1 РАЗРАБОТАН Федеральным автономным учреждением "Российский дорожный научно-исследовательский институт" (ФАУ "РОСДОРНИИ").

2 ВНЕСЕН Управлением научно-технических исследований и информационного обеспечения Федерального дорожного агентства.

3 ИЗДАН на основании распоряжения Федерального дорожного агентства от 18.01.2016 N 84-р.

4 ИМЕЕТ РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ ХАРАКТЕР.

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ.

1.1 Настоящий отраслевой дорожный методический документ (далее - методический документ) содержит рекомендации по использованию приборов электромагнитного действия (электромагнитных приборов) для контроля плотности грунтов грунтовых сооружений (земляного полотна, дамб, оснований искусственных сооружений и т.п.) на строящихся или реконструируемых участках автомобильных дорог. Положения настоящего методического документа могут быть использованы как дополнение к СП 78.13330.2012.

1.2 Данный методический документ предназначен для опытного применения организациями, выполняющими работы по оперативному контролю качества уплотнения грунтов земляного полотна при строительстве или реконструкции автомобильных дорог.

В настоящем методическом документе использованы ссылки на следующие документы:

ГОСТ 166-89 Штангенциркули. Технические условия

ГОСТ 427-75 Линейки измерительные металлические. Технические условия

ГОСТ 1173-2006 Фольга, ленты, листы и плиты медные. Технические условия

ГОСТ 5180-2015 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик

ГОСТ 12071-2014 Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов

ГОСТ 12536-2014 Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава

ГОСТ 14919-83 Электроплиты, электроплитки и жарочные электрошкафы бытовые. Общие технические условия

ГОСТ 22733-2016 Грунты. Методы определения максимальной плотности

ГОСТ 25100-2011 Грунты. Классификация

ГОСТ 28498-90 Термометры жидкостные стеклянные. Общие технические требования. Методы испытаний

ГОСТ Р ИСО 5725-1-2002 Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 1. Основные положения и определения

ГОСТ Р 53228-2008 Весы неавтоматического действия. Часть 1. Метрологические и технические требования. Испытания

СП 78.13330.2012 Автомобильные дороги (актуализированная редакция СНиП 3.06.03-85)

В настоящем методическом документе применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 влажность грунта (w): Отношение массы воды в объеме грунта к массе этого грунта, высушенного до постоянной массы.

3.2 плотность грунта : Масса единицы объема грунта.

3.3 плотность сухого грунта : Отношение массы грунта за вычетом массы воды и льда в его порах к первоначальному объему.

3.4 плотность частиц грунта : Масса единицы объема твердых (скелетных) частиц грунта.

3.5 коэффициент уплотнения грунта (K_у): Отношение плотности сухого грунта в контролируемом слое земляного сооружения к максимальной плотности сухого грунта, определенной в приборе стандартного уплотнения по ГОСТ 22733-2016.

3.6 степень однородности уплотнения грунта: Показатель, характеризующий разброс значений коэффициента уплотнения грунта в пределах одного контролируемого участка. Характеризуется средним квадратическим отклонением коэффициента уплотнения.

3.7 грунтовое сооружение: Искусственное сооружение из грунта.

3.8 диэлектрическая проницаемость : Величина, характеризующая диэлектрические свойства среды - ее реакцию на электрическое поле. Величина показывает, во сколько раз сила взаимодействия двух электрических зарядов в среде меньше, чем в вакууме.

3.9 метод электромагнитного зондирования: Способ "просвечивания" с помощью специального оборудования слоистой толщи исследуемой среды постоянным или переменным электрическим током, основанный на измерении компонент электромагнитного поля в одной или одновременно в нескольких точках обследуемой поверхности.

3.10 глубина зондирования грунта: Максимальная глубина, с которой принимаются отраженные электромагнитные волны.

4.1 Метод электромагнитного зондирования рекомендуется применять в процессе текущего контроля коэффициента уплотнения грунтов в соответствии с СП 78.13330.2012 как дополнительное средство измерений для повышения надежности контроля качества уплотнения грунта.

4.2 Указанный метод рекомендуется использовать для определения степени однородности уплотнения и коэффициента уплотнения грунтовых сооружений, возводимых из несвязных однородных по составу песчаных (кроме гравелистых) и связных глинистых грунтов, в соответствии с классификацией, приведенной в таблицах Б.9, Б.17 ГОСТ 25100-2011, а также для фиксации момента окончания уплотнения каждого слоя уплотняющими механизмами.

4.3 Метод электромагнитного зондирования рекомендуется использовать при контроле уплотнения слоев грунта одной разновидности, отобранного из одного карьера.

4.4 Приборы электромагнитного зондирования могут использоваться для контроля уплотнения слоев грунта, толщина которых не менее чем на 10% больше установленной в соответствии с пунктом 6.2.3 глубины зондирования прибора.

4.5 Измерения допускается выполнять в сухую погоду и не ранее чем через два часа после дождя. Разрешается проводить измерения не менее чем через один час после дождя, если осуществляется контроль однородности уплотнения.

4.6 При проведении измерений прибором электромагнитного зондирования его необходимо располагать так, чтобы крупные металлические объекты, например строительная техника, дорожные ограждения, массивное металлическое оборудование и др., не были ближе 2 м от прибора. Следует избегать проведения измерений ближе чем в 3 м от подземных электрокабелей.

5.1 Приборы, применяемые для измерения коэффициента уплотнения грунтов, должны быть снабжены руководством по эксплуатации, содержащим условия проведения измерений и при необходимости справочные данные (тарировочные графики, таблицы поправочных коэффициентов и т.п.), используемые для получения объективных результатов измерений.

5.2 Основная инструментальная погрешность измерения параметров, влияющих на диэлектрическую проницаемость материалов, не должна превышать:

- для коэффициента уплотнения - 5%;

- температуры грунта (при наличии функции):

+/- 0,1 °C в диапазоне температур от -3 °C до 3 °C,

+/- 0,2 °C в диапазонах температур от 3 °C до 10 °C и от -10 °C до -3 °C,

+/- 0,3 °C, если температура грунта более 10 °C или менее -10 °C,

- влажности (при наличии функции) - 2%.

5.3 Приборы должны быть оснащены электронно-вычислительными блоками и программным обеспечением, позволяющими осуществлять ввод, корректировку и хранение исходных данных, необходимых для определения коэффициента уплотнения грунтов.

5.4 В используемых приборах следует предусмотреть возможность регулировки глубины зондирования грунта в диапазоне не менее чем от 0,1 до 0,3 м.

5.5 Безопасность оборудования необходимо подтверждать гигиеническим сертификатом.

5.6 Электропитание оборудования должно обеспечивать его непрерывную работу в течение не менее 8 ч.

5.7 В электронную память прибора изначально необходимо занести исходные данные, указанные в пункте 6.1.2, не менее чем по следующим разновидностям грунта:

- песок мелкий;

- песок средней крупности;

- песок крупный;

- супесь пылеватая;

- супесь песчанистая;

- суглинок легкий пылеватый;

- суглинок тяжелый пылеватый;

- глина тяжелая.

6.1.1 Тарировку приборов допускается выполнять как в лаборатории на образцах грунта, так и непосредственно на объекте строительства. Перед каждым измерением следует подготовить поверхность грунтового сооружения (образца) в местах установки прибора. Необходимо, чтобы на поверхности не было рыхлого материала, камней, воздушных пустот, дерна и другого постороннего материала. Поверхность грунтового сооружения в местах проведения измерений должна быть плоской.

6.1.2 Тарировку приборов проводят до начала работ по контролю уплотнения грунта. На объекте строительства тарировку рекомендуется выполнять одновременно с процессом пробной укатки и испытанием грунтов в соответствии с СП 78.13330.2012 и подразделом 6.5 настоящего методического документа. Эту процедуру осуществляют на том грунте, который подлежит контролю. Для этого в память компьютера вводят свойства контролируемого грунта. Рекомендуется вводить следующие показатели состава и состояния грунта:

- разновидность;

- гранулометрический состав;

- объемную влажность;

- показатели плотности (коэффициент уплотнения, плотность в сухом состоянии, плотность во влажном состоянии);

- температуру.

6.1.3 Свойства грунта следует определять путем лабораторных испытаний по ГОСТ 22733-2016, ГОСТ 12536-2014, ГОСТ 5180-2015. Для этого на объекте строительства следует отобрать пробы грунта в соответствии с ГОСТ 12071-2014. Места отбора проб грунта отмечают хорошо заметными знаками, например колышками.

6.1.4 Испытание проб необходимо выполнять в лаборатории в период до двух дней.

6.2.1 Перед проведением тарировки оператор должен изучить руководство по эксплуатации и подготовить прибор в соответствии с рекомендациями.

6.2.2 Необходимо выполнить работы по приведению в рабочее состояние средств измерений, применяемых при тарировке, согласно указаниям, изложенным в их эксплуатационной документации.

6.2.3 С помощью имеющихся в приборе настроек необходимо отрегулировать прибор так, чтобы зона его действия была не менее чем на 10% меньше толщины обследуемого слоя.

6.2.4 Следует проконтролировать заряд батареи электропитания.

6.3.1 При осуществлении тарировки приборов рекомендуется применять средства измерения, приведенные в таблице А.1 приложения А.

6.3.2 При выполнении тарировки в лаборатории следует подготовить образцы грунтов, которые размещают в ящиках. Ящики должны быть изготовлены из диэлектрического материала и иметь размеры, превышающие размеры прибора в плане не менее чем на 0,8 м, и глубину, не менее чем на 20% больше глубины зондирования, установленной в приборе. Грунт в ящиках следует уплотнить до требуемого состояния в соответствии с пунктом 6.5.2.

6.3.3 Для тарировки приборов в полевых условиях используются те же средства тарировки (см. таблицу А.1). При этом измерения с помощью тарируемых приборов выполняют непосредственно на грунтовом сооружении, а для уплотнения грунта применяют обычные уплотняющие механизмы.

6.4.1 При выполнении тарировки приборов условия испытаний грунта в лаборатории должны соответствовать ГОСТ 5180-2015.

6.4.2 При выполнении тарировки непосредственно на объекте строительства следует не реже одного раза в час определять температуру грунта в момент измерений коэффициента уплотнения прибором электромагнитного действия и обеспечить такую же температуру в лаборатории при испытаниях отобранных образцов. Допускается вводить поправки на температуру, рекомендуемые руководством по эксплуатации прибора.

6.5.1 В соответствии с разделом 4 и пунктами 6.5.2 - 6.5.4 определяют диапазон и относительную погрешность измерений коэффициента уплотнения грунта.

6.5.2 Проверку диапазона измерений прибора проводят на трех участках земляного полотна размером не менее 1 x 1 м каждый. При этом рекомендуется, чтобы один участок располагался на осевой линии дороги, второй - на расстоянии около 1 м от обочины, а третий - между ними. В случае выполнения работ в лаборатории испытания производятся на образцах грунта, подготовленных в соответствии с пунктом 6.3.2. На первом участке значение коэффициента уплотнения должно быть в диапазоне от 0,90 до 0,95, на втором - от 0,95 до 1,0, на третьем - от 1,0 до 1,1. С помощью прибора электромагнитного зондирования, используя имеющиеся в нем настройки на аналогичную разновидность грунта (см. подраздел 5.7), необходимо ориентировочно определить коэффициент уплотнения грунтового слоя на этих участках, убедившись, что они обеспечивают проверку прибора во всем диапазоне измерений. На каждом участке (образце) рекомендуется выполнить пять замеров коэффициента уплотнения в соответствии со схемой А.2 приложения А. Если указанные коэффициенты уплотнения не соответствуют требуемым, то методом подбора необходимо выбрать другие участки, которые следует отметить хорошо заметными знаками, например колышками, и подготовить в соответствии с пунктом 6.1.1. Для ориентировочного определения коэффициента уплотнения грунта на участках допускается применять средства экспресс-контроля, например статический плотномер.

6.5.3 На каждом выбранном участке грунтового сооружения (образце) выполняют измерения плотности грунта прибором электромагнитного зондирования. На этих же участках (образцах) с помощью режущих колец отбирают пробы в соответствии с ГОСТ 12071-2014.

6.5.4 Отбор проб следует производить в местах установки прибора после проведения измерений. Кольцо-пробоотборник вместе с отобранным грунтом, накрытым верхней и нижней пластинами, помещают в герметичный полиэтиленовый пакет и отправляют в лабораторию для определения плотности, влажности (ГОСТ 22733-2016, ГОСТ 5180-2015) и гранулометрического состава (ГОСТ 12536-2014).

6.5.5 Не позднее чем на следующий день после лабораторных испытаний необходимо ввести в компьютер прибора исходные данные, указанные в пункте 6.1.2, и в соответствии с подразделом 6.5 выполнить измерения коэффициента уплотнения прибором электромагнитного зондирования в тех же местах, где были отобраны пробы. При этом прибор устанавливают на ненарушенный грунт на расстоянии 0,1 - 0,2 м от места отбора проб режущим кольцом.

6.5.6 Если расхождение результатов, полученных в лаборатории и прибором, превысит 5%, следует еще раз повторить измерения прибором в тех же местах. Если повторные измерения не дадут ожидаемых результатов, требуется повторить весь цикл испытаний, указанных в пунктах 6.5.3 - 6.5.7. В случае если при повторном цикле испытаний не будет достигнуто допустимого расхождения результатов, необходимо проверить исправность прибора в специализированной организации.

6.5.7 Относительную погрешность измерения коэффициента уплотнения на каждом i-м участке грунтового сооружения определяют по формуле

где k_i - коэффициент уплотнения грунта, полученный в лаборатории;

- коэффициент уплотнения грунта, измеренный прибором.

6.5.8 Коэффициент уплотнения грунта в лаборатории определяют по формуле

где - плотность сухого грунта в контролируемом слое по ГОСТ 5180-2015;

- максимальная плотность грунта по ГОСТ 22733-2016.

6.5.9 Результат тарировки можно считать положительным, если прибор позволяет определять коэффициент уплотнения грунта в диапазоне от 0,9 до 1,1, а относительная погрешность измерений не превышает 5%.

6.5.10 При положительных результатах испытаний исходные данные о грунте, полученные стандартным методом в соответствии с пунктами 6.5.5, 6.5.6, вводят в компьютер прибора и выполняют контроль степени уплотнения грунта в соответствии с разделом 7.

6.5.11 Дополнительно рекомендуется осуществить оценку точности измерений коэффициента уплотнения по ГОСТ Р ИСО 5725-1-2002.

7.1 Измерения выполняют в соответствии с руководством по эксплуатации используемого прибора. При проведении измерений излучатель и приемник электромагнитных колебаний прибора должны плотно прилегать к поверхности грунта.

7.2 Уплотнение грунта контролируют в каждом технологическом слое по оси земляного полотна и на расстоянии 1,5 - 2 м от бровки, а при ширине земляного полотна более 20 м - дополнительно посередине между осью и бровкой земляного полотна. В случае необходимости допускается увеличивать количество измерений, которые выполняют по створам, расположенным вдоль бровки возводимого сооружения.

7.3 Контроль уплотнения грунта проводят на каждой сменной захватке, но не реже чем через 100 м при высоте насыпи до 3 м и не реже чем через 250 м при высоте насыпи более 3 м. Контроль уплотнения верхнего слоя производят не реже чем через 25 м. Конкретные требования к количеству измерений должны быть указаны в задании на испытания. При обнаружении недоуплотненного участка грунтового сооружения следует увеличить количество измерений для локализации указанного участка. Измерения на недоуплотненном участке рекомендуется выполнять в поперечном направлении грунтового сооружения (по поперечникам) с шагом установки прибора для измерений в пределах каждого поперечника не более 10 м. Расстояние между поперечниками не должно превышать 10 м.

7.4 Дополнительный контроль уплотнения производят в каждом слое засыпки пазух труб, над трубами, в конусах и местах сопряжения земляного полотна с мостами.

7.5 Контроль уплотнения осуществляют в соответствии с разделом 4.

7.6 При проведении измерений прибор устанавливают на поверхность контролируемого слоя и выполняют замеры согласно руководству по эксплуатации прибора и в соответствии с пунктом 6.5.2. Прибор рекомендуется устанавливать по схеме, представленной на рисунке Б.2 приложения Б. За конечный результат каждого измерения принимают среднеарифметическое значение коэффициента уплотнения грунта, полученное не менее чем по пяти замерам.

7.7 Полученные результаты измерений сравнивают с проектными.

7.8 При контроле уплотнения грунта площадку для установки прибора следует устраивать на глубине не менее 0,08 м после предварительного удаления верхнего слоя рыхлого грунта. Размеры площадки в плане должны превышать размеры прибора не менее чем на 0,2 м.

7.9 Если при проведении измерений не удается обеспечить устойчивого положения прибора, то необходимо переставить его в другое место или выровнять площадку.

7.10 Требования к предоставлению результатов испытаний (конкретные показатели, форма представления результатов и др.) должны быть приведены в задании на испытание. Допускается представлять данные измерений в форме, приведенной в приложении В.

8.1 При выполнении измерений прибором электромагнитного зондирования необходимо соблюдать правила техники безопасности согласно работам [1, 2, 3], а также ГОСТ 5180-2015.

8.2 Во время работы прибора необходимо следить за тем, чтобы излучатель электромагнитных колебаний всегда был направлен вниз.

8.3 Включать прибор следует только после установки его на поверхность исследуемого грунтового сооружения.

8.4 Не допускается включать прибор, установленный на металлической поверхности, если это не разрешено инструкцией по его эксплуатации.

Примечание - Применяемые средства измерений должны иметь действующие свидетельства о поверке.

Б.1 Наиболее оперативно степень уплотнения грунта можно определить по косвенному признаку - изменению его диэлектрической проницаемости . Поскольку диэлектрическая постоянная воздуха значительно ниже, чем диэлектрическая постоянная других компонентов грунта, то по мере возрастания плотности (уплотнения) совокупная диэлектрическая постоянная возрастает, так как процентное содержание воздуха в грунтовом массиве понижается. Чем лучше уплотнен грунт, тем меньше объем воздушных пор и выше . Таким образом, измеряя диэлектрическую проницаемость грунта и используя тарировочные зависимости, можно определить среднюю по массиву степень уплотнения грунта.

Б.2 Следует учитывать, что грунта в значительной степени зависит от наличия в нем воды. Если грунта изменяется в пределах 3 - 8, то пресной воды равна 81. Как правило, количество воды в грунте неизвестно, в то время как даже небольшое ее количество сильно увеличивает диэлектрическую проницаемость материала. Влажность можно определить по сдвигу фаз между сигналами передатчика и приемника. Для разделения влияния электромагнитного поля на плотность и влажность грунта рекомендуется применять спектроскопию полного сопротивления (импеданса). Плотность или степень уплотнения измеряется на основе реакции электрического чувствительного поля на изменения в полном сопротивлении матрицы материала.

Б.3 Кроме воды на результат измерения существенное влияния оказывает наличие в грунте крупных включений, например камней, которых также может отличаться от проницаемости частиц скелета грунта. Указанные обстоятельства ограничивают возможности метода электромагнитного зондирования среды и позволяют рекомендовать его только для ориентировочной оценки уплотнения или сравнения плотности на различных участках однородного грунтового массива.

Б.4 На рисунке Б.1 показана одна из возможных схем, иллюстрирующая принцип работы прибора электромагнитного зондирования [4]. В центральной части, внутри опорного диска, находится передатчик, а в кольцевой части прибора, вдоль внешней окружности диска, - приемник. Между ними расположено кольцо из изолятора. В результате создается электромагнитное поле, имеющее форму тора, силовые линии которого пересекают контролируемую среду, плотность которой подлежит определению. Конструкция прибора может быть иной. Например, передающая и приемная антенны могут находиться рядом, но принцип действия прибора остается тем же [5].

Б.5 Передатчик посылает импульс переменного тока определенной формы, а приемник записывает изменение силы тока во времени и изменение формы импульса после прохождения через среду, затем определяется и анализируется диэлектрическая проницаемость материала . Для повышения достоверности результатов измерений необходимо, чтобы была предусмотрена настройка глубины рабочей области прибора, т.е. обеспечена возможность работы на слоях различной толщины, в пределах которой нужно определить плотность грунта.

Б.6 Для повышения достоверности результатов измерений рекомендуется в каждой точке измерений выполнять не менее пяти замеров, перемещая прибор, например, как показано на рисунке Б.2. Для первого измерения прибор помещают в позицию 1 и при последующих измерениях перемещают против или по часовой стрелке вокруг позиции 1. За конечный результат измерений в каждой точке принимают среднеарифметическое значение, полученное по пяти замерам.

Б.7 Основные возможные ошибки при измерении прибором электромагнитного зондирования следующие:

- выполнение измерений в течение двух часов после выпадения атмосферных осадков; измерения допускается проводить в сухую погоду и не ранее чем через два часа после дождя;

- осуществление измерений на гравелистых грунтах с включениями крупных камней средним диаметром более 50 мм;

- выполнение измерений вблизи металлических сооружений, техники и т.п.;

- несоответствие настроек прибора свойствам грунта, на котором проводятся измерения.