- •Введение
- •1. Грунты: общие сведения, классификация, термины и определения
- •1.1. Классификация грунтов, термины и определения
- •1.1.1. Скальные грунты
- •1.1.2. Дисперсные грунты
- •1.1.3. Мерзлые грунты
- •1.2. Свойства грунтов и их показатели
- •1.3. Гармонизация требований стандартов РФ, США и Евросоюза
- •2. Строительный контроль: общие сведения, классификация, термины и определения
- •3.1. Правила отбора, хранения и транспортирования проб грунта
- •3.2. Лабораторные и полевые работы по определению влажности дисперсных грунтов
- •3.2.2. Определение влажности грунтов методами и приборами для экспресс - оценки
- •3.3. Лабораторные работы по определению влажностей на границах раскатывания и текучести
- •3.3.1. Определение влажности на нижней и верхней границах пластичности по стандарту ASTM D 4318
- •3.3.2. Определение влажности на границе текучести и раскатывания по ГОСТ 5180–84
- •3.3.3. Определение влажности на нижней и верхней границах пластичности методом конуса конструкции П.О. Бойченко
- •3.4.1. Определение гранулометрического зернового состава песчаных грунтов ситовым методом по ГОСТ 12536 –79
- •3.4.2. Определение гранулометрического зернового состава глинистых грунтов ареометрическим методом
- •4. Определение коэффициента уплотнения грунтов
- •4.1. Лабораторные работы по определению максимальной плотности и оптимальной влажности
- •4.2. Лабораторные работы по определению плотности грунта
- •4.2.2. Определение плотности грунта замещением объема по ГОСТ 28514–90 и стандартам ASTM D 1556 – 00, ASTM D2167
- •4.3. Экспресс - оценка плотности грунта в полевых условиях
- •4.3.3. Применение установок динамического нагружения для определения модуля упругости и коэффициента уплотнения грунтов
- •5. Геометрические характеристики и высотные отметки
- •5.1. Допускаемые отклонения и правила оценки качества
- •5.2. Измерение геометрических параметров земляного полотна
- •Библиографический список
1. ГРУНТЫ: ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ, КЛАССИФИКАЦИЯ, ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Грунты являются одним из самых распространенных строительных материалов и изучаются давно. Страны с развитой и развивающейся строительной индустрией имеют свои стандарты, регламентирующие классификацию грунтов по таксономическим единицам1. В РФ таким стандартом является ГОСТ 25100 в актуальной редакции от 2011 г.[1], которая содержит гармонизацию требований со стандартами США [2, 3] и стран Евросоюза [4, 5]. В табл. 1.1 приведены таксоны и группы их признаков, применяемые для классификации грунтов в РФ [1, п. 4.1].
Таблица 1.1. Таксономические единицы грунтов и группы признаков
Иерархия |
Таксон |
|
|
|
Группы признаков |
1 |
Класс (подкласс) |
По природе структурных связей |
|||
2 |
Тип (подтип) |
|
По генезису |
||
3 |
Вид (подвид) |
|
По |
вещественному, петрографическому или |
|
|
литологическому составу |
||||
|
|
|
|||
|
|
|
|
И |
|
4 |
Разновидность |
|
По |
количественным показателям состава, |
|
|
строения, состояния и свойств |
||||
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
Д |
1.1. Классификация грунтов, термины и определения |
|||||
|
|
|
|
А |
|
|
|
Б |
|
||
Грунты подразделяют на три класса: скальные, дисперсные и |
мерзлые [1, п. 5.1], каждый из которых включает в себя как природ- |
||
|
С |
|
ные, так и техногенные грунты [1, табл. 1 – 3]. |
||
Класс скальных грунтов объединяет грунты с жёсткими струк- |
||
турными связями кристаллизационногоИ |
и (или) цементационного типа |
|
[1, п. 3.38]. |
|
|
Класс дисперсных грунтов включает в себя грунты, состоящие из твердых частиц, между которыми есть структурные связи (физические, физико-мимические или механические) [1, п. 3.9].
Класс мерзлых грунтов формируют грунты с нулевой или отрицательной температурой по шкале Цельсия, состав которых содержит ледяные включения и (или) лед-цемент, а их структура характеризуется криогенными связями [1, п. 3.19].
1Таксономическая единица, или, как еще говорят, таксон (происходит от латинского taxon
идревнегреческого τάξις – порядок, устройство, организация) представляет собой группу в классификации, которая состоит из дискретных объектов, объединяемых на основании общих свойств и признаков. Классификации, построенные на таксонах, обычно носят иерархический характер.
4
1.1.1. Скальные грунты
Общепринятая классификация скальных грунтов в качестве таксономических единиц включает: типы и подтипы, виды, подвиды и разновидности, которые разделены в соответствии с группами признаков, указанными в табл. 1.1.
Типы и подтипы скальных грунтов приведены в табл. 1.2, а их определения даны по стандарту [1] или энциклопедии [6].
Таблица 1.2. Деление скальных грунтов на типы и подтипы
Типы |
Подтипы |
|
|
|
Определение |
|
|
1 |
2 |
|
|
|
3 |
|
|
|
Интру- |
Горные породы, образовавшиеся в результате кри- |
|||||
Магматиче- |
зивные |
сталлизации магмы в глубинах земной коры2 |
|
||||
|
Горные породы, образовавшиеся в результате кри- |
||||||
|
|
||||||
ские |
Эффузив- |
|
|
|
И |
|
|
|
ные |
сталлизации магмы, излившейся на поверхность |
|||||
|
земли или в приповерхностных условиях3 |
|
|||||
|
|
|
|
Д |
|
||
|
|
Горные породы, образованные в результате измене- |
|||||
|
|
ний (метаморфизма) магматических и осадочных |
|||||
|
Не под- |
пород, вследствие изменения физико-химических |
|||||
Метаморфи- |
|
|
А |
|
|
||
ческие |
разделя- |
условий, к которым относят движение земной коры |
|||||
|
ются |
и связанное с ним воздействие высоких температур |
|||||
|
|
Б |
|
|
|
||
|
|
и больших давлений, также газовых и водных рас- |
|||||
|
|
творов4 |
|
|
|
|
|
|
|
Горные породы, образованные в результате осаж- |
|||||
|
|
дения продукта на поверхности суши, в морских и |
|||||
|
|
океанических бассейнах при воздействии водной |
|||||
|
С |
среды, воздуха и ледников. |
|
||||
|
Не под- |
Осаждение может происходить механическим пу- |
|||||
Осадочные |
разделя- |
||||||
тём (под влиянием силы тяжести и изменения ди- |
|||||||
|
ются |
||||||
|
|
|
|
|
|
||
|
Инамики среды), химическим (из водных растворов |
||||||
|
|
при достижении ими концентраций насыщения и в |
|||||
|
|
результате обменных реакций), а также биогенным |
|||||
|
|
(под влиянием жизнедеятельности организмов) |
5 |
||||
|
|
|
2 Интрузивные горные породы [Электронный ресурс] // Горная энциклопедия. – URL: http://www.mining-enc.ru/i/intruzivnye-gornye-porody/ (дата обращения к ресурсу: 01.07.2015).
3 Эффузивные горные породы [Электронный ресурс] // Горная энциклопедия. – URL: http://www.mining-enc.ru/e1/effuzivnye-gornye-porody/ (дата обращения к ресурсу: 01.07.2015).
4 Метаморфические горные породы [Электронный ресурс] // Горная энциклопедия. http://www.mining-enc.ru/m/metamorficheskie-gornye-porody/ (дата обращения к 01.07.2015).
5 Осадочные горные породы [Электронный ресурс] // Горная энциклопедия URL: http://www.mining-enc.ru/o/osadochnye-gornye-porody/ (дата обращения к ресурсу: 01.07.2015)
5
Окончание табл. 1.2
1 |
2 |
3 |
|
|
|
Горные породы, образованные из вулканического |
|
Вулканоген- |
Не под- |
или осадочного материала, основным компонентом |
|
разделя- |
является пирокластический материал эксплозивных |
||
но-осадочные |
|||
ются |
извержений при дроблении жидкой лавы и слагаю- |
||
|
|||
|
|
щих вулкан горных пород взрывами6 |
|
|
|
Горные породы, часто называемые элювием, обра- |
|
|
Не под- |
зующиеся в результате выветривания и постепенно |
|
Элювиальные |
разделя- |
накапливающиеся на месте своего образования, как |
|
|
ются |
правило, на горизонтальных плоскостях или на |
|
|
|
склонах со слабо протекающей денудацией7 |
|
|
Не под- |
Грунт, измененный, перемещенный или образован- |
|
Техногенные |
разделя- |
ный в результате инженерно-хозяйственной дея- |
|
|
ются |
тельности человека [1, п. 3.44] |
Примечания: 1. Кристаллизация – процесс фазового переходаИвещества из жидкого состояния в твёрдое кристаллическое с образованием кристаллов. 2. Магма (от древнегреческого μάγμα — месиво, густая мазь) – расплавленная огненно-жидкая масса, преимущественно силикатного состава, возникающая в земной коре или верхней Дчасти мантии, расположенной непосредственно под корой. 3. Пирокластический материал – обобщающее название обломочных отложений, образующихся при извержении вулканов, введено в геологическую терминологию в 1915 г. Льюисом Валентином Пирсоном (1860 – 1919). 4. Эксплозивное или взрывное извержение вулканов (от латинского explosio – «взрыв») – один из трех типов извержений, происходящее в результате быстрого выделения газов, которое приводит к вскипанию магматического расплава и его разрыву расширяющимися газовыми пузырьками. 5. Денудация (от лат. denudatio – обнажение) – совокупность процессов сноса и переноса (водой, ветром, льдом) продуктов разруше-
ния горных пород в пониженные участки земной поверхности, где происходит их накопление. |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А |
|
|
|
Типы и подтипы скальных грунтов объединяют соответствующие |
|||||||||||
виды, подвиды и разновидности по признакам, |
представленным в |
|||||||||||
табл. 1.1. |
|
|
|
|
|
Б |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Таблица 1.3. Деление скальных грунтов на виды и подвиды |
|||||||||||
|
и разновидности |
И |
|
|
|
|||||||
|
|
Виды |
|
|
|
|
|
Подвиды |
|
Разновидность |
||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
2 |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Магматические интрузивные |
|
|
||
|
|
|
|
|
С |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
Ультраос- |
Перидотиты, дуниты, пироксениты |
Выделяется в со- |
||||||
|
|
|
|
новные |
|
и др. |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
ответствии с рег- |
||||
Сили- |
|
|
Основные |
|
Габбро, нориты, анортозиты, диа- |
|||||||
|
|
|
ламентацией |
|||||||||
катные |
|
|
|
базы, долериты и др. |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
[1, табл. Б.1 – Б7; |
||||||
|
|
|
|
Средние |
|
Диориты, сиениты и др. |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
табл. В.1 – В3] |
||||||
|
|
|
|
Кислые |
|
Граниты, гранодиориты и др. |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 Вулканогенно-осадочные породы [Электронный ресурс] // Горная энциклопедия. – URL: http://www.mining-enc.ru/v/vulkanogenno-osadochnye-porody (дата обращения к ресурсу: 01.07.2015).
7 Элювий [Электронный ресурс] // Горная энциклопедия. – URL: http://www.miningenc.ru/e1/elyuvij/ (дата обращения к ресурсу: 01.07.2015).
6
Окончание табл. 1.3
1 |
|
|
|
|
|
2 |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
Магматические эффузивные |
|
|||
|
|
Ультраос- |
|
Пикриты, коматииты и др. |
|
||||
|
|
новные |
|
|
|||||
Силикат- |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Основные |
|
Базальты, долериты, порфириты и др. |
То же |
|||||
ные |
|
|
|||||||
|
Средние |
|
Андезиты, трахиты и др. |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
Кислые |
|
Риолиты, дациты и др. |
|
|
|||
|
|
|
|
|
Метаморфические |
|
|
||
|
|
|
|
|
Гнейсы, сланцы, кварциты, роговики, скар- |
|
|||
Силикатные |
|
|
|
ны, грейзены, березиты, пропилиты, вторич- |
|
||||
|
|
|
ные кварциты, гидротермально измененные |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
грунты и др. |
|
|
То же |
|
Карбонатные |
|
|
Мраморы и др. |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
И |
|
Железистые |
|
|
|
Железные руды, джеспилиты и др. |
|
||||
Органоминеральные |
|
Горючие сланцы, антрациты и др. |
|
||||||
|
|
|
|
|
Осадочные |
|
|
||
Силикатные |
|
|
|
Песчаники, конгломераты, аргиллиты, алев- |
|
||||
|
|
|
ролиты, сцементированные глины и др. |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||||
Карбонатные |
|
|
Известняки, доломиты, мел, мергели и др. |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
А |
|
|
|
Кремнистые |
|
|
Опоки, диатомиты и др. |
|
То же |
||||
Сульфатные |
|
|
Гипсы, ангидриты и др. |
|
|
||||
|
|
|
|
|
Б |
Д |
|
||
Галоидные |
|
|
|
Галиты и др. |
|
||||
Органоминеральные |
|
Бурые угли, битуминозные известняки и др. |
|
||||||
|
|
|
|
|
Вулканогенно-осадочные |
|
|||
|
|
|
|
|
Туфопесчаники, туфоалевролиты, туфоар- |
|
|||
Силикатные |
|
С |
гиллиты, туффиты, вулканические туфы, |
|
|||||
|
|
|
кластолавы, лавовые брекчии и др. |
То же |
|||||
|
|
|
|
|
|||||
Хемогенно- |
|
|
|
Туфопесчаники, туфоалевролиты, туфоар- |
|||||
|
|
|
|
||||||
|
|
|
гиллиты, туффиты, вулканические туфы, |
|
|||||
силикатные |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
И |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
кластолавы, лавовые брекчии и др. |
|
|||
|
|
|
|
|
Элювиальные |
|
|
||
Минеральные |
|
|
Скальные грунты трещинных зон коры вы- |
То же |
|||||
|
|
ветривания |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Все виды техногенно |
|
|
|
|
|
|
|||
измененных природ- |
|
|
|
|
|
|
|||
ных и антропогенно |
|
Все подвиды техногенно измененных при- |
|
||||||
образованных скаль- |
|
родных и антропогенно образованных скаль- |
|
||||||
ных грунтов и преоб- |
|
ных грунтов и преобразованных дисперсных |
То же |
||||||
разованных дисперс- |
|
грунтов с приобретенными цементационны- |
|
||||||
ных грунтов с приоб- |
|
ми связями |
|
|
|
|
|||
ретенными цемента- |
|
|
|
|
|
|
|||
ционными связями |
|
|
|
|
|
|
7
Классификацию скальных грунтов можно несколько расширить, приведя наименование горных пород, образующих подвиды, представленные в табл. 1.3 и регламентируемые стандартом [1, табл. 1]. Характерные для подвидов скальных грунтов горные породы приведены в соответствующих разделах энциклопедии [6]. Некоторые используемые в дорожном строительстве горные породы показаны на рис. 1.1.
|
|
|
И |
|
|
Д |
|
|
А |
|
|
Б |
|
|
|
И |
|
|
|
Рис. 1.1. ОбщийСвид некоторых горных пород, применяемых для нужд дорожного строительства:
а– габбро; б – гнейс; в – гранит; г – базальт; д – гранодиорит; е – диорит;
ж– известняк; з – песчаник; и – доломит
Дроблением горных пород с последующим рассевом готовят щебень, область применения которого зависит от вида и подвида грунта. Вид грунта, из которого приготовлен щебень, обуславливает технологические правила обращения с ним. Например, щебень из кислых пород имеет плохое сцепление с битумом, вследствие чего при их обработке органическими вяжущими требуют применения поверхностно-
8
активных веществ. Количественные показатели, по которым выделяются разновидности скальных грунтов, приведены в табл. 1.4.
Таблица 1.4. Разновидности скальных грунтов по характеристикам
физических свойств
Показатель |
|
|
|
|
Разновидности |
Величина |
|||
|
|
|
|
|
|
|
очень прочные |
Rc 120 |
|
|
|
|
Скальные |
|
|
прочные |
|
120>Rc 50 |
|
Предел прочности на |
|
|
|
средней прочности |
50>Rc 15 |
||||
|
|
|
|
|
|||||
одноосное сжатие Rc, |
|
|
|
|
|
малопрочные |
15>Rc 5 |
||
МПа |
|
|
Полускаль- |
|
пониженной прочности |
5>Rc 3 |
|||
|
|
|
|
низкой прочности |
3>Rc 1 |
||||
|
|
|
ные |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
очень низкой прочности |
Rc<1 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
Очень плотный |
|
d 2,5 |
||||
Плотность сухого (ске- |
|
Плотный |
|
|
|
|
2,5> d 2,1 |
||
лета) грунта , г/см3 |
|
Средней плотности |
|
2,1> 1,2 |
|||||
|
d |
|
|
|
|
|
|
|
d |
|
|
|
Низкой плотности |
|
d<1 |
||||
|
|
|
Непористый |
|
n 3 |
||||
Пористость n, % |
|
|
Слабопористый |
|
3<n 10 |
||||
|
|
Среднепористый |
И |
10<n 30 |
|||||
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
||||||
|
|
|
Сильнопористый |
|
n>30 |
||||
|
|
|
Д |
|
|||||
Коэффициент выветри- |
|
Слабовыветрелый |
0,9 Kwr<1 |
||||||
|
Средневыветрелый |
|
0,8 Kwr<0,9 |
||||||
лости Kwr, д.е. |
|
|
|
||||||
|
|
Сильновыветрелый |
|
Kwr<0,8 |
|||||
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
А |
|
|
||
Коэффициент размяг- |
|
Неразмягчаемый |
|
Ksof 0,75 |
|||||
чаемости в воде Ksof, |
|
Размягчаемый |
|
Ksof <0,75 |
|||||
д.е. |
|
|
|
Б |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Нерастворимый |
|
qsr 0,01 |
||||
|
|
|
Труднорастворимый |
|
0,01<qsr 1 |
||||
Степень растворимости |
И |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
1<qsr 10 |
|||
в воде qsr, г/л |
С |
реднерастворимый |
|
||||||
Легкорастворимый |
|
10<qsr 100 |
|||||||
|
|
||||||||
|
Сильно растворимый |
|
qsr >100 |
||||||
|
|
|
|
||||||
|
|
|
Водонепроницаемый |
|
Kф 0,005 |
||||
Коэффициент фильтра- |
|
Слабоводопроницаемый |
|
0,005<Kф 0,3 |
|||||
ции (водопроницае- |
|
Водопроницаемый |
|
0,3<Kф 3 |
|||||
мость) Kф, м/сут |
|
|
Сильноводопроницаемый |
3<Kф 30 |
|||||
|
|
|
Очень сильноводопроницаемый |
Kф>30 |
Скальные грунты подразделяются на разновидности по минералогическому составу, количественные показатели этих признаков приведены в стандарте
[1, табл. В.1 – В.3].
9