ГРУНТЫ И ИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

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

Свойства и качество грунта влияют на устойчивость земляных сооружений, трудоемкость разработки и стоимость работ. Для выбора наиболее эффективного способа производства работ необходимо учитывать следующие основные характеристики грунтов; плотность, влажность, сцепление, разрыхляемость и угол естественного откоса.

Плотностью называется масса 1 м³ грунта в естественном состоянии (в плотном теле). Плотность песчаных и глинистых грунтов 1,6...2,1 т/м³, а скальных неразрыхленных грунтов до 3,3 т/м³.

Влажность характеризуется степенью насыщения грунта водой, которую определяют отношением массы воды в грунте к массе твердых частиц грунта и выражают в процентах. При влажности более 30% грунты считаются мокрыми, а при влажности до 5% — сухими.

Сцепление определяется начальным сопротивлением грунта сдвигу. Так, сцепление для песчаных грунтов равно 3...50 кПа, для глинистых — 5...200 кПа.

От плотности и сцепления между частицами грунта в основном зависит производительность землеройных машин. Классификация грунтов по трудности их разработки в зависимости от конструктивных особенностей используемых землеройных машин и свойств грунта приводятся в ЕНиР (Сб. 2, вып. 1, разд. I техническая часть, табл. 1 и 2). Так, для одноковшовых экскаваторов грунты подразделяются на шесть групп, для многоковшовых экскаваторов и скреперов — на две и для бульдозеров и грейдеров — на три группы. При разработке грунтов вручную их делят на семь групп.

Как при механизированной, так и при ручной разработке в состав первой группы входят легкоразрабатываемые грунты, а в последнюю группу — трудноразрабатываемые.

Грунт, находящийся в естественном состоянии, разрыхляется в процессе его разработки. При этом объем грунта увеличивается, а плотность уменьшается. Это явление называется первоначальным разрыхлением грунта и характеризуется коэффициентом разрыхления К_р. Этот коэффициент представляет собой отношение объема разрыхленного грунта к объему грунта в естественном состоянии (для песчаных грунтов К_р= 1,08,.. 1,17, суглинистых К_р= 1,14...1,28 и глинистых грунтов К_р = 1,24...1,3).

Уложенный в насыпь разрыхленный грунт под влиянием массы вышележащих слоев грунта или механического уплотнения, движения транспорта, смачивания дождем и т. д. уплотняется. Однако грунт не занимает того объема, который он занимал до разработки, сохраняя остаточное разрыхление, показателем которого является коэффициент остаточного разрыхления грунта К_о.р, значение которого для песчаных грунтов находится в пределах 1,01...1,025, суглинистых — 1,015...1,05 и глинистых —и 1,04...1,09.

Для обеспечения устойчивости земляных сооружений (насыпей, выемок) их возводят с откосами, крутизна которых характеризуется отношением высоты к заложению: h/а=1/т, где т — коэффициент откоса. Крутизна откоса зависит от угла естественного откоса, при котором грунт находится в состоянии предельного равновесия. На угол естественного откоса влияют угол внутреннего трения, сцепления и давление вышележащих слоев грунта. При отсутствии сцепления предельный угол естественного откоса равен углу внутреннего трения. В грунтах, имеющих сцепление, угол естественного откоса изменяется от максимальной величины в верхней части выемки или насыпи до минимальной — в нижней, приближаясь к углу внутреннего трения. В связи с этим откосы высоких насыпей и глубоких выемок устраивают с переменной крутизной, с более пологим очертанием внизу.

Строительными нормами и правилами (СНиП III-8-76) установлены значения крутизны откосов для постоянных и временных земляных сооружений в зависимости от их глубины или высоты. Откосы насыпей постоянных сооружений делают более пологими, чем откосы выемок. Более крутые откосы допускаются при устройстве временных котлованов и траншей. Например, при суглинистых грунтах и глубине выемок до 3 м в постоянных сооружениях крутизна откоса принимается 1:1,25, в постоянных насыпях — 1:1,5, в котлованах и траншеях — 1:0,67.

Из-за того, что некоторые процессы, выполняемые при производстве земляных работ, связаны с пропусканием через грунт электрического тока (осушение электроосмосом, оттаивание током), имеет практическое значение также и электропроводность грунта. Так как минеральные частицы, входящие в состав грунта, обычно не являются проводниками, электропроводность грунта зависит от степени насыщения его влагой.

В процессе производства земляных работ приходится сталкиваться с явлениями замерзания и оттаивания грунта, причем эти процессы могут быть естественными и искусственными. Поэтому имеют значение и теплофизические характеристики грунтов — их теплоемкость и теплопроводность. Они также в большей степени зависят от влажности грунта, так как соответствующие значения для воды значительно выше, чем для минеральных частиц.