Сведения о грунтах и их классификация

Сведения о грунтах и их классификация. При строительстве постоянных и временных сооружений объектом ме­ханизированной разработки, переме­щения и укладки являются грунты. Под грунтом понимают любую горную породу, почву, твердые отходы произ­водственной и хозяйственной деятель­ности человека, которые используют как основание, среду или материал для возведения зданий и инженерных сооружений. Грунт рассматривают как сложную многокомпонентную из­меняющуюся но времени систему, трудность разработки которой земле­ройными машинами зависит от харак­тера структурных связей, происхож­дения, условий образования, грануло­метрического состава, наличия влаги, газов, солей и льда.

По совокупности признаков грунты делятся на классы, группы, подгруп­пы, типы, виды и разновидности (ГОСТ 25100—82).

В зависимости от характера струк­турных связей грунты подразделяют на два основных класса: скальные — с жесткими (кристаллизационными или цементационными) связями и нескальные — без жестких связей.

К скальным грунтам отно­сятся магматические (граниты, дио­риты, базальты, порфиры и др.), ме­таморфические (гнейсы, сланцы, мра­моры, кварциты и др.), осадочные сцементированные (брекчии, песчани­ки, алевролиты, аргеллиты, извест­няки, мел, гипс и др.) породы природ­ного происхождения, а также искус­ственные грунты, закрепленные це­ментными растворами, жидким сили­катом, расплавленным битумом, из­вестью и т. п.

Нескальные грунты охва­тывают песок, супесь, суглинок, глину и лесс (без примесей и с примесями щебня, гальки, гравия или строитель­ного мусора); грунты растительного слоя, черноземы и торфяные грунты (органогенные породы, представляю­щие собой скопление остатков расте­ний, подвергшихся неполному разло­жению в условиях избыточной влаж­ности и затрудненного доступа воз­духа); солончаки и солонцы (грунты, содержащие растворы солей); гравий-но-галечные, щебенистые грунты, а также шлаки.

Песок является рыхлой несцемен­тированной горной породой, состоя­щей из обломков различных минера­лов и пород с преобладанием частиц размером 0,05—2 мм (количество гли­нистых частиц размером до 0,005 мм не превышает 3 %).

Супесь, суглинок и глину относят к глинистым грунтам (грунты с содер­жанием глинистых частиц больше 3%).

Лесс — пористая порода, содер­жащая тонкопесчаные и крупнопыле-ватые частицы размером 0,01—0,1 мм с примесью известковых частиц в виде отдельных кусочков и трубочек.

Щебенистые и гравийно-галечные грунты имеют в своем составе преоб­ладание угловатых и окатанных об­ломков горных пород размером 4— 20 мм.

В зависимости от температуры, и наличия льда грунты подразделяют на немерзлые, морозные (охлажден­ные) и мерзлые.

Немерзлые грунты не содер­жат льда и находятся при положи­тельной температуре. Трудоемкость их разработки с использованием зем­леройных машин нормируется в состо­янии естественной влажности и плот­ности, т. е. когда они не находятся под воздействием грунтовых, проточ­ных и дождевых вод и не расположе­ны в отвалах.

Морозные грунты имеют отри­цательную температуру и не содер­жат льда. Морозные песчаные, галеч­ные, крупнообломочные и скальные грунты по трудоемкости разработки нормируются как немерзлые вследст­вие отсутствия упрочняющих льдоце-ментных связей.

Мерзлые грунты имеют отри­цательную и нулевую температуру и содержат лед, цементирующий мине­ральные частицы. Наличие льда обус­ловливает особенности структуры и специфику физико-механических свойств мерзлых грунтов.

По продолжительности непрерыв­ного пребывания в мерзлом состоя­нии они делятся на кратковременно-мерзлые (часы, сутки), сезонномерз-лые (месяцы), перелетки (1—2 года) и многолетнемерзлые (от нескольких лет до сотен и тысяч лет).

Трудность разработки, перемеще­ния и укладки грунта при возведении земляных сооружений существенно зависит от их прочностных характе­ристик, которые проявляются под воз­действием внешних нагрузок, прикла­дываемых рабочими органами и дви­жителями машин.

Основные прочностные характе­ристики грунтов зависят от структуры (размера, формы и соотношения ча­стиц), текстуры (пространственного расположения частиц независимо от размера), гранулометрического соста­ва (относительного весового содер­жания частиц различной крупности), влажности, плотности, температуры, скорости деформации (длительности времени разрушения).

В настоящее время применительно к разработке грунтов землеройными машинами нашла признание их клас­сификация по категориям в зависи­мости от прочности и классификация по группам в зависимости от трудно­сти разработки.

Одной из наиболее общих является классификация скальных грунтов по коэффициенту крепости (прочно­сти) — обобщенному показателю их сопротивляемости разрушению, раз­работанная М. М. Протодьяконовым. Коэффициент крепости является чис­ленной характеристикой прочностных свойств грунтов.

За единицу крепости скальных грунтов (I—VI категории) принята прочность кубика породы, имеющего сопротивление одноосному сжатию sсж=10 МПа (табл. 1.1). Для не­скальных грунтов (V1а—X катего­рии) коэффициент крепости опреде­лен в виде f = t / sсж + tgrт, где rт = (9...60°).Нескальные грунты по этой клас­сификации имеют коэффициент крепо­сти f

тов осуществляется обычными земле­ройными машинами: экскаваторами, бульдозерами, скреперами, грейде­рами без предварительного рыхления.

Непрочные скальные и мерзлые грунты имеют коэффициент крепости f=2 — 5 и являются породами сред­ней крепости. Разрабатываются обыч­ным землеройным оборудованием после предварительного рыхления ме­ханическими средствами.

Скальные грунты с коэффициентом крепости f > 5 предварительно раз­рыхляют взрывом с дальнейшим пере­мещением землеройными машинами. В ряде случаев при относительно тон­ких прослойках (до 20 см) такие грун­ты можно разрабатывать и механи­ческим способом.

Разделение прочности нескальных грунтов в мерзлом и немерзлом состоя­ниях по коэффициенту крепости вы­полнено с большим усреднением. Для нескальных грунтов предпочтительно использовать классификацию по чис­лу ударов плотномера ДорНИИ, пред­ложенную А. Н. Зелениным, в соот­ветствии с которой грунты разбиты на 8 категорий (табл. 1.2).

Принцип взаимодействия ударника с грунтом основан на общности фи­зической картины резания, определяе­мой максимальными напряжениями всестороннего сжатия в области ре­жущей кромки рабочего органа, и ха­рактером вдавливания наконечника ударника в грунт.

Число ударов динамического плот­номера при погружении в грунт на разрыхления взрывом или рыхлите­лями.

Каждая отрасль строительства предъявляет к грунтам свои требова­ния, поэтому грунт, непригодный для одних сооружений, может с успехом применяться для других. В табл. 1.4 в качестве примера даны рекоменда­ции по применяемости грунтов для дорожного строительства.