Грунты и их технологические свойства

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.

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).

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.

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.

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.

В строительном производстве грунтами называют породы, залегающие в верхних слоях земной коры. Плотностью называется масса 1 м³ грунта в естественном состоянии (в плотном теле). Грунт, который находится в естественном состоянии, разрыхляется прямо в процессе его разработки. Устойчивость земляных сооружений обеспечивают откосы. Если не учитывать этот показатель, насыпь или стенки выемки могут оказаться недостаточно надежными и устойчивыми.