Как влияет увеличение влажности грунта на его строительные свойства

Обновлено: 05.10.2024

В строительном производстве грунтами называют породы, залегающие в верхних слоях земной коры и представляющие собой главным образом рыхлые и скальные породы.

Свойства и качество грунта влияют на устойчивость земляных сооружений, трудоемкость переработки и стоимость работ. При выборе наиболее эффективного способа производства работ необходимо учитывать следующие основные характеристики фунтов: плотность, влажность, липкость, разрыхленность, сцепление, угол естественного откоса, а также трудность разработки.

Плотностью называют массу 1 м3 фунта в естественном состоянии (в плотном теле). Плотность песчаных и глинистых фунтов составляет 1,6. 2,1 т/м3, а скальных неразрьгхленных грунтов —до 3,3 т/м3.

Влажность характеризуют степенью насыщения грунта водой, которую определяют отношением массы воды в грунте к массе твердых частиц грунта. При влажности более 30% фунты считают мокрыми, а при влажности до 5% - сухими.

Липкость - способность фунта при определенной влажности прилипать к поверхности различных предметов. Большая липкость усложняет выфузку фунта из ковша машины или кузова, условия работы транспорта и др. Липкость определяют усилием, необходимым для отрыва прилипшего предмета от грунта (для глин до 0,05 МПа).

Разрыхляемость - способность фунта увеличиваться в объеме в процессе его разработки. При этом плотность фунта уменьшается. Это явление называется первоначальным разрыхлением фунта и характеризуется коэффициентом разрыхления kр. Этот коэффициент представляет собой отношение объема разрыхленного фунта к объему грунта в естественном состоянии (для песчаных кр — = 1,08. 1,17, суглинистых kр = 1,14. 1,28 и глинистых фунтов Ар =1,24. 1,3).

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

Сцепление характеризуют начальным сопротивлением фунта сдвигу, оно зависит от вида фунта и его влажности. Так, сила сцепления для песчаных фунтов составляет 0,03. 0,05 МПа, для глинистых - 0,05. 0,3 МПа.

Угол естественного откоса характеризуется физическими свойствами фунта, при котором он находится в состоянии предельного равновесия. Для обеспечения устойчивости земляных сооружений (насыпей, выемок) их возводят с откосами, крутизна которых определяется отношением высоты к заложению: h/a = l/m, где т - коэффициент откоса (рис. 5.1, а, д). Крутизна откоса зависит от угла естественного откоса.

Удельное сопротивление резанию зависит как от свойств и показателей разрабатываемого фунта, так и от конструктивного исполнения рабочего органа землеройного или землеройно-транспортного оборудования. С учетом этого в строительном производстве фунты по трудности их разработки классифицируют в фуппы (ЕНиР 2-1-1, табл. 1 и 2). Так, для одноковшовых экскаваторов грунты подразделяют на шесть, для многоковшовых экскаваторов и скреперов - на две, для бульдозеров и грейдеров - на три группы. При разработке фунтов вручную их делят на семь групп. Как при механизированной, так и при ручной разработке в состав первой группы входят легко разрабатываемые грунты, а в последнюю - трудно разрабатываемые.

Виды земляных работ.

Основными процессами переработки грунта, в результате которых создаются земляные сооружения проектных параметров: разработка грунта, его перемещение и укладка. До начала разработки грунта выполняются подготовительные процессы, а в процессе возведения земляных сооружений и до них выполняются вспомогательные процессы (разбивка земляных сооружений; водоотлив и водопонижение УГВ; крепление стенок выемок; закрепление грунтов). Комплекс этих процессов называется земляными работами.

Переработку грунта ведут различными способами:

1) механическим (при помощи машин, отделяющих грунт от земляного массива резанием);

2) гидромеханический (напором водяной струи или всасыванием грунта вместе с водой; используется при больших объемах работ, необходимости устройства насыпей с минимальной осадкой);

3) взрывным (используются взрывные вещества; рыхлят скальные породы с последующей их разработкой землеройными машинами и скалоуборочными механизмами);

4) ручным (при мелких и рассредоточенных объемах работ с использованием специального инструмента и средств малой механизации);

5) комбинированным (сочетание нескольких способов).

При проведении земляных работ должна обеспечиваться устойчивость земляных сооружений (способность сохранять размеры и проектную форму под действием нагрузки). Устойчивость зависит от угла естественного откоса (опр. опытным путем), Для обеспечения устойчивости земляных сооружений их возводят с откосами, крутизна которого опр. отношением высоты к заложению: h/a=1/m, m-показатель крутизны откоса.

Выбор средств механизации зависит от объема работ, местных топографических и грунтовых условий, сроков выполнения и на основании анализа ТЭП работы землеройных машин.

Разработка грунта одноковшовыми экскаваторами (Э.) ведется забоями:

1) Э. с прямой лопатой используются для разработки грунтов, расположенных выше уровня стоянки Э. с погрузкой на транспортное ср-во.

2) Э. с обратной лопатой используются при разработке грунтов, расположенных ниже уровня стоянки Э и преимущественно при рытье небольших котлованов и траншей;

3) Э-драглайн – для разработки грунта, расположенного ниже уровня стоянки Э.; при рытье глубоких котлованов, широких траншей, возведения насыпей, разработка грунта из-под воды и т.п.;

4) Э-грейфер – для рытья колодцев, узких глубоких котлованов, траншей.

Скреперами выполняется отрывка котлована и планировка поверхности (набирается грунт различными способами и перемещается по разным траекториям движения).

Бульдозеры – разработка грунта в неглубоких и протяженных выемках и резервах для перемещения его в насыпи; дальность перемещения до 100м; можно использовать для устройства обратной засыпки траншей и пазух котлованов, для разравнивания и планировки грунта Разработка ведется ярусами от начала выемки к середине.

Уплотнение грунта – выполняют при планировочных работах, возведении различных насыпей, обратной засыпке траншей и пазух котлованов. Уплотнение ведется различными катками. Сначала грунт разравнивается, далее уплотняется путем последовательных круговых проходок катка по всей поверхности.

Грейдеры – используются для планировки полотна дорог и откосов по ним.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.



Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.


Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Характерные свойства грунтов длительное время воспринимать внешние нагрузки при деформациях оснований, не препятствующих нормальной эксплуатации зданий и сооружений, называют их строительными свойствами.

Под действием внешней нагрузки в грунте происходит уплотнение — уменьшение объема пор в результате переупаковки минеральных частиц, а также их взаимного перемещения. Процессы деформаций осложняются из-за наличия сил сцепления между отдельными минеральными частицами и содержания в порах грунта воды, находящейся во взаимодействии с этими частицами.

Крупнообломочные грунты под нагрузкой уплотняются мало. Их несущая способность велика, что объясняется высоким сопротивлением сдвигу. Кроме того, они обладают высокой водопроницаемостью и слаборазмываемы. Насыщение водой практически не оказывает влияния на их строительные свойства.

Несущая способность песков, состоящих из отдельных не связанных между собой зерен, определяется сопротивлением их сдвигу. Она тем больше, чем шероховатее и крупнее зерна и чем более плотно они расположены. Увлажнение песков приводит к уменьшению их несущей способности, причем влияние этого фактора повышается с уменьшением крупности песков.

Под действием давления сооружения на водонасыщенные песчаные грунты происходят отжатие воды из пор и уменьшение их объема, а следовательно, осадка основания. Песчаные грунты обладают высокой водопроницаемостью, в связи с чем отжатие воды из пор и осадка основания происходят за короткий период. Это является ценным свойством песчаных оснований, так как осадка сооружений происходит преимущественно в процессе строительства, что улучшает условия эксплуатации сооружений.

Важной характеристикой строительных свойств песков является угол внутреннего трения φ. Он возрастает с увеличением их плотности, размеров, твердости и угловатости частиц и уменьшается с повышением влажности, а также при сотрясениях, возникающих при сильных землетрясениях, взрывах и воздействии вибрации. Угол внутреннего трения песка изменяется в зависимости от его плотности от 25 до 45° при средних значениях 30—35°.

Плотность сложения сыпучих грунтов имеет первостепенное значение для оценки их строительных свойств при выборе оснований сооружений. О плотности сложения можно судить по коэффициенту пористости грунта е . Чем больше изменение этого коэффициента в заданном диапазоне изменения давления, тем большей сжимаемостью обладает грунт.

В глинистых грунтах кроме свободной воды содержится связанная вода, покрывающая отдельные частицы. При увлажнении грунтов пленки связанной воды утолщаются, расстояния между частицами увеличиваются, грунт набухает и переходит из твердого состояния (твердой консистенции) в пластичное (тестообразное), а затем и в текучее, т. е. приобретает свойства вязкой жидкости. Такие переходы сопровождаются резким падением несущей способности грунтов. Это обстоятельство следует учитывать при проектировании и возведении фундаментов сооружений.

Значения характеристик сдвига глинистых грунтов изменяются в широких пределах. Они во многом зависят от их структуры, влажности, гранулометрического и минералогического составов и пр. Степень уплотнения глинистых грунтов характеризуется их консистенцией, т. е. способностью противостоять пластическому изменению формы.

Осадка глинистых грунтов под нагрузкой продолжается в течение длительного времени (годы и даже десятилетия), что объясняется малой водопроницаемостью таких грунтов (особенно глин), затрудняющей отжатие воды из их пор. С этим приходится считаться при использовании глин в качестве оснований сооружений.

На строительные свойства глинистых грунтов отрицательно влияет также низкая температура. При замерзании воды в грунте происходит его пучение (подъем поверхности), что может повлиять в неблагоприятном отношении на устойчивость фундаментов.

Модуль деформации грунтов может изменяться в больших пределах. Для грунтов, используемых в качестве естественных оснований, его значения в зависимости от крупности и плотности сложения песков и консистенции глинистых грунтов колеблются примерно от 5 до 50 МПа, а иногда и больше.

В общей деформации грунтов упругие деформации носят линейный характер, а остаточные — нелинейный. Для плотных или обладающих большой структурной прочностью грунтов первостепенное значение имеют упругие деформации. Для таких грунтов прогноз осадок методами теории упругости дает наибольшее совпадение с фактическим состоянием. Наоборот, чем меньше структурная прочность грунтов или чем меньше плотность сложения, тем большее значение приобретают остаточные деформации и тем больше будет отклонение прогнозируемых осадок от фактических.

Деформации, связанные с повышением влажности


Опытами установлено, что максимальная влажность водонасыщения зависит от нагрузок, уменьшаясь с их ростом и при том особенно интенсивно в области сравнительно небольших нагрузок. Эта влажность зависит также от вида грунта, снижаясь с увеличением его связности (табл. 6). За единицу в табл. 6 приняты оптимальные влажности грунтов.
Набухание может быть вызвано притоком воды не только сверху, но и снизу — от уровня грунтовых вод. Перемещение влаги по объему грунта происходит благодаря силам физико-химического взаимодействия между минеральной частью грунта и водой. Эти силы значительны, и потому, как известно, движение влаги может происходить в сторону, обратную действию силы тяжести, т. е. вверх. Молекулы воды стремятся равномерно распределиться по поверхностям гидратируемых ею частиц. Поэтому в тех местах, где частицы оказываются чрезмерно сближенными, происходит их расклинивание, что и приводит к набуханию грунта. Набухание продолжается до тех пор, пока расклинивающее давление не исчезнет, т. е. пока толщина водных пленок вокруг частиц грунта не возрастет до пределов, при которых с учетом действующих нагрузок они не смогут уже быть удержаны силами физико-химического взаимодействия. Поэтому чем меньше до водонасыщения была влажность грунта, тем большее количество влаги поступает в грунт во время этого процесса, и, следовательно, при прочих равных условиях можно ожидать тем большего набухания. Поэтому набухание не происходит в случаях, когда влажности грунтов больше пределов, при которых вся вода находится в связанном состоянии.

Деформации, связанные с повышением влажности


Опытным путем выяснялось влияние на набухание начального состояния грунта. В результате установлено, что при отсутствии нагрузок набухание практически не происходит при влажности грунтов, равных или больших их предела пластичности Wр. Набухание возрастает с уменьшением влажностей и увеличением плотностей грунтов, т. е. факторов, влияющих на толщину водных пленок и те свободные объемы в грунтах, которые могут быть заняты водой при их водонасыщении. Оказалось, что уменьшение влажности повышает набухание в большей мере, чем увеличение плотности.
Набухание — это процесс, который протекает во времени со сравнительно небольшими скоростями. Скорость набухания, так же как и скорость осадок грунтов, зависит от скорости водонасыщения. Однако в связи с тем что, как правило, набухают только плотные грунты, водонасыщение которых происходит медленно, то и скорость набухания значительно ниже скорости осадок. Набухание более влажных грунтов завершается быстрее, чем набухание менее влажных. Так, например, при влажности грунта, близкой к 0,80W0 процесс набухания заканчивается за время, которое в 5 раз больше времени, необходимого для завершения этого процесса у того же грунта, имеющего ту же плотность, но взятого при влажности около 0,95W0. Однако при этом надо учесть, что величина набухания у более сухого грунта оказалась в 3 раза больше, чем у более влажного.
Действующие на грунты нагрузки снижают набухание, поэтому грунты земляного полотна, находящиеся под воздействием нагрузок, набухают меньше, чем те же грунты, на которые нагрузки не действуют.
Представляют интерес те напряжения, которыми полностью подавляется набухание. При таких напряжениях внешняя нагрузка уравновешивает интегральное значение вертикальных составляющих давлений, расклинивающих отдельные частицы и агрегаты этих частиц.

Деформации, связанные с повышением влажности


Опыты позволили получить график, представленный на рис. 20. Испытывались грунты, содержащие глинистые частицы в количествах 26—30%, которые состояли главным образом из минералов гидрослюдистой группы. Грунты уплотняли до плотности, соответствующей объему пор, занятого воздухом, равному 5%. Наряду с напряжениями на графике представлены соответствующие им толщины деятельных слоев, расположенных выше масс грунта и дорожной одежды. В данном случае под деятельным слоем понимается такая толщина слоя, в которой напряжения ниже величины, полностью подавляющей набухание. Грунт, расположенный глубже нижней границы этого слоя, уже не набухает. Из графика видно, что зависимость подавляющих набухание грунта напряжений, а следовательно, и соответствующих им толщин деятельных слоев от влажности грунтов может быть принята линейной.
Установлено, что если зависимость набухания ОТ напряжения пригрузки построить в относительных единицах, то для всех грунтов она может быть отображена одной кривой (рис. 21). Кривая рис. 21 построена па основании многочисленных опытов, поставленных на связных грунтах разного гранулометрического и минералогического составов, а также на несвязных грунтах. Отклонения отдельных частных значений от тех средних, которые определяются кривой, не превышали 10—15%, что указывает на достаточную достоверность проведенного обобщения и возможность использования этой кривой в качестве расчетной при прогнозировании возможного набухания грунта.
Набухание грунтов одного и того же генезиса зависит от содержания в них глинистых частиц (рис. 22). Грунты были уплотнены до состояний, при которых объем пор, занятый воздухом, был везде одинаковым и равным 5%. Из графика видно, что с повышением содержания в грунтах глинистых частиц относительное набухание возрастает и притом более интенсивно при низких влажностях. Содержание в грунтах пылеватых частиц не оказывает заметного влияния на приведенные зависимости.

Деформации, связанные с повышением влажности


Минералогический состав глинистой фракции грунтов оказывает влияние на их набухание, что установлено в результате опытов, при которых сравнивалось поведение грунтов как одинакового гранулометрического состава, так и имеющих одинаковую удельную поверхность.
Наибольшая склонность к набуханию свойственна монтмориллонитовым грунтам, что, по-видимому, объясняется подвижностью кристаллической решетки их глинистой фракции. В среднем можно полагать, что набухание монтмориллонитовых грунтов вдвое больше, чем каолинитовых и гидрослюдистых. Существенных различий в набухании гидрослюдистых и каолинитовых грунтов не обнаружено, а при равной удельной поверхности набухание этих грунтов одинаково.
Полученные данные позволяют разработать метод прогноза возможных поднятий дорожной одежды из-за набухания грунтов. Основой такого метода должны служить результаты лабораторных испытаний на набухание образцов грунта. Эти испытания надо проводить при тех влажностях и плотностях, которые имеет грунт в природных условиях.
Для переноса результатов лабораторных испытаний на грунты земляного полотна необходимо учесть различия, которые имеются при этих испытаниях и работе грунтов в натурных условиях. Самый простой способ учета этих различий — установление корреляционной связи, что может быть сделано на основании достаточного количества опытов.
Испытания грунтов па набухание лучше проводить без нагрузки. Для этой цели могут быть использованы кольцевые формы (рис. 23). Формы имеют нижнюю неразборную часть, в которой помещается водяная камера. Камера посредством резиновых трубок соединяется с водяным резервуаром и атмосферой. Вода из водяной камеры через отверстия в днище формы поступает к нижней части образца грунта. На поверхность грунта устанавливается штамп, через который при необходимости производится его пригрузка. В штамп упираются ножки индикаторов, которыми измеряется поднятие поверхности грунта при набухании или морозном пучении. Относительное набухание (поднятие) определяется как частное от деления его абсолютной величины на высоту образца.

Деформации, связанные с повышением влажности


На основе рис. 20 и 21 можно получить кривые рис. 24, а. При построении этих кривых общая толщина деятельного слоя грунта была разделена на отдельные участки, для которых и определялась величина набухания. Каждая кривая представляет собой сумму этих частных значений. Кривые построены для трех значений влажностей и характеризуют зависимость набухания от толщины слоя грунта, подвергавшегося увлажнению. Набухание выражено в процентах от значения, соответствующего ненагруженному грунту. Это значение и определяется в результате лабораторных испытаний. График может быть использован для определения набухания или, что то же, поднятия поверхности при любой толщине слоя грунта, который подвергается увлажнению. Толщина дорожной одежды принята равной 0,5 м. Кривые графика устанавливают суммарное набухание грунта для всей толщины слоя с учетом различия относительных значений набухания по глубине. Эти различия возникают в связи с тем, что нагрузка создается расположенными выше массами грунта и дорожной одежды и потому является функцией глубины.
Деформации дорожных покрытий определяются неравномерностью их поднятия, которая, однако, в какой-то мере зависит от абсолютной величины поднятия.
Поэтому для практических целей важно установить максимальные поднятия дорожной одежды, которые могут быть при набухании грунтов разных влажностей.
Зависимость максимальных (предельных) поднятий от влажности грунтов представлена рис. 24, б. Этот график построен в результате использования кривых рис. 24, а. Нанесена также прямая Hд, которая устанавливает увеличение толщины деятельного слоя с уменьшением влажности грунтов. Этот график относится к связным грунтам.

Деформации, связанные с повышением влажности


Таким образом, набухание может происходить, если влажность грунта менее предела пластичности, а грунт уплотнен так, что повышение его влажности до этих пределов невозможно без увеличения пор, т. е. без некоторого его разуплотнения.
Низкие влажности грунтов характерны преимущественно для южных районов IV и V дорожно-климатических зон. При низких влажностях получить высокие плотности грунтов чрезвычайно трудно. Такие плотности могут быть достигнуты до сравнительно небольшой глубины под движением автомобилей в течение длительного времени. Поэтому набухание грунтов относится к не очень распространенным видам деформаций. Несравнимо более часты деформации, связанные с осадками грунтов.
Набухают не все виды грунтов. Набухание практически отсутствует в пылеватых грунтах, в том числе лёссовидных. Это объясняется тем, что даже при больших плотностях в этих грунтах имеется достаточное количество пор, занятых воздухом. В южных районах России лёссовидные грунты и, в частности, их несвязные виды широко распространены, и поэтому набухание грунтов в этих районах — сравнительно редкий вид деформации.
Вместе с тем в некоторых южных странах, например в Индии, деформации дорожных покрытий, связанные с набуханием грунтов, имеют большое распространение. Эти деформации возникают в период дождей, т. е. в результате обильного смачивания сильно высушенных перед тем грунтов и быстрого проникания в них влаги. Поэтому при проектировании земляного полотна приходится предусматривать специальные меры, направленные на предупреждение или уменьшение набухания грунтов. Наиболее распространено укрепление верхних слоев грунта земляного полотна известью, цементом или гранулометрическими добавками.
Таким образом, начальное состояние грунта определяет те деформации, которые возникнут при воздействиях на него влаги. Большое влияние здесь оказывает плотность грунта, в зависимости от значения которой могут происходить осадки или набухание.
На основании большого числа опытов установлено, что как осадки, так и набухание находятся в линейной зависимости от плотности (рис. 25). Плотности грунтов, определяемые точками А, В и т. д., являются стабильными плотностями, соответствующими разным значениям действующих нагрузок. Если фактические плотности грунта меньше стабильных, то происходит осадка, величина которой обратно пропорциональна плотности и не зависит от начальной влажности грунтов при условии, что эта влажность ниже максимальной влажности водонасыщения. Если начальные влажности грунтов превышают максимальную влажность водонасыщения, то определяемое таким графиком конечное состояние может быть достигнуто только по удалении избытков воды и потому получаемые в итоге осадок плотность и влажность определяются фильтрационной способностью грунта и продолжительностью действия нагрузок.

Деформации, связанные с повышением влажности


Зависимость набухания от влажности на графике отображена пучком прямых, каждая из которых соответствует определенной влажности грунта. Прямые пересекаются в одной точке. Эти положения соблюдаются с точностью 2—3%.
Большой интерес представляют стабильные плотности. Грунты, которым придана такая плотность, в процессе водонасыщения не деформируются, т. е. в данном случае отсутствуют их осадки и набухание. Плотность грунта остается неизменной, а влажность может несколько увеличиться. Из рис. 19 видно, что стабильные плотности при обычно действующих на грунт нагрузках имеют сравнительно небольшие значения. Так, глубине, равной 1 м, где напряжение при движении автомобилей составляет 0,6—0,7 кгс/см2, соответствует стабильная плотность 0,92δmax. Такая небольшая плотность обеспечивает полную устойчивость грунтов при их увлажнениях. Однако она совершенно недостаточна при морозных воздействиях.

Деформации, связанные с повышением влажности


Водонасыщение, как правило, приводит к снижению сопротивляемости грунтов внешним нагрузкам, что и является причиной осадок. То же наблюдается и в результате набухания. Исключением из этого правила служат грунты, которые в процессе водонасыщения находились под действием весьма больших нагрузок, превышающих 1,5—2,0 кгс/см2, т. е. нагрузок, значительно больших тех величин, которые характерны для земляного полотна автомобильных дорог. Пылеватые и лёссовидные грунты, хорошо уплотненные перед водонасыщением [до плотности (0,95—1,1)δmax] и потому в результате водонасыщения никаких деформаций не претерпевшие, также снижают свою сопротивляемость внешним нагрузкам.
Снижение сопротивляемости грунтов может быть оценено отношением модулей деформаций, измеренных непосредственно после водонасыщения, но уже после того, как связанные с этим процессом деформации произошли (Е'0), к тем значениям модулей, которые имели грунты до водонасыщения, т. е. в конце процесса консолидации (Eо). Полученные опытным путем значения таких отношений модулей деформаций представлены в табл. 7. Из таблицы видно, что чем выше была плотность грунта δ/δmах при уплотнении, тем больше относительное значение модуля деформации, которое устанавливается после водонасыщения грунта и связанных с этим водонасыщением деформаций.
В земляном полотне автомобильных дорог изменения в состоянии грунтов являются всегда сезонными. За водонасыщением в большинстве районов России следуют морозные воздействия, во время которых грунты претерпевают новые изменения, а в некоторых южных районах, где промерзание грунтов отсутствует, происходит их осушение. В результате таких сезонных изменений влажностей и плотностей возникает замкнутый цикл, при котором в определенное время года грунты приходят к одному и тому же состоянию. В связи с этим представляет интерес упрочнение грунтов со временем. Благодаря такому упрочнению несмотря на периодически возникающие одинаковые состояния грунтов, способность их сопротивляться внешним нагрузкам может циклически не повторяться, а систематически возрастать, так как под действием нагрузки грунты приобретают не только сцепление упрочнения, но и повышается их предел прочности и модуль деформации.
Некоторое представление об упрочнении грунтов могут дать приведенные в табл. 8 значения относительных модулей деформаций. Здесь Е'0 то же, что и в табл. 7, a E0 — модуль деформации таких же, но только что сформованных образцов при той же влажности и уплотненных до получения такой же плотности, которую приобрели другие образцы грунтов, прошедшие процессы консолидации и водонасыщения. Из анализа таблицы становится очевидным наличие процесса упрочнения. Он особенно характерен для грунтов, начальная плотность которых была ниже стабильных плотностей, т. е. когда были осадки грунта. В случаях, когда плотность грунта была выше стабильных значений и деформации практически отсутствовали, упрочнение развилось в результате улучшения структуры грунта. Упрочнение зависит от нагрузки, увеличиваясь с ее повышением. При малых нагрузках, характерных для верхних слоев земляного полотна, оно незначительно или отсутствует полностью.

Грунт представляет собой естественную среду, в которой размеща­ется подземная часть зданий и сооружений. Грунтами в строительстве называют породы, залегающие в верхних слоях земной коры и пред­ставляющие собой главным образом рыхлые и скальные породы. Раз­личают следующие основные виды грунтов: песок, супесь, суглинок, глина, лессовый грунт, торф, гравий, растительный грунт, различные скальные и уплотненные грунты. От строительных свойств грунтов за­висит прочность и устойчивость возводимых сооружений, методы про­изводства, трудоемкость и стоимость работ.

При выборе методов производства земляных работ необходимо учитывать следующие основные характеристики грунтов: плотность, влажность, липкость, разрыхленность, сцепление, угол естественного откоса, сложность (трудоемкость) разработки. В зависимости от этих характеристик грунты в строительстве рассматривают сточки зрения:

■ пригодности в качестве оснований различных зданий и сооружений и размера допускаемой на них нагрузки;

■ возможности их использования в качестве постоянных сооружений, т. е. как материала для устройства насыпей и выемок;

■ целесообразности или возможности применения того или иного метода разработки грунтов.

Песчаные грунты - сыпучие в сухом состоянии, не обладают свой­ством пластичности. Они водопроницаемы, при определенной скорости течения воды размываются, с изменением влажности меняется и объем песка. Наибольший объем имеет песок во влажном состоянии (все пространство между частицами заполнено водой), наименьший объем имеет песок насыщенный водой (более тяжелый песок осел на дно, вода выдавила из пор воздух и сама поднялась в верхние слои),
промежуточное положение занимает песок в сухом состоянии (свобод­ное пространство между частицами заполнено воздухом).

Глинистые грунты - связные и обладающие свойством пластично­сти. Глины сильно впитывают воду и при этом сильно разбухают. При замерзании вода увеличивается в объеме до 9%, благодаря чему гли­нистые грунты сильно пучатся, при высыхании грунты, наоборот, с трудом отдают влагу, уменьшаются в объеме и трескаются. Во влаж­ном состоянии глина пластична и почти водонепроницаема, с увеличе­нием влажности сцепление частиц глины уменьшается, и глина легко размывается проточной водой.

Суглинокимеет свойства глины, супесь - песка, но в значительно меньшей степени. В глинистых грунтах особо выделены лессовидныегрунты. В сухом состоянии лесс обладает значительными прочностью и твердостью, но при соприкосновении с водой легко ее впитывает, при этом расплывается, сильно уменьшается в объеме, резко теряет несущую способность, становится просадочным.

Гранулометрический состав грунта.В зависимости от среднего размера частиц, мм, составляющих грунт, их подразделяют на:

Пески, в свою очередь, подразделяют на: мелкий - более 50% объ­ема составляют частицы размером 0,1. 0,25 мм; средний - то же, час­тицы 0,25 . 0,5; крупный - 0,5. 3 мм.

Важным компонентом большинства грунтов является наличие в них глинистых частиц. Грунты, в зависимости от содержания в их объеме глинистых частиц подразделяются: пески - 60%.

Влажность грунтахарактеризуют степенью насыщения грунта водой и определяют отношением массы воды в грунте к массе твер­дых частиц грунта. В зависимости от влажности, грунты подразделяют на маловлажные (до 5%), влажные (до 30%), насыщенные водой (> 30%). Воду, находящуюся в порах влажных и насыщенных водой грунтов, называют грунтовой.

Коэффициент фильтрации грунта. Скорость движения грунто­вых вод зависит от пористости грунта; она различна для разных грун­тов и пород и поэтому характеризует водопроницаемость этих грун­тов. Скорость движения грунтовой воды, (м/сут) называют коэффици­ентом фильтрации грунта. Чем меньше размер частиц грунта, тем меньше и поры между этими частицами, а значит и скорость фильтра­ции воды между ними и наоборот. Коэффициенты фильтрации для различных грунтов, м/сут: глина - 0; суглинок - 3 грунта в естественном со­стоянии, т. е. в плотном теле. От плотности и силы сцепления частиц грунта между собой зависит производительность строительных машин. Плотность различных видов грунта изменяется в значительных преде­лах. Так, плотность илистых грунтов в среднем составляет 0,6 т/м 3 , песчаных грунтов - 1,6. 1,7 т/м , скальных грунтов - 2,6. 3,3 т/м 3 .

Сцепление грунта характеризуют начальным сопротивлением сдвигу, оно зависит от вида грунта и его влажности. Так, сила сцепле­ния для песчаных грунтов составляет 0,03. 0,05 МПа, для глинистых -0,05. 0,3 МПа.

Разрыхляемость. При разработке грунт разрыхляется и его объем по сравнению с первоначальным увеличивается. По этой причине раз­личают объем грунта в естественном и разрыхленном состоянии. Уве­личение объема грунта при разрыхлении сильно отличается для раз­личных грунтов и называется первоначальным разрыхлением. Со вре­менем этот разрыхленный грунт под воздействием нагрузки от выше­лежащих слоев, под влиянием атмосферных осадков или механическо­го воздействия постепенно уплотняется. Однако грунт не занимает того объема, который он занимал до разработки. Степень разрыхлен-ности грунта после его осадки и уплотнения называют остаточным разрыхлением. Величины первоначального и остаточного разрыхления выражают в % по отношению к объему грунта в плотном состоянии. Коэффициенты, учитывающие эти приращения объема грунта, называ­ют коэффициентами первоначального и остаточного разрыхления (табл. 2.1).

Коэффициенты разрыхления для различных грунтов

Наименование фунтов Коэффициенты разрыхления
первоначального остаточного
Глина Суглинок Торф Песок и супесь 1,26. 1,32 1,14. 1,28 1,2—1.3 1,08. 1,17 1,04. 1,09 1,02. 1,05 1,03—1,04 1.01 — 1,03

Для ускорения уплотнения грунтов, отсыпанных в насыпь, приме­няют искусственное уплотнение катками, трамбованием, вибрацией, а для песчаных грунтов удобнее активный пролив водой.

Липкость - способность грунта при определенной его влажности прилипать к поверхности различных предметов. Большая прилипаемость грунта усложняет выгрузку грунта из ковша машины или кузо­ва, условия работы транспорта и др. Липкость определяют усилием, необходимым для отрыва прилипшего предмета от грунта (для глин липкость достигает 0,05 МПа).

Для разработки грунта вручную принято 7 групп, а именно: песок, супесок, суглинок, глина, лесс - группы 1. 4; крупнообломочные грунты - группа 5; скальные грунты - группы 6 и 7.

Грунты 1. 4 групп легко разрабатываются ручным и механизиро­ванным способами, последующие группы - грунты требуют предварительного рыхления, в том числе и взрывным способом.

Крутизна откосов.По условиям техники безопасности рытье котлованов и траншей свертикальными стенками без их крепления до­пускается только в грунтах естественной влажности на глубину, не превышающую следующих значений: в насыпных, песчаных и гравелистых грунтах - 1 м; в супесях - 1,25 м; в суглинках и глинах - 1,5 м; в особо плотных нескальных грунтах — 2,0 м.

Допускается рытье траншей глубиной до 3 м без креплений в осо­бо плотных нескальных породах при условии, что они будут разраба­тываться с помощью механизмов и без спуска рабочих в эти траншеи.

При глубине больше указанной котлованы и траншеи разрабатывают с откосами или с креплением стенок.

Допустимая крутизна откосов в грунтах естественной влажности из условий безопасного производства работ зависит от глубины разраба­тываемой выемки или высоты насыпи и принимается по табл. 2.2.

Читайте также: