§ 21. Грунты и их строительные свойства

В строительном производстве грунтами называют по­роды, залегающие в верхних слоях земной коры. Свой­ства и качество грунта влияют на устойчивость земляных сооружений, трудоемкость разработки и стоимость ра­бот. Для выбора наиболее эффективного способа произ-водства работ следует учитывать основные характерис­тики грунтов: плотность, влажность, сцепление, разрых-ляемость и угол естественного откоса.

Плотностью называется масса 1 м³ грунта в естест­венном состоянии (в плотном теле). Плотность песчаных и глинистых грунтов 1,6...2,1 т/м³, скальных неразрых-ленных грунтов — до 3,3 т/м³. Влажность характеризу­ется степенью насыщения грунта водой, которая опреде­ляется отношением массы воды в грунте к массе твердых частиц грунта и выражается в процентах. При влажно­сти более 30 % грунты считаются мокрыми, а при влаж­ности до 5 % — сухими.

Сцепление характеризуется начальным сопротивле­нием грунта сдвигу. Сила сцепления для песчаных грун­тов составляет 3...50 кПа, для глинистых — 5...200 кПа.

От плотности и силы сцепления между частицами грунта в основном зависит производительность земле­ройных машин. Классификация грунтов по трудоемкости их разработки в зависимости от конструктивных особен­ностей используемых землеройных машин и свойств грунта приводится в ЕНиР (сб. 2, вып. 1, разд. I, Техн. часть, табл. 1 и 2). Так, для одноковшовых экскаваторов грунты подразделяют на шесть групп, для многоковшо­вых— на две, для бульдозеров и грейдеров — на три группы и т. п. При разработке грунтов вручную их делят на семь групп. Как при механизированной, так и при ручной разработке в состав первой группы- входят легко разрабатываемые грунты, а последней — трудно разра­батываемые.

Грунт, находящийся в естественном состоянии, раз­рыхляется в процессе его разработки. При этом объем грунта увеличивается, а плотность уменьшается.

Это явление, называемое первоначальным разрыхлением грунта, характеризуется коэффициентом первоначально­го разрыхления Кр. Этот коэффициент представляет собой отношение объема разрыхленного грунта к объему грунта в естественном состоянии;

для песчаных грунтов Кр—1,08...1,17, суглинистых К_Р= 1,14... 1,28, глинистых Кр= 1,24...1,3.

Уложенный в насыпь разрыхленный грунт уплотняется под влиянием массы вышележащих слоев грунта или механического уплотнения, движения транс­порта, смачивания дождем и т. д.

Однако грунт не зани­мает того объема, который он занимал до разработки, сохраняя остаточное разрыхление, показателем которого является коэффициент остаточного разрыхления грунта Ко._Р;

для песчаных грунтов К₀.р= 1,01... 1,025, суглинис­тых— 1,015...1,05,

глинистых— 1,04...1,09.

Для обеспечения устойчивости земляных сооружений (насыпей, выемок) их возводят с откосами, крутизна ко­торых характеризуется отношением высоты к заложе­нию:

h/а=1/т (см. рис. У.1,б,е),

где т — коэффициент откоса. Крутизна откоса зависит от угла естественного откоса, при котором грунт находится в состоянии пре­дельного равновесия. На угол естественного откоса влия­ют угол внутреннего трения, сцепление и давление вы­шележащих слоев грунта. При отсутствии сцепления предельный угол естественного откоса равен углу внут­реннего трения. В грунтах, имеющих сцепление, угол естественного откоса изменяется от максимальной вели­чины в верхней части выемки или насыпи до мини­мальной — в нижней, приближаясь к углу внутрен­него трения. В связи с этим откосы высоких насыпей и глубоких выемок устраивают с переменной крутизной, с более пологим очертанием внизу.

Строительными нормами и правилами установлены значения крутизны откосов для постоянных и временных земляных сооружений в зависимости от их глубины или высоты. Откосы насыпей постоянных сооружений дела­ют более пологими, чем откосы выемок.

Некоторые процессы, выполняемые при производстве земляных работ, связаны с пропусканием через грунт электрического тока (осушение электроосмосом, оттаива­ние током). Поэтому практическое значение имеет так­же и электропроводность грунта. Так как минеральные частицы, входящие в состав грунта, обычно не являются проводниками, электропроводность грунта зависит от степени насыщения его влагой.

В процессе производства земляных работ приходится сталкиваться с явлениями замерзания и оттаивания грунта; причем эти процессы могут быть естественными и искусственными. Поэтому имеют значение и теплофи-зические характеристики грунтов—их теплоемкость и теплопроводность. Они также в большей степени за­висят от влажности грунта, так как значения этих вели­чин для воды значительно выше, чем для минеральных частиц.