ОЦЕНКА СТЕПЕНИ ПЛОТНОСТИ СЛОЖЕНИЯ НЕСВЯЗНЫХ ГРУНТОВ В ОСНОВАНИЯХ И СООРУЖЕНИЯХ

 

В природных условиях несвязные грунты, в частности пески, могут находиться в различных состояниях плотности сложения – от самого рыхлого до плотного. В свою очередь, при возведении грунтовых сооружений (насыпь дороги, дамбы, плотины и т.п.) предъявляются определенные требования к плотности укладки (сложения) несвязных грунтов, поскольку устойчивость структуры грунта и сооружения в целом при действии статических и особенно динамических нагрузок в значительной мере определяется достигнутой при укладке плотностью грунта.

Для отобранных на строительной площадке образцов песчаного (несвязного) грунта ненарушенной структуры в лаборатории устанавливают плотность его частиц ρ _s, плотность грунта ρ и влажность w (см. работы 1-3). По этим данным, используя формулы из работы 3, вычисляют плотность сухого (скелета) грунта ρ _d, пористость n или коэффициент пористости e. Чем больше величина ρ _d и меньше e или n, тем грунт плотнее, прочнее и менее деформируем. В частности, СНиП 2.02.01-83^* (приложение) для оснований, состоящих из кварцевых песков, допускает определение механических характеристик деформируемости и прочности (Е, φ, с) производить по величине коэффициента пористости, который выступает мерой уплотненности песчаного основания. Однако для некварцевых песков и других несвязных грунтов эти рекомендации СНиПа оказались непригодными.

В работах [Иванов П.Л., 1962, 1978; Маслов Н.Н., 1961; Цыто- вич Н.А., 1963] было показано, что для достоверной оценки плотности сложения несвязных грунтов величин ρ _d, n, e недостаточно – в зависимости от формы твердых частиц (остроугольные, окатанные и т.п.) даже одинаковые по грансоставу грунты в одном и том же состоянии плотности сложения могут иметь различные значения ρ _d, n, e, и, наоборот, при одинаковых ρ _d, n, e грунты обладают различной степенью плотности сложения. Поэтому для оценки плотности сложения несвязных (песчаных, гравийно-галечных и др.) грунтов с 1950-х годов применяют общую характеристику плотности сложения, называемую степенью плотности (относительной плотностью, коэффициентом относительной плотности). Величину степени плотности J_D определяют по зависимости

, (4.1)

где e _max, e _min - коэффициенты пористости грунта в максимально рыхлом и плотном состояниях, e – коэффициент пористости грунта в условиях естественного основания или грунтового сооружения.

Величина J_D может изменяться в пределах от нуля до единицы: при e = e _max грунт находится в самом рыхлом состоянии и J_D =0, при e = e _min грунт имеет наиболее плотное сложение и J_D =1 (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Связь относительной плотности сложения J_D

с коэффициентом пористости е песчаного грунта

 

Диапазон изменения J_D = 0-1 обычно делят на три равные части и по величине степени плотности (относительной плотности) сложения вводят следующую условную классификацию несвязных грунтов:

грунты рыхлые (0 ≤ J_D ≤ 0,33);

грунты средней плотности (0,33 < J_D ≤ 0,66);

грунты плотные (0,66 < J_D ≤ 1,0).

При замене в формуле (4.1) величин e _max, e _min, e на соответствующие значения ρ _{d max}, ρ _{d min}, ρ _d по зависимости (3.3) получаем для степени плотности выражение

J_D = , (4.2)

где ρ _{d max}, ρ _{d min} и ρ _d – соответственно плотности сухого несвязного грунта в самом плотном, самом рыхлом и естественном состояниях.

Таким образом, для расчета величины J_D в лабораторных условиях необходимо найти ρ _{d max} и ρ _{d min}; ρ _d определяют для образцов ненарушенной структуры (см. выше).

Стандарта (ГОСТа) для определения плотностей в рыхлом и плотном состояниях пока не существует. Для получения ρ _{d min} обычно применяют осторожную рыхлую отсыпку сухого грунта в мерный сосуд, для ρ _{d max} – динамические методы (вибрирование, многократное постукивание) уплотнения этого грунта в мерном сосуде.