Способ контроля качества уплотнения грунтовой смеси

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для контроля качества уплотнения смесей крупнообломочных грунтов с мелкими фракциями при возведении противофильтрационных устройств, например ядер, экранов, понуров, качественных насыпей гидротехнических, автомобильных и железнодорожных, а также для устройства оснований. Способ контроля качества уплотнения грунтовой смеси включает отбор образца грунтовой смеси, определение объема, массы образца, плотности частиц крупной фракции и содержания мелкой фракции образца, выполнение контроля качества уплотнения по плотности грунта мелкой фракции, определение плотности грунтовой смеси. На контрольных точках уплотненного слоя грунтовой смеси вручную отрывают мини-лунки объемом V_л=0,5-1,0 л. Объем мини-лунки измеряют засыпкой тарировочным однородным сухим крупнозернистым песком или заливкой водой, предварительно изолируя дно и стенки мини-лунки тонкой водонепроницаемой пленкой. При этом в том же месте, где проходились мини-лунки, отбирают образцы грунтовой смеси массой 100-150 г, которые просеивают на сите для отделения мелкозема и определяют его влажность W_м. Вынутый из мини-лунки образец грунтовой смеси взвешивают, определяют массу образца m_л и вычисляют плотность ρ_л грунтовой смеси путем деления массы m_л грунтовой смеси, вынутой из мини-лунки, на объем мини-лунки V_л. Взвешенную грунтовую смесь высушивают до постоянного значения, взвешивают, определяют влажность W_л и плотность сухого грунта грунтовой смеси в мини-лунке ρ_dл. Высушенную смесь промывают на сите, остаток на сите высушивают до постоянного значения, определяют плотность частиц крупнозема ρ_sк и массу крупнозема m_к, а по разности масс смеси m_л и крупнозема m_к вычисляют массу мелкозема m_м в мини-лунке. По полученным значениям определяют содержание мелкозема в мини-лунке путем деления массы m_м сухого мелкозема в мини-лунке на массу m_л высушенной смеси, отобранной из мини-лунки, по полученным результатам определяют плотность сухого грунта мелкозема по приведенным зависимостям. Дополнительно на нескольких мини-лунках, например на 5, отбирают один образец большой массой от 500 до 1500 кг, без измерения объема отобранного образца для определения содержания мелкозема Р_м грунтовой смеси полного гранулометрического состава, по полученным данным определяют плотность сухого грунта грунтовой смеси полного гранулометрического состава по приведенным зависимостям. Технический результат состоит в повышении точности измерения, оперативности, уменьшении трудоемкости.

 

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для контроля качества уплотнения смесей (крупнообломочных грунтов с мелкими фракциями) несуффозионного состава при возведении противофильтрационных устройств, например ядер, экранов, понуров, качественных насыпей гидротехнических, автомобильных и железнодорожных, а также для устройства оснований.

Для оценки новизны и изобретательского уровня заявленного решения рассмотрим ряд известных технических средств аналогичного назначения.

Известен способ контроля плотности щебенисто-глинистых грунтов путем отрывания шурфа-лунки, взвешивания вынутого грунта Р, определения объема шурфа V с помощью засыпки тарировочным однородным сухим крупнозернистым песком или гравием или с помощью заливки водой, предварительно выстелив стенки и дно шурфа-лунки тонкой водонепроницаемой пленкой, определения плотности грунта делением массы вынутого грунта на объем шурфа-лунки. Объем и размеры шурфа-лунки зависят от крупности отдельных включений, и при максимальном размере включений крупнее 200 мм объем шурфа-лунки должен составлять до 1000 л (РД 34 15.073-91. Руководство по геотехническому контролю за подготовкой оснований и возведением грунтовых сооружений в энергетическом строительстве. Ленинград, ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева, 1991, с.198-201).

Основными недостатками способа-аналога являются большая трудоемкость работ при отрывании шурфа-лунки большого объема, большие затраты времени и ручного труда, что замедляет интенсивность отсыпки грунта и уменьшает эффективность использования землеройно-транспортных и грунтоуплотняющих механизмов при возведении сооружения.

Наиболее близким к заявляемому по совокупности существенных признаков является принятый нами за прототип способ контроля качества укладки грунтовой смеси по плотности мелкозема (фракций менее 5 мм), включающий отбор образцов в виде монолитов массой 3-5 кг, взвешивание их на воздухе, а затем в веретенном или вазелиновом масле. После извлечения монолитов из масла, отекания основной массы масла и удаления его остатков фильтровальной бумагой или материей их разрушают, рассеивают на сите №5 с промывкой мелких фракций и определяют содержание мелкозема в монолитах и плотность сухого грунта грунтовой смеси в монолите . Одновременно с отбором монолитов отбирают образец массой 4-5 кг и просеивают на сите №5 для определения влажности мелкозема и содержания в нем фракций диаметром менее 0,25 мм - Р_0,25. По полученным результатам определяют плотность укладки сухого грунта мелкозема ρ_dм по известной формуле

где - содержание мелкозема, доли единицы;

ρ_sк - плотность частиц сухого грунта крупнозема (фракций крупнее 5 мм), г/см³;

- плотность сухого грунта грунтовой смеси в монолите, г/см³.

Содержание мелкозема в грунтовой смеси полного гранулометрического (зернового) состава определяли по эмпирической корреляционной зависимости от содержания в мелкоземе фракций менее 0,25 мм, полученной предварительно по формуле

где Р_м - содержание мелкозема в грунтовой смеси полного гранулометрического состава, доли единицы (Борткевич С.В., Вуцель В.И., Чернилов А.Г., Ройко Н.Ф. Контроль качества уплотнения грунтовых материалов при строительстве высоких плотин // Гидротехническое строительство, №5, 1981, С.9-12).

Основным недостатком способа-прототипа является отсутствие коррелирующей зависимости между содержанием в грунтовой смеси мелкозема и содержанием в нем фракций менее 0,25 мм для грунтовых смесей, прошедших осреднение гранулометрического состава путем отсыпки в кавальеры, перемешивании и др. Исследованиями гранулометрических составов грунтов, уложенных в ядра Колымской (Россия) и Сангтудинской (Таджикистан) плотин, установлено отсутствие взаимосвязи между содержанием мелкозема (фракций размером менее 5 мм) в грунте и содержанием фракций размером менее 0,25 мм в нем. При значительном изменении содержания мелкозема в грунте незначительно изменяется содержание фракций размером менее 0,25 мм в составе мелкозема. Коэффициент корреляции между этими величинами составил 0,58-0,60, что свидетельствует о слабой зависимости между ними, в то время как для нурекского грунта он составил 0,98.

Мелкозем в колымском и сангтудинском грунте имеет практически однородный состав независимо от его содержания в полном гранулометрическом составе грунта в связи с осреднением грунтов из различных участков карьеров путем отсыпки в валки, бурты, кавальеры и дополнительного перемешивания в процессе их разработки.

Кроме того, представляет трудность отбор и взвешивание образцов в виде монолитов грунтовой смеси в масле, удаление остатков масла и большая вероятность разрушения образцов при их обработке, особенно, если мелкозем представлен супесчаным грунтом.

Изобретением решается задача повышения точности, оперативности, уменьшения трудоемкости способа за счет отказа от отбора образцов в виде монолитов, значительного уменьшения объема шурфа-лунки в процессе геотехконтроля при отборе образцов грунтовой смеси, содержащей в своем составе крупные фракции.

Для достижения названного технического результата в предлагаемом способе, включающем отбор образца грунтовой смеси, определение объема, массы образца, плотности частиц крупной фракции и содержания мелкой фракции образца, выполнение контроля качества уплотнения по плотности грунта мелкой фракции, определение плотности грунтовой смеси по формуле

где ρ_dсм - плотность сухой грунтовой смеси, г/см³;

ρ_sк - плотность частиц крупной фракции, г/см³;

ρ_dм - плотность сухого грунта мелкой фракции образца, г/см³;

Р_м - содержание мелкозема, доли единицы, согласно изобретению отбирают образец грунтовой смеси из мини-лунки малого объема, в 50-100 раз меньше нормативного, вынутый объем измеряют засыпкой тарировочным песком или водой и определяют плотность сухого грунта мелкой фракции образца, дополнительно на несколько мини-лунок, например на 5, отбирают образец большой массы без измерения его объема и определяют гранулометрический состав и содержание мелкой фракции в нем и с учетом полученных значений вычисляют окончательную плотность грунтовой смеси полного гранулометрического состава.

Преимущество предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом складывается из уменьшения трудоемкости работ, увеличения точности и оперативности определения плотности мелкой фракции и грунтовой смеси в целом за счет отрыва мини-лунки малого объема и отказа от отбора образцов в виде монолитов.

Отличительными признаками данного способа являются: отбор образца грунтовой смеси из мини-лунки малого объема, в 50-100 раз меньше нормативного, на несколько мини-лунок, например на 5, отбор образца большой массы без измерения объема, определение гранулометрического состава и содержания мелкой фракции в ней и с учетом полученных значений вычисление окончательной плотности грунтовой смеси полного гранулометрического состава.

Экспериментальными исследованиями уплотняемости грунтовых смесей было установлено существование критического содержания мелкозема , при котором крупные фракции вступают в контакт между собой. При крупные фракции не имеют непосредственных контактов, а разделены прослойками мелкозема. Мелкозем имеет влажность, равную оптимальной, а плотность - максимальную для принятых условий уплотнения независимо от его содержания в смеси и размеров крупной фракции. Мелкозем в смеси непрерывен, внешняя нагрузка воспринимается контактами между частицами мелкозема, грунтовая смесь является суффозионно устойчивой.

На этом основании в грунтовой смеси плотность мелкозема не зависит от объема шурфа-лунки, что и используется в предлагаемом изобретении путем устройства мини-лунки при контроле качества уплотнения грунтовой смеси.

Способ осуществляется следующим образом.

На контрольных точках уплотненного слоя грунтовой смеси вручную отрывают мини-лунки объемом V_л=0,5-1,0 л. Объем мини-лунки измеряют засыпкой тарировочным однородным сухим крупнозернистым песком или заливкой водой, предварительно изолируя дно и стенки мини-лунки тонкой водонепроницаемой пленкой.

Одновременно в том же месте, где проходились мини-лунки, отбирают образцы грунтовой смеси массой 100-150 г, просеивают на сите №5 для отделения мелкозема (фракций размером менее 5 мм) и определяют его влажность W_м. Вынутый из мини-лунки образец грунтовой смеси взвешивают, определяют массу образца m_л и вычисляют плотность ρ_л грунтовой смеси путем деления массы m_л грунтовой смеси, вынутой из мини-лунки, на объем мини-лунки V_л.

Взвешенную грунтовую смесь высушивают до постоянного значения, взвешивают, определяют влажность W_л и плотность сухого грунта грунтовой смеси в мини-лунке ρ_dл.

Высушенную смесь промывают на сите №5, остаток на сите высушивают до постоянного значения, определяют плотность частиц крупнозема ρ_sк и массу крупнозема m_к, а по разности масс смеси m_л и крупнозема m_к вычисляют массу мелкозема m_м в мини-лунке. По полученным значениям определяют содержание мелкозема в мини-лунке путем деления массы m_м сухого мелкозема в мини-лунке на массу m_л высушенной смеси, отобранной из мини-лунки.

По полученным результатам определяют плотность сухого грунта мелкозема по формуле

где ρ_dм - плотность сухого грунта мелкозема, г/см³;

- содержание мелкозема в мини-лунке, доли ед.;

ρ_sк - плотность частиц крупной фракции, г/см³;

ρ_dл - плотность сухого грунта грунтовой смеси в мини-лунке, г/см³.

На 5 мини-лунок отбирают экскаватором один большой образец массой от 500 до 1500 кг, в зависимости от максимального размера крупных фракций, без измерения объема отобранного образца для определения содержания мелкозема Р_м грунтовой смеси полного гранулометрического состава.

По полученным данным определяют плотность сухого грунта грунтовой смеси полного гранулометрического состава по формуле

где ρ_dсм - плотность сухого грунта грунтовой смеси полного гранулометрического состава, г/см³;

ρ_sк - плотность частиц крупной фракции, г/см³;

ρ_dм - плотность сухого грунта мелкозема, определенная из мини-лунки по формуле (2), г/см³;

Р_м - содержание мелкозема в грунтовой смеси полного гранулометрического состава, определенное из образца большой массы, доли единицы.

Предлагаемый способ позволяет повысить точность и уменьшить трудоемкость определения плотности грунтовой смеси, содержащей в своем объеме крупные фракции, за счет отказа от отбора образцов в виде монолитов, часто разрушающихся в процессе отбора и обработки; значительно, в 50-100 раз, уменьшить объем шурфа-лунки до размера 0,5-1,0 л, принятой в данном изобретении мини-лункой, что увеличивает оперативность геотехконтроля и не препятствует увеличению интенсивности возведения грунтового сооружения.

Способ контроля качества уплотнения грунтовой смеси, включающий отбор образца грунтовой смеси, определение объема, массы образца, плотности частиц крупной фракции и содержания мелкой фракции образца, выполнение контроля качества уплотнения по плотности грунта мелкой фракции, определение плотности грунтовой смеси, отличающийся тем, что на контрольных точках уплотненного слоя грунтовой смеси вручную отрывают мини-лунки объемом V_л=0,5-1,0 л, объем мини-лунки измеряют засыпкой тарировочным однородным сухим крупнозернистым песком или заливкой водой, предварительно изолируя дно и стенки мини-лунки тонкой водонепроницаемой пленкой, при этом в том же месте, где приходились мини-лунки, отбирают образцы грунтовой смеси массой 100-150 г, которые просеивают на сите для отделения мелкозема, и определяют его влажность W_м, вынутый из мини-лунки образец грунтовой смеси взвешивают, определяют массу образца m_л и вычисляют плотность ρ_л грунтовой смеси путем деления массы m_л грунтовой смеси, вынутой из мини-лунки, на объем мини-лунки V_л, взвешенную грунтовую смесь высушивают до постоянного значения, взвешивают, определяют влажность W_л и плотность сухого грунта грунтовой смеси в мини-лунке ρ_dл, высушенную смесь промывают на сите, остаток на сите высушивают до постоянного значения, определяют плотность частиц крупнозема ρ_sк и массу крупнозема m_к, а по разности масс смеси m_л и крупнозема m_к вычисляют массу мелкозема m_м в мини-лунке, по полученным значениям определяют содержание мелкозема в мини-лунке путем деления массы m_м сухого мелкозема в мини-лунке на массу m_л высушенной смеси, отобранной из мини-лунки, по полученным результатам определяют плотность сухого грунта мелкозема по формуле

где ρ_dм - плотность сухого грунта мелкозема, г/см³;

- содержание мелкозема в мини-лунке, доли ед.;

ρ_sк - плотность частиц крупной фракции, г/см³;

ρ_dл - плотность сухого грунта грунтовой смеси в мини-лунке, г/см³,

дополнительно на нескольких мини-лунках, например на 5, отбирают один образец большой массой от 500 до 1500 кг, без измерения объема отобранного образца для определения содержания мелкозема Р_м грунтовой смеси полного гранулометрического состава, по полученным данным определяют плотность сухого грунта грунтовой смеси полного гранулометрического состава по формуле

где ρ_dсм - плотность сухого грунта грунтовой смеси полного гранулометрического состава, г/см³;

ρ_sк - плотность частиц крупной фракции образца, г/см³;

ρ_dм - плотность сухого грунта мелкозема, определенная из мини-лунки по формуле (2), г/см³;

Р_м - содержание мелкозема в грунтовой смеси полного гранулометрического состава, определенное из образца большой массы, доли единицы.