Содержание
Грунты и их строительные свойства
Технология строительных процессов. | Лекция 5.2 |
Грунты и их строительные свойства.
Грунты – это любой вид горной породы или почвы, а также твердые отходы производственной и хозяйственной деятельности человека.
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, липкость, сцепление, разрыхленность, угол естественного откоса и трудность разработки.
Плотностью называется масса 1 м3 грунта в естественном состоянии (в плотном теле). Плотность песчаных и глинистых грунтов 1,6…2,1 т/м3, а скальных не разрыхленных грунтов до 3,3 т/м3.
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.
Липкостью называется способность грунта при определенной влажности прилипать к поверхности различных предметов. Большая липкость усложняет выгрузку грунта из ковша машины или кузова, условия работы транспорта и т.д. Липкость определяют усилием, необходимым для отрыва прилипшего предмета от грунта (для глин до 0,05 МПа).
Сцепление определяется начальным сопротивлением грунта сдвигу. Так, сцепление для песчаных грунтов равно 3…50 кПа, для глинистых — 5…200 кПа.
Разрыхляемость – способность грунта увеличиваться в объеме в процессе его выработки. При этом плотность грунта уменьшается. Это явление называется первоначаль-
ным разрыхлением грунта и характеризуется коэффициентом разрыхления Кр. Этот коэф-
фициент представляет собой отношение объема разрыхленного грунта к объему грунта в естественном состоянии (для песчаных грунтов Кр=1,08,.. 1,17, суглинистых Кр= 1,14..1,28 и глинистых грунтов Кр—1,24. .. 1,3).
Уложенный в насыпь разрыхленный грунт под влиянием массы вышележащих слоев грунта или механического уплотнения, движения транспорта, смачивания дождем и т. д. уплотняется. Однако грунт не занимает того объема, который он занимал до разработки, сохраняя остаточное разрыхление, показателем которого является коэффициент остаточного разрыхления грунта Ко.р, значение которого для песчаных грунтов находится в пределах 1,01…1,025, суглинистых— 1,015…1,05 и глинистых —и 1,04..:1,09.
Угол естественного откоса характеризуется физическими свойствами грунта, при котором он находится в состоянии предельного равновесия. Для обеспечения устойчивости земляных сооружений (насыпей, выемок) их возводят с откосами, крутизна которых характеризуется отношением высоты к заложению: h/a=l/m, где m — коэффициент откоса. На угол естественного откоса влияют угол внутреннего трения, сцепления и давление вышележащих слоев грунта. При отсутствии сцепления предельный угол естественного откоса равен углу внутреннего трения. В грунтах, имеющих сцепление, угол естественного откоса изменяется от максимальной величины в верхней части выемки или насыпи 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.
Откосы насыпей постоянных сооружений делают более пологими, чем откосы выемок. Более крутые откосы допускаются при устройстве временных котлованов и траншей. Например, при суглинистых грунтах и глубине выемок до 3 м в постоянных сооружениях крутизна откоса принимается 1:1,25, в постоянных насыпях—1:1,5, в котлованах и траншеях—1:0,67.
— 1 —
Технология строительных процессов. | Лекция 5.2 |
Удельное сопротивление резанию зависит как т свойств и показателей разрабатываемого грунта, так и от конструктивного исполнения рабочего органа землеройного или землеройно-транспортного оборудования. Классификация грунтов по трудности их разработки, в зависимости от конструктивных особенностей используемых землеройных машин и свойств грунта, приводятся в ЕНиР (Сб. 2, вып. 1, разд. I техническая часть, табл. 1 и 2). 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. Как при механизированной так и при ручной разработке в состав первой группы входят легко разрабатываемые грунты, а в последнюю группу — трудно разрабатываемые.
— 2 —
Строительные свойства и классификация грунтов
Грунтами называют породы, залегающие в верхних слоях земной коры:
песок, супеси, глины и суглинки, торфянистые и скальные грунты, а
также плывуны.
К основным свойствам грунтов, влияющим на технологию производства,
трудоемкость и стоимость земельных работ, относятся:
— плотность;
— влажность;
— сцепление;
— разрыхленность;
— угол естественного откоса;
— размываемость.
Плотностью принято считать массу 1 м3 в естественном
состоянии. Плотность песчаных и глинистых грунтов — 1,5 … 2 т/м3,
скальных неразрыхленных до 3 т/м3.
Влажность характеризуется степенью насыщенности пор грунта водой.
Грунты, имеющие влажность до 5 %, считают сухими, свыше 30 % —
мокрыми.
Разрыхленность — это увеличение объема грунта в процессе его
разработки. Различают первоначальное разрыхление, т.е. увеличение
объема по сравнению с естественным состоянием сразу после разработки
грунта, и остаточное разрыхление, наблюдаемое после его уплотнения.
Уплотненный грунт практически никогда не принимает первоначального
объема.
Первоначальное и остаточное разрыхления имеют соответствующие
коэффициенты: коэффициент первоначального разрыхления (Кр)
составляет для песчаных грунтов 1,08 … 1,17, суглинистых и
глинистых грунтов — 1,14 … 1,3; коэффициент остаточного
разрыхления (Кор) принимают равным для
песчаных грунтов 1,01 . .. 1,025, суглинистых и глинистых — 1,015 …
1,09. Первоначальное разрыхление грунта позволяет эффективнее
использовать земельно-транспортные машины.
Сцепление характеризуется начальным сопротивлением грунта сдвигу и
зависит от вида грунта и его влажности. Сцепление определяется на
специальных приборах. Сила сцепления для песчаных грунтов составляет
0,003 … 0,05 МПа, для глинистых — 0,005 … 0,2 МПа. В мерзлых
грунтах сила сцепления значительно возрастает. От сцепления грунта
во многом зависит производительность машин, поэтому при нормировании
земляных работ пользуются классификацией, составленной по признаку
трудности разработки грунтов. Эта классификация приведена в ЕНиР сб.
2 «Земляные работы».
Категория трудности определяется видом грунта и зависит от метода
его разработки. Грунты, разрабатываемые экскаватором, имеют шесть
категорий трудности: скреперами — I …
II, бульдозерами — I
… III, разрабатываемые вручную —
I . .. VI.
Угол естественного откоса грунта характеризуется его физическими
свойствами: силой сцепления, давлением вышележащих слоев, углом
внутреннего трения и другими свойствами, при которых грунт находится
в состоянии предельного равновесия. Величину угла естественного
откоса необходимо знать при устройстве крутизны откосов выемок и
насыпей. Например, при суглинистых грунтах и глубине выемок до 3 м в
постоянных сооружениях крутизну откосов принимают 1 : 1,25, в
постоянных насыпях — 1 : 1,5, в котлованах и траншеях — 0,5 : 1.
Размываемость грунта характеризуется скоростью движения воды,
уносящей его частицы. Для мелких песков наибольшая скорость движения
воды не должна превышать 0,5 … 0,6 м/с, для крупных песков — 1 …
2 и для глинистых плотных грунтов — 1,5 м/с.
Основные свойства грунтов и детальная их классификация приведены в
СНиП. В приложениях к СНиП и пособиях приведены методы определения
объемов земляных работ, а также все расчетные формулы (насыпи,
выемки, переходные треугольники, элементы откосов, пирамиды,
котлованы, траншеи и т. д.).
КАКОВЫ ИНЖЕНЕРНЫЕ СВОЙСТВА ГРУНТА?
by Suryakanta
При работе с грунтом в качестве строительного материала учитываются следующие свойства грунта.
- Сплоченность
- Угол внутреннего трения
- Капиллярность
- Проницаемость
- Эластичность
- Сжимаемость
1. Когезия
Это внутреннее молекулярное притяжение, которое сопротивляется разрыву или сдвигу материала. Сплоченность мелкозернистых почв обеспечивается пленками воды, которые связывают вместе отдельные частицы в почвенной массе. Сплоченность – это свойство мелкозернистого грунта с размером частиц менее 0,002 мм. Сплоченность почвы уменьшается с увеличением влажности. Сцепление выше в хорошо уплотненных глинах и не зависит от приложенной внешней нагрузки.
2. Угол внутреннего трения
Сопротивление скольжению зерновых частиц грунтовой массы зависит от угла внутреннего трения. Обычно считают, что величина угла внутреннего трения почти не зависит от нормального давления, но зависит от степени упаковки частиц, т. е. от плотности. Грунты, подверженные более высоким нормальным напряжениям, будут иметь более низкое содержание влаги и более высокую объемную плотность при разрушении, чем грунты, подверженные более низким нормальным напряжениям, и, таким образом, угол внутреннего трения может измениться. Истинный угол внутреннего трения глины редко равен нулю и может достигать 26 9 .0035 0 . Угол внутреннего трения для сыпучих грунтов может варьироваться от 28 0 до 50 0 .
3. Капиллярность
Способность почвы пропускать влагу во всех направлениях независимо от силы тяжести. Вода поднимается вверх через поры почвы за счет капиллярного притяжения. Максимальная теоретическая высота капиллярного подъема зависит от давления, которое имеет тенденцию нагнетать воду в почву, и эта сила увеличивается по мере уменьшения размера частиц почвы. Капиллярный подъем во влажной почве может в 4—5 раз превышать высоту капиллярного подъема в той же почве в сухом состоянии.
Крупный гравий не имеет капиллярного подъема; крупный песок имеет до 30 см; мелкий песок и грунты имеют капиллярное поднятие до 1,2 м, но сухой песок имеет очень слабую капиллярность.
Глины могут иметь капиллярное поднятие до 0,9-1,2 м, но чистые глины имеют очень низкую ценность.
4. Проницаемость
Проницаемость грунта – это скорость, с которой вода течет через него под действием гидравлического градиента. Прохождение влаги через промежутки или поры почвы называется «9».0057 перколяция ’. Почвы, имеющие достаточную пористость для просачивания, называются « проницаемыми » или « проницаемыми », а те, которые не пропускают воду, называются « непроницаемыми » или « непроницаемыми ». Скорость потока прямо пропорциональна напору воды.
Проницаемость является свойством массы почвы, а не отдельных частиц. Водопроницаемость связного грунта, как правило, очень мала. Знание проницаемости необходимо не только для решения проблем просачивания, дренажа и грунтовых вод, но и для определения скорости оседания конструкций на водонасыщенных грунтах.
5. Упругость
Грунт считается упругим, если он испытывает уменьшение объема (или изменяет форму и объем) при приложении нагрузки, но восстанавливает свой первоначальный объем сразу после снятия нагрузки. Важнейшей характеристикой упругого поведения грунта является то, что сколько бы раз к нему ни прикладывалась нагрузка, при условии, что возникающие в грунте напряжения не превышают предела текучести, грунт не деформируется безвозвратно. Такое упругое поведение характерно для торфа.
6. Сжимаемость
Гравий, песок и ил несжимаемы, т.е. если влажная масса этих материалов подвергается сжатию; они не претерпевают значительных изменений объема. Глины сжимаемы, т. е. если влажная масса глины подвергается сжатию, влага и воздух могут быть вытеснены, что приводит к уменьшению объема, которое не восстанавливается сразу после снятия сжимающей нагрузки. Уменьшение объема на единицу увеличения давления определяется как сжимаемость грунта, а мера скорости, с которой происходит консолидация, определяется величиной 9.0057 коэффициент уплотнения ’ грунта. Сжимаемость песка и ила зависит от плотности, а сжимаемость глины напрямую зависит от содержания воды и обратно пропорционально прочности сцепления.
Типы грунтов, используемых для строительства
Содержание
Когда дело доходит до строительства и любого типа строительного проекта, способность знать тип используемого грунта имеет большое значение для определения результата ваш проект.
Некоторые типы почвы идеально подходят для любого типа строительства, в то время как другие не так хороши. Следовательно, вам нужно быть осторожным с этим при планировании вашего фундамента, чтобы не иметь здание с очень слабым фундаментом.
Использование неподходящего типа грунта для фундамента или строительства может привести к катастрофическим последствиям. Это может привести к ослаблению фундамента, к проседанию здания, образованию трещин или, что еще хуже, к обрушению здания.
Вот почему невозможно переоценить важность наличия подходящего грунта для вашего строительства.
Характеристики хорошей почвы для строительства
Ниже приведены некоторые характеристики, которые делают почву идеальной для вашего строительного проекта:
- Она должна быть устойчивой во время влажного и сухого сезонов
- Он должен иметь хорошую структуру и физические свойства, обеспечивающие стабильность в процессе строительства
- Хорошая почва должна иметь сбалансированный химический состав, чтобы быть в состоянии противостоять любому типу строящегося на ней здания
- Почва должна улавливать осадки, чтобы противостоять эрозии и стоку
Для определения вышеперечисленных признаков в почве необходимо получить почвенную карту. Это доступно через некоторых почвоведов или Службу охраны природных ресурсов Министерства сельского хозяйства США на веб-сайте Web Soil Survey.
Важность наличия карты почвы
- Химические, физические и биологические свойства почвы приведены на карте почвы
- Это дает возможность для точного внедрения устойчивого управления и использования земель
- Почвенная карта указывает на возможность стока, дренажа или хранения воды
- Может использоваться для определения уклона поверхности вашего участка
Типы грунтов Методы фундаментов
Поскольку различные типы грунтов различаются по свойствам, инженеры теперь определяют метод фундамента, который следует применять, исходя из характеристик грунта и нагрузки конструкции, которая будет на нем построена.
Следовательно, фундамент здания помогает в значительной степени определить структурную целостность этого здания.
Существует два основных типа фундаментов: мелкозаглубленные и глубокие.
Неглубокие фундаменты
Это называется «неглубоким», потому что его глубина невелика. Фундамент шире своей глубины и обычно используется для легких конструкций. Различные типы мелкозаглубленных фундаментов:
Изображение предоставлено: pertinencelimited.com
- Изолированный фундамент
Этот метод заложения используется, когда грунт имеет высокую несущую способность даже на небольшой глубине. Например, суглинистая почва.
- Комбинированный фундамент
Часто метод глубокого заложения применяется при строительстве на грунте с низкой несущей способностью. Но комбинированный фундамент также является хорошим выбором, если конструкция легкая.
- Основание плота или мата
Используется, когда грунт рыхлый, слабый, имеет низкую несущую способность и требует распределения нагрузки.
- Стеновой или ленточный фундамент
Укрепляет отдельные фундаменты и предотвращает их горизонтальное искривление при строительстве.
Глубокие фундаменты
Глубокие фундаменты необходимы, когда почва на участке земли представляет собой песчаную или мягкую почву и когда она не может выдержать нагрузки строящегося здания.
Грунт должен быть вскопан глубоко, чтобы обеспечить достаточную опору или устойчивость для строящегося здания. Ниже приведены различные типы глубоких фундаментов:
Изображение предоставлено: lassiterexcavating.com
- Фундамент для пирса
Хороший выбор при строительстве многоэтажного дома. Он часто используется, когда камни должны быть помещены под фундамент или когда почва под фундаментом представляет собой жесткую глину.
- Фундамент кессона
Этот метод используется для зданий, построенных под водоемами, особенно при строительстве плотины, пирса или моста. Он имеет несколько типов, включая коробчатые кессоны, пневматические кессоны, вырытые кессоны, плавучие кессоны, листовые кессоны и открытые кессоны.
Инженер-строитель несет ответственность за выбор типа, который лучше всего подходит для строящегося здания.
- Свайный фундамент
№
Это идеальный выбор, когда грунт будущего фундамента не может выдержать вес большого здания. Земля перекапывается глубоко, чтобы увеличить несущую способность почвы.
Типы грунтов и их влияние на фундамент
1. Глинистый грунт
Изображение предоставлено: storyservice.ru 900 05
Глинистая почва обычно встречается там, где когда-то протекали ручьи и реки, или на территории где вода имеет тенденцию сидеть после сильного дождя. Глина состоит из мелких минеральных материалов и небольшого количества органических материалов.
Во влажном состоянии часто становится липким и плохо дренируется. Это не идеальная почва для строительства фундамента, потому что она нестабильна.
При намокании он расширяется и давит на стену фундамента благодаря своим мельчайшим частицам. А когда он высыхает, он дает усадку и вызывает смещение фундамента. Это может привести к трещинам и неровным этажам в здании, если использовать его без доработок.
Чтобы построить фундамент на глинистой почве, необходимо углубить землю, чтобы повысить ее устойчивость. Подходящим типом фундамента для глинистого грунта является буронабивной столб или метод фундамента из плиты на грунте.
Плитный фундамент регулирует склонность грунта к расширению и усадке после строительства, в то время как фундамент с просверленными столбами увеличивает его структурную прочность или устойчивость при более глубоком копании.
2. Торфяная почва
Торф или органическая почва встречаются на водно-болотных угодьях. Он темно-коричневого или черного цвета, имеет характерный запах, низкую объемную плотность и состоит из разлагающихся или органических веществ.
Хотя на нем могут хорошо расти некоторые культуры, он влажный и кислый и обычно не лучший выбор для сельскохозяйственных целей.
Торфяная почва может поглощать большое количество воды и может стать очень сухой в сухой сезон. Он также имеет высокое содержание углерода и в сухом состоянии похож на сухую древесину. Это делает его легковоспламеняющимся; огонь очень трудно потушить, когда он начинает гореть.
Нестабильный характер торфяной почвы делает ее одной из худших почв для строительства сооружений или фундаментов. Это связано с тем, что любое здание, построенное на нем, подвержено риску образования трещин или других видов повреждений в будущем.
3. Илистая почва
Этот тип почвы можно найти вблизи рек, озер и других водоемов. Он состоит из горных пород и других минеральных материалов.
Иловая почва представляет собой очень гладкую и мелкую почву при ощупывании руками. Он также содержит мелкие частицы и может удерживать воду в течение длительного периода. Если сравнивать с песчаной почвой, то в ней намного мельче частицы; следовательно, движущиеся потоки могут легко переносить его.
Очень плодороден и может использоваться в сельскохозяйственных целях. Тем не менее, это не лучшая почва для строительства фундамента, потому что она создает нагрузку на здание. Ил не высыхает быстро и легко, когда он удерживает воду.
Поэтому он плохо дренирует и расширяется, прижимаясь к фундаменту. Это делает его очень слабой опорой для строительства.
4. Суглинок
Это лучший грунт для строительства фундаментов. Суглинистая почва также называется сельскохозяйственной почвой, потому что это лучшая почва для посадки. Вот почему его можно найти в районах, где сельское хозяйство очень успешно.
Это лучшая и самая богатая почва для посадки сельскохозяйственных культур, поскольку она содержит песок, ил, глину, гумус и может удерживать влагу и питательные вещества. Он также имеет более высокий уровень кальция и pH по сравнению с другими типами почвы.
Это идеальная почва для строительства фундамента, так как в ее состав входят песок, ил и глина, которые идеально подходят для строительства.
Суглинистая почва хорошо справляется с влагой, поскольку она впитывает влагу и высыхает с равномерной скоростью. Он также обеспечивает циркуляцию воздуха и хорошо дренирует. Однако перед размещением на нем конструкции его следует отфильтровать от неразложившихся частиц или материалов. Это делается для того, чтобы избежать будущих катастрофических последствий.
5. Камень или коренная порода
Изображение предоставлено: thestar.com
Камень является правильным выбором для строительства больших зданий, таких как небоскребы, двухуровневые и многоэтажные здания; это связано с его высокой несущей способностью. Скалы представляют ограниченный риск образования трещин или щелей в здании, поскольку обладают высокой несущей способностью.
Горные породы включают гранит, твердый мел, известняк, сланец и песчаник. Они обладают большой стабильностью и глубиной. Вы можете разместить свою структуру на любом камне по вашему выбору, но убедитесь, что они хорошо выровнены, прежде чем строить структуру.
Коренная порода — это слой породы, находящийся под поверхностью почвы. Он состоит из магматических, осадочных или метаморфических пород. Он стабилен и может противостоять повреждению водой. Это делает его хорошим выбором для строительства.
6. Песок и гравий
Песчаная почва образуется в результате разрушения определенных горных пород, таких как гранит, кварц и известняк. В нем мало питательных веществ, и он не может удерживать воду. Это делает его плохим выбором для сельскохозяйственных целей.
Для фундаментов зданий подходят песок и гравий, так как они имеют крупные частицы, способствующие быстрому отводу воды. Это означает, что меньше риск подвергнуть здание стрессу.
Напряжение в здании может привести к образованию как структурных, так и неструктурных трещин, что в конечном итоге может привести к обрушению здания. Для лучшей устойчивости или поддержки песок и гравий можно уплотнить с другими хорошими типами почвы, такими как суглинок.