2.2. Понятие о зерновом и микроагрегатом составе грунтов

Зерновым составом грунта называют относительное содержание по массе частиц грунта различной крупности, выраженное в про­центах к общей массе сухого грунта.

В зависимости от размеров частицы грунта разделяют на от­дельные группы, называемые фракциями. Каждая фракция вклю­чает частицы, размер которых изменяется в определенных преде­лах, например от 2 до 1 мм, от 0,25 до 0,05 мм и т. д.

Для определения зернового состава грунтов производят анализ, который заключается в расчленении навески грунта на составляю­щие первичные элементы — от самых крупных (размером в несколь­ко миллиметров) до очень малых (размеров в тысячные доли мил­лиметра) и последующем весовом определении содержания отдель­ных групп частиц. Затем находят процентное отношение каждой фракции к общей величине навески.

Зерновой состав является одной из важнейших характеристик грунта, имеющей существенное значение для оценки его физико-механических свойств.

2.3. Методы определения зернового состава грунтов

Частицы грунта, близкие по своим размерам, принято объединять в определенные группы, которые называют фракциями зернового состава грунта. Сочетание различных фракций определяет зерновой состав грунта. Зерновой состав показывает, какого размера и в каком количестве содержатся те или иные фрак­ции в грунте, что дает возможность правильно классифицировать грунты и получать ориентировочное представление об их свойствах.

Метод просеивания на ситах (ситовой метод). По этому методу непосредственное разделение частиц грунта по крупности произво­дят путем просеивания его через набор сит с отверстиями разного диаметра — 25; 20; 15; 10; 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,51; 0,14 и 0,07 мм. Ос­татки на ситах взвешивают и относят к общей навеске грунта. Ситовой метод применяют в основном для определения содержания частиц разной величины в крупнообломочных, песчаных и реже супесчаных грунтах.

Метод отмучивания основан на учете скорости падения частиц в спокойной воде или другой жидкости после ее взмучивания. Чем больше диаметр частиц, тем быстрее они осаждаются в воде. Так, частицы размером 0,05 мм осаждаются в воде со скоростью 1 см в 5 с, тогда как время падения частиц размером 0,001 мм на глуби­ну 1 см составляет 3 ч 28 мин.

Методами отмучивания частиц в спокойной воде наиболее, целе­сообразно пользоваться для определения зернового состава мелких песчаных, супесчаных и легкосуглинистых грунтов. При этом обыч­но производят определение содержания следующих фракций ча­стиц: 0,25...0,05; 0,05...0,01 и <0,01 мм.

Для грунтов, содержащих значительное количество глинистых частиц (<0,001 мм), методы отмучивания применяют очень редко ввиду ничтожно малой скорости оседания частиц этого размера, а, следовательно, длительного времени, необходимого на проведение одного анализа.

Метод отбора проб суспензии пипеткой (пипеточный метод). Как и метод отмучивания, пипеточный метод отбора проб суспензии с определенной глубины через определенные сроки также основан на учете скорости падения частиц в спокойной воде. Для производ­ства анализа взмучивают грунтовую суспензию и оставляют ее в покое на некоторое время, после чего пипеткой (объемом 20...30 см³) с определенной глубины отбирают пробу суспензии. Такая проба содержит только те частицы, которые не успели осесть за указан­ное время отстаивания. При следующих пробах, взятых пипеткой через большие промежутки времени от начала отстаивания суспен­зии, получают более мелкие частицы. Определяя массу высушенных проб и зная размер отобранных частиц (вычисляемый по длитель­ности отстаивания суспензии и глубине взятия проб), после пере­расчета получают данные о содержании частиц этого размера во всем объеме суспензии.

Ареометрический метод. При этом методе производят измерения плотности отстаиваемой суспензии ареометром через определенные промежутки времени. Плотность, замеренная ареометром, зависит от содержания в суспензии взвешенных твердых частиц. Получив значения убывающей плотности через определенные промежутки времени, с помощью расчетных формул или номограмм определяют количество содержащихся в грунте частиц определенной крупности.

Таблица 2.1. Типы и виды обломочных грунтов

Типы и виды грунта	Размер частиц, мм, крупнее	Содержание в массе сухого грунта, %
Крупнообломочные Валунный (при преобладании неокатанных камней – глыбовый)	200	 50
Галечниковый (при преобладании неокатанных частиц – щебенистый)	10	 50
Гравийный (при преобладании неокатанных частиц – древесный)	2	 50
Песчаные Песок: гравелистый крупный средней крупности мелкий пылеватый	2 0,5 0,25 0,1 0,1	25  50  50 75 75

Таблица 2.2. Типы и виды глинистых грунтов

Типы и виды грунтов	Содержание песчаных частиц, % по массе	Число пластичности
Супесь
Легкая крупная Легкая Пылеватая Тяжелая пылеватая	>50 >50 50...20 <20	1...7 1...7 1...7 1...7
Суглинок
Легкий Легкий пылеватый Тяжелый Тяжелый пылеватый	>40 <40 >40 <40	7...12 7...12 12...17 12...17
Глина
Песчанистая Пылеватая Жирная	>40 <40 Не регламентируется	17,..27 17…27 >27

Примечания: 1. Для супесей легких крупных учитывается содержание частиц размером 2...0,25 мм. 2. При содержании в грунте 25...50% (по массе) частиц крупнее 2 мм к названию видов глинистых грунтов добавляется слово «гравелистый» (при окатанных частицах) или «щебенистый» (при не окатанных частицах).

Крупнообломочные и песчаные грунты характеризуются хорошей водопроницаемостью, отсутствием или же очень малой капилляр­ностью. Их применяют в качестве дренирующего материала в под­стилающих слоях, зерновых добавок или заполнителей в цементном или асфальтовом бетоне (если они отвечают соответствующим тех­ническим требованиям). Песчаные пылеватые грунты в сухом состоянии также несвязны. При увлажнении они переходят в плывун­ное состояние. Как дренирующий материал они мало пригодны.

Супесчаные легкие грунты обладают относительно благоприят­ными свойствами и используются в качестве материала проезжей части грунтовых дорог и в основаниях дорожных покрытий. Они малопластичные или непластичны. В сухом состоянии обладают достаточной связностью, пылеобразование незначительно; быстро просыхают, не набухают и не обладают липкостью. Эти грунты устойчивы в сухом и влажном состояниях, Так как сочетают поло­жительные стороны песчаных (большое внутреннее трение и хоро­шую водопроницаемость) и глинистых (связность в сухом состоя­нии) частиц.

Супесчаные пылеватые грунты характеризуются преобладанием пылеватых частиц. В сухом состоянии малосвязны, сильно пылят. При увлажнении быстро размокают и переходят в плывунное, поэтому грунты следует рассматривать как тела, состоящие из твердой, жидкой, газообразной, а иногда и живой фаз.

Физические свойства грунтов можно подразделить на общие фи­зические, физико-механические, водные и тепловые. К общим физи­ческим свойствам относятся плотность частиц грунта, плотность сухого и влажного грунта, пористость и удельная поверхность.

Наиболее важными физико-механическими свойствами являются прочность и деформативность, пластичность, липкость, усадка, набухание и связность. К водным свойствам грунта относятся водоудерживающая, водопропускная (водопроницаемость) и водо­подъемная (капиллярная) способность грунта. Тепловые свойства грунта характеризуются его теплоемкостью, теплопроводностью и теплопоглотительной способностью (способность поглощать лучи­стую энергию Солнца).

Перечисленные физические свойства и их сочетание характери­зуют собой качество грунтов как строительных материалов или сте­пень устойчивости грунтов в основаниях инженерных сооружений.