Грунты земляного полотна

Трудность разработки грунтов. Грунт — естественное многокомпонентное образование, слагающее верхние слои земной коры в зоне строительно-технического воздействия, применительно к технологии сооружения железнодорожного земляного полотна представляет собой: объект разработки, характеризуемый показателями сопротивляемости и изменения свойств при отделении от массива; предмет транспортирования, характеризуемый массовыми, объемными и прочими показателями; своеобразный строительный материал, способный принять в сооружении предусмотренные проектом форму и свойства. Сопротивляемость грунтов отделению от естественного массива зависит не только от свойств разрушаемой среды, но и от способов разрушения и условий их применения.

Поэтому в практике строительства выработались классификации грунтов по группам трудности разработки, в соответствии с которыми нормируют затраты труда, машинного времени, расценки и т. д. Группы трудности в обиходе, а иногда и в литературе называют также категориями грунта.

Раздельно-зернистые грунты в немерзлом состоянии можно разрабатывать многими способами, в том числе вручную, поэтому и классификация трудности разработки оказывается сильно дифференцированной. При механизированной разработке грунты подразделяют по группам применительно к экскаваторам одноковшовым и многоковшовым, скреперам, бульдозерам, грейдерам, грейдер-элеваторам, бурильно-крановым машинам и отдельно к рыхлению бульдозерами.

В основном раздельно-зернистые грунты относятся к I—IV группам. Одноковшовыми экскаваторами можно разрабатывать и более прочные раздельно-зернистые, сцементированные или уплотненные грунты V и даже VI групп, например, такие, как аргиллиты, алевролиты, гипс, дресва, плотный мел и т. д.

Вручную грунты II группы разрабатывают лопатами с частичным киркованием, грунты III группы — с применением отбойных молотков, кирок, ломов и т. д. Особо прочные грунты, предназначенные для ручной разработки, относят к разборно-скальным IV_P и V_p групп. Такие грунты отделяют от массива кусками с помощью пневматических отбойных молотков или ручного ударного инструмента (лом, кирки и т. п.).

Типичными грунтами I группы трудности разработки являются растительный грунт без корней и примесей, песок чистый, мягкий, не содержащий примесей, лёсс, легкий суглинок, торф, чернозем, котельный шлак. Однако песок с примесями (при наличии в количестве до 10 % щебня, гравия, гальки или строительного мусора) при разработке скреперами, бульдозерами, грейдерами относят уже ко II группе, а при разработке грейдер-элеваторами— даже к III группе. В случае ручной разработки указанное содержание примесей не увеличивает трудности разработки и песок с ними относят к I группе.

Скальные грунты распределяют по группам на основе времени пробного бурения 1 м цилиндрической выработки или шпура бурильным молотком. Наименьшее время требуется для бурения таких пород, как гипс, мягкий мергель, опока, туф, выветрившийся сланец и т. п.; их относят к IV группе. В XI группу входят наиболее твердые горные породы, например, особо крепкий, не затронутый выветриванием диабаз, мелкозернистый кварц, кремень, кремнистый сланец, микрозернистые, не затронутые выветриванием коренные породы.

Другие плотные скальные грунты относят к промежуточным V...X группам. Грунты V...VI групп условно считают некрепкими, VII...VIII групп — среднекрепкими, IX...XI групп — крепкими и очень крепкими.

Мерзлые грунты классифицируют по группам трудности разработки на основе испытаний, проводимых с помощью станков вращательного бурения и пневмосверл. Смерзание приводит в плотное состояние даже дисперсные грунты, поэтому их, как и немерзлые раздельно-зернистые грунты, делят на четыре группы, но к цифровому обозначению группы добавляют индекс «м» (1_м...IV_м).

Распределение мерзлых грунтов по группам также зависит от способа разработки.

Мерзлый растительный грунт без примесей относят к группе 1_м. Тот же грунт с примесью щебня, гравия или строительного мусора относят к группе 1_M— при копании экскаватором в предварительно разрыхленном состоянии; к группе II_M — при рыхлении клином экскаватора и к группе III_M — при резании машинами с баровой цепью. Объясняется такое различие тем, что отдельные вмерзшие камни существенно затрудняют процесс резания в сравнении со скалыванием.

Можно привести и обратный пример: смерзшуюся жирную глину без примесей при разработке экскаватором в предварительно разрыхленном состоянии и рыхлении клином относят к группе III_M, а при резании баровой установкой — к группе II_M. Этот грунт резанию поддается лучше, чем копанию или скалыванию.

Полную классификацию грунтов по группам трудности разработки можно найти в ЕНиР, сб. Е 2 «Земляные работы», вып. I «Механизированные и ручные земляные работы». Существуют и другие классификации, например, классификация по значению коэффициента резания, применяемая при конструировании землеройных машин.

Скальные породы классифицируют также по величине коэффициента крепости, представляющего собой отношение прочности образца при одноосном сжатии к величине 9,81 МПа, принятой за единицу и соответствующей пределу прочности твердой глины. Коэффициент крепости грунта V группы составляет 3...5, а грунта XI группы достигает 14...20.

Для количественного различения групп трудности разработки грунтов используют приборы. Наиболее прост и надежен способ определения группы трудности разработки (категории грунта) с помощью динамического плотномера, известного также под названием ударника ДорНИИ. Этот прибор (рис. 3.4) представляет собой металлический стержень 1, на котором между двумя ограничивающими буртиками 3 может перемещаться цилиндрический груз 2 массой 2,5 кг. От нижнего буртика до конца стержень образует выступ (наконечник) длиной 100 мм, вертикально внедряемый в грунт.

Рис. 3.4. Динамический плотномер

При падении с полной высоты на нижний буртик груз совершает работу в 10 Дж. Число ударов, при котором наконечник 4 погружается до буртика, дает количественную характеристику сопротивляемости грунта разрушению. Грунты I...IV категорий (немерзлые) и V...VIII категорий (мерзлые) имеют следующие сопротивляемости разрушению: