РАБОТА 8

Определение максимальной плотности и оптимальной влажности грунта (ГОСТ 22733-77)

Целью искусственного уплотнения грунтов является повышение их прочности, снижения водопроницаемости и высоты капиллярного поднятия воды, а также уменьшение неравномерности осадок и ускорение их стабилизации. Уплотнение насыпных грунтов, содержащих в порах воду и воздух, происходит, в основном, не за счет вытеснения воды, а за счет вытеснения воздуха при сближении частиц, поэтому на процесс уплотнения большое влияние оказывает влажность грунта. При повышении влажности до определенного предела плотность грунта увеличивается при одинаковой затрате уплотняющей энергии. При дальнейшем увеличении влажности плотность уменьшается при затрате такого же количества работы (см. рис.5).

За показатель степени уплотнения грунта обычно принимают плотность грунта в сухом состоянии ρ _d, поскольку в этом случае на показатель плотности укладки не влияет масса воды.

Влажность, которая соответствует наибольшей плотности грунта при наименьшей затрате работы на уплотнение, называется оптимальной влажностью w_opt. Соответствующая ей плотность грунта в сухом состоянии называется максимальной плотностью ρ_{d мах}. Таким образом, оптимальная влажность грунта – это влажность, при которой грунт уплотняется лучше всего.

Рис. 5. Зависимость плотности ρ _d от влажности w

Если грунт уплотнять при постоянной влажности, но с постепенным увеличением работы уплотняющих средств, то плотность грунта будет увеличиваться лишь до некоторого предела, поэтому дальнейшее увеличение работы на уплотнение грунта оказывается неэффективным (см. рис.6).

Рис. 6. Зависимость плотности ρ_d от количества ударов n при постоянной влажности

В лабораторных условиях определение оптимальной влажности и соответствующей ей максимальной плотности производится с помощью прибора стандартного уплотнения (рис. 7). Такое стандартное уплотнение соответствует влажности и плотности, получаемых при уплотнении грунтов катками среднего веса в производственных условиях.

Сущность метода стандартного уплотнения состоит в определении оптимальной влажности грунта w_opt, при которой достигается наибольшее его уплотнение (максимальное значение плотности грунта в сухом состоянии ρ _d). В приборе СоюздорНИИ производится серия отдельных испытаний по послойному (в три слоя) трамбованию грунта с последовательным увеличением его влажности w, но при постоянном количестве ударов (120 ударов, т.е. по 40 ударов на каждый из трех слоев) грузом, массой 2,5 кг, свободно падающего с высоты 300 мм. Для песчаных и гравийных грунтов первое испытание проводится при исходной влажности 4%, а в последующих испытаниях влажность последовательно увеличивается на 1…2%. Аналогично для глинистых грунтов испытания проводятся при исходной влажности 8%, с последующим увеличением ее на (2…3) %.

Рис. 7. Прибор стандартного уплотнения СоюздорНИИ

Испытание грунта производится в следующем порядке:

– подготовленная проба грунта массой 2,5 кг слоями загружается в цилиндр прибора, причем каждый слой уплотняется 40 ударами груза;

При этом стержень трамбовки удерживается в вертикальном положении (перед укладкой третьего слоя на цилиндр надевается насадка);

– после уплотнения третьего слоя насадка снимается, и выступающая часть образца срезается заподлицо с торцом цилиндра;

– определяется плотность влажного образца грунта по формуле:

(23)

где m₀ – масса собранного контейнера (цилиндр с поддоном и кольцом) г;

m₁ – масса контейнера с грунтом, г;

V – емкость цилиндра контейнера, см³;

– раскрывается цилиндр и из верхней, средней и нижней частей образца отбирается по одной пробе (массой не менее 30 г) для определения влажности грунта (см. работу 2).

Затем путем добавления определенного количества воды (см. приложение 2) повышается влажность грунта, и проводятся последующие испытания. Испытания следует считать законченными тогда, когда с повышением влажности пробы в последующих двух, трех испытаниях на уплотнение происходит последовательное уменьшение значений плотности уплотненных образцов грунта.

По полученным в результате испытаний значениями плотности и влажности уплотненных образцов определяется плотность грунта в сухом состоянии:

(24)

Строится график зависимости плотности сухого грунта от влажности (см. рис. 5), находятся максимум полученной зависимости и соответствующие ему величины максимальной плотности грунта в сухом состоянии (ρ_{d мах}) с точностью 0,01 г/см³ и оптимальной влажности (w_opt) с точностью 0,1%.

Максимальная плотность, получаемая при стандартном уплотнении, принимается за исходную величину при оценке плотности при искусственном уплотнении грунтов.

Отношение плотности сухого грунта к максимальной плотности сухого грунта ρ_{d мах} называется коэффициентом стандартного уплотнения:

(25)

Требуемая минимальная плотность насыпи определяется путем умножения на коэффициент К_Tab ( К_Tab = К_с ), принимаемый по СНиП 2.05.02-85 в зависимости от расположения слоя грунта по высоте насыпи, типа покрытия, дорожно-климатической зоны и условий увлажнения насыпи.

Определение оптимальной влажности и максимальной плотности обязательно при работах: по возведению насыпей; окончательной отделке земляного полотна; устройству дорожных одежд и грунтовых подушек в основаниях сооружений.

В лаборатории преподавателем проводится демонстрационный опыт по уплотнению грунта при одном значении влажности. Для построения зависимости ρ_d=f(w) используется данные таблицы 13.

Содержание работы

1. По указанию преподавателя по данным непосредственного определения по описанной выше методике (см. приложение 2) или по заданным в табл. 13 значениями массы контейнера с грунтом m₁ и влажности w для серии из шести опытов определить значения плотности грунта в сухом состоянии (формула 23); результаты записать в журнал (форма 13).

2. Построить кривую стандартного уплотнения (форма 14).

3. Определить значения максимальной плотности грунта в сухом состоянии и оптимальной влажности w_opt; результаты записать в журнал (форма 15).

Таблица 13

Влажность w, %	Масса m1, г
Номер бригады
8.0 10.0 12.0 14.0 16.0 18.0

Примечание:

Масса собранного контейнера m₀ =3600 г; емкость цилиндра контейнера V =1000см³.