Грунти та їх властивості

Види земляних споруд

Технологічні процеси перероблення грунтів

Земляні роботи — одні з найбільш трудомістких і найтяжчих процесів у про­мисловому та цивільному будівництві. Обсяги земляних робіт у сучас­ному будівництві дуже великі і мають тенденцію до зростання. Чисельність ро­бітників на їх виконанні складає близько 10 % від загальної кількості ро­бітників в будівництві, в тому числі на виконанні робіт вручну — 3 %.

Земляними спорудами називають виїмки та насипи, які одержують в ре­зультаті розробки та переміщення грунту. Залежно від строку користу­ван­ня вони поділяються на постійні та тимчасові.

До постійних земляних споруд належать споруди, призначені для екс­плуатації протягом тривалого часу (греблі, земляні полотна доріг, меліора­тивні канали, вирівняні будівельні майданчики, водоймища тощо).

До тимчасових земляних споруд належать ті, які передують наступним ро­ботам по зведенню об'єктів; їх використовують тільки під час виконання буді­вельних робіт, а потім або засипають (процес називається зворотною за­сип­кою),­ або вони залишаються під зведеними конструкціями (напри­к­лад, підвальними частинами об'єктів, колекторами). Такими спорудами є кот­ло­вани, траншеї, водоперехоплюючі канави, шурфи, резерви, кавальєри тощо.

Залежно від форми і розташування в просторі земляні споруди бувають:

1.) лінійні:

а) горизонтальні — траншеї, канали;

б) вертикальні — свердловини, колодязі.

2) плоскі:

а) горизонтальні — будівельні майданчики, полотно дороги;

б) вертикальні — щілина, стінка в грунті.

3) об'ємні — котловани, ями, насипи гребель тощо.

Грунтами в будівництві звуться гірничі породи, які залягають у верхніх шарах земної кори. Грунт — це тіло, яке складається з мінеральних части­нок та органічних домішок; до нього належать рослинний шар грунту, пісок, супісок, суглинок, глина, гравій, торф, пливуни, різні напівскельні та скельні породи.

Залежно від розміру мінеральних частинок та кількості органічних домішок грунти поділяють на 5 класів: скельні, напівскельні, великоуламкові, піщані (незв'язні) і глинисті (зв'язні).

До скельних грунтів відносяться зцементовані водостійкі і практично нестискувані породи (граніт, піщаники, вапняки і т.п.), які залягають, як правило, у вигляді суцільних або тріщинуватих масивів (камінь, валуни — розмір більше 200 мм).

До напівскельних грунтів відносяться зцементовані породи, здібні ущільнюватися (мергелі, алевроліти, аргіліти і т.п.) і неводостійкі (гіпс, гіпсоносні конгломерати) (20...200 мм; галька, щебінь).

Великоуламкові грунти — складаються з незцементованих кусків скельних і напівскельних порід: як правило містять більше 50 % уламків порід розміром більше 2 мм (гравій, жорства, крупність 2...20 мм).

Піщані грунти складаються з незцементованих частинок порід розмі­ром 0,05...2 мм, являють собою, як правило, природно зруйновані і перетворені в різного ступеня крупності скельні грунти; не володіють пластичністю, у складі мають не більше 5 % глинистих домішок.

Супісі та суглинки за розмірами частинок займають проміжне становище між піском та глиною (0,005...0,05 мм), але супісі вміщують не менш, як 50 % піщаних частин та не більш 3...12 % глинистих, а суглинки — від 12 до 33 % глинистих частин.

Глинисті грунти також являються продуктом природного руйну­вання і перетворення первинних гірничих порід, що складають скельні грунти, але з переважною більшістю частинок розміром менше 0,005 мм (більш 33 %).

Найменування та схема елементів земляної споруди представлені на

Рисунок 3.1Найменування та схема елементів земляної споруди: а — закладання укосу; h — висота укосу; m — коефіцієнт укосу(коефіцієнт закладання укосу); j — кут тертя, природного закладання укосу, a — кут тертя насипного грунту, кут внут­ рішнього тертя насипного грунту.

До основних властивостей і показників грунтів, які впливають на техно­логію, трудомісткість та собівартість виконання земляних робіт, відносять­ся: щіль­ність, вологість, міцність, зчеплення, кускуватість, розпушуваність, кут природ­ного­ укосу та розмиваємість.

Щільністю r називається відношення маси грунту, включаючи масу води в його порах, до об'єму, що займає цей грунт: пісок і глина r =1,25...2 т/м3, напівскельні грунти r =2...2.5 т/м3, скельні r >2,5 т/м3. Щільність впливає на опір грунту копанню та несучу здатність.

Вологість — ступінь насичення грунту водою. Виражається відношенням маси води в грунті до маси твердих частинок. Грунти при вологості до 5 % вважаються сухими, при вологості 5...30% вологими, понад 30 % мокрими.

Міцність грунтів характеризується їх спроможністю до опору зовнішнім силовим діям. Для оцінки міцності гірничих порід і грунтів користуються коефіцієнтом міцності f.

Зчеплення визначається початковим опором стискуванню і залежіть від виду грунту та ступеню його вологості (піщані грунти С=0,03...0,05 МПа, глинисті — С=0,05...0,3 МПа, напівскельні С=0,3...4 МПа і скельні С>4 МПа).

Кускуватість розпушеної маси (гранулометричний склад) харак­тери­зується процентним вмістом різних фракцій.

Розпушуваність — здатність грунту збільшуватися в об'ємі при розробці внаслідок втрати зв'язку між частинками. Збільшення об'єму грунту характери­зується коефіцієнтами початкового і залишкового розпу­шен­ня. Коефіцієнт початкового розпушення — це відношення об'єму розпушеного грунту до його об'єму в природному стані (для піщаних грунтів Кр=1,10...1,2, для глинистих Кр=1,2...1,3).

Коефіцієнт залишкового розпушення — це відношення об'єму розпушеного грунту після його ущільнення до його об'єму в природному стані (для піщаних грунтів Кз.р.=1,02...1,05, для глинистих Кз.р=1,01...1,03).

Значення коефіцієнтів розпушення для різних грунтів наведені в додатку 2 «ЕНиР. Сборник 2».

Кут природного укосу — це кут (див. рисунок 3.1), утворений поверхнею насипного грунту і горизонтальною площиною. Цей кут харак­тери­зується станом граничної рівноваги грунту. Значення його залежить від кута внутрішнього тертя, сил зчеплення та тиску верхніх шарів грунту. Практично стрімкість укосу земляних споруд визначають відношенням висоти укосу h до його закладення а: h/а=1/m, де m коефіцієнт укосу. Стрімкість укосів визначається будівельними нормами. При відсутності сил зчеплення, кут природного укосу приймається рівним куту внутріш­нього тертя. В зв'язку з цим значення кута природного укосу для постійних і тимчасових земляних споруд різні.

Вказані властивості грунтів по різному впливають на їх розробку. Тому в будівельному виробництві застосовують класифікацію грунтів за склад­ністю їх розробки різними машинами та вручну.