Естественный откос грунта характеристики грунта

Грунт

Грунт — любая горная порода, почва, осадок и техногенные минеральные образования, рассматриваемые как многокомпонентные динамичные системы и часть геологической среды, изучаемые в связи с инженерно-хозяйственной деятельностью. [1] . Грунты используют в качестве оснований зданий и сооружений, материалов для строительства дорог, насыпей и плотин, среды для размещения подземных сооружений (тоннелей, трубопроводов, хранилищ) и др. Грунты изучаются в инженерной геологии

Содержание

Классификация [ править | править код ]

Классы грунтов [ править | править код ]

По природе структурных связей между частицами они разделены на три класса:

скальные — с жёсткими кристаллизационными и цементационными связями;
дисперсные — с физическими, физико- химическими и механическими связями. Для дисперсных грунтов выделяются подклассы связанных и несвязанных грунтов.
мерзлые — c дополнительными криогенными связями.

Типы грунтов [ править | править код ]

По генезису(происхождению) выделяются следующие типы грунтов:

скальные:магматические интрузивные, магматические эффузивные,метаморфические, осадочные, вулканогенно-осадочные, элювиальные, техногенные;
дисперсные: осадочные, вулканогенно-осадочные, элювиальные, техногенные;
мёрзлые:

Скальные грунты [ править | править код ]

Имеют две разновидности — скальные и полускальные. Чисто скальным грунтом называется грунт, минералы которого имеют структурные связи кристаллизационного типа. Полускальные грунты состоят из минералов, имеющих структурные связи цементационного типа. Условная граница между скальными и полускальными грунтами определяется значением предела прочности на одноосное сжатие R_c. У полускальных разновидностей R_c < 5 МПа.

Дисперсные грунты [ править | править код ]

Состоят из минеральных частиц разного размера, слабосвязанных друг с другом. Дисперсные грунты образуются при выветривании скальных грунтов с последующим переносом продуктов выветривания водным или эоловым путём и переотложением.

Мёрзлые грунты [ править | править код ]

Имеют отрицательную или нулевую температуру в течение многих лет, содержат включения льда и(или) цементирующий лёд, содержат дополнительные криогенные структурные связи.

Классы грунтов военно-инженерном деле [ править | править код ]

В армии, в инженерном деле также есть своя классификация грунтов, которая в основном упрощённо отражает сложность обустройства в этих грунтах полевых инженерных сооружений: окопов, землянок и т.д.

Грунт по плотности и твёрдости делится на слабый, средний и твёрдый.

К слабым относятся грунты, легко отрываемые малой лопатой (песок, рыхлая земля); к средним — растительная земля, к твёрдым — глина, каменистые породы и другие грунты, разработка которых производится с помощью кирко-мотыг, клиньев и взрывов. [2]

Свойства грунтов [ править | править код ]

Физические свойства [ править | править код ]

Плотность грунта ρ, г/см 3 — это отношение общей массы образца грунта при естественной влажности и строении, к занимаемому образцом объёму. Плотность грунта зависит от минералогического состава, влажности и пористости.

ρ — плотность грунта, г/см 3;

m — масса грунта с естественной влажностью и сложением, г;

V — объём, занимаемый грунтом, см 3 .

Плотность скелета грунта ρ_d [3] — плотность сухого грунта, г/см 3 , определяемая по формуле

ρ — плотность грунта, г/см 3 ;
W — влажность грунта, д. ед.

Коэффициент пористости е определяется по формуле:

ρ_s — плотность частиц грунта, г/см 3 ;
ρ_d — плотность сухого грунта, г/см 3 .

Предел прочности грунта на одноосное сжатие R_c, МПа — отношение нагрузки, при которой происходит разрушение образца, к площади первоначального поперечного сечения.

Водно-физические свойства [ править | править код ]

Влажность грунта, W % — массовое(весовое) W или объёмное W_n относительное содержание воды в порах грунта. Объёмная влажность W_n изменяется от 0 до 100 %.

Коэффициент водонасыщения S_r, д. ед. — степень заполнения объёма пор водой. Определяется по формуле:

W — природная влажность грунта, д. ед.;
е — коэффициент пористости;
ρs — плотность частиц грунта, г/см 3 ;
ρw — плотность воды, принимаемая равной 1 г/см 3 .

Число пластичности Ip — разность влажностей, соответствующая двум состояниям грунта: на границе текучести WL и на границе раскатывания Wp.

WL и Wp определяют по ГОСТ 5180-84.

Количественные характеристики гранулометрического состава [ править | править код ]

Степень неоднородности гранулометрического состава C_u — показатель неоднородности гранулометрического состава. Определяется по формуле

где d₆₀, d₁₀ — диаметры частиц, мм, меньше которых в грунте содержится соответственно 60 и 10 % (по массе) частиц.

Кэффициент выветрелости К_wr, д. ед. — отношение плотности выветрелого грунта к плотности монолитного грунта.

Коэффициент выветрелости крупнообломочных грунтов К_wr, д. ед., определяется по формуле

где К₁ — отношение массы частиц размером менее 2 мм к массе частиц размером более 2 мм после испытания на истирание в полочном барабане;
К — то же, в природном состоянии.

Коэффициент истираемости крупнообломочных грунтов К_fr, д. ед., определяется по формуле:

где q₁ — масса частиц размером менее 2 мм после испытания крупнообломочных фракций грунта (частицы размером более 2 мм) на истирание в полочном барабане;
q — начальная масса пробы крупнообломочных фракций (до испытания на истирание).

Коэффициент размягчаемости в воде К_sof, д. ед. — отношение пределов прочности грунта на одноосное сжатие в водонасыщенном и в воздушно-сухом состоянии.

Коэффициент сжимаемости мёрзлого грунта δ_f — относительная деформация мёрзлого грунта под нагрузкой.

Льдистость грунта за счёт видимых ледяных включений i_i, д. ед. — отношение содержащегося в нём объёма видимых ледяных включений к объёму мёрзлого грунта. Определяется по формуле:

ρ_s — плотность мёрзлого грунта, г/см 3 ;
ρ_i — плотность льда, принимаемая равной 0,9 г/см 3 ;
W_tot — суммарная влажность мёрзлого грунта, д. ед.;
W_m — влажность мёрзлого грунта, расположенного между ледяными включениями, д. ед.
W_w — влажность мёрзлого грунта за счёт содержащейся в нём при данной отрицательной температуре незамёрзшей воды, д. ед.

Относительная деформация набухания без нагрузки ε_sw, д. ед. — отношение увеличения высоты образца грунта после свободного набухания в условиях невозможности бокового расширения к начальной высоте образца природной влажности. Определяется по ГОСТ 24143-80.

Относительная деформация просадочности ε_s, д. ед. — отношение разности высот образцов, соответственно, природной влажности и после его полного водонасыщения при определённом давлении к высоте образца природной влажности. Определяется по ГОСТ 23161-78.

Относительное содержание органического вещества I_r, д. ед. — отношение массы сухих растительных остатков к массе абсолютно сухого грунта.

Показатель текучести I_L — отношение разности влажностей, соответствующих двум состояниям грунта: естественному W и на границе раскатывания W_p, к числу пластичности I_p.

Степень водопроницаемости — характеристика, отражающая способность грунтов пропускать через себя воду и количественно выражающаяся в коэффициенте фильтрации К_ф, м/сут. Определяется по ГОСТ 25584-90.

Степень заполнения объёма пор мёрзлого грунта льдом и незамёрзшей водой S_r, д. ед., определяется по формуле:

где W_ic — влажность мёрзлого грунта за счёт порового льда, цементирующего минеральные частицы (лёд-цемент), д. ед.;
W_w — влажность мёрзлого грунта за счёт содержащейся в нём при данной отрицательной температуре незамёрзшей воды, д. ед.;
ρ_s — плотность частиц грунта, г/см3;
е_f — коэффициент пористости мёрзлого грунта;
ρ_w — плотность воды, принимаемая равной 1 г/см 3 .

Степень засолённости — характеристика, определяющая количество водорастворимых солей в грунте D_sal, %.

Степень зольности торфа D_ds, д. ед. — характеристика, выражающаяся отношением массы минеральной части грунта ко всей его массе в абсолютно сухом состоянии. Определяется по ГОСТ 11306-83 * .

Степень морозной пучинистости — характеристика, отражающая способность грунта к морозному пучению, выражается относительной деформацией морозного пучения ε_fh, д. ед. (доли единицы), которая определяется по формуле:

h_{o, f} — высота образца мёрзлого грунта, см;

h_o — начальная высота образца талого грунта до замерзания, см.

Степень плотности песков I_D определяется по формуле

где е — коэффициент пористости при естественном или искусственном сложении;
e_max — коэффициент пористости песка в самом рыхлом сложении.
e_min — коэффициент пористости песка в самом плотном сложении.

Читайте так же:

Зернистой грунтовкой типа ceresit ct 16

Степень разложения торфа D_dp, д. ед. — характеристика, выражающаяся отношением массы бесструктурной (полностью разложившейся) части, включающей гуминовые кислоты и мелкие частицы негумицированных остатков растений, к общей массе торфа. Определяется по ГОСТ 10650-72.

Степень растворимости в воде — характеристика, отражающая способность грунтов растворяться в воде и выражающаяся в количестве воднорастворимых солей, q_sr, г/л.

Структура грунта — пространственная организация компонентов грунта, характеризующаяся совокупностью морфологических (размер, форма частиц, их количественное соотношение), геометрических (пространственная композиция структурных элементов) и энергетических признаков (тип структурных связей и общая энергия структуры) и определяющаяся составом, количественным соотношением и взаимодействием компонентов грунта.

Суммарная льдистость мёрзлого грунта i_tot, д. ед. — отношение содержащегося в нём объёма льда к объёму мёрзлого грунта. Определяется по формуле:

Состав грунта вещественный — категория, характеризующая химико-минеральный состав твёрдых, жидких и газовых компонентов.

Текстура грунта — пространственное расположение слагающих грунт элементов (слоистость, трещиноватость и др.).

Гранулометрический состав — количественное соотношение частиц различной крупности в дисперсных грунтах. Определяется по ГОСТ 12536-79.

Б. КРУТИЗНА ОТКОСОВ

Крутизна откосов земляного полотна в первую очередь определяется углом естественного откоса грунта. Для большинства рыхлых грунтов угол естественного откоса близок к I : I. Эта крутизна принята в качестве стандарта для откосов как насыпей, так и выемок, при отсутствии каких-либо особых условий.

Вновь отсыпанные насыпи обычно сохраняют устойчивость при крутизне откосов, лишь несколько превышающей 1 : I1,. Свеже сооруженные выемки, напротив,нередко в течение длительного времени сохраняют устойчивость при значительно более крутых откосах, однако с течением времени вследствие распучи- вания и размывов откосы в выемках принимают то же очертание, что и в насыпях, отсыпанных из тех же грунтов.

1. Влияние эрозии и выветривания. Даже в тех случаях, когда принятая крутизна откосов не превышает угла естественного откоса влажного или сухого грунта, в результате выветривания грунтов происходит обрушение и уположение верхней части откоса н еще большее уположение нижней части вследствие отложения материала смыва у его подошвы.

Длина откоса крутизной 1 ; 2 приблизительно на г/а больше, чем длина откоса 1 : I, и, следовательно, такой откос получает дождевых осадков на , больше. В результате этого накопление смытого материала у его подошвы может быть так же велико или даже больше, чем у более крутого откоса. При уширении выемок обычно предусматривают устройство полок для накопления значительных объемов смываемого с откосов грунта.

2. Оползания откосов. При оползании откосов выемок, происшедших как при их сооружении, так и во время эксплуатации, необходимо производить вырезку грунта до установления естественного равновесия, тем самым автоматически уполаживая откос .

Если насыпь подвергается насыщению водой, затапливающей ее откосы на некоторую высоту, то для стабилизации такой насыпи применяют уположение откосов ниже уровня воды, террасирование или отсыпку каменных контрбанкетов достаточного объема, чтобы противостоять возросшему давлению насыщенного водой грунта насыпи. Отсыпка контрбанкетов обычно является мерой более дешевой, чем уположение откосов, и поэтому широко применяется большинством железных дорог. Контрбанкеты должны возвышаться на достаточную высоту над уровнем воды с тем, чтобы служить защитой от волн и ледохода.

3. уширение выемок или уположение их откосов. Если для отсыпки насыпи необходимо взять из выемки больше грунта, чем это может быть получено при разработке выемки нормального сечения, то возникает вопрос об относительной целесообразности уширения выемки или уположения ее откосов. При уположении откосов увеличивается их длина и соответственно возрастает интенсивность их размыва, также увеличивается и объем смываемого дождями грунта. Для глубоких выемок при этом может оказаться необходимым дополнительное уширение полосы отчуждения. Применение откосов более пологих, чем угол естественного откоса грунта, не дает особых преимуществ, в то время как экономия, полученная при уширении выемок, в необходимых случаях может оказаться весьма значительной.

Исключение составляют мелкие выемки в снегозаносимых районах, где уположение откосов до крутизны, например 1 : 4, уменьшает количество отлагающегося в выемке снега. Избыточный грунт используется для отсыпки насыпей. При уположении откосов от крутизны 1 : Р/г до крутизны 1 :2 ширина выемки увеличивается на половину ее глубины, что может оказаться с позиций уменьшения снегозаносимости выемки желательным во многих случаях. На большинстве откосов следует сохранять растительность, которая связывает рыхлые грунты и препятствует их эрозии. Когда крутизна откоса при этом не превышает угла естественного откоса грунта, растительность хорошо укрепляетоткос, если грунт достаточно богат гумусом для ее произрастания; если же этих условий нет, то уположение откоса не дает эффекта.

4. Террасирование. Лишь немногие дороги применяют террасирование откосов в сколько-нибудь значительном объеме, при этом встречается значительное разнообразие в ширине и высоте террас. Почти всегда это мероприятие применяют на насыпях. Одна из западных дорог принимает ширину террас в 1,80 м при высоте насыпи более 7,5 м, с добавлением одной террасы шириной 3,60 м при высоте насыпи более 15,0 м.

В некоторых случаях возникает необходимость в террасировании откосов глубоких выемок с устройством на террасах мощеных канавок с самостоятельными выпусками из них по концам выемки. Очевидно, в этом случае, чтобы быть эффективным, террасирование требует особенно тщательного выполнения. Если, например, не будет выдержан продольный уклон террас, может произойти перелив воды из канавок в пониженных точках, что может оказать более разрушающее действие, чем если бы вовсе не устраивать террасирования.

Для скальных выемок вследствие разнообразия пород, подходящих под классификацию скальных, трудно установить общие правила их разработки. В каждом отдельном случае условия разработки должны оцениваться индивидуально. Техническими условиями крутизна откосов обычно устанавливается для легко- выветривающейся скалы в 1 : 0,5 и для слабовыветривающейся скалы I : 0,25, но при этом следует учитывать местные условия. Некоторые прочные скальные породы хорошо держат вертикальный откос, но большинство требует некоторого уположения, особенно в глубоких выемках.

У подошвы откоса рыхлых пород (делювий), покрывающих скальные породы, должна оставляться берма шириной не менее 1,5 м: ширину бермы увеличивают при мощности рыхлых пород более 3,0 м.

1. Стандартную ширину основной площадки земляного полотна следует определять исходя как из условий стоимости строительства, так и из условий удобства эксплуатации.

При определении ширины основной площадки земляного полотна необходимо исходить из установленной ширины балластной призмы и учитывать запас на естественное оседание грунта вследствие уплотнения, а также запас на возможный размыв откосов и обочин.

2. Основными условиями, учет которых может потребовать увеличения ширины основной площадки более нормальной, являются: в выемках — условия отвода воды, а на насыпях— их высота и интенсивность оседания.

3. Стандартная крутизна откосов насыпей и выемок должна быть несколько меньше, чем угол естественного откоса грунтов в рыхлом состоянии, из которых они отсыпаны. Этому условию обычно отвечает крутила откоса 1:1 •/•

4. Основным условием, требующим уположения откосов, является неустойчивость грунта; однако уположение откосов высоких насыпей и глубоких выемок требует значительного дополнительного объема земляных работ, поэтому в нужных случаях необходимо исследовать возможность применения других способов укрепления откосов,например дренированием выемок и устройством контрбанкетов у насыпей

5. При условии тщательного выполнения работ можно на высоких насыпях и в глубоких выемках с успехом применять террасирование откосов, однако обычно в этом нет необходимости.

6. При сооружении каждой выемки и насыпи необходимо тщательно изучить местные условия с тем, чтобы установить, следует ли при их сооружении отступить от стандартных размеров, и если следует, то в каком направлении и на сколько.

Читайте так же:

Жидкая грунтовка под акриловую краску

Грунты и их строительные свойства.

В строительном производстве грунтами называют породы, залегающие в верхних слоях земной коры. Свойства и качество грунта влияют на устойчивость земляных сооружений, трудоемкость разработки и стоимость работ. Для выбора наиболее эффективного способа производства работ необходимо учитывать следующие основные характеристики грунтов; плотность, влажность, сцепление, разрыхляемость и угол естественного откоса.

Плотностью называется масса 1 м3 грунта в естественном состоянии (в плотном теле). Плотность песчаных и глинистых грунтов 1,6. 2,1 т/и3, а скальных неразрыхленных грунтов до 3,3 т/и3.

Влажность характеризуется степенью насыщения грунта водой, которую определяют отношением массы воды в грунте к массе твердых частиц грунта и выражают в процентах. При влажности более 30% грунты считаются мокрыми, а при влажности до 5% — сухими.

Сцепление определяется начальным сопротивлением грунта сдвигу. Так, сцепление для песчаных грунтов равно 3. 50 кПа, для глинистых — 5. 200 кПа.

От плотности и сцепления между частицами грунта в основном. зависит производительность землеройных машин. Классификация грунтов по трудности их разработки в зависимости от конструктивных особенностей используемых землеройных машин и свойств грунта приводятся в ЕНиР (). Так, для одноковшовых экскаваторов грунты подразделяются на шесть групп, для многоковшовых экскаваторов и скреперов — на две и для бульдозеров и грейдеров — на три группы. При разработке грунтов вручную их делят на семь групп.

Коэффициент фильтрации грунта. Скорость движения грунтовых вод зависит от пористости грунта; она различна для разных грунтов и пород и поэтому характеризует водопроницаемость этих грунтов. Скорость движения грунтовой воды, (м/сут) называют коэффициентом фильтрации грунта. Чем меньше размер частиц грунта, тем меньше и поры между этими частицами, а значит и скорость фильтрации воды между ними и наоборот.

Разрыхляемость. При разработке грунт разрыхляется и его объем по сравнению с первоначальным увеличивается. По этой причине различают объем грунта в естественном и разрыхленном состоянии. Увеличение объема грунта при разрыхлении сильно отличается для различных грунтов и называется первоначальным разрыхлением. Со временем этот разрыхленный грунт под воздействием нагрузки от вышележащих слоев, под влиянием атмосферных осадков или механического воздействия постепенно уплотняется. Однако грунт не занимает того объема, который он занимал до разработки. Степень разрыхления грунта после его осадки и уплотнения называют остаточным разрыхлением. Величины первоначального и остаточного разрыхления выражают в % по отношению к объему грунта в плотном состоянии. Коэффициенты, учитывающие эти приращения объема грунта, называют коэффициентами первоначального и остаточного разрыхления.

Липкость — способность грунта при определенной его влажности прилипать к поверхности различных предметов. Большая прилипаемость грунта усложняет выгрузку грунта из ковша механизма или кузова, условия работы транспорта и др. Липкость определяют усилием, необходимым для отрыва прилипшего предмета от грунта (для глин липкость достигает 0,05 МПа).

Разбивка земляных сооружений.

Разбивка сооружений состоит в установлении и закреплении их положения на местности. Приемы разработки и способы закрепления на местности очертаний сооружений разнообразны и зависят от вида земляного сооружения, способа производства работ и др.

Разбивку котлованов начинают с выноса и закрепления на местности (в соответствии с проектом) створными знаками основных рабочих осей, в качестве которых обычно принимают главные оси здания /—/и П—П (). После этого вокруг будущего котлована на расстоянии 2 . 3 м от его бровки параллельно основным разбивочным осям устанавливают обноску, которая состоит из забитых в грунт металлических стоек или вкопанных деревянных столбов и прикрепленных к ним досок. Доска должна быть толщиной не меньше 40 мм, иметь обрезную грань, обращенную кверху, и опираться не менее чем на три вкопанных столбика, высота которых должна быть достаточной для свободного прохода людей под обноской. Для пропуска транспорта в обноске должны быть разрывы. При значительном уклоне местности обноску делают с уступами.

На обноску переносят основные разбивочные оси и, начиная от них, размечают все остальные оси здания. Все оси закрепляют на обноске гвоздями или пропилами и нумеруют. Размеры котлована’ поверху, понизу и другие характерные его точки отмечают колышками или вехами. Обноску используют только в начальный период строительства, так как в процессе производства работ она быстро выходит из строя. Поэтому после возведения подземной части здания основные разбивочные оси переносят на его цоколь.

Для линейно-протяженных сооружений (например, для коллектора) устраивают только поперечные обноски, которые располагают на прямых участках через 50 м, на закруглениях — через 20 ,м. Обноску устраивают также на всех пикетах и точках г перелома профиля. Применяют также инвентарные металлические обноски, элементы которых выполнены из труб, уголков й т. п. Прямоугольность и габарит зданий определяют обязательно с помощью геодезических .методов.

Устройство открытого водоотлива.

Открытый водоотлив применяют для откачки протекающей воды непосредственно из котлованов или траншей насосами. При открытом водоотливе грунтовые воды просачиваются через откосы и дно котлована и направляются по прорытым водосборным канавам или лоткам к специально устроенным в пониженной части котлована приямкам, называемым зумпфами, откуда вода выкачивается диа-фрагмовыми или центробежными насосами соответствующей производительности. Насосы подбирают в зависимости от дебита (притока) вод, а сам дебит рассчитывают по формулам установившегося движения грунтовых вод.

Водосборные канавы устраивают шириной по дну 0,3. 0,6 м и глубиной 1. 2 м с уклоном 0,01. 0,02 м в сторону приямков. Сами приямки в устойчивых грунтах крепят в виде деревянного сруба без дна, а в оплывающих грунтах еще шпунтовой стенкой.

Открытый водоотлив является простым и доступным способом борьбы с грунтовыми водами, но имеет серьезный технологический недостаток. Восходящие потоки грунтовой воды, протекающей через стенки и дно котлованов и траншей, разжижают грунт и выносят из него на поверхность мелкие частицы. В результате такого вымывания этот способ имеет ряд существенных недостатков:

— снижается естественная прочность основания выемки за счет размыва его проточной водой;

— наличие воды на дне выемки затрудняет разработку грунта;

— требуется крепление стенок выемок, так как движение воды к зумпфам приводит в движение и фунты;

— подток воды к водосборной канаве может вызвать ослабление оснований зданий и сооружений, расположенных рядом со строящимся объектом.

Виды земляных сооружений.

Результатом разработки грунта является земляное сооружение, представляющее собой инженерное сооружение, устраиваемое из грунта в грунтовом массиве или возводимое на поверхности грунта. Земляные сооружения разделяют:

-по отношению к поверхности грунта — выемки, насыпи, подземные выработки, обратные засыпки;

-по сроку службы — постоянные и временные;

— по функциональному назначению — котлованы, траншеи, ямы, скважины, отвалы, плотины, дамбы, дорожные полотна, туннели, планировочные площадки, выработки;

— по геометрическим параметрам и пространственной форме — глубокие, мелкие, протяженные, сосредоточенные, простые, сложные и т.п.

К постоянным относят сооружения, предназначенные для долгосрочной эксплуатации — земляные плотины, каналы, полотно рельсовых и безрельсовых дорог, выемки и насыпи, возводимые при планировке.

К временным земляным сооружениям относят выемки, отрываемые при возведении фундаментов жилых и промышленных зданий, мостов, плотин, траншеи для прокладки водопроводных, канализационных, газовых и других сетей, насыпи для временных дорог и запруд. Каждое земляное сооружение должно быть устойчивым, прочным и защищенным от размыва водой.

Выемки шириной более 3 м называют котлованами, более узкие выемки для ленточных фундаментов или сетей коммуникаций — траншеями, выемки под отдельно стоящие фундаменты или столбы — ямами. Эти сооружения имеют дно и боковые поверхности, наклонные откосы или вертикальные стенки. Выемки, разрабатываемые для добычи недостающего для строительства грунта, называют резервами; насыпи, в которые осуществляют отсыпку излишнего грунта, — кавальерами или отвалами. Места для отсыпки строительного и другого мусора называют свалками, а места, где осуществляют разработку песка, щебня и других строительных материалов — карьерами. Выемки, закрытые с поверхности земли и устраиваемые для прокладки транспортных и коммуникационных туннелей называют подземными выработками. Выемки имеют дно и наклонные откосы, после устройства подземных сооружений (или подземной части сооружений) выполняется обратная засыпка пазух — заполнение грунтом пространства между сооружением и откосами котлована.

Читайте так же:

Как выбрать грунтовку по старой краске

Особые виды грунтов.

Виды грунтов: песок, супесь, суглинок, глина, лессовый грунт, торф, гравий, растительный грунт, различные скальные и уплотненные грунты.

При выборе методов производства земляных работ необходимо учитывать следующие основные характеристики грунтов: плотность, влажность, липкость, разрыхленность, сцепление, угол естественного откоса, сложность (трудоемкость) разработки.

В зависимости от этих характеристик грунты в строительстве рассматривают с точки зрения:

— пригодности в качестве оснований различных зданий и сооружений и размера допускаемой на них нагрузки;

— возможности их использования в качестве постоянных сооружений, т. е. как материала для устройства насыпей и выемок;

— целесообразности или возможности применения того или иного метода разработки грунтов.

Песчаные грунты — сыпучие в сухом состоянии, не обладают свойством пластичности. Они водопроницаемы, при определенной скорости течения воды размываются, с изменением влажности меняется и объем песка. Наибольший объем имеет песок во влажном состоянии (все пространство между частицами заполнено водой), наименьший объем имеет песок насыщенный водой (более тяжелый песок осел на дно, вода выдавила из пор воздух и сама поднялась в верхние слои), промежуточное положение занимает песок в сухом состоянии (свободное пространство между частицами заполнено воздухом).

Глинистые грунты — связные и обладающие свойством пластичности. Глины сильно впитывают воду и при этом сильно разбухают. При замерзании вода увеличивается в объеме до 9%, благодаря чему глинистые грунты сильно пучатся, при высыхании грунты, наоборот, с трудом отдают влагу, уменьшаются в объеме и трескаются. Во влажном состоянии глина пластична и почти водонепроницаема, с увеличением влажности сцепление частиц глины уменьшается, и глина легко размывается проточной водой.

Суглинокимеет свойства глины, супесь — песка, но в значительно меньшей степени.

В глинистых грунтах особо выделены лессовидные грунты. В сухом состоянии лесс обладает значительными прочностью и твердостью, но при соприкосновении с водой легко ее впитывает, при этом расплывается, сильно уменьшается в объеме, резко теряет несущую способность, становится просадочным.

К особым грунтам относят мерзлые, вечномерзлые, лёссовые, набухающие, слабые водонасыщенные глинистые, засоленные, насыпные грунты, торфы и заторфованные грунты.

Грунты и их строительные свойства.

Свойства грунтов

Свойства грунта — это особенности грунта, обусловленные его составом, взаимоотношением и взаимодействием слагающих грунт компонентов (твердых, жидких и газообразных). Различают физические, механические, магнитные, электрические, водные и др. свойства. Здесь мы остановимся на физических и механических свойствах, поскольку на их основании производятся расчеты фундаментов, подпорных стенок и других элементов сооружений, взаимодействующих с геологической средой. Кроме того, свойства являются исходными данными (не единственными, но очень важными) для изучения и прогнозирования развития экзогенных геологических процессов.

Физические свойства грунтов

Физические свойства грунтов — особенности грунтов, определяющие их поведение в естественных условиях и при взаимодействии с продуктами инженерной и хозяйственной деятельности человека. Ниже приведены основные физические свойства грунтов.

1. Гранулометрический состав (для дисперсных грунтов) — количественное содержание в грунте первичных частиц по фракциям (размерам зерен), выраженное в процентах от общей массы грунта.

2. Плотность . При этом различают плотность грунта и плотность скелета грунта (т.е. частиц грунта).

3. Пористость и коэффициент пористости. Пористость характеризует объем пор в единице объема грунта, а коэффициент пористости — отношение объема пор к объему твердой компоненты.

4. Влажность . Различают естественную влажность — т.е. влажность образца на момент его отбора из горной выработки (причем она может быть весовой, т.е. отношение массы воды к массе скелета грунта, или объемной, т.е. отношение объема воды в грунте к объему всего грунта); степень влажности (коэффициент водонасыщения) — относительную долю заполнения пор водой в данном грунте; гигроскопическую влажность — отношение массы воды, удаляемой из образца воздушно-сухого грунта, высушенного при температуре 105 градусов до постоянной массы, к массе высушенного грунта.

5. Пределы пластичности (только для глинистых грунтов). Пластичность — это способность грунта деформироваться без разрыва сплошности под воздействием внешних сил и сохранять полученную форму после прекращения воздействия. Влажность, при которой грунт переходит из пластичного состояния в текучее называется верхним пределом пластичности . Влажность, при которой грунт переходит из пластичного состояния в твердое — влажность нижнего предела пластичности . Разность между значениями влажности для верхнего и нижнего пределов называется числом пластичности . Показатель консистенции — отношение разности весовой влажности и влажности нижнего предела к числу пластичности.

Читайте так же:

Как выбрать грунтовку по мокрому

6. Набухаемость грунтов (только для глинистых) — способность грунтов увеличивать свой объем при замачивании. при этом развивается давление набухания.

7. Усадочность (для глинистых и органогенных грунтов) — способность грунтов уменьшать свой объем при обезвоживании.

8. Размокаемость — способность грунтов при замачивании в спокойной воде терять свою связность и превращаться в рыхлую массу.

9. Размягчаемость — способность скальных грунтов снижать свою прочность при взаимодействии с водой.

Механические свойства грунтов

Механические свойства грунтов — это те свойства, которые проявляются при приложении к грунтам нагрузок. Основные свойства:

1. Сжимаемость дисперсных грунтов — способность уменьшаться в объеме под действием внешнего давления. Компрессионная сжимаемость (компрессия) — способность грунта сжиматься под постоянной, ступенчато возрастающей нагрузкой.

2. Просадочность — способность лессовых и других пылеватых грунтов к уменьшению объема при дополнительном увлажнении. Различают просадки при природном давлении (от веса вышележащего грунта) и дополнительном (от веса сооружения).

3. Прочность — способность грунта сопротивляться разрушению под влиянием механических напряжений. Параметры прочности соответствуют критическим напряжениям, т.е. тем, при которых происходит разрушение грунта.

4. Модуль упругости (Е) — отношение напряжения, при котором начинается разрушение, к разности относительной деформации конца и начала разгрузки.

5. Модуль общей деформации (Е_о) — отношение разности конечного и начального напряжений к разности конечной и начальной относительной продольной деформации.

6. Угол внутреннего трения — параметр линейной зависимости сопротивления сдвигу от вертикальной нагрузки. Для песчаных грунтов равен углу предельного откоса.

7. Сцепление — характеристика структурных связей грунта.

В.В. Дмитриев, Л.А. Ярг. Методы и качество лабораторного изучения грунтов: учебное пособие. — М.: КДУ, 2008. — 542 с.

Е.М. Пашкин, А.А. Каган, Н.Ф. Кривоногова. Терминологический словарь-справочник по инженерной геологии. — М.: КДУ, 2011. — 952 с.

Строительные свойства грунтов

Строительные свойства грунтов определяются их физико-механическими свойствами. Свойства грунтов неразрывно связаны с их характеристиками, которые определяются действующими нормами и стандартами.

Существенное влияние на свойства нескальных грунтов оказывают плотность и влажность грунтов.

Свойства пылевато-глинистых грунтов находятся в большой зависимости от влажности. Если в талом грунте содержится только прочносвя-занная вода, то грунт находится в твердом состоянии. При наличии рыхлосвязанной воды грунт становится пластичным. При свободной воде в порах грунт переходит в текучее состояние.

Таким образом, при насыщении водой пылевато-глинистый грунт вначале размягчается, потом переходит в пластичное и, наконец, текучее состояние.

Пластичность — это способность грунта деформироваться под действием внешних усилий без разрыва сплошности и сохранять форму после прекращения действия этих усилий. Пылевато-глинистые грунты находятся в пластичном состоянии в определенном диапазоне влажности, границы которого называются пределами пластичности: w P—нийний предел пластичности (предел раскатывания) соответствует влажности, ниже которой грунт переходит в твердое состояние; wL— верхний предел пластичности (предел текучести) отвечает влажности, выше которой грунт переходит в текучее состояние.

Особенностью грунтов как пористых тел является их способность фильтровать воду. Фильтрация зависит от степени уплотнения грунтов. Водопроницаемость характеризуется коэффициентом фильтрации К.

Основными пааметрами механических свойств грунтов являются прочность и деформационные характеристики грунтов: угол внутреннего трения ф, удельное сцепление с, модуль деформации Е и предел прочности на одноосное сжатие скальных грунтов Rc.

Угол внутреннего трения — это угол, тангенс которого равен коэффициенту внутреннего трения грунта.

Угол внутреннего трения ф для различных видов нескальных грунтов колеблется в следующих пределах: песчаных 25—43; пылевато-глинистых 7—30°.

Коэффициент внутреннего трения — отношение приращения разрушающего касательного напряжения к соответствующему приращению нормального напряжения на поверхности сдвига.

Под сцеплением понимается сопротивление структурных связей всякому перемещению связываемых ими частиц грунта. Сцепление присуще пылевато-глинистым грунтам.

Сопротивление сдвиуу нескальных грунтов определяется силами трения и сцепления, величины которых зависят от вида грунта и его влажности.

Ориентировочные значения удельного сцепления грунтов составляют: песчаных 0—0,08, пылевато-глинистых грунтов 0,05—1 кПа.

Прочность грунтов характеризуется их способностью сопротивляться внешним силовым воздействиям.

Оценка прочности скальных грунтов производится по пределу прочности на одноосное сжатие Rc, а нескальных грунтов по их механическим прочностным характеристикам с и ср.

В строительстве в основном разрабатываются крупнообломочные песчаные и пылевато-глинистые грунты. На выбор технологии производства работ, трудоемкости и стоимости земляных, буровых и свайных работ оказывают значительное влияние плотность, влажность, прочность, разрыхляемость, кусковатость и другие свойства. Некоторые их этих свойств были рассмотрены выше.

Влажность грунта оказывает значительное влияние на способ разработки грунта и на способность грунтов к уплотнению. В практике принято грунты влажностью до 5% считать сухими (или маловлажными), свыше 30%— мокрыми, а от 5 до 30%— нормальной влажности. С повышением влажности до определенного предела плотность грунта увеличивается. При дальнейшем увеличении влажности плотность уменьшается.

Влажность, которая соответствует наибольшей (оптимальной) плотности грунта при наименьших затратах труда на уплотнение, называется оптимальной влажностью wonr-

Для повышения производительности машин, снижения трудоемкости работ, а также повышения их качества (уплотнение грунта, устройство насыпей и др.) грунты доводят до оптимальной влажности, которая определяется гранулометрическим составом грунта.

При значительной влажности пылевато-глинистых грунтов появляется липкость, которая усложняет выгрузку грунта из ковша или кузова машины, усложняет работу конвейера и ухудшает условия передвижения машин и транспорта.

Липкостью называют способность грунтов при определении влажности прилипать к поверхности различных материалов. Липкость является отрицательным свойством грунтов, а во всех необходимых случаях требуется, оценивать грунт с этой стороны. В количественной форме липкость выражают в кПа, измеряя усилие, необходимое для отрыва прилипшей пластинки к грунту.

Липкость грунтов обнаруживается обычно только в присутствии рыхло связанной воды. По мере увеличения влажности липкость быстро растет и достигает максимального значения, когда силы притяжения воды к грунтовым частицам и к предметам, соприкасающимся с ними, становятся одинаковыми. При дальнейшем увеличении влажности липкость резко уменьшается. Липкость связана с консистенцией грунта. Начало прилипания наблюдается при мягкоплас-тичной консистенции; при текуче-пластичной консистенции прилипание резко уменьшается.

Наибольшей прилипаемостью (0,04 0,1 МПа) отличается глинистая фракция. Поэтому с увеличением дисперсности грунтов липкость возрастает Увеличение давления рабочих органов землеройных машин на грунт вызывает повышение липкости.

Размокаемость представляет собой процесс полной или частичной утраты грунтом прочности под действием спокойной воды. Этот процесс характеризуется определенной продолжительностью, характером распада грунта и его конечной влажностью. Способность к размоканию понижается по мере перехода от мелких суглинков к глинам и от очень пористых к малопористым грунтам. Чем меньше исходная влажность, тем энергичнее происходит распад грунта. При естественном сложении грунт распадается медленнее, чем при нарушенном. О способности грунтов к размоканию необходимо знать при обеспечении устойчивости стенок и откосов котлованов и земляных сооружений, заполненных водой.

Размываемость — это разрушение грунтов под действием текучих вод. Размываемость зависит от состава грунта, его строения, характера структурных связей, а также степени минерализации и т. д. Размываемость характеризуется критической размывающей скоростью водного потока, при которой начинается отрыв отдельных частиц и их перемещение водой.

Глинистые грунты благодаря структурным связям менее подвержены размыву, чем мелкозернистые пески и пылеватые грунты. Критическая скорость размыва глинистых грунтов составляет 0,7—1,2 м/с.

Читайте так же:

Как нанести грунтовка 992

Данные о размываемости грунтов необходимы для проектирования водоотводных канав и каналов, а также откосов земляных сооружений.

При устройстве оснований и фундаментов следует считаться со способностью некоторых грунтов к набуханию. Набухание — это способность грунтов увеличиваться в объеме в результате поглощения воды. Набухание характеризуется коэффициентом набухан,я, представляющим собой отношение объема грунта после набухания к первоначальному объему. Ориентировочные значения коэффициентов набухания грунтов следующие:

обычная пластичная суглинок:

лесс и лессовидный грунт супеси

Набухание грунтов также характеризуется давлением набухания, влажностью набухания и относительной усадкой при высыхании.

Знание тиксотропных свойств грунтов необходимо при погружении свай, буровых работах, приготовлении глинистых растворов, а также при устройстве фундаментов и подземных сооружений способом «стена в грунте».

Под тиксотропией понимают переход геля в золь и обратно после прекращения воздействия. Тиксотроп-ные явления характерны для глинистых грунтов с коагуляционными связями. Связь между частицами и механическая прочность уменьшаются по мере увеличения влажности грунта,

При нарушении структурных связей в результате механического воздействия (вибрация, динамические нагрузки, знакопеременные давления) тиксотропное разрушение может быть полным (разжижение) или частичным (размягчение).

Разрыхляемость — это способность грунта увеличиваться в объеме при разработке вследствие потери связи между частицами, при этом плотность грунта уменьшается. Увеличение объема грунта характеризуется коэффициентами первоначального и остаточного разрыхления. Коэффициент первоначального разрыхления определяют по формуле

Разрыхленныу грунт, уложенный в земляное сооружение, уплотняется. Однако такой грунт не занимает первоначального объема, который он имел до разработки, и сохраняет некоторое разрыхление, характеризуемое коэффициентом остаточного разрыхления /С0.Р, значение которого для песчаных грунтов находится в пределах 1,01 — 1,025; суглинистых 1,015—1,05 и глинистых 1,04—1,09.

Величина коэффициента Ко р обычно меньше КР на 15—20%.

При устройстве различного рода выемок и насыпей важно знать допустимую крутизну откосов. Крутизна откосов связана с понятием угла естественного откоса.

Угол естественного откоса — это наибольший угол, который может быть образован откосом свободно насыпанного грунта в состоянии равновесия с горизонтальной плоскостью.

Угол естественного откоса зависит главным образом от гранулометрического состава и формы частиц. С уменьшением размера зерен угол естественного откоса становится положе. Угол естественного откоса характеризуется физико-механическими свойствами грунта, при которых грунт находится в предельном равновесии. Для грунтов, не обладающих сцеплением (сыпучих) , угол естественного откоса равен углу внутреннего трения.

Понятие об угле естественного откоса относится только к сухим сыпучим грунтам, а для связных пылевато-глинистых оно теряет всякий смысл, так как у последних он зависит от влажности, высоты откоса и величины пригрузки на откос и может изменяться от 0 до 90°.

Практически крутизна откосов земляных сооружений выражается отношением высоты к заложению (горизонтальной проекции откоса) h:a = = 1 :m, где m — коэффициент откоса.

Строительными нормами и правилами установлены значения крутизны откосов для постоянных и временных земляных сооружений в зависимости от их глубины или высоты. Откосы насыпей постоянных сооружений делают более пологими, чем откосы выемок. При устройстве временных выемок допускаются более крутые откосы.

В связных грунтах крутизна откоса изменяется от максимальной величины в верхней части земляного сооружения до минимальной +- в нижней, приближаясь к углу внутреннего трения. В связи с этим откосы высоких насыпей и глубоких выемок устраивают с переменной крутизной, с более пологим очертанием внизу.

Грунты классифицируют по трудности разработки в зависимости от типа применяемой машины. Классификация грунтов по трудности разработки в ЕНиР составлена отдельно для немерзлых (I—VI) группы и мерзлых (1м—IVM) грунтов. Разрыхленные немерзлые грунты нормируют на одну группу ниже, чем эти же грунты в массиве, т. е. в неразрых-ленном состоянии. В ЕНиР (Сб. 2. Земляные работы. Вып. I, 1986 г. разд. 1. Техническая часть, табл. 1 и 2) дана классификация грунтов по трудности их разработки в зависимости от видов землеройных машин и свойств грунта.

Для оценки трудности разработки грунта используют показатель удельного сопротивления резанию (копанию) Кр которое представляет собой отношение касательной составляющей усилия, развиваемого на режущей. кромке ковша землеройной машины, к площади поперечного сечения срезаемой грунтовой стружки.

Значение KF зависит от свойств грунта и конструктивного исполнения рабочего органа землеройной машины.

Распространенной классификацией горных пород по крепости является их классификация по шкале М. М. Протодьяконова. Коэффициент крепости пород по шкале М. М. Протодьяконова составляет одну сотую долю от временного сопротивления одноосному сжатию. Коэффициент крепости / используют для оценки прочности горных пород.

Косвенными показателями прочности грунтов являются скорость их бурения, а также число ударов ударника ДорНИИ.

Буримость — сопротивляемость горной породы разрушению буровым инструментом, которая характеризуется чистой скоростью бурения.

Свойства грунтов оказывают существенное влияние на трудоемкость устройства забивных и набивных свай.

По трудности погружения свай молотами грунты разделяют на две группы:

I—почвы (растительный слой), торф, пластичные и текучие супеси, суглинки и глины от тугопластичных до текучих лессы от мягкопластичных до текучих без включения гравия и гальки (дресвы и щебня) или с содержанием их до 10%;

II— пески различной крупности от рыхлых до плотных, песок пылева-тый, насыщенный водой, гравий, супеси твердые, суглинки и глины, твердые и полутвердые, твердые лессы без крупных включений или с содержанием в них до 30% гравия и гальки (дресвы и щебня) крупностью фракции до 100 мм, также грунта I группы с включением гравия и гальки от 10 до 30%.

При использовании буронабивных свай грунты классифицируют в зависимости от устойчивости стенок скважин и трудности бурения грунтов различными способами.

По устойчивости скважин грунты делятся на две группы:

устойчивые — глинистые маловлажные грунты (твердые и полутвердые суглинки и глины, твердые супеси), а также скальные неразрушенные грунты;

неустойчивые — насыщенные водой, пылевато-глинистые грунты, плывуны, крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем, пески и разрушенные скальнце грунты.

Различные грунты имеют различную электропроводность, которая имеет практическое значение при выполнении технологических процессов, связанных с пропусканием через грунт электрического тока (осушение грунтов и погружение опускных колодцев с помощью электроосмоса, оттаивания грунтов, закрепление грунта с использованием электрического тока и др.). Так как минеральные частицы, входящие в состав грунта, обычно не являются проводниками, электропроводность зависит от степени насыщения его водой.

В процессе производства земляных работ приходится иметь дело с явлениями замерзания и оттаивания грудта, а также с закреплением грунтовтермическим способом. Поэтому при проектировании производства работ имеют значение термодинамические характеристики грунтов — их теплопроводность и теплоемкость. Эти характеристики в большей степени зависят от состава и влажности грунта;

Под теплопроводностью понимают способность грунта переносить тепло от одной поверхности к другой. Теплопроводность твердой, жидкой и газообразной фаз грунта различна. Наименьший коэффициент теплопроводности имеет воздух и наибольший -^ твердая фаза грунта. Теплопроводность грунтов зависит от пористости и влажности. Чем больше пор, не занятых водой, тем меньше теплопроводность. Максимальную теплопроводность имеет грунт при полном водонасыщении.

Теплоемкость — свойство грунтов поглощать тепло при нагревании, характеризуется удельной теплоемкостью с, которая представляет собой количество тепла, необходимого для нагревания 1 кг грунта на 1 К,Дж/ (кг-К). Под объемной теплоемкостью с0 понимают количество тепла, потребное для нагревания 1 м3 грунта на 1°С. Для различных грунтов удельная теплоемкость составляет 250—900 Дж/(кг-К). Чем суше грунт, тем меньше его теплоемкость.

голоса

Рейтинг статьи