Вопрос №7. Грунты и их свойства. Разрыхляемость грунтов. Откосы.

Грунтами в строительстве называют горные породы и почвы, представляющие собой сложное тело, состоящее из минеральных частиц и органических примесей. Свойства и качество грунта влияют на устойчивость земляных сооружений, трудоемкость разработки и стоимость работ. При выборе наиболее эффективного способа производства работ необходимо учитывать следующие основные характеристики грунтов: плотность, влажность, сцепление, размываемость, разрыхляемость и угол естественного откоса. Важными показателями являются также влагоемкость, водопроницаемость, водоудерживающая способность и размываемость грунтов.

Плотностью (или объемной массой) называется масса 1 м3 грунта в естественном состоянии в плотном теле. Средняя или насыпная плотность песчаных грунтов составляет 1,6-1,7 т/м3, глинистых — до 2,1 т/м3, скальных — до 3,3 т/м3.

Влажностью называется степень насыщения пор грунта водой, которую определяют отношением массы воды в грунте к массе твердых частиц грунта и выражают в процентах. При содержании воды до 5% грунты относятся к сухим, влажные грунты содержат до 30% воды, в мокрых содержится более 30% воды.

Сцепление определяют начальным сопротивлением грунта сдвигу; сцепление зависит от вида грунта и его влажности. Сила сцепления для песчаных грунтов составляет 0,003-0,05 МПа, для глинистых — 0,005-0,2 МПа. От плотности и сцепления в основном зависит производительность землеройных машин.

Размываемость грунта обусловливается уносом его частиц текучей водой из земляных сооружений. Скорость движения воды по песчаному грунту допускается для мелких песков 0,15 м/с, для крупных — 0,8 м/с, по плотным глинистым грунтам — до 1,8 м/с.

Разрыхляемость грунта — нарушение естественной структуры при его разработке, сопровождаемое увеличением в объеме. Степень разрыхления грунта определяется коэффициентом первоначального разрыхления, представляющим собой отношение объемов грунта в разрыхленном и естественном состояниях. Для глинистых грунтов коэффициент первоначального разрыхления составляет 1,24-1,32, для песков — 1,08-1,28, суглинков и супесков — 1,08—1,32. Более плотные грунты, включая скальные, дают большее увеличение объема — до 50%.  При расчете транспортных средств для перевозки грунта, определении производительности землеройных машин, проектировании кавальеров и т. д. необходимо учитывать коэффициент первоначального разрыхления. Принято все подсчеты, связанные с земляными работами, выполнять для грунта естественной (природной) плотности — «в плотном теле».

Разрыхленный грунт, длительное время пролежавший в насыпи, подвержен самоуплотнению за счет действия веса верхних слоев на нижние и от действия атмосферных осадков. Плотность грунта, пролежавшего в насыпи более четырех месяцев, а также грунта, подвергавшегося механическому уплотнению, определяется лабораторным путем. Если объем грунта на объекте не превышает 1000 м3, при расчетах пользуются коэффициентом остаточного разрыхления, приводимым в справочниках (например, для песчаных грунтов он составляет 1,01-1,025, глин — 1,04-1,09, суглинков — 1,015-1,05).

В зависимости от трудности и трудоемкости разработки грунтов механизированным способом мерзлые и не мерзлые грунты делят на группы. Грунты минерального происхождения по своему составу, прочности и трудности разработки делятся на скальные, конгломераты и нескальные.

Устойчивостью земляных сооружений называется их способность сохранять проектную форму и размеры и обусловливается равновесием масс под воздействием внешних и внутренних сил. Устойчивость зависит от угла естественного откоса грунта, который образуется плоскостью откоса с горизонтальной плоскостью поверхности грунта (величина угла естественного откоса определяется опытным путем). Связность грунтов изменяется в зависимости от их влажности и характеризуется углом естественного откоса, т. е. углом, который образуется откосом свободно насыпанного грунта и горизонтальной плоскостью. В зависимости от числа пластичности связные грунты делятся на супесь, суглинок и глину.

Крутизна откосов насыпи или выемки характеризуется отношением высоты откоса Н к его заложению или тангенсом угла наклона откоса к горизонту (рис. 5). Наибольшая крутизна откосов зависит от высоты насыпи или глубины выемки, характеристики грунтов (угла внутреннего трения, сцепления, влажности) и условий производства работ. Рис. 5. Элементы откоса: а — насыпи; б — выемки; Н — высота откоса; l — проекция откоса на горизонтальную плоскость; α  — крутизна откоса