Строительные свойства грунтов
В строительстве в основном разрабатываются крупнообломочные, песчаные и пылевато-глинистые грунты. На выбор технологии производства работ, трудоемкости и стоимости земляных, буровых и свайных работ оказывают значительное влияние плотность, влажность, прочность, разрыхляемость, кусковатость и другие свойства грунтов.
Влажность грунта оказывает значительное влияние на способ разработки грунта и на способность грунтов к уплотнению. Грунты влажностью до 5% считаются сухими (или маловлажными), свыше 30% — мокрыми, а от 5 до 30% — нормальной влажности.
Влажность, которая соответствует наибольшей (оптимальной) плотности грунта при наименьших затратах труда на уплотнение, называется оптимальной влажностью.
Для повышения производительности машин, снижения трудоемкости работ, а также повышения их качества (уплотнение грунта, устройство насыпей и др.) грунты доводят до оптимальной влажности, которая определяется гранулометрическим составом грунта.
При значительной влажности пылевато-глинистых грунтов появляется липкость, которая усложняет выгрузку грунта из ковша или кузова машины, усложняет работу конвейера и ухудшает условия передвижения машин и транспорта.
Липкостью называют способность грунтов при определенной влажности прилипать к поверхности различных материалов. Липкость является отрицательным свойством грунтов и связана с консистенцией грунта.
Размокаемостъ представляет собой процесс полной или частичной утраты грунтом прочности под действием спокойной воды. Этот процесс характеризуется определенной продолжительностью. О способности грунтов к размоканию необходимо знать при обеспечении устойчивости стенок и откосов котлованов и земляных сооружений, когда имеется возможность их замачивания атмосферными осадками, аварийными сбросами или грунтовыми водами.
Размываемостъ — это разрушение грунтов под действием текучих вод. Размываемостъ зависит от состава грунта, его строения, характера структурных связей, а также степени минерализации и т. д. Размываемостъ характеризуется критической размывающей скоростью водного потока, при которой начинается отрыв отдельных частиц и их перемещение водой.
Глинистые грунты благодаря структурным связям менее подвержены размыву, чем мелкозернистые пески и пылеватые грунты.
Данные о размываемости грунтов необходимы для проектирования водоотводных канав и каналов, а также откосов земляных сооружений.
Тиксотропия — это переход геля в золь при динамическом воздействии на грунт и обратно после прекращения этого воздействия. Тиксотропные явления характерны для глинистых грунтов с коагуляционными связями.
При нарушении структурных связей в результате механического воздействия (вибрация, динамические нагрузки, знакопеременные давления) тиксотропное разрушение может быть полным (разжижение) или частичным (размягчение).
Знание тиксотропных свойств грунтов необходимо при погружении свай, буровых работах, приготовлении глинистых растворов, а также при устройстве фундаментов и подземных сооружений способом «стена в грунте».
Набухание — это способность грунтов увеличиваться в объеме в результате поглощения воды. Набухание характеризуется коэффициентом набухания, представляющим собой отношение объема грунта после набухания к первоначальному объему.
ю
Разрыхляемость — это способность грунта увеличиваться в объеме при разработке вследствие потери связи между частицами, при этом плотность грунта уменьшается. Увеличение объема грунта характеризуется коэффициентами первоначального и остаточного разрыхления. Коэффициент первоначального разрыхления определяют по формуле
Кр ~ QP /Q, (2.1)
где Qp — объем разрыхленного грунта;
Q — объем того же грунта в природном состоянии.
Коэффициент первоначального разрыхления грунтов КР, составляет:
песчаных……………………………………………… 1,08-1,2
пылевато-глинистых………………………….. 1,2 — 1,3
полускальных и скальных при взрывании:
«на встряхивание» ……………………….. 1,1 — 1,2
«на развал» ……………………………………….. 1,25-1,6
Разрыхленный грунт, уложенный в земляное сооружение, уплотняется. Однако такой грунт не занимает первоначального объема, который он имел до разработки, и сохраняет некоторое разрыхление, характеризуемое коэффициентом остаточного разрыхления Кор, значение которого для песчаных грунтов находится в пределах 1,01-1,025; суглинистых 1,015-1,05 и глинистых 1,04-1,09.
Величина коэффициента Ко р обычно меньше Кр на 15-20%.
При устройстве различного рода выемок и насыпей важно знать допустимую крутизну откосов, которая связана с понятием угла естественного откоса.
Грунты классифицируют по трудности разработки в зависимости от типа применяемой машины. Классификация грунтов по трудности разработки в ЕНиР составлена отдельно для немерзлых (I-VI группы) и мерзлых (1м — IVm) грунтов. Разрыхленные немерзлые грунты нормируют на одну грунпу ниже, чем эти же грунты в массиве, т. е. в неразрыхленном состоянии. В ЕНиР (Сб. 2. Земляные работы. Вып. I, 1986 г. разд. 1. Техническая часть, табл. 1 и 2) дана классификация грунтов по трудности их разработки в зависимости от видов землеройных машин и свойств грунта.
По трудности погружения свай молотами грунты разделяют на две группы:
I — почвы (растительный слой грунта), торф, пластичные и текучие супеси, суглинки и глины от тугопластичных до текучих лессы от мягкопластичных до текучих без включения гравия и гальки (дресвы и щебня) или с содержанием их до 10 %;
II — пески различной крупности от рыхлых до плотных, песок пылеватый, насыщенный водой, гравий, супеси твердые, суглинки и
И
глины, твердые и полутвердые, твердые лессы без крупных включений или с содержанием в них до 30% гравия и гальки (дресвы и щебня) крупностью фракции до 100 мм, также грунта I группы с включением гравия и гальки от 10 до 30 %.
При использовании буронабивных свай грунты классифицируют в зависимости от устойчивости стенок скважин и трудности бурения грунтов различными способами.
По устойчивости скважин грунты делятся на две группы:
— устойчивые — глинистые маловлажные грунты (твердые и полутвердые суглинки и глины, твердые супеси), а также скальные неразрушенные грунты;
— неустойчивые — насыщенные водой, пылевато-глинистые грунты, плывуны, крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем, пески и разрушенные скальные грунты.
Различные грунты имеют различную электропроводность, которая имеет практическое значение при выполнении технологических процессов, связанных с пропусканием через грунт электрического тока (осушение грунтов и погружение опускных колодцев с помощью электроосмоса, оттаивания грунтов, закрепление грунта с использованием электрического тока и др.).
В процессе производства земляных работ приходится иметь дело с явлениями замерзания и оттаивания грунта, а также с закреплением грунтов термическим способом. Поэтому при проектировании
производства работ имеют значение термодинамические характеристики грунтов — их теплопроводность и теплоемкость. Эти характеристики в большей степени зависят от состава и влажности грунта.