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

определения угла внутреннего трения по образцам, отобранным с места сдвига.

Давление на призму передается домкратом через металли­ ческую плиту-штамп размером 40X50 см. Сдвигающее усилие

Рис. 30. Схема испыта­ ния -грунтов на сдвиг методом ВіНИМИ

I — штамп; 2 — домкрат

площадь сдвига и угол между плитой-штампом и поверхностью сдвига.

Сцепление по поверхности сдвига определяют по формуле

где с — удельное сцепление по поверхности сдвига в кгс/см2-, Р —сдвигающее усилие в кг\

S — площадь сдвига в см2-,

а — угол между плитой-іштампом и плоскостью сдви­ га в град;

Ф — угол внутреннего трения, определяемый в лаборато­ рии, в град.

Испытания грунтов на сдвиг методом обрушения и выпира­ ния целиков пород в шурфах. Испытание обрушением заключа­

щадь которой изучаются и фиксируются после тщательной за­ чистки поверхности скольжения от обрушенного грунта. После

70

обработки результаты испыталий выдают ів виде графика кри­ вой обрушения и уравнения равновесия обрушенного объема призмы, разбитой на блоки.

Проведя обрушение двух целиков грунта, прислоненных к стенкам шурфа, и решая таким образом систему двух уравне­ ний, находят искомые показатели сдвига.

Испытание на сдвиг методом выпирания заключается в смещении блока породы под действием горизонтально направ­ ленного усилия. Смещаемый блок отделен от массива грунта в шурфе боковыми прорезями, параллельными направлению сдвига, а одна из стенок, перпендикулярная прорезям, служит для установки упорной плиты. Сдвиг методом выпирания вы­ полняют одним (или двумя) горизонтально установленным домкратом, упираемым в упорную плиту и стенку шурфа. Вы­ сота вертикальной стенки блока, служащей для размещения упорной плиты, 0,36—0,6 м, ширина (расстояние между проре­ зями) — 1—1,5 м.

Сдвиг блока выполняют ступенями нагрузки по 0,6 тс, вы­ держивая каждую ступень нагрузки по 16—30 мин. Испытание считается законченным после того, как достигнуто максималь­ ное сдвигающее усилие, а сам блок сдвинут примерно на 10— 15 см. После этого поверхность скольжения обнажают, тща­ тельно освобождая ее от разрушенной при сдвиге породы.

Так же как и при испытании обрушением, камеральная обработка в данном случае заключается в построении поверхно­ сти скольжения, разбивке сдвинутого блока на отдельные части и построении уравнения предельного равновесия. Определяя сцепление по разности между максимальным и минимальным значениями сдвигающего усилия, из уравнения равновесия вы­ числяют коэффициент и угол внутреннего трения.

Глава IV

ИССЛЕДОВАНИЕ ГРУНТОВ ДИНАМИЧЕСКИМ ЗОНДИРОВАНИЕМ

1. ДИНАМИЧЕСКОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ КОНУСОМ

Динамическое зондирование конусом заключается в забивке

Особенность методики такого испытания заключается в том, что диаметр основания конуса больше диаметра штанг.

Забивку в грунт колонны штанг с конусом на конце, диа­

71

метр основания Которого равен диаметру штагаг, называют испытанием грунтов стержневым зондом.

Отметим один момент, касающийся терминологии этого вопроса. Не лишено основания /предложение [7] о наимено­ вании такого исследования «ударным» зондированием. 'Пред­ ложение обосновывается тем, что к динамическим могут быть отнесены ударные, вибрационные и другие импульсные воз­ действия, вследствие чего наименование «ударное» в 'большей степени отражает сущность процесса. Однако термин «динами­ ческое зондирование» получил столь широкое распространение, что его можно считать окончательно укоренившимся.

Глубину погружения (забивки) зонда 5 от определенного числа ударов (залога) и число ударов N, затрачиваемых на ин­ тервал погружения зонда (обычно ЛО. см), принято называть показателями зондирования.

Естественно, что результаты испытания в виде указанных показателей зондирования .имеют тем. большую /практическую ценность, чем больше 'Накоплено данных для установления корреляционных зависимостей между N и S и различными фи­ зико-механическими .свойствами грунтов. Д это возможно лишь тогда, когда во всех случаях применения динамического зонди­ рования параметры и методика испытаний будут сохраняться без изменений.'

Такая особенность многих полевых 'испытаний, в наибольшей степени характерная для испытаний грунтов динамическим зондированием конусом, делает весьма важным стандартиза­ цию применяемого оборудования.

В отечественной практике всеобщее признание многочислен­ ных изыскательских организаций получила методика испыта­ ний грунтов динамическим зондированием конусом, разрабо­ танная в институте «Гидропроект». Согласно этой методике, для испытаний применяют зонд, состоящий из штаиг с наруж­ ным диаметром 42 мм, соединяемых между собой ниппельными соединениями, и конуса с диаметром основания 74 мм и углом раскрытия 60°. Конус может быть инвентарным и съемным. В первом случае нижний конец штанг соединяется с конусом на резьбе (рис. 31, а); во втором — свободной посадкой и крепле­ нием к концу штанг с помощью шпильки, которая при подъеме штанг срезается (рис. 31, б).

Забивка и извлечение зонда при испытании производятся специально для этого созданными Гидропроектом установками УБП-‘1'5 (буровая пенетрационная установка) и УБіП-іІбм (мо­ дернизированный вариант). Указанные установки, предназна­ ченные также и для -ударно-канатного бурения мелких скважин, серийно выпускаются соответственно с 1950 и 1966 г.

Установка УБП-15 (рис. 32) имеет следующую техническую характеристику:

72

устройства для подъема ударника и автоматического сбрасыва­ ния его с определенной высоты. Ударник, находящийся в ниж­ нем положении, захватывается кулачками и с помощью тра­ версы поднимается вверх. Кулачки имеют выступы, которые входят в продольные пазы направляющей штанги; пазы в свою очередь в верхней части направляющей штанги оканчиваются сбегом, при достижении которого (при подъеме ударника) ку­ лачки раздвигаются и освобождают молот.

Ударник сбрасывается на высоте 0,8 м над переходником, служащим для передачи зондирующим штангам энергии удара. При весе ударника 60 кг зондирование от начала до конца испытания выполняется ударами, имеющими постоянную энергию 480 кгс ■см.

Общий вид установки УБП-15м показан на рис. 34.

Два обстоятельства нарушают постоянство всех параметров этого вида испытания: а) изменение соотношения между веса­ ми (массами) соударяемых элементов—при постоянном весе ударника вес зонда увеличивается по мере его заглубления ч

2 кг и весе направляющей штанги о подбабком (переходником) и роликами 61 кг (все это вместе составляет вес элемента, по которому производится удар) соотношение между весами соударяемых элементов составит при длине зонда:

Таким образом, на протяжении опыта соотношение между ■весами зонда и ударника изменяется более чем в 2 раза. Сле­ довательно, при постоянстве всех прочих условий и однородности

73

С ' ч {

(

Г

74

исследуемой толщи грунтов число ударов на каждые 10 см по­ гружения зонда с глубиной будет возрастать ів результате влияния только этого фактора, что не может не учитываться при обработке результатов испытания.

Не менее важным является учет возрастающего с глубиной трения по боковой поверхности зонда. В связных устойчивых

А-А

Рис. 34. Общий вид установки УБП-Ібм

Рис. 33. Навесное приспособление для производства зондирования"

/ — переходник; 2 —ударник; 3 — кулач­ ки для захватывания к сбрасывания

ударника; 4 — натравляющая ' nitaura; 5 — тратерс-а для подъема ударника

75

против ©брушеция грунтах при движении зонда (имеющего больший по сравнению с диаметром штанг диаметр основания) между ©танками скважины и наружной поверхностью штанг образуется ’кольцевое пространств© (зазор). При этом стенки зондировочных скважин обычно ребристые, причем расстояние между; кольцевыми выступами, образующими ребристость на стенках скважины, соответствует величине погружения зонда от каждого удара.

Следует полагать, что, несмотря на кажущееся отсутствие трения, и в этих случаях оно есть на участках соприкосновения изгибающейся колонны штанг со стенками скважин в момент удара. Часть энергии удара затрачивается на образование са­ мого 'Продольного изгиба. При этом чем большее сопротивление испытывает конус, тем большая часть энергии удара расходу­ ется на продольный изгиб колонны штанг, свободно размещен­ ных в скважине.

Ори зондировании в неустойчивых грунтах (водонаеыщенные пески, текучие глинистые грунты) кольцевой зазор запол­ няется грунтом, обрушающимся со стенок скважины, а также выпирающим из-под конуса, и таким образом зонд испытывает сопротивление в результате трения по своей поверхности грунта нарушенной структуры.

Следовательно, в начале зондирования на один интервал погружения зонда будет затрачено меньшее число ударов, чем на такой же интервал, но на большей глубине.

высчитывают исправленное число ударов ІѴИили просто N. Фактическое число ударов на интервал погружения опреде­

ляют либо непосредственным подсчетом, либо по величине по­ гружения зонда S от .принятого числа ударов молота в залоге п по формуле

увеличение с глубиной веса зонда и трения грунта по его боко­ вой поверхности, разработанные В. А. Дур акте.

Значения поправок для определения исправленного числа ударов приведены в табл. 14.

Вычисление исправленного числа ударов при камеральной обработке результатов динамического зондирования конусом тррбует значительных затрат времени.

■Использование номограммы, представленной на рис. 35, значительно упрощает эту операцию. Здесь по оси ординат от-

76

Л'ожѳны значения фактического числа ударов, а по оси абс­ цисс—значения исправленного числа ударов; пучок прямых линий, сходящихся в начале координат, обозначает интервалы глубины зондирования.

На графике (см. рис. 35) находят пересечение горизонталь­ ной линии, соответствующей фактическому числу ударов, с на­ клонной, соответствующей необходимому интервалу глубины зондирования; направленное число ударов находят по положе­ нию проекции этой точки на оси абсцисс.

Результаты испытаний грунтов динамическим зондировани­ ем конусом заносят в журнал и отображают на графике в виде зависимости числа ударов (исправленных) на каждые 10 см погружения зонда от глубины зондирования (рис. 36). Преиму­ щество испытания грунтов динамическим зондированием кону­ сом заключается в том, что получающиеся зависимости, имею­ щие непрерывный и обычно ступенчатый вид, характеризуют грунт по всей глубине исследуемой толщи, в отличие от многих других методов полевых испытаний, с помощью которых можно получить только выборочные данные в отдельных точках иссле­

77

Рис. 35. Номограмма для определения исправленного (приведенного) числа ударов с учетом суммарного 'Коэффициента («а изменение веса штанг и тре­ ния то их боковой поверхности)

Рис. 36. График ре­ зультатов испытания грунта динамическим зондированием кону­ сом в зависимости от глубины зондирования

Н,м

78

на 10 см погружения зонда N, а глубину ало погружения от принятого числа ударов (обычно 10 ударов).

Иногда результаты испытаний выражают не указанными по­ казателями зондирования, а путем вычисления значений так на­ зываемого удельного динамического сопротивления рд в кгс/см2. Для вычисления этих значений предложено несколько формул, которые определяют удельную работу зондирования, но разли­ чаются между собой вследствие различного подхода их авторов к оценке потерь энергии на преодоление трения грунта по боко­ вой поверхности зонда, его инерции и упругости, бытового давления и т. п.

ß практике фундаментоетроеиия не один десяток лет при­ меняется формула Н. М. Герсеванова для определения несущей способности свай (по данным испытания «х динамическими нагрузками). Являясь прототипом предложенных различными авторами формул для определения значений удельного динами­ ческого сопротивления при зондировании, формула Н. М. Герсеванова в ряде случаев не обеспечивает требуемой точности при определении несущей способности свай, хотя интерпретация результатов забивки жесткой сваи имеет более определенный характер, чем интерпретация результатов забивки гибкого стержня при динамическом зондировании.

В дальнейшем исследования но определению удельного ди­ намического сопротивления будут, очевидно, развиваться по пути создания новых методик испытаний, обеспечивающих по­ лучение этой величины непосредственными измерениями. Одна­ ко на практике изучение удельного динамического сопротивле­ ния, так же как и создание методик для определения этой вели­ чины, нуждается ів дальнейшем обосновании.

Следует подчеркнуть, что результаты испытаний грунтов динамическим зондированием конусом, выражаемые показате­ лями зондирования N и S, лишь приближенно характеризуют физико-механические свойства грунтов и могут быть использо­ ваны для тех или иных расчетов прочности и деформируемости прунтов основания с большими оговорками. Возможность по­ лучения одинаковых показателей зондирования в различных по литологическому составу грунтах (например, в песках и гли­ нах) показывает, что рассматриваемый способ не может быть эффективно использован на площадках, геологическое строение которых изучено недостаточно.

Отмеченное выше позволяет отнести метод испытаний грунтов динамическим зондированием конусом к сопутствую­ щему методу, который может эффективно применяться при про­ ведении комплексных исследований. Это подтверждается тем, что нередко на практике имеются случаи, когда, проведя серию испытаний грунтов динамическим зондированием, изыскатели при оценке условий строительства исследуемой площадки не используют результаты этих испытаний.

79