Строительная классификация грунтов

Для оценки строительных свойств грунтов производится их классификация согласно СТБ 943-2007, включающая следующие таксаномические единицы, выделяемые по группам признаков:

- класс – по характеру структурных связей;

- группа – по происхождению;

- подгруппа – по условию образования;

- тип – по петрографическому и гранулометрическому составу, числу пластичности;

- вид – по структуре, текстуре, составу цемента и примесей, со­держанию заполнителя и включений, гранулометрическому составу и степени его неоднородности, пористости, относительному содер­жанию органического вещества, степени зольности, по способу пре­образования, степени уплотнения от собственного веса, давности намыва; |

- разновидность – по физическим, механическим, химическим свойствам и состоянию.

В зависимости от характера структурных связей грунты подраз­деляются на два класса:

I С жесткими структурными связями – скальные:

- магматические (интрузивные – гранит, диорит, сиенит, габб­ро, диабаз и др.; эффузивные – липарит, порфир, базальт, туф и др.);

- метаморфические (регионально-метаморфизованные – гнейс, кварцит, сланец; динамометаморфизованные – порфироид, тектони­ческая брекчия);

- осадочные (сцементированные крупнообломочные – конгломе­рат, брекчия, гравелит; сцементированные мелкообломочные – песчаник, туффит; сцементированные пылевато-глинистые – алевро­лит, аргиллит; органогенные – известняк, мергель, мел, опока, диа­томит; хемогенные – гипс, ангидрит, галит);

- искусственные (искусственный грунт – грунт природного проис­хождения, закрепленный или уплотненный различными методами, на­сыпной и намывной, а также твердые отходы производства и быто­вые отходы ) – магматические, метаморфические и осадочные трещино­ватые сцементированные грунты; крупнообломочные, песчаные, пыле­вато-глинистые несцементированные грунты – закрепленные или улуч­шенные (цементация, силикатизация, битумизация, замораживание, термическая обработка и т. д.).

II Без жестких структурных связей - нескальные:

- Осадочные несцементированные (обломочные, крупнообломочные (валунный, галечниковый, глыбовый грунт и др.); обломочные, песчаные (песок); обломочные, пылевато-глинистые (супесь, суглинок, глина); озерные (ил); биогенные (сапропель, торф и др.); почвы);

- искусственные (преобразованные в природном залегании (об­ломочные, биогенные, почвы); насыпные; намывные).

Наиболее распространенным основанием являются обычно пес­чаные и пылевато-глинистые грунты.

Песчаные – состоят из частиц зерен кварца и других минералов крупностью от 0,1 до 2 мм, содержащие глины не более 3% и не обладают свойством пластичности. Пески разделяют по зерновому составу и размеру преобладающих фракций на гравелистые лески d>2 мм, крупные d>0,5 мм, средней крупности d>0,25 мм, мелкие d>0,1 мм и пылеватые d=0,05 - 0,005 мм.

Частицы грунта крупностью от d=0,05 – 0,005 мм называют пылеватыми. Если в песке таких частиц от 15 до 50 %, то их относят к категории пылеватых. Когда в грунте пылеватых частиц больше, чем песчаных, грунт называют пылеватым.

Чем крупнее и чище пески, тем большую нагрузку может выдержать слой основания из него. Сжимаемость плотного песка невелика, но скорость уплотнения под нагрузкой значительна, поэтому осадка сооружений на таких основаниях быстро прекращается. Пески не обладают свойством пластичности.

Гравелистые, крупные и средней крупности пески значительно уплотняются под нагрузкой, незначительно промерзают.

Тип крупнообломочных и песчаных грунтов устанавливается по гранулометрическому составу, разновидность – по степени влажности.

Глинистые – связные грунты, состоящие из частиц крупностью менее 0,005 мм, имеющих в основном чешуйчатую форму, с небольшой примесью мелких песчаных частиц. В отличие от песков глины имеют тонкие капилляры и большую удельную поверхность соприкосновения между частицами. Так как поры глинистых грунтов в большинстве случаев заполнены водой, то при промерзании глины происходит ее пучение.

Глинистые грунты делятся в зависимости от числа пластичности на глины (с содержанием глинистых частиц более 30%), суглинки (10...30%) и супеси (3...10%).

Несущая способность глинистых оснований зависит от влажности, которая определяет консистенцию глинистых грунтов. Сухая глина может выдерживать довольно большую нагрузку.

Тип глинистого грунта зависит от числа пластичности, разновидность – от показателя текучести

Для использования грунтов в строительных целях внешних отличительных признаков недостаточно, каждый грунт имеет свои, только ему присущие строительные свойства, наибольшее значение имеют физико-механические характеристики.

Изучение грунтов в лаборатории и полевых условиях позволяет определять их физико-механические свойства, классифицировать по строительным нормам, определять несущую способность грунта и выполнять необходимые расчеты при проектировании зданий и сооружений.

В зависимости от способа определения физические характеристики подразделяются на две группы:

– прямые – определяются только опытным путем на основе лабораторных исследований;

– производные – определяются только расчетными формулами.

Для использования грунтов в строительных целях внешних отли­чительных признаков недостаточно, каждый грунт имеет свои, толь­ко ему присущие строительные свойства, наибольшее значение име­ют физико-механические характеристики.

Изучение грунтов в лаборатории и полевых условиях позволяет определять их физико-механические свойства, классифицировать по строительным нормам, определять несущую способность грунта и выполнять необходимые расчеты при проектировании зданий и со­оружений.

В зависимости от способа определения физические характеристи­ка подразделяются на две группы:

• прямые - определяются только опытным путем на основе ла­бораторных исследований (ρ (ɣ), ρ_s (ɣ_s), w и др.);

• производные (косвенные) — определяются только расчетными формулами (ρ_d ( _d), S_r, n, e, I_p, I_L, и др.)

Физические значения плотности (ρ, ρ_s, ρ_d) применяют для харак­теристики физических свойств горной породы грунта основания или строительного материала, а также в динамических расчетах основа­ний. Физические значения удельного веса (, _s, _d) используют непо­средственно в расчетах оснований, в частности, при определении природного давления при расчете осадки.

Значения удельного веса, кН/м3, характеризуют отношение веса грунта к занимаемому этим грунтом объему:

 

где g - ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2.

Ниже приводятся расчетные формулы для определения основных производных физических характеристик.

Плотность водонасыщенного грунта ρ_sb (массы единицы объема при естественной пористости под водой) определяется по формуле

)

где ρ, - плотность частиц грунта;

ρ_w- плотность воды;

е - коэффициент пористости.

Плотность сухого грунта ρd (отношение массы твердой компо­ненты грунта при естественной структуре, исключая массу воды в его порах, к занимаемому этой породой объему) рассчитывается по формуле

 

)

 

где ρ - плотность грунта;

w - природная влажность в долях единиц.

 

Число пластичности

I_p= w _L — w_p

где w _L — влажность на границе текучести, %;

w_p - влажность на границе раскатывания, %.

 

Показатель текучести

 

I_L= (w — w_p)/(w _L — w_p)

где w — природная влажность, %;

w _L — влажность на границе текучести, %;

w _p — влажность на границе раскатывания, %.

Степень влажности Sr (влажность, характеризующая степень за­полнения пор грунта водой) вычисляется по формуле

 

)

 

где w — природная влажность в долях единиц;

ρ_s — плотность частиц грунта;

е — коэффициент пористости;

ρ _w, — плотность воды.

Пористость грунта п (суммарный объем всех пор в единице объ­ема грунта)

 

*100

 

где ρ_s — плотность частиц грунта;

ρ_d — плотность сухого грунта.

Коэффициент пористости е (отношение общего объема пор в грунте к объему только грунтовых частиц)

 

 

где ρ_s- плотность частиц грунта;

ρ_d - плотность сухого грунта.

 

Порядок выполнения работы

Установить наименование песчаного грунта по степени влаж­ности и по плотности сложения. Пользуясь таблицами приложения Б, опре­делить значение условного расчетного сопротивления грунта (R₀).

Дано: вид грунта - песок мелкий. Физические характеристики: w = 17 %; ρ = 2,1 г/см³; ρ_s = 2,65 г/см³.

Наименование грунта:

— по плотности сложения, определяемой через коэффициент пористости

е = (1 + w) -1 = (1 + 0,17) -1 = 0,476 - песок плотный (см. приложение А, таблицу А.2);

— по степени влажности S_r = водонасыщенный (см. приложение Б, таблицу Б.4).

Наименование грунта - песок мелкий, плотный, водонасы­щенный.

Расчетное сопротивление песка мелкого, плотного независимо от степени водонасыщения - R₀ = 60 МПа (см. таблицу Б.З).

Необходимо определить число пластичности (I_р), консистен­цию (I_l) глинистого грунта, дать наименование грунта. Пользуясь таблицами приложения В, определить значение условного расчетного сопротивления грунта (R₀).

Дано: вид грунта - глинистый. Физические характеристики: w = 23 %; w_L = 35 %; w_p = 18%; ρ = 1,95 г/см3; ρ_s = 2,71 г/см3.

Наименование грунта:

— по числу пластичности I_p=w _L -w_p= 35 - 18 = 17- суглинок (см. таб­лицу B.I);

 

— по показателю текучести I _L = – тугопластичный (см, таблицу В.2),

Наименование грунта - суглинок тугопластичный.

Для определения R₀ необходимо знать также коэффициент пористости е:

 

e =

 

Расчетное сопротивление Ro находится для значения е - 0,7, затем интерполяция производится по показателю текучести I_L между I_L = 0 и I_L = 1 для значения I_L = 0,294 при е = 0,7. Данные для определения расчетного давления глинистого грунта приведены в таблице В.З.

	IL = 0	IL = 0,294	IL = 1
e=0,7	Ro = 25		Ro = 18

 

Интерполяция по е=0,7 при I_L = 1-0:

 

∆I_L=25-18= 7;

 

∆R₀ = ;

 

R₀=25-2,058= 22,942 МПа;

 

Определить прочностные и деформационные характеристики суглинка тугоплавкого.

Дано: I_p = 17; I_L = 0,294; e = 0,7.

По исходным данным I_L = 0,294 и e = 0,7 из таблицы В.4 находим нормативное значение угла внутреннего трения φ _n =21,5 град, удельного сцепления грунта С_n= 25,5кПа и нормативное значение модуля деформации E_n= 16,5 Мпа.

 

2.3.3 Определение высоты капилярного поднятия, коэфициента фильтрации прибором К_ф и методом Каменского

 

Определение высоты капилярного поднятия, коэфициента фильтрации прибором К_ф.

Под капиллярными свойствами грунтов понимают скорость и высоту капиллярного поднятия в них воды.

Высота капиллярного поднятия, или мощность капиллярной зоны, тем больше, чем больше поверхностное натяжение воды и чем меньше радиус капилляров и плотность воды (закон Жюрена):

где h_k – высота капиллярного Поднятия воды, см; 2α - капиллярная постоянная; r - радиус капилляра, см; ρ_ώ – плотность вода, г/см³; g – ускорение свободного падения, см/с².

Определение капиллярных свойств грунтов имеет большое практическое значение при инженерно-геологических изысканиях на дорожных пучинах, при изысканиях для мелиорации земель, для определения глубины заложения, фундаментов, проектирования гидроизоляции и дренажей.

 

Подготовка к испытанию

1. Обвязать стеклянную проградуировавшую трубку диаметром 2 - 3 см ивысотой 0,5 - 1,0 см с одного конца марлей и наполнить через воронку воздушно-сухим грунтом. Грунт слегка утрамбовать легким постукиванием по трубке резиновым пестиком.

Грунт загружать так, чтобы не происходило сортировки зерен, падающих внутри трубки. Для этого присоединить к концу воронки резиновую трубку и вначале опустить ее на дно стеклянной трубки, а затем, по мере загрузки, приподнимать кверху.

2. Укрепить наполненную песком трубку в штативе.

 

Проведение испытаний

1. Опустить нижний конец трубки в воду на 0,5 – 1,0 см. Указанный уровень необходимо поддерживать в течение всего опыта.

2. Заметив время погружения трубки в воду, следить за скоростью поднятия воды по окраске песка. При неравномерном поднятии воды отсчеты брать по среднему уровню. Считать следует не от погруженного конца трубки, а от поверхности воды.

3. Положение уровня воды h отмечать. сначала через 5, 10, 15, 20, 25 мин, а затем через большие отрезки времени.

4. Данные опыта занести в таблицу 1.

По полученным результатам построить график зависимости высоты капиллярного поднятия воды от времени h_k = f(t).

 

 

Таблица 1 – определение высоты капиллярного поднятия воды

№ опыта	Краткая характеристика грунта	Время от начала опыта	Высота поднятия воды hk, см

 

Рисунок 1 - график зависимости высоты капиллярного

поднятия воды от времени h_k = f (t).