Лабораторные и полевые методы определения характеристик грунтов, применяемых в дорожном строительстве

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Томский государственный архитектурно-строительный университет»

ЛАБОРАТОРНЫЕ И ПОЛЕВЫЕ МЕТОДЫ 

ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ, 

ПРИМЕНЯЕМЫХ В ДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Учебное пособие

Томск

Издательство ТГАСУ

2022

Авторы: А.В. Сухоруков, М.В. Бадина, А.А. Бурлуцкий, 

В.С. Чурилин, А.Э. Трофимов

УДК 625.7/.8.05
ББК 39.33:30.82я7

Л125

Лабораторные и полевые методы определения харак-

теристик грунтов, применяемых в дорожном строительстве : 
учебное пособие / А.В. Сухоруков, М.В. Бадина, А.А. Бурлуцкий, 
В.С. Чурилин, А.Э. Трофимов ; под ред. А.В. Сухорукова. –
Томск : Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та, 2022. – 128 с. –
Текст : непосредственный.

ISBN 978-5-6048769-2-3

В учебном пособии рассмотрены основные лабораторные и полевые 

методы определения характеристик грунтов, применяемых при строительстве 
земляного полотна автомобильных дорог. Представлены средства измерений 
и вспомогательные устройства, необходимые для проведения испытаний, 
а также даны рекомендации по работе с ними. Рассмотрены нормативные документы, 
регламентирующие выполнение различных видов испытаний.

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по 

направлению подготовки 08.03.01 «Строительство», профиль подготовки «Автомобильные 
дороги», а также специальности 08.05.01 «Строительство уникальных 
зданий и сооружений», специализация «Строительство автомагистралей, 
аэродромов и специальных сооружений», в рамках практических занятий 
по дисциплине «Дорожное грунтоведение».

УДК 625.7/.8.05
ББК 39.33:30.82я7

Рецензенты:
Е.С. Казанцева, старший преподаватель кафедры инженерной геологии, 
мостов и сооружений на дорогах ТГАСУ;
Н.Г. Домрачева, начальник лаборатории ГУП ТО «Областное ДРСУ».

ISBN 978-5-6048769-2-3
© Томский государственный

архитектурно-строительный
университет, 2022

© Сухоруков А.В., Бадина М.В.,

Бурлуцкий А.А., Чурилин В.С.,
Трофимов А.Э., 2022

Л125

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие..................................................................................... 7
Введение............................................................................................ 9
1. Определение влажности грунта методом 
высушивания до постоянной массы ........................................... 10

1.1. Суть метода .......................................................................... 10
1.2. Применяемое оборудование ............................................... 11
1.3. Подготовка к проведению испытания ............................... 13
1.4. Проведение испытания........................................................ 17
1.5. Обработка результатов испытания .................................... 18
1.6. Оформление результатов испытания................................. 19

2. Определение суммарной влажности мёрзлого грунта ...... 20

2.1. Суть метода .......................................................................... 20
2.2. Применяемое оборудование ............................................... 20
2.3. Подготовка к проведению испытания ............................... 20
2.4. Проведение испытания........................................................ 21
2.5. Обработка результатов........................................................ 23
2.6. Оформление результатов испытания................................. 23

3. Определение верхнего предела пластичности –
влажности грунта  на границе текучести методом 
балансирного конуса.................................................................... 25

3.1. Суть метода .......................................................................... 25
3.2. Применяемое оборудование ............................................... 25
3.3. Подготовка к проведению испытания ............................... 27
3.4. Проведение испытания........................................................ 28
3.5. Обработка результатов........................................................ 31
3.6. Оформление результатов испытания................................. 31

4. Определение нижнего предела пластичности –
влажности грунта  на границе раскатывания........................ 34

4.1. Суть метода .......................................................................... 34
4.2. Применяемое оборудование ............................................... 34
4.3. Подготовка к проведению испытания ............................... 35
4.4. Проведение испытания........................................................ 36

4.5. Обработка результатов........................................................ 39
4.6. Оформление результатов испытания................................. 39

5. Определение границы раскатывания (пластичности) 
методом прессования ................................................................... 42

5.1. Суть метода .......................................................................... 42
5.2. Применяемое оборудование ............................................... 42
5.3. Подготовка к проведению испытания ............................... 43
5.4. Проведение испытания........................................................ 46
5.5. Обработка результатов........................................................ 50
5.6. Оформление результатов испытания................................. 51

6. Определение плотности грунта методом режущего 
кольца и плотности скелета (сухого) грунта расчётным 
методом........................................................................................... 52

6.1. Суть метода .......................................................................... 52
6.2. Применяемое оборудование ............................................... 55
6.3. Подготовка к проведению испытания ............................... 56
6.4. Проведение испытания........................................................ 58
6.5. Обработка результатов........................................................ 58
6.6. Оформление результатов испытания................................. 59

7. Определение плотности грунта с применением 
пенетрометра  микропроцессорного ПУС-3 М ....................... 60

7.1. Суть метода .......................................................................... 60
7.2. Применяемое оборудование ............................................... 60
7.3. Подготовка к проведению испытания ............................... 61
7.4. Проведение испытания........................................................ 62
7.5. Обработка результатов испытания .................................... 65
7.6. Оформление результатов испытания................................. 65

8. Определение плотности грунтов методом замещения 
объёма ............................................................................................. 69

8.1. Суть метода .......................................................................... 69
8.2. Применяемое оборудование ............................................... 70

8.2.1. Оборудование при определении плотности 
грунтов с помощью пескозагрузочного аппарата ............. 70

8.2.2. Оборудование при определении плотности 
грунтов аппаратом с резиновым баллоном........................ 71

8.3. Подготовка к проведению испытания ............................... 72

8.3.1. Подготовка к проведению испытания 
с помощью пескозагрузочного аппарата ........................... 72
8.3.2. Подготовка к проведению испытания 
аппаратом с резиновым баллоном...................................... 74

8.4. Проведение испытания........................................................ 74

8.4.1. Проведение испытания  с помощью 
пескозагрузочного аппарата................................................ 74
8.4.2. Проведение испытания аппаратом с резиновым 
баллоном ............................................................................... 75

8.5. Обработка результатов испытания .................................... 76

8.5.1. Обработка результатов испытания с помощью 
пескозагрузочного аппарата................................................ 76
8.5.2. Обработка результатов испытания аппаратом 
с резиновым баллоном......................................................... 77

8.6. Оформление результатов испытания................................. 77

9. Определение максимальной плотности 
и оптимальной влажности грунта  методом 
стандартного уплотнения............................................................ 79

9.1. Суть метода .......................................................................... 79
9.2. Применяемое оборудование ............................................... 79
9.3. Подготовка к проведению испытания ............................... 81

9.3.1. Подготовка пробы грунта.......................................... 81
9.3.2. Подготовка установки для испытания ..................... 84

9.4. Проведение испытания........................................................ 84
9.5. Обработка результатов испытания .................................... 88
9.6. Оформление результатов испытания................................. 89

10. Определение оптимальной влажности 
и максимальной плотности методом Проктора ..................... 95

10.1. Суть метода....................................................................... 95
10.2. Применяемое оборудование ........................................... 95
10.3. Подготовка к проведению испытания............................ 99

10.4. Проведение испытания.................................................. 102

10.4.1. Метод А. Уплотнение в форме А........................ 102
10.4.2. Метод В. Уплотнение в форме В ........................ 103
10.4.3. Метод С. Уплотнение в форме С ........................ 104

10.5. Обработка результатов испытания............................... 106
10.6. Оформление результатов испытания........................... 107

11. Определение степени пучинистости грунтов.................. 109

11.1. Суть метода..................................................................... 109
11.2. Применяемое оборудование ......................................... 110
11.3. Подготовка к проведению испытания.......................... 111
11.4. Проведение испытания.................................................. 112
11.5. Обработка результатов испытания............................... 113
11.6. Оформление результатов испытания........................... 114

Заключение .................................................................................. 116
Библиографический список...................................................... 117
Приложение 1. Ускоренные методы определения 
максимальной плотности и оптимальной влажности ............... 120
Приложение 2. Методика расчёта удельной энергии 
при уплотнении грунта................................................................. 127

ПРЕДИСЛОВИЕ

Знания в области грунтов
для инженера-строителя дорог
и аэродромов должны быть
основополагающими, так как
громадное большинство
неприятностей связано
с недооценкой именно роли и условий
работы грунтов в основании или
составе инженерного сооружения.

Владимир Давидович Казарновский,

докт. техн. наук, профессор, академик РАТ

Дисциплина «Дорожное грунтоведение» охватывает широ-

кий круг вопросов, связанных с оценкой грунтов для обоснования 
возможности или невозможности их применения как в качестве
естественных оснований автомобильных дорог и объектов придорожного 
сервиса, так и для устройства земляного полотна автомобильных 
дорог.

В этой связи практические занятия по дисциплине «Дорож-

ное грунтоведение» играют исключительно важную роль при подготовке 
специалистов для дорожной отрасли Российской Федерации 
и стран Содружества Независимых Государств, поскольку 
позволяют выработать у студентов навыки применения полученных 
теоретических знаний для решения практических задач.

Отдельные разделы курса являются развитием и способ-

ствуют закреплению теоретического материала дисциплин «Технология 
и организация строительства автомобильных дорог» 
у студентов, обучающихся по направлению подготовки 08.03.01 
«Строительство», профиль подготовки «Автомобильные дороги», 
и «Технология и организация строительства автомагистралей, 
аэродромов и специальных сооружений» у студентов, обучающихся 
по специальности 08.05.01 «Строительство уникальных 

зданий и сооружений», специализация «Строительство автомагистралей, 
аэродромов и специальных сооружений».

Результатом освоения дисциплины «Дорожное грунтоведе-

ние», станет формирование у студентов инженерного мышления
и мировоззрения в области грунтов, применяемых в дорожном 
строительстве, с учётом новых нормативных требований и научных 
исследований, а также приобретение навыков оценки физических 
свойств грунтов.

ВВЕДЕНИЕ

Структура учебного пособия включает 11 разделов и 2 при-

ложения, выстроенных исходя из поэтапного освоения методов 
(от простых к более сложным и трудоёмким) определения характеристик 
грунтов, применяемых в дорожном строительстве. Содержание 
разделов включает последовательное изложение сути
рассматриваемого метода, применяемого оборудования, процесса 
подготовки к проведению испытания, требований к проведению 
испытания, а также обработке результатов испытания и их 
оформлению.

Самостоятельная работа студентов в рамках дисциплины 

«Дорожное грунтоведение» организована путём разработки практических 
и тестовых заданий на базе системы электронного обучения 
и тестирования Moodle в одноимённом курсе, а также за счёт 
самостоятельного чтения нормативной и технической литературы.

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ГРУНТА 

МЕТОДОМ ВЫСУШИВАНИЯ ДО ПОСТОЯННОЙ МАССЫ

1.1. Суть метода

В грунтах, как правило, содержится некоторое количество 

воды, которая может находиться в различных состояниях, таких 
как гравитационное, капиллярное, связное, гигроскопическое 
и кристаллизационное. В свою очередь, влажность грунта может 
зависеть от его плотности, пористости и степени водонасыщения. 
Величина влажности грунта определяет его состояние и поведение 
под нагрузкой. Особое влияние она оказывает на глинистые 
разновидности грунтов, характеристики которых изменяются 
в зависимости от степени увлажнения. Так, при увеличении 
влажности глинистых грунтов значения их прочностных (угол 
внутреннего трения φ, удельное сцепление С) и деформационных
(модуль упругости E) характеристик снижаются [1, 2].

При возведении земляного полотна отношение фактиче-

ской влажности (W) уплотняемого грунта к его оптимальной
влажности (Wopt) (см. разд. 9) не должно превышать значений, 
приведённых в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Допустимая влажность грунтов при уплотнении

Разновидность грунта

Допустимая влажность в долях 

от оптимальной влажности 

при коэффициенте уплотнения грунта

Св. 1,0
1,0–0,98
0,95
0,90

Пески и супеси пылеватые, 
супеси легкие
1,30
1,35
1,60
1,60

Супеси легкие и пылеватые
1,20
1,25
1,35
1,60

Супеси тяжелые пылеватые, 
суглинки легкие и легкие 
пылеватые

1,10
1,15
1,30
1,50

Окончание табл. 1.1

Разновидность грунта

Допустимая влажность в долях 

от оптимальной влажности 

при коэффициенте уплотнения грунта

Св. 1,0
1,0–0,98
0,95
0,90

Суглинки тяжелые и тяжелые 
пылеватые, глины
1,00
1,05
1,20
1,30

При возведении насыпей из пылеватых песков в летний пе-

риод допустимая влажность не ограничивается.

Требования, представленные в табл. 1.1, не распространя-

ются на насыпи, возводимые гидронамывом.

При возведении насыпей в зимних условиях влажность 

не должна быть более 1,3 при песчаных и непылеватых супесчаных, 
1,2 – при супесчаных пылеватых и легких суглинках и 1,1 –
для других связных грунтов.

Допустимая влажность грунта может уточняться при усло-

вии достижения требуемого коэффициента уплотнения.

Влажность пробы грунта определяют как отношение массы 

воды, удалённой из грунта путём его высушивания до постоянной 
массы, к массе уже высушенного грунта.

Процедура проведения испытания установлена ГОСТ 5180 

«Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик» [
3].

1.2. Применяемое оборудование

Для определения влажности грунта методом высушивания 

до постоянной массы потребуется: сушильный шкаф (рис. 1.1), 
лабораторные весы (рис. 1.2), металлические или стеклянные 
(фарфоровые) бюксы (рис. 1.3), а также шпатель. Всё применяемое 
оборудование должно соответствовать требованиям государственных 
стандартов, область применения которых распространяется 
на указанное оборудование.

Рис. 1.1. Шкаф сушильный Термотест:

1 – сетевой тумблер; 2 – панель блока терморегулирования; 3 – защёлка 
дверцы термостата; 4 – термостатирующая камера; 5 – полочки термоста-
тирующей камеры

Рис. 1.2. Весы фирмы Ohaus Adven-

turer:
1 – кнопка включения; 2 – информационное 
табло; 3 – весовая платформа

Рис. 1.3. Бюксы:

1 – металлический с крышкой; 2 –
фарфоровые

1

3

2

4

5

3

1

2

1

2

1.3. Подготовка к проведению испытания

Перед началом испытания необходимо последовательно 

взвесить три бюкса, предназначенных для отбора проб грунта, 
а затем их номера и массу записать в столбцы № 6 и № 7 табл. 1.2 
соответственно. Перед взвешиванием следует проконтролировать, 
чтобы бюксы находились в чистом и сухом состоянии. При 
необходимости загрязнения нужно удалить ветошью. Также следует 
проверить правильность установки и выравнивания весов по 
пузырьковому уровню, при необходимости выровнять весы, вращая 
их задние ножки (рис. 1.4), чтобы пузырёк воздуха уровня 
попал точно в его центр (рис. 1.5).

Рис. 1.4. Ножки для выравнивания 

весов 

Рис. 1.5. Допустимое положение пу-

зырькового уровня весов

Пробу грунта для определения его влажности отбирают 

массой не менее 15 и не более 50 г, а затем помещают в уже заранее 
подготовленный бюкс и плотно закрывают крышкой, чтобы 
предотвратить его высыхание. При отборе пробы из образца 

нарушенной структуры грунт нужно тщательно перемешать шпателем, 
чтобы влажность распределилась по образцу равномерно. 
В том случае если в исследуемом грунте присутствуют включения, 
то при отборе пробы на влажность их нужно удалить.

Пробу грунта для определения его гигроскопической влаж-

ности1 отбирают массой около 15–20 г. Отбор пробы нужной 
массы проводят методом квартования из грунта, находящегося 
в воздушно-сухом состоянии, предварительно растёртого и просеянного 
сквозь сито с сеткой размером 1 мм. При этом пробу 
грунта необходимо выдержать на протяжении не менее 2 ч при 
данных влажности и температуре воздуха.

Для квартования пробы конус материала разравнивают 

и делят взаимно перпендикулярными линиями, проходящими через 
его центр, таким образом, чтобы получились четыре равные 
части. Две любые противоположные четверти отбирают в пробу. 
Последовательным квартованием сокращают пробу в два и более 
раза до получения пробы требуемой массы. При наличии в грунтовой 
пасте включений размером более 1 мм требуется пропустить 
её сквозь сито с сеткой № 1.

После подготовки пробы грунта необходимо включить 

шкаф для нагрева термостатирующей камеры с помощью сетевого 
тумблера 9 (рис. 1.6). При этом загорится подсветка сетевого 
выключателя и заработает вентилятор. На индикаторном 
табло появится текущее значение температуры. Для задания целевой 
температуры необходимо включить режим установки 
температуры, нажав кнопку 5, при этом загорится индикатор режима 
установки температуры 3, а на индикаторном табло появится 
установленное ранее значение. Кнопками 6 и 7 нужно 
установить требуемое значение температуры, при этом следует 
учитывать, что для удобства при длительном удержании соответствующей 
кнопки меняется шаг установки температуры (т. е. 

1 Гигроскопическая влажность – это влажность грунта в воздушно-сухом состоянии, 
т. е. в состоянии равновесия с влажностью и температурой окружающего воздуха [4].