Строительные свойства грунтов: Классификация и строительные свойства грунтов

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