Строительные свойства грунтов

Грунт представляет собой естественную среду, в которой размеща­ется подземная часть зданий и сооружений. Грунтами в строительстве называют породы, залегающие в верхних слоях земной коры и пред­ставляющие собой главным образом рыхлые и скальные породы. Раз­личают следующие основные виды грунтов: песок, супесь, суглинок, глина, лессовый грунт, торф, гравий, растительный грунт, различные скальные и уплотненные грунты. От строительных свойств грунтов за­висит прочность и устойчивость возводимых сооружений, методы про­изводства, трудоемкость и стоимость работ.

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.

Суглинок имеет 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.

Гранулометрический состав грунта. В зависимости от среднего размера частиц, мм, составляющих грунт, их подразделяют на:

глинистые — < 0,005; пылеватые - 0,005...0,05; пески-0,03... 3; гравий-3... 40; галька- 40-200; камни, валуны - > 200

Пески, в свою очередь, подразделяют на: мелкий - более 50% объ­ема составляют частицы размером 0,1...0,25 мм; средний - то же, час­тицы 0,25...0,5; крупный - 0,5...3 мм.

Важным компонентом большинства грунтов является наличие в них глинистых частиц. Грунты, в зависимости от содержания в их объеме глинистых частиц подразделяются: пески - < 3%; супеси -3-10%; суглинки - 10...30%; песчаные глины - 30...60%; тяжелые глины - > 60%.

Влажность грунта характеризуют степенью насыщения грунта водой и определяют отношением массы воды в грунте к массе твер­дых частиц грунта. В зависимости от влажности, грунты подразделяют на маловлажные (до 5%), влажные (до 30%), насыщенные водой (> 30%). Воду, находящуюся в порах влажных и насыщенных водой грунтов, называют грунтовой.

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. Коэффициенты фильтрации для различных грунтов, м/сут: глина - 0; суглинок - < 0,05; мелкозерни­стый песок - 1...5; гравий - 50... 150.

Плотность грунта - это масса 1 м³ грунта в естественном со­стоянии, т. е. в плотном теле. От плотности и силы сцепления частиц грунта между собой зависит производительность строительных машин. Плотность различных видов грунта изменяется в значительных преде­лах. Так, плотность илистых грунтов в среднем составляет 0,6 т/м³, песчаных грунтов - 1,6...1,7 т/м, скальных грунтов - 2,6...3,3 т/м³.

Сцепление грунта характеризуют начальным сопротивлением сдвигу, оно зависит от вида грунта и его влажности. Так, сила сцепле­ния для песчаных грунтов составляет 0,03...0,05 МПа, для глинистых -0,05...0,3 МПа.

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 разрыхлен-ности 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 (табл. 2.1).

Таблица2.1

Коэффициенты разрыхления для различных грунтов

Наименование фунтов	Коэффициенты разрыхления
первоначального	остаточного
Глина Суглинок Торф Песок и супесь	1,26...1,32 1,14...1,28 1,2—1.3 1,08...1,17	1,04... 1,09 1,02... 1,05 1,03—1,04 1.01 — 1,03

Для ускорения уплотнения грунтов, отсыпанных в насыпь, приме­няют искусственное уплотнение катками, трамбованием, вибрацией, а для песчаных грунтов удобнее активный пролив водой.

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

Классификация грунтов по трудности их разработки (удельное сопротивление резанию). Классификация приводится в ЕНиР 2-1-1 «Земляные работы». Она учитывает свойства различных грунтов и конструктивные особенности землеройных и землеройно-транспортных машин, которые применяют для разработки грунтов. Для одноков­шовых экскаваторов грунты подразделяют на 6 групп, для многоков­шовых экскаваторов и скреперов - на 2 группы, для бульдозеров и грейдеров - на 3 группы.

Для разработки грунта вручную принято 7 групп, а именно: песок, супесок, суглинок, глина, лесс - группы 1...4; крупнообломочные грунты - группа 5; скальные грунты - группы 6 и 7.

Грунты 1...4 групп легко разрабатываются ручным и механизиро­ванным способами, последующие группы - грунты требуют предварительного рыхления, в том числе и взрывным способом.

Крутизна откосов. По условиям техники безопасности рытье котлованов и траншей с вертикальными стенками без их крепления до­пускается только в грунтах естественной влажности на глубину, не превышающую следующих значений: в насыпных, песчаных и гравелистых грунтах - 1 м; в супесях - 1,25 м; в суглинках и глинах - 1,5 м; в особо плотных нескальных грунтах — 2,0 м.

Допускается рытье траншей глубиной до 3 м без креплений в осо­бо плотных нескальных породах при условии, что они будут разраба­тываться с помощью механизмов и без спуска рабочих в эти траншеи.

При глубине больше указанной котлованы и траншеи разрабатывают с откосами или с креплением стенок.

Допустимая крутизна откосов в грунтах естественной влажности из условий безопасного производства работ зависит от глубины разраба­тываемой выемки или высоты насыпи и принимается по табл. 2.2.

Таблица 2.2

Допустимая крутизна откосов

Грунты	Крутизна откосов при глубине выемки, м
	до 1,5	от 1,5 до 3	от 3 до 5
Насыпной, естественной влажности	1:0,25	1: 1	1: 1,25
Песчаный и гравелистый влажный	1:0,5	1: 1	1: 1
Супесь	1:0,25	1:0,67	1:0,85
Суглинок	1:0	1:0,5	1:0,75
Глина	1:0	1:0,25	1:0,5
Лессовый грунт сухой	1:0	1:0,5	1:0,5

Крутизна откоса зависит от угла естественного откоса, при кото­ром грунт находится в состоянии предельного равновесия, определяю­щими факторами которого являются угол внутреннего трения грунта, силы внутреннего сцепления и давление вышележащих слоев грунта.