Руководство по геотехническому контролю за подготовкой оснований и возведением грунтовых сооружений в энергетическом строительстве (стр. 46 )

Прибор применяется для определения как местных коэффициентов фильтрации, так и средних по всему объему. Кроме того, в этом приборе можно исследовать фильтрационно-суффозионную прочность грунтов.

Рис. 36. Схема вертикального фильтрационного прибора ВНИИГ

Рис. 37. Электрическая схема для измерения действительных скоростей движения воды, фильтрующей в порах грунта

1 - звуковой генератор частоты ЗГ-10; 2 - индикатор нуля, осциллографический (ИНО-ЗМ);

3 - два набора постоянных сопротивлений; 4 - фильтрационный прибор с электроконтактами;

5 - контактное устройство; 6 - магазин сопротивлений.

8. ПОЛЕВЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГРУНТОВ

8.1. Общие положения

8.1.1. Полевые методы исследований дают возможность, во-первых, исследовать свойства таких грунтов, образцы которых практически невозможно отобрать для испытания в лаборатории, и, во-вторых, более полно оценить строительные свойства грунтов, образцы которых испытаны в лаборатории.

8.1.2. При уплотнении грунтов в условиях естественного залегания и устройстве грунтовых подушек необходимо руководствоваться основными положениями раздела 10 и приложения 4 СНиП 3.02.01-87 [55], а также приложением 10 настоящего пособия.

Опытные участки по уплотнению грунтов, как правило, следует организовывать в пределах профильных объемов сооружений и оснований, размеры которых могут быть больше, чем предусмотрено вышеуказанным СНиП при соответствующем обосновании.

8.1.3. Полевые испытания грунтов, уложенных в тело плотины, производятся для получения их характеристик при той структуре и плотности, которые грунт приобрел при его уплотнении в процессе укладки.

8.2. Определение плотности уложенного грунта методом шурфа (лунки)

8.2.1. Контроль плотности крупнообломочных грунтов упорных призм, переходных зон, а также щебенисто-глинистых грунтов ядер (например, ядро плотины Нурекской ГЭС) производится способом лунки (шурфа).

В месте, где требуется произвести определение плотности грунта, на выровненной поверхности уложенного и уплотненного слоя грунта отрывается лунка (шурф).

Объем и размеры лунки зависят от крупности отдельных включений, состава грунта и должны соответствовать данным, приведенным в табл. 42.

Таблица 42

Максимальный размер включений, мм	Размер лунки (шурфа), мм	Ориентировочный объем, л
в плане	глубина
10	120х120	100-150	2
20	150х150	150-200	4
40	200х200	200-250	8
60	300х300	250-300	20
100	500х500	400-500	120
200 и более	800х800 - 1000х1000	800-1000	до 1000

8.2.2. Плотность грунта определяется по формуле:

r = mp / V (т/м3), (106)

где mp - масса грунта, вынутого из шурфа, т; V - объем шурфа, м3.

8.2.3. Взвешивание вынутого из шурфа грунта производится в зависимости от объема пробы на простых торговых или автомобильных весах. Экспериментальным путем был определен оптимальный размер шурфа. Установлено, что объем пробы (шурфа) должен зависеть от гранулометрического состава исследуемого грунта и удовлетворять следующим условиям:

Vmin £ V ³ (5d90)3, (107)

где Vmin = 3 л - минимальный объем шурфа; V - объем шурфа, л; d90 - диаметр частиц, соответствующий 90% обеспеченности по кривой гранулометрического состава.

Например, при максимальном диаметре частиц крупнообломочного материала 200 мм и d90 = 190 мм объем пробы (шурфа) будет

V = (5 · 0,19) = 0,8 м3.

Шурф может иметь форму цилиндра, куба или полусферы, линейные размеры которых должны быть:

, (108)

где Dц - диаметр шурфа, имеющего форму цилиндра; a - сторона куба; R - радиус полусферы; h - высота шурфа, имеющего форму цилиндра.

Определение объема шурфа может осуществляться двумя способами:

1) с помощью засыпки шурфа тарировочным однородным сухим крупнозернистым песком или гравием;

2) с помощью воды и тонкой водонепроницаемой пленки, выстилающей стенки и дно шурфа.

Первый способ определения объема шурфа при наличии в изучаемом грунте мелких и крупных пор (в зависимости от раскладки частиц грунта) может привести к искаженным результатам, поскольку тарировочный грунт может просыпаться в поры, увеличивая тем самым объем вынутого грунта. Увеличение объема шурфа занижает определяемую величину плотности.

Тарировочный грунт должен подбираться из условия непросыпаемости; при этом должно выполняться соотношение:

, (109)

где dt, g - диаметр частиц тарировочного грунта; K60,10 - коэффициент разнозернистости тарировочного грунта:

K60,10 = d60 / d10, (110)

должно соблюдаться соотношение 1 £ K60,10 £ 5 (при K60,10 < 5 обеспечивается однородная плотность укладки тарировочного грунта в шурф); d17 - диаметр частиц, соответствующий 17% обеспеченности по кривой гранулометрического состава; e - коэффициент пористости изучаемого грунта, определяемый по формуле:

e = n / (1 - n), (111)

где n - пористость грунта, определяемая по формуле

n = 1 – (rd / rs), (112)

где rs - плотность частиц грунта;

. (113)

По формуле (109) можно запроектировать состав тарировочного грунта в зависимости от крупности частиц изучаемого грунта, значения его пористости и коэффициента разнозернистости.

Замер объема шурфа с помощью тарировочного грунта производится двумя способами.

Первый способ (рис. 38): а) если шурф имеет небольшие размеры (~0,5х0,5х0,5 м), дно и стенки его выстилают марлей 1 и заполняют тарировочным грунтом 2. Тарировочный грунт должен находиться вблизи от шурфа в специальном мерном баке;

б) если размеры шурфа больше, чем 0,5х0,5х0,5 м, замер его объема производится следующим образом: с помощью тарировочного грунта 6 выравнивается дно шурфа; края шурфа закрепляются металлической рамкой 4; в шурф опускается мерный бак - цилиндр 3 (размеры бака должны быть немного меньше размеров шурфа); пространство между стенками шурфа и мерным баком засыпается тарировочным грунтом 5, взятым из мерного бака. Засыпка должна производиться с высоты 25 см.

Рис. 38. Схема определения плотности грунта методом шурфа (лунки) с помощью тарировочного грунта

Объем шурфа в этом случае вычисляется по формуле:

V = Vc + Vt, g, (114)

где Vc - объем мерного цилиндра; Vt, g - объем тарировочного грунта, выравнивающего дно шурфа и заполняющего пространство между стенками шурфа и баком.

Второй способ определения объема шурфа заключается в следующем (рис. 39): на площади будущего шурфа делают небольшое углубление 1, которое выстилают пленкой 2; в углубление наливают воду до произвольного уровня, замеряют отметку этого уровня и объем налитой воды V1; пленку 2 удаляют, вынимают грунт из основного шурфа 3 и определяют его массу G0; выстилают дно и стенки шурфа пленкой 4, наливают воду до прежней отметки и определяют объем налитой воды в шурф V2; искомый объем шурфа, соответствующий взвешенному грунту G0, определяется формулой:

V = V2 – V1. (115)

В приложении 2 изложено предложение НИС Гидропроекта им. по ускоренной и упрощенной методике определения плотности крупнообломочного грунта методом лунки.

Рис. 39. Схема определения плотности грунта с помощью воды и водонепроницаемой пленки

8.3. Определение плотности уложенного грунта сейсмическим методом

8.3.1. Физические предпосылки возможности использования геофизических методов контроля эффективности уплотнения насыпных грунтов состоят в существовании связи между плотностью грунта и тем или иным геофизическим параметром. В данном случае речь идет о связи между плотностью грунта и скоростью распространения упругих волн. Экспериментально установлено, что в рыхлых и связных грунтах величина этой скорости определяется тремя основными параметрами: плотностью упаковки частиц грунта, его влажностью и образованием вторичных структурных связей, применительно к связным грунтам. При возведении грунтовых сооружений грунт, как правило, привозится из какого-либо одного месторождения, что обуславливает более или менее его постоянную влажность. Так как контроль уплотнения производится непосредственно в процессе отсыпки и последующей укатки грунта, то вторичные структурные связи возникнуть не могут (на это нужно значительное время), поэтому единственным фактором, определяющим величину скорости распространения упругих волн, остается плотность грунта.

Таким образом, возможность использования сейсмического метода для целей геотехконтроля базируется на существовании достаточно устойчивой корреляционной связи скорость-плотность, которая устанавливается в начале работ для данного конкретного материала отсыпки.

Сейсмический метод дает принципиальную возможность вести контроль как за послойной отсыпкой и укаткой грунта, так и оценивать плотности насыпей на глубине в несколько десятков метров.

Оперативная методика послойного контроля