ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ И МАКСИМАЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ СКЕЛЕТА ГРУНТА МЕТОДОМ СТАНДАРТНОГО УПЛОТНЕНИЯ

Общие положения. При проектировании и строи­тельстве земляных сооружений из песчаных и глинистых пород необходимо обеспечить наибольшую их устойчивость и прочность. Это достигается уплотнением пород (укаткой, трамбованием, виброуплотнением) до максимальной плотности при оптимальной влаж­ности.

Грунт в насыпи находится в трехфазной состоянии (грунт + воздух + вода), и уплотнение его происходит за счет перемещения грунтовых частиц и сопровождаются вытеснением воздуха из пор. При одинаковой затрате усилий уплотнение зависит от влажности грунта.

Маловлажные грунты уплотняются плохо, так как грунтовые агрегаты (комочки) при этом обладают высокой прочностью, между частицами грунта развивается трение, препятствующее их взаим­ному перемещению в процессе уплотнения. С повышением влажности до определенного предела плотность скелета грунта увеличи­вается. Насыщенные водой грунты трудно уплотнить по другой причине. Уплотняющее воздействие (удар трамбовки, проход кат­ка и т.п.) обычно кратковременно. Поэтому нагрузка восприни­мается, главным образом, поровой водой, которая не успевает отжаться из грунта, а скелет грунта не успевает включиться в работу.

Влажность грунта, при которой достигается заданное его уплотнение при наименьшей затрате уплотняющей работы, называ­ется оптимальной.

При оптимальной влажности можно достичь наибольшего уплот­нения, поскольку в этом случае комочки разрушаются относитель­но легко частицы грунта, имея на контактах смазку в виде пленки воды, смещаются друг относительно друга и более компак­тно укладывается в объеме грунта. При оптимальной влажности часть порового объема заполнена воздухом, который сжимается и не препятствует уплотнению.

Оптимальная влажность зависит от состава грунта, харак­тера уплотняющего воздействия, его интенсивности и количества затраченной на уплотнение работы. Например, оптимальная влажность супесей составляет 9 – 15%, суглинков 15-22% и т.д. Чем интенсивнее уплотнявшее воздействие (скажем, больше вес катка), тем ниже оптимальная влажность.

Строительные нормы (СНиП П-Д.5-72) требуют, чтобы уплот­нение грунтов при укладке в тело насыпи автодороги производилось при оптимальной влажности. Если влажность ниже оптимальной, при­ходится прибегать к искусственному увлажнению грунта; выше опти­мальной - просушиванию.

Оборудование. Прибор стандартного уплотнения (рис.4, табл.11). Сито с отверстиями диаметром 5 мм; тарелочные и технические весы с набором гирь и разновесов; бюксы для определения влаж­ности; мерный цилиндр; противень с воздушно-сухими грунтом; нож; совок; шпатель; сушильный шкаф; ступка с пестиком; метал­лическая чашка емкостью 3-4 л для приготовления грунтовой смеси.

Таблица 11

Характеристика прибора стандартного уплотнения

Рис. 4. Cхема прибора Союздорнии для стандартного уплотнения

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

Подготовительные работы

1. Отбирают пробу воздушно-сухого грунта массой 3,0-3,5кг.

2. Если в грунте имеется комки, их предварительно измель­чают в ступке.

3. Отобранную и измельченную пробу грунта просеивают через сито с отверстиями 5 мм.

4. Производится сборка прибора. Половинки рабочего ци­линдра соединяют, на них надевают неразъемный цилиндр и в таком виде цилиндр укрепляют в поддоне прибора сильной затяжкой винтов, так, чтобы плоскость разъема была перпендику­лярна оси зажимных винтов.

5. Взвешивают на тарелочных весах пустой прибор стандар­тного уплотнения,

6. Смазывают внутреннюю часть цилиндра техническим вазе­лином.

Ход работы.

1.B металлическую чашку отвешива­ют пробу воздушно-сухого грунта, просеянного через сито, в количестве 3,0 кг.

2. Определяютколичество воды, которое необходимо добавить к исходной навеске грунта для получения следующих влажностей: 1, 6, 8, 10, 12, 14%, используя формулу

где g-масса грунта, подлежащего увлажнению, г; W- требуемая влажность; W_1-влажность грунта в исходном состоянии, %.

В лабораторной работе для повышения влажности на 2-3%добавить 50 г воды.

3. В чашку с грунтом с помощью мензурки добавляют, тре­буемое количествоводы с одновременный тщательны перемещением до равномерного увлажнения.

4. Рабочий объем цилиндра прибора заполняют увлажненным грунтом на одну треть высоты цилиндра.

5. В цилиндр вставляют пуансон со штоком и трамбовкой.

6. Производят стандартное уплотнение (см.табл. II).

7. Снимается шток с трамбовкой и в цилиндр добавляется грунт до двух третей его высоты. Производится уплотнение аналогично п.6.

8. Снимают шток с трамбовкой, устанавливают, насадку и в цилиндр укладывают, новый объем грунта. Укладку грунта следует прекратить, когда поверхность грунта будет превышать верхнюю кромку разъемного цилиндра примерно на 10 им. Уплотне­ние грунта аналогично п.6.

9. После окончания уплотнения с цилиндра снимают шток с трамбовкой, насадку и выступающий грунт осторожно срезают ножом по верхней кромке.

10. Прибор с уплотненным грунтом взвешивают на тарельча­тых весах с точностью до I г.

11. Грунт из цилиндра высыпают обратно в чашку, перемеши­вают и отбирают пробу массой 10-15 г для определения влаж­ности термостатным методом.

12. Результаты опыта заносят в табл.12.

13. Весь грунт, как после опыта, так и первоначальный перемешивают

14. Операции, описанные в п.п. 3-12, повторяют 5 раз с добавлением каждый раз 50 г воды.

Результаты определения.

I. По данный определения для каждого опыта определяют влажность, плотность влажного и плотность скелета грунта по формулам:

влажность грунта

W=

где g_в - масса влажного грунта, г; g_с- масса сухого грунта, г; g_б - масса бюксы, г.

плотность грунта

где Р₁ - масса цилиндра с уплотненным грунтом, кг; Р₂ - мас­са пустого цилиндра, кг; V - объем цилиндра, м³ ; Плотность скелета грунта

2. Строится график зависимости плотности скелета грунта от влажности при уплотнении (рис.5). Масштабы графика:

по оси ординат I см = 0,02 г/сн³ (плотность скелета);

по оси абсцисс I см = 2% (влажность).

3. По графику определяет величину оптимальной влажности -на переломе кривой., которой соответствует максимальная стан­дартная платность.

4. Определяют требуемую плотность грунта:

,

где К₀ - минимальный коэффициент уплотнения К = 0,8-1,0. Все данные определения заносят в табл.12.

Рис. 5. График зависимости плотности скелета грунта от влажности при уплотнении

Таблица 12

Форма записи данных при определении оптимальной влажности и максимальной плотности грунта

Грунт_______________________________________________

Навеска грунта_______________________________________

Число 'ударов________________________________________

Количество добавляемой воды__________________________