Грунты, их разновидности, технологические свойства.

В строительном производстве грунтами называют породы, залегающие в верхних слоях земной коры.

Грунты бывают: скальные (изверженные и осадочные), крупнообломочные, песчаные (песок, супесь), глинистые (глина, суглинок), растительные и лессовые.

Свойства грунтов зависят от условий образования, структуры и состава горных пород. Различают грунты сцементированные и несцементированные. Сцементированные (скальные) грунты имеют плотную структуру с жесткой связью между частицами породы. Они отличаются высокой механической прочностью и залегают обычно в виде монолита.

Несцементированные грунты состоят из частиц разрушенных горных пород. В зависимости от размеров частиц и их взаимосвязи различают грунты: несвязные - сыпучие в сухом состоянии (крупнообломочные и песчаные) и связные (глинистые) - несыпучие в сухом состоянии и пластичные во влажном состоянии.

Свойства грунтов и их физико-механические характеристики влияют на технологию производства, трудоемкость и стоимость работ. Виды, характеристика и технологические свойства грунтов приведены в СНиП и ЕНиР на производство земляных работ.

К технологическим свойствам грунтов относятся; объемная масса, пористость, угол естественного откоса, сцепление, влажность, разрыхляем ость и др.

Объемная масса - отношение массы грунта, включая воду в его порах, к занимаемому грунтом объему. Она составляет 1,6-2,0 т/м³ для песчаных и глинистых грунтов и 2,2-3,5 т/м³ -для скальных грунтов.

Пористость характеризует структуру грунта и определяется коэффициентом пористости грунта. Чем меньше пористость, тем более плотную структуру имеет грунт.

Влажность - характеризуется степенью насыщения грунта водой. Она определяется отношением массы воды в порах грунта к массе твердых частиц грунта. Грунт считают сухим при влажности до 5% и мокрым - при влажности более 30%. Влажность оказывает влияние на физико-механические свойства грунтов и, особенно. Когда изменяется фазовое состояние воды при замерзании.

Угол естественного откоса - максимальный угол между откосом и горизонтальной плоскостью, при котором грунт находится в состоянии предельного равновесия, определяет крутизну устойчивых откосов выемок и насыпей, зависит от вида грунта, глубины выемки, угла внутреннего трения, сил сцепления между частицами грунта и других факторов.

Сцепление зависит от сил связи между частицами грунта и определяется начальным сопротивлением грунта сдвигу. Увеличение влажности приводит к уменьшению сцепления, при промерзании влажных грунтов сила сцепления значительно возрастает.

Разрыхляемость характеризуется увеличением объема его разработке по сравнению с объемом, занимаемым в естественном состоянии («в плотном теле»). Степень разрыхляем ости определяется коэффициентом разрыхления грунта. Различают первоначальное разрыхление грунта - непосредственно после разработки и остаточное -после уплотнения грунта.

Коэффициент первоначального разрыхления грунта составляет для песчаных и глинистых грунтов соответственно 1,08-1,15 и 1,25-1,30; коэффициент остаточного разрыхления - 1,01-1,05 и 1,04-1,09.

Сопротивление грунтов разработке, классификация их по этому признаку. Разновидности методов разработки грунтов. От структуры грунта, плотности и сил сцепления в значительной степени зависит сопротивление грунтов разработке, определяющего важную технологическую характеристику грунтов - трудность разработки. В проектировании и производстве земляных работ используют классификацию грунтов по этому признаку. Такая классификация приводится в ЕНиР и справочниках по земляным работам.

В зависимости от вида сооружений, свойств грунтов и других факторов земляные работы могут осуществляться механическим, гидромеханическим, взрывным или комбинированными способами.

Механический способ заключается в разработке грунта резанием, когда грунт в забое разрушается послойно рабочим органом машины. Это наиболее распространенный способ, занимающий в общем объеме земляных работ не менее 80%. Механическим способом разрабатывается грунт землеройными и землеройно-транспортным и машинами.

Гидромеханический способ состоит в разрушении и перемещении грунта потоком воды, поступающей под напором из гидромониторной установки при выполнении работ на суше, или всасываемой землесосным снарядом при подводной разработке грунта.

Взрывной способ заключается в разрушении и перемещении грунта энергией взрыва, образующейся при химическом превращении веществ, размещенных в специально устроенных выработках.

Выбору способа разработки грунта должен предшествовать технико-экономический анализ его эффективности в конкретных условиях производства с учетом материально-технических, энергетических и трудовых ресурсов, а также резерва времени для выполнения земляных работ.

 

Подсчет объемов земляных работ при устройстве траншей, котлованов и вертикальной планировке площадок.

Подсчет объемов земляных работ выполняется как на стадии проектирования, так и в процессе строительства. Объем ид сооружений влияют на решения по способам производства работ, организацию и механизацию земляных работ. Поэтому определение объема земляных сооружений, особенно временных, является важным элементом технологического проектирования. Выбор метода подсчета объемов земляных работ зависит от вида сооружения, рельефа местности требуемой точности расчетов.

Объем линейных земляных сооружений (насыпей и выемок дорог, траншей, каналов и т.д.) определяют, используя продольные и поперечные профили сооружения и формулы геометрии (рис.4.2).

При расчетах продольный профиль сооружения членят в наиболее характерных точках изменения уклона местности на отдельные участки. Если длина участков не превышает 100 м, а поперечный уклон местности не более 0,1, объем призматоидов (геометрическая фигура сооружения в пределах участка):

, (21)

где F₀ - площадь поперечного сечения призматоида в середине участка, м²; т - коэффициент откоса; , и - рабочие отметки в начале и конце участка, м; / - длина участка, м.

Рис. 3.2. К подсчету объемов работ при устройстве траншей и котлованов:

а -траншея; б - котлован; в, г – насыпь.

При расчетах продольный профиль сооружения членят в наиболее характерных точках изменения уклона местности на отдельные участки. Если длина участков не превышает 100 м, а поперечный уклон местности не более 0,1, объем призматоидов (геометрическая фигура сооружения в пределах участка):

, (21)

где F_о - площадь поперечного сечения призматоида в середине участка, м²; т - коэффициент откоса; h₁ и h₂ - рабочие отметки в начале и конце участка, м; l - длина участка, м.

При длине участка l≤ 50 м и разности рабочих отметок h₁ - h₂ <0,5м можно пользоваться упрощенными формулами:

или (22)

где и ) - площади поперечного сечение призматоида в начале и в конце участка, м².

Для получения полного объема линейного сооружения объемы отдельных призматоидов суммируются. Трудоемкость расчетов может быть уменьшена при использовании типовых программ и ЭВМ.

При подсчете объемов котлованов используют формулы:

(23)

или

. (24)

где и - площади верхнего и нижнего оснований котлована, м²; h₀ -средняя высота котлована, м; а, b, , , - стороны верхнего и нижнего оснований котлована, м.

План котлована определяется формой и геометрическими параметрами подземной части здания и сооружения. Размеры поперечного сечении очертания откоса котлована зависят от глубины разработки грунта в этом сечении и коэффициента откоса. Если котлован имеет сложную конфигурацию, его разбивают в плане на элементарные фигуры, подсчитывают их объемы и суммируют.

Определение объемов работ при вертикальной планировке площадок выполняют, какправило, при проектировании генерального плана застройки микрорайона или промышленной площадки. Исходными материалами расчетов являются план местности в горизонталях или результаты нивелирования по квадратам. Подсчету объемов работ предшествует определение положения проектной плоскости планировки. Отметки проектной плоскости определяются исходя из условия равенства объемов выемки и насыпи в пределах планируемой территории, т.е. нулевого баланса земляных масс. При спокойном рельефе местности пользуются способом квадратов, имеющем наименьшую трудоемкость расчетов.