ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЧНОСТИ ГРУНТА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ КОЭФФИЦИЕНТАХ УПЛОТНЕНИЯ

CHARACTERISTICS OF GROUND STRENGTH AT DIFFERENT COEFFICIENTS OF CONSOLIDATION

Konstantin Vostrikov

candidate of Science, assistant professor, Siberian transport university,

Russia, Novosibirsk

Tania Arutiunian

junior of Civil engineering faculty of Siberian transport university,

Russia, Novosibirsk

Tatiana Lysanova

junior of Civil engineering faculty of Siberian transport university,

Russia, Novosibirsk

АННОТАЦИЯ

Целью нашей работы является определение показателей прочности для наиболее распространенного при отсыпке сооружений грунта с коэффициентом уплотнения k_com = 0,96 и сопоставление характеристик прочности, полученных в результате экспериментов, с данными из СП 22.13330.2011 (табл. Б.2). Для определения показателей прочности грунта использовались методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости по ГОСТ 12248-2010. Сравнение объемов откосов, рассчитанных по характеристикам нормативных данных и лабораторных испытаний, показывает, что при использовании данных лабораторных испытаний можно сэкономить 100 м³ грунта на 1 м.п. сооружения. Использование характеристик прочности грунта, принятых по таблицам СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений», приводит к существенному увеличению затрат на строительство. Необходимо создание региональных таблиц с реальными характеристиками грунта при различных коэффициентах уплотнения, полученными по результатам лабораторных исследований.

ABSTRACT

The aim of our work is to determine the parameters for the most common ground coats with a coefficient of compaction KCOM = 0,96 and compare the strength characteristics that were obtained by experiments with the data from the SP 22.13330.2011 (Table. B.2). Laboratory methods of determining the strength and strain characteristics in accordance with GOST 12248-2010 were used for the definition of indicators the strength of the soil. Comparing slopes that were calculated by standard laboratory test with the data from reference document shows that the use of laboratory data can save up to 100 m3 of soil 1 meter of the structure. Using the reference document SP 22.13330.2011 “Soil bases of buildings and structures”, leads to a significant increase in construction costs. It is necessary to establish regional tables with real characteristics of soil compaction at different coefficients of consolidation.

Ключевые слова: техногенные грунты; прочностные характеристики; коэффициент уплотнения; откос.

Keywords: man-made soils; strength properties; coefficient of consolidation; slope.

В настоящее время в нормативной литературе, в том числе и региональной, отсутствуют сведения о характеристиках прочности техногенных грунтов, уплотненных до различных коэффициентов уплотнения. Поэтому при выполнении расчетов устойчивости вновь строящихся объектов нет возможности принять правильные данные и зачастую приходится ориентироваться на табличные значения СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений» [2].

В связи с этим целью нашей работы является определение показателей прочности для наиболее распространенного при отсыпке сооружений грунта с коэффициентом уплотнения k_com = 0,96 (на примере откоса высотой более 6 м). А также сопоставление характеристик прочности, полученных в результате экспериментов, с данными из СП 22.13330.2011 (табл. Б.2) [2].

Нами была поставлена задача – отобрать из отвала грунт и в научно-исследовательской лаборатории СГУПСа «Геология, основания и фундаменты» экспериментально определить прочностные характеристики грунта, затем сравнить результаты экспериментов с табличными значениями СП 22.13330.2011 (табл. Б.2) [2].

Рисунок 1. График для определения оптимальной влажности

Для решения поставленной задачи из отвала был отобран грунт, затем были проведены исследования в технической лаборатории. Была определена влажность на границе текучести W_L =0,20 д.е., а также влажность на границе раскатывания W_P =0,17 д.е. По найденным двум пределам пластичности рассчитали число пластичности, далее по числу пластичности определили вид глинистого грунта, а именно супесь. С помощью пикнометра определили плотность частиц грунта. В результате ареометрического исследования получили гранулометрический состав, по которому определили разновидность супеси – песчанистая. Далее с помощью прибора стандартного уплотнения ПСУ СОЮЗДОРНИИ была определена оптимальная влажность грунта при максимальной плотности сухого по ГОСТ 22733-2002 «Грунты. Метод определения максимальной плотности» [1]. Для этого разделили грунт на 5 проб по 2,5 кг, которым придали различную влажность (0,07; 0,09; 0,11; 0,13; 0,15 д.е.), затем эти пробы уплотнили в ПСУ одинаковым способом по 40 ударов на слой, всего 120 ударов. По результатам стандартного уплотнения построили график зависимости плотности сухого грунта от влажности. Из графика видно, что максимальной плотности сухого грунта P_d= 1,81 г/см³соответствует значение оптимальной влажности W=12 %.

В соответствии с указаниями таблицы М.2. СП 45.13330.2012 «Земляные сооружения, основания и фундаменты» [3] при высоте откоса более 6 м слагающие его грунты необходимо уплотнять до коэффициент уплотнения k_com = 0,96. В ПСУ опытным путем производилось определение количества ударов для достижения, требуемого k_com при оптимальной влажности. В таблице, представленной ниже, проиллюстрированы фазовые характеристики грунта.

Таблица 1.

Физические свойства грунта

Для определения прочностных характеристик производился сдвиг на приборе кинематического действия ВСВ-25. Для получения более точных результатов сдвигу подвергались 9 образцов при различных вертикальных давлениях 0,1; 0,2; 0,3 МПа.

Таблица 2.

Результаты сдвиговых испытаний

Рисунок 2. Опытные точки зависимости предельных касательных напряжений от нормального давления

Была произведена статистическая обработка результатов измерений и определены нормативные и расчетные значения характеристик прочности грунта. Производилась обработка экспериментальных и табличных данных путем деления на соответствующие коэффициенты надежности по грунту.

Таблица 3.

Статистическая обработка результатов измерений

Если принять значения по табличным данным СП, то для удельного сцепления существенно занижаются характеристики, что может повлиять на увеличение объемов отсыпаемого грунта и качество проектирования.

Рисунок 3. Сопоставление значений углов внутреннего трения

Рисунок 4. Сопоставление значений удельных сцеплений

Ниже представлена модель откоса (рис. 5). Расчетные значения физико-механических характеристик грунта ИГЭ-1 приняты по данным отчета изысканий, а значения характеристик ИГЭ-2 принимались при сопоставлении расчетов лабораторных испытаний и СП.

Таблица 4.

Значения физико-механических характеристик грунта

Далее производились расчеты устойчивости откосов методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения. При расчете устойчивости, данным нормативных документов, мы получили, что при заложении откоса 1:1,5 (рис. 6) уже не обеспечивается устойчивость, поэтому в итоге принимаем 1:1,75 (рис. 7).

Рисунок 5. Модель

Рисунок 6. Модель

Рисунок 7. Модель

При расчете устойчивости, принимая характеристики по данным лабораторных испытаний, мы получили, что при заложении откоса 1:0,75 (рис. 8) уже не обеспечивается устойчивость, поэтому в итоге принимаем 1:1 (рис. 9).

Рисунок 8. Модель

Рисунок 9. Модель

Рисунок 10. Сравнение откосов, рассчитанных по характеристикам нормативных данных и лабораторных испытаний

Сравнение объемов откосов, рассчитанных по характеристикам нормативных данных и лабораторных испытаний, показывает, что при использовании данных лабораторныхиспытаний можно сэкономить 100 м³ грунта на 1 м.п. сооружения.

Использование при выполнении расчетов устойчивости характеристик прочности грунта, принятых по таблицам СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений» [2], приводит к существенному увеличению затрат на строительство. Необходимо создание региональных таблиц с реальными характеристиками грунта при различных коэффициентах уплотнения, полученными по результатам лабораторных исследований.

Список литературы:

1. ГОСТ 22733-2002 Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.standartov.ru/norma_doc/10/10999/ (Дата обращения: 25.10.16).
2. СП 22.13330.2011 Основания зданий и сооружений – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200084710 (Дата обращения: 20.10.16).
3. СП 45.13330.2012 Земляные сооружения, основания и фундаменты – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200092708 (Дата обращения: 5.11.16).