Файл: Трофименков Ю.Г. Полевые методы исследования строительных свойств грунтов.pdf

Суммарная осадка, зафиксированная за все ступени нагруз­ ки, называется полной осадкой. Полная осадка, т. е. деформа­ ция, состоит из остаточной и упругой деформаций, которые оп­ ределяют наблюдениями при разгрузке штампа.

Удельное давление под штампом, соответствующее на гра­ фике S=f(p) точке, характеризующей начало криволинейного участка, принято называть пределом пропорциональной зависи­ мости рП-

Полная осадка, так же как остаточная и упругая деформа­ ции, служит только для качественной характеристики грунта. Величина полной осадки при равных критических нагрузках указывает на большую или меньшую сжимаемость и прочность грунта.

Так, у глинистых грунтов упругая деформация обычно боль­ ше, чем у песков. Удельное давление на грунт, соответствующее пределу пропорциональной зависимости, до известной степени является количественной характеристикой и в некоторых случа­ ях может применяться в качестве нормативного давления на грунт.

Следует отметить, что график S=f (p) часто имеет не такой идеальный вид, как показано на рис. 11. Рассмотрим несколько наиболее часто .встречающихся типов этого графика.

При нагружении штампа первыми ступенями нагрузки осад­ ка происходит не за счет уплотнения слоя испытываемого грун­ та по всей площади штампа, а за счет обжатия отдельных вы­ ступающих участков, уплотнения разрыхленной поверхности или выпора из-под штампа переувлажненного разжиженного грунта.

Таким образом, осадка AS (см. рис. 12) не характеризует сжимаемость испытываемого грунта, и поэтому во избежание искусственного занижения его несущей способности «е должна учитываться при определении модуля деформации Е по графи­ ку приведенного типа.

2. На первых ступенях нагрузки осадки отсутствуют, и кри­ вая графика начинается не с 0, а при некотором удельном дав­ лении р\ (рис. іІЗ).

Отсутствие осадки на первых ступенях нагрузки часто пыта­ ются объяснить тем, что измерительные приборы включают по­ сле окончания монтажа всей установки, и, следовательно, осад­ ки, происшедшие под воздействием собственного веса установки

40

(который входит в общую нагрузку на штамп), остаются неуч­

тенными.

Несомненно, что некоторая часть осадки, которая происходит от собственного веса установки, может остаться не измеренной. Однако собственный вес установки даже при испытании в шур­ фе на глубине 5 м не превышает 500 кг и, следовательно, удель­ ное давление на труінт при штампе площадью 5000 см2 состав­ ляет не более 0,1 кгс/см2. Это в несколько раз меньше давления,

тем более объяснить отсутствие осадки на первых ступенях на­ грузки.

Попытка объяснить отсутствие осадки влиянием бытового давления также не убедительна. В подавляющем большинстве случаев даже при испытаниях на глубине 20 м и более (где бы­ товое давление превышает 3 кгс/см2) осадки наблюдаются с на­ чала приложения нагрузки первой ступени.

Объяснение рассматриваемому явлению, т. е. отсутствию осадок на первых ступенях нагрузок, по-видимому, следует искать не в бытовом давлении и не в собственном весе установ­ ки, а в свойствах самого грунта, в его структурной прочности.

При деформации грунта под нагрузкой происходит взаимное перемещение слагающих его частиц и изменение его структуры. Для того чтобы частицы могли взаимно перемещаться, необхо­ димо преодолеть силы, препятствующие этому .перемещению,— силы трения и оцепления. Если эти силы превышают величину бытового давления и давления от собственного веса установки, то осадки при первых нагружениях штампа отсутствуют, что происходит в так называемых переуплотненных грунтах.

Только при испытании очень слабых сильносжимаемых грунтов, когда первые ступени нагрузки принимаются меньше 0,25 кгс/см2, а давление на пределе пропорциональной зависимо­ сти мало и не превышает 1—1,5 кгс/см2, осадки от собственного: веса установки могут иметь существенное значение. При этом: численное значение осадки, которая произошла до включения измерительных приборов, принимается равным отрезку AS,. отсекаемому на оси ординат продолжением прямолинейного' участка кривой (см. рис. 13). К сказанному добавим, что при испытании переуплотненных грунтов или грунтов с высокими структурными связями, осадки при нагрузках первых ступеней весьма незначительны и могут быть не обнаружены вследствие

недостаточной чувствительности примененных измерительных приборов.

3. Осадки, закономерно возрастающие с увеличением наг­ рузки, при достижении некоторого давления рі начинают умень­ шаться, и кривая графика становится более пологой (рис. 14).

Такой вид график приобретает при наличии на небольшой глубине под штампом в слое испытываемого грунта или под

41

P i P, кгс/ CM ?

— п : 1 4

" V

'і к.

■тс

1V

S} мм

Р-ис. 14. График S = f(p). Незако­ номерное уменьшение осадш пои росте иатрузіки

Рнс. .15. График S = f{p). Иераииомерный прирост осадок по ступеням нагрузки

ним прослойки более плотного грунта или крупных включений (камней, валунов).

Результаты такого испытания использоваться не могут Грунт под штампом должен быть проверен .с помощью шурфа, а испытание повторено на новой точке.

4. Осадки за отдельные промежуточные ступени нагрузк изменяются без видимой закономерности и имеют значения, меньшие или большие, чем за предыдущую и последующие сту­ пени нагрузки (рис. 15).

Такие отклонения объясняются неисправностями гидравли­ ческого домкрата, например «заклиниванием» штока при пере­ косе упорной балки вследствие выдергивания анкерных свай, неисправностью измерительных приборов, несвоевременным по­ лучением отсчетов или получением ошибочных отсчетов.

От использования этого графика следует отказаться.

3. ИСПЫТАНИЯ ГРУНТА В СКВАЖИНАХ

Испытания грунтов в шурфах проводят при глубине уста­ новки штампа, не превышающей обычно 5 м.

При необходимости испытания на большей глубине, а также при наличии выше отметки установки штампа водонасыщенных

•грунтов, затрудняющих проходку шурфов, испытания штампами проводят в буровых скважинах. Учитывая, что основным факто­ ром, определяющим достоверность установления модуля дефор­ мации пробными нагрузками, является качество подготовки ос­ нования при установке штампа, испытания в скважинах следу­ ет считать менее надежными, чем в шурфах, и к результатам таких испытаний подходить осторожно.

42

Оборудование

Штампы. Для испытаний в скважинах используют круглые в' плане штампы площадью 600 см2 (диаметром 27,7 см). Штамп опускают в закрепленную обсадными трубами скважину диамет­ ром 326 мм на трубах диаметром 219 мм. В зависимости от ви­ да грунта и условий проведения опыта применяют различные штампы, конструкция которых определяется необходимостью подготовки (выравнивания) забоя скважины и достижения наи­ более полного контакта между нижней плоскостью штампа и грунтом.

Для испытания маловлажных глинистых и песчаных грунтов, залегающих выше уровня грунтовых вод, применяют штамп, конструкция которого показана на рис. 16. Перед опусканием такого штампа забой скважины предварительно выравнивают специальным завистным ножом.

Для испытаний песчаных грунтов, залегающих ниже уровня грунтовых вод, когда невозможно предварительно выровнять забой скважины, применяют штамп, снабженный зачистными ножами (рис. 17). Контакт между грунтом и нижней плоскостью такого штампа достигается вращением (притиркой) штампа по­ сле опускания в скважину без отрыва от забоя.

Для испытания глинистых грунтов, находящихся в мягкопластичном и текучем состоянии, применяется штамп с фильт­ ром. При установке такого штампа забой скважины выравнива­ ется так же, как для маловлажных глинистых и песчаных грун­ тов, залегающих выше уровня грунтовых вод.

Как уже отмечалось, основным недостатком испытаний грунтов в скважинах является невозможность надежного конт­ роля над контактом между грунтом и штампом при его установ­ ке, что особенно важно при проходке мелкозернистых песков и супесей, залегающих ниже уровня грунтовых вод.

Это обстоятельство приводит к необходимости разработки конструкций штампов, позволяющих более надежно устанавли­ вать их в забой скважины. Одной из таких конструкций являет­ ся штамп, снабженный поворачивающимися ножами, которые при зачистке забоя скважины и установке штампа в забой от­ крываются, а при производстве испытаний закрываются, обра­ зуя с днищем сплошную ровную поверхность. Открываются и за­ крываются ножи поворотом штанг.

Установки для нагружения штампа. Установки для нагру­ жения штампа при производстве статических испытаний в сква­ жинах, так же как при производстве испытаний в шурфах, под­ разделяются на установки с гидравлическими домкратами и установки с нагружаемой подвесной платформой.

Установки с гидравлическими домкратами. Для упора гид­ равлического домкрата при испытаниях грунтов статическими

43

Рис. IT. Штамп для испы­ таний песчаных грунтов,

залегающих миже уровня грунтовых вод ..

44

нагрузками применяют устройства с винтовыми анкерными сваями и -с использованием обсадной трубы.

меньшие нагрузки, не превышающие 3—6 тс. Б соответствии с этим для упорнаго устройства, воспринимающего реактивное усилие от домкрата, достаточно обычно двух винтовых свай.

Упорное устройство состоит из трубы-стойки диаметром 219 мм, нижний .конец которой упирается в штамп, а на верхний, снабженный подкладкой из листового железа, устанавливается гидравлический домкрат. Домкрат выдвижной головкой упира­ ется в упорную балку, удерживаемую двумя винтовыми сваями и прикрепленную к ним с помощью анкерных болтов и балок анкерной системы.

При усилии, не превышающем 6 тс (удельное давление под штампом до 10 кгс/см2), и расстоянии между анкерными сваями 3 м в качестве упорной принимается двутавровая балка № 40. Труба-стойка, длина которой определяется глубиной установки штампа, состоит из отдельных отрезков, соединяемых с по-

Рис. 18. Установка для испыта­ ний г.рунто-в штам­ пом 600 см2 с вин­ товыми анкер­

ными сваями

/ —штамп; 2 — муф­

мощью муфт на резьбе. Для испытаний в скважинах .применяют те же винтовые сваи, что и для испытаний в шурфах.

возможно при достаточной глубине скважины, когда трение об­ садной трубы о грунт обеспечивает необходимое сопротивление выдергиванию.'

Установка с нагружаемой подвесной платформой. іПри испы­ тании штампом площадью 600 см2 необходимая нагрузка редко превышает 3 —4 тс, поэтому монтаж установки при этих нспы-

45