п. 1. Понятие «грунты». Базовые характеристики
В строительном производстве грунтами называют породы, залегающие в верхних слоях земной коры.
Свойства и качества грунта влияют на следующие критически важные параметры:
- устойчивость земляных сооружений;
- трудозатраты на проведение разработки;
- конечная стоимость земляных работ.
Для выбора оптимального способа проведения работ учитывают такие характеристики, как:
- плотность;
- влажность;
- сцепление;
- разрыхляемость;
- угол естественного откоса.
Если учесть все эти важные тонкости, можно добиться минимальной стоимости земляных работ. Это положительно скажется на итоговой стоимости готового строительного объекта.
Плотностью называется масса 1 м³ грунта в естественном состоянии (в плотном теле). Плотность песчаных и глинистых грунтов составляет 1,6–2,1 т/м³, а скальных неразрыхленных грунтов — до 3,3 т/м³.
Влажность характеризуется степенью насыщения грунта водой, которую определяют отношением массы воды в грунте к массе твердых частиц грунта и выражают в процентах. При влажности более 30% грунты считаются мокрыми, а при влажности до 5% — сухими.
Сцепление определяется начальным сопротивлением грунта сдвигу. Так, сцепление для песчаных грунтов равно 3–50 кПа, для глинистых — 5–200 кПа.
п. 2. Классификация грунтов в зависимости от того, насколько сложно их разрабатывать
Производительность землеройных работ в значительной степени зависит от того, какой плотностью и сцеплением частиц обладает грунт. Классификация по показателю трудности разработки в зависимости от конструктивных особенностей использования техники для проведения землеройных работ регламентируется международными и локальными нормативными актами и правилами. Они в разных странах могут существенно различаться.
Для экскаваторов одноковшового типа выделяют 6 типов грунтов.
Для скреперов и многоковшовых экскаваторов — 2.
Для грейдеров и бульдозеров — 3.
Для ручного типа проведения землеройных работ — 7.
В состав первой группы входят те типы грунтов, с которыми легко работать в плане разработки. В последнюю — самые сложные.
Грунт, который находится в естественном состоянии, разрыхляется прямо в процессе его разработки. Объем при этом возрастает, а плотность становится меньше. Это явление называется первоначальным разрыхлением грунта Кр. Этот коэффициент представляет собой соотношение объема разрыхленного грунта к объему грунта в естественном состоянии (для песчаных грунтов Кр = 1,08–1,17, суглинистых Кр = 1,14–1,28 и глинистых Кр = 1,24–1,3).
п. 3. Особенности поведения разрыхленного грунта
После того как уложенный в насыпь грунт оставляют в покое, он под влиянием механического уплотнения или массы лежащих выше слоев, движения транспортных средств, смачивания дождевыми каплями и по иным причинам уплотняется. Он никогда не достигает того объема, который занимал до разработки. Всегда сохраняется остаточное разрыхление. Измеряется показателем Ко.р. Значение различается у грунтов разных типов:
- песчаные грунты: 1,01–1,025;
- суглинки: 1,015–1,05;
- глинистые: 1,04–1,09.
Если не учитывать этот показатель, насыпь или стенки выемки могут оказаться недостаточно надежными и устойчивыми. Особенности грунтов влияют на качество всего объекта строительства, его долговечность, надежность и способность долгие годы выполнять свои функциональные задачи.
п. 4. Понятие крутизны откоса грунта
Устойчивость земляных сооружений обеспечивают откосы. Их крутизна является расчетной величиной и высчитывается по формуле:
h/a = 1/m, где:
- h — высота;
- а — заложение;
- m — коэффициент откоса.
Крутизна откоса напрямую зависит от показателя угла естественного откоса. При нем грунт пребывает в состоянии идеального равновесия. На угол естественного откоса влияют следующие параметры:
- угол внутреннего трения;
- угол сцепления;
- давление слоев грунта, которые расположены выше.
Если сцепление нулевое, то угол естественного откоса равен углу внутреннего трения. Если сцепление есть, то показатель изменяется от максимальной величины в верхней части выемки или насыпи до минимального значения в нижней. При этом показатель приближается к величине угла внутреннего трения данного грунта. Поэтому откосы целесообразно устанавливать с переменной величиной показателя крутизны. К низу очертания станут более пологими.
Строительные нормативы и правила требуют, чтобы значения крутизны откосов для временных и постоянных земляных сооружений устанавливались с учетом глубины или высоты. Откосы насыпей постоянных земляных сооружений принято делать более пологими, чем откосы выемок.
Более крутые откосы предусмотрены для временных траншей и котлованов. В случае работы на суглинистых грунтах при глубине выемок до 3 м для постоянных сооружений выбирают соотношение крутизны 1:1,25, в постоянных насыпях — 1:1,5, в траншеях и котлованах — 1:0,67.
п. 5. Важные тонкости проведения земляных работ
Есть масса нюансов при работах с грунтами в процессе земляных работ. Ряд процессов сопровождается пропусканием через почвенный слой электрического тока (оттаивание с помощью электричества, осушение по технологии обратного осмоса). Поэтому для безопасности рабочих и техники важно знать показатель электропроводности грунта на строительной площадке. Минеральные частицы в его составе обычно являются надежными диэлектриками. На токопроводность влияет степень насыщения почвы водой.
Также в регионах с холодным климатом в течение года наблюдается действие цикла «замораживание-оттаивание». Процессы могут быть как естественными, так и вызываемыми искусственно. Теплофизические показатели грунтов также имеют важное значение: теплоемкость и теплопроводность. Они также сильно зависят от уровня влажности. Соответствующие показатели заметно выше, чем для частиц минералов.
