§ 2. Основные строительные свойства и классификация грунтов

Грунтами называют породы, залега­ющие в верхних слоях земной коры. К ним относят растительный грунт, пе­сок, супесь, гравий, глину, суглинок, торф, плывуны, различные полускаль­ные и скальные грунты.

По к р у п н о с т и минеральных ча­стиц грунта, их взаимной связи и ме­ханической прочности грунты делят на пять классов: скальные, полускальные, крупнообломочные, песчаные (несвяз­ные) и глинистые (связные).

К скальным грунтам относятся сцементированные водоустойчивые и практически несжимаемые породы (гра­ниты, песчаники, известняки и т. п.), за­легающие обычно в виде сплошных или трещиноватых массивов.

К полускальным грун­там относятся сцементированные поро­ды, способные к уплотнению (мергели, алевролиты, аргиллиты и т. п.) и не­водостойкие (гипс, гипсоносные конгло­мераты).

Крупнообломочные грун­ты состоят из несцементированных кус­ков скальных и полускальных пород; обычно содержат более 50 % обломков пород размером свыше 2 мм.

Песчаные грунты состоят из несцементированных частиц пород раз­мером 0,05...2 мм; представляют собой, как правило, естественно разрушившие­ся и преобразованные в различно^ сте­пени скальные грунты; не обладают пластичностью.

Глинистые грунты также яв­ляются продуктом естественного разру­шения и преобразования первичных гор­ных пород, составляющих скальные гру­нты, но с преобладающим размером час­тиц менее 0,005 мм.

Основным объектом разработки в стро­ительстве являются глинистые, песча­ные и песчано-глинистые, а также круп­нообломочные и полускальные грунты, покрывающие большую часть земной поверхности.

К основным свойствам и показателям грунтов, влияющим на технологию про­изводства, трудоемкость и стоимость земляных работ, относятся: плотность, влажность, прочность, сцепление, кус-коватость, разрыхляемость, угол есте­ственного откоса и размываемость.

Плотностью р называется отношение массы грунта, включая массу воды в его порах, к занимаемому этим грунтом объему. Плотность песчаных и глинис­тых грунтов — 1,5...2 т/м³; полускаль­ных неразрыхленных грунтов — 2... ...2,5 т/м³, скальных — более 2,5 т/м³.

Влажностью w называется отноше­ние массы воды в порах грунта к массе его твердых частиц (в процентах). Грун­ты влажностью до 5 % считают сухи­ми, свыше 30 % — мокрыми, а от 5 до 30 % — нормальной влажности.

Для повышения производительности машин и снижения трудоемкости не­которых работ (уплотнение грунта во время обратной засыпки пазух котло­ванов, устройство насыпей, трамбование грунта и др.) грунты стремятся доводить до оптимальной влажности, опре­деляемой гранулометрическим составом грунта, требуемой его плотностью, ти­пом применяемых машин и другими фак­торами.

При значительной влажности глини­стых грунтов появляется липкость. Боль­шая липкость грунта усложняет его выгрузку из ковша машины или кузо­ва, условия работы конвейера или пе­редвижение машины.

Прочность грунтов характеризуется их способностью сопротивляться внеш­ним силовым воздействиям. Для оценки прочности горных пород и грунтов пользуются коэффициентом крепости по М. М. Протодьяконову

Косвенными показателями прочности грунтов являются скорость их бурения, а также число ударов ударника ДорНИИ.

Сцепление определяется начальным со­противлением грунта сдвигу и зависит от вида грунта и степени его влажности. Сцепление песчаных грунтов — 0,03... ...0,05 МПа, глинистых — 0,05... ...0,3МПа, полускальных —0,3...4МПа и скальных — более 4 МПа.

Кусковатость разрыхленной массы (гранулометрический состав) характе­ризуется процентным содержанием раз­личных фракций.

Разрыхляемость — это способность грунта увеличиваться в объеме при разработке вследствие потери связи между частицами. Увеличение объема грунта характеризуется коэффициентами первоначального и остаточного разрых­ления. Коэффициент первоначального разрыхления k_p представляет собой от­ношение объема разрыхленного грунта к его объему в природном состоянии; для песчаных грунтов k_р = 1,15... 1,2, для глинистых k_р = 1,2...1,3, для полу­скальных и скальных грунтов при взры­вании «на встряхивание» k_p изменяется от 1,1 до 1,2, а при взрывании «на раз­вал» — от 1,25 до 1,6 (при большой кусковатости до 2).

Коэффициент остаточного разрыхле­ния k_p.o характеризует остаточное уве­личение объема грунта (по сравнению с природным состоянием) после его уплот­нения. Значение коэффициента k_р._о обычно меньше k_p на 15...20 %.

Угол естественного откоса характе­ризуется физическими свойствами грунта, при котором он находится в состоя­нии предельного равновесия. Величина угла естественного откоса зависит от угла внутреннего трения, силы сцепле­ния и давления вышележащих слоев грунта. При отсутствии сил сцепления предельный угол естественного откоса равен углу внутреннего трения. В со­ответствии с этим крутизна откосов выемок и насыпей, выражаемая отно­шением высоты к заложению (h/а = 1/m, где т — коэффициент откоса), для постоянных и временных земляных сооружений различна. Крутизна отко­сов устанавливается СНиПами.

Все грунты группируют и классифи­цируют по трудности разра­ботки различными землеройными машинами и вручную. Наиболее часто для оценки трудности разработки грун­та используют показатель удельного сопротивления резанию (копанию) K_F

Удельное сопротивле­ние копанию (резанию) K_F пред­ставляет собой отношение касательной составляющей усилия, развиваемого на режущей кромке ковша землеройного и землеройно-транспортного оборудо­вания, к площади поперечного среза грунта (стружки).

Значение Kf зависит как от свойств и показателей разрабатываемого грунта, так и от конструктивного исполнения рабочего органа землеройного и земле­ройно-транспортного оборудования.

Проф. Н. Г. Домбровским были пред­ложены шесть групп грунтов: I и II — слабые (мягкие) и плотные грунты (чер­нозем, лесс, суглинок и т. п.), III и IV — очень плотные (тяжелые суглин­ки, глины и т. п.) и полускальные грун­ты (сланцы, алевролиты и т. п.), V и VI — соответственно хорошо и плохо разрыхленные полускальные и скаль­ные грунты. Указанная группировка грунтов по трудности разработки маши­нами нашла широкое применение в строительстве, на карьерных разработ­ках, в экскаваторостроении; в изменен­ном виде она положена в основу нормиро­вания и расценок земляных работ в су­ществующих ЕНиР.

Группировка грунтов по трудности разработки в ЕНиР составлена отдельно для немерзлых (I...VI группы) и мерз­лых (1м.,.1Пм) грунтов, причем грунты

перечисляются в алфавитном порядке с указанием средних значений плотнос­ти. Разрыхленные немерзлые грунты нормируются на одну группу ниже, чем эти же грунты в массиве (неразрых-ленном состоянии). К V и VI группам отнесены грунты, кроме пестроцвет-ных моренных глин, разрабатывае­мые после предварительного разрыхле­ния.

В качестве критерия трудности раз­работки грунтов различными видами землеройного оборудования часто ис­пользуют скорость распространения уп­ругих волн в массиве. Так, рядом оте­чественных заводов-изготовителей и за­рубежных фирм по этому критерию устанавливается область применения существующего и перспективного земле­ройного и землеройно-транспортного обо­рудования.