6
В зависимости от температуры и наличия льда (очень важно для условий лесопромышленных предприятий северной части России) грунты подразделяют на немерзлые, морозные (охлажденные) и мерзлые. Немерзлые грунты не содержат лед и имеют положительную температуру. Морозные грунты не содержат лед при отрицательной температуре, и в них отсутствуют льдоцементные связи. Мерзлые грунты имеют отрицательную или нулевую температуру и содержат лед, цементирующий минеральные частицы.
По продолжительности непрерывного пребывания в мерзлом состоянии эти грунты, в свою очередь, подразделяют на: кратковременно-мерзлые (часы, сутки), сезонно-мерзлые (месяцы), перелетки (от одного до двух лет), многолетнемерзлые (от трех лет и выше).
При строительстве дорог большое значение имеет трудность разработки грунтов. В зависимости от трудности разработки грунты принято подразделять на одиннадцать основных групп:
группа I – наиболее легко разрабатываемые грунты (легкие); группа II – средние;
группа III – тяжелые;
группа IV – скальные, предварительно разрыхляемые и т. д.;
группы IX…XI – скальные породы, наиболее тяжело разрабатываемые специальными способами и средствами.
Машинная разработка предусматривается только для первых восьми групп (категорий). Категории (группы) грунтов в этой системе представляются линейными зависимостями от плотности грунтов: чем выше плотность грунта, тем выше и его категория.
1.2. Зерновой состав грунтов и их классификация
Зерновым (гранулометрическим) составом грунта называют содержание по массе в грунте частиц различной крупности, выраженное в процентах по отношению к массе сухой навески, взятой для анализа.
Зерновым составом грунта называют относительное содержание в нем частиц различного размера, выраженное в процентах от общей массы грунта, которое находится в воздушно-сухом состоянии.
7
Дорожно-строительные качества грунтов во многом зависят от диаметра и формы минеральных частиц, их минералогического состава, от количественных соотношений минеральных частиц, воды и воздуха.
В дорожном строительстве принята следующая классификация частиц грунта по крупности (по диаметру): валуны – более 200 мм; галька – 70…100 мм; гравий – 2…70 мм; песчаные частицы – 0,05…2 мм; пылеватые –
0,005…0,05 мм; глинистые – менее 0,005 мм.
Особенно большое влияние на свойства грунта оказывают глинистые частицы размером менее 0,005 м. Песчаные частицы образуют основной скелет грунта и имеют шаровидно-кубовидную форму.
Пылеватые частицы имеют пластинчато-сферическую, сливовидную и игольчатую формы, не обладают связностью и являются заполнителем промежутков между песчаными частицами.
Глинистые частицы имеют пластинчато-чешуйчатую форму, играют роль вяжущего в грунте и придают ему связность и пластичность.
Содержание песчаных и глинистых частиц в процентах к общей массе грунта положено в основу дорожной классификации грунтов.
Обычные (пекальные) грунты состоят из песчаных, пылеватых и глинистых частиц. При наличии в зерновом составе грунта глинистых частиц до 3 % и пылеватых меньше, чем песчаных, грунт называют песчаным.
При содержании глинистых частиц от 3 до 12 % грунт называют супесчаным (супесью), от 12 до 30 % – суглинистым (суглинком) и более 30 %
– глинистым (глиной).
Таким образом, в дорожном строительстве приняты следующие виды грунтов (ГОСТ 25100-82):
1. Крупнообломочные:
щебенистый (при преобладании окатанных частиц – галечниковый) – масса частиц крупнее 10 мм составляет более 50 %; дресвяный (при преобладании окатанных частиц – гравийный) – масса частиц крупнее 2 мм составляет более 50 %;
2. Песчаные:
песок гравелистый – масса частиц крупнее 2 мм составляет более 25 %; песок крупный – масса частиц крупнее 0,5 мм составляет более 50 %;
8
песок средней крупности – масса частиц крупнее 0,25 мм составляет более
50 %;
песок мелкий – масса частиц крупнее 0,1 мм составляет более 75 %; песок пылеватый – масса частиц крупнее 0,1 мм составляет менее 75 %;
3. Глинистые:
супесь легкая включает в себя песчаных частиц (крупнее 0,25 мм) более 50 %, глинистых – от 3 до 6 % (пылеватые частицы отсутствуют); супесь тяжелая включает в себя песчаных частиц (крупнее 0,25 мм) менее 50 %, глинистых – от 6 до 10 % (пылеватые частицы отсутствуют);
супесь пылеватая включает в себя пылеватых частиц больше, чем песчаных и глинистых, которых содержит от 3 до 10 %; суглинок легкий включает в себя песчаных частиц больше, чем пылеватых, а глинистых – от 10 до 20 %;
суглинок тяжелый включает в себя песчаных больше, чем пылеватых, а глинистых – от 20 до 30 %; суглинок легкий пылеватый включает в себя пылеватых частиц больше, чем
песчаных, а глинистых – от 10 до 20 %; суглинок тяжелый пылеватый – пылеватых частиц содержит больше, чем песчаных, а глинистых – от 20 до 30 %;
глина песчаная (тощая) – содержит песчаных частиц больше, чем пылеватых, а глинистых – от 30 до 40 %; глина пылеватая – пылеватых частиц содержит больше, чем песчаных, а глинистых – от 30 до 40 %;
глина полужирная – содержит глинистых частиц от 40 до 60 %; глина жирная – содержит глинистых частиц более 60 %.
1.3. Характеристики и показатели физико-механических свойств грунтов
Лабораторные испытания грунтов имеют большое значение в дорожном строительстве. Они проводятся для общей характеристики грунтов при устройстве земляного полотна или пригодности их для укрепления. Характеристики грунтов, получаемые в результате лабораторных испытаний, можно условно разделить на четыре группы: классификационные; расчетные; состава и свойств грунтов, позволяющие косвенным путем судить о прочности
9
и пригодности для укрепления; физических и механических свойств укрепленных грунтов. Вместе с этим, в дорожной практике физикомеханические свойства грунтов выражают следующими показателями.
1.Показатели, характеризующие состав грунта: гранулометрический состав; минералогический состав; химический состав;
2.Показатели, характеризующие свойства и состояние грунта: физические свойства (плотность; объемная масса; пористость;
коэффициент пористости; предел текучести; предел пластичности и число пластичности);
водные свойства (размокание; набухание; усадка; влагоемкость; капиллярность; водопроницаемость);
состояние грунта (естественная влажность; коэффициент водонасыщения; степень плотности (для песков); естественная уплотняемость (для глин); естественная консистенция);
механические свойства (максимальная плотность и оптимальная влажность; модуль деформации и модуль упругости; сопротивление сжатию; сопротивление сдвигу).
Показатели, характеризующие состав грунтов, дают представление об их природе, свойствах и позволяют приближенно судить о возможных изменениях свойств и состояния грунтов при строительстве различных инженерных сооружений. Так, гранулометрический состав является одной из важнейших характеристик грунта, имеющей существенное значение для оценки его дорожно-строительных свойств.
1.4.Методы лабораторных испытаний грунтов
Взависимости от показателей существуют различные методы определения состава и физико-механических свойств грунтов, которые также подразделяются на три основные группы:
1.Методы определения гранулометрического состава грунтов;
2.Методы лабораторного определения физических свойств грунтов;
3.Полевые методы определения физико-механических свойств грунтов.
10
Рассмотрим отдельные (наиболее распространенные) методы первых двух групп.
Для определения гранулометрического состава грунтов в настоящее время известны следующие методы:
1.Визуальный метод, заключающийся в сравнении (на глаз) изучаемого грунта с эталонами, механический состав которых известен;
2.Методы М.М. Филатова, Л.В. Новикова и С.И. Рутковского;
3.Ситовой метод – рассеивание грунта на ситах;
4.Гидравлические методы, основанные на различиях в скорости падения
вводе частиц различной крупности;
5.Пипеточный метод;
6.Ареометрический метод;
7.Метод центрифугирования.
Вкачестве основных методов приняты: ситовой, пипеточный и ареометрический. Ситовой метод применяется при разделении на фракции несвязных, крупнообломочных и песчаных грунтов, содержащих небольшое количество пылеватых и глинистых частиц. Определение гранулометрического состава грунта этим методом производится при помощи специального комплекта сит с диаметром отверстий 10; 7; 5; 3; 2; 1; 0,5 и 0,25 мм.
Пипеточный метод применяют для определения гранулометрического состава глинистых грунтов. Им определяют содержание в грунте фракций диаметром 0,25 мм и менее (более крупные фракции выделяют ситовым методом). Пипеточный метод основан на различной скорости падения грунтовых частиц в спокойной воде.
Ареометрический метод определения гранулометрического состава принят как основной для связных грунтов. Он выполняется специальным прибором – ареометром, устройство которого основано на законе Архимеда: всякое погруженное в жидкость тело теряет в своем весе столько, сколько весит вытесненная им жидкость.
Для определения основных физико-механических свойств грунтов применяются следующие методы:
определение плотности грунта (удельной масса грунта) пикнометрическим методом;
метод режущих цилиндров для определения объемной массы грунта;