Метод вращательного среза

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

Дата введения 01.07.2013

Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0-92 " Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2-2009 " Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила, рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, применения, обновления и отмены"

Сведения о стандарте

1 РАЗРАБОТАН Научно-исследовательским, проектно-изыскательским и конструкторско-технологическим институтом оснований и подземных сооружений им.Н.М.Герсеванова (НИИОСП им.Н.М.Герсеванова) ОАО " НИЦ " Строительство"

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 " Строительство" Российской Федерации

3 ПРИНЯТ Межгосударственной научно-технической комиссией по стандартизации, техническому нормированию и оценке соответствия в строительстве (приложение В к протоколу N 40 от 4 июня 2012 г.)

За принятие стандарта проголосовали:

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 29 октября 2012 г. N 600-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 20276-2012 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 июля 2013 г.

5 ВЗАМЕН ГОСТ 20276-99

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе " Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемом информационном указателе " Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе " Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости грунтов при их исследовании для строительства.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие межгосударственные стандарты:

ГОСТ 5180-84 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик

ГОСТ 12248-2010 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости

ГОСТ 12536-79 Грунты. Метод лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава

ГОСТ 25100-95* Грунты. Классификация

* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ 25100-2011, здесь и далее по тексту.

ГОСТ 30416-96* Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения

* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ 30416-2012, здесь и далее по тексту.

ГОСТ 30672-99* Грунты. Полевые испытания. Общие положения

* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ 30672-2012, здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю " Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающий эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 25100, ГОСТ 30416 и ГОСТ 30672.

4 Общие положения

4.1 Настоящий стандарт устанавливает следующие методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости грунтов:

- испытания штампом,

- испытания радиальным прессиометром,

- испытания прессиометром с секторным приложением нагрузки (см. приложение А),

- испытания лопастным прессиометром (см. приложение Б),

- испытания плоским дилатометром (см. приложение В),

- срез целиков грунта,

- вращательный срез - для дисперсных грунтов;

- испытания горячим штампом - для мерзлых грунтов.

Примечание - По специальному заданию могут применяться другие методы испытаний и конструкции приборов, обеспечивающие моделирование процессов нагружения грунта.

4.2 Общие требования к полевым испытаниям грунтов, оборудованию и приборам, подготовке площадок и выработок для испытаний приведены в ГОСТ 30672.

4.3 Испытания грунта проводят в горных выработках (расчистках, котлованах, шурфах, штреках, буровых скважинах и т.д.) или в массиве грунта. Схемы испытаний грунта для определения характеристик деформируемости приведены в приложении Г.

4.4 При проходке опытной скважины запрещается применение ударно-канатного, вибрационного и шнекового бурения, начиная с отметки на 1 м выше участка, на котором будет проводиться испытание. На этом участке скважину следует проходить вращательным способом с помощью колонковой трубы, обуривающего грунтоноса или буровой ложки, частота вращения которых не должна превышать 60 оборотов в минуту, осевая нагрузка на буровой наконечник - не более 0, 5 кН.

4.5 При бурении скважин для испытания грунта ниже уровня подземных вод не допускается понижение уровня подземных вод в скважине.

4.6 Промежуток времени между окончанием бурения опытной скважины и началом испытания грунта выше уровня подземных вод не должен превышать 2 ч, ниже уровня подземных вод - 0, 5 ч. Исключение составляют испытания грунта штампами, при которых за указанное время необходимо только установить штамп на забой выработки.

4.7 Проходку горных выработок в мерзлых грунтах проводят до требуемой по условиям испытаний глубины максимального сезонного оттаивания, а в условиях несливающейся многолетнемерзлой толщи - до верхней границы этой толщи.

4.8 Минимальная толщина однородного слоя испытуемого грунта должна быть не менее двух диаметров штампа при испытании грунта штампом и 1, 5 высоты рабочего наконечника - при испытании грунта прессиометрами, дилатометрами и на срез в скважинах и массиве.

4.9 На отметке испытания грунта в скважинах и других выработках должны быть отобраны образцы и в лабораторных условиях определены следующие физические характеристики:

гранулометрический состав по ГОСТ 12536,

влажность и плотность грунта,

плотность частиц грунта, влажность на границах раскатывания и текучести по ГОСТ 5180,

а также вычислены плотность сухого грунта, коэффициент пористости, коэффициент водонасыщения, число пластичности и показатель текучести.

4.10 В процессе полевых испытаний ведут журналы по формам, приведенным в приложении Д.

5 Метод испытания штампом

5.1 Сущность метода

5.1.1 Испытание грунта штампом проводят для определения следующих характеристик деформируемости дисперсных грунтов:

- модуля деформации минеральных, органо-минеральных и органических грунтов;

- начального просадочного давления и относительной деформации просадочности для просадочных глинистых грунтов при испытании с замачиванием.

5.1.2 Характеристики определяют по результатам нагружения грунта вертикальной нагрузкой в забое горной выработки с помощью штампа.

Результаты испытаний оформляют в виде графиков зависимости осадки штампа от нагрузки.

5.1.3 При испытании грунта в шурфе размеры шурфа определяют в зависимости от необходимости крепления его стен и глубины проходки. Минимальные размеры шурфа в плане 1, 5х1, 5 м.

Диаметр дудки, проходимой механизированным способом, должен быть не менее 0, 9 м.

Диаметр опытной буровой скважины должен быть 325 мм.

Бурение скважины следует вести с обсадкой трубами до забоя.

Для грунтов залегающих выше уровня грунтовых вод и устойчивых к обрушению допускается бурение скважины без обсадки.

5.1.4 Замачивание просадочных грунтов при испытаниях в котлованах и дудках следует проводить до коэффициента водонасыщения 0, 8 на глубину не менее двух диаметров штампа ниже его подошвы.

Примечание - Для контроля влажности грунтов допускается применять радиоизотопный метод.

5.2 Оборудование и приборы

5.2.1 В состав установки для испытания грунта штампом должны входить:

- штамп;

- устройство для создания и измерения нагрузки на штамп;

- анкерное устройство (для установок без грузовой платформы);

- устройство для измерения осадок штампа (прогибомеры, датчики перемещений);

- устройство для замачивания и контроля влажности грунта (при испытании просадочных грунтов).

5.2.2 Конструкция установки должна обеспечивать:

- возможность нагружения штампа ступенями давления по 0, 01-0, 1 МПа;

- центрированную передачу нагрузки на штамп;

- постоянство давления на каждой ступени нагружения.

5.2.3 Штампы должны быть жесткими, круглой формы, следующих типов:

I - с плоской подошвой площадью 2500 и 5000 см ;

II - с плоской подошвой площадью 1000 см с кольцевой пригрузкой по площади, дополняющей площадь штампа до 5000 см ;

III - с плоской подошвой площадью 600 см ;

IlIa - с плоской подошвой площадью 600 см и встроенным зачистным устройством;

IV - винтовой штамп площадью 600 см (см. приложение Е).

5.2.4 Тип и площадь штампа назначают в зависимости от вида, подвида или разновидности испытываемого грунта по таблице 5.1.

Таблица 5.1 - Тип и площадь штампа в зависимости от вида, подвида или разновидности грунта

Грунты	Положение штампа относительно уровня подземных вод	Глубина испытания, м	Место проведения испытания	Штамп
				Тип	Площадь, см
Крупнообломочные;	На уровне подземных вод и выше	По всей толще	В котловане, шурфе, дудке	I
пески;				I
глинистые при любых значениях показателя текучести				II
Просадочные при испытаниях с замачиванием	Выше уровня подземных вод	По всей толще	В котловане, шурфе, дудке	I
Крупнообломочные; пески плотные; глины и суглинки с 0, 5; супеси с 0	На уровне подземных вод и выше	По всей толще	В забое скважины	III
Глинистые с 0, 25	Ниже уровня подземных вод	По всей толще	Ниже забоя скважины	IlIa
Пески;	На уровне подземных вод и выше	По всей толще	Ниже забоя скважины (без обсадки)	IV
глинистые при любых значениях показателя текучести;
органо-минеральные и органические	Ниже уровня подземных вод	По всей толще	Ниже забоя скважины (с обсадкой)	IV
Глинистые с 0, 5; органо-минеральные и органические	Выше и ниже уровня подземных вод	До 10	В массиве без бурения скважины	IV

5.2.5 Нагружение штампа осуществляют домкратом или тарированным грузом.

Домкраты должны быть предварительно оттарированы.

Нагрузку измеряют с погрешностью не более 5% ступени давления.

5.2.6 Прогибомеры для измерения осадки штампа должны быть закреплены на реперной системе. Штамп должен быть соединен с прогибомером нитью из стальной проволоки диаметром 0, 3-0, 5 мм. Измерительная система должна обеспечивать измерение осадок с погрешностью не более 0, 1 мм.

Необходимо учитывать деформацию проволоки от температурных воздействий и вводить поправку в показания прогибомеров. Поправку определяют по показаниям контрольного прогибомера по 5.3.7. Осадку штампа следует определять как среднеарифметическое значение показаний трех прогибомеров, фиксирующих осадку штампа в трех точках, расположенных под углом 120° от оси штампа в горизонтальной плоскости.

Для измерения осадки штампа допускается применять другие приборы, обеспечивающие измерение осадок с погрешностью не более 0, 1 мм.

Примечание - При испытании грунтов в скважинах и измерении осадок штампа по перемещениям верха колонны труб, служащих для передачи нагрузки на штамп, учитывают деформацию сжатия труб от нагрузки и предусматривают мероприятия, исключающие их продольный изгиб.

5.2.7 Реперная система, на которой крепят прогибомеры, должна состоять из четырех свай, забиваемых или завинчиваемых попарно в грунт с противоположных сторон выработки на расстоянии 1, 0-1, 5 м от краев и прикрепляемых к ним параллельно металлических ригелей, на которых устанавливают прогибомеры. Глубина погружения свай в грунт должна обеспечивать неподвижность реперной системы в процессе испытания.

5.3 Подготовка к испытанию

5.3.1 При испытаниях в котлованах, шурфах и дудках штамп с плоской подошвой устанавливают на дно выработки. Для достижения плотного контакта подошвы штампа с грунтом необходимо провести не менее двух поворотов штампа вокруг его вертикальной оси, меняя направление поворота. После установки штампа проверяют горизонтальность его положения.

В глинистых грунтах с 0, 75 штамп следует устанавливать в выемку, устраиваемую на дне выработки. Глубина выемки должна быть 40-60 см, поперечный размер выемки не должен превышать диаметр штампа более чем на 10 см.

Стенки выемки при необходимости следует закрепить.

5.3.2 Поверхность грунта в пределах площади установки штампа должна быть тщательно спланирована. При затруднении в планировке грунта следует устраивать из маловлажного песка мелкого или средней крупности подушку толщиной 1-2 см для глинистых и не более 5 см - для крупнообломочных грунтов.

При испытаниях штампами площадью 5000 см просадочных грунтов с замачиванием в шурфах и котлованах толщина подушки должна составлять 2-3 см для обеспечения дренирования воды в грунт. Подушку следует укладывать по всей площади установки штампа и вокруг него на расстоянии не менее 10 см.

5.3.3 При испытании в скважинах штампом типа III площадью 600 см установку штампа проводят после зачистки забоя скважины специальным буровым наконечником-зачистителем в несколько приемов с его извлечением на поверхность после каждой зачистки.

Штамп, прикрепленный к колонне труб диаметром 219 мм, имеющей направляющие хомуты, опускают в скважину и добиваются плотного контакта штампа с грунтом не менее чем двумя поворотами колонны труб вокруг оси. Штамп должен быть установлен ниже обсадной трубы на глубину 2-3 см.

5.3.4 Погружение винтового штампа проводят завинчиванием механически или вручную ниже забоя скважины или с поверхности в массив грунта без бурения скважины. При испытаниях в скважинах глубина завинчивания винтового штампа ниже забоя скважины должна быть 50 см для глинистых грунтов с 0, 75 и водонасыщенных песков и 30 см - для остальных грунтов. Допускается увеличивать глубину в случаях, когда при измерениях осевой нагрузки на штамп исключается влияние трения грунта по боковой поверхности ствола.

5.3.5 В процессе завинчивания винтового штампа необходимо обеспечить синхронность его вращения с погружением. Глубина погружения за один оборот должна соответствовать шагу винтовой лопасти.

5.3.6 После установки штампа монтируют устройство для нагружения штампа, анкерное устройство и измерительную систему.

5.3.7 Контрольный прогибомер для учета влияния температуры на изменение деформации устанавливают на реперной системе. Его нить закрепляют к неподвижному реперу. Длина нити должна быть равна длине нити прогибомера, измеряющего осадку штампа.

5.3.8 После монтажа всех устройств и измерительной системы записывают начальные показания приборов.

5.4 Проведение испытания

5.4.1 Нагрузку на штамп следует увеличивать ступенями давлений , указанными в таблицах 5.2-5.4.

Таблица 5.2 - Ступени давления и время условной стабилизации деформации при штамповых испытаниях для крупнообломочных и песчаных грунтов

Грунты	Коэффициент водонасыщения	Ступени давления , МПа, при плотности сложения грунтов	Время условной стабилизации деформации , ч
		Плотные	Средней плотности	Рыхлые
Крупнообломочные	1, 0	0, 1	0, 1	0, 1	0, 5
Пески гравелистые и крупные	1, 0	0, 1	0, 05	0, 025	0, 5
Пески средней крупности	0, 5	0, 1	0, 05	0, 025	0, 5
	0, 5 1, 0	0, 1	0, 05	0, 025	1, 0
Пески мелкие и пылеватые	0, 5	0, 05	0, 025	0, 01	1, 0
	0, 5 1, 0	0, 05	0, 025	0, 01	2, 0

Таблица 5.3 - Ступени давления и время условной стабилизации деформации при штамповых испытаниях для глинистых грунтов

Грунты	Ступени давления , МПа, при коэффициенте пористости	Время условной стабилизации деформации , ч
	0, 5	0, 5 0, 8	0, 8 1, 1	1, 1*
Глинистые с показателем текучести:
0, 25	0, 1	0, 1	0, 05	0, 05
0, 25 0, 75	0, 1	0, 05	0, 05	0, 025
0, 75 1	0, 05	0, 025	0, 025	0, 01
1	0, 05	0, 025	0, 01	0, 01
* При коэффициенте пористости 1, 1 время условной стабилизации увеличивается на 1 ч.

Таблица 5.4 - Ступени давления и время условной стабилизации деформации при штамповых испытаниях для просадочных, органо-минеральных и органических грунтов

Грунты	Ступени давления , МПа	Время условной стабилизации деформации , ч
Просадочные природной влажности	0, 5
Просадочные после замачивания	0, 025
Органо-минеральные и органические	0, 005-0, 01

Общее число ступеней давления после достижения давления, соответствующего вертикальному эффективному напряжению от собственного веса грунта на отметке испытания, должно быть не менее четырех.

В первую ступень давления следует включить вес деталей установки, влияющих на нагрузку штампа.

При применении штампа типа II кольцевая пригрузка должна соответствовать напряжению на отметке испытания.

Время выдержки каждой последующей ступени давления должно быть не менее времени выдержки предыдущей.

5.4.2 Каждую ступень давления выдерживают до условной стабилизации деформации грунта (осадки штампа).

За критерий условной стабилизации деформации принимают скорость осадки штампа, не превышающую 0, 1 мм за время , указанное в таблицах 5.2-5.4.

5.4.3 Отсчеты по прогибомерам на каждой ступени нагружения проводят:

- при испытании крупнообломочных грунтов и песков через каждые 10 мин в течение первого получаса, 15 мин в течение второго получаса и далее через 30 мин до условной стабилизации деформации грунта;

- при испытании глинистых грунтов через каждые 15 мин в течение первого часа, 30 мин в течение второго часа, далее через 1 ч до условной стабилизации деформации грунта.

5.4.4 По специальному заданию для определения модуля деформации по ветви повторного нагружения может быть проведена разгрузка образца грунта, а затем повторное нагружение. Последняя ступень разгрузки и начало повторного нагружения определяются заданием. При полной разгрузке последняя ступень должна соответствовать давлению от штампа и смонтированного на нем оборудования. Повторное нагружение проводят в последовательности, аналогичной последовательности первого нагружения. Число ступеней при разгрузке допускается уменьшить.

5.4.5 Испытания просадочных грунтов с замачиванием следует проводить по схеме " двух кривых" или " одной кривой".

Схему испытаний выбирают в зависимости от комплекса характеристик, необходимых для проектирования.

Испытания по схеме " двух кривых" следует выполнять при необходимости определения полного комплекса характеристик (см. 5.5.3), по схеме " одной кривой" - в случаях, когда достаточно определить модуль деформации грунта природной влажности и относительную просадочность при одном заданном давлении.

5.4.6 При испытаниях по схеме " одной кривой" нагрузку на штамп увеличивают ступенями до заданного давления .

Давление должно быть установлено с учетом предполагаемого фактического давления на грунт в основании фундамента, равного сумме давлений от нагрузки фундамента и собственного веса грунта в насыщенном водой состоянии на отметке испытания.

После достижения условной стабилизации осадки на последней ступени, соответствующей давлению , грунт в основании штампа следует замочить и продолжать замачивание с измерениями просадки грунта до ее условной стабилизации при расходе воды не менее определяемого по приложению Ж.

За критерий условной стабилизации просадки грунта следует принимать скорость осадки штампа, не превышающую 0, 1 мм за два часа.

5.4.7 Испытания по схеме " двух кривых" следует проводить на одной глубине в двух шурфах, расположенных на расстоянии 5-6 м.

В одном шурфе испытания необходимо проводить в соответствии с требованиями 5.4.6, в другом - замочить грунт (при расходе воды не менее определяемого по приложению Ж) после монтажа установки до приложения нагрузки, а затем нагружать штамп ступенями до давления , продолжая замачивание грунта.

5.4.8 Отсчеты по прогибомерам после замачивания просадочного грунта следует проводить через промежутки времени, указанные в 5.4.3.

5.4.9 Замачивание просадочных грунтов в основании штампа в котлованах, шурфах и дудках следует проводить рассредоточенной струей во избежание размыва грунта, поддерживая уровень воды на 5-10 см выше поверхности песчаной подушки и измеряя расход воды.

5.4.10 По окончании испытаний выработку следует углубить ниже отметки испытания на глубину не менее двух диаметров штампа для контроля однородности испытываемого грунта.

5.5 Обработка результатов

5.5.1 По данным испытаний строят график зависимости осадки штампа от давления (см. приложение И).

Модуль деформации вычисляют в диапазоне давлений от до .

За начальное значение и принимают давление, равное напряжению (см. 5.4.1), и соответствующую осадку; за конечные значения и - значения и , соответствующие четвертой точке графика на прямолинейном участке.

Если при давлении приращение осадки будет вдвое больше, чем для предыдущей ступени давления , а при последующей ступени давления приращение осадки будет равно или больше приращения осадки при , за конечные значения и следует принимать и . При этом число точек в рассматриваемом диапазоне должно быть не менее трех. В противном случае при испытании грунта необходимо применять меньшие ступени давления.

5.5.2 Модуль деформации грунта , МПа, вычисляют по формуле

, (5.2)*

где - коэффициент поперечного расширения (Пуассона), принимаемый равным 0, 27 для крупнообломочных грунтов; 0, 30 - для песков и супесей; 0, 35 - для суглинков; 0, 42 - для глин;

* Нумерация соответствует оригиналу.

- коэффициент, принимаемый в зависимости от заглубления штампа ( - глубина расположения штампа относительно дневной поверхности грунта, см; - диаметр штампа, см);

- коэффициент, принимаемый для жесткого круглого штампа равным 0, 79;

- приращение давления на штамп (см. 5.5.1), МПа, равное ;

- приращение осадки штампа, соответствующее , см.

Коэффициент принимают равным 1 при испытаниях грунтов штампами в котлованах, шурфах и дудках. При испытаниях грунта штампом типа III в забое буровых скважин также допускается принимать коэффициент равным 1 независимо от .

При испытаниях грунтов винтовым штампом в буровых скважинах ниже забоя и в массиве без бурения скважин коэффициент принимают в зависимости от отношения по таблице 5.5

Таблица 5.5 - Значение коэффициента в зависимости от отношения глубины испытания и диаметра штампа.

						5
		0, 90	0, 82	0, 77	0, 73	0, 70

5.5.3 По результатам испытаний просадочных грунтов (см. приложение К) определяют:

- модуль деформации грунта природной влажности и относительную просадочность при заданном давлении - при испытании по схеме " одной кривой";

- модуль деформации грунта природной влажности и водонасыщенном состоянии (после замачивания), начальное просадочное давление и относительную просадочность при различных давлениях - при испытании по схеме " двух кривых

Метод вращательного среза