INTERSTATE COUNCIL FOR STANDARDIZATION, METROLOGY AND CERTIFICATION
(ISC)

ГРУНТЫ

Метод лабораторного определения
характеристик просадочности

Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0-92 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и МСН 1.01-01-2009 «Система межгосударственных нормативных документов в строительстве. Основные положения»

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»

3 ПРИНЯТ Межгосударственной научно-технической комиссией по стандартизации, техническому нормированию и оценке соответствия в строительстве (протокол от 4 июня 2012 г. № 40)

За принятие проголосовали:

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 29 октября 2012 г. № 598-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 23161-2012 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 июля 2013 г.

5 ВЗАМЕН ГОСТ 23161-78

Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта публикуется в ежемесячно издаваемом указателе «Национальные стандарты».

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 или отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты»

СОДЕРЖАНИЕ

ГОСТ 23161-2012

ГРУНТЫ

Метод лабораторного определения характеристик просадочности

Дата введения - 2013-07-01

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на просадочные грунты и устанавливает метод лабораторного определения характеристик просадочности при замачивании грунта водой: относительной просадочности ε_sl, начального просадочного давления p_sl и начальной просадочной влажности w_sl.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 5180-84 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик

ГОСТ 12071-2000 Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов

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

ГОСТ 25100-2011 Грунты. Классификация

ГОСТ 30416-96 Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов на территории государства по соответствующему указателю «Национальные стандарты», составленному на 1 января текущего года, и по соответствующим 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 затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 25100 и ГОСТ 30416, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 начальная просадочная влажность w_sl: Минимальная влажность, при которой от внешней нагрузки и (или) собственного веса грунта проявляются его просадочные свойства и относительная просадочность ε_sl = 0,01.

3.2 начальное просадочное давление p_sl: Минимальное давление, при котором проявляются просадочные свойства грунта при его полном водонасыщении и относительная просадочность ε_sl = 0,01.

3.3 абсолютное сжатие образца грунта: Уменьшение первоначальной высоты образца в результате уплотнения при определенном вертикальном давлении.

3.4 условная стабилизация осадки образца грунта: Приращение значения осадки образца во времени, характеризующее практическое затухание деформации.

3.5 условная стабилизация просадки образца грунта: Приращение значения сжатия образца грунта во времени, характеризующее практическое затухание дополнительной деформации от замачивания (просадки).

3.6 ступень давления: Значение приращения давления при передаче нагрузки через штамп на образец грунта.

4 Общие положения

4.1 Характеристики просадочности следует определять по относительному сжатию, полученному по результатам испытаний образцов грунта ненарушенного сложения в компрессионных приборах без возможности бокового расширения образцов грунта.

Испытания проводят на образцах грунта ненарушенной структуры с природной влажностью и с замачиванием их водой при давлении, последовательно увеличиваемом ступенями (см. приложение А).

4.2 Испытания просадочных грунтов в компрессионных приборах следует проводить по следующим схемам (см. приложение Б):

- «одной кривой» - для определения относительной просадочности ε_sl при одном заданном значении давления (см. 7.1);

- «двух кривых» - для определения относительной просадочности ε_sl при различных давлениях, начального просадочного давления p_sl (см. 7.2).

Примечания

1 Допускается также для определения относительной просадочности ε_sl при различных значениях давления на грунт и начального просадочного давления p_sl испытания просадочных грунтов в компрессионных приборах проводить ускоренным методом по «комбинированной схеме» (см. приложение В).

2 Начальную просадочную влажность рекомендуется определять по приложению Г по схеме «четырех-пяти кривых» при наличии соответствующего требования технического задания.

4.3 Образцы грунта ненарушенного сложения (монолиты) для испытаний следует отбирать из открытых выработок - шурфов, котлованов, расчисток и т.д.

Отбор образцов из скважин допускается проводить при помощи тонкостенных грунтоносов, обеспечивающих сохранение природного сложения и влажности грунта.

Отбор образцов грунтов проводят по ГОСТ 12071.

5 Аппаратура

5.1 Для испытаний просадочных грунтов применяют компрессионные приборы, состоящие из следующих основных узлов и деталей:

- рабочего кольца с внутренним диаметром d = 70 - 90 мм и высотой h от 20 до 30 мм, при соотношении d/h ³ 3;

- цилиндрической обоймы;

- перфорированного штампа;

- поддона с емкостью для воды и перфорированной крышкой;

- двух индикаторов с ценой деления шкалы 0,01 мм для измерений вертикальных деформаций образца грунта;

- механизма вертикальной нагрузки образца грунта.

Примечание - По специальному заданию могут применяться другие конструкции приборов, обеспечивающие моделирование процесса нагружения грунта и условий его работы в основании, составе инженерного сооружения или в качестве среды, его вмещающей.

5.2 Конструкция компрессионного прибора должна обеспечивать:

- подачу воды к образцу снизу и отвод ее;

- центрированную передачу нагрузки на штамп (образец грунта);

- возможность нагрузки на штамп ступенями давления от 10 до 50 кПа;

- постоянство каждой ступени давления;

- невозможность бокового расширения образца грунта;

- неподвижность рабочего кольца при испытаниях;

- измерение вертикальных деформаций образцов грунта с точностью до 0,01 мм;

- передачу нагрузки на штамп, обеспечивающую давление не ниже 1,0 МПа.

6 Подготовка к испытаниям

6.1 Компрессионные приборы необходимо тарировать не реже одного раза в год для учета их собственных упругих деформаций при определении деформаций образцов грунта. Для тарировки прибора в рабочее кольцо закладывают специальный металлический вкладыш с двумя бумажными фильтрами, смоченными водой, и прикладывают нагрузку ступенями давления 50 кПа, выдерживая их по 2 мин, до максимального давления на вкладыш 1,0 МПа, измеряя по индикаторам упругие деформации прибора.

По результатам тарировки составляют таблицу значений упругих деформаций прибора, в миллиметрах, при различных давлениях.

6.2 Образцы грунта для испытаний следует отбирать из монолита рабочим кольцом компрессионного прибора методом режущего кольца по ГОСТ 5180 с учетом выполнения следующих требований:

- кольца компрессионных приборов должны быть правильной формы, очищены от коррозии, пыли и внутренние поверхности покрыты антифрикционной смазкой;

- подготовленные образцы грунта при испытании должны иметь по отношению к направлению нагрузки ориентировку, соответствующую залеганию грунта в массиве;

- верхняя и нижняя поверхности образцов грунта должны быть тщательно зачищены под уровень стенок рабочего кольца.

Подготовленный образец грунта в рабочем кольце следует сразу же взвесить с точностью 0,01 г и поместить в компрессионный прибор.

6.3 Для испытуемых образцов грунта необходимо определить физические характеристики: влажность, плотность, влажность на границах раскатывания и текучести, а также вычислить коэффициент пористости, плотность грунта в сухом состоянии, степень влажности, число пластичности и показатель текучести (см. таблицу А.1 приложения А).

6.4 Рабочее кольцо с образцом грунта следует поместить на перфорированное дно поддона компрессионного прибора острым краем вверх (предварительно торцы образца покрыть бумажным фильтром) и затем провести сборку компрессионного прибора: завинтить соединительную муфту и установить перфорированный штамп. На штамп следует установить индикаторы и записать их начальные показания в журнале испытаний (см. таблицу А.2 приложения А).

7 Проведение испытаний

7.1 При испытаниях по схеме «одной кривой» (см. 4.2) нагрузку штампа на образец грунта с природной влажностью следует прикладывать ступенями (см. 7.3) до заданного давления р_з. Значение р₃ следует принимать равным (с погрешностью ±10 %) значению суммарного давления р_е от собственного веса грунта в водонасыщенном состоянии и от проектируемого фундамента или только от веса грунта р_е с учетом веса возможной планировочной насыпи, но не менее р_е + 50 кПа (в зависимости от вида просадочных деформаций, для расчета которых определяются характеристики просадочности) на глубине отбора образца.

После условной стабилизации осадки образца грунта на последней ступени давления, соответствующей р_з, образец грунта необходимо замочить водой, продолжая замачивание до условной стабилизации просадки (см. 7.3 и приложение Б).

7.2 Испытания по схеме «двух кривых» (см. 4.2) надлежит проводить на двух образцах грунта, отобранных из одного монолита. Один образец следует испытывать в соответствии с 7.1, второй образец необходимо до его нагрузки замочить (без применения арретира) до полного водонасыщения, начиная замачивание не менее чем за 3 ч до передачи первой ступени давления при испытаниях просадочных супесей и пылеватых песков и 6 ч - при испытаниях просадочных суглинков и глин. Затем следует провести нагружение штампа на образец ступенями до заданного давления р_з, продолжая замачивание.

Значение р_з в испытаниях по схеме «двух кривых» следует принимать в интервале от 200 до 400 кПа с учетом предполагаемого суммарного давления в основании проектируемых фундаментов, но не менее значения давления от собственного веса грунта р_е с учетом веса возможной планировочной насыпи и не менее р_е + 50 кПа.

Образцы грунта, испытуемые по схеме «двух кривых» (см. таблицу А.1 приложения А), не должны отличаться по плотности сухого грунта более чем на 0,03 гс/см³ и по влажности - на 2 % (0,02 долей единицы).

7.3 Ступени давления в испытаниях по 7.1 и 7.2 следует принимать равными 50 кПа.

В отдельных случаях, при испытаниях до заданного давления р_з < 150 кПа, ступени давления должны быть равны 25 кПа.

Каждую ступень давления необходимо выдерживать до условной стабилизации осадки и просадки образца грунта. За критерий условной стабилизации осадки и просадки надлежит принимать приращение осадки и просадки образца, не превышающее 0,01 мм за 3 ч.

7.4 После приложения каждой ступени давления или после замачивания образца грунта следует проводить отсчеты по индикаторам, регистрирующим осадки и просадки образца: через 5; 10 и 30 мин от начала испытаний, затем через каждый час до конца рабочего дня, а в последующие дни - через каждые 3 ч до условной стабилизации осадки и просадки.

7.5 Замачивание образцов грунта водой следует проводить снизу вверх в последовательности, определяемой схемой испытаний (см. 7.1 и 7.2), при неизменном градиенте напора, равном 1 - 1,1. Воду необходимо заливать в поддон компрессионного прибора через отводную трубку с воронкой и затем поддерживать уровень воды в воронке по верхнему торцу грунта до окончания испытаний.

Для замачивания образцов грунта надлежит использовать воду питьевого качества температурой 10 °С - 25 °С.

7.6 После окончания испытаний необходимо слить воду из прибора, быстро разгрузить образец грунта, извлечь рабочее кольцо с образцом, удалить капли воды с его поверхности при помощи фильтровальной бумаги, взвесить рабочее кольцо с образцом для определения плотности сухого грунта после испытаний и отобрать две пробы для испытания на влажность.

8 Обработка результатов испытаний

8.1 По результатам испытаний просадочного грунта в компрессионном приборе следует определять с соответствующими записями в журнале испытаний (см. приложения А и Б):

а) значения абсолютного сжатия (осадки и просадки) образца грунта Δh_i, мм, с точностью ±0,01 мм, вычисленные как среднеарифметические значения показаний индикаторов;

б) значения относительного сжатия образцов грунта ε_i с точностью 0,001 при соответствующих значениях давления р_i и условно стабилизированных осадках и просадках по формуле

                                                             (1)

где r - поправка на упругую деформацию прибора при давлении р_i, определяемая по результатам тарировки (см. 6.1), мм;

h₀ - высота образца грунта с природной влажностью при природном давлении (на глубине отбора образца), равная

h₀ = h_н - Δh_е,                                                             (2)

где h_н - начальная высота образца грунта (высота рабочего кольца), мм;

Δh_е - абсолютное сжатие образца грунта с природной влажностью при природном давлении, мм.

8.2 По значениям относительного сжатия образцов ε_i следует строить график зависимости ε = f(p) с отображением относительных осадок и просадок (см. приложение Б).

В случаях набухания образца грунта, замачиваемого до нагрузки (при испытаниях по схеме «двух кривых»), необходимо определять свободное относительное набухание s_sw по ГОСТ 12248 как отношение увеличения высоты образца к высоте образца с природной влажностью при природном давлении; точку, соответствующую s_sw, следует включать в график ε = f(p), откладывая ее на оси ординат вверх от оси абсцисс.

8.3 Относительную просадочность грунта ε_sl при заданном давлении р₃ по испытаниям по схеме «одной кривой» следует определять как дополнительное относительное сжатие образца грунта в результате замачивания (см. 8.1, 8.2, приложение В) по формуле

                                                      (3)

где Δh_sl - дополнительное сжатие (просадка) грунта в результате замачивания;

h' - высота образца грунта с природной влажностью при заданном давлении;

h_sat.p - высота образца грунта после дополнительного сжатия (просадки) в результате замачивания.

Значения относительной просадочности ε_sl для различных давлений при испытаниях по схеме «двух кривых» надлежит определять как разность значений относительного сжатия образцов в водонасыщенном состоянии ε_w и природной влажности ε_e или разности ординат соответствующих кривых графика ε = f(p). По значениям ε_sl следует строить график зависимости относительной просадочности от давления ε_sl = f(p) (см. приложение Б, рисунок Б.2).

8.4 Начальное просадочное давление p_sl следует определять по графику зависимости относительной просадочности от давления ε_sl = f(p), принимая за величину p_sl давление, при котором относительная просадочность составляет 0,01 (см. приложение Б).

8.5 Результаты определения относительной просадочности необходимо выражать с точностью 0,001, начального просадочного давления - с точностью 10 кПа и регистрировать в журнале испытаний с указанием наименования вида грунта и значений его физических характеристик (см. 6.3).

Приложение А
(рекомендуемое)

Журнал испытаний просадочного грунта в компрессионном приборе

Таблица А.1 - Физические характеристики грунта

Таблица А.2 - Результаты испытаний

 

Приложение Б
(обязательное)

Графики испытания просадочного грунта в компрессионном приборе

Масштаб графиков рекомендуется принимать:

- для давления р (по горизонтали): 100 кПа - 20 мм;

- для относительного сжатия ε (по вертикали): 0,01 - 10 мм.

1, 2 - относительное сжатие ε_е грунта с природной влажностью и в водонасыщенном состоянии ε_w в
зависимости от давления; 3 - дополнительное относительное сжатие грунта в результате замачивания
(относительная просадочность ε_sl) при заданном давлении р₃;
4 - зависимость относительной просадочности ε_sl от давления; p_sl - начальное просадочное давление

Рисунок Б.1 - Графики испытания просадочного грунта в компрессионном приборе

Приложение В
(рекомендуемое)

Испытания просадочного грунта в компрессионном приборе ускоренной
методикой по «комбинированной схеме»

B.1 Испытание просадочного грунта ускоренной методикой по «комбинированной схеме» следует проводить с учетом требований 6.2 - 6.4 на одном образце грунта в два этапа. В начале испытывают грунт при его природной влажности путем нагружения его ступенями по 25 - 50 кПа до давления р_е, близкого к значению начального просадочного давления p_sl, но не более р £ 100 кПа. После этого замачивают образец грунта по 7.1 - 7.6 до полного водонасыщения в течение не менее 6 ч глинистого грунта и 3 ч супесей и песков. Затем при непрерывном замачивании продолжают нагружение образца грунта ступенями по 25 - 50 кПа до заданного (конечного) давления р_з на грунт.

Результаты испытаний заносят в журнал по приложению А.

B.2 По результатам испытаний просадочного грунта в компрессионном приборе строят график зависимости сжатия образца грунта от давления на грунт ε = f(p) (см. рисунок В.1), на котором:

- кривую сжатия грунта при природной влажности на первом этапе экстраполируют для второго этапа в пределах изменения давления от р_е до р_з;

- кривую сжатия грунта в водонасыщенном состоянии на втором этапе экстраполируют для первого этапа в пределах изменения давления на грунт от р_е до 0.

B.3 Обработку результатов испытаний проводят в соответствии с 8.1 - 8.5 с построением в соответствии с рисунком В.1 графика зависимости относительной просадочности ε_sl от давления на грунт р [ε = f(p)].

B.4 Испытания ускоренной методикой по «комбинированной схеме» допускается проводить для определения характеристик просадочности ε_sl, p_sl:

- супесей, суглинков с числом пластичности I_р £ 12 - 15, а также пылеватых и мелких песков, т.е. просадочных грунтов, не обладающих при небольших давлениях на грунт набухающими свойствами;

- при значении начального просадочного давления p_sl испытуемых грунтов, изменяющегося в пределах p_sl = 50 ÷ 150 кПа;

- при максимальном значении заданного давления р_з £ 3 p_sl.

1 и 2 - зависимости относительного сжатия грунта от давления при природной влажности и
водонасыщенном состоянии соответственно; 3 - относительное сжатие в результате замачивания -
относительная просадочность грунта ε_sl при р = 100 кПа; 4 и 5 - экстраполируемые кривые
относительного сжатия грунта соответственно при природной влажности и водонасыщенном состоянии;
6 - кривая зависимости относительной просадочности ε_sl от давления на грунт р;
p_sl - начальное просадочное давление, принимаемое при ε_sl = 0,01

Рисунок В.1 - График испытания просадочного грунта ускоренным методом по
«комбинированной схеме»

Приложение Г
(рекомендуемое)

Испытания просадочного грунта в компрессионном приборе для определения
начальной просадочной влажности (при наличии соответствующего требования
технического задания)

Г.1 Испытания просадочного грунта для определения начальной просадочной влажности следует производить по схеме «четырех-пяти кривых», включающей испытания двух образцов по схеме «двух кривых» (см. 7.2) и испытания дополнительных двух-трех образцов по схеме «одной кривой» (см. 7.1), предварительно увлажненных до неполного водонасыщения идентичных образцов грунта до промежуточных значений влажности, разделяющих предел изменения влажности от природной до полного водонасыщения (0,9) примерно на равные интервалы.

Результаты испытаний по определению начальной просадочной влажности используют для определения относительной просадочности при неполном водонасыщении грунта.

Г.2 Повышение влажности образцов грунтов до заданных промежуточных значений неполного водонасыщения проводят заливкой в него расчетного количества воды Q_з, см³, определяемого по формуле

                                                  (Г.1)

где w_з - заданное значение влажности грунта, доли единицы;

w - природная влажность;

ρ_w - плотность воды, принимаемая равной 1 г/см³;

ρ_d - плотность сухого грунта, г/см³;

V_к - объем кольца компрессионного прибора, см³.

После впитывания воды образец в рабочем кольце с целью выравнивания влажности по всему объему образца грунта помещают на 2 - 3 сут в эксикатор, затем образец взвешивают; определяют плотность сухого грунта ρ_d после увлажнения и уточняют полученное значение влажности по формуле

                                                        (Г.2)

где ρ_з - плотность грунта после увлажнения до w_з.

При повышении влажности грунта в рабочем кольце паром вначале образец подогревают в сушильном шкафу в течение 3 - 5 мин до температуры 40 °С - 50 °С, затем покрывают резиновой прокладкой, помещают на металлическую сетку над сосудом с кипящей водой и в течение 3 - 5 мин через него пропускают пар. После этого рабочее кольцо с грунтом помещают между двумя резиновыми прокладками и охлаждают под вентилятором, а затем взвешивают. В результате одного цикла пропаривания влажность грунта повышается обычно на 0,02 - 0,04. Полученную влажность рассчитывают по формуле (Г.2). При недостаточном увлажнении циклы пропаривания повторяют до тех пор, пока не будет достигнута требуемая влажность грунта в образце.

Примечание - Допускается также доувлажнение образцов грунта до заданной влажности проводить по специальным методикам паром, капиллярным методом, насыщением в вакууме.

Г.3 Испытания образцов грунтов с заданной влажностью и обработку их результатов проводят в соответствии с разделами 7 и 8.

Г.4 Для определения начальной просадочной влажности w_sl грунтов по результатам компрессионных испытаний образцов с различной влажностью строят графики зависимости ε_w - f(p), [см. рисунок Г.1а)]. На этом же графике проводят вспомогательную кривую (пунктирную линию), параллельную кривой относительного сжатия с природной влажностью, соответствующую относительной просадочности (разности абсцисс обеих кривых) ε_sl = 0,01.

По точкам пересечения пунктирной кривой с кривыми относительного сжатия грунта при различной влажности определяют значения начальной просадочной влажности по каждому испытанному образцу.

Полученные значения начальной влажности и соответствующих им давлений используют для построения графика зависимости начальной просадочной влажности от давления [см. рисунок Г.1б)]. Абсцисса точки этого графика, соответствующая минимальному давлению, при котором проявляются просадочные свойства (в состоянии полного водонасыщения), представляет собой начальное просадочное давление.

По результатам испытаний определяют также значения относительной просадочности ε_sl при различной конечной влажности ω_з как разности абсцисс кривых ε_w = f(p) и кривой ε = f(p) грунта с природной влажностью. По полученным данным строят графики зависимости относительной просадочности ε_sl от влажности при определенных давлениях [см. рисунок Г.1в)]. За критерий начальной просадочной влажности принимают при компрессионных испытаниях ε_sl = 0,01.

а) График зависимости относительного сжатия грунта при различной влажности от давления

б) График зависимости начальной просадочной влажности w_sl от давления р

в) График зависимости относительной просадочности от влажности

1, 2, 3, 4 - относительное сжатие грунта при природной влажности, полном водонасыщении и двух
промежуточных значений влажности; 5 - вспомогательная кривая, соответствующая ε_sl = 0,01;
6, 7, 8, 9 - при давлениях 0,15; 0,2; 0,25; 0,3 МПа соответственно

Рисунок Г.1 - График определения начальной просадочной влажности просадочного
грунта