Грунты и их строительные свойства: Классификация и строительные свойства грунтов

Грунты и их строительные свойства

Грунты и их строительные свойства.

Грунты – это любой вид горной породы или почвы, а также твердые отходы производственной и хозяйственной деятельности человека.

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, липкость, сцепление, разрыхленность, угол естественного откоса и трудность разработки.

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 не разрыхленных 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.

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

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

Разрыхляемость – способность грунта увеличиваться в объеме в процессе его выработки. При этом плотность грунта уменьшается. Это явление называется первоначаль-

ным разрыхлением грунта и характеризуется коэффициентом разрыхления Кр. Этот коэф-

фициент представляет собой отношение объема разрыхленного грунта к объему грунта в естественном состоянии (для песчаных грунтов Кр=1,08,.. 1,17, суглинистых Кр= 1,14..1,28 и глинистых грунтов Кр—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 Ко.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.

Угол естественного откоса характеризуется физическими свойствами грунта, при котором он находится в состоянии предельного равновесия. Для обеспечения устойчивости земляных сооружений (насыпей, выемок) их возводят с откосами, крутизна которых характеризуется отношением высоты к заложению: h/a=l/m, где m — коэффициент откоса. 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.

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.

— 1 —

Удельное сопротивление резанию зависит как т свойств и показателей разрабатываемого грунта, так и от конструктивного исполнения рабочего органа землеройного или землеройно-транспортного оборудования. 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 легко разрабатываемые грунты, а в последнюю группу — трудно разрабатываемые.

— 2 —

Грунты, их строительные свойства, классификация по трудности разработки

Земляные работы

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.

Виды грунтов: песок, супесь, суглинок, глина, лессовый грунт, торф, гравий, растительный грунт, различные скальные и уплотненные грунты.

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 с точки 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.

Суглинок имеет свойства глины, супесь — песка, но в значительно меньшей степени.

В глинистых грунтах особо выделены лессовидные грунты. 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:

—                глинистые -< 0,005;

—                пылеватые-0,005…0,05;

—                пески-0,03…3;

—                гравий-3…40;

—                галька, щебень- 40… 200;

—                камни, валуны -> 200

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 — < 3%;

—                супеси -3…10%;

—                суглинки — 10…30%;

—                песчаные глины — 30…60%;

—                тяжелые глины — > 60%.

Влажность грунта характеризуют 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 — < 0,05;

—                мелкозернистый песок — 1…5; гравий — 50… 150.

Плотность грунта — это масса 1 м³ 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/м³, песчаных грунтов — 1,6… 1,7 т/м³, скальных грунтов — 2,6…3,3 т/м³.

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 разрыхления 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

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 механизма или кузова, условия работы транспорта и др. Липкость определяют усилием, необходимым для отрыва прилипшего предмета от грунта (для глин липкость достигает 0,05 МПа).

Классификация грунтов по трудности их разработки (удельное сопротивление резанию). Классификация приводится в ЕНиР 2-1-1 «Земляные работы». Она учитывает свойства различных грунтов и конструктивные особенности землеройных и землеройно-транспортных машин, которые применяют для разработки грунтов. Для одноковшовых экскаваторов грунты подразделяют на 6 групп, для многоковшовых экскаваторов и скреперов — на 2 группы, для бульдозеров и грейдеров — на 3 группы.

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 с вертикальными 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 таблице

Допустимая крутизна откосов

Крутизна откоса зависит от угла естественного откоса, при котором грунт находится в состоянии предельного равновесия, определяющими факторами которого являются угол внутреннего трения грунта, силы внутреннего сцепления и давление вышележащих слоев грунта

Какой тип грунта подходит для фундамента зданий или домов? — Почва имеет значение, получайте совок!

Как в городах, так и в сельской местности выбор участков с наилучшей почвой является важным инженерным решением в процессе строительства. Живете ли вы в доме, кондоминиуме или квартире, ваш дом связан с почвой. Ваша школа, здание, в котором вы работаете, магазины, в которых вы делаете покупки, — все они построены на земле и часто вместе с ней.

Фундаменты зданий должны быть на устойчивых и прочных грунтах. Почвы различаются по прочности. Некоторые почвы способны выдержать небоскреб, в то время как другие почвы не в состоянии выдержать вес человека. Если почва под зданием неустойчива, фундамент здания может треснуть, просесть или, что еще хуже, здание может упасть!

Прочность и устойчивость грунта зависят от его физических свойств. Почва с хорошей структурой более устойчива. Текстуры глины часто более стабильны, чем текстуры песка, потому что они имеют лучшую структуру. Тем не менее, сочетание размеров частиц (и размеров пор) лучше всего подходит для инженерии (так же, как это лучше всего подходит для выращивания сельскохозяйственных культур). Также важно, чтобы почва была устойчива к циклам увлажнения и высыхания, чтобы расширяющаяся почва не растрескивала дороги или фундаменты. Некоторые глинистые минералы из семейства смектитов с большей вероятностью сжимаются и расширяются во время циклов смачивания и высыхания, чем минералы из других семейств, например каолинит.

Хорошая почва также должна иметь способность улавливать осадки, чтобы сток и эрозия не повреждали конструкции. Наконец, хорошие почвы для инфраструктуры имеют сбалансированный химический состав, поэтому не происходит коррозии строительных материалов.

Здания трескаются, если их не поставить на почву надлежащего качества. Кредит: Л. Болдуин

Как все это объединяется? Карты почвы — отличный инструмент, помогающий инженерам определить наилучшее место для своего проекта. Почвенные карты создаются почвоведами и представляют такую ​​информацию, как:
– уклон поверхности земли
– биологические, химические и физические свойства почвы
– возможность стока, дренажа или накопления воды.

Почвенные карты также доступны для общего доступа в Службе охраны природных ресурсов Министерства сельского хозяйства США на сайте Web Soil Survey.

Немногие строительные площадки начинаются с идеальных условий. Хороший инженерный проект включает в себя корректирующие меры и методы управления. Например, можно добавить дренаж или изменить форму поверхности земли, чтобы отвести воду от участка. Важно знать, какие существуют свойства почвы, чтобы избежать проблем в будущем.

Есть несколько хорошо известных примеров структурных разрушений, вызванных недостатком знаний о почве. Одной из самых известных является Пизанская башня. Земля под ним казалась стабильной в сухой сезон, когда началось строительство, но почва стала неустойчивой во время сезона дождей и просела под тяжестью здания. Хуже того, он затонул неравномерно, в результате чего башня стала наклонной. В дополнение к управлению дренажем, уплотнение и стабилизация почвы перед строительством может уменьшить проблемы с осадкой.

— Ответил: Ларри Ф. Болдуин, CPSS / NCLSS, Land Management Group, Inc.

Подробнее о треснувших фундаментах читайте в этом блоге Soils Matter.

Чтобы узнать больше, просмотрите видео SSSA «Здания и инфраструктура поддержки почвы».

Чтобы получать уведомления о будущих блогах, не забудьте подписаться на Soils Matter, нажав кнопку «Подписаться» в правом верхнем углу! Узнайте больше на нашей веб-странице о почвах. Там вы найдете дополнительную информацию об основах почвы, общественных садах, зеленой инфраструктуре, зеленых крышах, загрязнителях почвы, материалы для учителей и многое другое.

Дополнительные учебные материалы можно найти на различных веб-сайтах SSSA:

http://soils4teachers.org/  (планы уроков и мероприятий K-12)

http://soils4kids.org  (только для детей) !)

http://soils.org/iys (Международный год почв, с книжкой-раскраской и ежемесячными идеями для учителей и ученых!)

Like this:

Like Loading…

Лучшие типы грунтов для строительства дома

Мы часто обсуждаем проблемные почвы, которые подвергают риску фундамент дома; но какой грунт лучше всего подходит для строительства жилых домов? Давайте рассмотрим наиболее распространенные типы грунтов, с которыми сталкиваются строители, и оценим каждый из них на основе его способности поддерживать фундамент дома.

Торф: Торф обычно темно-коричневого или черного цвета может удерживать много воды, что делает его легко сжимаемым. Тем не менее, в жаркие летние месяцы почва может стать очень сухой. Эти особенности делают его плохим выбором для несущих конструкций, поскольку для фундаментов требуется стабильный грунт, который не будет сильно меняться или сдвигаться со временем.

Глина: Поскольку глина в основном состоит из очень мелких частиц, она хорошо удерживает воду. К сожалению, он настолько эффективно поглощает влагу, что почва может существенно расширяться в дождливые сезоны и значительно высыхать летом. Эти экстремальные изменения могут оказать значительное давление на фундаменты, в результате чего они в конечном итоге треснут, поскольку они постоянно перемещаются вверх и вниз.

Ил: Ил, также состоящий из мелких частиц, хорошо удерживает воду. К сожалению, эта тенденция означает, что он плохо дренирует, что приводит к расширению почвы. Когда это происходит, он может давить на фундамент, со временем ослабляя его. По этой причине ил не обеспечивает идеальных условий для строительства в подавляющем большинстве случаев.

Песок: Благодаря самым крупным частицам различных типов почв песок не удерживает много влаги и хорошо дренируется. Во влажном и уплотненном состоянии песок относительно хорошо сцепляется. Поскольку песчаная почва плохо удерживает воду, она может поддерживать дом, однако со временем частицы могут смываться, оставляя щели под фундаментом.

Суглинок: Идеальный тип почвы для жилищного строительства, суглинок состоит из ила, песка и глины. Темный и сухой, суглинок рассыпчатый и мягкий на ощупь. Поскольку он равномерно сбалансирован, суглинок способен удерживать воду с более сбалансированной скоростью. Это делает его отличным вариантом для строительства, если на поверхность не пробиваются органические или смешанные почвы.

Горная порода: Сланец, твердый мел, известняк и коренная порода обладают высокой несущей способностью. Эта прочность и долговечность делают их хорошими для поддержки фундаментов, пока скала ровная.

На что следует обратить внимание

Все дома требуют прочного фундамента, построенного безопасно, эффективно и правильно. Даже самые лучшие фундаменты требуют опорных оснований, которые будут оставаться стабильными в зависимости от времени года и погодных условий. Каждый тип доступного грунта имеет различные свойства, которые по-разному влияют на фундамент. Как правило, почвы более стабильны, когда они содержат больше камней и уплотненного песка/гравия. Тем не менее, почва также должна оставаться стабильной во время циклов увлажнения и высыхания, чтобы фундамент не трескался из-за регулярного расширения и сжатия.

Хорошая почва также должна улавливать осадки, чтобы стоки и эрозия не повреждали строения. Наконец, хорошие почвы для инфраструктуры должны иметь сбалансированный химический состав, чтобы предотвратить коррозию материала. Он также должен содержать очень мало органического материала, так как он может со временем разлагаться и вызывать смещения под фундаментом.