Методы испытания грунтов для дорожного и аэродромного строительства. Учебное пособие

31

Рис. 6. Схема прибора Союздорнии для стандартного уплотнения грунтов:

1 - подстаканник; 2 - разъемный цилиндр; 3 - зажимной винт; 4 - зажимное кольцо; 5 - верхний стакан; 6 - груз; 7 - стойка с уплотнителем; 8 - ограничительное кольцо

Цилиндр с уплотненным грунтом взвешивают (m2) с точностью до 1 г и рассчитывают плотность влажного грунта. Образец грунта извлекают из цилиндрической части формы и переносят обратно в чашку. Из верхней, средней и нижней частей образца отбирают пробы для определения влажности грунта (Wi№).

Затем грунт размельчают, добавляют 1 – 2 % воды от первоначальной массы грунта и тщательно перемешивают. Второе и последующие испытания проводят аналогично первому, отбирая пробу не менее 10 г для определения весовой влажности.

Каждый раз в грунт добавляют по 1 – 2 % воды от первоначальной массы грунта.

Испытание можно считать законченным, когда с повышением влажности пробы при последующих двух испытаниях происходит по-

33

Рис.7. График зависимости плотности грунта от влажности

Контрольные вопросы

1.Как определяется максимальная плотность и оптимальная влажность?

2.Какие допустимые расхождения по максимальной плотности и оптимальной влажности при параллельных испытаниях?

3.По каким двум параметрам строится график для определения оптимальной влажности?

4.Сколько процентов воды добавляют в грунт при его доувлаженеии?

5.В чем заключается суть метода стандартного уплотнения грунтов?

6.На какую глубину поверхность предыдущего уплотненного слоя разрыхляют ножом перед загрузкой каждого слоя?

7.Через какие размеры сит просеивают пробу грунта после просушивания при его подготовке для определения оптимальной влажности?

8.После окончательно уплотнения третьего слоя грунта, снимают насадку прибора Союздорнии и срезают выступающую часть грунта ножом вровень с краями цилиндра. Что необходимо сделать, если выступающая часть грунта превышает 10 мм?

34

Лабораторная работа № 5

Определение коэффициента фильтрации песчаных грунтов

Цель работы: Определить коэффициент фильтрации песчаных грунтов.

Оборудование и материалы: прибор СоюзДОРНИИ для определения коэффициента фильтрации песчаных грунтов, секундомер, термометр.

Основные понятия

Коэффициентом фильтрации называют скорость фильтрации воды при градиенте напора, равном единице, и линейном законе фильтрации. Гидравлическим градиентом называется отношение разности напоров (уровней) воды к длине фильтрационного пути. Коэффициент фильтрации песчаных грунтов определяют при постоянном заданном градиенте напора с пропуском воды сверху вниз, при предварительном насыщении образца грунта водой снизу-вверх.

Основной показатель, который влияет на коэффициент фильтрации песка – это доля тех или иных компонентов в песке, а именно – количества примесей и их разновидности. Чем чище песок и крупнее его зерна, тем лучше он пропускает воду.

Самый низкий коэффициент фильтрации – у песка с глиной, ведь глина практически не способна пропускать воду. Такой песок имеет ряд серьезных ограничений в использовании. Для дренирующих и морозозащитных слоев дорожных одежд коэффициент фильтрации при максимальной плотности должен быть не менее 1 м/сут. Отсыпку конусов, а также насыпей за устоями мостовых сооружений предусматривают из песчаного или другого дренирующего грунта с коэффициентом фильтрации (после уплотнения) не менее 2 м/сут.

Чтобы максимально увеличить показатель коэффициента фильтрации, песок с примесью глины очищают с помощью специальных способов и таким образом существенно повышают качество песка.

Согласно ГОСТ 25584 этот метод распространяется на песчаные грунты, применяемые в дорожном и аэродромном строительстве для устройства дренирующих и морозозащитных слоев дорожной и аэродромной одежд. Коэффициент фильтрации определяют на образцах нарушенного сложения при максимальной плотности и оптимальной

35

влажности, значения которых предварительно устанавливают по ГОСТ 22733.

Прибор СоюзДОРНИИ для определения коэффициента фильтрации песчаных грунтов представлен на рис. 8.

Рис. 8. Прибор СоюзДОРНИИ для определения коэффициента фильтрации песчаных грунтов

Порядок испытания

Среднюю пробу грунта, находящуюся в воздушносухом состоянии, просеивают через сито с отверстиями 5 мм и берут навеску массой 450 г.

Затем увлажняют до оптимальной влажности и выдерживают в эксикаторе не менее 2 ч.

Навеску влажного грунта рассчитывают по формуле

где V – объем грунта в трубке, равный 200 см3; ρdmax – максимальная плотность сухого грунта.

После чего навеску делят на три порции и последовательно укладывают их в трубку фильтрационного прибора СоюзДОРНИИ для определения коэффициента фильтрации песчаных грунтов (рис. 9), уплотняя каждую изних при помощи трамбовки (рис. 10), производя по 40 ударов груза с высоты 300 мм; перед укладкой каждой порции поверхность предыдущей разрыхляют ножом на глубину 1 – 2 мм.

Рис. 9. Схема прибора СоюзДОРНИИ для определения коэффициента фильтрации песчаных грунтов:

1 - образец; 2 - пьезометр; 3 – фильтрационная трубка; 4 - стакан; 5 - сетка; 6 – перфорированное съемное дно; 7 - подставка; 8 - поддон

37

Рис. 10. Схема трамбовки:

1 - направляющая; 2 - фиксатор; 3 – падающий груз; 4 - наковальня

После уплотнения измеряют линейкой (не менее чем в трех точках) расстояние от верхнего края трубки до поверхности уплотненного грунта. Расстояние должно быть (100±1) мм. Укладывают на поверхность грунта слой гравия (фракции 2-5 мм) толщиной 5-10 мм.Устанавливают трубку с грунтом на подставку и вместе с ней помещают в стакан, который постепенно наполняют водой до верха.

После появления воды в трубке над слоем гравия ее доливают в верхнюю часть трубки примерно на 1/3 ее высоты. Извлекают стакан с трубкой из емкости и устанавливают на поддон. В этом случае начальный градиент напора воды в образце грунта равен единице.

38

При вытекании воды через перфорированное дно определяют с помощью секундомера падение уровня воды в пьезометре от 0 до 50 мм. Эту операцию повторяют не менее 3 раз, каждый раз доливая воду в трубку на 5 мм выше нулевого деления. В расчет принимают среднее время падения уровня воды.

Коэффициент фильтрации К10, м/сут, приведенный к условиям фильтрации при температуре 10 °С, вычисляют по формуле

где h – высота образца грунта в трубке, см; S — наблюдаемое падение уровня воды в пьезометре, отсчитанное от первоначального уровня, см; H0– начальный напор, см; φ(S/H) – безразмерный коэффициент, определяемый по табл. 16; t – время падения уровня воды, с; T – поправка для приведения значения коэффициента фильтрации к условиям фильтрации воды при температуре 10 °С. Поправку для приведения значения коэффициента фильтрации к условиям фильтрации воды при температуре 10 °С

39

Продолжение табл. 16

Контрольные вопросы

1.Какой вид грунта необходимо применять для устройства песчаного подстилающего слоя (ППС). Какой коэффициент фильтрации должен иметь песок при устройстве данного слоя?

2.Какой коэффициент фильтрации должен иметь грунт при отсыпке мостовых конусов?

3.Как определяют коэффициент фильтрации песчаных грунтов?

4.Что такое гидравлический градиент?

5.Что представляет собой прибор СоюзДОРНИИ для определения коэффициента фильтрации песчаных грунтов?

6. Сколько ударов груза необходимо производить с помощью трамбовки при определении коэффициента фильтрации грунтов?

40

Лабораторная работа № 6

Исследование эффективности использования стабилизирующих добавок для грунтов в комплексе с неорганическим вяжущим

Цель работы: освоить методы получения образцов укрепленных грунтов, подбора состава смеси из грунта, неорганического вяжущего и стабилизирующих добавок и испытаний физико-механических свойств.

Оборудование и материалы: весы, сушильный шкаф, стальные формы, гидравлический формовочный пресс, испытательный пресс, весы, мерный цилиндр, чаша затворения, лопатка, шпатель, штангенциркуль, секундомер/часы, эксикатор, ванна с гидравлическим затвором, морозильная камера, ванна для оттаивания образцов.

Основные понятия

Наиболее распространенные на территории РФ глинистые грунты относятся к связным и обладают высокой прочностью в сухом состоянии и очень малой в водонасыщенном. Кроме того, для них характерно такое явление как пучинистость. Использовать такие грунты в слоях насыпи и, особенно, дорожной одежде нельзя без существенного качественного изменения природных свойств этих материалов. Одними из самых простых методов улучшения характеристик глинистых грунтов является их обработка стабилизирующими добавками для придания им определенных качеств (например, гидрофобности (т.е. водоотталкивающей способности), насыщения ионами кальция для последующего эффективного взаимодействия с портландцементом и др.) и смешение с вяжущими веществами (неорганическими, органическими или их комплексом).

К стабилизаторам грунтов принято относить достаточно широкий круг различных по составу и происхождению веществ, введение которых в малых количествах обеспечивает положительное влияние на физико-механические свойства грунтов. В большинстве случаев для этих целей применяют поверхностно-активные вещества (ПАВ), действие которых способствует изменению гидрофильной природы глинистых минералов на гидрофобную. Добавка содержит в своем составе полярную (гидрофильную) группу и углеводородный (гидрофобный) радикал. Полное или частичное устранение смачивания глинистых