книги из ГПНТБ / Медведев, Павел Михайлович. Основы строительного дела учебное пособие для речных училищ и техникумов

§ 2] Свойства грунтов 9

во -вскрытом состоянии (в стенах котлованов) весьма малой устойчивостью. Поры грунта весьма малы, поэтому вода из них не может вытекать свободно. Вырезанный лопатой кусок грунта будет сохранять свою форму лишь до тех пор, пока не подверг­ нется сотрясению; по прекращении сотрясений масса из полу­ жидкого состояния снова переходит в сравнительно твердое со­ стояние.

При отрывке котлованов в пластах плывуна грунт начинает «плыть» от стен котлована в сторону углубления. Такое же пе­ ремещение грунта может наблюдаться в мелкозернистых песках,,

супесях и даже суглинках, если их поры сильно насыщены на­ порной водой, которая, устремляясь в сторону открытой выемки, увлекает за собой частицы грунта.

Таким образом, плывун это не род грунта, а его особое со­

стояние при сильном насыщении водой.

§ 2. Свойства грунтов

Качества грунтов определяются их физико-механическими свойствами, которые обусловливают поведение грунтов в зем­ ляных сооружениях и их сопротивление внешним воздействиям. К этим свойствам относятся следующие:

а) Происхождение и структура г р у н т о в. Струк­ тура грунтов, т. е. строение грунтового скелета, взаимное рас­

положение и форма зерен обусловлены характером их проис­ хождения.

Грунты осадочного происхождения, например глинистые,

имеют хорошую связность частиц, так как представляют собой

мелкие чешуйки, разделенные пленками воды и прижимаемые друг к другу силами ее поверхностного натяжения. Связность прунтов находится в прямой зависимости от примеси глинистых

частиц и от степени влажности.

Песчаные грунты имеют частицы в виде зерен и при малой влажности также обладают связностью благодаря силам по­

верхностного натяжения воды в мениске между зернами. При увеличении влажности мениски между зернами сливаются, кон­ такт поверхностного натяжения ликвидируется; песчаный грунт при этом теряет свою связность.

В зависимости от структуры грунта и его пористости нахо­ дится сжимаемость грунта. Под действием нагрузки от веса сооружения пористые грунты сжимаются более сильно, нежели плотные; это может вызвать явление осадки сооружения как от собственного веса сооружения, так и от внешних сил, дей­ ствующих на него.

б) Гранулометрический (зерновой) состав грунта, пористость и химическая характер и-

совое процентное соотношение зерен грунта по их крупности. Зная вес тех или иных частиц по крупности в данном объеме грунта, мы можем определить степень его пористости. Степень пористости и размер пор могут определять также количество содержащейся в грунте воды или способность грунта фильтро­ вать (дренировать) через себя воду.

Чтобы грунты обладали большей плотностью, а следова­ тельно, водонепроницаемостью и лучшим сопротивлением сжа­ тию, необходимо иметь такой гранулометрический состав грунта,

при котором зерна были бы различной крупности и взаимно заполняли бы промежутки (поры) между собой; между круп­ ными зернами должны располагаться средние, а между сред­ ними— мелкие. Средние по крупности зерна меньше пропускают через себя воду, а мелкие или пылеватые грунты в плотном состоянии практически водонепроницаемы.

Пористость выражается отношением объема пор ко всему

объему образца породы (в процентах).

Для устойчивости грунта большое значение имеет его. хи­ мическая характеристика; грунты, включающие легко раство­ римые соли извести или гипса, непригодны в качестве мате­ риала или оснований для сооружений, подверженных действию

гания грунтов понимается: мощность пластов грунтов, их поло­

жение по отношению к горизонтальной поверхности, к подсти­ лающим слоям и к уровню грунтовых вод. Наряду с остальными качествами, эти характеристики грунтов могут оказать решаю­ щее влияние на устойчивость сооружений.

Мощность пласта грунта измеряется расстоянием, измерен­

ным по перпендикуляру к поверхностям пласта.

Уровень грунтовых вод определяется расстоянием от плани­ ровочной (будущей) отметки сооружения до водонасыщенного слоя грунта или водоносного горизонта. Это весьма важно

знать, так как вода, особенно при замерзании, резко изменяет физическое состояние грунта; например, в глинистых грунтах вызывает их вспучивание. В силу этого, фундаменты под соору­

грунта называется вес единицы объема грунта в абсолютно плотном состоянии.

Объемным весом называется вес грунта в естественном со­

стоянии, определяемый весом твердых частиц и заполнения пор.

Объемный вес грунта не имеет определенной величины и для

нескальных грунтов составляет от 1100 до 1800 кг/.м3, для торфа

600 кг/м3 и для скальных грунтов доходит до 3300 кг/м3.

По отношению к воде грунты характеризуются следующими свойствами:

д) В л а г о е м к о с т ь ю — способностью грунтов поглощать воду. Торфяники, илистые и черноземные грунты наиболее вла­ гоемки; они легко сжимаются и поэтому являются плохим ма­ териалом для возведения сооружений, так как, имея влагу в своих порах, под воздействием нагрузок легко ее отдают и изменяются в объеме, а под действием мороза легко вспучи­

ваются.

е) Водопроницаемостью — способностью грунтов хо­ рошо пропускать воду через свои поры (пустоты), т. е. дрени­

ровать, фильтровать. К таким грунтам относятся песчаные,

гравийные, щебеночные и другие грунты из крупных неразмы-

ваемых частиц, не загрязненные илистыми, пылеватыми или глинистыми частицами.

Грунты хотя бы и из крупных частиц, но легко размываю­ щиеся, как, например, известковые, меловые и тальковые, не могут быть отнесены к обладающим хорошей водопроницае­ мостью. Размываясь водой, они закупоривают продуктами раз­ мыва свои поры и теряют способность дренировать (пропускать) через себя воду.

Водопроницаемость грунта характеризуется коэффициентом фильтрации, который зависит от гранулометрического состава грунта. Например, при крупности частиц песка 0,013 см коэф­ фициент фильтрации Л'ф = 0,0022 см/сек; мелкий же песок, со значительной примесью глины, имеет Л/ф = 0,2 • 10'4, т. е. коэф­ фициент фильтрации снижается при этом в 10 раз.

ж) Водоудерживающей способностью — возмож­ ностью удерживать в своих порах воду и образовывать водяные линзы в своей толще, но плохо отдавать ее даже под воздей­ ствием нагрузок и уплотнения.

Эта способность наиболее характерна для глинистых грун­ тов и лёссовых суглинков.

Механическое действие воды на грунт (размываемость) за­ ключается в вынесении его частиц текучей водой из земляных сооружений, что может привести к их разрушению. Для увели­ чения стойкости грунтов против размывания предусматривают безопасные скорости течения воды по дну кюветов, канав, ру­ сел, исходя из наименьшей скорости течения, необходимой для

12 Грунты и их свойства [Гл. 1

переноса частиц грунта. Предельные скорости для различных

грунтов приведены в Технических условиях на производство и приемку строительных работ.

з) Влажностью грунта, определяемой степенью на­ сыщения пор грунта водой. Она представляет отношение веса воды в грунте к весу твердых его частиц и приводится в про­ центах к общему весу грунта, взятому в каком-либо объеме.

При содержании воды в грунте до 5% от его веса грунты относятся к сухим; влажные грунты содержат воды от 5 до 30%; мокрые — более 30%. Влажность в большой степени влияет на степень трудности разработки, так как особенно мокрый глинистый грунт дает сильное налипание на инструмент (ло­ пата, ковш экскаватора и т. д.), а котлованы требуют приме­ нения водоотлива.

При замерзании связные грунты — глинистые дают вспучи­ вание, степень которого зависит от количества содержащейся в них воды. Это явление особенно характерно проявляется на крутых склонах или откосах сооружений, сложенных из глини­ стых грунтов, которые, в весенний период сильно прогреваясь

солнечными лучами, быстро оттаивают. Вспучивание таких грунтов может происходить и в глинистых основаниях под сооружениями, если они не защищены от промерзания.

В несвязных грунтах — песках и гравелистых грунтах, дре­ нирующих воду, такого явления нет.

Механическая прочность грунтов характеризуется допускае­ мым на грунт давлением, т. е. нагрузкой, приходящейся на единицу площади грунта в его естественном состоянии, не вызы­

вающей его деформации, и измеряется в кг/см2. Величина до­ пускаемого давления зависит от рода грунта, степени его влаж­ ности и глубины залегания.

§ 3. Угол естественного откоса и его значение

Углом естественного откоса называется угол наклона по­ верхности сыпучего или связного грунта а к горизонту, при ко­ тором грунт осыпается и создает естественный, устойчивый от­

жится под некоторым определенным углом к горизонту а, кото­ рый и будет характеризовать угол его естественного откоса

(рис. 1, а). Однако это будет справедливо только в отношении несвязных грунтов.

Если отрыть траншею в грунтах связных (суглинках, гли­

нах) или даже в увлажненных мелких песчаных, то можно на­ блюдать в течение длительного времени, что грунт в них будет

Для обеспечения надежной устойчивости откосов земляных сооружений назначают углы естественного откоса, проверенные

выемки.

При благоприятных гидрогеологических условиях, под кото­ рыми следует понимать условия, исключающие возможность оползней, сдвигов, неравномерных просадок и прочих видов

Рис. 2. Определение границ выемки: а) на горизонтальной местности; б) на поперечном уклоне местности.

14 Грунты и их свойства [Гл. I

разрушения грунтов, крутизна откосов выемок постоянных со­

оружений должна соответствовать указанным в проекте и на­

значается в пределах от 1 : 1,5 до 1 : 4,5.

Во временных выемках (котлованах) и траншеях 1 : п имеет значение от 1 : 0,5 до 1 : 1,25.

§ 4. Классификация грунтов по степени трудности их разработки

Для разработки грунтов необходимо знать степень труд­ ности их разрыхления различными инструментами: лопатами, кирками, ломами и другими ручными инструментами, а также землеройными машинами (экскаваторами). Классификация грунтов по степени трудности их разработки приведена в Строи­ тельных нормах и правилах, т. IV.

Разработка грунтов ручным или иным инструментом харак­

теризует лишь относительную плотность, прочность и связность, присущую той или иной породе, грунта. Различные породы грунта, поддающиеся разработке одинаковым инструментом, будут отнесены в одну группу грунта.

По способу разработки вручную грунты распределяются на следующие группы (по Единым нормам выработки и рас­ ценок) :

Группа I — разработка ведется штыковыми и подборочными лопатами (песок, супесь, торф).

Группа II — грунты, разрабатываемые штыковыми лопатами с киркованием и с частичным применением ломов (мягкая жир­ ная глина, суглинок и др.).

Группа III — грунты, разрабатываемые штыковыми лопа­ тами со сплошным применением клиньев и молотов (тяжелая ломовая глина, отвердевший лёсс и др.).

ривающийся; мел плотный и т. п.

Распределение грунтов в зависимости от трудности их раз­ работки одноковшовыми экскаваторами производится только по четырем группам. Например: галька и гравий размером до

80 мм и песок всех видов, в том числе с примесью щебня, гравия или гальки,— относятся к I группе; галька и гравий

с размерами более 80 мм с примесью булыг, суглинков всех ви­ дов составляют II группу; тяжелая ломовая глина, глина с при­ месью гравия, гальки или булыг—III группа; мерзлые глини­ стые и суглинистые грунты, твердая глина — IV группа грунтов.

ГЛАВА II

РАЗВЕДКА ГРУНТОВ

§ 5. Назначение разведки, разновидности и область

применения

При проектировании и постройке сооружений, особенно гид­ ротехнических, является обязательным выполнение четырех ос­ новных требований: прочности, долговечности, устойчивости и рациональности конструкции. Эти требования могут быть вы­ полнены только в том случае, если известны качества и свой­ ства грунтов, на которых строится сооружение. Поэтому, в за­ висимости от сложности и характера сооружения (здания, ка­

налы, плотины и т. д.), необходимо производить тщательную разведку грунтов для использования их в качестве оснований или материалов. В результате разведки должны быть освещены следующие вопросы:

а) Условия общей устойчивости пластов грунта в от­ ношении возможности возникновения оползней, обвалов, прова­ лов и т. п. Эти сведения должны быть увязаны с общим планом местности, ее рельефом и характером затопляемости около рек

и озер.

геологический разрез по данной строительной площадке. На нем особенно выделяются плывуны, лёссовые грунты, торф и даже небольшие прослойки грунтов (особенно для сооружений, под­

верженных боковому давлению), по которым может происхо­

в пределах площади каждого сооружения.

г) Уточнение гидрологических сведений, т. е. ре­ жима грунтовых вод; наличие напорных вод и влияние их на свойства грунтов и на устойчивость основания сооружения, воз­ можность фильтрации воды, опасность утечки поверхностных

чие и возможность появления карстовых явлений, т. е. размывов грунта внутри толщи земной коры в виде провалов и пустот;

наличие вредных химических примесей; влияние на режим грун­ товых вод возводимых сооружений.

пласта, с учетом влияния подстилающего пласта.

Основные способы разведки грунтов сводятся к следующим

видам:

1. Исследование обнажений на крутых берегах, островах, в существующих выемках, колодцах, штольнях и т. п.— метод поверхностного обследования грунтов. Например, посредством осмотра береговых обнажений, особенно на крутых берегах или в оврагах, где на дневную поверхность могут выходить обна­ женные размывом породы грунтов в виде плотных пластов или осыпей. По ним можно судить о мощности пластов грунта, роде грунтов, их физико-механических свойствах, уровне грунтовых вод и т. д. Это наиболее доступный метод, не связанный с боль­ шими затратами. Его следует использовать в первую очередь, до перехода к более сложным способам разведки грунтов, по­ средством которых полученные сведения могут быть уточнены.

2. Мелкая зондировка толщи грунтов при помощи разведоч­ ного щупа с поверхности или в качестве дополнительной раз­ ведки, со дна отрытых шурфов, вглубь. Данным способом раз­ ведка может быть произведена лишь на небольшую глубину,

ограниченную длиною щупа (2,5—3,0 м), и сведения о грунтах получаются, в большинстве случаев, самого общего характера, например, о толще грунта и его роде. Наибольшее применение этот метод находит в повседневной практике строителей не только как основной разведочный метод, но и в качестве мест­ ной разведки грунтов во время производства работ.

3. Разведочным бурением при помощи бурения наклонных и вертикальных скважин, пересекающих толщу грунтов.

4. Забивкой разведочных свай. При данном способе приме­ няются пустотелые (разведочные) сваи, которые погружаются в грунт при помощи ударов легким свайным молотом. При этом грунт извлекается из пустотелой сваи в виде готовой колонки, на которой видны самые незначительные прослойки и почти полностью сохраняется его структура.

5. Отрывкой шурфов, траншей, шахт или штолен. Этот спо­ соб— преимущественно ручной разведки дает, наряду с забив­ кой свай, наиболее точные результаты, так как образцы грунта извлекаются в их естественном состоянии, с замером толщи грунтов по наблюдениям в натуре. Однако он отличается от

18 Разведка грунтов [Гл. II

порное крепление применяется в грунтах, которые могут дер­ жаться в вертикальном откосе лишь до известного времени, на­