Основные строительные свойства и классификация грунтов

Грунтами называют породы, залега­ющие в верхних слоях земной коры. К ним относят растительный грунт, пе­сок, супесь, гравий, глину, суглинок, торф, плывуны, различные полускаль­ные и скальные грунты.

По крупности минеральных ча­стиц грунта, их взаимной связи и ме­ханической прочности грунты делят на пять классов: скальные, полускальные, крупнообломочные, песчаные (несвязные) и глинистые (связные).

К скальным грунтам относятся сцементированные водоустойчивые и практически несжимаемые породы (гра­ниты, песчаники, известняки и т.п.), за­легающие обычно в виде сплошных или трещиноватых массивов.

К полускальным грун­там относятся сцемен-тированные поро­ды, способные к уплотнению (мергели, алевролиты, аргиллиты и т.п.) и неводостойкие (гипс и гипсоносные конгло­мераты).

Крупнообломочные грун­ты состоят из несцементированных кус­ков скальных и полускальных пород; обычно содержат более 50% обломков пород размером свыше 2 мм.

Песчаные грунты состоят из несцемен-тированных частиц пород раз­мером 0,05-2 мм; представляют собой, как правило, естественно разрушившие­ся и преобразованные в различной сте­пени скальные грунты; не обладают пластичностью.

Глинистые грунты также яв­ляются продуктом естественного разру­шения и преобразования первичных гор­ных пород, составляющих скальные гру­нты, но с преобладающим размером час­тиц менее 0,005 мм.

Основным объектом разработки в строительстве являются глинистые, песча­ные и песчано-глинистые, а также круп­нообломочные и полускальные грунты, покрывающие большую часть земной поверхности.

К основным свойствам и показателям грунтов, влияющим на технологию про­изводства, трудоемкость и стоимость земляных работ, относятся: плотность, влажность, прочность, сцепление, кусковатость, разрыхляемость, угол есте­ственного откоса и размываемость.

Для повышения производительности машин и снижения трудоемкости не­которых работ (уплотнение грунта во время обратной засыпки пазух котло­ванов, устройство насыпей, тромбование грунта и др.) грунты стремятся доводить до оптимальной влажности, опре­деляемой гранулометрическим составом грунта, требуемой его плотностью, ти­пом применяемых машин и другими фак­торами.

При значительной влажности глини­стых грунтов появляется липкость. Боль­шая липкость грунта усложняет его выгрузку из ковша машины или кузо­ва, условия работы конвейера или передвижение машины.

Прочность грунтов характеризуется их способностью сопротивляться внеш­ним силовым воздействиям. Для оценки прочности горных пород и грунтов пользуются коэффициентом крепости по М. М. Протодьяконову. Косвенными показателями прочности грунтов являются скорость их бурения, а также число ударов ударника ДорНИИ.

Кусковатость разрыхленной массы (гранулометрический состав) характе­ризуется процентным содержанием раз­личных фракций.

Разрыхляемость — это способность грунта увеличиваться в объеме при разработке вследствие потери связи между частицами. Увеличение объема грунта характеризуется коэффициентами первоначального и остаточного разрых­ления. Коэффициент первоначального разрыхления представляет собой от­ношение объема разрыхленного грунта к его объему в природном состоянии. Коэффициент остаточного разрыхле­ния k_р0 характеризует остаточное увеличение объема грунта (по сравнению с природным состоянием) после его уплот­нения. Значение коэффициента k_р0 обычно меньше k_p на 15-20 %.

Угол естественного откоса характе­ризуется физическими свойствами грунта, при котором он находится в состоя­нии предельного равновесия. Величина угла естественного откоса зависит от угла внутреннего трения, силы сцепле­ния и давления вышележащих слоев грунта. Крутизна откосов выемок и насыпей для постоянных и временных земляных сооружений различна. Крутизна отко­сов устанавливается СНиПами.

Все грунты группируют и классифи­цируют по трудности разра­ботки различными землеройными машинами и вручную. Наиболее часто для оценки трудности разработки грун­та используют показатель удельного сопротивления резанию (копанию) К_f.

Удельное сопротивле­ние копанию (резанию) K_f пред­ставляет собой отношение касательной составляющей усилия, развиваемого на режущей кромке ковша землеройного оборудо­вания, к площади поперечного среза грунта. Значение K_f зависит как от свойств и показателей разрабатываемого грунта, так и от конструктивного исполнения рабочего органа землеройного и землеройно-транспортного оборудования.

Профессором Н.Г.Домбровским были пред­ложены шесть групп грунтов:

· I и II — слабые (мягкие) и плотные грунты (чер­нозем, лесс, суглинок);

· III и IV— очень плотные (тяжелые суглин­ки, глины) и полускальные грун­ты (сланцы, алевролиты),

· V и VI — соответственно хорошо и плохо разрыхленные полускальные и скаль­ные грунты.

Указанная группировка грунтов по трудности разработки маши­нами нашла широкое применение в строительстве, на карьерных разработ­ках, в экскаваторостроении; в измененном виде она положена в основу нормиро­вания и расценок земляных работ в су­ществующих ЕНиР.

Группировка грунтов по трудности разработки в ЕНиР составлена отдельно для немерзлых (I-VI группы) и мерз­лых (Iм-IIIм) грунтов, причем грунты перечисляются в алфавитном порядке с указанием средних значений плотнос­ти. Разрыхленные немерзлые грунты нормируются на одну группу ниже, чем эти же грунты в массиве (неразрыхленном состоянии). К V и VI группам отнесены грунты, кроме пестроцветных моренных глин, разрабатывае­мые после предварительного разрыхле­ния.