Руководство по геотехническому контролю за подготовкой оснований и возведением грунтовых сооружений в энергетическом строительстве (стр. 33 )

. (54)

Площадь контакта вибровалец-грунт в конце процесса уплотнения определяется по формуле:

F = aв l,

где aв - величина хорды, стягивающей часть погруженной в грунт окружности вальца катка, м; l - длина вибровальца в м, определяется по технической характеристике виброкатков (см. табл. 34).

Величина хорды определяется по формуле:

, (55)

где a - коэффициент, принимаемый равным 4; A - коэффициент пропорциональности между величинами напряжений и импульса одиночного виброудара на контакте вибровалец-грунт; ориентировочно для связных грунтов можно принять равным 214 1/c; Rв - радиус вальца в м, определяется по технической характеристике (табл. 34); E0 - модуль деформации грунта в Н/м2, для связных грунтов оптимальной влажности в конце процесса виброуплотнения принимается равным 15х107 Н/м2; Jв - импульс одиночного виброудара, равный:

. (56)

Соотношение между величинами вынуждающей силы и массой вибровальца с пригрузом b определяет режим работы механизма. При b < 2,0 виброкаток работает в вибрационном режиме. Для уплотнения связных грунтов пригодны виброкатки, работающие в ударно-вибрационном режиме, т. е. при b ³ 2,0. Величина b определяется по формуле:

b = Po / (mв g), (57)

где mв - масса вибровальца с пригрузом (кг) определяется по технической характеристике катка (табл. 34).

7.12.6.3. Обычно уплотнение грунтов виброкатками производится за 6-8 проходов по одному следу, время действия вибронагрузки за один проход не превышает 0,5-1,0 с.

При лабораторном уплотнении грунтов рекомендуется величины максимального удельного одиночного виброударного импульса iy,max и b принимать равными натурным для конкретных типов виброкатков в соответствии с теорией моделирования. Значения iy,max и b определяются по формулам (53) и (57).

Рекомендуется виброуплотнение производить в течение 15-20 с. Уплотнение производится на вибростенде конструкции ВНИИГ им. [119]. Стенд устроен следующим образом (рис. 19). Вибраторы 1 общего назначения типа ИВ-104 (2 шт.) установлены на раме 2, которая смонтирована в вертикальных трубчатых направляющих 3. Направляющие 3 приварены к плите 4. Рама 2 снабжена крюками 5, на которые подвешены рамки 6 со съемными пригрузочными плитами 7. Рама 2 снабжена также виброштампом 8, который входит в форму для грунта 9. Диаметр виброштампа должен соответствовать требованиям п.7.12.3 настоящего Руководства.

Форма для грунта состоит из двух откидных обечаек, которые в рабочем состоянии скреплены между собой болтовым соединением, а сама форма крепится к плите 4 с помощью 2-х прижимов 10. Плита 4 закреплена на фундаменте 11, на котором также закреплена лебедка 12. Лебедка служит для подъема-опускания рамы с вибраторами. Трос лебедки соединен с рамой 2, проходит через два блока 13, далее соединен с пружиной сжатия 14, которая предохраняет лебедку от передачи на нее динамических усилий от рамы с вибраторами. Блоки 13 смонтированы на опорной раме 15, которая служит также для фиксации направляющих 3 и придания им жесткости.

Рамки 6 выполнены из двух частей, из которых одна непосредственно подвешена к крюку рамы 2, а вторая нагрузочная рама 16 - соединяется с первой через две пружины. Рамки 6 закрыты ограждениями 17. Вибраторы ИВ-104 имеют суммарную мощность 0,37х2=0,74 кВт.

Рис. 19. Схема установки для виброуплотнения грунтов

(экспликация в тексте).

7.12.6.4. Виброуплотнение грунта проводят последовательно с отдельными пробами грунта при значениях влажности, установленных в п.7.12.2.

Каждую отдельную пробу следует испытывать не более трех раз. При испытании грунтов, содержащих зерна, легко разрушающиеся при уплотнении, каждую пробу испытывают только один раз. Уплотнение грунта каждой пробы должно выполняться одним слоем. Рекомендуется толщину уплотняемого слоя грунта в рыхлом состоянии принимать равной 0,6-0,7 диаметра штампа.

Подготовленную навеску грунта укладывают в форму и производят предварительное уплотнение массой невибрирующего рабочего органа. Затем поднимают рабочий орган, включают возбудитель колебаний, опускают пуансон на поверхность грунта и уплотняют его.

После окончания уплотнения производится определение плотности и влажности грунта по ГОСТ 5180-84.

7.12.6.5. По полученным в результате испытаний данным составляют кривую зависимости плотности сухого грунта от влажности (рис. 20). Находят максимум полученной зависимости и соответствующие ему величины максимальной плотности сухого грунта (rd,max) на оси ординат и оптимальной влажности (Wopt) на оси абсцисс.

Рис. 20. График зависимости плотности сухого грунта от влажности при виброударном уплотнении удельным импульсом одиночного удара, равным 49,25х102 Нс/м2

7.12.6.6. Полученное максимальное значение плотности сухого грунта характеризует значение плотности грунта на поверхности уплотненного слоя в конце процесса уплотнения для данной величины удельного одиночного виброударного импульса.

7.12.6.7. Если в грунте содержались зерна крупнее 10 мм, которые перед испытанием были удалены из пробы грунта, то для учета влияния таких зерен на величины максимальной плотности сухого грунта и оптимальной влажности необходимо полученные значения rd,max и Wopt для части пробы, прошедшей сквозь сито с отверстиями размером 10 мм, пересчитать на значения и для исследуемого грунта в целом (с включением зерен крупнее 10 мм) по формулам (49) и (50).

7.12.6.8. Для плотин I и II классов капитальности окончательный выбор значений максимальной плотности и оптимальной влажности следует производить после проведения уплотнения грунта в опытных насыпях механизмами, которые предполагается использовать при возведении грунтового сооружения.

7.13. Методы расчета пористости, коэффициента пористости, степени влажности грунта

7.13.1. Под пористостью грунтов понимают наличие в них пустот (пор). Количественно пористость (n) обычно выражают процентным отношением объема пустот к общему объему грунта и вычисляют по формуле:

n = [(rs - rd) / rs] · 100%, (58)

где rs - плотность частиц грунта, г/см3; rd - плотность сухого грунта, г/см3.

7.13.2. Коэффициентом пористости или приведенной пористостью (e) называется отношение объема пор к суммарному объему твердых частиц грунта. Расчет коэффициента пористости производится по формуле:

e = (rs - rd) / rd. (59)

7.13.3. Степенью влажности или коэффициентом заполнения пор водой (Sr) называется отношение объема пор, не занятых водой, к общему объему пор, которое вычисляется по формуле:

; (60)

. (61)

7.13.4. Пористость и коэффициент пористости связаны между собой выражениями:

n = [e / (1 + e)] · 100%; (62)

e = n / (100 - n). (63)

7.13.5. Пористость и коэффициент пористости не являются расчетными величинами, но характеризуют структуру грунта и используются в качестве вспомогательной характеристики при выборе расчетных показателей грунтов, построении компрессионной кривой, вычислении характеристик сжимаемости и др.

7.14. Определение размокаемости грунтов

7.14.1. Под размокаемостью понимается способность глинистых грунтов при впитывании воды терять связность и превращаться в рыхлую массу с частичной или полной потерей несущей способности.

7.14.2. Размокаемость грунтов зависит от их гранулометрического и химико-минерального состава, характера связей между частицами и начальной влажностью (сопротивление размоканию повышается по мере перехода от легких разностей к тяжелым, от менее плотных к более плотным малопористым грунтам; чем меньше начальная влажность грунта, тем энергичнее происходит распад; образцы с нарушенной структурой распадаются быстрее, чем с естественной; грунты с жесткими структурными связями практически неразмокаемы).

7.14.3. Показателями размокания являются:

- время, в течение которого образец грунта, помещенный в воду, теряет связность и распадается;

- характер распада (пылевидный, пластичный, комковатый и т. п.).

7.14.4. Определение размокаемости грунта ненарушенного сложения и естественной влажности производится на небольших образцах неправильной формы. Образец кладут на сетку с ячейками в 1 см, подвешенную в сосуде с водой. Записав в журнал время, дату погружения образца в воду и его приблизительные размеры, наблюдают за процессом размокания грунта, подробно описывая характер распада (форму, размер и последовательность распада структурных отдельностей).

7.14.5. Опыт считается законченным тогда, когда завершается распад грунта или когда в течение продолжительного времени не будет происходить заметного размокания.

7.14.6. Результаты испытания выражают в виде времени, необходимого для полного размокания образца и характеристики его распада. Если образец не размокает, его необходимо выдержать в воде в течение нескольких суток.

7.14.7. Величина размокаемости используется при оценке явлений переработки берегов водохранилищ, устойчивости откосов каналов, стенок котлованов, заполненных водой, при возведении сооружений методом отсыпки в воду, при оценке вероятности суффозии и т. д.