Какие свойства имеет грунт
Задать вопрос
Наши специалисты ответят на любой интересующий вопрос по услуге
Состав почвы является одним из самых главных критериев, по которым выбирается участок под застройку. Существует большое количество разновидностей грунтов, которые относят к разным группам. Так как геодезические работы осуществляются преимущественно согласно строительному проекту, то наиболее востребованной станет именно эта классификация. Строительная классификация грунтов является наиболее распространенным методом изучения свойств почвы и позволяет выделить его основные характеристики. От особенностей грунта зависит возможность дальнейшего использования участка для определенных целей, поэтому без тщательного исследования физико механических свойств грунтов не обойтись.
Классификация грунтов
Выделяют два основных класса грунтов:
- Скальные.
- Нескальные.
Жесткие структурные связи в скальных почвах делают сложным застройку участков с таким типом грунтов. Плотная структура осложняет закрепление несущие элементы будущего объект. Нескальные почвы не имеют жестких структурных связей и отличаются своим многообразием. Дисперсность и рассыпчатость почвы является главным признаком нескальных грунтов. Хоть прочность у нескальных почв значительно ниже, чем у скальных, но строительство на участках с таким типом почвосмеси наиболее предпочтительно.
Какие бывают почвы
В строительной классификации присутствуют несколько видов грунта:
-
Скальный. Категория представляет собой крепкие породы, которые отличаются прочностью и низким водопоглощением. Практически непригодны для строительства, так как залегают в виде массивов и на них трудно надежно закрепить объекты либо проложить магистрали. К скальным породам относятся: гранит, известняк и т. д. - Полускальный. Сцементированные породы, которые могут уплотняться. На участке с полускальными грунтами строительство должно учитывать особенность материала и подбирать технологии и стройматериалы для дальнейшего предотвращения уплотнения и просадки. Чаще всего категория представлена гипсом и алевролитом.
- Песчаный. Непластичная почва, которая образовалась в результате разрушения скальных пород. В среднем гранулы песка могут иметь размеры. Каждая песчинка считается таковой при наличии размеров от 0,05 до 2 мм.
- Крупнообломочный. Очень похож на классический песчаный грунт, но при этом размер гранул будет превышать отметку в 2 мм. В составе почвы данного вида присутствует более 50% крупных обломков, благодаря чему почвосмесь имеет неоднородный состав.
- Глинистый. Глинистая почва представляет собой супермелкую фракцию, размер частиц которой составляет 0,005 мм. Изначально это скальная порода, которая была существенно деформирована и разрушена за длительный период времени.
Глинистые и песчаные грунты преобладают на территории Российской Федерации. Строительство может производиться на различных почвосмесях, но при этом важно учитывать свойства грунтов для выбора наиболее оптимальных стройматериалов.
Свойства грунтов
В зависимости от состава и свойства грунтов рассчитывается стоимость и технология строительных работ, а также трудоемкость земельных работ. Основными свойствами грунтов выступают:
- Влажность. В зависимости от насыщенности почвы водой различают два типа грунтов: сухие и мокрые. Сухие почвосмеси содержат в своем составе не более 5% влаги. Мокрые грунты могут иметь показатель влажности более 30%, а также иметь разный размер пор.
- Плотность. Плотность материала рассчитывается путем измерения массы одного кубического метра почвы. В среднем нескальные породы имеют плотность в пределах 1,5-2 тонны/м3, а скальные — до 3 тонн.
- Размываемость. Показатель обозначает скорость течения жидкости, вымывающей породу. Если для мелкопесчаных грунтов этот показатель должен быть менее 0,6 м/с, то для глин — 1,5 м/с.
-
Разрыхленность. Каждый грунт при разработке увеличивается в объеме и не восстанавливает свои изначальные размеры в течение длительного времени. При строительстве различают два типа разрыхления. Первоначальное разрыхление измеряется сразу после разработки почвы. Песчаные почвосмеси имеют первоначальный коэффициент в пределах 1,08-1,17, суглинки и глинистые — 1,14-1,3. Если грунт вывозится за территорию участка, то этот показатель позволяет эффективно использовать транспорт. Остаточное разрыхление для почв на основе песка равно 1,01-1,025, для глинистых и суглинистых — 1,015-1,09. - Сцепленность. От сцепленности грунтов зависит сложность проведения работ. Мерзлый грунт имеет наибольший показатель сцепленности и является достаточно сложным для разработки. Песчаные почвы имеют силу сцепления 0,003-0,05 МПа, глинистые грунты — 0,005-0,2 МПа.
- Угол естественного откоса. Данный показатель имеет большое значение при устройстве отвалов и насыпей. Также показатели учитываются при рытье траншей и котлованов, откосов.
Классифицирование грунтов позволяет сделать строительно-земельные работы более простыми благодаря известным свойствам почвы. Выбор подходящей техники и оборудования позволяет сэкономить не только материальные ресурсы, но и сделать труд рабочих более простым.
Заказать услугу
Оформите заявку на сайте, мы свяжемся с вами в ближайшее время и ответим на все интересующие вопросы.
Поэтому большую ошибку допускают те, кто, соблазнившись удешевлением строительства, отказался от заглубления фундамента ниже расчетной точки промерзания. В случае касательных сил грунт примерзает к боковым стенкам фундамента, поднимая их за счет сил бокового трения, образовавшихся при смерзании. Примерзнув к стенкам фундамента, вспучивающийся грунт тоже старается поднимать фундамент, расслаивания его на части. Нужно отметить, что эти силы бывают очень большими и достигают 5 — 7 т на квадратный метр боковой поверхности фундамента. Именно по причине морозного пучения грунта облегченный вариант фундаментов, распространенный во многих странах Запада, для наших условий не подходит. Здесь нужно учитывать, что средняя полоса России — это не Италия или Германия, где климатические условия намного мягче, а поэтому и силы морозного пучения не так опасны, как в Подмосковье, где глубина промерзания грунта может достигать 1,4 м.
Особенно явление морозного пучения опасно, когда вспучивание грунта происходит неравномерно. За несколько зимних сезонов фундамент поднимается и опускается несколько раз, в результате чего он перекашивается, что в свою очередь сказывается на стенах и перекрытиях. Перекосившиеся стены, деформированные перекрытия теряют свою прочность и здание становится аварийным. Особенно разрушительны силы морозного пучения для бутобетонных, монолитных ленточных фундаментов, где нет армирующего каркаса. Наиболее опасны эти явления, когда уровень грунтовых вод расположен выше точки промерзания грунта. Обилие влаги многократно увеличивает морозное пучение, разрушительная сила которого огромна.
Конечно, для тяжелых кирпичных строений силы морозного пучения не так опасны, как для легких — деревянных или каркаснощитовых зданий. Когда сила тяжести строительных конструкций дома превышает силы, приложенные к фундаменту морозным пучением грунта, фундамент не поднимается. Опасность наступает тогда, когда вес строительных конструкций здания недостаточен, чтобы скомпенсировать силы, приложенные морозным пучением.
Неравномерность вспучивания грунта может происходить не только из-за неравномерной его влажности. Дело в том, что под домом грунт практически не промерзает, а поэтому на внутренние фундаменты силы морозного пучения не действуют (при условии, что дом зимой прогревается). Наружные же фундаменты воспринимают силы морозного пучения, и, если они поднимаются, конструктивные элементы здания деформируются со всеми отсюда вытекающими последствиями.
Но и наружные фундаменты принимают на себя неравномерные нагрузки. С южной стороны дома снег весной тает быстрее, насыщая грунт влагой. Грунт с южной стороны днем оттаивает, а ночью — промерзает. Фундаменты с этой стороны дома принимают на себя чередующиеся силы вспучивания, а с северной стороны, где днем оттаивание грунта происходит не так сильно, фундаменты находятся под действием более постоянных сил, Результатом этой неравномерности являются деформации, трещины и разрушения.
Особенно такая неравномерность сказывается на столбчатых фундаментах, когда наружные фундаменты при вспучивании поднимаются на высоту до 10 см, а внутренние — остаются на месте.
Всякий грунт состоит из отдельных частиц, и чем меньше между собой связаны эти элементы, тем легче разрабатывается грунт.
Приближенно можно разделить все грунты на следующие 5 групп по степени их связанности:
Характеристика важнейших грунтов
I. Рыхлые, сыпучие грунты
— получились от разрушения ветром и водой скалистых грунтов.
К сыпучим грунтам относятся:
— Песок. Частицы песка не связаны между собой. Чистый, сухой песок растекается, если его сыпать кучей.
Пески в зависимости от своего происхождения бывают горные, овражные, речные или морские. Горные и овражные пески состоят из отдельных неровных песчинок с острыми краями. Речной и морской пески имеют округленные гладкие песчинки.
По крупности отдельных зерен различают:
— мелкий песок – преобладают зерна величиной до 0,5 мм;
— средний песок – преобладают зерна от 0,5 до 1 мм;
— крупный песок – преобладают зерна от 1 до 3 мм;
Гравий – это смесь окатанных камешков размерами в поперечнике от 3 до 40 мм, не связанных между собой.
Крупный гравий, состоящий из камешков от 40 до 120 мм в поперечнике, называется галькой.
К рыхлым и сыпучим грунтам относится также супесок, состоящий из песка с примесью глины в количестве 3-10 % от общего объема.
II. Растительные грунты
К растительным грунтам относятся все поверхностные грунты с наличием в них остатков сгнивших растений (перегноя), например чернозем и торф. Растительные грунты легко разрыхляются и размываются водой, легко впитывают в себя воду и при насыщении водой расплываются, обращаясь в грязь.
III. Плотные и вязкие грунты.
К плотным, вязким грунтам относятся глины и суглинки. Глина – это грунт, состоящий из очень мелких частиц, плотно связанных между собой.
Глина по степени плотности разделяется на тяжелую (плотную) и легкую глины.
Основное свойство глины состоит в том, что при насыщении водой она сильно разбухает и значительно увеличивается в объеме. Наряду с этим глина является почти водонепроницаемым грунтом, так как вода через глину почти не проходит.
При высыхании и под давлением глина сжимается (дает осадку). По мере уменьшения влажности в глине увеличивается сцепление частиц между собой, и она постепенно превращается в твердую массу, с трудом поддающуюся разработке инструментом.
Глины с примесью песка называются суглинками. Различаются легкие суглинки – грунт, содержащий 10-20% глины, и тяжелые суглинки, содержащие 20-30% глины.
IV. Твердые, скальные грунты
Грунты твердые, скальные могут быть различного характера. Обычно различают:
- мягкую и слоистую скалу, разрабатываемую киркой, ломом, клиньями;
- твердую (плотную) скалу, разрабатываемую только с помощью взрывчатых веществ.
V. Разжиженные грунты
К разжиженным грунтам относится так называемый плывун. Плывун – это песчано-глинистый или пылевато-песчаный грунт, состоящий из очень мелких частиц и обычно сильно насыщенный водой. Плывун растекается и в откосе не держится.
Классификация грунтов
Принято разделять грунты по степени трудности их разработки на 7 категорий, указанных в таблице снизу:
| Категория грунта | Наименование грунта | Вес 1 куб. м грунта в плотном теле | Способ разработки и инструмент | Степень трудности разработки грунта |
I. | Пески | 1500 | Разрабатываются подборными лопатами и заступами | 1. |
| Супески | 1600 | |||
| Растительный грунт | 1200 | |||
| Чернозем | 1100 | |||
| Торф без корней | 600 | |||
II. | Легкие лессовидные суглинки | 1600 | Разрабатывается лопатами с незначительным киркованием | 1. |
| Гравий мелкий и средний до 15 мм | 1700 | |||
| Плотный растительный грунт | 1400 | |||
| Торф и растительный грунт с корнями | 1100 | |||
| Песок и растительный грунт с щебнем | 1500 | |||
| Насыпной слежавшийся грунт с щебнем | 1750 | |||
| Супесок с примесью щебня | 1900 | |||
III. | Жирная глина | 1800 | Разрабатываются заступами со сплошным киркованием | 1,5 |
| Тяжелые суглинки | 1750 | |||
| Гравий крупный и галька при величине зерен от 15 до 40 мм и щебень | 1750 | |||
| Растительная земля или торф с корнями деревьев | 1900 | |||
IV. | Тяжелая ломовая глина | 1950 | Разрабатывается заступом со сплошным применением кирок, лома или клина и молота | 2,0 |
| Жирная глина и тяжелые суглинки с примесью щебня, гальки, строймусора и булыг весом до 10 кг | 1950 | |||
| Крупная галька размером до 90 см чистая или с примесью булыг весом до 10 кг | 1950 | |||
V. | Скальные грунты (мягкие) | 2200 | Разрабатываются частично вручную ударными инструментами и взрывами | 2,6-10,2 |
VI. | Скальные грунты (плотные) | 2800 | Разрабатываются взрывами | 15,0-24,0 |
VII. | Плывун | 1300 | Разрабатывается совковыми лопатами, ведрами и черпаками | —- |
Степень трудности разработки показывает, что если в грунте I категории на разработку 1 куб. м грунта затрачивается время, равное единице, то в грунте, например, IV категории для разработки 1 куб. м грунта потребуется времени в 2 раза больше.
Зимой из-за промерзания грунтов трудность разработки большинства грунтов сильно возрастает. Происходит это оттого, что вода, находившаяся в грунте, при замерзании сильно связывает его частицы. Для работы зимой существует особая классификация грунтов, приводимая в таблице снизу.
Трудность разработки скальных грунтов от времени года не зависит, а плывун зимой обычно даже легче разрабатывать, чем летом.
Глубина промерзания зависит от ряда условий. Чем меньше снега, чем длиннее зима, чем больше мороз, тем глубже промерзает грунт.
Чем глубже промерзает грунт, тем труднее его разрабатывать.
I группа Грунты, требующие разрыхления применения кирки и частичного лома | II группа Грунты, требующие для их разрыхления обязательного применения лома и частично клина с молотом | ||
Категория грунтов | При глубине промерзания в м | Категория грунтов | При глубине промерзания в м |
I. | До 0,75 | I. | Более 0,75 |
| II. | До 0,75 | ||
| III. (за исключением тяжелого суглинка и жирной чистой глины) | 0,75 | ||
| IV. (плывун) | До 0,75 | ||
III группа Грунты, не поддающиеся разработке ломом и требующие применения клина с молотом или взрывных работ | IV группа Грунты, не поддающиеся или крайне трудно поддающиеся разработке клином с молотом и требующие применения взрывных работ | ||
Категория грунтов | При глубине промерзания в м | Категория грунтов | При глубине промерзания в м |
II | Более 0,75 | ||
| III (за исключением суглинка и чистой жирной глины) | Более 0,75 | ||
| IV (плывун) | Более 0,75 | IV, а также тяжелый суглинок и чистая жирная глина | Независимо от глубины промерзания |
Даем наибольшую величину промерзания грунтов для некоторых местностей России и Украины:
- Москва — 1,6 м
- Челябинск — 2,4 м
- Одесса — 0,8 м
- Киев — 1,0
Данные максимально приближены к реальным. Источником служат технические материалы техникумов утвержденных ГУУЗ.
Основные свойства грунтов
Основные свойства грунтов: объемный вес, способность грунта держать откос и разрыхляемость.
Объемным весом называется 1 кубический метро грунта в плотном теле и в состоянии естественной влажности, т.е. в том состоятнии, в каком грунт находится в земле. Объемный вес важнейших грунтов указан в первой таблице данной статьи.
Если взять сухой грунт и свободно насыпать его кучей на горизонтальную поверхность, то частицы его образуют некоторые откосы. В этом случае говорят, что грунт имеет естественный откос. Угол, под которым располагается такой откос по отношению к горизонтальной поверхности, называется углом естественного откоса и измеряется в градусах.
Величины этих углов зависят от степени влажности грунта. Чем прочнее связь между отдельными частицами грунта, тем более крутой откоса может держать грунт. Некоторые грунты могут держать вертикальный откос (скала, сухой суглинок и др.), другие же осыпаются, образуя пологий откос (песок, гравий, супесок).
В таблице снизу даны значения величины углов естественного откоса для различных грунтов:
Наименование грунтов | Угол естественного откоса в градусах | ||
Сухой грунт | Влажный грунт | Мокрый грунт | |
| Гравий | 40 | 40 | 35 |
| Песок крупный | 30 | 32 | 27 |
| Песок средний | 28 | 35 | 25 |
| Песок мелкий | 45 | 35 | 15 |
| Суглинок | 50 | 40 | 30 |
| Растительная земля | 40 | 35 | 25 |
Торф без корней | 40 | 25 | 14 |
Грунт, вынутый из земли, разрыхляется, т.е. объем его увеличивается, потому что в разрыхленном грунте образуется больше пустот, чем было раньше, когда он находился в плотном состоянии (в плотном теле).
Различаю первоначальное и остаточное разрыхление грунта. Если грунт только что выброшен из выемки, он имеет первоначальное разрыхление.
С течением времени этот выброшенный грунт уплотняется, однако он никогда не достигает плотности, какая была у него до разработки. Небольшое увеличение его объема (коэффициент разрыхления) все же останется. Это разрыхление, остающееся после окончательного уплотнения грунта, называется остаточным разрыхлением.
И первоначальное и остаточное разрыхление измеряется в процентах увеличения объема грунта по отношению к объему его в плотном теле (до разработки).
В таблице снизу приведены значения процента первоначального и остаточного разрыхления для различных грунтов.
Первоначальное и остаточное разрыхление грунтов
Наименование грунтов | Процент первоначального разрыхления | Процент остаточного разрыхления |
| Пески | 8-17 | 1-2,5 |
| Торф, растительный грунт, чернозем | 20-30 | 3-4 |
| Рыхлый лесс, гравий | 14-28 | 1-5 |
| Глина, суглинок | 24-30 | 4-7 |
| Жирная ломовая глина, плотный лесс | 26-32 | 6-9 |
| Разборная скала | 33-37 | 11-15 |
| Скальный грунты | 30-45 | 10-20 |
Например. Необходимо вычислить, насколько увеличился объем 100 куб. м глины при ее разрыхлении. По таблице находим, что процент первоначального увеличения объема будет от 24 до 30. Примем его в среднем равным 27%. Процент остаточного разрыхления равен примерно 4-7, или в среднем 6%. Тогда первоначальный объем выброшенной из котлована глины будет равен: 100+100*27/100 = 127 кубических метров Остаточный объем после окончательного уплотнения насыпанного грунта будет: 100+100*6/100= 106 кубических метров грунта.
Свойства грунта — это особенности грунта, обусловленные его составом, взаимоотношением и взаимодействием слагающих грунт компонентов (твердых, жидких и газообразных). Различают физические, механические, магнитные, электрические, водные и др. свойства. Здесь мы остановимся на физических и механических свойствах, поскольку на их основании производятся расчеты фундаментов, подпорных стенок и других элементов сооружений, взаимодействующих с геологической средой. Кроме того, свойства являются исходными данными (не единственными, но очень важными) для изучения и прогнозирования развития экзогенных геологических процессов.
Физические свойства грунтов
Физические свойства грунтов — особенности грунтов, определяющие их поведение в естественных условиях и при взаимодействии с продуктами инженерной и хозяйственной деятельности человека. Ниже приведены основные физические свойства грунтов.
1. Гранулометрический состав (для дисперсных грунтов) — количественное содержание в грунте первичных частиц по фракциям (размерам зерен), выраженное в процентах от общей массы грунта.
2. Плотность. При этом различают плотность грунта и плотность скелета грунта (т.е. частиц грунта).
3. Пористость и коэффициент пористости. Пористость характеризует объем пор в единице объема грунта, а коэффициент пористости — отношение объема пор к объему твердой компоненты.
4. Влажность. Различают естественную влажность — т.е. влажность образца на момент его отбора из горной выработки (причем она может быть весовой, т.е. отношение массы воды к массе скелета грунта, или объемной, т.е. отношение объема воды в грунте к объему всего грунта); степень влажности (коэффициент водонасыщения) — относительную долю заполнения пор водой в данном грунте; гигроскопическую влажность — отношение массы воды, удаляемой из образца воздушно-сухого грунта, высушенного при температуре 105 градусов до постоянной массы, к массе высушенного грунта.
5. Пределы пластичности (только для глинистых грунтов). Пластичность — это способность грунта деформироваться без разрыва сплошности под воздействием внешних сил и сохранять полученную форму после прекращения воздействия. Влажность, при которой грунт переходит из пластичного состояния в текучее называется верхним пределом пластичности. Влажность, при которой грунт переходит из пластичного состояния в твердое — влажность нижнего предела пластичности. Разность между значениями влажности для верхнего и нижнего пределов называется числом пластичности. Показатель консистенции — отношение разности весовой влажности и влажности нижнего предела к числу пластичности.
6. Набухаемость грунтов (только для глинистых) — способность грунтов увеличивать свой объем при замачивании. при этом развивается давление набухания.
7. Усадочность (для глинистых и органогенных грунтов) — способность грунтов уменьшать свой объем при обезвоживании.
8. Размокаемость — способность грунтов при замачивании в спокойной воде терять свою связность и превращаться в рыхлую массу.
9. Размягчаемость — способность скальных грунтов снижать свою прочность при взаимодействии с водой.
Механические свойства грунтов
Механические свойства грунтов — это те свойства, которые проявляются при приложении к грунтам нагрузок. Основные свойства:
1. Сжимаемость дисперсных грунтов — способность уменьшаться в объеме под действием внешнего давления. Компрессионная сжимаемость (компрессия) — способность грунта сжиматься под постоянной, ступенчато возрастающей нагрузкой.
2. Просадочность — способность лессовых и других пылеватых грунтов к уменьшению объема при дополнительном увлажнении. Различают просадки при природном давлении (от веса вышележащего грунта) и дополнительном (от веса сооружения).
3. Прочность — способность грунта сопротивляться разрушению под влиянием механических напряжений. Параметры прочности соответствуют критическим напряжениям, т.е. тем, при которых происходит разрушение грунта.
4. Модуль упругости (Е) — отношение напряжения, при котором начинается разрушение, к разности относительной деформации конца и начала разгрузки.
5. Модуль общей деформации (Ео) — отношение разности конечного и начального напряжений к разности конечной и начальной относительной продольной деформации.
6. Угол внутреннего трения — параметр линейной зависимости сопротивления сдвигу от вертикальной нагрузки. Для песчаных грунтов равен углу предельного откоса.
7. Сцепление — характеристика структурных связей грунта.
Литература:
В.В. Дмитриев, Л.А. Ярг. Методы и качество лабораторного изучения грунтов: учебное пособие. — М.: КДУ, 2008. — 542 с.
Е.М. Пашкин, А.А. Каган, Н.Ф. Кривоногова. Терминологический словарь-справочник по инженерной геологии. — М.: КДУ, 2011. — 952 с.
Главная—>Инженерные изыскания—>Свойства грунтов