных значений. В зависи­ мости от этого величины обобщенного значения обычно от­ личаются друг от друга. Чем больше объем выборки, т. е. частных значений показателя, чем выборка однороднее, тем ближе обобщенное значение к генеральному среднему — теоретическому значению, которое могло бы быть получе­ но обобщением бесконечно большого числа частных зна­ чений показателя. На практике в большинстве случаев труд­ но или невозможно произвести такое количество определе­ ний того или иного показателя, которое позволило бы полу­ чить обобщенное значение, существенно не отличающееся от генерального среднего. Чтобы повысить достоверность обобщенного значения, в него вводят поправку, учитываю­ щую ненадежность вычисления по ограниченному коли­ честву частных значений, получая тем самым гарантирован­ ное значение показателя. Таким образом, г а р а н т и р о ­ в а н н о е з н а ч е н и е п о к а з а т е л я — э т о е г о

За величину поправки обычно принимают значение сред­ него квадратичного отклонения. В соответствии с требова­ ниями СНиП П-Б. 1-62 за расчетное значение показателя в большинстве случаев принимается его гарантировацное

250

Значение. Однако при Проектировании уникальных здайий

исооружений в обобщенные значения показателей вводят­ ся поправки не только на ненадежность их вычисления, но

ина изменения свойств грунтов в процессе строительства

иэксплуатации зданий и сооружений и условия их работы.

Отсюда следует, ч т о п о д р а с ч е т н ы м з н а ч е ­ н и е м п о к а з а т е л я т о г о и л и и н о г о с в о й ­ с т в а г р у н т о в с л е д у е т п о н и м а т ь т а ­ к о е е г о о б о б щ е н н о е з н а ч е н и е , к о т о р о е о б е с п е ч и в а е т р а с ч е т у с т о й ч и в о с т и з д а н и й и с о о р у ж е н и й с н а д е ж н о с т ь ю , о б ы ч н о п р и н и м а е м о й д л я д а н н о г о в и ­ д а и к л а с с а з д а н и й и с о о р у ж е н и й . Само определение показывает, что выбор расчетных значений по­ казателей — это прерогатива проектировщиков, так как только они могут учесть все аспекты работы грунтов как основания или среды зданий и сооружений, правильно обо­ сновать принимаемую надежность расчетов. Круг деятель­ ности инженеров-геологов в этом случае ограничивается вычислением обобщенных и гарантированных значений по­ казателей, а также получением материалов эксперимен­ тальных работ, обосновывающих необходимость введения поправки на изменение свойств грунтов в процессе строи­ тельства и эксплуатации зданий и сооружений. Требова­ ния некоторых проектных организаций и отдельных проек­ тировщиков к материалам изысканий в отношении вклю­ чения в них расчетных значений показателей свойств грун­ тов следует классифицировать как несостоятельные. Про­ ектировщик должен решить сам, когда в качестве расчетного ему следует принимать обобщенное значение показателя, когда гарантированное, а когда значение, учитывающее условия работы грунтов основания или изменения свойств грунтов в процессе строительства и эксплуатации зданий и сооружений. Если все указанные поправки объединить тер­ мином «коэффициент запаса», то высказанное положение становится более очевидным, так как коэффициент запаса здания и сооружения устанавливает тот, кто его проекти­ рует.

Выше уже отмечалось, что обобщенные значения могут вычисляться для всех показателей, независимо от их наз­ начения. Гарантированные и расчетные значения устанав­ ливаются, естественно, только для таких показателей, ко­ торые непосредственно используются в строительных рас­ четах.

251