книги из ГПНТБ / Трофименков Ю.Г. Полевые методы исследования строительных свойств грунтов

н,м

Рис. 67. График результатов зонди­ рования

зонда позволяет ориентировочно определить вид грунтов. Пока­ жем это на примере.

По графику (рис. 67) видно, что геологический разрез пред­ ставлен тремя различными видами грунтов. В первом слое до глубины 4 м сопротивление грунта под острием зонда составляло около 40 кгс/см2, а сопротивление трения увеличивалось медлен­ но. Такое сочетание характерно для мелкого песка средней плотности. Во втором слое до глубины 7 м сопротивление грунта под острием зонда составляет менее 20 кгс/см2, а сопро­ тивление трения быстро возрастает. Это слой мягкопластичной глины. Далее с глубины 7 м сопротивление грунта под острием

120

зонда и сопротивление трения ібыстро увеличиваются с -глуби­ ной, что характерно для песка средней крупности и средней плотности

По данным зондирования установкой С-832, позволяющей определить величину 'Местного трения грунта, можно оценить вид грунтов по результатам совместного рассмотрения удельного со­ противления грунта погружению конуса q и удельного трения грунта /. Так, по данным НИИпромстроя, q/f для песков изме­ няется от 60 до 200, а для глин— от 10 до 20. Эти данные 'при­ мерно соответствуют результатам экспериментов Бегемана [30], упомянутых ранее.

Некоторые данные для установления геологического разре­ за по результатам статического зондирования приведены в ра­ боте [34]. Однако, учитывая недостаточную достоверность та­ кого расчленения геологического разреза грунтов, -при статичес­ ком зондировании, как правило, производят также бурение не­ скольких геологических скважин.

Статическое зондирование позволяет не только определить границы различных напластований грунтов, но и обнаружить весьма тонкие прослойки грунтов в пределах одного пласта.

В. Торнбул и др. [45] приводят результаты зондирования конусом площадью 10 см2 мелкозернистого песка в стальном резервуаре диаметром 105 см и высотой 195 см. Были проведены две серии опытов. В первой серии в плотно утрамбованном пес­ ке были сделаны три рыхлые прослойки песка толщиной 7,5; 15 и 30 см. Во второй серии в рыхло уложенном песке имелись прослойки плотного песка той же толщины. Во всех случаях эти прослойки были отчетливо обнаружены зондированием.

Определение плотности песчаных и консистенции глинистых грунтов

Плотность песчаных грунтов является, как известно, одной из основных характеристик, используемых при расчете основа­ ний сооружений. Однако определение плотности песка в лабора­ тории по образцам грунта, отобранным из скважин, дает сомни­ тельные результаты, так как практически невозможно сохранить ненарушенное сложение грунта при отборе образцов и их тран­ спортировке. Это же обстоятельство затрудняет установление корреляционных связей между сопротивлением зондированию q и плотностью песков в условиях их естественного залегания. По­ этому для установления указанных связей различные исследо­ ватели проводили, опыты в резервуарах (колодцах) или других емкостях, в которых песок укладывался послойно до заданной постоянной плотности.

В результате обобщения данных экспериментов, а также опы­ та статического зондирования на строительных площадках в

121

CH 448-72 рекомендована таблица для определения плотности песков в зависимости от 'гранулометрического состава и сопро­ тивления погружению конуса с .глубины 2 м і(табл. 20).

Надо, однако, иметь в виду, что такие факторы, как степень шероховатости зерен, коэффициент неоднородности, наличие даже малого количества пылеватых частиц и другие, могут вызвать существенное отклонение от средних цифр, указанных в та'бл. 20.

Приведем, в частности, результаты экспериментов, выполнен­ ных Мусой [38]. Им были проведены зондирования искусствен­ но отсыпанных тонкими слоями песков в котловане глубиной 3,3 м. Использовались крупнозернистые неоднородные грунты (с коэффициентом неоднородности до 16). Полученная зависимость относительной плотности от сопротивления зондированию q для однородных и неоднородных грунтов показана на рис. 6'8.

Как видно из рисунка, сопротивление зондированию при оди­ наковой плотности выше у однородных грунтов. Автор объяс­ няет это тем, что при внедрении зонда в 'неоднородный грунт усилие будет меньше вследствие возможности более свободного перемещения мелких частиц в поры крупных.

На основе проведенных экспериментов автор делает вывод о том, что при использовании критериев плотности, полученных для однородных грунтов, для оценки .плотности неоднородных грунтов следует к замеренной величине сопротивления зондиро­ ванию прибавить 80 кгс/см2. Эти данные приведены для того, чтобы показать, что при оценке такого важного показателя, как плотность песчаных грунтов, необходимо учитывать комплексно все данные, полученные в результате изысканий.

122

В результате обработки материалов 207 экспериментов в гли­ нах и суглинках аллювиального, флювиогляциального и гляциального (моренные) происхождения была получена следующая корреляіцион.ная з ависимосты

Коэффициент корреляции г=0,71, среднеквадратичная ошибка— 0,24. Это показывает, что консистенция грунтов мо­ жет быть определена статическим зондированием весьма ори­ ентировочно. В табл. 21 приводятся приближенные данные о консистенции глинистого грунта в зависимости от сопротивле­ ния погружению конуса.

Определение угла внутреннего трения несвязных грунтов

Наряду с плотностью угол внутреннего трения песков явля­ ется важнейшей характеристикой, используемой при расчете устойчивости песчаных оснований. Вследствие больших трудно­ стей отбора ненарушенных образцов песчаных грунтов определе­ ние угла внутреннего трения песков в их естественном состоянии

123

Рис. 69. Коиволігнейная огибающая предельных -кругов Мора для песка

Рис. 70. График зависимости угла внутреннего трения ср от пригрузки yh и

сопротивления песка погружению конуса q

является весьма актуальной задачей. Однако использование различных теоретических формул, связывающих угол внутрен­ него трения и сопротивления грунта погружению конуса, для оп­ ределения угла внутреннего трения не давало положительных результатов.

Это объяснялось как несовершенством существующих фор­ мул, о чем указывалось ранее, так и пренебрежением тем фак­ том, что при давлениях менее 1кгс/см2 (т. е. для глубин менее примерно блг) угол .внутреннего т.рения песка быстро возрастает, что хорошо видно из построенной по экспериментальным данным огибающей предельных кругов Мора (рис. 69). В интервале уменьшения давлений от 1 до 0,1—0,2 кгс/см2 угол .внутренне­ го трения возрастает на 5—7° [27].

Учитывая это свойство песков и используя эксперименталь­ ные данные, а также теоретические решения В.'Г.-Березанцева, В. А. Ярошенко [27] составил таблицу для определения угла внутреннего трения песков по данным статического зондирова­ ния с учетом глубины зондирования. На основе этой таблицы нами составлен график (рис. 70), из рассмотрения которого вид­ но большое влияние пригрузки на величину угла внутреннего трения песков. На указанном графике глубина зондирования, соответствующая различным .величинам пригрузки, подсчитана условно для объемного веса песка .1,6 т/м3.

В «Указаниях по зондированию прунтов для строительства» СН 448-72 рекомендуются данные для определения норматив­ ного угла внутреннего трения кварцевых и кварцево-полево­ шпатовых песков срн в зависимости от сопротивления погру­ жению конуса (табл. 22).

При выборе типов фундаментов и проектировании зданий и сооружений III и IV классов оценку нормативных характеристик

124

грунтов допускается производить по данным табл. 22. При про­ ектировании зданий и сооружений I и II классов нормативные характеристики должны уточняться для конкретного участка изысканий на основе сопоставления данных зондирования с ре­ зультатами изучения свойств грунтов лабораторными иполевы­ ми методами с целью получения корреляционных зависимостей.

Сравнение данных табл. 22 с графиком иа рис. 70 показыва­ ет, что для всего диапазона изменения q от 10 до 300 кгс/см2 расхождение в значении срн не превосходит 1°. Это позволяет рекомендовать при давлениях, отличных от указанных в табли­ це (0,5 и 1 кгс/см2), использовать график на рис. 70 для опре­ деления угла внутреннего трения песков.

Определение сопротивления сдвигу глинистых грунтов

В институте «Фундаментпроект» было выполнено сравнение сопротивления погружению конуса в глины и суглинки (аллю­ виальные, делювиальные, флювиогляциальные и гляциальные) с сопротивлением сдвигу, определенным в лаборатории на сдвиговых приборах. Обработка материалов 103 таких экспери­ ментов показала, что при давлении 3 кгс/см2 имеется следую­ щая связь между сопротивлением сдвигу т и сопротивлением грунта погружению конуса:

ние грунта погружению конуса — от 5 до 60 кгс/см2. Обработка материалов указанных экспериментов для раз­

дельного определения угла внутреннего трения и удельного сцепления показала, что в этом случае коэффициент корреля­ ции ниже и составляет соответственно 0,7 и 0,77, при этом среднеквадратичное отклонение значений угла внутреннего трения составляет 5°, что показывает низкую достоверность

125

раздельного определения ср и с по результатам статического зондирования.

Вместе с тем установление корреляционных зависимостей лишь для некоторых видов грунтов различных регионов позво­ ляет получить более надежные результаты. В качестве примера приведем результаты определения корреляционных связей для лёссовых пород Приобья (табл. 23), опубликованные в работе

[20].

Т А Б Л И Ц А 23

Сопротивление грунта погружению конуса в кгс{см%

Определение модуля деформации грунтов

Многие исследователи указывают на наличие корреляцион­ ной зависимости между сопротивлением грунта погружению

•конуса пенетрометра и модулем деформации грунта.

Впервые такая зависимость была установлена более 30 лет назад Бюисмаіном на основе теоретического решения. Он рас­ сматривал пенетрометр в форме полушара и использовал фор­ мулу Буссинеека для определения напряжений. Бюисман при­ нял, что под пенетрометром происходит только вертикальное упругое сжатие грунта и показал, что

Этой зависимостью пользуются в Голландии и Бельгии и в настоящее время.

Та же задача о вдавливании сферического зонда в беско­ нечную упругую среду рассмотрена В. И. Ферропеким на ос-

126

нове решения Кельвина о 'силе, приложенной внутри упругого полупространства [23]. При величине деформации грунта, равной радиусу зонда, получена 'следующая формула:

Т. А. Грязновым, показали, что помимо уплотнения грунта не­ обходимо учитывать трение скольжения грунта по поверхности наконечника зонда. Для этого случая им получено следующее решение:

альных датчиков нормального давления и трения для экспери­ ментального определения величины fTp. Из формулы (25) были получены следующие зависимости:

показали качественно другую зависимость £ от q при измене­ нии плотности сложения песка. В указанных экспериментах ве­ личина отношения Ejq колебалась от 2,7 до 10,8, при этом мень­ шие величины относились к более высоким значениям q, т. е. более плотным пескам. Это автор работы объясняет тем, что

127

ных экспериментах модуль деформации и сопротивление погру­ жению конуса (диаметром 10 мм) определялись на образцах грунта различной плотности (диаметр образцов 250 мм) и при различной пригрузке их (до 5,6 кгс/см2).

Проведенные эксперименты показали, что соотношение

Е

-------и q не зависит от пригрузки, пористости грунта, размера

1 ------- [А 2

частиц и неоднородности состава грунта. При этом автор [43] считает, что сделанный ранее в работе [42] вывод о существен­ ном влиянии пригрузки на отношение E/q получен из экспери­ ментов, в которых не было возможности создавать заданную пригрузку.

Полученные в работе [43] экспериментальные данные поз­ воляют считать, что для песчаных грунтов установленная в конкретных экспериментах зависимость Е от q имеет достаточ­ но общий характер.

Е. де Бером и А. Мартенсом [29] опубликованы данные о фактических осадках шести мостов с опорами на плотных пес­ ках и о расчетных осадках опор, определенных по результатам статического зондирования с использованием формулы (21). Для всех шести случаев отношение вычисленной осадки к фак­ тической составило 1—2 (в среднем 1,5).

В данном случае результаты статического зондирования ис­ пользовали для определения .неравномерной осадки опор. Для этого из результатов трех зондирований принимали наиболь­ шее и наименьшее значения сопротивления грунта под конусом пенетрометра, по которым определяли минимальную и макси­ мальную, а также неравномерную осадки.

Весьма обстоятельные исследования связи между сопротив­ лением погружению конуса q и модулем деформации грунта Е, определенным но данным испытаний в одометре, приведены з работе М. Башелье и Л. Пареза [28]. Брались зонды диамет­ ром 45 и 75 мм. Исследовались песчаные и глинистые грунты различного происхождения, залегающие на глубине до 10 м (в одном случае до 27 м), сопротивление грунта погружению ко­

128

Обобщая приведенные в работе [28] данные, можно при­ нять, что величина коэффициента а составляет:

для глинистых грунтов —0,4—1;

»песчаных » —1,4—2,8.

При этом следует иметь в виду, что чем слабее грунт, тем меньше а.

Таким образом, на основе указанной работы модуль дефор­ мации грунтов, определенный по данным лабораторных опре­ делений, составляет:

для глинистых гру-нто-в

Данные этих экспериментов следует оценивать с учетом то­ го, что модули деформации, определенные лабораторными ис­ пытаниями, в 2—3 раза ниже модулей деформации, определен­ ных штамповыми испытаниями.

Наиболее достоверно корреляционная зависимость между модулем деформации и сопротивлением грунта погружению конуса может быть определена на основе параллельных испы­ таний грунта штампом площадью 5000 см2 по методике ГОСТ 12374—66 и статическим зондированием. К настоящему време­ ни у нас в стране накоплено достаточно данных таких парал­ лельных испытаний, проводившихся различными организация­ ми. Испытания показали, что с достаточной для практических целей точностью зависимость Е от q может быть принята ли­

Для того чтобы показать возможные отклонения при использовании этих рекомендаций и возможную степень точности определения модуля деформации е помощью статического зон­ дирования, приведем некоторые данные проведенных Фундамѳнтпроекгом исследований.

Для влажных мелких песков аллювиального происхождения средней плотности и плотных зависимость между сопротивле­ нием грунта погружению конуса и модулем деформации, опре­ деленным по результатам испытаний песков в шахтах штампом площадью 5000 см2 на глубинах от 2 до 15 м, получена из 50 испытаний. Результаты этих испытаний в виде графика показа­ ны на рис. 72. Модуль деформации изменялся от 100 до

129