Таблица 1.16

Технологическая классификация глинистых грунтов с разной степенью увлажнения

Две последн е классификации разделяют грунты по липкости – показателю, рекомендованному к определению сводом правил для грунтовых строительных материалов. Это важный технологический показатель. Налипание грунта на рабочие органы землеройных, транспортных, грунтосмесительных машин и на ходовую часть снижает производительность машинД, а в ряде случаев исключает возможность их применения. Максимальная липкость обычно наблюдается при влажности глинистого грунта, соответствующей КW = 1,2– –1,4, а минимальная – при влажности, близкой к оптимальной.

Несмотря на важность этих технологических показателей, в классификациях присутствуют только качественныеИхарактеристики, при этом отсутствуют их обоснованные количественные значения.

1.3. Физические основы улучшения свойств грунтов

Свод правил определяет, что грунтовые строительные материалы могут быть использованы для возведения земляного полотна в естественном виде или после их технической мелиорации (улучшения строительных свойств). С этой целью при производстве изысканий грунтовых строительных материалов следует производить необходимые исследования, включая проведение опытно-производственных испытаний (специальных исследований) с участием строительных ор-

22

ганизаций. При этом исходят из того, что плотность грунтов в земляном полотне перед устройством дорожной одежды не должна быть ниже нормативной (см. табл. 1.8).

Это требование имеет теоретическое и практическое обоснование [34]. Деформации земляного полотна, вызванные его недостаточной

2 – морозное пучение

23

При попытках использования в земляном полотне глинистых грунтов с влажностью выше допустимой деформативность земляного полотна может увеличиться в 3 – 4 раза. При тщательном уплотнении грунтов с нормальной влажностью деформативность уменьшается, а прочность значительно возрастает.

Влажность, плотность, прочность и деформативность глинистых грунтов неразрывно связаны между собой. Существуют формулы, выражающ е зав с мость модуля упругости ЕУ, сцепления С, угла внутреннего трен я φ от влажности и плотности глинистого грунта, полученные О.Т. Батраковым:

Конечно, эти формулы значительно упрощены, но в целом от-

ражают суть рассматр ваемой закономерности.

Технической мелиорации подлежат грунты с влажностью выше допустимой ввиду невозможности достижения требуемой плотности традиционными механическими средствами уплотнения по традиционной технологии. Можно выделить три группы методов улучшения строительных свойств грунтов с повышенной влажностью: механиче-

ские, физические и химические (рис. 1.7).

Методы технической мелиорации грунтов

Рис. 1.7. Классификация методов технической мелиорации (улучшения строительных свойств) дисперсных грунтов с повышенной влажностью

Возможно комплексное воздействие, например, введение химических реагентов с помощью электромагнитного поля.

24

Кратко рассмотрим физические процессы, лежащие в основе методов улучшения строительных свойств грунтов с повышенной влажностью в качестве теоретической основы, позволяющей установить закономерности изменения показателей и прогнозировать их физикомеханические свойства в процессе сооружения земляного полотна и при работе в дорожной конструкции.

Вода в грунтах может быть химически связанная, физически связанная (прочно-, слабоили рыхлосвязанная), капиллярная, гравитационная (свободная), парообразная и твёрдая (при отрицательной

Как было отмечено ранее, при сооружении земляного полотна природная структура грунта разрушается, и мы имеем дело с техногенными грунтами с неоднородным полидисперсным и полиагрегатным трёхфазным составом.

Некоторые частицы могут быть объединены в агрегаты кристаллизационными связями, возникающими под действием сил химиче-

25

ского сродства, образующими прочные водостойкие, но не восстанавливающиеся при разрушении кристаллические соединения.

В большинстве случаев частицы и агрегаты в глинистых грунтах объединяются за счёт водно-коллоидных (коагуляционных и конденсационных) структурных связей. Эти связи обуславливаются электромолекулярными силами взаимодействия между минеральными частицами, с одной стороны, и плёнками воды и коллоидными оболочками – с другой. Эти связи менее прочные, неводостойкие, но обратимые. Пока вода находится в тонких водно-коллоидных оболочках, она обладает хорошими клеящими способностями, обеспечивает

Свысокую прочность, но плохую уплотняемость глинистых грунтов. Плотность, подв жность и другие свойства связанной воды ме-

Приняются в зав с мости от количества этой воды, которое, в свою очередь, обусловленобА(кроме целого ряда факторов) прежде всего гранулометр ческ м м нералогическим составом дисперсных грунтов.

повышен д сперсности минеральных материалов увеличиваются их удельная поверхность и энергетические возможности, увеличивается кол чество связанной воды, более очевидно проявляются свойства коагуляционных структур.

При увеличении влажности до максимальной молекулярной влагоёмкости толщина плёнок увеличивается. Внешние слои рыхлосвязанной воды о ладают гораздо меньшими электромолекулярными

Грунты повышенной влажностиД, имеющие коэффициент уплотнения в пределах 0,85 – 0,95, находятся в трёхфазном состоянии и содержат от 5 до 10% воздуха. Переувлажнённые грунты, имеющие коэффициент уплотнения 0,8 – 0,9, также рассматриваются как трёхфазная система [4], так как воздух составляет от 2 до 5% общего объёма.

силами взаимодействия и служат хорошей смазкой, облегчающей перемещение минеральных частиц и агрегатов при уплотнении грунтов.

По мере дальнейшего увеличения влажности вода заполняет поры и капиллярную систему грунта, вытесняет воздух и начинает раз-

При полном водонасыщении грунт может перейти в двухфазную систему, хотя небольшое количество воздуха практически всегда находится в растворённом состоянии в воде.

Уплотнение грунта, то есть увеличение концентрации минеральной части в единице объёма, в основном возможно за счёт замещения газовой и жидкой фаз. Уплотнение может происходить только при приложении определённой нагрузки, вызывающей необратимые

26

Рис. 1.8. Зависимость деформативности Еу лёгкого пылеватого суглинка от величины относительной влажности Ко и плотности сухого грунта ρs, г/см3:

- ρs = 1,02; - ρs = 1,10; - ρs = 1,19; - ρs = 1,3; - ρs = 1,4; - ρs = 1,51

27

Из приведённых данных следует, что на первом этапе уплотнения грунта с повышенной влажностью механическими уплотняющи-

ми средствами нужно прикладывать минимальные нагрузки, вызывающие сдвиговые деформации минерального материала по плёнкам жидкой фазы без проявления пластического течения. Грунтовые агрегаты сближаются, деформируются, из поровой системы удаляется воздух. Попытка дальнейшего уплотнения за счёт увеличения контактного давлен я не даёт позитивных результатов ввиду низкой прочности с стемы, переходящей в пластическое течение с выпиранием.

капиллярной влаги методами технической мелиорации.

прочности

1.КакиебАгрунты относятся к техногенным?

2.По каким показателям классифицируются глинистые грунты на виды и разновидности (типы и подтипы)? Д

3.Как определить число пластичности дисперсного грунта?

4.Как определяется показатель текучести (коэффициент консистенции) грунтов?

5.Какая влажность грунта по ГОСТ 22733 считается оптимальной?

6.Что такое коэффициент уплотнения грунтаИземляного полотна?

7.От чего зависит наименьшее требуемое значение коэффициента уплотнения грунта в земляном полотне?

8.Установлено, что максимальная стандартная плотность сухого грунта равна 1,75 г/см3, а минимальный требуемый коэффициент уплотнения равен 0,95. Чему равна минимально допустимая плотность сухого грунта в теле земляного полотна?

9.Как называется показатель, равный отношению фактической влажности грунта к оптимальной влажности того же грунта?

10.Чем отличается допустимая влажность от предельной влажности грунта по СП 34.13330.2012?

11.В каком случае по СП 34.13330.2012 грунт считается переувлажнён-

ным?

12.От чего зависит допустимая влажность грунта при уплотнении?

28

13. Может ли меняться величина оптимальной влажности и максимальной плотности для данного грунта?

14. Как соотносятся показатели плотности и деформативности грун-

та?

15. Какие методы технической мелиорации грунтов с повышенной влажностью вы знаете?

16. Чем отличаются кристаллизационные связи от водно-коллоидных структурных связей в глинистых грунтах?

17. От чего зав с т максимально достижимая плотность данного грун-

та?

18. При каком соотношении между контактным давлением уплотняющего средства пределом прочности грунта достигаются наилучшие результаты

29