Строительные свойства грунтов
Грунт - сложная 3х фазная система, состоящая из твёрдых частиц горных пород, воды и газа (воздуха). Объем грунта зависит от объема составляющих его фаз.
Различают два класса грунтов:
- класс грунтов с жесткими структурными связями - класс скальных грунтов;
- класс грунтов без жестких структурных связей - класс нескальных (рыхлых) грунтов.
Скальные грунты по пределу прочности на одноосное сжатие в водонасыщенном состоянии Rc , МПа, подразделяются на:
- очень прочные (Rc > 120);
- прочные (120 > Rc > 50);
- средней прочности (50 > Rc > 15);
- малопрочные (15 > Rc >5);
Полускальные грунты:
- пониженной прочности (5 > Rc > 3);
- низкой прочности (3 > Rc > 1);
- весьма низкой прочности (Rc < 1).
К скальным грунтам относятся породы: магматические (граниты, диориты, порфиры, долериты, базальты), метаморфические (гнейсы, кварциты, кристаллические сланцы, мраморы), осадочные (крепкие известняки, доломиты и песчаники с кремнистым цементом). В монолитном состоянии они характеризуются следующими значениями физико-механических характеристик: плотность грунта 2,50-3,10 т/м3; пористость < 0,01; сопротивление разрыву > 1МПа.
Полускальные грунты обладают жесткими кристаллическими связями и пластичными коллоидными связями. Это раздробленные выветрелые скальные магматические и метаморфические породы, а также осадочные: глинистые сланцы, аргиллиты, алевролиты, песчаники, конгломераты на глинистом цементе, мелы, мергели, некоторые виды известняков и доломитов, туфы, гипсы и др. В монолите они характеризуются следующими значениями физико-механических характеристик: плотность грунта 2,20-2,65 т/м3; пористость до 0,15; сопротивление разрыву 0,1-1 МПа.
Нескальные грунты в природных условиях залегают в виде несцементированных между собой частиц различной крупности. Одной из важных характеристик этих грунтов является гранулометрический состав - количественное сочетание в грунте частиц различной крупности в процентах (Рис.6.4). В зависимости от гранулометрического состава нескальные грунты подразделяются на крупнообломочные, песчаные и глинистые грунты.
К крупнообломочным и песчаным грунтам относятся грунты с числом пластичности Ip<1, а именно: пески, гравий, галечник, т.е. грунты, не обладающие или обладающие очень слабыми связями между зернами, их плотность 1,40-1,90 т/м3; пористость 0,25-0,40. Принятая номенклатура крупнообломочных и песчаных грунтов приведена в табл.6.1.
Дополнительно песчаные грунты различаются по неоднородности гранулометрического состава, характеризуемой коэффициентом неоднородности
Глинистые грунты - грунты, содержащие значительное количество глинистых частиц < 0,005 мм (Рис.6.4). Глинистые грунты обладают водоколлоидными структурными связями. В увлажненном состоянии они становятся пластичными. Такие грунты большей частью размокают, некоторые из них разбухают. Их плотность 1,10 - 2,10 т/м3; пористость от 0,25 до 0,80. К таким грунтам относятся глины, глинистые мергели, суглинки, супеси, лессы, в том числе просадочные.
В строительной практике эти грунты классифицируют в зависимости от содержания глинистых частиц:
• глинистые >60-30% (тяжёлые, лёгкие, песчаные),
• суглинистые 30-10% (тяжёлые, средние, лёгкие),
• супесчаные 10-3% (тяжёлые, лёгкие, пылеватые).
Пластические свойства глинистых грунтов оцениваются числом пластичности
В зависимости от числа пластичности грунты подразделяются на виды согласно табл.6.2.
Важными свойствами грунтов является их водонепроницаемость, характеризуемая коэффициентом фильтрации - скорости фильтрации в грунте при градиенте напора, равном единице (таблица 6.3.). Эта характеристика важна не только при конструировании земляных сооружений, но и при решении вопросов организации и технологии ряда работ, в частности, при возведении перемычек, организации водоотлива и др.
Состояние и свойства грунтов и пород изменяются во времени как под воздействием природных факторов, так и под влиянием деятельности человека. Подробным изучением свойств грунтов занимаются специальные дисциплины: инженерная геология, грунтоведение и механика грунтов. Здесь же отметим только свойства, которые важны в строительстве и существенно влияют на трудность и условия разработки грунтов.
Наиболее важными показателями физических свойств грунтов, помимо их гранулометрического состава являются: плотность, влажность, внутреннее трение и сцепление.
Плотность - это масса грунта в единице объёма. Различают три категории плотности:
Для оценки плотности сложения несвязных грунтов значений Рскел, n, e недостаточно, т.к. плотность сложения зависит еще и от формы частиц и даже одинаковые по зерновому составу грунты могут в одном и том же состоянии по плотности сложения иметь
Существенное влияние на свойства грунтов и условия их разработки оказывает влажность. Влажность грунтов W - это соотношение массы воды Мв и массы твердых частиц (Мсух.гр.)
Степень влажности определяется по формуле
В процессе разработки частицы грунта отделяются друг от друга и вследствие менее плотного прилегания после разработки занимают больший объём, с соответствующим уменьшением средней плотности. Это свойство грунтов называется разрыхляемостью и характеризуется коэффициентомразрыхляемости kp.
Наибольшее разрыхление имеют скальные грунты (1,4; 1,5), наименьшее - пески (1,08-1,17). (Таблица 6.6.) Разрыхление грунтов необходимо учитывать в течение всего технологического процесса при разработке, погрузке, транспортировке, укладке и уплотнении. Различают первичное и остаточное разрыхление.
Трудность разработки и перемещения грунта сильно зависит от таких показателей как внутреннее трение и сцепление (табл.6.7). Показателем трудности разработки грунта землеройными машинами служит удельное сопротивление грунта резанью кр кгс/см2 и сопротивление грунта копанию кк кгс/см2.
Сопротивление грунта резанию и копанию можно снизить предварительным рыхлением или увлажнением грунта. Увлажнение следует производить с таким расчётом, чтобы грунт не налипал на рабочие органы, и не затруднялось передвижение механизмов по поверхности забоя.
Для выбора типа машины при разработке грунтов весьма важной их характеристикой является способность грунтов выдерживать нагрузки от передвигающихся и работающих машин - так называемая несущая способность грунтов (Рн). Несущая способность - это удельная нагрузка на грунт, при которой отсутствует выпор грунта.
Прочность грунтов на сжатие, МПа.
Грунты в состоянии обычной естественной влажности обладают довольно хорошей несущей способностью. Однако с увеличением влажности прочность грунтов резко снижается (табл.6.8.).
Классификация грунтов по трудности разработки
Едиными нормами и расценками (ЕНиР) предусматривается разделение грунтов по трудности разработки на отдельные группы.
Группы грунтов зависят не только от типа грунта, но и от способа его разработки и типа применяемых машин.
В таблице 6.9. приведены группы грунтов по трудности и разработки основными землеройными машинами.
