ГОСТ 23253-78

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

ГРУНТЫ

МЕТОДЫ ПОЛЕВЫХИСПЫТАНИЙ

МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ

ГОСТ 23253-78

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ СТРОИТЕЛЬСТВА

РАЗРАБОТАН Государственным комитетом СССР по делам строительства

ИСПОЛНИТЕЛИ

Н. П. Чубарова. канд. геол.-минер. наук; А. П. Старицын,канд. техн. наук; В. М. Водолазкин

ВНЕСЕН Государственным комитетом СССР по делам строительства

Член Коллегии В. И. Сычев

УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственногокомитета СССР по делам строительства от 8августа 1978 г. № 158

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

ГРУНТЫ

Методы полевых испытаний мерзлых грунтов ГОСТ

Soils. Method of field investigation 23253¾78

frosen soils

ПостановлениемГосударственного комитета СССР по делам строительства от8 августа 1978 г. №158 срок введения установлен

с 01.07. 1979г.

Несоблюдение стандарта преследуется по закону

Настоящий стандарт распространяется на грунты в мерзлом состоянии иустанавливает методы полевых испытаний при исследовании их длястроительства.

Стандарт не распространяется на крупнообломочные и сильновыветрелыескальные грунты с обломками размером более 15см.

1.ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Полевые испытания следует проводить дляопределения механических характеристик мерзлых, оттаивающих ипромерзающих грунтов.

1.2. Испытания следует проводить непосредственнона поверхности грунта или в открытых и подземных горныхвыработках.

1.3. Размеры сечения горной выработки в планеследует устанавливать с учетом необходимости возведения крепивыработки и обеспечения удобства производства работ, но не менее2 X 2 м.

1.4. Высота горной выработки при проведениииспытаний грунтов в штольне (штреке) определяется габаритамиустановки, применяемой для испытаний, и должна быть не менее1,8 м.

1.5. Площадка, выбранная для проведенияиспытаний грунтов или заложения горной выработки, должна бытьспланирована и оконтурена водоотводной канавой. Размеры площадкиустанавливают из условий необходимости размещения горной выработкии установки для испытаний.

1.6. Проходку горных выработок надлежитосуществлять до требуемой то условиям испытаний глубины, но не менееглубины максимального сезонного оттаивания, а в условияхнесливающейся вечномерзлой толщи — доверхней границы этой толщи.

1.7. Технологию проходки выработки следуетпринимать из условий сохранения естественного сложения мерзлыхгрунтов.

1.8. Термины и определения приведены вприложении 1.

1.9. В процессе проходки горных выработокследует вести документацию (приложение2) литологического и криогенного строения грунтов с тщательнымзамером ледяных включений и определением физических характеристикмерзлых грунтов по 2—3 монолитам,отобранным из испытываемого слоя в угловых точках выработки, весом неменее 5—10 кг.

2.МЕТОД ИСПЫТАНИЯ ГОРЯЧИМ ШТАМПОМ

2.1. Метод полевого испытания горячим штампомследует применять для определения характеристик оттаивающихгрунтов — коэффициентов оттаивания Аи сжимаемости а.

Коэффициенты оттаивания А и сжимаемости а надлежитопределять по величине относительной деформации, полученной порезультатам испытаний горячим штампом грунтов под природным давлениеми последующим уплотнением их ступенчато-возрастающей нагрузкой.

2.2. Аппаратура

2.2.1. В состав установки для испытаний грунтовдолжны входить следующие основные узлы:

штамп с внутренним обогревом;

обогревающееустройство;

устройстводля нагрузки штампа;

измерительная система для регистрации величин нагрузок и осадокштампа и температуры грунта;

насосдля откачки воды.

2.2.2. Конструкции установок должныобеспечивать:

нагрузкина штамп ступенями давления 0,5—2 кгс/см²;

центрированную передачу нагрузки на штамп;

постоянствокаждой ступени давления;

исключение продольного изгиба штанг (крепление штанг при большойглубине испытаний по четырем направлениям).

2.2.3. Штамп следует применять жесткий круглыйплоский со сплошной подошвой площадью F= 5000 см².

Конструкция штампа должна обеспечивать равномерный нагрев егоднища электронагревателями или горячей водой до температуры неболее 90 °С.

2.2.4. Обогревающее устройство для расширениязоны оттаивания должно быть расположено по периметру штампа ширинойкольца 0,3 его диаметра и обеспечиватьравномерное оттаивание грунта под штампом. При испытании грунтов ссуммарной влажностью выше границы текучести должна бытьпредусмотрена пригрузка обогревающего устройства, равная природному давлению на отметке установку штампа.

2.2.5. Нагрузку на штамп надлежит осуществлятьдомкратами (или тарированным грузом), обеспечивающими постоянноезаданное давление.

2.2.6. Манометры для контроля давления жидкостив домкратах и динамометры при применении тарированного грузадолжны иметь верхний предел измерений на 10—15%выше значения максимальной нагрузки на штамп.

2.2.7. Измерительная система должна обеспечиватьточность измерений:

вертикальных перемещений штампа (индикаторами часового типа,индуктивными датчиками или прогибомерами) 0,1мм;

температур грунта под штампом 0,1 °С.

2.2.8. Реперная система с датчиками деформацийдолжна быть закреплена в мерзлый грунт устья или забоя горнойвыработки (при условии обеспечения полной неподвижности системы) изащищена от воздействия солнечных лучей, ветра и атмосферныхосадков.

2.3.Подготовка к испытанию

2.3.1. Перед установкой штампа забой горкойвыработки следует тщательно выровнять и зачистить доненарушенного мерзлого грунта. Для обеспечения надежности контакта сгрунтом под штамп следует сделать подушку толщиной не более2 см из маловлажного песка средней крупности.

2.3.2. На подготовленный забой горной выработкипо ее центру следует установить штамп с обогревающимустройством, смонтировать загрузочное устройство для передачи наштамп статической нагрузки, оборудовать реперную систему иустановить все необходимые приборы и приспособления.

2.3.3. После полного завершения подготовкиустановки к испытаниям необходимо провести проверку правильности инадежности монтажа установки и ее отдельных узлов, а такжеусловий безопасности работы во время испытаний.

2.3.4. Перед началом испытаний для достиженияполного контакта штампа с грунтом, обжатия всех конструктивныхэлементов установки и для исключения разуплотнения мерзлогогрунта следует приложить на штамп (без включения его обогрева)нагрузку обжатия, равную природному давлению на горизонте установкиштампа (с учетом собственного веса штампа и деталей установки,несбалансированных противовесами), но не менее 0,5кгс/см². Нагрузку следует выдерживать до условной величиныстабилизации осадки штампа. Затем (без сброса нагрузки обжатия)установить датчики деформаций на нулевые деления и записать значенияих как исходные в журнале испытаний (приложение2).

2.3.5. Контроль глубины оттаивания грунта пояштампом надлежит проводить с помощью температурных датчиков иметаллического щупа. Температурные датчики следует устанавливатьс интервалом в 10 см в 2скважины, пробуренные по .краям штампа, диаметром3—4 см и глубиной до 80 см.Скважины необходимо тщательно гидроизолировать охлажденнымглинистым грунтом.

2.4.Проведение испытания

2.4.1. Испытание вечномерзлых грунтовстатическими нагрузками с использованием горячего штампа следуетвыполнять в два этапа:

1-й этап — создание под штампом зоныоттаявшего грунта на глубину 0,5 диаметра штампапод нагрузкой Р₁, равной природному давлениюгрунта Р_б на глубине установки штампа (в первуюступень нагрузки Р₁ = Р_бвключается вес штампа и деталей установки, несбалансированныхпротивовесами);

2-й этап — уплотнение оттаявшего грунта ступенчато-возрастающей нагрузкой, которойсоответствуют ступени давления Р₂, Р₃,..., Р_n.Общее количество ступеней давления должно быть не менее пяти.

2.4.2. На 1-м этапе испытаний надлежит включитьобогрев штампа и обогревающего устройства.

Обогрев штампа и обогревающего устройства следует производить до техпор, пока глубина оттаивания под штампом не станет равной25—30 см. После этого обогревпрекращают и дальнейшее оттаивание грунта до глубины0,5 диаметра штампа (примерно 40 см)происходит за счет запаса тепла в оттаявшем слое.

При понижении температуры грунта на глубине 40см ниже 0 °С следуетпроизводить кратковременный обогрев штампа, обеспечивающийподдержание оттаивания грунта под штампом в течение испытаний доглубины, равной 0,5 диаметра штампа.

2.4.3. Отсчеты по температурным датчикамнеобходимо производить на 1-м этапе испытаний сначала черезкаждый час, а по мере приближения границы оттаивания к глубине40 см — через каждые15 мин. На 2-м этапе испытаний отсчеты по температурнымдатчикам снимают одни раз перед очередной ступенью давления.

2.4.4. Замеры глубины оттаивания грунтаметаллическим щупом (п. 2.3.5) следуетпроизводить на 1-м этапе испытаний дважды: после прекращения прогреваи при достижении нулевых температур на глубине 40см, а на 2-м этапе — один раз передочередной ступенью давления.

2.4.5. После стабилизации осадки оттаявшегогрунта под природным давлением (1-й этап испытаний) на штампдают ступенчато-возрастающие нагрузки (2-й этап испытаний). Нагрузкуна каждой ступени давления следует производить только послестабилизации осадки от предыдущей ступени.

2.4.6. Измерение вертикальных перемещений штампадатчиками деформаций необходимо производить на обоих этапахиспытаний для всех грунтов через 10, 20, 30и 60 мин от начала испытаний и далее черезкаждый час до условной стабилизации осадки штампа на каждойступени давления.

2.4.7. За условную стабилизацию осадки принимаютприращение осадки штампа за 1 ч не более0,05 мм для глинистых грунтов и 0,1мм для песчаных, крупнообломочных и сильновыветрелых скальных грунтов.

2.4.8. Величину ступени давлений на штамп на 2-мэтапе испытаний следует принимать: для глинистых грунтов —0,5 кгс/см², для песчаных грунтов — 0,75кгс/см², для крупнообломочных грунтов —1,0кгс/см², для сильновыветрелых скальных пород —2 кгс/см².

2.4.9. После окончания испытания установкуследует демонтировать, с поверхности оттаявшего грунта подштампом удалить верхний слой толщиной 10 см иотобрать два-три монолита для лабораторных определений необходимыххарактеристик оттаявшего и уплотненного грунта. После этогоследует удалить талый грунт, замерить и зарисовать чашуоттаявшего грунта под штампом (приложение 3).

2.4.10. Осадку штампа надлежит определять каксреднее арифметическое показаний трех датчиков, регистрирующихперемещение равноотстоящих друг от друга крайних точек штампа.

2.5. Обработка результатов

2.5.1. Результаты испытаний следует обрабатыватьотдельно для каждого исследуемого слоя. Вычисляют среднее значениеглубин оттаивания грунта (под центром и краями штампа) Ни приращение абсолютной осадки штампа DS_iдля каждой ступени давления.

2.5.2. Для каждой ступени давления следуетвычислить среднее значение приращения относительной осадки Dd_iи полной величины относительной осадки слоя по формулам:

причем d₁= Dd₁.

Совокупностьвеличин d_iкаждого слоя представляют в виде графика прямолинейной зависимости(см. чертеж).

Построение графика d_i= f(P_i) выполняют вмасштабе: для Р1 кгс/см²=50 или 30 мм, для d0,01 =50 или 30 мм. За начальныезначения Р₁и d₁(первая точка, включаемая в обработку) принимают такие значения,которые соответствуют природному давлению для исследуемого слоягрунта, за конечные значения Р_п и d_п(последняя точка, включаемая в обработку) —такие, при которых нагрузка вызывает приращение осадки, превышающейее значение на предыдущей ступени не более чем в два раза. Черезнанесенные на график точки по методу наименьших квадратовпроводят осредняющую прямую. Для построения осредняющей прямойдопускается использование графических методов.

2.5.3. Коэффициент оттаивания А следуетопределять по графику d_i= f(Р_i) и принимать равным отрезку, отсекаемому осредняющейпрямой на оси ординат.

Коэффициент сжимаемости а, см²/кгс,следует определять по формуле

где Dd —устанавливаемое по графику приращение значения относительной осадкина осредняющей прямой, соответствующее интервалу давления DР,кгс/см²;

К — безразмерный коэффициент напряженно-деформативного состояния грунта, который принимают равнымдля крупнообломочных грунтов и сильновыветрелых скальных пород —1,35; для песков и супесей — 1,30, длясуглинков — 1,20, для глин —1.

При необходимости по полученным значениям а вычисляют модульдеформации грунта Е по формуле

где b —коэффициент, значения которого принимают равным для крупнообломочныхгрунтов и сильновыветрелых скальных пород —0,8; для пестов и супесей —0,74; для суглинков — 0,62;для глин — 0,40.

2.5.4. Результаты испытаний и определенийхарактеристик грунтов следует регистрировать в журнале испытаний(приложение 2) с указанием вида и составагрунта, его криогенной текстуры, льдистости, суммарной влажности иобъемного веса скелета грунта до и после оттаивания. КоэффициентА необходимо определять с точностью до одной тысячной, акоэффициент а — до однойдесятитысячной.

ПРИЛОЖЕНИЕ1

ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ2

ЖУРНАЛ

испытаний мерзлых грунтов методом горячего штампа

Испытание № __________

Наименование организации Пункт ______________________

______________________________

______________________________ Объект _____________________

Площадь штампа________ см² Сооружение_________________

Площадьобогревающего устройства

________________ см² Дата испытания:

Тип обогреваемого штампа и начало ______________________

кольца________________________

Абсолютная отметка: окончание ___________________

подошва штампа____________ м

устье выработки_____________ м

Глубина залегания испытываемогослоя грунта _______________________м

Наименованиеиспытываемого грунта и его краткая характеристика

________________________________________________________________

_______

________________________________________________________________

Краткая характеристика установкидля испытаний _____________________

Ответственный исполнитель_______________________________________

Наблюдатели____________________________________________________

Адрес организации_______________________________________________

ТЕХНИЧЕСКИЕДАННЫЕ ПРИБОРОВ

Домкрат №______________________________________________________

Его грузоподъемность_____________________________________________

Площадь плунжера________________________________________см²

Манометр №___________ и его краткая характеристика________________

_________________________________________________________________

Датчики деформаций и их краткаяхарактеристика _____________________

_________________________________________________________________

Температурные датчики и ихкраткая характеристика ____________________

__________________________________________________________________

Схематический план расположения игеологическое описание горной выработки________________________________________________________________

СТРАНИЦЫЖУРНАЛА

Объект _________ Выработка № _________ Испытание №_________

Данные наблюдений заосадкой штампа в процессе оттаивания и уплотнения грунта

СТРАНИЦЫ ЖУРНАЛА

Замеры температурыгрунта под штампом

Л¾ левый температурныйдатчик;

П¾ правый температурныйдатчик

СТРАНИЦЫ ЖУРНАЛА

Контрольные замерыглубины оттаивания грунта

под штампомметаллическим щупом

Паспорт выработки дляиспытания штампом

Схема расположениявыработки РАЗВЕРТКА ВЫРАБОТКИ

Размеры выработки___________________

Глубина_____________________________

Тип криогенной текстуры______________

Чаши оттаивания

Испытание №1Испытание № 2Испытание № 3

Результаты определения характеристик сжимаемости мерзлых

грунтов при оттаиванииих горячим штампом

Определение физическихсвойств грунтов

М¾ грунт в мерзлом состояниидо испытаний;

Т¾ грунт, оттаявший послеиспытаний.