Порядок выполнения работы

1. Группа разбивается на бригады. Каждая бригада получает от преподавателя задание по данным (см. табл. 2).

2. Производится послойно уплотнение ударной трамбовкой каждого отсыпанного слоя грунта (толщиной 10 см.). Количество ударов трамбовки по одному и тому же месту принять 3 и 5.

3. Поверхность верхнего слоя грунта выровнять, сняв ножом разрыхленный слой грунта толщиной 2см.

4. Установить зонд в вертикальное положение и несколькими легкими ударами гири 4 (см. рис. 2) погрузить наконечник до нижней риски (5см) в грунт.

5. Поднять рукой гирю вверх до упора и отпустить ее. Гиря свободно скользит по направляющему штоку 1 и ударяет по наковальне 5. При этом фиксируют количество ударов необходимое для погружения наконечника от нижней риски 5 до верхней риски 15см, на глубину 10см. Чем больше плотность грунта, тем большее сопротивление будет испытывать наконечник и тем большее количество ударов гири потребуется для его заглубления.

6. Испытание провести в трех точках площадки. По полученным результатам вычислить динамическое сопротивление грунта по формуле 8.

7. По рассчитанной величине Р_д графически (рис.3) определяют коэффициент уплотнения К_у и сопоставляют его с заданной степенью уплотнения грунта.

8. Составить и защитить отчет о проделанной работе.

Требования к отчету

1. Исходные данные: грунт, коэффициент уплотнения грунта (по заданию), метод уплотнения грунта.

2. Описать: цель работы; метод и оборудование для уплотнения грунта; привести методику расчета и выполнить вычисления.

3. Результаты вычислений свести в таблицу 5 и сделать заключение по результатам испытаний.

Таблица 5. Результаты экспериментальных данных.

Номер испытания	Количество ударов	Величина Рд, кг/см2	Средняя величина Рд, кг/см2	Коэффициент уплотнения Ку
1
2
3

Рис. 3 Зависимость коэффициента уплотнения К_у от величины динамического сопротивление грунта Р_д: 1 – пески (средние и крупные); 2 – пески (мелкие); 3 – пески (пылевые)

Контрольные вопросы

1. Цель и методы уплотнения грунтов?

2. Методы контроля степени уплотнения грунта?

3. Что такое оптимальная влажность W₀ и максимальная плотность ρ_MAX грунта. Основные виды грунтов?

4. Контроль плотности грунта в насыпи методом динамического зондирования?

Лабораторная работа №3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ПОГРУЖЕНИЯ МОДЕЛИ СТАЛЬНОЙ СВАИ УДАРНЫМ МЕТОДОМ

Цели работы: углубление студентами теоретических знаний о физической природе погружения готовой сваи ударным методом, а также закрепление знаний изложенных в курсе лекций.

Оборудование и материалы: лабораторная установка для погружения моделей свай; модели стальных свай диаметром 10…16 и длиной 330мм; ящик с грунтом.

Пояснения к работе

С предприятий стройиндустрии сваи доставляют в виде готовом для погружения в грунт. Забиваются деревянные, железобетонные, стальные сваи и шпунтовые ограждения (Рис. 4).

Рис. 4. Погружение готовых свай: а – с помощью экскаватора, оборудованного навесной мачтой; б – деревянных; в – железобетонных; г – стальных; д, е, ж – стального шпунта корыто, зетаобразного и плоского профиля.

В зависимости от характеристики грунта существует ряд методов устройства свай, в том числе ударный, вибрационный, вдавливанием, завинчиванием, с использованием подмыва и электроосмоса, а также различными комбинациями этих методов.

Ударный метод основан на использовании энергии удара (воздействия ударной нагрузки), под действием которого свая своей нижней частью внедряется в грунт. По мере погружения она смещает частицы грунта в стороны, частично вниз или наверх. В результате погружения свая вытесняет объем грунта, практически равный объему ее погруженной части. Меньшая часть этого грунта оказывается на дневной поверхности, большая – смешивается с окружающим грунтом и значительно уплотняет грунтовое основание. Зона заметного уплотнения грунта вокруг сваи составляет 2…3 диаметра сваи.

Ударную нагрузку на оголовок сваи создают специальные механизмы: паровоздушные молоты; дизель-молоты; вибропогружатели; вибромолоты. Рабочий цикл молотов всех типов состоит из двух тактов: холостого хода, в течение которого происходит подъем ударной части на определенную высоту и рабочего хода в течение которого ударная часть с большой скоростью движется вниз до момента удара по свае.

В ряде свайных молотов рабочий ход происходит только под действием массы ударной части (гравитационной силы), такие молоты называются молотами одиночного действия.

От каждого удара свая погружается на определенную глубину, которая уменьшается по мере заглубления сваи. В дальнейшем наступает момент, когда глубина забивки сваи практически незаметна – свая погружается на одну и ту же малую величину, называемую отказом.

Отказ – глубина погружения сваи за определенное количество ударов обычно молота одиночного действия или за единицу времени для молотов двойного действия. Величина отказа – среднее от 10 или серии ударов в единицу времени.

Залог – серия ударов, выполняемых для замера средней величины отказа: для паровоздушных молотов в залоге 20…30 ударов; для дизель-молотов в залоге 10 ударов; для дизель-молотов двойного действия отказ определяют за 1 мин. забивки.

При погружении сваи (модели сваи) имеет место замкнутая система двух соударяемых тел, одно из которых погружается в упруго-вязкую среду (грунт). Соударение двух тел, движущихся с различными скоростями (при замкнутой системе) может быть описано законом сохранения количества движений:

(9)

где m₁ и m₂ – масса соударяемых тел; W₁ и W₂ – скорости движущихся тел до удара; V₁ и V₂ – скорость движения тел после удара.

На рис. 5 показана схема забивания сваи за счет гравитационной силы.

а) б)

Рис. 5. Рабочий цикл ударного механизма одиночного действия: а – подъем ударного груза (2) на определенную высоту h_УД; б – рабочий ход, в течение которого ударный груз (2) с большой скоростью движется вниз до момента удара по свае (3); S – глубина погружения сваи в грунт (1); R_гр – сила сопротивления.

Можно увидеть, что до соударения свая находится в покое, а в первый момент после удара перемещается совместно с ударным грузом, с одинаковой, общей скоростью V_сист. Уравнение (9) преобразуем в следующий вид:

(10)

Так как до соударения свая находится в покое (W_Св = 0), а после удара груз и свая двигаются с общей скоростью: V_сист = V_Гр=V_Св, то уравнение (10) можно записать в следующем виде:

(11)

где m_Гр – масса ударного груза, кг; m_Св – масса сваи, кг; W_Гр – скорость падения груза в момент соударения, м/сек; V_сист – скорость движения системы (груз + свая) в первый момент после удара, м/сек.

Из формулы (11) определим скорость движения системы:

(12)

Скорость груза в момент удара определим по формуле:

(13)

где g=9,81 м/сек² – ускорение свободного падения.

Известно, что полная механическая энергия Т_м является суммой кинетической Т_к и потенциальной Т_п энергии. Кинетическую энергию системы двух соударяемых тел можно определить из равенства

(14)

Подставив в формулу (14) формулы (12 и 13) получим:

(15)

Потенциальная энергия определится по формуле:

(16)

Механическая энергия системы «ударный груз-свая» затрачивается на совершения работы А = R_ГрS, то есть Т_м=А. Исходя из этого можно записать:

(17)

Разделим обе части уравнения (17) на величину S и получим среднюю силу сопротивления грунта R_Гр:

(18)

Расчет полной затраченной энергии Т падающего груза на погружение сваи в зависимости от числа ударов N_УД при постоянной h_УД произведем используя следующее равенство:

(19)

Зная величину Т и кинетической энергии груза Т_гр до удара можно рассчитать коэффициент полезного действия:

(20)