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

3.Химические испытания грунтов

3.1Опыт 8 Определение содержания органического ве­ щества

3.2.Опыт 9 Определение содержания сульфатов в грунте

исодержание сульфатов в грунтовых водах

9 (А) Стандартный метод (гравиметрический ме­ тод)

9 (В) Дополнительный метод (метод ионного обмена)

3.3. Опыт 10 Определение значения pH

10 (А) Стандартный метод (электрометрический)

10 (В) Дополнительный метод (колориметри­ ческий)

4.Испытания уплотняемости грунтов

4.1Опыт 11 Определение уплотняемости грунта — метод

трамбования бабой весом 2,5 кг 4.2 Опыт 12 Определение уплотняемости грунта — метод

трамбования бабой весом 4,5 кг

4.3.Опыт 13 Определение уплотняемости гранулирован­ ного грунта — вибрационный метод уплотнения

4.4.Опыт 14 Определение объемного веса грунта на месте 14 (А). Метод замещения песком, применимый

для тонко- и среднезернистых грунтов — метод малого цилиндра 14 (В) Метод замещения песком, применимый

для тонко-, средне- и грубозернистых грун­ тов—метод большого цилиндра

14(C) Метод замещения песком, применимый для тонко-, средне- и грубозернистых грунтов — метод ручного совка 14 (Д) Метод вырезания из керна, применимый

для тонкозернистых и мелоподобных грунтов, не содержащих грубых включений 14 (Е) Метод взвешивания в воде

14 (F) Метод вытесненияводы

5.Испытания грунтов на прочность

5.1Опыт 15 Определение коэффициента относительной прочности по калифорнийскому методу

5.2Опыт 16 Определение показателей линейного уплот­ нения

272

•5.3 Опыт 17 Определение сопротивления сдвигу в поле лопастным прибором

5.4. Опыт 18 Определение сопротивления пенетрации с по­ мощью разъемного пробоотборника

5.5Опыт 19 Определение сопротивления сжатию в усло­ виях одноосного напряженного состояния с по­ мощью портативной аппаратуры

5.6Опыт 20 Определение сопротивления сжатию образца при недренированных испытаниях в условиях трехосного напряженного состояния без замера порового давления

Приложения

A. Максимальный вес материала, остающегося на каж­ дом сите после просеивания.

B. Типовые данные и расчетные формы (содержат 22 приложения, представляющие собой таблицы для запол­ нения результатов определений, номограммы, графики и формулы для расчета показателей свойств грунтов — С. Абрамов).

Изложению методов определения свойств грунтов в дан­ ном стандарте предшествует вводная часть, в которой от­ мечается, что стандарт впервые был разработан и введен в действие в 1948 г., пересмотрен в 1961 г. и дополнен не­ которыми новыми методами в 1967 г. и т. д.

В нашей стране разработаны и введены в действие стан­ дарты на следующие методы определения физико-механи­

метод лабораторного определения сопротивления срезу песчаных и глинистых грунтов на срезных приборах в ус­ ловиях завершенной консолидации (ГОСТ 12248—66);

2 7 3

метод полевого испытания статическими нагрузками

(ГОСТ 12374—66);

методы лабораторного определения зернового состава

(ГОСТ 12536—67);

метод лабораторного определения временного сопротив­ ления при одноосном сжатии (ГОСТ 17245—71).

Сопоставление содержаний английского стандарта и оте­ чественных стандартов серии «Грунты» показывает, что содержание серии наших стандартов неполное. Прежде всего в этих стандартах отсутствует классификация грун­ тов, тогда как в английском стандарте она является его непременной составной частью. Классификация грунтов входит как основная составная часть в серии стандартов на методы определения их свойств Болгарии (БДС676—57),

Польши (PN 54/В-02480), Чехословакии (CSN72.1001)

и ряда других стран. Отсутствие классификации грунтов в наших стандартах —основная причина их неполноты. Но может быть этот вывод сделан преждевременно? Для его подтверждения необходимо сопоставить с содержанием наших стандартов требования главы СНиП П-Б.1-62 в от­ ношении «номенклатуры» грунтов.

Как известно, в соответствии с указанной главой грун­ ты подразделяются на скальные, крупнообломочные, пес­ чаные и глинистые. Скальные грунты могут быть, в свою очередь, подразделены на виды по прочности, раствори­ мости и размокаемости. Основными показателями проч­ ности и размокаемости являются прочность на одноосное сжатие в воздушно-сухом состоянии и прочность на одноос­ ное сжатие в водонасыщенном состоянии. Казалось бы, что в стандартах и должна быть установлена методика оп­ ределения этих двух показателей. Однако таких стандартов нет. Каждая организация при выполнении определений на прочность при одноосном сжатии вправе устанавливать свою методику их проведения, в том числе и режим нагру­ жения образцов, от которого зависят и значения самих показателей прочности. А это значит, что в любом случае по чисто техническим причинам при производстве опреде­ лений прочности скальных грунтов будут получаться не­ сопоставимые между собой результаты.

Не установлена также в стандартах и нормативных до­ кументах единая методика изучения растворимости скаль­ ных грунтов.

Таким образом, подразделение скальных грунтов на виды, предусмотренное главой СНиП П-Б.1-62, не стандар­

2 7 4

тизировано, что позволяет применять любую методику оп­ ределений и любые произвольно выбранные критерии этого подразделения.

Ни один из установленных стандартами методов не поз­ воляет определить показатели свойств крупнообломочных грунтов в целом. Исключение составляет метод полевого испытания статическими нагрузками. Следствием отсут­ ствия стандартов на такие методы является то, что оценку поведения крупнообломочных грунтов в основании соору­ жений осуществляют не по их действительным свойствам, присущим крупнообломочным грунтам в целом, а по свой­ ствам их заполнителя. Это приводит, как правило, к су­ щественному недоиспользованию несущей способности ос­ нований, сложенных крупнообломочными грунтами, т. е. к удорожанию стоимости строительства.

Одним из важных показателей песчаных грунтов, оп­ ределяющих их несущую способность, является плотность сложения. В соответствии со СНиП П-Б. 1-62 песчаные грун­ ты подразделяются на плотные, средней плотности и рыхлые в зависимости от присущего им коэффициента пористости, получаемого расчетом, для которого необходимо знать объемную массу, плотность и влажность песчаного грунта. Первый из перечисленных показатель—объемную массу— можно определить отбором образцов грунта ненарушен­ ного сложения, что представляет собой в условиях полного водонасыщения песчаных грунтов пока неосуществимую задачу. Указанный СНиП Допускает производить опреде­ ления плотности песчаных водонасыщенных грунтов мето­ дами зондирования. Однако ни методика выполнения зон­ дирования, ни методика перехода от показателей зондиро­ вания к показателям плотности и, в частности, к коэффи­ циенту пористости песчаных грунтов стандартами не уста­ новлены.

Среди глинистых грунтов всегда необходимо различать просадочные и набухающие при замачивании разности. Согласно СНиП П-Б. 1-62 идентификация этих грунтов про­ изводится по критериям просадочности и набухания. Ука­ занные критерии, не характеризуя непосредственно ни про­ садочности грунтов, ни их набухания, позволяют лишь косвенно, да и то не всегда, судить о склонности грунтов при замачивании давать просадки или набухать. Непосред­ ственным показателем, характеризующим просадочность грунтов, является относительная просадочность, а* набу­ хание—величина набухания и давление набухания. Однако

2 7 5

методика определения указанных показателей стандартами также не установлена.

Наличие в песчаных и глинистых грунтах растительных остатков существенно сказывается на их физико-механи­ ческих свойствах. Поэтому СНиП П-Б.1-62 предопределяет необходимость определения процентного содержания ра­ стительных остатков в грунтах, а также их дополнительные наименования: при содержании растительных остатков меньше 10%—грунты с примесью растительных остатков. При содержании растительных остатков от 10 до 60% — заторфованные грунты. При содержании растительных остатков свыше 60%—торфы. Таким образом, содержание растительных остатков в грунтах следует рассматривать как дополнительный классификационный показатель. Необ­ ходимость регламентации методики его определения в стан­ дартах очевидна, однако стандарта на методы определения содержания растительных остатков в грунтах пока нет.

Все приведенные примеры показывают, что требования СНиП П-Б.1-62 в отношении подразделения грунтов на виды по классификационным показателям не находят пол­ ного и всестороннего отражения в серии стандартов на ме­ тоды определения состава и свойств грунтов. Эти требова­ ния более обширны и объемны, чем установленные дейст­ вующими стандартами методы определения. Поэтому сде­ ланный ранее вывод о неполноте содержания наших стан­ дартов находит полное подтверждение.

Более обстоятельное сопоставление содержания серии наших стандартов на методы определения состава и свойств грунтов с английским стандартом BS1377 : 1967 также под­ тверждает этот вывод.

В английском стандарте для определения одного и того же показателя предусмотрено использование, как правило, нескольких методов, тогда как в системе наших стандартов на методы определения физико-механических свойств грун­ тов устанавливается в основном лишь один метод опреде­ ления того или иного показателя. Именно такой подход к стандартизации методов приводит к тому, что стандарт рас­ сматривается как документ, запрещающий производить определения всеми другими имеющимися в арсенале изы­ скателей методами, кроме установленного им.

В ГОСТ 1.5—68 записано: «В стандарте, устанавливаю­ щем требования к методам контроля (испытаний, анализа, измерений) одного определенного показателя, допускается

276

предусматривать несколько методов контроля. Если в этом случае установленные методы не являются полностью вза­ имозаменяемыми, то для каждого из них должны быть при­ ведены данные, характеризующие их различие (например, погрешности методов) или назначение». Этот принцип, являющийся частью основополагающего принципа о ком­ плексности технического нормирования и стандартизации, полностью нашел отражение в английском стандарте, но не выдержан в системе наших стандартов. Так, например, в соответствии с требованиями английского стандарта влаж­ ность грунта может быть определена одним основным или стандартным методом (метод открытого высушивания) и двумя дополнительными методами (метод песчаной бани и спиртовой метод). Каждому методу предпосланы условия его применения и точность определения показателя. В срав­ нении со стандартным спиртовой метод характеризуется тем, что он позволяет непосредственно в поле очень быстро оп­ ределить влажность грунта, но с меньшей точностью. Этот метод не может быть использован для определения влаж­ ности грубозернистых и очень глинистых грунтов, а также грунтов, содержащих гипс, известковистое или органическое вещество. Аналогичным образом устанавливаются методы определения других показателей состава и свойств грунтов (два метода определения предела текучести, шесть методов определения объемной массы, два метода гранулометриче­ ского анализа песчаных грунтов, два метода грануломет­ рического анализа глинистых грунтов и т. д.). Среди дей­ ствующих отечественных стандартов только ГОСТ '5182—64 устанавливает два метода определения объемной массы, которые неприменимы, например, для. определения объем­ ной массы крупнообломочных грунтов. Это несоответствие между нашими действительными возможностями и требо­ ваниями проектирования, с одной стороны, и методами, установленными действующими стандартами,—с другой есть нарушение принципа комплексности технического нор­ мирования и стандартизации. Как можно, например, го­ ворить о том, что стандартизация ареометрического метода определения гранулометрического состава глинистых грун­ тов полностью исключает возможность применения метода пипетки, если последний более точен и, кроме того, поз­ воляет произвести разделение грунта на отдельные фрак­ ции для их последующего химического^ли минералогиче­ ского изучения? В. Д. Ломтадзе [36], подразделяя методы гранулометрического анализа грунтов на прямые и косвен­

2 7 7

ные, относит метод пипетки к прямым, а ареометрический — к косвенным. По его мнению, «пипеточный метод, несмотря на некоторые его принципиальные неточности, дает резуль­ таты, наиболее правильные по сравнению с другими мето­ дами, лучше согласующиеся со свойствами грунта. Поэтому данный метод в настоящее время может быть рекомендован даже как контрольный» (стр. 25—26). Методика и техника выполнения анализа с того времени существенно не измени­ лись, а поэтому-заключение В. Д. Ломтадзе в отношении метода пипетки продолжает оставаться в силе. Ареомет­ рический метод также обладает сравнительно высокой точ­ ностью, приближающей его в этом отношении к пипеточному методу. Однако он характеризуется большей просто­ той в выполнении самого анализа, что позволило Всесоюз­ ному совещанию по исследованию грунтов 1940 г. рекомен­ довать его для производства массовых анализов глинистых и мелкопесчаных грунтов [36]. Следовательно, если нужна высокая точность выполнения гранулометрического ана­ лиза, если необходимо также получить отдельные фракции грунта для их последующего раздельного изучения, то должен применяться не ареометрический, а пипеточный ме­ тод. По этой причине установление в английском стандарте пипеточного метода определения гранулометрического со­ става грунтов в качестве основного правомерно.

Столь же необоснованным следует считать мнение о том, что прочностные характеристики грунтов (угол внутренне­ го трения и сцепление) следует получать лишь на срезных приборах в условиях завершенной консолидации, посколь­ ку именно этот метод установлен ГОСТ 12248—66. Прежде всего потому, что этот стандарт не распространяется на все виды грунтов и, в частности, на песчаные крупные и граве­ листые, на все виды скальных и крупнообломочных грунтов, а также на глинистые грунты текучей консистенции. Эти записанные в стандарте и подразумевающиеся (в отношении крупнообломочных и скальных грунтов) исключения опять подчеркивают отсутствие комплексного подхода к стандар­ тизации методов определения прочностных характеристик грунтов. Остается неизвестным, какими методами и с по­ мощью каких технических средств следует производить определение прочностных характеристик всех поименован­ ных выше грунтов?

Определение прочностных характеристик грунтов долж­ но производиться в условиях, наиболее полно моделирую­ щих поведение грунта в основании здания или сооружения.

2 7 8

Это поведение будет изменяться от состава и состояния грунта, условий его залегания, от типа и конструкции зда­ ния и сооружения, от сроков их возведения. Внедрение прогрессивных методов производства строительно-мон­ тажных работ и сборных типовых конструкций, повышение этажности застройки и т. д. — факторы того, что основ­ ная нагрузка на грунт передается до завершения его полной консолидации. Это значит, что установленная стандартом схема испытаний во многих случаях не моделирует дей­ ствительного поведения грунтов, а поэтому получаемые ха­ рактеристики не могут быть использованы в расчетах устойчивости зданий и сооружений. Все это определяет не­ обходимость правильного выбора схемы испытаний, а не ориентацию на действующий стандарт. Можно привести много примеров, подтверждающих правильность этого по­ ложения. Достаточно сказать, что расчет устойчивости от­ косов глубоких строительных котлованов или карьеров гораздо обоснованнее производить по прочностным харак­ теристикам грунтов, полученным на стабилометрах, когда разрушение грунта производилось при постоянной или сла­ бо возрастающей (в случае формирования вблизи откосов отвалов грунта) вертикальной нагрузке и снижающемся боковом напряжении, чему способствует сам процесс про­ ходки котлована или карьера. А расчет основания земляной плотины, сложенного слабопрочными плохо фильтрующими водонасыщенными глинистыми грунтами, если плотина воз­ водится быстрыми темпами, — по прочностным характе­ ристикам этих грунтов, полученным в срезных приборах по схеме быстрого сдвига, т. е. в условиях незавершенной консолидации.

Таким образом, все неправильные суждения в отноше­ нии применения J методов определения свойств грунтов, не установленных действующими стандартами, происте­ кают, в основном, из-за того, что при разработке этих стан­ дартов был нарушен один из основополагающих принципов технического нормирования и стандартизации —принцип комплексности.

В данном случае комплексный подход к стандартизации должен прежде всего выражаться в том, что каждому пока­ зателю, используемому при классификации грунтов или в расчетах устойчивости зданий и сооружений,должен соответ­ ствовать установленный стандартом метод его определения.

Если тот или иной показатель состава и свойств грун­ тов используется для предварительной оценки грунта или

279

заинтересованными сторонами, т. е. имеют массовый харак­ тер использования. Совершенно очевидно, что вряд ли це­ лесообразно устанавливать стандарт на какой-либо пред­ мет, применение которого весьма ограничено. Как образно писал А. Аграновский1: «Стандарт — это кирпич, из кото­ рого можно сложить любое здание. Это когда любая лампоч­ ка ввинчивается в любой патрон, когда любая пленка за­ ряжается в любой киноаппарат. А фильмы пусть будут разные». Всегда ли объект массового применения становит­ ся объектом технического нормирования и стандартизации? Далеко не всегда. В области инженерно-геологических изы­ сканий мы можем найти убедительные примеры того, когда объект ограниченного применения становится объектом тех­ нического нормирования и стандартизации, а объект мас­ сового использования таким не становится.

В предыдущем параграфе уже говорилось о том, что ареометрический метод определения гранулометрического состава глинистых грунтов, рекомендованный в свое вре­ мя для производства массовых определений, нашел отра­ жение в ГОСТ 12536—67 в качестве основного и единствен­ ного метода, тогда как именно массовых определений грану­ лометрического состава глинистых грунтов ни для классифи­ кации, ни для оценки их поведения во взаимодействии со зданиями и сооружениями выполнять не требуется. СНиП П-Б. 1-62 предусматривает производство гранулометри­ ческого анализа глинистых грунтов лишь в необходимых случаях для всякого рода уточнений, т. е. он может выпол­ няться выборочно, на отдельных образцах, а не в массовом порядке. Когда осуществляется определение гранулометри­ ческого состава глинистых грунтов, должно производиться и определение их гигроскопической влажности для ввода соответствующей поправки в массу отдельных фракций. Сле­ довательно, и этот вид анализа нельзя отнести к массовым, но стандарт на него установлен (ГОСТ 5180—64).

С другой стороны, существует значительная группа опре­ делений, которые действительно производятся в массовом порядке, но выполнение их^не регламентировано ни стан­ дартами, ни нормативными документами. К таким опре­ делениям прежде всего необходимо отнести компрессионные испытания грунтов, в результате которых получают пря­ мой показатель их деформативных свойств—модуль де­ формации, используемый при расчетах оснований по вто­

1 Известия № 2 (16930) от 3 января 1972 г.