Npdpk.ru

Стройжурнал НПДПК
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Коэффициент откоса для песчаных

Расчет устойчивости откосов подтопляемых насыпей

Потеря устойчивости откосов высоких подтопляемых пойменных насыпей и глубоких выемок на спусках в долину реки является одним из наиболее распространенных видов деформаций земляного полотна на мостовых переходах. Поэтому проверка устойчивости откосов земляного полотна на подходах к мостам — обычная задача для инженера-дорожника, а выполняемые при этом геотехнические расчеты — обязательная часть обоснования проектов мостовых переходов.

При расчетах устойчивости откосов исходят из следующих возможных схем их обрушения:

если грунт земляного полотна однороден или отдельные его слои мало отличаются по прочностным показателям, смещение оползающего массива происходит по образующейся в грунте криволинейной поверхности скольжения;

если грунт земляного полотна имеет неоднородные напластования (откосы глубоких выемок на спусках в долину реки), резко различающиеся по прочностным показателям, смещение грунтовых массивов может происходить по фиксированным поверхностями раздела между слоями.

Наиболее опасными и часто встречающимися случаями являются обрушения откосов по криволинейным поверхностям скольжения. Как показывают наблюдения, откосы насыпей обрушаются по поверхностям скольжения, близким по Форме к кругло-цилиндрическим (рис. 17.6).

Рис. 17.6. Положения опасных кривых скольжения при различных грунтах основания:
а -устойчивых; б -слабых; Lск — расчетная длина скольжения; z — глубина трещины

Обрушению откоса всегда предшествует появление вертикальной трещины обрушения, параллельной бровке земляного полотна (трещины Терцаги). В зависимости от свойств грунтового основания насыпи возможны два вида обрушения:

при достаточно устойчивых грунтах основания поверхность обрушения обычно проходит через подошву откоса насыпи (см. рис. 17.6, а);

в случае слабого грунтового основания поверхность обрушения может заходить в пределы слабого слоя и распространяться за пределы подошвы откоса насыпи (см. рис. 17.6, б).

Устойчивость откоса насыпи оказывается обеспеченной лишь в том случае, если сумма всех сил. сдвигающих массив обрушения (или их моментов относительно оси вращения), оказывается меньше сил (или их моментов), его удерживающих, т.е. при коэффициенте устойчивости Кр ³ 1. Однако, учитывая некоторую погрешность методов расчета, погрешность исходных данных, неучет фактических условий работы (например, динамические воздействия подвижного состава) и т.д., с инженерной точки зрения, устойчивость откоса считается обеспеченной, если расчетный коэффициент устойчивости (17.6) оказывается равным нормативному Кн, или больше его:

(17.6)

Нормативный коэффициент устойчивости определяют:

К1 — коэффициент, учитывающий степень достоверности данных о характеристиках грунтов: К1 = 1 при большом количестве испытаний образцов; К1= 1,05 при испытании менее 5 образцов; К1 = 1,1 при испытании менее 3 образцов;

К2 — коэффициент, учитывающий категорию дороги: К2 = 1,03 — для дорог I и II; К2 = 1 — для дорог — III-V категорий;

К3 — коэффициент, учитывающий степень ущерба для народного хозяйства в случае аварии сооружения: К3 = 1,2, если разрушение представляет опасность для движения либо вызывает перерыв движения более чем на 1 сут; К3 = 1,1, если ожидаемый перерыв движения менее 1 сут; К3 = 1, если нарушение устойчивости вызывает снижение скоростей движения или нарушает работу водоотводных устройств;

К4 — коэффициент, учитывающий соответствие расчетной схемы естественным инженерно-геологическим условиям: К4 = 1,05, если расчет ведется методом попыток; К4 = 1, если плоскость ослабления грунтового массива ясно выражена и грунт однороден;

К5 — коэффициент, учитывающий вид грунта и его работу в сооружении: К5 = 1,03 — для песчаных грунтов; К5 = 1,05 — для глинистых грунтов;

Км — коэффициент, учитывающий особенности метода расчета: Км = 1 при расчетах по Терцаги — Крею и Шахунянцу; Км = 0,8 — по Маслову — Береру.

Для сухих откосов земляного полотна появление сдвигающих сил обусловлено собственным весом обрушающегося массива и временной нагрузкой от подвижного состава. Для периодически подтопляемых насыпей подходов к мостам возникает дополнительное гидродинамическое давление в результате давления и трения о поверхность грунтовых частиц воды, просачивающейся из водонасыщенной насыпи после падения уровней высоких вод на спаде паводка (рис. 17.7).

Рис. 17.7. Схема к расчету устойчивости откосов подтопляемой насыпи:
1 — сухой грунт; 2 — ось насыпи; 3 — водонасыщенный грунт;
J — градиент грунтовых вод; D — гидродинамическое давление

Физическая природа сил, удерживающих массив обрушения, заключается в наличии сил внутреннего трения грунта Рtgj и сцепления с. В общем случае земляное полотно может быть представлено многослойной системой, характеризуемой наличием одного или нескольких геологических слоев с различными физико-механическими свойствами (объемный вес, силы внутреннего трения, сцепление), при этом, для водонасыщенной насыпи один и тот же грунт будет обладать разными физико-механическими показателями выше и ниже кривой депрессии. Так, для грунта ниже уровня грунтовых вод объемный вес определяют с учетом сил взвешивания, а сцепление принимают меньшим, чем для грунта сухой части насыпи.

Задача оценки устойчивости откосов земляного полотна сводится к отысканию такого положения центра критической кривой скольжения, при котором коэффициент устойчивости откоса будет наименьшим. Ни один из известных методов расчета устойчивости откосов не дает сразу точного положения центра наиболее опасной кривой скольжения, который может быть найден лишь методом последовательных приближений. При компьютерных расчетах устойчивости вопрос многодельности таких расчетов снимается.

В практике проектирования автомобильных дорог и мостовых переходов наибольшее распространение получил метод оценки устойчивости откосов шведского ученого Феллениуса, согласно которому центры наиболее опасных кривых скольжения располагаются вблизи прямой, проходящей через точки А и В, получаемой построением согласно рис. 17.8 и табл. 17.2.

Рис. 17.8. Схема к определению положения центра критической кривой скольжения:
р — распределенная нагрузка; Н — высота насыпы; Р — вес; N — нормальная сила; Т — сдвигающая сила; I-IX — расчетные отсеки

Параметры прямой Феллениуса

Коэффициент заложения откосаУгол наклона откосаУглы, град
ab
1:0,5860°
1:145°
1:1,533°40′
1:226°34′
1:318°26′
1:414°03′
1:511°19′

Глубину проникания вертикальной трещины определяют по формуле Терцаги:

где (17.8)

с — расчетное сцепление грунта;

j — угол внутреннего трения;

g — объемный вес грунта.

В первом приближении положение центра кривой скольжения принимают на пересечении прямой Феллениуса с вертикалью, проходящей через подошву откоса. Оползающий массив разбивают на вертикальные отсеки. Обычно бывает достаточно 10-20 отсеков шириной Dхi, (см. рис. 17.8). По горизонтали проверяемый массив делят на несколько слоев в соответствии с положением границ раздела геологических напластований. Для подтопляемых пойменных насыпей обязательно выделяют сухую и водонасыщенную части насыпи. При этом уровень грунтовых вод по оси насыпи принимают равным расчетному уровню высокой воды (РУВВp%), а угол наклона кривой депрессии в соответствии с таблицей 17.3.

Гидравлические градиенты и углы депрессии

Наименование грунтаГидравлический градиент JУгол депрессии a
Крупнообломочный грунт0,003-0,0060,0015-0,003
Песчаные грунты0,006-0,0200,003-0,010
Супесчаные грунты0,020-0,0500,010-0,026
Суглинки0,050-0,1000,026-0,053
Глинистые грунты0,100-0,1500,053-0,081
Тяжелые глины0,150-0,2000,081-0,111
Торфянистые грунты (в зависимости от вида торфа и степени его разложения)0,020-0,1200,010-0,064

Следует иметь в виду, что пойменные насыпи, возведенные из практически водонепроницаемых грунтов, рассчитывают как обычные сухие насыпи. С другой стороны, насыпи, возведенные из грунтов с высоким коэффициентом фильтрации (среднезернистые и крупнозернистые пески, гравелистые грунты и т.д.), рассчитывают также без учета сил гидродинамического давления, поскольку уровень грунтовых вод вследствие хорошей фильтрации успевает следовать понижающемуся уровню высокой воды в реке. Однако расчеты устойчивости откосов в этих случаях все-таки рассчитывают с учетом сил взвешивания для подтопленной части грунтового массива.

На каждый i-й отсек действует:

где

Gij — вес j-й призмы грунта в пределах i-го отсека с учетом временной нагрузки, заменяемой эквивалентным слоем грунта;

ai — средний угол наклона поверхности скольжения в пределах i-го отсека;

j — угол внутреннего трения грунта на поверхности скольжения;

с — сцепление грунта на поверхности скольжения;

li — длина дуги скольжения в пределах i-го отсека.

Если рассматривать насыпь единичной длины, то вес j-й призмы i-го отсека можно вычислить:

для сухой части насыпи

для водонасыщенной части насыпи

где

Wij — площадь j -й призмы i-го отсека;

gj — объемный вес грунта j-го геологического слоя.

Гидродинамическое давление для подтопляемой части насыпей:

Wв — площадь массива обрушения ниже уровня грунтовых вод;

J — гидравлический градиент, принимаемый равным тангенсу хорды, стягивающей кривую депрессии, и принимаемый по табл. 17.3.

Таким образом, в общем случае коэффициент устойчивости земляного полотна будет определяться:

(17.9)

Последовательность детального расчета устойчивости откосов земляного полотна на современном этапе, как правило, выполняемого на компьютерах, сводится к следующему:

Читать еще:  Как укрепить откосы дорог

согласно рис. 17.7 и табл. 17.2 определяют уравнение прямой Феллениуса, вблизи которой располагаются центры наиболее опасных кривых скольжения;

по формуле (17.8) вычисляют глубину проникания трещины Терцаги (см. рис. 17.6);

исследуемый массив земляного полотна делят на п вертикальных отсеков шириной Dхi каждый (обычно п = 10-20) и на m слоев в соответствии с положением границ раздела геологических напластований и кривой депрессии (в случае подтопляемой насыпи) (см. рис. 17.8.);

задаются в первом приближении положением центра кривой скольжения на пересечении ординаты, восстановленной из подошвы откоса с прямой Феллениуса. Радиус кривой скольжения определяется значением ординаты полученного центра;

по формуле (17.9) находят значение коэффициента устойчивости откоса К;

с шагом Dх* меняют положение центра влево по прямой Феллениуса и при новом положении центра кривой скольжения по формуле (17.9) вычисляют новое значение коэффициента устойчивости К’;

если К’ К, то меняют положение центра скольжения с шагом Dх* вправо до тех пор, пока не будет установлено положение центра с минимальным значением коэффициента устойчивости (см. рис. 17.7);

далее вновь меняют положение центра кривой скольжения, но уже по нормали к кривой Феллениуса в найденной ранее точке влево с шагом Dу*, и по формуле (17.9) вычисляют значение коэффициента устойчивости К»;

если К» К’, то с шагом Dу* ищут положение наиболее опасного центра вправо от прямой Феллениуса;

найденное таким образом минимальное значение коэффициента устойчивости является расчетным для данного поперечника земляного полотна Кp. Его сравнивают с нормативным Кн по формуле (17.7) и, если оказывается, что Кp ³ Кн, то устойчивость откоса земляного полотна обеспечена. Если Кp

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Строительная классификация грунтов — какие бывают разновидности

До начала строительства проводятся геологические изыскания, позволяющие определить особенности и характеристики грунтов. Они необходимы для выбора оптимального типа фундамента. Процессы усадки и надежность основания напрямую зависят от свойств почвы на участке.

  1. Строительная классификация грунтов
  2. Виды грунтов по прочности
  3. Основные характеристики грунтов
  4. Скальные
  5. Полускальные
  6. Песчаные
  7. Глинистые
  8. Крупнообломочные
  9. На что влияют свойства грунтов при строительстве фундамента
  10. Определение свойств грунта на глаз
  11. Органолептический
  12. Скатывание в кольцо
  13. Процентное содержание различных типов грунта

Строительная классификация грунтов

Вид грунта необходимо знать для определения типа фундамента при строительстве

Грунтом в строительстве называют все рыхлые обломочные горные породы, на которых устраивается основание постройки.

Для стандартизации определений, используемых при выполнении геологических изысканий, принят общий стандарт строительной классификации грунтов. Он делит грунты на классы, типы и разновидности по структурным связям, составу и строению.

Первоначально строители пользовались информацией из СНиП II-15-74. Теперь при необходимости обращаются к ГОСТ 25100-2011.

Виды грунтов по прочности

Классифицируя типы грунтов, выделяют 2 основные группы:

  • Скальные – породы, залегающие сплошным массивом и имеющие жесткие структурные связи. Это водоустойчивые и почти несжимаемые грунты. К такому типу относится известняк, песчаник, гранит, базальт и другие. При отсутствии трещин они служат прочным основанием для построек. Несущая способность трещиноватых слоев снижена.
  • Нескальные – группа дисперсных грунтов с ослабленными структурными связями. Они состоят из минеральных частиц различного размера, по происхождению подразделяются на осадочные и искусственные. Осадочные породы образуются в результате разрушения и выветривания скальных пород. Искусственные почвы – это результат утрамбовки, намывания или насыпания. Дисперсионные грунты бывают связные (глина, суглинок) и несвязные (песок).

В отдельный класс выделяют мерзлые грунты. Они образованы в результате природного или техногенного замораживания. Мерзлые основания прочны за счет криогенных связей, но параметр колеблется из-за сезонных изменений температуры воздуха. Только в районе вечной мерзлоты такие почвы стабильны.

В каждом классе имеются собственные виды, типы и разновидности, обусловленные их происхождением, строением, составом и свойствами.

Основные характеристики грунтов

Изучение свойств грунтов необходимо для выбора технологии строительства и расчета стоимости земляных работ.

  • Гранулометрический состав – процентное содержание частиц различных фракций.
  • Водопроницаемость – способность пропускать влагу через поры.
  • Связность – характер и прочность структурных связей, влияющие на прочность основания.
  • Пористость – соотношение воздушных пор к общему объему.
  • Пластичность – степень деформации при повышении нагрузки.
  • Усадка – уменьшение объема при высыхании и сжатии.

Классификационные признаки грунтов помогут определиться с типом фундамента.

Скальные

Плотные породы, образованные в результате магматических извержений, метаморфических процессов или возникновения цементационных связей в осадочных фрагментах. Они характеризуются низкой усадкой, не теряют прочности при насыщении водой. Минусом скальных пород является сложность разработки. Благодаря прочности основания фундамент под дом закладывается на поверхности.

Полускальные

Группа пород, уступающих по сцементированности связей скальным аналогам. Они состоят из одного или нескольких минералов (гипс, известняк-ракушечник, мел, алевролит). Негативная особенность полускальных грунтов – растворимость и размягчаемость при взаимодействии с водой. Просадочность и понижение несущей способности учитывают при выборе глубины заложения основания здания.

Песчаные

В составе грунта мелкие частицы кварца и других минералов. Их размер составляет 0,05-2 мм, структура несвязанная. Песчаная почва с крупными частицами обладает хорошей несущей способностью. Она подходит для возведения любого дома, если на участке низкий уровень грунтовых вод. Пески крупной и средней фракции непластичные, почти не размываются водой, не вспучиваются.

Глинистые

Разновидность связанных грунтов, состоящая из мелких пылеватых частиц силикатов. В зависимости от количества влаги почва бывает твердой, пластичной или текучей консистенции. Глина сжимается под нагрузкой, скорость ее уплотнения небольшая, поэтому осадка зданий затягивается. В твердом состоянии глинистая почва является прочным основанием. При попадании воды в поры под действием отрицательных температур происходят процессы пучения.

Крупнообломочные

Обломки скальных пород, среди которых преобладают части размером больше 2 мм. Примером служит гравий, щебень, галька. Прочность грунта зависит от природы обломков. Скальные части магматического происхождения обладают высокой прочностью. Плотность почвы связана с равномерностью укладки фрагментов. Она характеризуется слабой сжимаемостью и хорошей водопроницаемостью.

Свойства суглинков и супесей зависят от процентного содержания частиц песка и глины.

На что влияют свойства грунтов при строительстве фундамента

Выбор фундамента в зависимости от типа грунта

От состава и характеристик залегающей породы зависит прочность и долговечность возводимого здания. Недостаточная несущая способность, пучинистость или склонность к проседанию приводит к появлению трещин, перекосам и другим проблемам с целостностью стен дома и фундамента.

Также от геологических особенностей участка зависит метод выемки земли, выбор техники. Разработка котлована ведется ручным, машинным или взрывным способом. В зависимости от плотности почвы в частном строительстве применяются лопаты, кирки, ломы, отбойные молотки. Плотность почвы влияет на формирование стен и откосов котлована. В крупнообломочных грунтах допустимы вертикальные стенки без укрепления глубиной до 2 м, а в песчаных только 1 м.

Прочные грунты (скальные, крупнообломочные, песчаные) подходят для возведения домов различной этажности и не имеют особых требований к фундаменту. На слабых почвах, при высоком уровне грунтовых вод устраивают столбчатые, свайные основания или монолитную железобетонную плиту. Для глинистой почвы, подверженной пучению, необходимо закладывать заглубленный ленточный фундамент ниже точки промерзания.

Определение свойств грунта на глаз

Инженерно-геологические изыскания проводят специализированные организации. Их представителя бурят скважины и берут образцы для лабораторного изучения. Эта процедура дорогостоящая, поэтому некоторые владельцы участков определяют тип грунта и глубину залегания подземных вод самостоятельно.

Для взятия образцов потребуется выкопать яму равную глубине залегания будущего фундамента. Определить характеристики почвы помогут несколько простых методов:

Органолептический

Самый простой способ узнать состав почвы – это задействовать зрение и тактильные ощущения.

  • Песок – комочки не образуются, частицы однородные, твердые, хорошо просматриваются. Размеры песчинок также можно оценить визуально. У гравелистого песка они до 5 мм, у крупного – до 2 мм, среднего – около 1 мм.
  • Супесь – по ощущениям похоже на муку из-за пылеватых частиц, при сдавливании быстро рассыпается.
  • Суглинок – крупинки песка чувствуются слабо, влажные комочки хорошо держатся.
  • Глина – мелкий желтоваты порошок при намокании липнет к рукам, образуются твердые комочки.

Тип почвы определяют по внешнему виду: глина и суглинок – твердые куски, которые рассыпаются при ударе молотком, супесь рассыпается при сдавливании руками, песок не образует комьев.

Скатывание в кольцо

Метод также несложный – необходимо смочить горсть почвы, попробовать скатать жгут, а из него сделать кольцо. Из песка жгутик не получится, а из супеси быстро развалится. Если шнур скатывается, но при сгибании трескается, это суглинок. Из пластичной глины без труда получается сделать кольцо.

Читать еще:  Мир катится под откос

Процентное содержание различных типов грунта

Потребуется чистая банка объемом 1 литр. До половины ее засыпают исследуемой почвой, затем до верха заливают водой. После отстаивания, занимающего от нескольких часов до 2-3 дней, измеряют высоту слоев грунтов и высчитывают процентное соотношение. Нижний слой будет из песка, далее супесь с пылеватыми частицами, верхняя часть – глина.

Большая часть территорий пригодных под строительство занимают осадочные породы. Зная их свойства, проектировщик может выбрать оптимальный способ строительства фундамента.

Коэффициент фильтрации грунтов и песка

Химическая формула речного песка – SiO2 – 98%, остальное – AI2O3 (оксид алюминия) и Fe2O3 (оксид железа). Основной составляющей песка является диоксид кремния. Это формула кварцевого песка, и от нее всегда отталкиваются, делая расчеты при проведении строительно-ремонтных работ, направленные на составление пропорций цементно-песчаного или бетонного растворов. Кварцевый песок, особенно речной, имеет наиболее чистый состав.

Формула кварцевого песка

  1. Как рассчитать коэффициент фильтрации песка
  2. КФ для разных типов песка
  3. Расчет КФ
  4. Выводы

Как рассчитать коэффициент фильтрации песка

Песок используют для приготовления растворов и смесей (мокрых или сухих) в строительстве самых разных объектов и сооружений – от жилья до стратегических конструкций и для дорожного строительства, от фундаментов до влагонепроницаемых герметичных сооружений. Выбирая требуемую фракцию и степень очистки песка, принимают в расчет модуль крупности, наличие глинистых примесей, объемную массу, коэффициент фильтрации. Справочные значения коэффициента фильтрации песка приведены в таблице:

ГрунтКФКФ
Гравий, галька0,125-0,1750,135-0,25
Песчаный грунт0,175-0,300,20-0,40
Супеси0,22-0,320,28-0, 5
Суглинки0,3-0,380,45-0,65
Глинистый грунт0,35-0,450,55-0,75
Крупнообломочный грунт0,250,35

Точное определение коэффициента фильтрации песка нужно для того, чтобы узнать его способность пропускать воду (водопроницаемость). Скорость прохождения воды через определенную толщу песка вычисляют посредством применения гидравлического градиента со значением 1, единица измерения – м/сут (метров в сутки). Результат измерений отображает расстояние, на которое просочилась вода через слой песка за 24 часа, то есть плотность песка. Определение коэффициента фильтрации грунтов

Коэффициент фильтрации песка (КФ) определяет его проникающую способность и параметры качества. Самая маленькая пропускная способность песка имеет КФ = 0. По значениям КФ можно определить объемное присутствие примесей глины и по этому показателю применять песок для тех или иных растворов или смесей.

Чем ниже коэффициент фильтрации, тем меньше диапазон применения песка, так как его качество определяет прочность бетонной или цементно-песчаной конструкции. Наивысший КФ имеет крупнозернистый песок, так как между зернами материала остается больше воздуха и вода может свободно и быстро просачиваться через толстый слой песка.

Чтобы лабораторным путем узнать КФ песка и провести исследования, пользуются мерной пробиркой: в нее наливают воду уровнем выше отметки «0» на 0,5 см и более. При стекании воды через перфорированное дно с отверстиями хронометром замеряют время, за которое вода опустится в мерной пробирке ниже 5,0 см. Такие измерения проводят 4 раза подряд, и каждый раз воду в мерную пробирку доливают на 0,5 см. При десятиминутном снижении уровня воды измерения можно делать при значении начального градиента давления 2,0. Мерная пробирка и подставка вынимаются из стакана и устанавливаются на специальный поддон. При проведении замеров необходимо следить за тем, чтобы вода в мерной пробирке не опускалась ниже верхнего уровня стройматериала. Прибор для определения значения фильтрации песка

Плотность сухого сыпучего материала в резервуаре (ρdi, г/см 3 ) рассчитывают таким образом: ρdi = m1 / (Vi х (1+Wi)), где:

Vi – объем грунта в мерной пробирке, см 3 ;

Wi – влажность грунта в мерной пробирке.

КФ рассчитывают по формуле: K = h / t 0 x α (S / H) x 864 / T, где:

h высота песчаной насыпки для фильтрации в мерной пробирке (см);

S – визуальное уменьшение уровня от начального (см);

H – значение предельно минимального давления жидкости (см);

t 0 – время падения уровня (сек);

Т = (0,7 + 0,03 Тф) – коэффициент, применяемый для приведения КФ песка к приемлемым условиям фильтрации жидкости при температуре 10 0 С, где:

Тф – температура при проведении опытов, 0 С;

Т = (0,7 + 0,03 х 18) = 1,24.

КФ для разных типов песка

Разный по свойствам грунт обладает различными коэффициентами поглощения воды или другой жидкости (коэффициентом водопроницаемости). Точные данные приведены в ГОСТ 25584. Свойства жидкости в расчет не принимаются – основным параметром для расчетов служит размер фракций песка и включений в нем. Прибор КФ-00М

Коэффициент проницаемости жидкости для карьерного песка – 0,5-7 м/сут, так как в этом стройматериале много посторонних включений – глина, пыль, и т.д. Все эти ненужные компоненты задерживают жидкость, поэтому при приготовлении смесей и растворов на основе цемента этот песок применяют очень редко.

После того как карьерный песок очистили при помощи воды, КВ увеличивается, а качество песка становится лучше. КФ в карьерном намытом песке достигает 5-20 м/сут, а размер средних фракций песка остается на уровне 1,5 мм. Такой промытый карьерный песок уже разрешается применять при приготовлении бетонных и цементно-песчаных смесей.

Песок мелкой фракции с пропускной способностью 1-10 м/сут широко применяют при производстве сухих строительных смесей – штукатурных, кладочных, и т.д. При наличии любых посторонних примесей в мелкофракционном песке его КФ значительно уменьшается.

Очень высокий показатель КВ у песка крупной зернистости – это материал практически максимальной водопроницаемости, так как между крупными зернами всегда остается воздух, сквозь который вода или любая другая жидкость может свободно протекать. Разные фракции песка

Расчет КФ

Учитывая постоянный спрос на песок для организации любых строительных работ – как в промышленном, так и в индивидуальном строительстве и ремонте – характеристики этого стройматериала должны быть такими, чтобы обеспечить максимально возможные качественные, прочностные, фильтрационные (КФ) и другие параметры. Ориентировочные значения КФ песка

КФ определяется при помощи такого набора инструментов:

  1. Прибор КФ-00М, который состоит из следующих комплектующих:
    1. Фильтрационная пробирка (трубка) высотой более 100 мм, диаметром 5,65 см. Трубка имеет дно с перфорационными отверстиями для прохождения жидкости.
    2. Муфта со стальными сетками для фильтрации жидкости.
    3. Стеклянный резервуар.
  2. Электронные весы.
  3. Хронометр или секундомер.

Подробнее о проведении опыта по измерению КФ песка:

В пробирку прибора КФ-00М насыпают сухой песок, который необходимо исследовать, а сетка с отверстиями прикрепляется ко дну пробирки. Устройство ставят на горизонтальную поверхность, песок в пробирке следует плотно утрамбовать. Для этого его засыпают маленькими порциями, и каждая порция трамбуется отдельно. Всего порций делают три или больше. Аппарат для определения водопоглощения в лаборатории

По окончании исследований разница между показателем плотности сухого карьерного песка и предельной его плотностью не должна быть больше 0,02 г/см 3 . Для укладки дорожного полотна берут речной, морской или карьерный промытый песок, так как эти пески обладают улучшенными параметрами качества, а промытый стройматериал – и лучшую очистку. Благодаря качеству промывки асфальт на основе такого песка будет прочнее, а длительность его эксплуатации – выше. Песок, добытый со дна моря, в строительно-ремонтных работах используют не так часто, как речной, потому что его стоимость выше. Песок с примесями глины в строительстве применяют намного реже других сыпучих материалов, но если его очистить (промыть и высушить), то сферу его использования можно не ограничивать из-за маленького КФ.

Добыча морского песка

Грязный песок, добытый в карьере, имеет низкий коэффициент фильтрации по ГОСТ – не выше 0,5-0,7 м/сут. При его промывке глина и другие посторонние примеси вымываются, а крупные посторонние зерна (камень, крошка гранита или щебня) остаются. Для получения более высокого качества такого песка его необходимо не только просушить, но и просеять, после чего можно смело использовать для получения высококачественных растворов или смесей. КФ для таких песков получается высоким – ≤ 20 м/сут, так как из него промывкой и просеиванием удаляются все сторонние фракции и примеси.

Таблица: коэффициент фильтрации грунтов по ГОСТ

Тип грунтаПриблизительный КФ, м/сут
Галька≥ 200
Гравий100-200
Крупнообломочный грунт с песчаным наполнителем100-150
Гравелистые пески50-100
Крупный песок25-75
Среднекрупный песок10-25
Мелкий песок2-10
Пылеватый песок0,1-2
Супесчаный грунт0,1-0,7
Суглинистая почва0,005-0,4
Глинистая почва≤ 0,005
Слаборазложившийся торфяник1-4
Среднеразложившийся торфяник0,15-1
Сильноразложившийся торфяник0,01-0,15

Добыча морского песка

Выводы

Чтобы использовать песок, добытый в карьере, для промышленного строительства, его необходимо промывать. Такой намывной стройматериал можно применять при изготовлении кирпича или бетонных блоков, плит и других конструкций, укладывать бордюры из элементов, сделанных на его основе, использовать в дорожно-строительных работах.

Читать еще:  Откосы для котлована глубиной 5 м

Но если есть возможность работать с речным или морским песком, особенно при возведении многоэтажных зданий и укладке дорожного полотна, то ее нельзя упускать. Среднее значение КФ такого сыпучего стройматериала – 10-20 м/сут. Коэффициент сильно зависит от значения модуля крупности.

Определение коэффициента фильтрации песка

Коэффициент фильтрации грунта Кф –это скорость прохождения воды через грунт. Коэффициент фильтрации песка Кф численно равен скорости прохождения воды через песок при единичном напоре и измеряется в метрах за сутки. В расчетах часто используют К10 – коэффициент фильтрации приведенный к температуре воды 10 °С.

На практике определение коэффициента фильтрации наиболее востребовано в дорожном и аэродромном строительстве при устройстве дренирующих слоев из песчаных грунтов, так как значение коэффициента фильтрации используемых грунтов должно находиться в пределах 1-2 м/сутки.

Для определения коэффициента фильтрации грунтов и, в частности, коэффициента фильтрации песка используют методы, изложенные в ГОСТ 25584-2016. Рассмотрим основные моменты проведения данного анализа.

В нашей лаборатории в основном работают с песками, используемыми для строительства дорог, поэтому дальнейшее изложение материала будет относиться к данной группе грунтов.

Определение коэффициента фильтрации начинается с определения еще двух характеристик песчаного грунта, а именно, максимальной плотности и оптимальной влажности в соответствии с ГОСТ 22733-2016. Для проведения испытания по определению данных характеристик используют прибор СОЮЗДОРНИИ, схематично изображенный ниже.

1 — поддон; 2 — разъемная форма; 3 — зажимное кольцо; 4 — насадка; 5 — наковальня; 6 — груз массой 2,5 кг; 7 — направляющая штанга; 8 — ограничительное кольцо; 9 — зажимные винты; 10 — образец грунта

Порядок проведения испытания

Отбирают пробу весом 2500г из предварительно просушенного и просеянного через сито 5мм песка.

Рассчитывают количество воды Q, г, для доувлажнения отобранной пробы до влажности первого испытания по формуле:

Где mp — масса отобранной пробы, г;
wg — влажность просеянного грунта в воздушно-сухом состоянии, %;
w1 — влажность грунта для первого испытания, для мелких и пылеватых песков принимается равной 6 %.

В отобранную пробу грунта вводят рассчитанное количество воды за несколько приемов, перемешивая грунт металлическим шпателем. Затем переносят пробу грунта из чашки в эксикатор или плотно закрываемый сосуд и выдерживают ее при комнатной температуре не менее 2 ч для песчаных несвязанныхгрунтов.

Далее переносят пробу из эксикатора в металлическую чашку и тщательно перемешивают;
— загружают в собранную форму из пробы слой грунта толщиной 50-60 мм и слегка уплотняют рукой его поверхность. Проводят уплотнение 40 ударами груза по наковальне с высоты 300 мм, зафиксированной на направляющей штанге. Аналогичную операцию проводят с каждым из трех слоев грунта, последовательно загружаемых в форму. Перед загрузкой второго и третьего слоев поверхность предыдущего уплотненного слоя взрыхляют ножом на глубину 1-2 мм. Перед укладкой третьего слоя на форму устанавливают насадку;
— после уплотнения третьего слоя снимают насадку и срезают выступающую часть грунта заподлицо с торцом формы. Толщина выступающего слоя срезаемого грунта должна быть не более 10 мм.

Образующиеся после зачистки поверхности образца углубления вследствие выпадения крупных частиц заполняют вручную грунтом из оставшейся части отобранной пробы и выравнивают ножом.

Взвешивают цилиндрическую часть формы с уплотненным грунтом mi и вычисляют плотность грунта ρi по формуле:

Где mc — масса цилиндрической части формы без грунта, г;
mi — масса цилиндрической части формы с уплотненным грунтом, г;
V – объем формы равный 400 см 3 .

Извлекают из цилиндрической части формы уплотненный образец грунта. При этом из верхней, средней и нижней частей образца отбирают пробы для определения влажности грунта wi

При каждом последующем испытании влажность грунта следует увеличивать на 1%-2%, при этом необходимое количество воды для доувлажнения рассчитывается по формуле (1), где wg , и w1 влажности при предыдущем и очередном испытаниях соответственно.

Испытание считают законченным, когда с повышением влажности пробы при последующих двух испытаниях происходит последовательное уменьшение значений массы и плотности уплотняемого образца грунта, а также когда при ударах грузом происходит отжатие воды или выделение разжиженного грунта через соединения формы.

По результатам испытания строят график ρ(w).
Ниже приведен пример графика для песчаных грунтов.

По построенному графику определяют максимальную плотность и оптимальную влажность. Зная эти характеристики, переходят к непосредственному определению коэффициента фильтрации.

Для проведения испытания используют прибор ПКФ, схема которого приведена ниже

а также трамбовку

Порядок проведения испытания

— песок и воду, предназначенные для определения коэффициента фильтрации, выдерживают в лаборатории до выравнивания их температуры с температурой воздуха;
— песок просушивают до воздушно-сухого состояния;
— просеивают через сито с отверстиями 5 мм и определяют его гигроскопическую влажность по ГОСТ 5180;
— отбирают в фарфоровую чашку пробу песка методом квартования массой не менее 450 г;
— увлажняют с помощью мерного цилиндра отобранную пробу до оптимальной влажности и выдерживают ее в эксикаторе с водой не менее 2 ч.

Из подготовленной пробы влажного грунта отбирают навеску массой m1 для помещения в фильтрационную трубку прибора и навеску для контрольного определения фактической влажности грунта по ГОСТ 5180.

Массу m1 вычисляют по формуле,

где ρmax – максимальная плотность песка, определенная ранее;
w – оптимальная влажность, определенная ранее;
V – объем грунта в трубке, для ПКФ = 200 см 3 .

Подготовку прибора к проведению испытания производят в следующем порядке:
— съемное перфорированное дно 6 с латунной сеткой 5, покрытой кружком высокопористого материала, смоченного водой, крепят к трубке 3 и ставят ее на жесткое массивное основание;
— навеску влажного грунта массой m1 делят на три порции и последовательно укладывают их в трубку, уплотняя каждую из них с помощью трамбовки, проводя по 40 ударов груза с высоты 300 мм; перед укладкой каждой порции поверхность предыдущей уплотненной порции взрыхляют ножом на глубину 1-2 мм;
— измеряют линейкой расстояние от верхнего края трубки до поверхности уплотненного грунта; измерения проводят не менее чем в трех точках; в расчет принимают среднее значение. (При высоте образца грунта 1 в трубке более 100 мм проводят дополнительное уплотнение, которое заканчивают при высоте образца (100±1) мм.)
— укладывают на поверхность грунта слой гравия (фракция 2-5 мм) толщиной 5-10 мм;
— устанавливают трубку с грунтом на подставку 7 и вместе с ней помещают в стакан 4, который постепенно наполняют водой до верха;
— помещают стакан с трубкой в емкость для воды и заполняют ее до уровня выше слоя гравия на 10-15 мм, после появления воды в трубке над слоем гравия доливают водой верхнюю часть трубки примерно на 1/3 ее высоты;
— извлекают стакан с трубкой из емкости и устанавливают его на поддон 8.

Испытание проводят в следующем порядке:
— доливают водой трубку не менее чем на 5 мм выше нулевого деления;
— дожидаются снижения уровня воды в пьезометре 2 до отметки «0» и включают секундомер;
— фиксируют время снижения уровня воды в пьезометре до отметок 10, 20, 30, 40 и 50 мм.

При времени падения уровня воды до отметки 50 мм более 10 мин допускается проводить испытание при большем значении начального градиента напора. В этом случае трубку с подставкой извлекают из стакана и ставят непосредственно на поддон. Начальную высоту уровня воды Н при этом принимают равным 20см.

По результатам испытания строят график , на котором на оси Y откладывают величину C*t, а по оси X величину ln(H/(H-S)), где
Н — начальная высота уровня воды в пьезометре, см; отсчитывается от уровня слива воды;
S — снижение уровня воды в пьезометре, см;
t — время, за которое произошло снижение уровня воды на значение S, сек;
С – постоянная прибора ПКФ (в нашем случае 0,1).

Ниже приведен пример графика.

Опытные точки на графике должны наложиться на прямую линию, выходящую из начала координат, что является показателем корректности проведения испытания.

По построенному графику определяют коэффициент фильтрации (см/сек) по формуле:

Коэффициент фильтрации приведенный к температуре воды 10 °С — К10 вычисляют по формуле.

где Тф – фактическая температура воды при испытаниях, °С;
К – рассчитанный коэффициент фильтрации, см/сек.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector