2.3. Ударное уплотнение грунтов

Изучение динамического (в частности, ударного) воздей­ствия на грунт имеет большое практическое значение. Строительные свойства грунтов в значительной степени зависят от их плотности. Чем плотнее грунт, тем лучше он со строительной точки зрения. Поэтому искусственное по­вышение плотности позволяет более просто решать некоторые практические задачи. Уплотнение чаще всего дает существен­ный эффект для наиболее рыхлых образований. Искусственное повышение плотности применяется и для грунтов естествен­ного сложения (например, для макропористых с целью снижения их просадочных свойств).

Рис.32. Схема установки для прибора стандартного уплотнения грунта:

1 - ограничитель подъема груза; 2 - направляющая стойка для груза; 3 - стандартный груз;4 - направляющее кольцо; 5 - зажим; 6 - поддон;

7 - цилиндр помещения грунта; 8 - верхний штамп (уплотнитель)

Практически искус­ственное уплотнение грунтов может быть осуществлено с по­мощью трамбования, катков, вибраторов.

В лаборатории уплотнение глинистых грунтов производится на приборе стандартного уплотнения (рис.32). Прибор состо­ит из гильзы, куда помещается грунт, штампа с направляющей и груза весом 2,6 кг, скользящего по направляющей. Грунт определенной влажности помечется в гильзу и уплотняется ударами груза, сбрасываемого с высоты 30 см. Мерой воздей­ствия ударной нагрузки считается число ударов, мерой плот­ности грунта – плотность сухого грунта. Зависимость между эти­ми величинами показана на рис.33. После некоторого числа ударов уплотнение грунта становится все менее и менее ин­тенсивным. Применение большого количества ударов практичес­ки уже не дает значительного увеличения показателя плотности (например, менее наперед заданного - 0,02 г/см³ для серии 20 ударов). Поэтому можно считать, что дальнейшее уплотне­ние технически нецелесообразно и экономически невыгодно.

Написанное выше испытание повторяют для того же грунта, но при другой его влажности. Получается подобная кривая, которая будет выполаживаться примерно при том же значении числа ударов и т.д.

Рис. 33. Зависимость между плотностью сухого грунта и числом ударов груза (n_в=100)

Устанавливается минимально необходимое число ударов n_в. После этого строится зависимость ₀=f(W) при n_в=const (рис. 34). Начальный участок кривой до мини­мального значения влажности W_min характеризует такое состояние грунта, когда микроагрегаты его обладают высокой прочностью и не разрушаются при уплотнении. По мере увеличения влажности набухание микроагрегатов и увеличение тол­щины водных

Рис. 34- Зависимость сухого грунта от влажности при n_в=const

пленок, окружающих их, мешает более тесному их сближению, что приводит к снижению уплотняемости грунта.

Восходящая ветвь кривой до значения W_опт соответству­ет размягчению агрегатов, так как увеличение влажности

сопровождается увеличением гидратно-ионных оболочек, что ведет к разрушению агрегатов и уменьшению прочности между вновь образовавшимися частицами. Рыхло связанная вода, а впоследствии и свободная играет роль смазки. В связи с этим, уплотнение грунта облегчается и его частицы распо­лагаются более компактно.

Ветвь кривой после W_опт, означает снижение плотности грунта вследствие увеличения количества воды, в основном свободной, которая начинает занимать значительный объем пор. Удалить её ударной (кратковременной) нагрузкой невозможно.

Влажность W_опт соответствует наименьшей затрате работы для достижения наибольшей плотности. Она называется влажно­стью максимального уплотнения, или оптимальной влажностью. Оптимальную влажность, получаемую в лаборатории при стан­дартном уплотнении, принимают за исходную величину при про­ектировании уплотнения грунтов, как естественного сложения, так и насыпных. Она соответствует необходимому содержанию 'влаги в грунте, при котором уплотнение осуществляется с минимальными затратами механической анергии.

При уплотнении песчаных грунтов понятие оптимальной ' влажности не вводится. На основе экспериментальных исследо­ваний полагают, что наилучшие условия уплотнения песчаных грунтов обеспечиваются при коэффициенте водонасыщения S_r>0,7.