ГОСТ 21719-80

ГОСТ21719-80


УДК624.131.377:006.354 Группа Ж39



ГОСУДАРСТВЕННЫЙСТАНДАРТ СОЮЗА ССР



ГРУНТЫ


Методыполевых испытаний

насрез в скважинах и в массиве


Soils.In-situ methods of shearing test

inboreholes and in massiv



Введенв действие 1981-01-01



РАЗРАБОТАН


Производственными научно-исследовательским институтом по инженерным изысканиям встроительстве Госстроя СССР


Научно-исследовательскиминститутом оснований и подземных сооружений им. Н. М. ГерсевановаГосстроя СССР


ИСПОЛНИТЕЛИ


Л. С. Амарян,д-р техн. наук (руководитель темы); А. В. Васильев, канд.геол.-минер. наук; А. Я. Рубинштейн, канд. геол.-минер. наук; Э. Р.Черняк, канд. геол.-минер. наук; Л. Г. Мариупольский, канд. техн.наук; А. Н. Скачко, канд. техн. наук; А. А. Шерман; Л. Е. Темкин; Е.Н. Хрусталев; Ю. Ф. Якимов; В. Б. Швец, д-р техн. наук.


ВНЕСЕНПроизводственным и научно-исследовательским институтом по инженернымизысканиям в строительстве Госстроя СССР


Зам. директораВ. В. Баулин


УТВЕРЖДЕН ИВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР поделам строительства от 23 мая 1980 г. № 74


Взамен ГОСТ21719-76



Настоящийстандарт распространяется на песчаные и глинистые грунты, в том числес примесью растительных остатков, заторфованные торфы и илы, иустанавливает методы полевых испытаний грунтов на срез в скважинах имассиве при исследованиях их для строительства.


Стандарт нераспространяется на грунты: пески гравелистые и независимо отгранулометрического (зернового) состава плотные и насыщенные водой;глинистые твердой консистенции; глинистые с крупнообломочнымивключениями размерами более 10 мм и размерами 2-10 мм в количестве(по массе) более 15%; песчаные и глинистые в мерзлом состоянии.



1.ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ



1.1. Испытаниягрунта на срез в скважинах и массиве следует производить дляопределения прочностных характеристик, показателя структурнойпрочности грунта при срезе и характера пространственной изменчивости сопротивления грунта срезу.


Примечание.Определения основных терминов, применяемых в настоящем стандарте,приведены в справочном приложении 1.


1.2. Выборметодов полевых испытаний на срез в скважинах и массиве следуетпроизводить в соответствии с табл. 1.


Схемы испытаниягрунта на срез в скважинах и массиве приведены в обязательномприложении 2.



Таблица1


Методполевых


Условияприменения метода


испытаний


Гидро-геологи- ческие условия


Местопроведения испытания


Диаметрскважины, мм


Глубинаиспы- тания, м


Види состояние грунта


Враща-тельный срез


Вышеи ниже уровня грунтовых вод


Нижезабоя буровой скважины


Св.76


0,5-20


Глинистыегрунты с показателем консистенции 0,50,в том числе с примесью растительных остатков, заторфованные,торфы и илы, с крупнообломочными включениями размерами 2-10 мм вколичестве (по массе) менее 15%


Тоже


Тоже


Вмассиве


-


0,3-20


Глинистыегрунты с показателем консистенции 1,в том числе с примесью растительных остатков, заторфованные,торфы и илы, с крупнообломочными включениями размерами 2-10 мм вколичестве (по массе) менее 15%


Кольцевойсрез


Вышеуровня грунтовых вод


Встенках буровой скважины


108-146


0,5-10


Глинистыегрунты с показателем консистенции 0,75,в том числе с примесью растительных остатков, заторфованные, скрупнообломочными включениями размерами 2-10 мм в количестве (помассе) менее 15%

Поступа-тельный срез


Вышеуровня грунтовых вод


Встенках буровой скважины


108-146


0,5-20


Песчаные- пески крупные, средней крупности, мелкие и пылеватые, среднейплотности и рыхлые, маловлажные и влажные


Поступа-тельный срез


Вышеуровня грунтовых вод


Встенках буровой скважины


108-146


0,5-20


Глинистые - с показателем консистенции 0,75,в том числе с примесью растительных остатков, заторфованные, скрупнообломочными включениями размерами 2-10 мм в количестве (помассе) менее 15%





1.3. На отметкеиспытания грунта на срез в скважинах должны быть отобраны образцы и влабораторных условиях определены состав и физические характеристики:гранулометрический (зерновой) состав - по ГОСТ 12536-79, влажность -по ГОСТ 5180-75, плотность минеральной части грунта (удельный вес) -по ГОСТ 5181-78, объемная масса (объемный вес) - по ГОСТ 5182-78,влажность на границах раскатывания и текучести - по ГОСТ 5183-77, атакже вычислены объемная масса (объемный вес) скелета грунта,коэффициент пористости, степень влажности, число пластичности ипоказатель консистенции.


1.4. Толщинаоднородного слоя грунта, предназначенного для испытания на срез вскважинах и массиве, должна быть не менее 1,5 высоты рабочегонаконечника.


1.5. Промежутоквремени между окончанием проходки опытной скважины и началомиспытания грунта на срез выше уровня грунтовых вод не долженпревышать 2 ч, ниже уровня грунтовых вод - 30 мин.



2.Метод вращательного среза



2.1. Испытаниягрунтов методом вращательного среза следует производить дляопределения сопротивления грунта срезу в МПа (кгс/см),удельного сцепления в МПа (кгс/см),показателя структурной прочности грунта при срезе и характера пространственной изменчивости сопротивления грунта срезув МПа (кгс/см).


2.2. Аппаратура


2.2.1. Дляиспытания грунтов методом вращательного среза необходимо применятьустановки, состоящие из следующего основного оборудования:


крыльчатки;


штанг;


устройств длясоздания и измерения крутящего момента.


Для испытаниягрунта в массиве эти установки надлежит дополнить устройствами дляотключения крыльчатки от штанг, позволяющими измерять трение штанг огрунт при неподвижной крыльчатке.


2.2.2.Конструкции установок должны обеспечивать:


погружениекрыльчатки в грунт ниже забоя опытной скважины или массив;


фиксированиештанг на заданной глубине, исключающего самопроизвольное вертикальноеперемещение крыльчатки и штанг в процессе испытания грунта на срез;


передачукрутящего момента на крыльчатку;


измерениемаксимального и установившегося крутящих моментов;


тарировкуустройства для измерения крутящего момента.


2.2.3. Взависимости от вида и состояния грунта необходимо использоватьследующие типы крыльчаток:


малую - прииспытаниях глинистых грунтов тугопластичной и мягкопластичнойконсистенции, в том числе с примесью растительных остатков,заторфованных, с крупнообломочными включениями размерами 2-10 мм вколичестве (по массе) менее 15%;


среднюю - прииспытаниях глинистых грунтов мягко- и текуче-пластичной консистенции,в том числе с примесью растительных остатков, заторфованных,уплотненных торфов, с крупнообломочными включениями размерами 2-10 ммв количестве (по массе) менее 15%;


большую - прииспытаниях глинистых грунтов текучей и текучепластичной консистенции,в том числе заторфованных, торфов и илов (без крупнообломочныхвключений).


2.2.4.Аппаратура для испытания грунта методом вращательного среза должнаотвечать основным требованиям, изложенным в табл. 2.



Таблица2



Составаппаратуры и ее характеристика


Основныепараметры аппаратуры



Типкрыльчатки



малая


средняя


большая



1.Крыльчатки размерами, мм:


высота


ширина(диаметр)


толщиналопасти





120


60


2





150


75


2,5





200


100


3



2.Постоянная крыльчатки (справочное приложение 1), см



790



1545



3660



3.Штанги размерами, мм:


наружныйдиаметр


длина





22-33,5


500-3000



4.Устройство для создания крутящего момента:


максимальныйкрутящий момент, кН · см (кгс · см), не менее






18(1800)


5.Устройство для измерения крутящего момента:


погрешностьизмерения крутящего момента, кН·см (кгс · см), неменее





0,36(36)





0,18(18)





0,18(18)






2.3. Подготовкак испытанию


2.3.1. Грунтыследует испытывать срезными установками, имеющими паспорта изаводские тарировочные таблицы измерительных устройств.


2.3.2. Поверкисрезных установок надлежит выполнять согласно паспортам и инструкциямпо их эксплуатации, периодически проверяя данные тарированияизмерительных устройств.


2.3.3. Поверкисрезной установки необходимо выполнять при получении ее с завода иперед выездом на полевые работы, но не реже одного раза в 3 мес, атакже после выявления и устранения неисправностей измерительногоустройства или замены его деталей. Результаты поверок следуетоформлять актами.


2.3.4. Приподготовке к испытанию и в период проведения полевых работпериодически, через 15 точек испытаний грунтов, необходимо проверятьпрямолинейность штанг путем их сборки в звенья длиной 3 м на ровнойповерхности. Отклонение звена штанг от прямой линии не должнопревышать 5 мм в любой плоскости по всей длине проверяемого звена.Аналогично надлежит проверять сопряжения звеньев штанг между собой.


2.3.5. Передпроведением испытаний следует тарировать устройство для измерениякрутящего момента. По результатам тарировки составляют график(таблицу) зависимости крутящего момента в кН·см (кгс·см) от показаний измерительного устройствав см и вычисляют постоянную характеристику измерительного устройствав кН (кгс) по формуле


. (1)


2.3.6. Винтервале от 1,0 м выше отметки испытания грунтов методомвращательного среза до забоя опытные скважины надлежит проходить:


вдавливающим илиударно-канатным (забивным) способом кольцевым забоем с помощьютонкостенного бурового цилиндрического наконечника, нижний режущийкрай которого имеет внутренний угол заострения 10-15°; внутреннийдиаметр башмака этого наконечника должен быть на 1-2 мм меньшевнутреннего диаметра корпуса, а наружный диаметр башмака на 2-3 ммбольше наружного диаметра корпуса наконечника;


вращательнымспособом с помощью колонковой трубы, скорость вращения которой не должна превышать 60 об/мин, осевая нагрузка - не более 1000 Н (100кгс).


При испытаниигрунтов в массиве крыльчатку и колонну штанг следует погружатьвдавливающим способом.


2.3.7. Забойопытной скважины должен быть расположен на 0,4-0,5 м выше отметкииспытания грунта методом вращательного среза.


2.3.8. Опытныескважины и точки испытаний грунтов на срез необходимо выносить внатуру геодезическими методами и закреплять на местности временнымизнаками. Контроль точности планово-высотной привязки скважин и точекдолжен быть выполнен дважды - до начала и после проведения испытаний.


2.3.9. Площадкадля размещения срезной установки должна быть горизонтальной. Размерыплощадки необходимо определять с учетом габаритов установки и монтажааппаратуры, но не менее 0,5х0,5 м.


2.3.10.Вертикальность срезной установки следует проверять по отвесу впроцессе подготовки к испытанию.


2.3.11. Грунт вместе испытания на срез в скважине должен быть защищен от прониканияповерхностных вод и атмосферных осадков, а в зимнее время - отпромерзания.


2.3.12.Подготовленную колонну штанг с крыльчаткой соответствующего типаобщей длиной на 0,8-1,2 м больше глубины отметки испытания грунта насрез надлежит опустить в скважину (при испытании грунта на срез вскважине) и плавно вертикально вдавить в грунт с заглублениемкрыльчатки до отметки испытания. При испытаниях с земной поверхности(в массиве) крыльчатку вдавливают в грунт, применяя в случаенеобходимости рычаги, домкраты или специальные устройства ипостепенно наращивая колонну штанг.


2.3.13. Верхколонны штанг следует соединить с головкой устройства для созданиякрутящего момента, измерительные приборы защитить от атмосферныхосадков.


2.4. Проведениеиспытаний


2.4.1.Крыльчатку надлежит вращать с угловой скоростью 0,2-0,3 градуса всекунду (0,2 - 0,3 рад/мин). При этом следует зафиксировать отсчетмаксимального показания измерительного устройства для определения максимального крутящего момента .


Далее дляполучения установившегося крутящего момента необходимо продолжить вращение крыльчатки с угловой скоростью 2-3градуса в секунду (2-3 рад/мин) до полной стабилизации значенийкрутящего момента в процессе 2-3 полных оборотов и зафиксироватьустановившееся показание измерительного устройства .


2.4.2. Прииспытаниях грунтов в скважинах допускается трение штанг крыльчатки огрунт не учитывать и крутящий момент за счет трения штанг принимать равным нулю.


2.4.3. Прииспытаниях грунтов в массиве для получения крутящего момента за счеттрения штанг следует с помощью отключающего устройства отключитькрыльчатку от колонны штанг и определить величину по методике, изложенной в п. 2.4.1 для получения .


2.4.4. Испытанияв массиве (во избежание больших погрешностей) допускается производитьдо глубины, где 0,5. При 0,5испытания необходимо производить в скважинах.


2.4.5.Результаты испытаний следует заносить в "Журнал полевыхиспытаний грунтов методом вращательного среза" (рекомендуемоеприложение 3).


2.4.6. Послеокончания испытаний грунтов на срез опытную скважину необходимотампонировать грунтом и закреплять знаком с соответствующеймаркировкой.


2.5. Обработкарезультатов


2.5.1. Обработкурезультатов испытаний следует выполнять по данным, внесенным в журнал(п. 2.4.5).


2.5.2.Максимальный крутящий момент ,установившийся крутящий момент и крутящий момент за счет трения штанг в кН·см (кгс·см) надлежит вычислять на основанииисходных данных по формулам:


; (2)


; (3)


, (4)


где - постоянная измерительного устройства, определяемая по формуле (1),кН (кгс);


- максимальноепоказание измерительного устройства, см;


- установившеесяпоказание измерительного устройства, см;


- показаниеизмерительного устройства, характеризующее трение штанг о грунт приотключенной крыльчатке, см.


2.5.3.Максимальное сопротивление грунта срезу и установившееся сопротивление грунта срезу в МПа (кгс/см)вычисляют по формулам:



; (5)


; (6)


где-постоянная крыльчатки, определяемая по формуле (1) справочногоприложения 1, см.


2.5.4. Дляглинистых грунтов с в нестабилизированном состоянии определяют по полученным значениям удельное сцепление в МПа (кгс/см),принимая и =0.


2.5.5.Показатель структурной прочности грунта при срезе надлежит вычислять по формуле


. (7)


Структурнуюпрочность грунта при срезе следует определять по табл. 3.


Таблица3



Показательструктурной прочности грунта при срезе



Структурнаяпрочность грунта при срезе



=1



Отсутствует


12


Низкая


25


Средняя


5


Высокая



2.5.6. Характерпространственной изменчивости сопротивления грунта срезу в МПа (кгс/см)определяют по полученным значениям в соответствии с требованиями ГОСТ 20522-75.



3.МЕТОД КОЛЬЦЕВОГО СРЕЗА



3.1. Испытаниягрунтов методом кольцевого среза следует производить для определенияпрочностных характеристик - угла внутреннего трения в градусах и удельного сцепления в МПа (кгс/см).


3.2. Значенияпрочностных характеристик грунта и следует устанавливать по величинам нормального давления в МПа (кгс/см)и сопротивления грунта срезу и МПа (кгс/см),относящегося к одному инженерно-геологическому элементу (слою) всоответствии с ГОСТ 20522-75, по уравнению


. (8)


Величину надлежит определять не менее чем при трех различных значениях для инженерно-геологического элемента (слоя).


3.3. Аппаратура


3.3.1. Дляиспытания грунта методом кольцевого среза необходимо применятьустановки, состоящие из следующего основного оборудования:


рабочегонаконечника, состоящего из распорного штампа с продольными лопастями;


штанг;


устройств длясоздания и измерения нормальною давления;


устройств длясоздания и измерения крутящего момента;


приборов дляизмерения деформации сжатия и среза грунта.


3.3.2.Аппаратура для испытания грунта методом кольцевого среза должнаотвечать основным требованиям, изложенным в табл. 4.



Таблица4





Составаппаратуры и ее характеристика


Основныепараметры аппаратуры при испытании грунтов методами



кольцевогосреза


поступательного среза



1. Распорныйштамп размерами, мм:


высота(длина)


минимальныйдиаметр (ширина)


максимальныйдиаметр (ширина)


2. Лопастиразмерами, мм:


толщина


высота(длина)


рабочаяширина


3.Расстояние между соседними лопастями по вертикали, мм


4.Устройство для создания нормального давления; максимальноенормальное давление, МПа (кгс/см),не менее


5.Устройство для измерения нормального давления; погрешностьизмерения нормального давления, МПа (кгс/см),не менее





200-300


87


146




0,5-1


200-300


10


-




0,6(6)





0,01(0,1)






240-320


87


146




0,5-1


20-146


5-10


40




0,6(6)





0,01(0,1)



6.Устройство для создания крутящего момента; максимальный крутящиймомент, кН·см (кгс·см), не менее


7.Устройство для измерения крутящего момента; погрешность измерениякрутящего момента, кН·см (кгс·см), не менее


8.Устройство для создания срезающего давления; максимальноесрезающее давление, МПа (кгс/см),не менее


9.Устройство для измерения срезающего давления; погрешностьизмерения срезающего давления, МПа (кгс/см),не менее


10. Прибордля измерения деформации сжатия грунта; погрешность измерениядеформации сжатия грунта, мм, не менее


11. Прибордля измерения деформации среза грунта; погрешность измерениядеформации среза грунта, мм, не менее






20(2000)




0,4(40)




-





-




0,1



0,1






-




-




0,5(5)





0,01(0,1)




0,1



0,1




3.3.3.Конструкции установок должны обеспечивать:


вдавливаниепродольных лопастей в грунт;


фиксированиештанг по заданной глубине, исключающее самопроизвольное вертикальногоперемещение продольных лопастей и штанг в процессе испытания грунтана срез;


передачу иизмерение нормального равномерного давления на распорный штамп;


передачу иизмерение ступенчатого или непрерывно возрастающего горизонтальногосрезающего давления на продольные лопасти;


тарировкуизмерительных устройств.


3.4. Подготовкак испытанию


3.4.1.Подготовку к испытанию грунта следует производить в соответствии стребованиями пп. 2.3.1-2.3.4; 2.3.8-2.3.11.


3.4.2. Передпроведением испытания грунта методом кольцевого среза необходимотарировать:


устройство дляизмерения крутящего момента (в соответствии с требованиями п. 2.3.5);


устройство дляизмерения нормального давления. По результатам тарировки следуетсоставлять график (таблицу) зависимости нормальной нагрузки в кН (кгс) от показаний измерительного устройства в атм.


3.4.3. Винтервале 1,0 м выше и ниже отметки испытания грунтов опытныескважины необходимо проходить, соблюдая требования п. 2.3.6; при этомнаконечник, используемый для проходки скважин вдавливающим илиударно-канатным (забивным) способом кольцевым забоем, должен быть вверхней его части дополнен расширителями для срезания грунта сизмененными свойствами после проходки скважины башмаком наконечника.


3.4.4.Подготовленную колонну штанг с рабочим наконечником общей длиной на0,8-1,2 м больше глубины отметки испытания следует опустить вскважину, постепенно наращивая эту колонну.


3.4.5. Верхколонны штанг надлежит соединить с головкой устройства для созданиякрутящего момента, а распорный штамп - с головкой устройства длясоздания нормального давления.


3.4.6. Наустановке необходимо смонтировать устройства для измерениянормального давления и крутящего момента, приборы для измерениядеформации сжатия и среза грунта. Измерительные приборы надлежитзащитить от воздействия атмосферных осадков.


3.4.7. Распорныйштамп следует нагружать ступенями нормальных давлений по 0,01-0,02МПа (0,1-0,2 кгс/см)до его соприкосновения со стенками скважины. При этом каждую ступеньдавления надлежит создавать за 1-2 мин.


Моментсоприкосновения распорного штампа со стенками скважины следуетустанавливать по показаниям прибора для измерения деформации сжатиягрунта. С учетом величины горизонтального перемещения стенокраспорного штампа необходимо определить диаметр скважины послепредварительного уплотнения грунта в см.


3.5. Проведениеиспытания


3.5.1. Притолщине инженерно-геологического элемента (слоя) менее 4,5 высотырабочего наконечника испытания грунта для определения значения и следует производить в нескольких опытных скважинах, расположенныхдруг от друга на расстоянии 1-3 м.


3.5.2. Испытаниягрунта в опытных скважинах следует производить при консолидированномили неконсолидированном режимах.


Консолидированныйрежим испытания необходимо применять для определения прочностныххарактеристик песков крупных, средней крупности, мелких и пылеватых,средней плотности и рыхлых, маловлажных и влажных, а также глинистыхгрунтов с показателем консистенции 00,75в условиях стабилизированного состояния.


Неконсолидированныйрежим испытания надлежит применять для определения прочностныххарактеристик глинистых грунтов с показателем консистенции 0,50при степени влажности 0,8в условиях нестабилизированного состояния.


3.5.3. Приконсолидированном режиме испытания сначала следует произвестипредварительное уплотнение грунта, а затем - срез грунта в процессеступенчатого или плавного увеличения срезающего давления.


3.5.4.Предварительное уплотнение грунта в стенках скважины следуетпроизводить нормальными давлениями ,при которых в последующем определяют сопротивление грунта срезу .


Нормальноедавление следует передавать на грунт последовательно ступенями ;величины давления и их ступеней указаны в табл. 5.




Таблица5



Види состояние

грунта


Испытанияна глубине, м


Нормальноедавление ,МПа (кгс/см)


Ступенидавлений,

,МПа (кгс/см)








Песчаные:пески крупные средней плотности и рыхлые; средней крупности


1-5



0,05(0,5)


0,15(1,5)


0,25(2,5)



среднейплотности; мелкие средней плотности.


5-10



0,10(1,0)


0,20(2,0)


0,30(3,0)


0,05(0,5)


Глинистыес показателем консистенции 00,50



10-20


0,15(1,5)


0,25(2,5)


0,35(3,5)



Песчаные:пески средней крупности и мелкие рыхлые; пылеватые средней


1-5


0,05(0,5)


0,10(1,0)


0,15(1,5)



0,0025-0,05


плотностии рыхлые.


5-10



0,05(0,5)


0,15(1,5)


0,25(2,5)


(0,25-0,5)


Глинистыес показателем консистенции 0,500,75



10-20


0,10(1,0)


0,20(2,0)


0,30(3,0)





Каждую ступеньдавления при предварительном уплотнении необходимо выдерживать не менее:


для песчаныхгрунтов - 5 мин;


для глинистыхгрунтов - 30 мин;


конечную ступень- до условной стабилизации деформации сжатия грунта.


За условнуюстабилизацию деформации сжатия следует принимать приращение осадкигрунта, не превышающее 0,1 мм за время, указанное в табл. 6.


В процессепредварительного уплотнения грунта надлежит записывать в журналиспытаний величины деформации сжатия грунта.



Таблица6



Види состояние грунта


Время,мин, условной стабилизации деформации



сжатия


среза



Песчаные:пески крупные со степенью влажности 00,8; средней крупности и мелкие - с 0,5



30



1



Песчаные:пески средней крупности и мелкие со степенью влажности 0,50,8;пылеватые - с 0,5.


Глинистыес показателем консистенции 00,25




60




3



Песчаные:пески пылеватые со степенью влажности 0,50,8.


Глинистыес показателем консистенции 0,250,75





120




5




Отсчеты поприборам на каждой ступени давления следует производить: