Влажность грунтов определяют высушива­нием пробы грунта при температуре 105°С до постоянной массы. Отношение разности масс пробы до и после высушивания к массе абсо­лютно сухого грунта дает значение влажности, выражаемое в процентах или долях единицы. Долю заполнения пор грунта водой - степень влажности S r рассчитывают по формуле (см. табл. 1.3). Влажность песчаных грунтов (за исключением пылеватых) изменяется в неболь, ших пределах и практически не влияет на прочностные и деформационные свойства этих грунтов.

Характеристики пластичности пылевато-глинистых грунтов - это влажности на грани­цах текучести Wl и раскатывания ш Р, опреде­ляемые в лабораторных условиях, а также число пластичности /р и показатель текучести II, вычисляемые по формулам (см. табл. 1.3). Характеристики w L , w P и Ip являются косвен­ными показателями состава (гранулометриче­ского и минералогического) пылевато-глинис­тых грунтов. Высокие значения этих характе­ристик свойственны грунтам с большим содер­жанием глинистых частиц, а также грунтам, в минералогический состав которых входит монтмориллонит.

1.3. КЛАССИФИКАЦИЯ ГРУНТОВ

Грунты оснований зданий и сооружений подразделяются на два класса : скальные (грунты с жесткими связями) и нескальные (грунты без жестких связей).

В классе скальных грунтов выделяют маг­матические, метаморфические и осадочные по­роды, которые подразделяются по прочности, размягчаемости и растворимости в соответст­вии с табл. 1.4. К скальным грунтам, прочность которых в водонасыщенном состоянии менее 5 МПа (полускальные), относятся глинистые сланцы, песчаники с глинистым цементом, алевролиты, аргиллиты, мергели, мелы. При водонасыщении прочность этих грунтов может снижаться в 2-3 раза. Кроме того, в классе скальных грунтов выделяются также искусст­венные- закрепленные в естественном залега­нии трещиноватые скальные,и нескальные грунты. Эти грунты подразделяются по спо­собу закрепления (цементация, силикатизация,

битумизация, смолизация, обжиг и др.) и по нределу прочности на одноосное сжатие после закрепления так же, как и скальные грунты (см. табл. 1.4).

Нескальные грунты подразделяют на крупнообломочные, песчаные, пылевато-глинис­тые, биогенные и почвы.

■ К крупнообломочным относятся несцемен­тированные грунты, в которых масса обломков крупнее 2 мм составляет 50 % и более. Песча­ные - это грунты, содержащие менее 50 % частиц крупнее 2 мм и не обладающие свой­ством пластичности (число пластичности /р<

Свойства крупнообломочного грунта при содержании песчаного заполнителя более 40,% и пылевато-глинистого более 30 % опре­деляются свойствами заполнителя в могут устанавливаться по испытанию заполнителя. При меньшем содержании заполнителя свойст­ва крупнообломочного грунта устанавливают испытанием грунта в целом. При определении свойств песчаного заполнителя учитывают сле­дующие его характеристики - влажность, плотность, коэффициент пористости, а пылева­то-глинистого заполнителя - дополнительно число пластичности и консистенцию.

Основным показателем песчаных грунтов, определяющим их прочностные и деформаци­онные свойства, является плотность сложения. По плотности сложения пески подразделяются по коэффициенту пористости е, удельному со­противлению грунта при статическом зонди­ровании q c и условному сопротивлению грун­та при динамическом зондировании q& (табл. 1.7).

При относительном содержании органи­ческого вещества 0,03

0,5 % ■- при содержании песчаного запол­нителя 40 % и более;

Песчаные грунты относятся к засоленным, если суммарное содержание указанных солей составляет 0,5 % и более.

Пылевато-глинистые грунты подразделяют во числу пластичности h (табл. 1.8) и по кон-

систенции, характеризуемой показателем теку­чести 1 L (табл. 1.9). Среди пылевато-глинистых грунтов необходимо выделять лёссовые грунты и илы. Лёссовые грунты - это макропористые грунты, содержащие карбонаты кальция и спо­собные при замачивании водой давать под на­грузкой просадку, легко размокать и размы­ваться. Ил - водонасыщенный современный осадок водоемов, образовавшийся в результа­те протекания микробиологических процессов, имеющий влажность, превышающую влажность на границе текучести, и коэффициент пористо­сти, значения которого приведены в табл. 1.10.

Пылевато-глинистые грунты (супеси, су­глинки и глины) называют грунтами с приме­сью органических веществ при относительном содержании этих веществ 0,05

Среди пылевато-глинистых грунтов необ­ходимо выделять грунты, проявляющие специ­фические неблагоприятные свойства при зама­чивании: просадочные и набухающие. К про-садочным относятся грунты, которые под дей­ствием внешней нагрузки или собственного ве­са при замачивании водой дают осадку (про­садку), и при этом относительная просадоч-ность Ss/>0,01. К набухающим относятся грун­ты, которые при замачивании водой или хими­ческими растворами увеличиваются в объеме, и при этом относительное набухание без на­грузки e S ! »>0,04.

В особую группу в нескальных грунтах вы­деляют грунты, характеризуемые значитель­ным содержанием органического вещества: биогенные (озерные, болотные, аллювиально-болотные). В состав этих грунтов входят за-торфованные грунты, торфы и сапропели. К за-торфованным относятся песчаные и пылевато-глинистые грунты, содержащие в своем соста­ве 10-50 % (по массе) органических веществ. При содержании органических веществ 5Q % и

более грунт называется торфом. Сапропели (табл. 1.11)-пресноводные илы,-содержащие более 10 % органических веществ и имеющие коэффициент пористости, как правило, более 3, а показатель текучести более 1.

Почвы - это природные образования, слагающие поверхностный слой земной коры и обладающие плодородием. Подразделяют почвы по гранулометрическому составу так же, как крупнообломочные и песчаные грунты, а по числу пластичности, как пылевато-глинистые грунты.

К нескальным искусственным грунтам от­носятся грунты, уплотненные в природном за­легании различными методами (трамбованием, укаткой, виброуплотнением, взрывами, осуше­нием и др.), насыпные и намывные. Эти грун­ты подразделяются в зависимости от состава и характеристик состояния так же, как и при­родные нескальные грунты.

Скальные и нескальные грунты, имеющие отрицательную температуру и содержащие в своем составе лед, относятся к мерзлым грун­там, а если они находятся в мерзлом состой-нии от 3 лет и более, то к вечномерзлым.

1.4. ДЕФОРМИРУЕМОСТЬ ГРУНТОВ ПРИ СЖАТИИ

Характеристикой деформируемости грун­тов при сжатии является модуль деформаций, который определяют в полевых и лаборатор­ных условиях. Для предварительных расчетов, а также и окончательных расчетов оснований зданий и сооружений II и III класса допуска­ется принимать модуль деформации по табл. 1.12 и 1.13.

Модуль деформации определяют испыта­нием грунта статической нагрузкой, передавае­мой на штамп . Испытания проводят в шур­фах жестким круглым штампом площадью

5000 см 2 , а ниже уровня грунтовых вод и на больших глубинах - в скважинах штампом площадью 600 см 2 . Для определения модуля деформации используют график зависимости осадки от давления (рис. 1.1), на котором вы­деляют линейный участок, проводят через него осредняющую прямую и вычисляют модуль де­формации Е в соответствии с теорией линей­но-деформируемой среды по формуле

При испытании грунтов необходимо, что­бы толщина слоя однородного грунта под штампом была не менее двух диаметров штампа.

Модули деформации изотропных грунтов можно определять в скважинах с помощью прессиометра (рис. 1.2) . В результате ис­пытаний получают график зависимости прира­щения радиуса скважины от давления на ее стенки (рис. 1.3). Модуль деформации опреде­ляют на участке линейной зависимости дефор­мации от давления между точкой р\, соответ­ствующей обжатию неровностей стенок сква­жины, и точкой р2, после которой начинается интенсивное развитие пластических деформа­ций в грунте. Модуль деформации вычисляют

ПО ftlOnMVJlft

Коэффициент k определяется, как правило, путем сопоставления данных прессиометрии с результатами параллельно проводимых испы­таний того же грунта штампом. Для сооруже­ний II в III класса допускается принимать в зависимости от глубины испытания h следую­щие значения коэффициентов к в формуле (1.2): при ft<5 м 6 = 3; при 5мk = 2; при 10 м

Для песчаных и пылевато-глинистых грун­тов допускается определять модуль деформа­ции" на основе результатов статического и ди­намического зондирования грунтов. В качест­ве показателей зондирования принимают: при статическом зондировании - сопротивление грунта погружению конуса зонда q c , а при ди­намическом зондировании - условное динами, ческое сопротивление грунта погружению кону­са qa, Для суглинков и глин E-7q c и Я-6#<*; для песчаных грунтов E-3q c , а значения £ по данным динамического зондирования приведе­ны в табл. 1.14. Для сооружений I и II класса

является обязательным сопоставление данных зондирования с результатами испытаний тех же грунтов штампами. Для сооружений III класса допускается определять Е только по результатам зондирования.

1.4.2. Определение модуля деформации в лабораторных условиях

В лабораторных условиях применяют компрессионные приборы (одометры), в кото­рых образец грунта сжимается без возможно­сти бокового расширения. Модуль деформации вычисляют на выбранном интервале давлений Др = Р2-Pi графика испытаний (рис. 1.4) по формуле

Давление pi соответствует природному, а р2 - предполагаемому давлению под подош­вой фундамента.

Значения модулей деформации по компрес­сионным испытаниям получаются для всех грунтов (за исключением сильносжимаемых) заниженными, поэтому они могут использовать­ся для сравнительной оценки сжимаемости

грунтов площадки или для оценки неоднород­ности по сжимаемости. При расчетах осадки эти данные следует корректировать на основе сопоставительных испытаний того же грунта в полевых условиях штампом. Для четвертичных супесей, суглинков и глин можно принимать корректирующие коэффициенты т (табл. 1.16), при этом значения Еовц необходимо определять в интервале давлений 0,1-0,2 МПа.

1.5. ПРОЧНОСТЬ ГРУНТОВ

Сопротивление грунта срезу характеризу­ется касательными напряжениями в предель­ном состоянии, когда наступает разрушение грунта . Соотношение между предельными касательными т и нормальными к площадкам сдвига а напряжениями выражается условием прочности Кулона-Мора

1.5.1. Определение прочностных характеристик в лабораторных условиях

В практике исследований грунтов приме­няют метод среза грунта по фиксированной

плоскости в приборах одноплоскостного сре­за. Для получения <р и с необходимо провести срез не менее трех образцов грунта при раз­личных значениях вертикальной нагрузки. По полученным в опытах значениям сопротивле­ния срезу т строят график линейной зависимо­сти T = f(a) и находят угол внутреннего тре­ния ф и удельное сцепление с (рис. 1.5). Раз-

личают две основные схемы опыта: медленный срез предварительно уплотненного до полной консолидации образца грунта (консолидиро-ванно-дренированное испытание) и быстрый срез без предварительного уплотнения (некой-солидированно-недренированное испытание).

Глав-а 2. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Инженерно-геологические изыскания ■- со­ставная часть комплекса работ, выполняемых для обеспечения строительного проектирова­ния исходными данными о природных услови­ях района (участка) строительства, а также прогнозирования изменений окружающей при­родной среды, которые могут произойти при строительстве и эксплуатации сооружений. При проведении инженерно-геологических изысканий изучаются грунты как основания зданий и сооружений, подземные воды, физи­ко-геологические процессы и явления (карст, оползни, сели и др.)- Инженерно-геологиче­ским изысканиям сопутствуют инженерно-гео­дезические изыскания, объектом изучения ко­торых являются топографические условия района строительства, и инженерно-гидроме­теорологические изыскания, при выполнении которых изучаются поверхностные воды и климат.

Проведение изысканий регламентируется нормативными документами и стандартами. Общие требования к проведению изысканий приведены в СНиП П-9-78 , а требования к изысканиям для отдельных видов строительст­ва-в инструкциях СН 225-79 и СН 211-62 . Учитывая специфику проектирования свайных фундаментов, основные требования к изысканиям для них приведены в СНиП 11-17-77 и в «Руководстве по проектированию свай­ных фундаментов» . Определение основных строительных свойств грунтов регламентирова­но стандартами, указанными в п. 2.4.

Инженерно-геологические изыскания долж­ны производиться, как правило, территориаль­ными изыскательскими, а также специализиро­ванными изыскательскими и проектно-изыска-тельскими организациями. Допускается их вы­полнение проектными организациями, которым в установленном порядке предоставлено такое право.

2.2. ТРЕБОВАНИЯ К ТЕХНИЧЕСКОМУ ЗАДАНИЮ И ПРОГРАММЕ ИЗЫСКАНИЙ

Планирование и выполнение изысканий осуществляются на основе технического за­дания на производство изысканий, составляе­мого проектной организацией - заказчиком. При составлении технического задания необ­ходимо определить, какие материалы, характе­ризующие природные условия строительства,

потребуются для разработки проекта, и на этой основе получить разрешение у соответ­ствующих органов на производство изысканий для данного объекта. Орган, выдающий разре­шение, может указать на необходимость ис­пользования (в целях исключения дублирова­ния) имеющихся в его распоряжении материа­лов ранее выполненных работ на территории размещения проектируемого объекта, что должно быть отражено в техническом задании. Если по проектируемому объекту имеются ма­териалы ранее выполненных изысканий, то они передаются изыскательской организации как приложение к выдаваемому техническому за­данию. Передаче подлежат и другие материа­лы, характеризующие природные условия райо­на проектируемого строительства и находя­щиеся в распоряжении проектной организации.

Техническое задание составляется по при­водимой ниже форме с текстовыми и графиче­скими приложениями.

В п. 7 задания необходимо приводить сле­дующие технические характеристики: класс от­ветственности, высота, число этажей, размеры в плане и конструктивные особенности проек­тируемого сооружения; значения предельных деформаций оснований сооружений; наличие и глубина подвалов; намечаемые типы, размеры и глубина заложения фундаментов; характер и значения нагрузок на фундаменты; особенно­сти технологических процессов (для промыш­ленного строительства); плотность застройки (для городского и поселкового строительства). Эти характеристики во многих случаях целесо­образно давать в приложении к техническому заданию в табличной форме. К техническому заданию в обязательном порядке должны быть приложены: ситуационные планы с указанием размещения (вариантов размещения) участков (площадок) строительства и трасс инженер­ных коммуникаций; топографические планы в масштабе 1: 10 000- 1: 5000 с указанием контуров размещения проектируемых зданий и сооружений и трасс инженерных коммуника­ций, а также планировочных отметок; копии протоколов согласований прохождений и под­ключений (примыканий) инженерных комму­никаций, влияющих на состав и объем инже­нерных изысканий, с графическими приложе­ниями; материалы исполнительных съемок или проектная документация подземных ком­муникаций (при производстве изысканий на площадках действующих промышленных пред­приятий и внутри городских кварталов).

Техническое задание является основой для составления изыскательской организаци-

Ей программы изысканий, в которой обосно­вываются этапы, состав, объемы, методы и последовательность выполнения работ и на ос­новании которой составляется сметно-договор-ная документация. Составлению программы предшествуют сбор, анализ и обобщение ма­териалов о природных условиях района изыс­каний, а в необходимых случаях (отсутствие или противоречивость материалов) - полевое обследование района изысканий.

Программа включает текстовую часть и приложения. Текстовая часть должна состоять из следующих разделов: 1) общие сведения; 2) характеристика района изысканий; 3) изу­ченность района изысканий; 4) состав, объе­мы и методика изысканий; 5) организация ра­бот; 6) перечень представляемых материалов; 7) список литературы.

В разделе 1 приводятся данные первых пяти пунктов технического задания. В разде­ле 2 дается краткая физико-географическая характеристика района изысканий и местных природных условий с отражением особенно­стей рельефа и климата, сведений о геологи­ческом строении, гидрогеологических условиях, неблагоприятных физико-геологических процес­сах и явлениях, о составе, состоянии и свойст­вах грунтов. В разделе 3 излагаются сведения об имеющихся фондовых материалах ранее выполненных изыскательских, поисковых и ис­следовательских работ и дается оценка полно­ты, достоверности и степени пригодности этих материалов. В разделе 4 на основе требова­ний технического задания, характеристики района (участка) изысканий и его изученности определяются оптимальные состав и объемы работ, а также обосновывается выбор мето­дов проведения инженерно-геологических ис­следований. При согласовании программы это­му разделу проектировщики должны уделять особое внимание, руководствуясь сведениями о составе и объеме работ, приводимыми далее в пп. 2.3 и 2.4. В разделе 5 устанавливаются

последовательность и планируемая продолжи­тельность работ, определяются необходимые ресурсы и организационные мероприятия, а также мероприятия по охране окружающей среды. В разделе 6 указываются организации, которым должны быть направлены материа­лы, а также наименование материалов. В раз­деле 7 дается перечень общесоюзных норма­тивных документов и государственных стан­дартов, отраслевых и ведомственных инструк­ций (указаний), руководств и рекомендаций, литературных источников, отчетов об изыска­ниях, которыми следует пользоваться при про­изводстве изысканий.

К программе изысканий должны быть приложены: копия технического задания за­казчика; материалы, характеризующие состав, объемы и качество ранее выполненных изыс­каний; план или схема объекта с указанием границ изысканий; проект размещения пунктов горных выработок, полевых исследований и т. п., выполненный на топографической осно­ве; технологическая карта последовательности производства работ; чертежи (эскизы) выра­боток и нестандартного оборудования.

Глинистый грунт – это грунт, который более чем на половину состоит из очень мелких частиц размером менее 0,01 мм, которые имеют форму чешуек или пластин. Расстояния между этими частицами называется порами, они, как правило, заполняются водой, которая хорошо удерживается в глине, потому что сами частички глины воду не пропускают. Глинистые грунты имеют высокую пористость, т.е. высокое соотношение объема пор к объему грунта. Это соотношение колеблется от 0,5 до 1,1 и является характеристикой степени . Каждая пора - это маленький капилляр, поэтому такие грунты подвержены .

Глинистый грунт очень хорошо удерживает в себе влагу и никогда не отдает ее всю, даже при высыхании, поэтому является . Влага, содержащаяся в грунте, при замерзании превращается в лед и расширяется, тем самым, увеличивая объем всего грунта. Все грунты, содержащие глину, подвержены этому негативному явлению, и чем больше содержание глины, тем сильнее проявляется это свойство.

Поры глинистого грунта настолько малы, что капиллярные силы притяжение между частицами воды и глины оказываются достаточными, чтобы связывать их. Капиллярные силы притяжения в совокупности с пластичностью частиц глины обеспечивают пластичность глинистого грунта. И чем больше содержание глины, тем пластичнее будет грунт. В зависимости от содержания частиц глины их классифицируют на супеси, суглинки и глину.

Классификация глинистого грунта

Супесь – это глинистый грунт, который содержит не более 10 % глинистых частиц, оставшуюся часть занимает песок. Супесь наименее пластичная из всех глинистых грунтов, при ее растирании между пальцами чувствуются песчинки, она плохо скатывается в шнур. Скатанный из супеси шар рассыпается, если на него немного надавить. Из-за высокого содержания песка супесь имеет сравнительно низкую пористость – от 0,5 до 0,7. Соответственно она может содержать меньше влаги и, следовательно, быть меньше подвержена пучению. При пористости 0,5 (т.е. при хорошем уплотнении) в сухом состоянии супеси составляет 3 кг/см2, при пористости 0,7 – 2,5 кг/см3.

Суглинок – это глинистый грунт, который содержит от 10 до 30 процентов глины. Этот грунт достаточно пластичен, при растирании его между пальцами не чувствуются отдельные песчинки. Скатанный из суглинка шар раздавливается в лепешку, по краям которой образуются трещины. Пористость суглинка выше, чем супеси и колеблется от 0,5 до 1. Суглинок может содержать больше воды и больше, чем супесь, подвержен пучению. Сухой суглинок с пористостью 0,5 имеет несущую способность 3 кг/см2, при пористости 0,7 – 2,5 кг/см2.

Глина – это грунт, в котором содержание глинистых частиц больше 30%. Глина очень пластичная, хорошо скатывается в шнур. Скатанный из глины шар сдавливается в лепешку без образования трещин по краям. Пористость глины может достигать 1,1, она сильнее всех остальных грунтов подвержена , потому что может содержать очень большое количество влаги. При пористости 0,5 глина имеет несущую способность 6 кг/см2, при 0,8 – 3 кг/см2.

Все глинистые грунты под действием нагрузки от фундамента подвержены осадке, причем занимает она очень много времени – несколько сезонов. Осадка будет тем больше и дольше, чем больше пористость грунта. Чтобы уменьшить пористость глинистого грунта и тем самым улучшить его характеристики, грунт можно уплотнять. Естественное уплотнение глинистого грунта происходит под давлением вышележащих слоев: чем глубже находится слой, тем сильнее он уплотнен, тем меньше его пористость и тем больше его несущая способность.

Минимальная пористость глинистого грунта 0,3 будет у максимально уплотненного слоя, который залегает ниже глубины промерзания. Дело в том, что при промерзании грунта возникает пучение: частицы грунта двигаются и между ними возникают новые поры. В слое грунта, который находится ниже глубины промерзания, таких движений нет, он максимально уплотнен и его можно считать несжимаемым. зависит от климатических условий, в России она колеблется от 80 до 240 см. Чем ближе к поверхности земли, тем меньше будет уплотнен глинистый грунт.

Чтобы примерно оценить несущую способность глинистого грунта на определенной глубине можно принять максимальную пористость 1,1 на поверхности земли, а минимальную 0,3 на глубине промерзания и предположить, что она изменяется в зависимости от глубины равномерно. Вместе с ней будет меняться и несущая способность: от 2 кг/см2 на поверхности, до 6 кг/см2 ниже глубины промерзания.

Еще одна важная характеристика глинистого грунта – это его : чем больше влаги содержится в нем, тем хуже его несущая способность. Насыщенный влагой глинистый грунт становится слишком пластичным, а насыщаться влагой он может в том случае, когда близко находятся грунтовые воды. Если высокий и менее чем в метре от глубины заложения фундамента, то приведенные выше значения несущей способности глины, суглинка и супеси нужно делить на 1,5.

Все глинистые грунты будут служить хорошим основанием для фундамента дома, если грунтовые воды залегают на значительной глубине, а сам грунт будет однороден по составу.

Читайте так же:

• В этой статье рассмотрены основные типы грунтов - скальный, крупнообломочный, песчаный и глинистый, каждый из которых имеет свои свойства и отличительные признаки.
• Несущая способность грунтов – это его основанная характеристика, которую необходимо знать при строительстве дома, она показывает какую нагрузку может выдержать единица площади грунта. Несущая способность определяет, какой должна быть опорная площадь фундамента дома: чем хуже способность грунта выдерживать нагрузку, тем больше должна быть площадь фундамента.
• Пучинистый грунт – это такой грунт, который подвержен морозному пучению, при промерзании он значительно увеличивается в объеме. Силы пучения достаточно велики и способны поднимать целые здания, поэтому закладывать фундамент на пучинистом грунте без принятия мер против пучения нельзя.
• Грунтовые воды – это первый от поверхности земли подземный водоносный слой, который залегает выше первого водоупорного слоя. Они оказывают негативное воздействие на свойства грунта и фундаменты домов, уровень грунтовых вод необходимо знать и учитывать при заложении фундамента.
• Песчаный грунт более чем на половину состоит из частиц песка размером меньше 5 мм. В зависимости от размера частиц подразделяется на гравелистый, крупный, средний и мелкий. Каждый вид песка имеет свои свойства.
• Морозное пучение – это увеличение объема грунта при отрицательных температурах, то есть зимой. Происходит это из-за того, что влага, содержащаяся в грунте, при замерзании увеличивается в объеме. Силы морозного пучения действуют не только на основание фундамента, но и на его боковые стенки и способны выдавить фундамент дома из грунта.

Классификация песчаного и глинистого грунта

Для оценки строительных свойств грунтов производиться их классификация согласно СТБ 943-2007, включающая следующие таксономические единицы, выделяемые по группам признаков:

Класс - по характеру структурных связей;

Группа - по происхождению;

Подгруппа - по условию образования;

Тип - по петрографическому и гранулометрическому составу, числу пластичности;

Вид - по структуре, текстуре, составу цемента и примесей, содержанию заполнителя и включений, гранулометрическому составу и степени его неоднородности, пористости, относительному содержанию органического вещества, степени зольности, по способу преобразования, степени уплотнения от собственного веса, давности намыва;

Разновидность - по физическим, механическим, химическим свойствам и состоянию.

Песчаные - несвязанные грунты, сложенные угловатыми и окатанными обломками минералов размером от 2 до 0,05 мм. Основная масса состоит из кварца и полевых шпатов. Песчаные грунты подразделяются:

По гранулометрическому составу (гравелистый, крупный, средний, мелкий, пылеватый);

По показателю максимальной неоднородности U max (однородный (U max ? 4), среднеоднородный (4 < U max ? 20), неоднородный (20 < U max ?40), повышенной неоднородности (U max > 40));

Степени влажности (маловлажные (0 < S r ?0,5); влажные (0,5 < S r ?0,8); водонасыщенные (0,8 < S r ?1));

Прочности (сопротивлению грунта при зондировании) (прочный, средней прочности, малопрочный).

Для определения классификации песчаного грунта рассчитаем степень влажности S r по формуле

где w - природная влажность в долях единиц;

Плотность частиц грунта;

е - коэффициент пористости;

Плотность воды.

Так же определим коэффициент пористости е по формуле

р - плотность грунта;

w - влажность.

Подставив значения в формулы (1.2)

при: =2,67 г/см 3

2,14 г/см 3

Так же подставим значения в формулу (1.1)

при: e = 0,46

2,67 г/см 3

Рассчитав степень влажности песчаного грунта, определим классификацию песчаного грунта по водонасыщению при помощи таблицы 1.1

Таблица 1.1 - Классификация песчаного грунта по водонасыщению

По данным таблицы 1.1 можно сделать вывод, что данный песок относится к классу водонасыщенные.

Определим плотность сложения песка при помощи коэффициента пористости по таблице 1.2

Таблица 1.2 - Подразделение песчаных грунтов по коэффициенту пористости

Так как коэффициент пористости равен 0,46 и песок мелкий, то данный песок является плотным. Исходя из всех расчетов, определим условное расчетное сопротивление R 0 песчаных грунтов при помощи таблицы 1.3

Таблица 1.3 - Условное расчетное сопротивление R 0 песчаных грунтов

Так как песок мелкий и водонасыщенный, а коэффициент пористости е равен 0,46, то расчетное сопротивление будет равно 300 кПа.

1 Построение геологической колонки

Средне-, крупномасштабные и детальные геологические карты обычно сопровождаются геологическими разрезами и стратиграфической колонкой.

Осадочные, вулканические и метаморфические горные породы обычно залегают слоями, или пластами. Слоем называется более или менее однородный, первично обособленный осадок (или горная порода), ограниченный поверхностью наслоения. Помимо термина "слой", в практике часто употребляется термин "пласт", который обычно применяется по отношению к полезным ископаемым, например к углю, известняку и т.д. Пласт может заключать в себе несколько слоев. Однородность слоев может быть выражена в составе, окраске, текстурных признаках, присутствии одинаковых включений или окаменелостей. Когда говорят о слоистых толщах, подразумевают чередование слоев. Переход от одного слоя к другому может быть резким или постепенным. Поверхности, разграничивающие слои или пласты, обычно бывают неровными. Они носят название поверхностей наслоения. Верхняя из них называется кровлей слоя, нижняя - подошвой. Расстояние между кровлей и подошвой слоя (или пласта) характеризует его мощность.

Различают три вида мощностей: истинную, видимую и неполную

Рисунок 1.1 - Схема определения мощности пласта

А - различные виды мощности слоя (пласта): аа - истинная, бб, вв - видимая, гг, дд - неполная; Б - определение мощности горизонтально залегающего слоя: h- истинная мощность; а - видимая мощность; б - ширина выхода слоя; б - угол наклона поверхности; цифры - абсолютные отметки кровли и подошвы слоя.

Пример: истинная мощность h = 187м - 163м = 14м или h= sin б

Истинной мощностью называется кратчайшее расстояние между кровлей и подошвой. Любое другое расстояние между кровлей и подошвой представляет собой видимую мощность. Если измеряют расстояние от кровли или от подошвы слоя (или пласта) до любой поверхности, находящейся внутри слоя (или пласта), говорят о неполной его мощности. При горизонтальном залегании и выровненном рельефе земной поверхности для определения мощности пород проводятся выработки или бурятся скважины. Если рельеф неровный, то истинную мощность горизонтального слоя можно получить путем вычисления: установив тем или иным способом абсолютные высотные отметки кровли и подошвы пласта, вычисляют разность между ними, которая и будет составлять истинную мощность (187м-163м=14м). Можно определить также истинную мощность, измерив предварительно видимую мощность (расстояние по склону между кровлей и подошвой) и угол наклона склона. Истинная мощность будет равна видимой мощности, умноженной на синус угла наклона склона (h = a sinб). Кратчайшее расстояние между кровлей и подошвой слоя на геологической карте называется шириной выхода слоя.

До начала проектирования любого здания или сооружения необходимо:

Изучить местный опыт строительства;

По отчету инженерно-геологических изысканий ознакомиться с напластованием грунтов и положением уровня подземных (грунтовых) вод на строительной площадке и ожидаемым во время строительства и эксплуатации сооружения;

Установить нормативные и расчетные характеристики грунтов каждого слоя для расчета по предельным состояниям;

С учетом напластования грунтов наметить наиболее рациональное размещение (если оно не задано) сооружения на участке строительства.

По данным изысканий оцениваются инженерно-геологические условия, приводимые в отчете или заключении. Напластование грунтов оценивается по разрезам и колонкам скважин.

Характерными напластованиями грунтов являются:

Однородный слой грунта в пределах большой глубины;

Слоистое напластование, когда слои грунта относительно горизонтальны и каждый подстилающий слой менее сжимаем, чем несущий;

Сложное, когда слои грунта выклиниваются, залегают линзообразно или имеются сильно сжимаемые грунты.

Особое внимание должно уделяться оценке уровня грунтовых вод, его сезонным колебаниям, возможным изменениям вследствие возведения сооружения, их агрессивности по отношению к материалу фундаментов. Масштаб геологической колонки принимаем 1:100. Абсолютная отметка устья скважины (точка пересечения ствола скважины с поверхностью земли) равна +135,6 м. Мощность первого слоя равна глубине залегания его подошвы. Абсолютные отметки подошвы слоев определяют как разность абсолютной отметки устья скважины и глубины залегания подошвы соответствующего слоя. В середине графы двумя линиями обозначают ствол скважины и с обеих сторон от ствола показывают условными обозначениями литологический состав пород каждого слоя. Ствол скважин в интервалах развития водоносных слоев затемняют. Исходные данные (таблицы 1-2).

Tаблица1.1- Физические характеристики песчаного грунта(слой№1)

Таблица1.2- Физические характеристики глинистого грунта(слой№2)

Классификация глинистого грунта

Пылевато-глинистые грунты - группа осадочных пород с преобладанием тонких фракций(<0,01 мм). Состоят из глинистых минералов, а также минералов обломочного(слюда, кварц, полевые шпаты) и химического(карбонаты, сульфаты) происхождения. Занимают около 60% объёма осадочных пород. Происхождение- обломочно-химическое.

Пылевато-глинистые грунты подразделяются:

По числу пластичности I p:

супесь- 1? I p ?7; суглинок- 7< I p ?17; глина- I p >17;

По показателю текучести I l:

супеси бывают:

ь твердые, I l < 0;

ь пластичные, 0 ? I l ? 1;

ь текучие, I l ? 1;

суглинки и глины бывают:

ь твердые, I l < 0;

ь полутвердые, 0 < I l ? 0,25;

ь тугопластичные, 0,25 < I l ?0,5;

ь мягкопластичные, 0,5 < I l ?0,75;

ь текучепластичные, 0,75 < I l ? 0,1

ь текучие, I l ? 1;

По прочности (очень прочные, прочные, средней прочности и слабые)

Для определения характеристик глиняного грунта определим число пластичности и показатель текучести.

Определим число пластичности по формуле

I p = w l - w p (3.1)

Подставим значения в формулу (3.1)

при w p = 18%

получим I p = 35 - 18 = 17

Зная процентное число пластичности можно определить к какой классификации грунтов относится наш глинястый грунт. Т.к. I p = 17 то грунт состоит из суглинка.

Определим показатель текучести по формуле

где w l - влажность на границе текучести, %;

w p - влажность на границе раскатывания, %;

w - природная влажность, %.

при w p = 18%

получим что

Зная показатель текучести определим классификацию глинистого грунта по консистенции, т.к. I l = 0,29, то суглинок относится к тугопластичным.

Для определения расчетного сопротивления R 0 необходимо знать также коэффициент пористости е:

грунт песчаный глинистый пористость

где - плотность частиц грунта;

р - плотность грунта;

w - влажность.

Подставим значения:

2,71 г/см 3

р = 1,95 г/см 3

Расчетное сопротивление R 0 находится для значения е = 0,71 путем интерполяции сначала по коэффициенту пористости е между е = 0,7 и е = 1 при I l = 2,5, затем интерполяция по показателю текучести I l между I l = 0 и I l = 1 для значения I l = 0,29. Данные для определения расчетного давления глинистого грунта приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Условные расчетные сопротивления глинистых грунтов (только для суглинка).

Интерполяция по е при I l = 0:

изменение?е = 1 - 0,7 = 0,3 соответствует изменению

R 0 = 25 - 20 = 5;

изменение?е = 0,71 - 0,7 = 0,01 соответствует изменению

R 0 = 25 - 0,17 = 24,83 МПа.

Интерполяция по е при I l = 1: изменение?е = 1 - 0,7 = 0,3 соответствует изменению? R 0 = 18 - 10 = 8; изменение?е = 0,71 - 0,7 = 0,01 соответствует изменению

R 0 = 18 - 0,27 = 17,73 МПа.

Интерполяция по Il = 1 при е = 0,71 ? Il = 1 - 0 соответствует 24,83 - 17,73 = 7,1.

R 0 = R 0 = 24,83 - 2,059 ? 22,771 МПа.

Составим таблицу (3.2).

Таблица 3.2 - Результаты интерполяции R 0

Определим прочностные и деформационные характеристики суглинка тугоплатичного. По исходным данным I l = 2,9 и е = 0,71 из таблицы (3.3) находим нормативное значение угла внутреннего трения ц n = 21 град, удельного сцепления грунта С n = 23 кПа и нормативное значение модуля деформации Е n = 14МПа.

Таблица 3.3 - Нормативные значения удельных сцеплений, углов внутреннего трения, значений модулей деформации (только для суглинка).

Сравнение естественной влажности грунта с влажностью на границе раскатывания позволяет устанавливать его состояние по показателю текучести

, (1.11)

по которому глинистые грунты подразделяются на следующие разновидности:

твердая...................
< 0

пластичная.............от 0 до 1 включительно

текучая....................>1

Суглинки и глины:

твердые................................
< 0

полутвердые........................от 0 до 0,25

тугопластичные..................от 0,25 до 0,5

мягкопластичные................от 0,5 до 0,75

текучепластичные...............от 0,75 до 1

текучие.................................>1

Максимальная плотность и оптимальная влажность грунта

В процессе возведения земляных сооружений и планировки территорий приходится уплотнять грунты. При этом повышается прочность грунта, понижаются его водопроницаемость и капиллярность. Максимальная степень уплотнения необходима в верхних слоях насыпи, в которых возникают наибольшие напряжения от внешних нагрузок.

Степень уплотнения оценивается величиной коэффициента уплотнения. Уплотняя грунты с разной влажностью одной и той же работой уплотнения, получают различные значения величины плотности сухого грунта. Влажность, при которой достигается максимальная плотность сухого грунта
при стандартном уплотнении, называетсяоптимальной W opt .

В лабораторных условиях W opt и
определяют, используя прибор Союздорнии (рис. 1.7). Метод заключается в установлении зависимости плотности сухого грунта от его влажности при уплотнении образцов грунта с постоянной работой уплотнения и последовательном увеличении влажности грунта. Проводят не менее 5 – 6 опытов при разной влажности грунтов. Грунт уплотняют в стакане прибора послойно ударами груза массой 2,5 кг, падающего с высоты 30 см. Каждый слой грунта (всего 3 слоя) уплотняют 40 ударами. После уплотнения в каждом опыте определяюти
и строят график зависимости
(рис. 1.8).

По графику определяют влажность, при которой стандартным уплотнением достигается максимальная плотность сухого грунта
. Степень уплотнения земляного сооружения оценивается величиной коэффициента уплотнения

, (1.12)

где
– коэффициент уплотнения грунта земляного сооружения;– плотность сухого грунта;
– максимальная плотность того же сухого грунта при стандартном уплотнении. Величина
задается проектом земляного сооружения в диапазоне от 0,92 до 1,00.

Контрольные вопросы

1.Определение грунта по ГОСТ 25100-95.

2.Какие существуют генетические типы континентальных отложений?

3.Из чего состоят грунты?

4.Что понимается под структурой и текстурой грунта?

5.Каковы особенности глинистых минералов?

6.В каком виде в грунтах встречается вода?

7.Какие структурные связи существуют в грунтах?

8.Каковы размеры крупнообломочных, песчаных, пылеватых и глинистых частиц?

9.Что называется гранулометрическим составом грунта?

10.Как определить коэффициент неоднородности грунта?

11.Какие физические характеристики грунта являются основными?

12.Как классифицируются песчаные грунты?

13.Что называется числом пластичности?

14.Как классифицируются связные грунты?

15.Что такое показатель текучести? В каких пределах он изменяется?

16.Для чего служит метод стандартного уплотнения грунта?

К вычисляемым характеристикам глинистого грунта кроме плотности сухого грунта ρ d , пористости n , коэффициента пористости е и степени влажности S r , которые определяются аналогично песчаным грунтам, относятся число пластичности I Р и показатель текучести I L . Данные характеристики также считаются классификационными, т.к. по I Р и I L производят классификацию грунтов. Число пластичности определяется по формуле: I P = W L - W Р . Эта характеристика косвенно отражает количество глинистых частиц в грунте и используется для определения наименования глинистого грунта по табл. 5.3.

Таблица 5.3

Типы глинистых грунтов

Показатель текучести I L определяется по формуле: I L =( W - W Р )/ I P , где w - природная влажность грунта в долях единицы.

Показатель текучести используется для определения состояния (консистенции) глинистого грунта по табл. 5.4.

Таблица 5.4

Разновидности глинистых грунтов

Разновидности глинистых грунтов по консистенции	Показатель текучести
	I L < 0
пластичные	0 ≤ I L ≤ 1
	I L > 1
Суглинки и глины:
	I L < 0
полутвердые	0 ≤ I L ≤ 0,25
тугопластичные	0,25 < I L ≤ 0,50
мягкопластичные	0,50 < I L ≤ 0,75
текучепластичные	0,75< I L ≤ 1,00
	I L > 1,00

По окончании лабораторной работы определяют наименование и состояние глинистого грунта, а также его расчетное сопротивление по табл. 5.5 при проектировании оснований зданий и сооружений.

Таблица 5.5

Расчетные сопротивления r0 глинистых (непросадочных) грунтов

Значения всех вычисляемых характеристик грунта записывают в журнал.

По окончании лабораторной работы определяют наименование и состояние глинистого грунта, а также его расчетное сопротивление по табл. 2.3 при проектировании оснований зданий и сооружений или условное сопротивление по табл. 5.6 при проектировании оснований мостов и труб.

Таблица 5.6

Условное сопротивление глинистых грунтов

Примечания:

1. Для промежуточных значений JP и е, R0 определяется по интерполяции.

2. При значениях числа пластичности J P в пределах 5 - 10 и 15 - 20 следует принимать значения R 0 , приведенные в таблице, соответственно для супесей, суглинков и глин.

Вопросы для самоконтроля

Что такое плотность частиц грунта?

Как определяется плотность глинистого грунта?

Что такое влажность грунта и как она определяется?

Как определяется влажность на границе текучести?

Что такое граница раскатывания и как она определяется?

Что такое число пластичности и для чего оно определяется?

Для чего определяется показатель текучести?

Как определяется наименование и состояние (консистенция) глинистого грунта?

Как влияет влажность глинистого грунта на его расчетное (условное) сопротивление?

Что необходимо знать для определения расчетного (условного) сопротивления глинистого грунта?