Типи грунтів, фізико-механічні властивості ґрунтів, інженерно-геологічну будову будівельного майданчика
Типи грунтів і їх фізико-механічні властивості
Всі грунти, що використовуються в якості підстави для будівель і споруд, діляться на наступні типи:
1. піщані ґрунти
2. скельні грунти
3. суглинки і супіски
4. глинисті грунти
5. грунти з органічними домішками
6.крупноблочние грунти
7. лес
8. насипні ґрунти
9. пливуни.
Іноді фахівці користуються укрупненим поняттям для класифікації грунтів і ділять грунти, наприклад, на зцементовані (або скельні) і незцементовані.
Зцементовані або скельні грунти складаються з кам'яних гірських порід, ніяк не піддаються розробці підриванням або дробленням клинами, відбійними молотками і т. П.
Незцементовані грунти зазвичай складається з піщаних, пилуватих і глинистих часток, в залежності від змісту яких, діляться на: пісок, супісок (супісок), суглинок, глина.
Глина буває худої або жирної, в залежності від трудомісткості розробки - легкої або важкої. Особливо важка для розробки глина називається тягловою.
Коротко опишемо всі види грунтів за розширеною класифікації.
1. Піщані грунти
До складу піщаних грунтів входять частинки розмірами від 0,1 до 2 мм. Залежно від розміру часток піщані ґрунти діляться на гравелисті, великі, середні, дрібні і пилуваті.
Коефіцієнт стиснення щільного піску низький, але швидкість його ущільнення під впливом навантаження велика. Тому осаду будови, зведеного на піску, припиняється досить швидко. Гравелисті, великі і середні піщані ґрунти мають високу водонепроникність і, отже, при замерзанні НЕ спучуються.
Пилуватими частками називаються частинки розмірами від 0,05 до 0,005 мм. Якщо в піщаному грунті таких частинок міститься від 15 до 50%, такі піски також називаються пилуватими. Присутність в грунті пилуватих частинок значно знижує будівельні якості і погіршує несучу здатність грунту.
Хорошим підставою для будівлі може служити піщаний грунт рівномірної щільності і необхідної потужності. При цьому слід враховувати, що такий грунт не повинен піддаватися впливу грунтових вод.
3. Суглинки і супіски
Ці грунти являють собою суміш глини, піску і пилуватих частинок. До їх складу входять 30% глинистих частинок і від 3 до 10% супеси. За своїми технічними параметрами і придатності для будівництва ці грунти займають проміжне місце між піщаними і глинистими грунтами.
4. Глинисті грунти
До складу цих грунтів входять дрібні частинки величиною не більше 0,005 мм. Ці частинки в основному мають форму лусочок. Глина має достатню кількість капілярних каналів і володіє великою питомою поверхнею дотику між частинками.
Капілярні канали сприяють проникненню води в усі пори матеріалу, при цьому утворюються тонкі водоколлоідние плівки, які в свою чергу обволікають частинки остова грунту. Це надає глині необхідну для будівництва в'язкість. Але з іншого боку, наявність в порах глини крапельок води при промерзанні збільшує її обсяг, що тягне за собою процес спучування.
Глинисті грунти характеризуються високим стисненням (в порівнянні, наприклад, з піщаними грунтами), хоча під впливом навантажень швидкість осідання набагато нижче, ніж у пісків. Тому, якщо підставою для будівлі служить глина, його осаду триває досить довго.
Вологість глини впливає на її несучу здатність. Наприклад, несуча здатність глини в пластичному і розрідженому стані дуже низька, в той час, як суха глина може витримувати відносно великі навантаження.
Існують також і стрічкові глини, тобто глини, в яких присутні піщані прошарку. Несуча здатність таких глин вкрай низька, так як вони схильні до швидкого розрідженню.
6. Великоблочні грунти
Крупноблочними грунтами називаються осколки скельних порід, які не пов'язані між собою. У таких грунтах переважають осколки розміром більше 2 мм. До них відносяться гравій, галька, щебінь. Якщо такі грунти не зазнають розмиває вологи і залягають щільним шаром, вони цілком підходять в якості основи при будівництві.
8. Насипні грунти
Такі грунти формуються, як правило, штучним шляхом, наприклад, при засипці ярів, ставків та т. Д. Для насипних ґрунтів характерний нерівномірний стиск, тому в якості природних підстав вони практично не використовуються, за винятком рефулірованних насипних ґрунтів, тобто грунтів, утворених шляхом перекачування розрідженого грунту по трубопроводу землесосом (рефулкром).
9. пливуни
Пливуни представляють собою різновид супесей і інших дрібнозернистих грунтів мають нестабільний, рухомий стан. При розрідженні пливуни стають особливо рухливими і можуть практично перетворюються в рідину. Пливунималопрігодни в якості підстави, проте сучасні методи будівництва розташовують технологіями боротьби з негативними властивостями пливунів.
властивості грунтів
Грунти мають власні показники фізичних і водних властивостей, такі як:
- вологість
- об'ємна вага
- питома вага
- Cцепление
- пористість і коефіцієнт пористості
- ступінь вологості
- об'ємна вага пісків в максимально пухкому і максимально щільному сложениях
- пластичність
- консистенція
- структурна міцність і чутливість
- зерновий (гранулометричний) склад
- розмокання
- водоутримуюча здатність
- коефіцієнт фільтрації.
Ці властивості обчислюються в спеціальних лабораторіях, за висновком яких визначаються якість грунтів і технології подальшого будівництва.
Такий показник, як анізотропія механічних властивостей грунту, досліджується в основному, коли мова йде про великі, серйозні об'єкти.
Інженерно-геологічна будова будівельного майданчика
Для цілей будівництва, зазвичай розглядають фізико-механічні властивості ґрунтів. За даними бурових і лабораторних робіт, в інженерно-геологічну будову будівельного майданчика виділяють інженерно-геологічні елементи (ІГЕ):
- ІГЕ-1 - насипні ґрунти
- ІГЕ-2 - алювіальні піски середньовеликі, середньо щільні
- ІГЕ-3 - алювіальні піски дрібні, середньої щільності
- ІГЕ-4 - морені суглинки тугопластічних
- ІГЕ-5 - флювіогляціальние піски дрібні, щільні.
Взаиморасположение інженерно-геологічних елементів зазвичай показується на інженерно-геологічних розрізах. Однак в деяких випадках створюють додаткові документи.
Перш ніж вибирати підставу для будівництва будівлі, слід самим ретельним чином досліджувати грунт, з'ясувати схему розташування його пластів, їх потужність (товщину шару, фізичні і механічні властивості), розташування і вплив на грунт грунтових вод.
Методи зміцнення ґрунтів
Для підвищення несучої здатності грунтових підстав застосовують наступні способи штучного закріплення ґрунтів:
- цементацию і бітумізація
- хімічний
- термічний
- електричний
- електрохімічний
- механічний і ін.
Цементація - це процес нагнітання в грунт рідкого цементного розчину або цементного молока по раніше забитим порожнистим палях. Коли процес нагнітання закінчується, палі виймають. Цементація підходить тільки для ущільнення великих і середніх пісків.
Хімічним способом (силікатизацією) закріплюють піщані і лесові ґрунти, нагнітаючи в них хімічні розчини.
Термічне закріплення полягає в випалюванні лесових грунтів розпеченими газами, які подаються в товщу грунту разом з повітрям через жароміцні труби в пробурених свердловинах.
Електричним способом закріплюють вологі глинисті грунти. Спосіб полягає у використанні ефекту електроосмосу, для чого через грунт пропускають постійний електричний струм з напруженістю поля 0,5-1 В / см і щільністю 1-5 А / кв.м. При цьому глина осушується, ущільнюється і втрачає здатність до пученію.
Електрохімічний спосіб відрізняється від попереднього тим, що одночасно з електричним струмом через трубу, що є катодом, в грунт вводять розчини хімічних добавок (хлористий кальцій і ін.). Завдяки цьому інтенсивність процесу закріплення грунту зростає.
Механічний спосіб зміцнення ґрунтів має наступні різновиди: пристрій грунтових подушок і ґрунтових паль, витрамбовуванні котлованів і ін.
Обладнання ґрунтових подушок полягає в заміні слабкого ґрунту підстави іншим, більш міцним, для чого слабкий грунт видаляють, а на його місце насипають міцний грунт і пошарово утрамбовують.
При влаштуванні ґрунтових паль в слабкий ґрунт забивають палю-лідер. В отриману після вилучення цієї палі свердловину засипають грунт і пошарово ущільнюють.
Витрамбовуванні котлованів здійснюють за допомогою важких трамбовок, підвішених на стрілі крана. Цей спосіб менш складний, ніж спосіб ґрунтових подушок, оскільки не вимагає заміни грунту основи.
Ущільнення котлованів значних розмірів може здійснюватися гладкими або кулачковими катками, трамбуючими машинами, віброкатків і віброплита.
Силікатизація проводиться тим же способом, що і цементація грунту. Для того, щоб закріпити пісок, по трубах нагнітають розчин рідкого скла і хлористого кальцію. При закріпленні пилуватих пісків використовують розчин рідкого скла, змішаний з розчином фосфорної кислоти, а при закріпленні лесових грунтів застосовують тільки розчин рідкого скла. Після завершення нагнітання таких розчинів грунти каменеют.
Якщо ж ущільнити грунт з якихось причин не представляється можливим, шар слабкого грунту замінюють на більш міцний. Замінений грунт називають подушкою. Якщо будується багатоповерховий будинок, зазвичай використовують подушку з піску середньої крупності або великого.
При влаштуванні піщаної подушки слабкий грунт виймають на деяку глибину і замінюють піском, ущільнюються вібрацією з зволоженням. Товщина подушки з піску повинна бути розрахована так, щоб тиск від будівлі, що переходить на слабкий грунт, не перевищувало його несучої здатності.
При будівництві будівель на слабких грунтах штучні підстави ущільнюють, зміцнюють або ж замінюють слабкий грунт на більш міцний. Ущільнювати слабкий грунт можна з поверхні на певну глибину спеціальними пневматичними трамбувальними машинами. Іноді при цьому в грунт додають гравій або щебінь. Процес трамбування також може проходити за допомогою трамбувальні плит вагою від 2 до 4 тонн. Такі плити виконують з чавуну або сталі. Якщо площа ущільнення дуже велика, використовують катки вагою 10-15 тонн.
Для трамбування піщаних і Рунте іпилеватих гспользуют поверхневі вібратори. Такий метод набагато ефективніший, так як ущільнення грунту йде швидше. Вібрація не дуже ефективно для глинистих ґрунтів. Для глибинного ущільнення слабких грунтів використовують піщані або грунтові палі. Їх ущільнюють також цементацією і силікатизацією.