0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Угол естественного откоса глинистого грунта

Естественная прочность и деформируемость глинистых грунтов. Часть 1

Продолжаем серию публикаций в рамках подготовки конференции журнала «ГеоИнфо» и комитета по инженерным изысканиям НОПРИЗ «Грунтовая лаборатория – 2018».

В настоящей статье на основе работ В.В. Охотина, П.О. Бойченко, И.П. Иванова, В.И. Осипова рассматриваются вопросы прочности и деформируемости глинистых грунтов в свете контактных взаимодействий. Анализируется свойство грунта первого порядка – консистенция грунта естественного сложения С В . На основе понятий «критическая точка состояния грунта» впервые предлагается теория естественной прочности грунта на основе контактных взаимодействий (ЕПКВ). Предлагается экспресс-метод определения прочностных и деформационных свойств глинистых грунтов методом пенетрации: «одним усилием – конусом постоянной массы». Базируясь на многолетних лабораторных определениях физико-механических свойств грунтов методом пенетрации получены зависимости величины консистенции грунта естественного сложения, показателя текучести с величинами сцепления, углами внутреннего трения, сопротивления недренированному сдвигу и деформации. Предлагается разделение консистенции грунта на 10 категорий. Приводятся таблицы и номограммы для определения показателей свойств грунтов в зависимости от С В .

Шелестят паруса кораблей.

Введение

В настоящее время в теоретическом грунтоведении на основе физико-химической механики дисперсных систем достигнуты определенные (если не сказать революционные) результаты, отражающие взаимосвязь между типом контактов между частицами, типом микростроения природной дисперсной системы (грунта) и физико-химическими и механическими свойствами. Причем если взаимосвязь между физико-химическими свойствами грунта и типом контактов между его частицами очевидна, то взаимосвязь между его механическими (прочностными и деформационными) характеристиками и типом контактов только начинает осмысляться и системно разрабатываться.

Теоретической основой для данной работы послужили труды К. Терцаги [22] по механике грунтов, П.А. Ребиндера [18] и Б.В. Дерягина [7] по физической и коллоидной химии, работы по грунтоведению В.В. Охотина [16] (предложил рассматривать грунт как многофазную дисперсную систему), В.Н. Соколова [20, 21] (выделил типы микроструктур грунта), П.О. Бойченко [1] (ввел понятие консистенции грунта естественного сложения), И.П. Иванова [11] (предложил теорию естественной прочности грунта), Л.И. Кульчицкого [12] и др. Особое (определяющее) значение имели теория контактных взаимодействий в грунте (физико-химическая механика природных дисперсных сред) и «теория эффективных напряжений в грунтах», разработанная В.И. Осиповым [13-15]. Значительный вклад в теорию пенетрационных испытаний грунтов внесли В.Ф. Разоренов [17] и Е.Н. Богданов [2, 3].

Исходным материалом для определенного обобщения послужили результаты многолетних лабораторных исследований свойств глинистых грунтов территории Санкт-Петербурга (около 10 000), проводившихся как в правовом поле общефедеральных нормативных документов (ГОСТ), так и по оригинальным методикам определения физико-механических свойств грунтов, разработанным отечественными учеными – П.О. Бойченко [1] и И.П. Ивановым [11].

Консистенция грунта ненарушенного сложения

Ранее указывалось [8, 9], что показатель консистенции грунта ненарушенной структурыB ) наряду с гранулометрическим составом, естественной (природной) влажностью (W Е ), плотностью грунта ( ρ ), плотностью частиц грунта ( ρs ) и числом пластичности (I ρ ) является важнейшим классификационным показателем – свойством грунта первого порядка, объективным критерием истории его образования и геологического развития, существующим вне зависимости от метода (способа) его определения.

Последовательная разработка теории контактных взаимодействий в грунте позволила В.И. Осипову в общем виде сформулировать основные положения относительно природы прочности грунтов. В предельно сжатом виде можно сказать, что природа прочности грунтов зависит от типа контактов между отдельными элементами грунтовой системы, прочности единичного контакта и количества контактов на единицу площади.

Фактически речь идет о придании (в свете современных представлений физической и коллоидной химии) изначального физико-химического смысла механическим свойствам грунта. Таким образом, особенности текстуры и микростроения грунта при определении механических свойств выходят на первый план и становятся основополагающими.

В связи с этим важным аспектом в понимании механических свойств грунта является понятийное разделение синонимических терминов «показатель текучести» (I L ) и «показатель консистенции грунта естественного сложения» (С В ), ибо это принципиально разные, по сути, показатели физико-химического состояния грунтов.

Здесь также следует отметить, что основоположник грунтоведения В.В. Охотин [16], говоря о механических свойствах грунта, никогда не разделял их на прочностные и деформационные. Он использовал выражения «трение и сцепление в грунтах», «сопротивление грунтов вдавливанию», «сопротивление грунтов сжатию», тем самым, во-первых, подразумевая глубокую взаимосвязь между физико-химическими и механическими свойствами грунтов, во-вторых, рассматривая консистенцию грунта естественного сложения как один из основных показателей его состояния, в-третьих, принимая первичность трения и сцепления в грунте по отношении к его реакции на сжатие. Продолжая цепочку градации свойств грунтов применительно к целям строительства, логично было бы исходя из пионерных работ В.Е. Вознесенского [6] ввести третью градацию для механических свойств грунтов, т.е разделять их на прочностные, деформационные и динамические.

Контактные взаимодействия в грунте естественного сложения

Для дальнейшего обсуждения данной проблематики необходимо кратко остановиться на вопросе о типе контактов в грунте.

Существующая градация пластичных глинистых грунтов по показателю текучести в нарушенном сложении (I L = 0,25; 0,50; 0,75) весьма условна и используется в профессиональном сообществе для разделения всей линейки глинистых грунтов для удобства практического применения при проектировании зданий и сооружений.

Все множество состояний грунта по количеству влаги разбито с шагом 0,25 на четыре группы. Строгое научное разделение здесь отсутствует. Достаточно сказать, что в 60-е годы XX века предлагался термин «полупластичные» грунты, что, в общем, не лишено формального смысла с точки зрения строительства. На современном этапе развития теоретического грунтоведения можно лишь уверенно говорить о двух точках перехода («критических точках состояния глинистого грунта»): W e > W L и W e ρ (где W e – природная влажность грунта, W L – его влажность на границе текучести, W ρ – его влажность на границе раскатывания). В первой точке (W e > W L ), по всей видимости, дальние коагуляционные контакты меняются на ближние при сохранении в целом ячеистой микроструктуры грунта. Верхний предел пластичности – переход глинистого грунта из пластичного состояния в текучее, т.е. должно строго соблюдаться состояние «идеального сдвига», когда удельное сцепление с = 0 кгс/см 2 и угол внутреннего трения φ ≈ 0° (расчетный 0° – суммарная огибающая линия разрушения образца грунта при сдвиге суммирует эквипотенциальные поверхности микросдвигов).

В настоящее время коагуляционные контакты подразделяются на дальние и ближние исходя из расстояний между твердыми частицами [13]. Нынешняя градация основана на инструментальной лабораторной оценке расстояний между частицами мономинеральных монтмориллонитовых паст в дистиллированной воде (типичной двухфазной системы). По всей видимости, в природных четырехфазных дисперсных системах (грунтах) такое разделение вряд ли уместно. Совершенно очевидно, что каждой из критических точек состояния глинистого грунта (W e > W L и W e p ) должен соответствовать свой тип контакта. На взгляд автора, классические коагуляционные контакты присущи только грунтам (минеральным – текучим глинам, органо-минеральным – илам), к которым применим критерий W e ≥ W L . По определению, такие грунтовые разности не набухают и не размокают. Зеркально данное предположение можно соотнести с грунтами с переходными (фазовыми) контактами, которые при непосредственном контакте с водой также не размокают и не набухают. Все остальные связные дисперсные минеральные глинистые грунты корректно отнести к имеющим в своей структуре и коагуляционные (дальние и ближние), и переходные (фазовые) контакты с подавляющим преимуществом первых.

В целом можно утверждать, что грунт с переходными (фазовыми) контактами в воде не размокает и не набухает, грунт с переходными (фазовыми) и коагуляционными контактами в зависимости от минерального состава твердой фазы может и набухать, и размокать, грунт только с коагуляционными контактами также не набухает и не размокает.

Во второй точке (W e p ) количество точечных контактов по отношению к коагуляционным переходит в критическое количество, и грунт теряет всякую способность к пластическим деформациям, т.е. коагуляционные контакты в грунтовой системе сменяются на переходные (точечные).

Физико-химический смысл остальных градаций (I L = 0,25; 0,50; 0,75) пока не установлен, если он вообще существует. По всей видимости, имеет место плавное и постепенное уменьшение коагуляционных контактов на отрезке W → W L . В связи с этим остается открытым ряд вопросов с точки зрения физико-химической механики дисперсных сред. Важнейший из них: соответствуют ли существующие методы лабораторного определения верхнего и нижнего предела пластичности грунтов их истинному физико-химическому состоянию? Скорее всего нет.

Показатель консистенции С B для грунтов ненарушенной структуры определяется при помощи конуса методом лабораторной пенетрации. П.О. Бойченко моделировал поведение грунта при одноплоскостном срезе, добиваясь значений прочностных параметров, характерных для «идеального сдвига» – с = 0 кгс/см 2 и φ ≈ 0°. Грунтовые пасты с определенными (на аппаратуре 1950-х годов) значениями этих параметров (с = 0,019 ÷ 0,031 кгс/см 2 ; φ ≈ 0°) повторно испытывались на пенетрометре с использованием падающего конуса постоянного веса с углом раскрытия 30° и массой 300 г. При этом глубина погружения определялась с точностью до 0,1 мм. Для перехода к состоянию W e > W L глубина погружения конуса в грунт соответствует 32 мм. Принятый в настоящее время метод определения верхнего предела пластичности (конусом Васильева с углом при вершине 30° и массой 76 г) использует состояние грунта со сцеплением с = 0,035 ÷ 0,052 кгс/см 2 [1]. Для этого состояния глубина погружения конуса в грунт составляет 22,5 мм. Как видно из этих чисел, истинные величины влажности грунта на границе текучести WL занижены примерно 1,5-2 раза.

Читать еще:  Чем грунтовать потолок перед поклейкой обоев

Таким образом, на основе высказанных выше предположений и типах контактов в грунте можно все множество состояний глинистых грунтов в зависимости от показателя консистенции С В разбить на три большие группы:

1)С В > 1,0 – грунты с коагуляционными контактами;

2)С В = 1 ÷ 0 – грунты с переходными контактами;

Совершенно очевидно, что для каждого типа контактов в глинистом грунте необходимо применять свой метод лабораторного определения механических свойств: для первой группы – испытания крыльчатым зондом, для второй – одноплоскостной срез, для третей – одноосное раздавливание. Однако эти вполне очевидные положения не в полной мере отражены в существующей нормативной литературе.

Пенетрация грунтов одним усилием – конусом постоянной массы

Зная научно обоснованные критические точки состояния грунта (W ρ = 4 мм, С В = 0 и W L = 22,5 мм, С В = 1), можно легко определить консистенцию грунта естественного сложения методом пенетрации конусом постоянной массы. Таким образом всю линейку грунтов естественного сложения можно разделить так, как показано в таблице 1.

Значения показателя текучести грунтов нарушенного сложения (I L ), как правило, отличаются от величин показателя их консистенции (С B ) в ненарушенном сложении. Классификация их состояния (консистенции) по I L при нарушенном сложении и по С B при ненарушенном представлена в таблице 2 (по ней можно оценить также соотношение этих показателей).

Таблица 1. Классификация грунтов по показателю консистенции при ненарушенном сложении (по [1])

Определение коэффициента уплотнения грунта

Под коэффициентом уплотнения грунта понимают отношение фактической плотности грунта в насыпи к максимальной плотности (max) того же грунта, который прошел процедуру стандартного уплотнения в грунтовой лаборатории.

Например: параметр коэффициента уплотнения 0,95 означает, что отношение фактической плотности грунтового образца к максимально возможной составляет 95%.

Как определяется?

первый параметр — отношение массы грунта (с учетом массы воды в его порах), к занимаемому этим грунтом объему (г/см3);

второй параметр — отношение массы грунта (за вычетом массы воды и льда в его порах) к его первоначальному объему (г/см3).

Максимальная плотность зависит от влажности грунта, характер этой зависимости показан на графике:

Для чего требуется определение коэффициента уплотнения грунта?

Определение коэффициента уплотнения грунта — геологические исследования, которые проводятся на предпроектном этапе с целью определения пригодности участка к предстоящим строительным работам.

Изучение плотности грунтового покрытия способствует принятию правильных проектных решений.

А именно позволяет:

— Исключить ряд проблем, связанных с проседанием почвы под тяжестью конструкции;

— Минимизировать появление трещин на стенах сооружения, а также его частичное или полное разрушение вследствие проседания грунта.

Особенности процесса

Независимо от породы, любой грунт является пористым. Его пронизывают микроскопические пустоты, которые заполняют влага и воздух.

В процессе строительных работ, при выработке грунтового покрытия, пустоты увеличиваются, что может приводить к повышению его рыхлости. Поэтому чрезвычайно важно определиться с показателем уплотнения почвы для принятия правильных решений.

Как определяется этот параметр?

Одним из наиболее достоверных методов исследования является весовой. Однако он редко используется на практике в силу своей труднодоступности и сложности (требуется специальное оборудование).

Одним из популярных является метод режущего кольца, который базируется на отборе проб ненарушенной структуры и их дальнейшем исследовании.

Метод режущего кольца

В грунте располагают металлическое кольцо с заданными диаметром и длиной. Таким образом, грунтовая порода надежно крепится внутри цилиндра.

Затем, чтобы получить чистую массу грунта, отобранные образцы взвешивают, вычитая вес кольца.

Далее полученный показатель делят на объем цилиндра, в результате чего получается фактическая плотность почвы.

После этого для определения финального показателя (коэффициента уплотнения) полученный результат делят на максимально возможную плотность (которая меняется, в зависимости от вида грунта).

максимальная плотность скелета грунта — 1,90 г/см3 (Pdmax), в соответствии с графиком (зависимость плотности от влажности);

диаметр режущего кольца — 5 см, высота — 3 см.

Определим коэффициент уплотнения по формуле

Допустим, масса грунта — 450 г. При объеме нашего кольца в 235,5 см3, плотность грунта Pd составляет 1,87 г/см3. Соответственно, коэффициент уплотнения грунта — 1,87/1,9 = 0,98.

Метод исследования статическим Пенетрометром (например, ПСГ-МГ4)

Управление грунтовым пенетрометром производится с помощью клавиатуры. Она состоит из 5 кнопок, используемых для выбора режима измерений, а также включения/отключения электронного блока.

Прибор поддерживает 3 режима измерений:

К, в данном случае производится измерение коэффициента уплотнения, модуля упругости, угла внутреннего трения, а также удельного сцепления, относительной влажности;

Е, осуществляется оценка только модуля упругости;

Pm, дополнительный режим, позволяющий измерить максимальное значение удельного сопротивления пенетрации.

Устройство устанавливается в требуемую точку (место определения коэффициента уплотнения грунта). Измерение и подсчет результатов производится автоматически. Прибор обладает встроенной энергонезависимой памятью для хранения выполненных ранее измерений.

Обращаем ваше внимание!

Результаты работ

Коэффициент уплотнения, полученный в ходе исследований, является основной для выявления несущей способности почвы. Таким образом, с помощью данного показателя производится оценка пригодности участка для возведения проектируемого сооружения. Полученный результат сравнивают с допустимыми нормативами и требованиями проекта.

Важно знать!

Норма коэффициента уплотнения

Норма коэффициента уплотнения задается проектировщиками, в соответствии с задачами, целями и особенностями конкретного проекта. Задача изыскателей — определить, соответствуют ли фактические показатели заявленным требованиям.

Допустимые коэффициенты уплотнения почвы определяет нормативная база СНиП (пункты 3.02.01-87 и СП 45.13330.2012), обновленная в 2013-2014 гг.

Здесь можно найти конкретные данные касательно допустимого уплотнения для определенных видов грунта и грунтовых подушек, которые используются при строительстве разных видов фундамента и строений, в том числе и подземных.

Коэффициент уплотнения варьируется в пределах от 0 до 1. Фактически он отражает уровень уплотненность почвы.

Для закладки основания бетонного ленточного фундамента нормой считается параметр уплотненности в >0,95 балла.

Стоимость работ

Эксперты «Гектар Групп» проведут необходимые исследования и предоставят достоверные данные, которые исключат необходимость переделок на этапах проектирования и строительства.

Стоимость определения коэффициента уплотнения грунтового покрытия рассчитывается индивидуально в каждом конкретном случае.

Оставьте заявку на сайте или свяжитесь с нами любым удобным способом, чтобы получить бесплатную консультацию инженера-геолога «Гектар Групп». Мы оперативно рассчитаем стоимость проверки уплотнения почвы на вашем объекте.

Измеряемые характеристики грунтов

Удельный вес грунта

Удельным весом грунта γ называется вес единицы объема грунта, измеряется в кН/м³.

Удельный вес грунта вычисляется через его плотность:

γ = ρ * g

где ρ — плотность грунта, т/м³;
g — ускорение свободного падения, принимаемое равным 9,81 м/с².

Плотность сухого (скелета) грунта

Плотность сухого (скелета) грунта ρd — природная плотность за вычитанием массы воды в порах, г/см³ или т/м³. Устанавливается расчетом:

ρd = ρ / (1+0,01W)

где W — природная (естественная) весовая влажность грунта, %;
ρ — природная (естественная) весовая плотность грунта, г/см³ (т/м³).

Коэффициент пористости грунта

Коэффициент пористости — это отношение объема пустот к объему твердых частиц в долях единицы. Устанавливается расчётом:

e = (ρs — ρd) / ρd

где ρs и ρd — соответственно плотность частиц и плотность сухого (скелета) грунта, г/см³ (т/м³).

Принимаемая плотность частиц ρs (г/см³) для грунтов
ГрунтПлотность частиц ρs (г/см³)
песчаные грунты2,66
супеси2,7
суглинки2,71
глины2,74
Коэффициент пористости е, для песчаных грунтов разной плотности
ПесокГравелистый, крупный и
средней крупности
МелкийПылеватый
Плотныйe ≤ 0,55е ≤ 0,6е ≤ 0,6
Средней плотности0,55 0,7е > 0,75е > 0,8

Степени влажности грунта

Степень влажности грунта Sr — отношение естественной (природной) влажности грунта W к влажности, соответствующей полному заполнению пор водой (без пузырьков воздуха):

Sr = (W * ρs) / (е * ρw)

где ρs — плотность частиц грунта (плотность скелета грунта), г/см³ (т/м³);
е — коэффициент пористости грунта;
ρw — плотность воды, принимаемая равной 1 г/см³ (т/м³);
W — природная влажность грунта, выраженная в долях единицы.

Грунты по степени влажности
ГрунтСтепень влажности
Маловлажный0

Пластичность грунта

Пластичность грунта — его способность деформироваться под действием внешнего давления без разрыва сплошности массы и сохранять приданную форму после прекращения деформирующего усилия.

Для установления способности грунта принимать пластичное состояние определяют влажность, характеризующую границы пластичного состояния грунта текучести и раскатывания.

Граница текучести WL характеризует влажность, при которой грунт из пластичного состояния переходит в полужидкое — текучее. При этой влажности связь между частицами нарушается благодаря наличию свободной воды, вследствие чего частицы грунта легко смещаются и разъединяются. В результате этого сцепление между частицами становится незначительным и грунт теряет свою устойчивость.

Граница раскатывания WP соответствует влажности, при которой грунт находится на границе перехода из твердого состояния в пластичное. При дальнейшем увеличении влажности (W > WP) грунт становится пластичным и начинает терять свою устойчивость под нагрузкой. Границу текучести и границу раскатывания называют также верхним и нижним пределами пластичности.

Определив влажность на границе текучести и границе раскатывания, вычисляют число пластичности грунта IP. Число пластичности представляет собой интервал влажности, в пределах которого грунт находится в пластичном состоянии, и определяется как разность между границей текучести и границей раскатывания грунта:

IP = WL — WP

Чем больше число пластичности, тем более пластичен грунт. Минеральный и зерновой составы грунта, форма частиц и содержание глинистых минералов существенно влияют на границы пластичности и число пластичности.

Деление грунтов по числу пластичности и процентному содержанию песчаных частиц приведено в таблице:
ГрунтЧисло пластичности IPСодержание песчаных частиц
(2-0,5мм) % по массе
✦ Супесь
песчанистая1 — 7≥ 50
пылеватая1 — 727не регламентируется

Текучесть глинистых грунтов

Показать текучести IL выражается в долях единицы и используется для оценки состояния (консистенции) пылевато-глинистых грунтов. Определяется расчетом из формулы:

IL = (W — WP) / IP

где W — природная (естественная) влажность грунта; WP — влажность на границе пластичности, в долях единицы; IP — число пластичности.

Грунты, их основные свойства и методы укрепления

Грунты, их основные свойства и методы укрепления

Типы грунтов, физико-механические свойства грунтов, инженерно-геологическое строение строительной площадки

Все грунты, используемые в качестве основания для зданий и сооружений, делятся на следующие типы :

1. песчаные грунты
2. скальные грунты
3. суглинки и супеси
4. глинистые грунты
5. грунты с органическими примесями
6. крупноблочные грунты
7. лёсс
8. насыпные грунты
9. плывуны.

Иногда специалисты пользуются укрупненным понятием для классификации грунтов и делят грунты, например, на сцементированные (или скальные) и несцементированные.

Сцементированные или скальные грунты состоят из каменных горных пород, с трудом поддающихся разработке взрыванием или дроблением клиньями, отбойными молотками и т. п.

Несцементированные грунты обычно состоит из песчаных, пылеватых и глинистых частиц, в зависимости от содержания которых, делятся на: песок, супесь (супесок), суглинок, глина.

Глина бывает тощей или жирной, в зависимости от трудоемкости разработки — легкой или тяжелой. Особо тяжелая для разработки глина называется ломовой.

Кратко опишем все виды грунтов по расширенной классификации.

1. ПЕСЧАНЫЕ ГРУНТЫ
В состав песчаных грунтов входят частицы размерами от 0,1 до 2 мм. В зависимости от размера частиц песчаные грунты делятся на гравелистые, крупные, средние, мелкие и пылеватые.

Коэффициент сжатия плотного песка низок, но скорость его уплотнения под влиянием нагрузки велика. Поэтому осадка строения, возведенного на песке, прекращается довольно быстро. Гравелистые, крупные и средние песчаные грунты обладают высокой водонепроницаемостью и, следовательно, при замерзании не вспучиваются.

Пылеватыми частицами называются частицы размерами от 0,05 до 0,005 мм. Если в песчаном грунте таких частиц содержится от 15 до 50 %, такие пески также называются пылеватыми. Присутствие в грунте пылеватых частиц значительно снижает строительные качества и ухудшает несущую способность грунта.

Хорошим основанием для здания может служить песчаный грунт равномерной плотности и необходимой мощности. При этом следует учитывать, что такой грунт не должен подвергаться воздействию грунтовых вод.

2. СКАЛЬНЫЕ ГРУНТЫ
Такие грунты залегают в виде сплошного массива. К этой категории относятся песчаники, кварциты, граниты. Такой материал вполне водоустойчив, несжимаем. Если в таком грунте нет ни пустот, ни трещин, он наиболее подходит для строительства.

3. СУГЛИНКИ и СУПЕСИ
Эти грунты представляют собой смесь глины, песка и пылеватых частиц. В их состав входят 30 % глинистых частиц и от 3 до 10 % супеси. По своим техническим параметрам и пригодности для строительства эти грунты занимают промежуточное место между песчаными и глинистыми грунтами.

4. ГЛИНИСТЫЕ ГРУНТЫ
В состав этих грунтов входят мелкие частицы величиной не более 0,005 мм. Эти частицы в основном имеют форму чешуек. Глина имеет достаточное количество капиллярных каналов и обладает большой удельной поверхностью касания между частицами.

Капиллярные каналы способствуют проникновению воды во все поры материала, при этом образуются тонкие водоколлоидные пленки, которые в свою очередь обволакивают частицы остова грунта. Это придает глине необходимую для строительства вязкость. Но с другой стороны, наличие в порах глины капелек воды при промерзании увеличивает ее объем, что влечет за собой процесс вспучивания.

Глинистые грунты характеризуются высоким сжатием (по сравнению, например, с песчаными грунтами), хотя под воздействием нагрузок скорость осадки гораздо ниже, чем у песков. Поэтому, если основанием для здания служит глина, его осадка продолжается достаточно долго.

Влажность глины влияет на ее несущую способность. Например, несущая способность глины в пластичном и разжиженном состоянии очень низка, в то время, как сухая глина может выдерживать относительно большие нагрузки.

Существуют также и ленточные глины, то есть глины, в которых присутствуют песчаные прослойки. Несущая способность таких глин крайне низка, так как они подвержены быстрому разжижению.

5. ГРУНТЫ С ОРГАНИЧЕСКИМИ ПРИМЕСЯМИ
К этой категории грунтов относятся торф, ил, болотный торф, растительный рыхлый грунт. Они характеризуются высокой неравномерностью сжатия. Поэтому грунты с органическими примесями совершенно не пригодны в качестве естественных оснований.

6. КРУПНОБЛОЧНЫЕ ГРУНТЫ
Крупноблочными грунтами называются осколки скальных пород, не связанные между собой. В таких грунтах преобладают осколки размером более 2 мм. К ним относятся гравий, галька, щебень. Если такие грунты не подвергаются воздействию размывающей влаги и залегают плотным слоем, они вполне подходят в качестве основания при строительстве.

7. ЛЁСС
Лёсс входит в категорию глинистых грунтов. Он состоит из однородной пористой тонкозернистой породы желтовато-палевого оттенка. В лёссе преобладают пылеватые частицы. Одной из основных характеристик лёсса является наличие в нем макропор, которые способствуют глубокому проникновению воды в грунт. По причине низкой водостойкости в связях между частицами, лёсс быстро размокает и дает неравномерные осадки. Таким образом, если здание возводится на лёссовом основании, необходимо оберегать грунт от промокания.

8. НАСЫПНЫЕ ГРУНТЫ
Такие грунты формируются, как правило, искусственным путем, например, при засыпке оврагов, прудов и т. д. Для насыпных грунтов характерно неравномерное сжатие, поэтому в качестве естественных оснований они практически не используются, за исключением рефулированных насыпных грунтов, то есть грунтов, образованных путем перекачки разжиженного грунта по трубопроводу землесосом (рефулкром).

9. ПЛЫВУНЫ
Плывуны представляют собой разновидность супесей и других мелкозернистых грунтов имеющих нестабильное, подвижное состояние. При разжижении плывуны становятся особенно подвижными и могут практически превращаются в жидкость. Плывуны малопригодны в качестве основания, однако современые методы строительства располагают технологиями борьбы с негативными свойствами плывунов.

Свойства грунтов

Грунты имеют собственные показатели физических и водных свойств, такие как:

  • влажность
  • объемный вес
  • удельный вес
  • cцепление
  • пористость и коэффициент пористости
  • степень влажности
  • объемный вес песков в максимально рыхлом и максимально плотном сложениях
  • пластичность
  • консистенция
  • структурная прочность и чувствительность
  • зерновой (гранулометрический) состав
  • размокание
  • водоудерживающая способность
  • коэффициент фильтрации.

Эти свойства вычисляются в специальных лабораториях, по заключению которых определяются качество грунтов и технологии дальнейшего строительства.

Такой показатель, как анизотропия механических свойств грунта, исследуется в основном, когда речь идет о крупных, серьезных объектах.

Инженерно-геологическое строение строительной площадки

Для целей строительства, обычно рассматривают физико-механические свойства грунтов. По данным буровых и лабораторных работ, в инженерно-геологическом строении строительной площадки выделяют 5 инженерно-геологических элементов (ИГЭ):

  1. ИГЭ-1 — насыпные грунты
  2. ИГЭ-2 — аллювиальные пески среднекрупные, среднеплотные
  3. ИГЭ-3 — аллювиальные пески мелкие, среднеплотные
  4. ИГЭ-4 — мореные суглинки тугопластичные
  5. ИГЭ-5 — флювиогляциальные пески мелкие, плотные.

Взаиморасположение инженерно-геологических элементов обычно показывается на инженерно-геологических разрезах. Однако в некоторых случаях создают дополнительные документы.

Прежде чем выбирать основание для строительства здания, следует самым тщательным образом исследовать грунт, выяснить схему расположения его пластов, их мощность (толщину слоя, физические и механические свойства), расположение и влияние на грунт грунтовых вод.

Методы укрепления грунтов

Для повышения несущей способности грунтовых оснований применяют следующие способы искусственного закрепления грунтов:

  • цементацию и битумизацию
  • химический
  • термический
  • электрический
  • электрохимический
  • механический и др.

Цементация — это процесс нагнетания в грунт жидкого цементного раствора или цементного молока по ранее забитым полым сваям. Когда процесс нагнетания заканчивается, сваи вынимают. Цементация подходит только для уплотнения крупных и средних песков.

Химическим способом (силикатизацией) закрепляют песчаные и лёссовые грунты, нагнетая в них химические растворы.

Термическое закрепление заключается в обжиге лёссовых грунтов раскаленными газами, которые подаются в толщу грунта вместе с воздухом через жаропрочные трубы в пробуренных скважинах.

Электрическим способом закрепляют влажные глинистые грунты. Способ заключается в использовании эффекта электроосмоса, для чего через грунт пропускают постоянный электрический ток с напряженностью поля 0,5-1 В/см и плотностью 1-5 А/кв.м. При этом глина осушается, уплотняется и теряет способностью к пучению.

Электрохимический способ отличается от предыдущего тем, что одновременно с электрическим током через трубу, являющуюся катодом, в грунт вводят растворы химических добавок (хлористый кальций и др.). Благодаря этому интенсивность процесса закрепления грунта возрастает.

Механический способ укрепления грунтов имеет следующие разновидности: устройство грунтовых подушек и грунтовых свай, вытрамбовывание котлованов и др.

Устройство грунтовых подушек заключается в замене слабого грунта основания другим, более прочным, для чего слабый грунт удаляют, а на его место насыпают прочный грунт и послойно утрамбовывают.

При устройстве грунтовых свай в слабый грунт забивают сваю-лидер. В полученную после извлечения этой сваи скважину засыпают грунт и послойно уплотняют.

Вытрамбовывание котлованов осуществляют с помощью тяжелых трамбовок, подвешенных на стреле крана. Этот способ менее сложен, чем способ грунтовых подушек, поскольку не требует замены грунта основания.

Уплотнение котлованов значительных размеров может осуществляться гладкими или кулачковыми катками, трамбующими машинами, виброкатками и виброплитами.

Силикатизация производится тем же способом, что и цементация грунта. Для того, чтобы закрепить песок, по трубам нагнетают раствор жидкого стекла и хлористого кальция. При закреплении пылеватых песков используют раствор жидкого стекла, смешанный с раствором фосфорной кислоты, а при закреплении лёссовых грунтов применяют только раствор жидкого стекла. После завершения нагнетания таких растворов грунты каменеют.

Если же уплотнить грунт по каким-то причинам не представляется возможным, слой слабого грунта заменяют на более прочный. Замененный грунт называют подушкой. Если строится многоэтажное здание, обычно используют подушку из песка средней крупности или крупного.

При устройстве песчаной подушки слабый грунт вынимают на некоторую глубину и заменяют песком, уплотняемым вибрацией с увлажнением. Толщина подушки из песка должна быть рассчитана так, чтобы давление от здания, переходящее на слабый грунт, не превышало его несущей способности.

При строительстве зданий на слабых грунтах искусственные основания уплотняют, упрочняют или же заменяют слабый грунт на более прочный. Уплотнять слабый грунт можно с поверхности на определенную глубину специальными пневматическими трамбовочными машинами. Иногда при этом в грунт добавляют гравий или щебень. Процесс трамбовки также может проходить при помощи трамбовочных плит весом от 2 до 4 тонн. Такие плиты выполняют из чугуна или стали. Если площадь уплотнения слишком велика, используют катки весом 10—15 тонн.

Для трамбовки песчаных и пылеватых грунтов используют поверхностные вибраторы. Такой метод гораздо более эффективен, так как уплотнение грунта идет быстрее. Вибрирование не очень эффективно для глинистых грунтов. Для глубинного уплотнения слабых грунтов используют песчаные или грунтовые сваи. Их уплотняют также цементацией и силикатизацией.

Физические свойства глинистых грунтов

Глинистый грунт — связный минеральный грунт, обладающий числом пластичности Ip >= 1.

Пластичность глинистых пород способность глинистых пород изменять свою форму (деформироваться) под действием внешних сил без разрыва сплошности и сохранять полученную при деформации новую форму после прекращения действия внешних сил.

Пластичные свойства глинистых пород зависят от влажности породы, степени дисперсности, минералогического состава, концентрации норового раствора, состава обменных катионов и пр.

Пластичность глинистых пород характеризуется так называемыми пределами пластичности.

В инженерно-геологической практике пользуются показателями верхнего и нижнего пределов пластичности.

Верхним пределом пластичности (границей, пределом текучести) называется влаж­ность, при которой грунт переходит из пластичного в текучее состояние.

Нижним пределом пластичности (границей, пределом раскатывания) называется влажность, при которой грунт переходит из пластичного в твердое состояние.

Разность между верхним и нижним пределами пластичности называют числом пластичности.

По числу пластичности (согласно строительным нормам и правилам 1954 г.) грунты подразделяются на следующие группы.

Группа грунтовЧисло пластичности
Глины ……..>17
Суглинки ……17 — 7
Супеси …….7 — 0
Пески ……..

Консистенция глинистых грунтов — степень подвижности частиц грунта при механическом воздействии на них.

Зависит от влажности грунта, степени дисперсности, минералогического состава и пр. Форма консистенции глинистых грунтов определяет несущие свойства их и, следовательно, поведение их под сооружениями.

Для глинистых грунтов характерна пластичная форма консистенции, поэтому глинистые грунты называют пластичными.

Показатель текучести IL — отношение разности влажностей, соответствующих двум состояниям грунта: естественному W и на границе раскатывания Wp, к числу пластичности Ip.

По показателю текучести IL глинистые грунты подразделяют согласно таблице

Разновидность глинистых грунтовПоказатель текучести IL
Супесь:
твердаяменее 0
пластичнаяот 0 до 1
текучаясвыше 1
Суглинки и глины:
твердыеменее 0
полутвердыеот 0 до 0,25
тугопластичныеот 0,25 до 0,50
мягкопластичныкот 0,50 до 0,75
текучепластичныеот 0,75 до 1
текучиесвыше 1

Пористость — общий объем всех пустот в горной породе. Количественно пористость обычно выражают процентным отношением объема пустот (Vn) к общему объему грунта (V).

Пористость грунта может характеризоваться также отношением объема пустот (Fn) к объему твердой фазы (Fs); эта вели­чина называется коэффициентом пористости, или приве­денной пористостью, и выражается обычно в долях единицы.

Величина пористости может быть выражена и по весу (весовая пористость) как отношение веса воды (Gw ), полностью заполняющей поры грунта, к весу абсолютно сухого грунта (Gs).

По происхождению различают первичную пористость — возникающие при образовании данной породы пустоты между частицами, слагающими породу, пустоты в лавах и т. п., и вторичную пористость — пустоты, образующиеся в сформировавшихся породах в результате последующих процессов (поры растворения, трещины и пустоты, возникающие при кристаллизации, сокращении объема, выветривании и т. д.).

По размеру выделяют поры трех групп:

1) сверхкапиллярные >0,5 мм;

2) капиллярные 0,5 — 0,0002 мм;

3) субкапиллярные 3 ;
ρw — плотность воды, принимаемая равной 1 г/см 3 .

Объемная влажность горной породы — отношение объема воды, находящейся в порах, трещинах и других пустотах горной породы, к объему всей породи, выраженное в процентах.

Объемный вес влажного грунта — отношение веса данного объема грунта (G) к весу воды при 4° С, взятой в объеме (V) всего грунта (объем зерен -f- объем пор):

Объемный вес влажного грунта зависит от минералогического состава, пори­стости и влажности грунта. Численно он равен весу еди­ницы объема грунта при данной пористости и влажности.

Максимального значения при данной пористости объемный вес влажного грунта достигает при полном заполнении пор водой.

Объемный вес твердой фазы (скелета) грунта— отношение веса твердых частиц или веса абсолютно сухой породы к весу воды при 4° С, взятой в объеме, равном объему всей породы (объем зерен -]- объем пор) при дан­ной пористости.

Численно объемный вес твердой фазы грунта — равен весу единицы объема грунта за вычетом веса воды в порах (при естественной пористости грунта).

Чем больше объемный вес твердой фазы грунта, тем меньше пористость и больше плотность грунта.

Для грунтов, не изменяющихся в объеме при высушивании, объемный вес твердой фазы грунта может быть определен непосредственным взвешиванием абсолютно сухого образца. Для грунтов, сжимающихся при высушивании (связные грунты), он вычисляется по формуле:

G= A/1+0,01W

где W — естественная влажность; А — объемный вес грунта при естественной влажности.

где W — естественная влажность; А — объемный вес грунта при естественной влажности.

Плотность скелета грунта — плотность сухого грунта ρd, г/см 3 , определяемая по формуле:

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector