ГОСТ 21719-80

• часть 1
• часть 2
• часть 3

ГОСТ 21719-80

УДК 624.131.377:006.354 Группа Ж39

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

ГРУНТЫ

Методы полевых испытаний

на срез в скважинах и в массиве

Soils. In-situ methods of shearing test

in boreholes and in massiv

Введен в действие 1981-01-01

РАЗРАБОТАН

Производственным и научно-исследовательским институтом по инженерным изысканиям в строительстве Госстроя СССР

Научно-исследовательским институтом оснований и подземных сооружений им. Н. М. Герсеванова Госстроя 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.

ВНЕСЕН Производственным и научно-исследовательским институтом по инженерным изысканиям в строительстве Госстроя СССР

Зам. директора В. В. Баулин

УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по делам строительства от 23 мая 1980 г. № 74

Взамен ГОСТ 21719-76

Настоящий стандарт распространяется на песчаные и глинистые грунты, в том числе с примесью растительных остатков, заторфованные торфы и илы, и устанавливает методы полевых испытаний грунтов на срез в скважинах и массиве при исследованиях их для строительства.

Стандарт не распространяется на грунты: пески гравелистые и независимо от гранулометрического (зернового) состава плотные и насыщенные водой; глинистые твердой консистенции; глинистые с крупнообломочными включениями 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. Испытания грунта на срез в скважинах и массиве следует производить для определения прочностных характеристик, показателя структурной прочности 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. Выбор методов полевых испытаний на срез в скважинах и массиве следует производить в соответствии с табл. 1.

Схемы испытания грунта на срез в скважинах и массиве приведены в обязательном приложении 2.

Таблица 1

Метод полевых	Условия применения метода
испытаний	Гидро- геологи- ческие условия	Место проведения испытания	Диаметр скважины, мм	Глубина испы- тания, м	Вид и состояние грунта
Враща- тельный срез	Выше и ниже уровня грунтовых вод	Ниже забоя буровой скважины	Св. 76	0,5-20	Глинистые грунты с показателем консистенции 0,50, в том числе с примесью растительных остатков, заторфованные, торфы и илы, с крупнообломочными включениями размерами 2-10 мм в количестве (по массе) менее 15%
То же	То же	В массиве	-	0,3-20	Глинистые грунты с показателем консистенции 1, в том числе с примесью растительных остатков, заторфованные, торфы и илы, с крупнообломочными включениями размерами 2-10 мм в количестве (по массе) менее 15%
Кольцевой срез	Выше уровня грунтовых вод	В стенках буровой скважины	108-146	0,5-10	Глинистые грунты с показателем консистенции 0,75, в том числе с примесью растительных остатков, заторфованные, с крупнообломочными включениями размерами 2-10 мм в количестве (по массе) менее 15%
Поступа- тельный срез	Выше уровня грунтовых вод	В стенках буровой скважины	108-146	0,5-20	Песчаные - пески крупные, средней крупности, мелкие и пылеватые, средней плотности и рыхлые, маловлажные и влажные
Поступа- тельный срез	Выше уровня грунтовых вод	В стенках буровой скважины	108-146	0,5-20	Глинистые - с показателем консистенции 0,75, в том числе с примесью растительных остатков, заторфованные, с крупнообломочными включениями размерами 2-10 мм в количестве (по массе) менее 15%

1.3. На отметке испытания грунта на срез в скважинах должны быть отобраны образцы и в лабораторных 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, а также вычислены объемная масса (объемный вес) скелета грунта, коэффициент пористости, степень влажности, число пластичности и показатель консистенции.

1.4. Толщина однородного слоя грунта, предназначенного для испытания на срез в скважинах и массиве, должна быть не менее 1,5 высоты рабочего наконечника.

1.5. Промежуток времени между окончанием проходки опытной скважины и началом испытания грунта на срез выше уровня грунтовых вод не должен превышать 2 ч, ниже уровня грунтовых вод - 30 мин.

2. Метод вращательного среза

2.1. Испытания грунтов методом вращательного среза следует производить для определения 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 срезу в МПа (кгс/см).

2.2. Аппаратура

2.2.1. Для испытания грунтов методом вращательного среза необходимо применять установки, состоящие из следующего основного оборудования:

крыльчатки;

штанг;

устройств для создания и измерения крутящего момента.

Для испытания грунта в массиве эти установки надлежит дополнить устройствами для отключения крыльчатки от штанг, позволяющими измерять трение штанг о грунт при неподвижной крыльчатке.

2.2.2. Конструкции установок должны обеспечивать:

погружение крыльчатки в грунт ниже забоя опытной скважины или массив;

фиксирование штанг на заданной глубине, исключающего самопроизвольное вертикальное перемещение крыльчатки и штанг в процессе испытания грунта на срез;

передачу крутящего момента на крыльчатку;

измерение максимального и установившегося крутящих моментов;

тарировку устройства для измерения крутящего момента.

2.2.3. В зависимости от вида и состояния грунта необходимо использовать следующие типы крыльчаток:

малую - при испытаниях глинистых грунтов тугопластичной и мягкопластичной консистенции, в том числе с примесью растительных остатков, заторфованных, с крупнообломочными включениями размерами 2-10 мм в количестве (по массе) менее 15%;

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

большую - при испытаниях глинистых грунтов текучей и текучепластичной консистенции, в том числе заторфованных, торфов и илов (без крупнообломочных включений).

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

Таблица 2

Состав аппаратуры и ее характеристика	Основные параметры аппаратуры
	Тип крыльчатки
	малая	средняя	большая
1. Крыльчатки размерами, мм: высота ширина (диаметр) толщина лопасти	120 60 2	150 75 2,5	200 100 3
2. Постоянная крыльчатки (справочное приложение 1), см	790	1545	3660
3. Штанги размерами, мм: наружный диаметр длина	22-33,5 500-3000
4. Устройство для создания крутящего момента: максимальный крутящий момент, кН · см (кгс · см), не менее	18 (1800)
5. Устройство для измерения крутящего момента: погрешность измерения крутящего момента, кН·см (кгс · см), не менее	0,36 (36)	0,18 (18)	0,18 (18)

2.3. Подготовка к испытанию

2.3.1. Грунты следует испытывать срезными установками, имеющими паспорта и заводские тарировочные таблицы измерительных устройств.

2.3.2. Поверки срезных установок надлежит выполнять согласно паспортам и инструкциям по их эксплуатации, периодически проверяя данные тарирования измерительных устройств.

2.3.3. Поверки срезной установки необходимо выполнять при получении ее с завода и перед выездом на полевые работы, но не реже одного раза в 3 мес, а также после выявления и устранения неисправностей измерительного устройства или замены его деталей. Результаты поверок следует оформлять актами.

2.3.4. При подготовке к испытанию и в период проведения полевых работ периодически, через 15 точек испытаний грунтов, необходимо проверять прямолинейность штанг путем их сборки в звенья длиной 3 м на ровной поверхности. Отклонение звена штанг от прямой линии не должно превышать 5 мм в любой плоскости по всей длине проверяемого звена. Аналогично надлежит проверять сопряжения звеньев штанг между собой.

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

. (1)

2.3.6. В интервале от 1,0 м выше отметки испытания грунтов методом вращательного среза до забоя опытные скважины надлежит проходить:

вдавливающим или ударно-канатным (забивным) способом кольцевым забоем с помощью тонкостенного бурового цилиндрического наконечника, нижний режущий край которого имеет внутренний угол заострения 10-15°; внутренний диаметр башмака этого наконечника должен быть на 1-2 мм меньше внутреннего диаметра корпуса, а наружный диаметр башмака на 2-3 мм больше наружного диаметра корпуса наконечника;

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

При испытании грунтов в массиве крыльчатку и колонну штанг следует погружать вдавливающим способом.

2.3.7. Забой опытной скважины должен быть расположен на 0,4-0,5 м выше отметки испытания грунта методом вращательного среза.

2.3.8. Опытные скважины и точки испытаний грунтов на срез необходимо выносить в натуру геодезическими методами и закреплять на местности временными знаками. Контроль точности планово-высотной привязки скважин и точек должен быть выполнен дважды - до начала и после проведения испытаний.

2.3.9. Площадка для размещения срезной установки должна быть горизонтальной. Размеры площадки необходимо определять с учетом габаритов установки и монтажа аппаратуры, но не менее 0,5х0,5 м.

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

2.3.11. Грунт в месте испытания на срез в скважине должен быть защищен от проникания поверхностных вод и атмосферных осадков, а в зимнее время - от промерзания.

2.3.12. Подготовленную колонну штанг с крыльчаткой соответствующего типа общей длиной на 0,8-1,2 м больше глубины отметки испытания грунта на срез надлежит опустить в скважину (при испытании грунта на срез в скважине) и плавно вертикально вдавить в грунт с заглублением крыльчатки до отметки испытания. При испытаниях с земной поверхности (в массиве) крыльчатку вдавливают в грунт, применяя в случае необходимости рычаги, домкраты или специальные устройства и постепенно наращивая колонну штанг.

2.3.13. Верх колонны штанг следует соединить с головкой устройства для создания крутящего момента, измерительные приборы защитить от атмосферных осадков.

2.4. Проведение испытаний

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

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

2.4.2. При испытаниях грунтов в скважинах допускается трение штанг крыльчатки о грунт не учитывать и крутящий момент за счет трения штанг принимать равным нулю.

2.4.3. При испытаниях грунтов в массиве для получения крутящего момента за счет трения штанг следует с помощью отключающего устройства отключить крыльчатку от колонны штанг и определить величину по методике, изложенной в п. 2.4.1 для получения .

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

2.4.5. Результаты испытаний следует заносить в "Журнал полевых испытаний грунтов методом вращательного среза" (рекомендуемое приложение 3).

2.4.6. После окончания испытаний грунтов на срез опытную скважину необходимо тампонировать грунтом и закреплять знаком с соответствующей маркировкой.

2.5. Обработка результатов

2.5.1. Обработку результатов 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 основании исходных данных по формулам:

; (2)

; (3)

, (4)

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

- максимальное показание измерительного устройства, см;

- установившееся показание измерительного устройства, см;

- показание измерительного устройства, характеризующее трение штанг о грунт при отключенной 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) справочного приложения 1, см.

2.5.4. Для глинистых 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)

Структурную прочность грунта при срезе следует определять по табл. 3.

Таблица 3

Показатель структурной прочности грунта при срезе	Структурная прочность грунта при срезе
=1	Отсутствует
12	Низкая
25	Средняя
5	Высокая

2.5.6. Характер пространственной 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. Испытания грунтов методом кольцевого среза следует производить для определения прочностных характеристик - угла внутреннего трения в градусах и удельного сцепления в МПа (кгс/см).

3.2. Значения прочностных 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) в соответствии 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. Для испытания грунта методом кольцевого среза необходимо применять установки, состоящие из следующего основного оборудования:

рабочего наконечника, состоящего из распорного штампа с продольными лопастями;

штанг;

устройств для создания и измерения нормальною давления;

устройств для создания и измерения крутящего момента;

приборов для измерения деформации сжатия и среза грунта.

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

Таблица 4

Состав аппаратуры и ее характеристика	Основные параметры аппаратуры при испытании грунтов методами
	кольцевого среза	поступатель ного среза
1. Распорный штамп размерами, мм: высота (длина) минимальный диаметр (ширина) максимальный диаметр (ширина) 2. Лопасти размерами, мм: толщина высота (длина) рабочая ширина 3. Расстояние между соседними лопастями по вертикали, мм 4. Устройство для создания нормального давления; максимальное нормальное давление, МПа (кгс/см), не менее 5. Устройство для измерения нормального давления; погрешность измерения 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 крутящий момент, кН·см (кгс·см), не менее 7. Устройство для измерения крутящего момента; погрешность измерения крутящего момента, кН·см (кгс·см), не менее 8. Устройство для создания срезающего давления; максимальное срезающее давление, МПа (кгс/см), не менее 9. Устройство для измерения срезающего давления; погрешность измерения срезающего давления, МПа (кгс/см), не менее 10. Прибор для измерения деформации сжатия грунта; погрешность измерения деформации сжатия грунта, мм, не менее 11. Прибор для измерения деформации среза грунта; погрешность измерения деформации 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:

вдавливание продольных лопастей в грунт;

фиксирование штанг по заданной глубине, исключающее самопроизвольное вертикального перемещение продольных лопастей и штанг в процессе испытания грунта на срез;

передачу и измерение нормального равномерного давления на распорный штамп;

передачу и измерение ступенчатого или непрерывно возрастающего горизонтального срезающего давления на продольные лопасти;

тарировку измерительных устройств.

3.4. Подготовка к испытанию

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

3.4.2. Перед проведением испытания грунта методом кольцевого среза необходимо тарировать:

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

устройство для измерения нормального давления. По результатам тарировки следует составлять график (таблицу) зависимости нормальной нагрузки в кН (кгс) от показаний измерительного устройства в атм.

3.4.3. В интервале 1,0 м выше и ниже отметки испытания грунтов опытные скважины необходимо проходить, соблюдая требования п. 2.3.6; при этом наконечник, используемый для проходки скважин вдавливающим или ударно-канатным (забивным) способом кольцевым забоем, должен быть в верхней его части дополнен расширителями для срезания грунта с измененными свойствами после проходки скважины башмаком наконечника.

3.4.4. Подготовленную колонну штанг с рабочим наконечником общей длиной на 0,8-1,2 м больше глубины отметки испытания следует опустить в скважину, постепенно наращивая эту колонну.

3.4.5. Верх колонны штанг надлежит соединить с головкой устройства для создания крутящего момента, а распорный штамп - с головкой устройства для создания нормального давления.

3.4.6. На установке необходимо смонтировать устройства для измерения нормального давления и крутящего момента, приборы для измерения деформации сжатия и среза грунта. Измерительные приборы надлежит защитить от воздействия атмосферных осадков.

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

Момент соприкосновения распорного штампа со стенками скважины следует устанавливать по показаниям прибора для измерения деформации сжатия грунта. С учетом величины горизонтального перемещения стенок распорного штампа необходимо определить диаметр скважины после предварительного уплотнения грунта в см.

3.5. Проведение испытания

3.5.1. При толщине инженерно-геологического элемента (слоя) менее 4,5 высоты рабочего наконечника испытания грунта для определения значения и следует производить в нескольких опытных скважинах, расположенных друг от друга на расстоянии 1-3 м.

3.5.2. Испытания грунта в опытных скважинах следует производить при консолидированном или неконсолидированном режимах.

Консолидированный режим испытания необходимо применять для определения прочностных характеристик песков крупных, средней крупности, мелких и пылеватых, средней плотности и рыхлых, маловлажных и влажных, а также глинистых грунтов с показателем консистенции 00,75 в условиях стабилизированного состояния.

Неконсолидированный режим испытания надлежит применять для определения прочностных характеристик глинистых грунтов с показателем консистенции 0,50 при степени влажности 0,8 в условиях нестабилизированного состояния.

3.5.3. При консолидированном режиме испытания сначала следует произвести предварительное уплотнение грунта, а затем - срез грунта в процессе ступенчатого или плавного увеличения срезающего давления.

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

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

Таблица 5

Вид и состояние грунта	Испытания на глубине, м	Нормальное давление , МПа (кгс/см)			Ступени давлений, , 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)
средней плотности; мелкие средней плотности.	5-10	0,10 (1,0)	0,20 (2,0)	0,30 (3,0)	0,05 (0,5)
Глинистые с 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
плотности и рыхлые.	5-10	0,05 (0,5)	0,15 (1,5)	0,25 (2,5)	(0,25-0,5)
Глинистые с показателем консистенции 0,50 0,75	10-20	0,10 (1,0)	0,20 (2,0)	0,30 (3,0)

Каждую ступень давления при предварительном уплотнении необходимо выдерживать не менее:

для песчаных грунтов - 5 мин;

для глинистых грунтов - 30 мин;

конечную ступень - до условной стабилизации деформации сжатия грунта.

За условную стабилизацию деформации сжатия следует принимать приращение осадки грунта, не превышающее 0,1 мм за время, указанное в табл. 6.

В процессе предварительного уплотнения грунта надлежит записывать в журнал испытаний величины деформации сжатия грунта.

Таблица 6

Вид и состояние грунта	Время, мин, условной стабилизации деформации
	сжатия	среза
Песчаные: пески крупные со степенью влажности 0 0,8; 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. Глинистые с показателем консистенции 0 0,25	60	3
Песчаные: пески пылеватые со степенью влажности 0,50,8. Глинистые с показателем консистенции 0,250,75	120	5

Отсчеты по приборам на каждой ступени давления следует производить:

• часть 1
• часть 2
• часть 3

Читайте также