Определение оптимальной плотности и влажности грунта

Стандартное уплотнение грунта в лабораторных условиях производят на приборе СоюздорНИИ (рис 1.8.1). Отобранный из резерва или выемки образец грунта, предназначенного для устройства насыпи, высушивают до постоянного веса, растирают и просеивают через сито 5 мм.

Рис. 1.8.1. Прибор для стандартного уплотнения:
1 - поддон; 2 - разъемный цилиндр; 3 - груз массой 2, 5 кг; 4 - стойка; 5 - цилиндрическая насадка; 6 - зажимное кольцо; 7 - зажимный винт; 8 - ограничитель для регулирования падения груза

Грунт, просеянный на сите, увлажняют из расчета на 4... 5 % ниже границы раскатывания и берут пробу для определения влажности грунта, W. Приготовленный грунт насыпают в прибор на 1/3 и уплотняют ударами груза массой 2, 5 кг, падающего с высоты 30 см. Уплотнение производят в три слоя. Число ударов зависит от физико-механических свойств грунта и составляет для несвязных грунтов 20´ 3, для связных 40´ 3. Далее взвешивают разъёмный цилиндр с грунтом и без грунта. Плотность влажного грунта d_w определяют по формуле

(1.8.1)

где Р ₁ - общая масса цилиндра с грунтом, г;

Р ₂ - масса разъёмного цилиндра, г;

V - объём цилиндра (1000 см³).

Зная влажность и плотность влажного грунта, определяют среднюю плотность скелета грунта

(1.8.2)

где W - влажность грунта, %.

После этого грунт из разъёмного цилиндра высыпают в чашку, добавляют 2...3 % воды и повторяют операцию, описанную выше.

Затем по полученным значениям (W, d) строят кривую (рис. 1.8) стандартного уплотнения, отображающую зависимость плотности скелета от влажности грунта при уплотнении, максимум которой определяют два параметра: оптимальную плотность d ₀ и оптимальную влажность W ₀. Если грунт содержит частицы крупнее 5 мм, то в оптимальную плотность, определенную для отсеянного грунта, вводят поправки, которые приведены в табл. 1.8.1.

Рис. 1.8. Кривые для определения оптимальной плотности и влажности:
1 - стандартное уплотнение на приборе СоюздорНИИ; 2 - усиленное уплотнение (США)

Таблица 1.8.1

Ориентировочные значения поправок в зависимости от процентного содержания частиц крупнее 5 мм

При обосновании параметров прибора стандартного уплотнения в СоюздорНИИ исходили из того, чтобы полученные в нем плотности были достаточно близки плотностям грунта в насыпях, проработавших не менее 20 лет, и, вместе с тем, практически достижимы с помощью уплотняющих средств массой до 10...15 т. Полученные величины оптимальных плотности и влажности грунта не являются наилучшими, так как, повышая при уплотнении число ударов или массу груза, можно получить более высокую оптимальную плотность, меньшую оптимальную влажность грунта и соответственно более прочную структуру (рис. 1.8). В США Американская ассоциация дорожных работников (AASHO) предложила новый способ повышенного уплотнения грунтов. Он предусматривает массу уплотняющей гири 4, 5 кг, высоту ее падения 45 см, уплотнение образца грунта в пять слоев 25 ударами гири на каждый слой. Этот метод теперь принят в США и ряде других стран как стандартный. Требования к плотности, установленные этим методом, выполнимы при условии использования машин для уплотнения повышенной массы и мощности и обеспечения оптимальной влажности грунта. В США для уплотнения грунтов применяют кулачковые катки массой до 100 т и на пневматических шинах массой до 300 т.

Практически каждому средству уплотнения соответствует некоторый предел затрат работы, после которого эффект уплотнения, если и повышается, то весьма незначительно (рис. 1.8.2).

Рис. 1.8.2. Увеличение плотности грунта по мере роста работы, затраченной на уплотнение:
1 - трамбовка (один удар соответствует пяти рабочим проходам катка массой 5 т); 2 - кулачковый каток массой 5 т; 3 - гладкий каток массой 8 т; 4 - каток на пневматических шинах массой 15 т

Грунт земляного полотна, уплотненный до оптимальной плотности по методике СоюздорНИИ, обеспечивает отсутствие осадок насыпи и в то же время остается во время замерзания и последующего оттаивания грунта без существенных изменений. Следует иметь в виду, что в северных районах стабильное уплотнение грунта в верхнем промерзающем слое обычно не превышает 0, 95...1, 0 от оптимального уплотнения; по, этой причине в северных районах нет необходимости производить усиленное уплотнение грунта. В то же время в южных районах усиленное уплотнение (1, 05...1, 1) позволит уменьшить расходы на строительство дорожной одежды.