ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОСНОВАНИЙ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ ГОССТРОЯ СССР

РУКОВОДСТВО ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ МОДУЛЯ ДЕФОРМАЦИИ ГРУНТОВ ШТАМПОМ МАЛОЙ ПЛОЩАДИ С КОЛЬЦЕВОЙ ПРИГРУЗКОЙ

МОСКВА —1972

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОСНОВАНИЙ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ ГОССТРОЯ СССР

РУКОВОДСТВО ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ МОДУЛЯ ДЕФОРМАЦИИ ГРУНТОВ ШТАМПОМ МАЛОЙ ПЛОЩАДИ С КОЛЬЦЕВОЙ ПРИГРУЗКОЙ

ИЗДАТЕЛЬСТВО ЛИТЕРАТУРЫ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ М о с к в а — 1 97 2

тивном случае осредняющая прямая проводится через три опытные точки (рис. 4).

4.3. Величину модуля деформации Е в кгс/см² вычисляют по формуле

где \i₀ — коэффициент Пуассона, принимаемый равным 0,3 для песков и супесей, 0,35 для суглинков и 0,42 для глин;

со — безразмерный коэффициент, зависящий от жесткости штампа и формы его

подошвы, принимаемый для круглого штампа равным

0,8;

d'— диаметр штампа в см;

Ар приращение удельной нагрузки на штамп между двумя точками, взятыми на осредняющей прямой, в кгс/см*;

AS — приращение осадки штампа в см между теми же двумя точками, соответствующее Ар.

Для штампа площадью 1000 см² формула (1) принимает вид:

для песков и супесей

£ = 26-^; ,2)

Е = 23-^-.    (4)

AS

Результат определения модуля деформации выражают в целых числах с точностью до десяти.

5. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

5.1.    При производстве работ по испытанию грунтов статическими нагрузками обязательно соблюдение правил техники безопасности для общестроительных и горнопроходческих работ, а также работ, связанных с применением подъемных механизмов и электрических установок.

При этом необходимо пользоваться действующими указаниями и инструкциями по безопасному ведению этих видов работ.

5.2.    Места, где проводятся испытания грунтов статическими нагрузками, должны быть ограждены и хорошо освещены; допуск посторонних лиц к месту испытания категорически воспрещается.

5.3.    Стенки шурфов, проходимых в неустойчивых грунтах, должны быть закреплены. Отвалы грунта должны находиться на расстоянии не менее 1,5 м от края шурфа.

5.4.    Монтаж установки и наблюдения за приборами в процессе испытания необходимо производить при устройстве настила над устьем шурфа.

5.5.    Установка для испытания грунтов статической нагрузкой не должна оставаться в процессе испытания без надзора и должна круглосуточно обслуживаться сменным персоналом.

5.6.    Подводка электросети к месту испытания и подключение к ней установок производятся только специалистами.

5.7.    Электрошкаф, корпус электродвигателя и электро-контактного манометра должны быть надежно заземлены.

Открывать электрошкаф при подключенной электросети запрещается.

5.8.    При работе с насосными станциями и гидродомкратами запрещается:

работать при давлении, превышающем указанное в паспорте установки;

производить различные регулировочные работы при давлении в гидросистеме;

работать при неисправных манометрах.

И

Особое внимание следует уделять плотности соединения штуцеров и манометров.

Обязательно не реже одного раза в месяц испытывать гидросистему в сборе на давление, превышающее максимальное на 10%, с выдержкой под этим давлением в течение часа.

5.9. Демонтаж установок для испытания грунтов статической нагрузкой разрешается лишь после отключения электросети и снятия давления в гидросистеме.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ЗАГЛАВНЫЙ ЛИСТ ЖУРНАЛА

Наименование организации    Пункт.............

Объект ............

Сооружение ..........

ЖУРНАЛ ИСПЫТАНИЙ ГРУНТА СТАТИЧЕСКИМИ НАГРУЗКАМИ

Испытание № ......

Площадь круглого штампа......слс^а    Дата    испытания    . .

Площадь кольца-пригрузки......слс³    Начато.......

Сечение шурфа ............м    Окончено......

Абсолютная отметка:

подошвы штампа...............м

устья выработки...............м

уровня грунтовых вод............м

Ближайшая геологическая выработка (шурф, скважина), № . .

пройденная в мес..........197    . . .г.

Расстояние от места испытания до выработки.........м

Тип измерительных приборов..................

Описание схемы установки ...................

СТРАНИЦА ЖУРНАЛА

Объект...........Испытание    №

Дата к S 8. ю Интервал времени At в ч Удельное давление р в кгс/см1 Показание приборов в мм St+St St+S, 2 AS 2AS 2Д/ Примечание St 5,

13

При нагружении штампов гидродомкратами

Приборы для нагружения круглого штампа

Домкрат №.......грузоподъемностью........ лг

Плунжер площадью......см²

Манометр №......на......атм

Манометр с ценой деления......атм

Приборы для нагружения кольца-пригрузки

Домкрат Ns.......грузоподъемностью..........т

Плунжер площадью......см²

Манометр Ns......на......атм

Манометр с ценой деления......атм

Пригрузка величиной......кгс/см²

Установка весом......кг

Величина нагрузки на круглый штамп

№ ступени Нагрузка Р Удельное Показание (суммарная) давление манометра в атм в т р в кгс/см1 1 2 3 4 5

14

СВОДНЫЙ ЛИСТ ОФОРМ ИСПЫТАНИЯ ГРУН Геологический Абсолютная

График зависимости осадки от времени t в ч i 2    3    4    5    6    7    8    9    10    11    12    13    14    t    вч

S в мм

Масштаб: горизонтальный 6 мм—1 ч;

вертикальный 1 см—1 мм.

Примечания: 1. На геологическом разрезе в графе образцов грунта.

2.    В примечании к геологическому разрезу указывается:

№ . . . расположенной от шурфа на расстоянии.....мъ.

3.    В примечании к таблице результатов испытаний указы .......кг/смЧ.

4.    В штампе организации приводятся номер испытания,

Результаты испытаний

Нагрузка в кгс/сма	Осадка в мм			Время выдержи-вания ступени в ч	Примечание
	за время нагрузки	стабили зирован ная	за ступень

«Разрез выработки» указывается место установки штампа и отбора «Геологический разрез составлен по шурфу № ... и по скважине вается: «Пригрузка на внешний кольцевой штамп составляет , . объект проведения испытания, исполнители.

19

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ГРУНТОВ ШТАМПОМ МАЛОЙ ПЛОЩАДИ С КОЛЬЦЕВОЙ ПРИГРУЗКОЙ КОНСТРУКЦИИ НИИ ОСНОВАНИЙ И ГПИ ФУНДАМЕНТПРОЕКТ

Установка является сборно-разборной и имеет упоры из винтовых анкерных свай. Предусмотрены два взаимозаменяемых варианта нагружения штампов:

гидравлический при помощи гидродомкратов с автоматической и ручной подачей давления;

механический при помощи рычажной системы, загружаемой тарированными грузами. Техническая характеристика установки приведена в табл. 2.

Таблица 2 Техническая характеристика установки

Наименование Единица измерения Количество Площадь внутреннего круглого штампа СМ2 1000 Площадь внешнего кольцевого штампа . » 4000 Максимальное рабочее усилие, допускаемое при нагружении внутреннего штампа кгс 5000 Максимальное рабочее усилие, допускаемое при нагружении внешнего кольцевого штампа ............. » 4000 Максимальная глубина проведения испытаний в открытых выработках .... м 6 Гидравлическая система naZi Максимальное рабочее давление, допускаемое в гидросистеме при нагружении внутреннего круглого штампа...... р ужения атм 80 Максимальное рабочее давление, допускаемое в гидросистеме при нагружении внешнего кольцевого штампа ...... » 65 Гидродомкраты грузоподъемностью . . т 25 Вес установки с гидравлической системой нагружения ............ кг 750 Механическая система нагружения с помощью рычагов Отношение плеч рычага при нагружении внутреннего круглого штампа ...... Отношение плеч рычага при нагружении внешнего кольцевого штампа .....* _ 1 :40 — 1 * 40 Вес установки с механической системой нагружения............... кг 800

21

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.    Руководство составлено в соответствии со стандартом ГОСТ 12374-66 «Грунты. Метод полевого испытания статическими нагрузками».

1.2.    Настоящим Руководством рекомендуется пользоваться при испытаниях грунтов статическими нагрузками с помощью штампа малой площади с кольцевой пригрузкой для определения модуля деформации (сжимаемости) грунтов непосредственно на месте их залегания.

1.3.    Руководство распространяется на все номенклатурные виды песчаных и глинистых грунтов в талом состоянии с природной влажностью при исследованиях их для устройства оснований фундаментов зданий и сооружений.

Руководство не распространяется на глинистые грунты текучей консистенции В> 1, имеющие коэффициент пористости е > 1,5.

1.4.    Испытания грунтов штампом малой площади с кольцевой пригрузкой производят в открытых или подземных горных выработках (шурфах, котлованах, штольнях, штреках и т. п.) и выполняют их для исследования грунтов, залегающих выше уровня грунтовых вод.

Примечание. В случае испытания в открытых выработках обводненных грунтов необходимо применять открытый водоотлив из специально устроенных в дне выработки приямков (зумпфов). Схема водоотлива должна указываться в журнале испытаний грунта статическими нагрузками.

1.5.    Характер залегания, толщина и степень однородности слоев грунта, подлежащих испытаниям статической нагрузкой, устанавливаются по результатам проходки технической выработки, которая должна быть расположена от места испытания не далее 10 м, а в случае сложного геологического напластования не далее 5 м. Выработка для испытания грунтов статической нагрузкой должна иметь высотную отметку, увязанную с репером.

1.6.    При испытании грунтов штампами необходимо соблюдать следующие условия:

сохранность природного сложения грунтов под штампом;

центральную передачу нагрузки в продолжение проведения испытания;

плотное прилегание подошвы штампа к грунту;

постоянство режима и условий испытания (поддерживание заданной величины давления на штамп, предохранение

3

грунта под штампом во время испытания от замачивания, замораживания и т. п.).

1.7,    Для испытания грунта статической нагрузкой с помощью штампа малой площади с кольцевой пригрузкой применяется сборный штамп, состоящий из внутреннего круглого штампа площадью 1000 см² и внешнего штампа — кольца, служащего для создания боковой нагрузки. Площадь внутреннего и внешнего штампов должны составлять в сумме 5000 см².

Конструкция установки должна обеспечивать раздельную передачу нагрузки на внутренний штамп и внешний штамп — кольцо.

1.8.    Пригрузка, передаваемая на внешний штамп—кольцо, должна быть равна природному давлению на грунт р₀ в кгс/см² (давление веса столба грунта от отметки рельефа места испытания до отметки подошвы штампа) и поддерживаться постоянной в продолжение всего испытания.

2. ПОДГОТОВКА К ПРОВЕДЕНИЮ ИСПЫТАНИЯ ГРУНТА В ШУРФЕ

2.1.    Испытание грунта в шурфе предусматривает следующие операции: проходку шурфа, монтаж установки, испытание грунтов, демонтаж установки и засыпку шурфа.

2.2.    Размеры и форма шурфа в плане устанавливаются в зависимости от его глубины, удобства проходки, зачистки поверхности грунта и установки штампа на дно шурфа, а также в зависимости от необходимости крепления его стен. Минимальный размер шурфа в плане должен быть 1,5 х 1,5 ж.

2.3.    При проходке шурфов отвалы земли укладываются на расстоянии не менее 1,5—2 м от края шурфа и используются для обваловывания и предохранения шурфов от затопления дождевыми и талыми водами. С этой же целью над шурфами устраиваются навесы.

Поверхность земли около шурфов планируется так, чтобы сток дождевых и талых вод был направлен в стороны от шурфов.

2.4.    Для защиты исследуемого слоя от выветривания шурфы проходят с недобором грунта до проектной отметки не менее чем на 0,3 м. Защитный слой грунта снимается непосредственно перед установкой штампа.

2.5.    Для определения физико-механических характеристик испытываемого грунта в лабораторных условиях в проходимом шурфе вне контура штампа на отметке его установ-

ки отбирают образцы грунта. Образцы отбирают перед установкой штампа. В глинистых грунтах образец вырезается в виде монолита размером 200 X 200 х 200 мм. В песчаных грунтах образец отбирается путем задавливания металлического тонкостенного стакана. Образовавшаяся при этом выемка должна быть плотно заполнена грунтом.

В случае однородного грунта образцы могут быть отобраны несколько выше подошвы штампа одновременно с выемкой шурфа до проектной отметки.

2.6.    Поверхность грунта в пределах площади установки штампа тщательно планируется горизонтально. При испытании глинистых грунтов устраивается подготовка из слоя мелкого или средней крупности маловлажного песка толщиной не более 1 см.

2.7.    Установку штампа на грунт или подготовку выполняют, предварительно скрепив внутренний штамп и внешний штамп-кольцо. Подошва штампа смазывается вязким техническим маслом. Для достижения плотного контакта грунта (подготовки) со штампом производят не менее двух поворотов штампа вокруг его вертикальной оси, меняя направление поворота. Горизонтальность положения штампа проверяется уровнем. После этого винты, скрепляющие внутренний штамп и внешний штамп-кольцо, открепляются.

2.8.    Производят монтаж установки в целом. Все операции, связанные с монтажом, должны проводиться осторожно, без передачи ударов на штамп или на грунт.

2.9.    Прогибомеры для измерения осадки внутреннего штампа устанавливают после окончания монтажных работ на специальном реперном устройстве. Осадку внешнего штампа-кольца не измеряют. Реперное устройство состоит из двух параллельных брусьев, закрепленных на четырех свайках-реперах, которые попарно забиваются в грунт по обе стороны шурфа на расстоянии 1,5—2 м от его края. Расстояние между параллельными брусьями, к которым крепятся прогибомеры, принимается примерно равным диаметру штампа. Глубина забивки сваек-реперов в грунт должна составлять не менее 50 см и обеспечить, их неподвижность во время проведения испытания. Допускается для крепления прогибомеров применять иные устройства, обеспечивающие правильность фиксации осадок штампа.

2.10.    Прогибомеры соединяются с внутренним штампом стальной проволокой, диаметр которой принимается в соответствии с паспортными данными прогибомера от 0,25—

до 0,5 мм. Стальная проволока предварительно должна быть подвергнута оттягиванию в течение двух дней грузом 4 кг.

При резких суточных колебаниях температуры воздуха необходимо вносить поправки к величине осадки штампа за счет изменения длины проволоки в результате температурных воздействий. Эти поправки могут быть найдены по показаниям контрольного прогибомера, не связанного со штампом и измеряющего только температурные деформации проволоки. Для этого конец проволоки контрольного прогибомера прикрепляется к свайке-реперу, которая заделывается в стенку шурфа вблизи дна шурфа.

2.11.    Брусья, прогибомеры и стальная проволока должны быть защищены навесом, а с боков — деревянными щитами или листами рубероида от действия солнечных лучей, ветра и атмосферных осадков.

Для предотвращения высыхания грунта под штампом в процессе испытания рекомендуется штамп и дно шурфа вокруг него прикрывать слоем влажного грунта или влажных опилок толщиной 10—15 см.

2.12.    Нагрузки на штамп следует передавать гидравлическими домкратами с автоматическим регулированием давления жидкости или с помощью рычагов и тарированного груза. Гидравлические домкраты должны иметь грузоподъемность не более 50 т.

Нагрузки должны передаваться строго по центру штампа. Анкерные сваи, воспринимающие нагрузки, должны располагаться не ближе чем 0,75 м от стенки шурфа и завинчиваться до его отрывки.

3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ

3.1.    Испытания выполняют после предварительного уплотнения грунта нагрузкой, равной природному давлению р$ в кгс/см² на грунт на отметке подошвы штампа, но не менее 0,5 кгс/см².

Нагрузку предварительного уплотнения создают одновременно на внутреннем и внешнем штампах.

3.2.    Величина нагрузки, передаваемой на внешний штамп, поддерживается постоянной в процессе всего испытания и равной нагрузке предварительного уплотнения.

Величина давления на внутренний штамп повышается последующей загрузкой внутреннего штампа.

3.3.    Предварительное уплотнение грунта и последующую загрузку внутреннего штампа производят ступенями удельных нагрузок р в кгс/см²:

6

Для плотных песчаных грунтов ... по 1 кгс/см² » песчаных грунтов средней плотности ..............»    0,5    »

» рыхлых песчаных грунтов ....    >    0,25    »

Для глинистых грунтов удельные нагрузки р назначаются в зависимости от величин е и В соответственно табл. 1.

Таблица 1 Величины ступеней удельных нагрузок

Консистенция грунта В Величины ступеней удельных нагрузок р в кгс(сн% при коэффициенте пористости е е<0,5 0,5<е<0,8 е>0,« В< 0,25 1 j 0,5 0,25<Я<0,75 1 0.5 0,5 В >0,75 0,5 0,25 0,25

В первую ступень нагрузки предварительного уплотнения включают вес деталей установки, оказывающих давление на штамп.

3.4.    При предварительном уплотнении грунта каждую ступень нагрузки р выдерживают:

Для песчаных грунтов...........5 мин

» глинистых »     .....    30 *

Конечную ступень нагрузки предварительного уплотнения выдерживают до условной стабилизации осадки. При последующей загрузке внутреннего штампа каждую ступень нагрузки выдерживают до условной стабилизации осадки, но не менее времени выдерживания предыдущей ступени нагрузки.

3.5.    За условную стабилизацию осадки принимают приращение осадки, не превышающее 0,1 мм за время:

Для песчаных грунтов ............1ч

ъ глинистых »     2»

3.6.    Измерение осадок производят с точностью 0,1 мм. Осадку внутреннего штампа определяют как среднее арифметическое из показаний двух прогибомеров, фиксирующих осадку двух противоположных сторон внутреннего штампа.

7

Прогибомеры должны иметь паспорт, подтверждающий точность измерения 0,1 мм и прохождение государственной проверки.

3.7.    Отсчеты по прогибомерам после приложения каждой ступени нагрузки производят:

при испытании песчаных грунтов — через каждые 10 мин в течение первого часа и через каждые 20 мин в течение второго часа, далее через каждый час до условной стабилизации;

при испытании глинистых грунтов — через каждые 15 мин в течение первого часа и через 30 мин в течение второго часа, далее через каждый час до условной стабилизации.

3.8.    В процессе проведения испытания строят графики зависимости осадки от нагрузки S = f(p) и осадки от времени S = f(f) для внутреннего штампа.

Одновременно с построением графика 5 = f(p) вычисляют величину приращения осадки штампа для каждой ступени нагрузки p_t по сравнению с предыдущей

3.9. Общее количество ступеней нагрузки при испытании, включая ступень нагрузки предварительного уплотнения, соответствующую р_б, должно быть не менее пяти. При этом если окажется, что для третьей ступени нагрузки, включая ступень, соответствующую р_б, приращение осадки будет в два и более раза больше, чем для предыдущей ступени нагрузки, испытание исследуемого грунта необходимо проводить с меньшими по величине ступенями удельных нагрузок (п. 3.3).

3.10. После демонтажа установки должна быть проконтролирована однородность испытанного грунта на глубину не менее 0,7 м путем углубления шурфа или зондирования.

4. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ МОДУЛЯ ДЕФОРМАЦИИ

4.1. В процессе производства работ и при обработке результатов испытаний грунтов статической нагрузкой ведется техническая документация, включающая:

полевой журнал (приложение 1);

графики зависимости осадки от нагрузки S = f(p) и осадки от времени S = /(/), которые сопровождаются таб

8

лицей результатов испытания, сводной таблицей физических свойств грунтов, подвергнутых испытанию, и геологическим разрезом грунта на месте испытания (см. приложение 2).

Для построения графика S = f{p) откладывают по оси абсцисс величины р в кгс/см² и по оси ординат — соответствующие им условно стабилизированные значения S в мм (рис. 1).

Для построения графика S — f(t) откладывают по оси абсцисс время t в ч и по оси ординат — соответствующие значения S в мм (рис. 2).

		Р--й5кгск* 1
		—Р’Юкгс/см3
			—Д=15кгс/см2
				- Р--20кгс}с*			7
							г~Р-Ъ		рок

Рис. 1. График зависимости осад- Рис. 2. График зависимости ки штампа от удельной нагрузки осадки штампа от времени

Масштаб графиков принимают:

Для р (по горизонтали) I кгс/см².......40 мм

» S (по вертикали) 1 мм ... ......10 »

» t (по горизонтали) 1ч..........6»

4.2. Модуль деформации (сжимаемости) Е грунта вычисляют для прямолинейного участка зависимости осадки внутреннего штампа от нагрузки.

Через опытные точки, нанесенные на график, проводят методом наименьших квадратов или с помощью графических методов осредняющую прямую.

За начальные значения р₀ и 5₀ (первая опытная точка, включаемая в осреднение) принимают удельную нагрузку, равную р_б (п. 3.1), и осадку, соответствующую этой нагрузке. За конечные значения р_и и S_n принимают значения р и S, соответствующие четвертой точке, если приращение осадки для этой точки не будет в два и более раза больше, чем для предыдущей ступени нагрузки (рис. 3). В про-

9