Грунты и их свойства. Разрыхляемость грунтов. Откосы
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Уральский Федеральный Университет
имени первого Президента России Б. Н. Ельцина»
Институт Строительный
Кафедра Строительного производства и экспертизы недвижимости
Грунты и их свойства. Разрыхляемость грунтов. Откосы.
РЕФЕРАТ
Д.С.270800.62.320901.04.03.РФ.
Руководитель:
Студент:
Екатеринбург
2014
Содержание.
- Различные виды грунтов и их свойства.
- Значения расчетных сопротивлений песчаных грунтов.
- Физические свойства грунтов.
- Механические свойства грунтов.
- Разрыхляемость грунтов.
- Котлованы и траншеи. Откосы.
1.Различные виды грунтов и их свойства.
Верхний слой почвы толщиной несколько десятков сантиметров, содержащий перегной и корни растений, обладает невысокой прочностью, поэтому дом на этом слое строить нельзя - его надо снять. Разумеется, вы можете его использовать на огороде для грядок и парников, сооружения клумб и цветников. Далее следует обратить особое внимание на открывшийся слой грунта - от его свойств зависит прочность будущего сооружения. Самый лучший грунт - однородный, и фундамент на таком грунте будет осаживаться равномерно, без перекосов и трещин.
Рассмотрим наиболее часто встречающиеся типы грунтов и особенности возведения фундаментов.
Самый прочный - скальный грунт. Скальные грунты представляют собой сцементированные и спаянные, залегающие в виде сплошного массива или трещиноватого слоя породы, они самые сложные для инженерно-геологических изысканий и в Московской области встречаются, как правило, на большой глубине. Скальные грунты характеризуются высоким показателем прочности при сжатии в водонасыщенном состоянии. Это могут быть массивы изверженных пород с кристаллической структурой, характеризующейся значительной плотностью и малой влагоемкостью, или слоистые структуры, представляющие собой осадочные породы, сложенные из песчаников, известняков, доломитов и глинистых сланцев. Он не деформируется, не размывается, не промерзает, но и для проведения строительных работ очень тяжел. Поэтому траншеи в таком грунте можно и не делать, заложив фундамент прямо на поверхности предварительно выровненной площадки.
Следующие по прочности - гравий и хрящ. Гравий - природный или искусственный материал, представляющий собой окатанные зерна размером 5–70 мм и гладкую поверхность. Они также, как и скальный грунт, не деформируются и не размываются, незначительно промерзают. В этих грунтах глубина закладки фундамента должна быть не менее 0, 5 метра. Расчетное сопротивление таких грунтов составляет 6.0 кг/см2 (для плотных грунтов) и 5.0 кг/см2 (для грунтов средней плотности).
Еще менее прочным грунтом является глина, она обширно распостранена на территории всей Московской области и является одним из основных грунтов подлежащем исследованию при инженерно-геологических изысканиях. Глинистые грунты состоят из очень мелких (размером менее 0, 005 мм) частиц, имеющих в основном чешуйчатую форму. Глинистые грунты делятся на глины (с содержанием глинистых частиц более 30 %), суглинки (10...30%) и супеси (3...10%). Глина деформируется (сжимается), при промерзании значительно расширяется, сдавливая фундамент, при этом давление грунта может достигать 10 т/м2. Глины имеют большое количество тонких капилляров и большую удельную поверхность касания между частицами. Через капилляры вода заполняет все поры глины, образуя тонкие водно-коллоидные пленки, которые обволакивают частицы остова грунта. Созданное взаимное притяжение обеспечивает вязкость глинистого грунта. Поскольку поры глины в большинстве случаев заполнены водой, то при ее промерзании объем увеличивается и начинается процесс пучения. Глинистые грунты подвержены большему сжатию, чем песчаные, но под действием нагрузок скорость уплотнения у глин значительно меньше, чем у песков. Вследствие этого осадка зданий, основанием которых является глина, продолжается длительное время. Несущая способность глинистого основания в основном зависит от его влажности. Так несущая способность глины в пластичном и разжиженном состоянии очень мала, сухая же глина способна выдерживать значительную нагрузку. В местах с высокой влажностью грунта глубина закладки фундамента должна соответствовать расчетной глубине промерзания. Это правило распространяется и на другие влажные грунты. Расчетное сопротивление таких грунтов составляет 3.0 кг/см2 (для плотных грунтов) и 1.0 кг/см2 (для грунтов средней плотности). Поэтому при строительстве в Московской области очень важно знать физико-механические параметры залегающих глин.
Песчаные грунты состоят из частиц размером 0, 1... 2 мм. Так же как и глины они очень распространены в Московской области. В зависимости от соотношения частиц различного размера пески разделяют на гравелистые, крупные, средней крупности, мелкие и пылеватые. Песчаные грунты очень легки в работе. Чем крупнее и чище песок, тем большую нагрузку он может воспринять. Вследствие значительной водопроницаемости увлажнение гравелистых, крупных и средней крупности песков практически не сказывается на их механических свойствах, а мелкие и пылеватые пески, насыщенные водой, приобретают подвижность (плывуны). Это ведет к существенному снижению несущей способности основания. Крупные и чистые пески при промерзании не вспучиваются, дают быструю, окончательную осадку под нагрузкой и являются хорошим основанием. Глубина закладки фундамента на таких грунтах определеяется расчетной глубиной промерзания.
2.Значения расчетных сопротивлений песчаных грунтов
Грунт |
Расчетное сопротивление грунтов (кг/см2) | |
Плотных |
Средней плотности | |
Пески гравелистые и крупные (независимо от их влажности) |
4, 5 |
3, 5 |
Пески средней крупности (независимо от их влажности) |
3, 5 |
2, 5 |
Пески мелкие: |
||
маловлажные |
3, 0 |
2, 5 |
очень влажные и насыщенные водой |
2, 0 |
2, 0 |
Пески влажные: |
||
маловлажные |
2, 5 |
2, 0 |
очень влажные |
2, 0 |
1, 5 |
насыщенные водой |
1, 5 |
1, 0 |
Если вы планируете строить
дом самостоятельно, обратитесь в местную
проектную или строительную фирму - вам
подскажут расчетную глубину промерзания
грунта. Если же вы обратились в строительную
фирму, все необходимые параметры полученные
от геологических изысканий будут учтены
при разработке проекта.
Грунты оснований зданий и сооружений подразделяют на четыре основные группы: скальные, крупнообломочные, песчаные и глинистые.
Скальные — изверженные, метаморфические и осадочные породы с жесткими связями между зернами (спаянные и сцементированные), залегающие JL виде сплошного или трещиноватого массива.
Крупнообломочные — несцементированные грунты, содержащие более 50% по массе обломков кристаллических или осадочных пород с размерами частиц более 2 мм.
Песчаные — сыпучие в сухом состоянии грунты, содержащие менее 50% по массе частиц крупнее 2 мм и не обладающие свойством пластичности (грунт не раскатывается в шнур диаметром 3 мм или его число пластичности В7П<1).
Глинистые — связные грунты, для которых число пластичности Wn>l.
Песчаные грунты в условиях природного залегания подразделяют по плотности в зависимости от коэффициента пористости, а глинистые — по консистенции.
Среди грунтов указанных групп необходимо выделять грунты, обладающие специфическими свойствами: илы, просадочные, набухающие и засоленные грунты, грунты с примесью растительных остатков и заторфованные, а также грунты искусственного происхождения (насыпные, закрепленные и т. п.).
Номенклатурные наименования и подразделения грунтов, а также критерии для выделения грунтов со специфическими свойствами и их характеристики приведены в главе СНиП Н-Б.1-62.
Для установления наименований грунтов, состава и состояния в условиях природного залегания, а также их поведения в основании зданий и сооружений должны быть определены следующие показатели свойств грунтов;
плотность, объемная масса и влажность для всех видов грунтов;
коэффициент пористости и степень влажности для крупнообломочных, песчаных и глинистых грунтов;
гранулометрический состав для крупнообломочных и песчаных грунтов;
влажности на границах текучести и раскатывания, число пластичности, консистенция и удельное сопротивление пенетрации для глинистых грунтов;
угол внутреннего трения, удельное сцепление и модуль деформации для всех видов нескальных грунтов;
временное сопротивление одноосному сжатию скальных грунтов;
сопротивление сдвигу, относительное сжатие и коэффициент фильтрации для слабых глинистых и заторфованных грунтов;
относительная просадочность и начальное просадочное давление для просадочных грунтов;
относительное набухание и усадка, давление набухания и влажность набухания для набухающих грунтов;
количественное содержание солей для засоленных грунтов;
степень . заторфованности для песчаных и глинистых грунтов и степень разложения органического вещества для заторфованных грунтов.
По заданию проектной организации в случае необходимости могут определяться и другие характеристики грунтов.
В целом исследования свойств грунтов строительной площадки должны обеспечить:
определение типа фундаментов, их размеров и глубины заложения;
выбор, в случае необходимости, методов улучшения свойств грунтов основания;
установление вида и объема инженерных мероприятий по освоению площадки строительства;
выбор способов производства работ по устройству оснований и фундаментов.
Свойства грунтов оснований исследуются в процессе проведения инженерно-геологических изысканий, выполняемых в соответствии с нормативными документами на инженерные изыскания для строительства.
Инженерно-геологические изыскания осуществляются в соответствии с техническим заданием проектирующей организации, в котором определяются основной состав, детальность и порядок проведения изысканий. Основные требования к содержанию технического задания изложены в главе СНиП П-А.
В результате проведения инженерно-геологических изысканий должны быть получены следующие данные:
местоположение и рельеф территории предполагаемого строительства, климатические и сейсмические условия и сведения о ранее выполненных исследованиях грунтов и грунтовых вод;
геологическое строение и литологический состав толщи грунтов и наблюдаемые неблагоприятные физико-геологические и другие явления (карст, оползни, просадки и набухание грунтов, горные подработки и т. п.);
гидрогеологические условия с указанием высотных отметок уровней грунтовых вод, в том числе на период промерзания, сезонных и многолетних амплитуд их колебаний и величин расходов;
агрессивность вод в отношении материалов конструкций;
стратиграфическая последовательность всех слоев, линз и прослоев сжимаемой толщи основания с указанием возраста, происхождения, номенклатурного вида, состава и состояния грунтов и их физико-механических характеристик;
опыт местного строительства;
прогноз изменения инженерно-геологических условий площадки строительства при возведении и эксплуатации зданий и сооружений;
трудоемкость производства земляных работ.
3.Физические свойства грунтов.
Существенное влияние на технологию производства земляных работ оказывают физические свойства грунта: плотность, удельная и объёмная масса, сцепление, влажность, водопроницаемость, влагоемкость, разрыхляемость, угол естественного откоса, угол внутреннего трения, а также такие свойства, как просадочность, пористость, набухание, переход в плывунное и мерзлое состояние.
Плотность грунта это отношение массы грунта, включая массу воды в его порах, к объему грунта (1,2 – 2,4 т/м3).
Сцепление характеризует начальное сопротивление грунта сдвигу и зависит от вида грунта и его влажности. Сцепление и плотность грунта влияют на трудоемкость его разработки. Это учитывается в классификации грунтов по группам, приводимой в ЕНиР (сб. Е2, вып.1). Группа определяется наименованием грунта, его характеристикой, состоянием и способом разработки.
При разработке одноковшовыми экскаваторами немерзлые грунты подразделяют на шесть групп, скреперами – на две группы, бульдозерами – на четыре группы, а при ручной разработке – на семь групп. Мерзлые грунты имеют свою классификацию.
Влажность характеризуется степенью насыщения грунта водой, которую определяют отношением массы воды к массе сухого грунта, выраженным в процентах. Сухими считают грунты, имеющие влажность до 5%, влажными – от 5 до 30%, мокрыми – свыше 30%.
Разрыхляемость грунта характеризуется увеличением его объема при разработке, по сравнению с объемом в природном состоянии и выражается коэффициентом первоначального разрыхления – Кр. Уложенный в насыпь разрыхленный грунт после уплотнения по сравнению с природным состоянием сохраняет остаточное разрыхление, которое характеризуется коэффициентом остаточного разрыхления Ко.р.
Углом естественного откоса называют угол, образованный наклонной поверхностью (откосом) отсыпанного разрыхленного грунта с горизонтальной плоскостью, при котором грунт находится в равновесном состоянии. С учетом угла естественного откоса назначают крутизну откосов земляных сооружений, которую принято выражать отношением высоты откоса к его заложению.
Просадочность – способность грунта легко размокать, размываться, а при замачивании давать, под нагрузкой, значительные просадки.
Набухание – свойственно глинистым грунтам при их замачивании.
Плывунное состояние возникает в песчаных и пылеватых грунтах в результате их водонасыщения. При вскрытии плывуны переходят в текучее состояние, поэтому необходимы особые методы производства земляных работ.
Мерзлое состояние грунта вызывается климатическими условиями.
4.Механические свойства грунта
Основные механические свойства грунта: прочность, твердость (сопротивление прониканию твердого тела), пластичность (способность грунта под действием внешних сил изменять свои размеры и форму без образования трещин), размываемость (способность оказывать сопротивление разрушающему действию воды) и разрыхляемость.
5.Разрыхлеямость грунтов.
Вынутый при разработке грунт разрыхляется и увеличивается в объеме. Степень этого увеличения (в процентах) называется первоначальным разрыхлением грунта и находится в пределах от - 8% (песок) до 50% (скальный грунт). Разрыхленный грунт с течением времени под действием собственного веса и под влиянием атмосферных осадков постепенно уплотняется и уменьшается в объеме. Однако даже после осадки объем уплотнившегося грунта всегда больше его объема до разрыхления. Эта разница (в процентах) называется остаточным разрыхлением грунта и колеблется от 1 % (песок) до 30% (скальный грунт).
Величины первоначального и остаточного разрыхлений грунтов приведены в ЕНиР на земляные работы.
6.Котлованы и траншеи.Откосы.
Выемки, у которых ширина соизмерима с длиной, но не меньше 1/10 длины, называются котлованами, при ширине менее 1/10 - траншеями.
Котлованы вырывают, как правило, при возведении заглубленной части объемных сооружений (фундаментов, подвальных этажей: технических помещений, предназначенных для размещения оборудования санитарно-технических и технологических систем).
Траншеи копают при прокладке линейно протяженных коммуникаций, наружных сетей водоснабжения, канализации, газоснабжения, отопления, электроснабжения и др.
Наиболее распространенные поперечные профили земляных сооружений представлены на рис.
При устройстве выемок на строительных площадках, не имеющих ограничений по ширине, а также в целях обеспечения максимального уровня механизации земляных работ применяются земляные сооружения с трапецеидальным поперечным профилем. Основными его характеристиками являются глубина, ширина по дну и поверху, заложение откосов, основание откоса, угол откоса.
Глубина разработки определяется разницей отметок дневной поверхности выработки (бровки) и дна (основания откоса).
Ширина по дну выемки равняется ширине возводимого в выемке элемента сооружения (А) плюс величина зазоров (с), зависящая от характера обработки внешних поверхностей элемента. Например, при отрывке котлована трапецеидальной формы под фундамент сооружения, имеющий на внешних поверхностях оклеечную гидроизоляцию, величина уширения дна котлована (с) должна быть не менее 0,6 м. Тогда ширина выемки по дну, м, составит b = А + 2-0,6.
В выемках прямоугольного профиля величина уширения, кроме того, зависит от глубины выемки и вида креплений стенок.
Ширина по верху выемки определяется как сумма ширины по дну ее (Ь) плюс значение двух заложений откосов (а). Под заложением откоса понимается величина проекции линии откоса на горизонталь, т. е. а = h ctg a.
В практике проектирования земляных сооружений и в нормативной документации уклон боковых поверхностей часто выражается отношением глубины (Л) к заложению откоса (а), называемым крутизной откоса (Л/а). Величина, обратная крутизне откоса, носит название коэффициент откоса (т). Значение т обусловливается видом грунта, степенью его обводненности, продолжительностью использования выемки и ее глубиной. Чем монолитнее грунт и больше его обводненность, тем больше крутизна откоса выемки. При глубине выемок больше 6 м необходимо устройство небольших горизонтальных площадок, называемых бермами. Откосы ниже берм имеют, как правило, меньшую крутизну, чем над бермами. Исключение составляют случаи, когда ниже берм залегают грунты сухие и более прочные, чем в верхних горизонтах. Во временных выемках крутизна откосов принимается больше, чем в постоянных.
Устройство откосов с крутизной больше нормативной не обеспечивает их устойчивости в процессе функционирования, так как возможно обрушение грунта в объеме призмы. Излишнее уменьшение крутизны откосов связано с большими дополнительными объемами разработки грунта.
Основание откоса ограничивается линией пересечения плоскости откоса с дневной поверхностью грунта и дна.
Угол откоса (а) - острый угол между плоскостью откоса и горизонтальной плоскостью на уровне дна выработки.
Пространство между внешней поверхностью возведенного в выемке элемента сооружения и плоскостью откоса, засыпаемое грунтом, называется пазухой.
Когда выполняются земляные работы (рытье котлована или траншей) нередки случаи образования откосов при осыпании грунта. Крутизна этих откосов зависит от вида грунта и глубины копания.
