автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Обоснование и разработка пенетрационного экспресс-метода контроля степени увлажнения глинистого грунта при сооружении земляного полотна автомобильных дорог

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ 6 ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Значение контроля влажности грунта в технологии строительства 6 земляного полотна

1.2 Предложния по ускоренному определению оптимальной 12 влажности

1.3 Предложения по ускорению определения влажности грунта 14 (существующие методы)

1.3.1 Термостатические методы

1.3.1.1 Сушка инфракрасными лучами

1.3.1.2 Сушка в струе горячего воздуха

1.3.2 Методы ускоренного определения влажности грунта с 17 помощью гидростастатического взвешивания

1.3.3 Электрические методы

1.3.3.1 Кондуктометрический метод

1.3.3.2 Емкостной и СВЧ-контактный методы

1.3.3.3 Термоэлектрический метод

1.3.4 Радиометрические методы

1.3.4.1 Метод медленных нейтронов

1.3.4.2 Гамма - метод

1.3.5 Пенетрационные методы

ГЛАВА 2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТОДА ПЕНЕТРАЦИИ ДЛЯ ОЦЕНКИ СТЕПЕНИ УВЛАЖНЕНИЯ 34 2.1. Введение. История вопроса 34 2.2 Теоретическое обоснования возможности применения метода пенетрации для определения степени увлажнения грунта

ГЛАВА 3 ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗАИМОСВЯЗИ

СОПРОТИВЛЕНИЯ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ ПЕНЕТРАЦИИ С ИХ ВЛАЖНОСТЬЮ

3.1 Предварительные лабораторные и конструкторские работы

3.1.1 Общая схема лабораторных испытаний

3.1.2 Выбор грунтов и предварительная оценка их свойств

3.1.3 Обоснование требований по допустимой погрешности измерений влажности ускоренным методом

3.1.4 Исследования по подготовке образцов грунта для пенетрационных испытаний

3.1.4.1 Определение параметров трамбовки для формования образцов грунта

3.1.4.2 Оценка соответствия плотности и влажности образцов, подготавливаемых для пенетрационных испытаний, результатам испытаний на стандартное уплотнение

3.1.5 Исследование параметров пенетрационного прибора

3.2 Основная серия пенетрационных испытаний

3.2.1 Приборы использованные при исследованиях

3.2.2 Методика подготовки образца к пенетрационным испытаниям

3.2.3 Анализ вариантов методики обработки результатов испытаний и основные полученные закономерности

Обеспечение качества земляного полотна является одной из ключевых задач при строительстве автомобильных дорог, от решения которых зависит долговечность всей конструкции.

Одним из необходимых условий использования в земляном полотне широко распространенных на территории России глинистых грунтов является ограничение степени их увлажнения, предусматриваемое действующими нормами или индивидуальными проектными решениями. В связи с этим, начиная уже со стадии изыскания и проектирования при выборе карьеров и резервов, а тем более - при разработке грунта в выбранных карьерах и резервах, возникает необходимость контроля степени увлажнения грунта. Такой контроль осуществляется и непосредственно в процессе сооружения самого земляного полотна, так как только он гарантирует возможность обеспечения требуемой нормами степени уплотнения земляного полотна и позволяет исключить ненужные затраты на попытки достичь норм плотности в условиях, когда это невозможно из-за слишком высокой влажности грунта.

Вместе с тем, традиционная методика оценки степени увлажнения сопряжена с большими затратами времени, так как требует определения не только фактической, но и оптимальной влажности грунта на основе испытания по методу стандартного уплотнения. Это исключает принятие оперативного решения, требуемого при производстве работ и при операционном контроле качества земляных работ.

Все это поставило вопрос о необходимости разработки достаточно надежного, и, вместе с тем, оперативного метода определения степени увлажнения, который давал бы согласующиеся со стандартным методом результаты, удовлетворяющие требуемой нормативными документами точности в определении коэффициента увлажнения грунта. 5

В настоящей диссертационной работе теоретически и экспериментально обосновывается такая экспресс-методика, базирующаяся на использовании результатов испытания грунта на сопротивление пенетрации конусным наконечником.

Работа выполнена на кафедре "Инженерная геология и геотехника" Московского автомобильно-дорожного института (Технического университета) и в лабораториях Государственного дорожного научно-исследовательского института (Союздорнии) под общим научным руководстве заслуженного деятеля науки и техники РФ, академика Академии транспорта РФ, доктора технических наук, профессора В.Д.Казарновского, которому автор приносит глубокую благодарность. Искреннюю благодарность автор приносит доктору технических наук В.П.Титову, чьи научные консультации по ряду разделов работы существенно улучшили ее содержание. Автор благодарит также за постоянную помощь в работе и внимание к ней заведующего кафедрой "Инженерная геология и геотехника" доктора технических наук, прфессора Э.М. Доброва и всех членов кафедры.

Особую благодарность автор выражает ведущему научному сотруднику лаборатории "Земляного полотна и геотехники" Союздорнии

A.К.Мирошкину за помощь в выполнении экспериментальной части работы, заведующему лабораторией Ю.М.Львовичу и другим сотрудникам этой лаборатории, а также механику лаборатории дорожных одежд

B.А.Борисову, оказавшему большую помощь в разработке и создании аппаратуры для экспериментов.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Применяемые при сооружении земляного полотна юстированные методики, используемые для оценки степени увлажнения глинистых грунтов при осуществлении вводного и операционного контроля, не могут обеспечить требуемой оперативности получения результата, необходимой для управления технологией строительства и обеспечения требуемого уровня качества работ.

2. Известные ускоренные методы определения влажности грунта и оптимальной влажности обладают рядом недостатков, вследствии чего часть из этих методов не имеет перспективы применения для рассматриваемой цели, а другая часть или не обеспечивает требуемого ускорения в целом процедуры оценки увлажнения грунта, или не дает требуемого уровня точности по сравнению с процедурой, основанной на использовании гостированных методик.

3. Приведенный теоретический анализ показал, что экспрес-метод определения степени увлажнения грунта, отвечающий требованиям точности и быстроты получения результата, может основываться на пенетрационных испытаниях конусным наконечником.

4. Выполненный комплекс экспериментальных работ по пенетрационным испытаниям нескольких разновидностей глинистых грунтов покровной толщи Центрального региона Европейской части России подтвердил правильность теоретических предпосылок и позволил выявить оптимальные способы интерпретации результатов пенетрационных испытаний, обеспечивающие требуемую точность определения на их основе коэффициента увлажнения грунта.

5. В процессе экспериментальных исследований отработаны рациональные параметры оборудования, обеспечивающие возможность

104

1. Агапкин Ю.М. Исследование и разработка метода ускоренного определения компрессионных характеристик торфяных грунтов в полевых условиях при проектировании автомобильных дорог.: Дисс. на соиск. учен, степени канд. техн. наук. -М., Союздорнии, 1977 - 160с.

2. Агапкин Ю.М., Казарновский В.Д., Кузахметова Э.К. Об определении характеристик сжимаемости торфяных грунтов на образцах увеличенной высоты релаксационным методом. В кн.: Тр. Союздорнии, Вып.90, 1976-с. 68-75.

3. Акройд Т. Лабораторные испытания грунтов в строительстве. М., Автотрансиздат, 1959, - 220с.

4. Амарян Л.С. Свойства слабых грунтов и методы их изучения. М., Недра, 1990,-220с.

5. Безрук В.М. О капиллярном поднятии воды в уплотненных грунтах. Сб. Регулирование водного режима дорожных оснований. М., Дориздат, 1948.

6. Березанцев В.Г. Осесимметрическая задача теории предельного равновесия сыпучей среды. М., Гостехиздат, 1952. - 120с.

7. Берлинер H.A. измерение влажности. М., Энергия, 1973,- 400с.

8. Бируля В.И. Расчет и контроль уплотнения грунтов. М., Автотрансиздат, 1958, - 78с.

9. Бируля В.И. Ускоренный метод контроля уплотнения земляного полотна. М., Дориздат, 1953.

10. Богданов E.H. Исследование инвариантности удельного сопротивления пенетрации связных грунтов.: Грунтоведение и инженерная геология. -Л.: ЛГУ,1976,Вып.1 с.94-105

11. П.Богданов E.H. Связь результатов пенетрационных испытаний различными конусами с прочностными характеристиками глинистых105грунтов: Грунтоведение и инженерная геология. JL: ЛГУ, 1976,Вып. 1 -с.105-111

12. Бойченко П.О. Определение пределов пластичности и консистенции грунтов методом конуса. JI. Изд. ЛГУ, 1964, - 48с.

13. Бондарик Г.К. Динамическое и статическое зондирование грунтов в инженерной геологии. М. Недра, 1964 - 164с.

14. Васильев А.М. Основы современной методики и техники лабораторных определений физических свойств грунтов. М. Стройиздат, 1953. -207с.

15. Васильев Ю.М. Пути повышения устойчивости земляного полотна. В кн.: Всесоюзное совещание по основным направлениям научно-технического прогресса в дорожном строительстве. Вып. 3 М., Союздорнии, 1976 - с. 25 - 28

16. Васильев Ю.М., Костельов М.П. Контроль уплотнения грунтов основа качества земляных сооружений. В кн.: Всесоюзное совещание по основным направлениям научно-технического прогресса в дорожном строительстве. Вып. 3 - М., Союздорнии, 1976 - с. 116 - 120

17. ВСН 46-83 Инструкция по проектированию дорожных одежд нежесткого типа. М, Транспорт, 1985

18. ВСН 55-69 Инструкция по определению требуемой плотности и контролю за уплотнением земляного полотна автомобильных дорог

19. Глобус A.M. Экспериментальная гидрофизика. Л., Гидрометеоиздат, 1969, - 356с.106

20. Гольдштейн М.Н. Механические свойства грунтов (напряженно-деформативные и прочностные характеристики). М., Стройиздат, 1979. - 304с.

21. Горькова И.М. Физико химические исследования дисперсных осадочных пород в строительных целях. - М., Стойиздат, 1975 - 151с.

22. ГОСТ 12071-84 Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов.

23. ГОСТ 12536-79 Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава.

24. ГОСТ 22733-22 Метод лабораторного определения максимальной плотности.

25. ГОСТ 23061-90 Методы радиоизотопных измерений плотности и влажности.

26. ГОСТ 5180-84 Методы лабораторного определения физических характеристик.

27. Данилин А.И. Измерение влажности почвы по оммическому сопротивлению угольных электродов в стекловолокне. М., Метеорология и гидрология. 1956, №7 - 40-44с.

28. Данилин А.И. Применение ядерных излучений в гидрометеорологии. -Л., Гидрометеоиздат, 1957, 68с.

29. Данилин А.И. Совершенствование методов определения влажности почвогрунтов. ВНТИЦентр М.,1988,-109с.

30. Данилин А.И. Экспериментальные исследования по применению угольных электродов в стекловолокне, гамма-лучей и упрощенных термозонтов для измерения влажности почвы. НИИприборостроения, 1957.

31. Дудлер И.В. Комплексные исследования грунтов полевыми методами. -М. Стройиздат, 1979. 131с.107

32. Евгеньев И.Е., Тулаев А.Я., Порожняков B.C. и др.: Под ред. Тулаева

33. A.Я. Операционный контроль качества земляного полотна и дорожных одежд. М., Транспорт, 1985, - 224с.

34. Емельянов В.А. Полевая радиометрия влажности и плотности почвогрунтов. М., Атомиздат, 1970, - 334с.

35. Инструкция по определению коэффициента уплотнения глинистых грунтов двойной пенетрацией по способу к. т. н. Л.АСмоляницкого. -Краснодар, Кубаньгипроводхоз, 1978

36. Исследования прочности песчаных оснований.: Под общ. ред.

37. B.Г.Березанцева М. Трансжелдориздат, 1958 - 140с.

38. Казарновский В.Д. Оценка сдвигоустойчивости связных грунтов в дорожном строительстве. -М. Транспорт, 1985 168с.

39. Кассандрова О.Н., Лебедев В.В. Отработка результатов наблюдений. -М., Наука, 1970

40. Клемяционок П.Л. Косвенные методы определения показателей свойств грунтов.- Л., Стройиздат, 1987. 144с.

41. Клемяционок П.Л. Оценка прочности глинистых грунтов пенетрацией: Транспортное строительство, 1971, №6 с.35-36

42. Ковалев Н.П. Ускоренные способы определения некоторых качественных показателей грунтов. М., Автотрансиздат,1956. - 71с.

43. Кузмичев Л.С. Исследование емкостным методом измерений влажности почвы. Тр. ИЭМ, Вып.29 Обнинск, 1972 - 25-30с.

44. Ларионов А.К., Алексеев В.М., Липсон Г.А. Влажность грунтов и современные методы ее определения. М., Госгеолтехиздат, 1962. -134с.

45. Марков Л.А., Полуновский А.Г. Контроль качества сооружения земляного полотна автомобильных дорог. М., Транспорт, 1977 - 64с.

46. Маслов H.H. Основы механики грунтов и инженерной геологии. М., Автотрансиздат, 1961. - 708с.108

47. Мирошкин А.К. Метод операционного контроля качества уплотнения земляного полотна. В кн.: Проектирование земляного полотна и дорожных одежд. М., Союздорнии, 1981 - с. 71 - 72.

48. Орехова И.Г. Кондуктометрический и емкостной сорбционные датчики влажности почв. Сб. трудов по агрономической физике. Л., 1973, Вып.34

49. Перков Ю.П., Смуров Н.М., Пискова О.Б. Новый метод контроля качества возведения земляного полотна. -М., Автомобильные дороги, №1, 1978 -с.13 14.

50. Порицкий Р.З. Способ ускоренного определения влажности грунта. -М., Автомобильные дороги, №11,1989 22-23с.

51. Потрашков Г.Д. О напряженном состоянии жесткопластичной среды при вдавливании осесимметричных штампов: Изв. АН СССР: Механика и машиностроение. 1961, №2 с.156-159.

52. Принципы измерения влажности в жидких и твердых средах: Материалы межд. симпоз. Т.4 Влажность. JI., Гидрометеоиздат, 1968,-308с.

53. Радиоизотопные методы исследования в инженерной геологии и гидрологии: Под общ. ред. В.И.Ферронского. М., Атомиздат, 1977 -306с.

54. Разоренов В.Ф. Пенетрационные испытания грунтов: (Теория и практика применения).-2-е изд., перераб. и доп. М., Стройиздат, 1980 -248с

55. Разоренов В.Ф., ЭйзлерП.И., ХилобокП.И. Новый метод и приборы для испытаний связных грунтов на уплотняемость. Л. Изд.ЛДНТП, 1964 -204с.

56. Ребиндер П.А., Семененко H.A. О методе погружения конуса для характеристики структурно-механических свойств пластично-вязких тел.: Докл. АН СССР, 1949, т. 14, №6 с.835-838109

57. Рекомендации по определению прочности земляного полотна и его основания методом одноповерхностного вращательного среза. М., ГИПРОДОРНИИ, 1977

58. Рокас С.Ю. Оценка грунтов при испытаниях автомобилей на проходимость.: Автореферат дисс. на соиск. учен, степени канд. техн. наук. Харьков, 1961.

59. Рувинский В.И. Оптимальные конструкции земляного полотна (на основе регулирования водно-теплового режима). 2-е изд. перераб. и доп. - М., Транспорт, 1992 - 240с.

60. Рувинский В.И. Прогнозирование расчетных значений плотности-влажности грунта и величины пучения покрытия: В сб. Материалы VI Всесоюзного совещания по основным направлениям научно-технического прогресса в дорожном строительстве. Вып.З. М. 1976 19-24с.

61. Сидоров H.H., Сипидин В.П. Современные методы определения характеристик механических свойств грунтов. Л., Стройиздат, 1972 -136с.

62. СНиП 2.05.02-85 Автомобильные дороги.

63. СНиП П-15-74 Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования.

64. СНиП II-9-78 Инженерные изыскания для строительства. Основные положения.110

65. Степанов А.Н., Зязев Ю.А. Компенсация температурной погрешности при измерении влажности почвы. Сб. трудов по агрономической физике. Л., 1973. Вып.34

66. Теория и практика экспрессного метода контроля влажности твердых и жидких материалов: Под общ. ред. Е.С.Кричевского М. Энергия, 1980 - 240с.

67. Троицкая М.Н. Зависимость между силой и деформацией как основа расчета прочности грунтов в дорожных конструкциях.: Исследование деформаций полотна автомобильных дорог. Вып.7. М., Дориздат, 1947 -с. 4-43.

68. Трофименков Ю.Г., Воробков Л.Н. Полевые методы исследования строительных свойств грунтов. М., Госстройиздат, 1964.-176с., 1981. -215с.

69. Тулаев А.Я., Куканов В.И. Полевые радиоизотопные методы контроля качества уплотнения грунтов. В кн.: Всесоюзное совещание по основным направлениям научно-технического прогресса в дорожном строительстве. Вып. 3 М., Союздорнии, 1976 - с. 120 -123

70. Ферронский В.И. Пенетрационно-каротажные методы инженерно-геологических исследований (Теория и практика применения). М. Недра, 1969 - 240с.

71. Филиппов Е.М. Ядерная геофизика. Новосибирск, Наука,1973, Т.1 -514с.

72. Фирстов В.Г. и др. Неразрушающие методы испытания дорожных конструкций и материалов. М., Транспорт, 1964 - 123с.

73. Фирстов В.Г. Новый метод контроля уплотнения земляного полотна. -М., Автотрансиздат, 1962 31с.

74. Хархута Н.Я., Васильев Ю.М. Прочность, устойчивость и уплотнение грунтов земляного плотна автомобильных дорог. М., Транспорт, 1975 -с. 2881.l

75. Цытович H.A. Механика грунтов. M.: Госстройиздат, 1979. -272с.

76. Черняк Г.Я. Диэлектрические методы исследования влажности грунтов. Тр. ВСЕГИНГЕО. 1964, №5 128с.

77. Черняк Г.Я., Мясовский О.М. Радиоволновые методы исследований в гидрогеологии и инженерной геологии. М., Недра, 1970 - 170с.

78. Шкицкая Н.Ю. Ускоренный метод определения оптимальной влажности и максимальной плотности грунтов при сооружении земляного полотна автомобильных дорог.: Автореферат дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. М., МАДИ, 1992.

79. Штабинский В.В. Разработка методики и технических средств контроля качества уплотнения земляного полотна из песчаных грунтов при строительстве автомобильных дорог.: Дисс. на соиск. учен, степени канд. техн. наук. Минск, 1983 - 246с.

80. An American National Standard Designation: D698-78

81. Compaction control by the moisture condition test a new approach.: Highways and transportation, December 1988, №12, vol.35 .

82. Gardner W., Kirkhem D. Determination of Soil Moisture by Neutron Scatering. Soil Sci. 1952, 73, p. 391-401.

83. Garton J.E., Grow F.P. Agric. Engng, St. Josph,1954, vol.35, p486

84. Hamory G.I., Duncan P.R. Analysis of Results of Consistency Tests on Nuclear Moisture Density Meters.: Australian Road Research, 21(1), March 1991 -p.10-21.

85. Hansbo Sven. A New Approach to the Determination of the Shear Strength of Clay by the Fall-Cone Test. Swedish Geotechnical Institute, Stockholm, 1957, №4

86. PN-88/B-04481. Grunty budowlane badania probek grunty.

87. Zuber A., Cameron I. Neutron Soil Moisture Gauges. Atom Energ. Rev., 1966, №4, p.140.113