Строительная классификация грунтов

Определение основных расчетных характеристик грунта. Строительная классификация грунтов. Нормативные значения прочностных и деформационных свойств грунтов. Условное расчетное сопротивление песчаного и глинистого грунта

 

Строительная классификация грунтов

Для оценки строительных свойств грунтов производится их классификация согласно СТБ 943-2007, включающая следующие таксаномические 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.

В зависимости от характера структурных связей грунты подраз­деляются на два класса:

I С жесткими структурными связями – скальные:

- магматические (интрузивные – гранит, диорит, сиенит, габб­ро, диабаз и др.; эффузивные – липарит, порфир, базальт, туф и др.);

- метаморфические (регионально-метаморфизованные – гнейс, кварцит, сланец; динамометаморфизованные – порфироид, тектони­ческая брекчия);

- осадочные (сцементированные крупнообломочные – конгломе­рат, брекчия, гравелит; сцементированные мелкообломочные – песчаник, туффит; сцементированные пылевато-глинистые – алевро­лит, аргиллит; органогенные – известняк, мергель, мел, опока, диа­томит; хемогенные – гипс, ангидрит, галит);

- искусственные (искусственный грунт – грунт природного проис­хождения, закрепленный или уплотненный различными методами, на­сыпной и намывной, а также твердые отходы производства и быто­вые отходы ) – магматические, метаморфические и осадочные трещино­ватые сцементированные грунты; крупнообломочные, песчаные, пыле­вато-глинистые несцементированные грунты – закрепленные или улуч­шенные (цементация, силикатизация, битумизация, замораживание, термическая обработка и т. д.).

 

II Без жестких структурных связей - нескальные: - Осадочные несцементированные (обломочные, крупнообломочные (валунный, галечниковый, глыбовый грунт и др.); обломочные, песчаные (песок); обломочные, пылевато-глинистые (супесь, суглинок, глина); озерные (ил); биогенные (сапропель, торф и др.); почвы);

- искусственные (преобразованные в природном залегании (об­ломочные, биогенные, почвы); насыпные; намывные).

Наиболее распространенным основанием являются обычно пес­чаные и пылевато-глинистые грунты.

Песчаные – состоят из частиц зерен кварца и других минералов крупностью от 0,1 до 2 мм, содержащие глины не более 3% и не обладают свойством пластичности. Пески разделяют по зерновому составу и размеру преобладающих фракций на гравелистые лески d>2 мм, крупные d>0,5 мм, средней крупности d>0,25 мм, мелкие d>0,1 мм и пылеватые d=0,05 - 0,005 мм.

Частицы грунта крупностью от d=0,05 – 0,005 мм называют пылеватыми. Если в песке таких частиц от 15 до 50 %, то их относят к категории пылеватых. Когда в грунте пылеватых частиц больше, чем песчаных, грунт называют пылеватым.

Чем крупнее и чище пески, тем большую нагрузку может выдержать слой основания из него. Сжимаемость плотного песка невелика, но скорость уплотнения под нагрузкой значительна, поэтому осадка сооружений на таких основаниях быстро прекращается. Пески не обладают свойством пластичности.

Гравелистые, крупные и средней крупности пески значительно уплотняются под нагрузкой, незначительно промерзают.

Тип крупнообломочных и песчаных грунтов устанавливается по гранулометрическому составу, разновидность – по степени влажности.

Глинистые – связные грунты, состоящие из частиц крупностью менее 0,005 мм, имеющих в основном чешуйчатую форму, с небольшой примесью мелких песчаных частиц. В отличие от песков глины имеют тонкие капилляры и большую удельную поверхность соприкосновения между частицами. Так как поры глинистых грунтов в большинстве случаев заполнены водой, то при промерзании глины происходит ее пучение.

Глинистые грунты делятся в зависимости от числа пластичности на глины (с содержанием глинистых частиц более 30%), суглинки (10...30%) и супеси (3...10%).

Несущая способность глинистых оснований зависит от влажности, которая определяет консистенцию глинистых грунтов. Сухая глина может выдерживать довольно большую нагрузку.

Тип глинистого грунта зависит от числа пластичности, разновидность – от показателя текучести

Для использования грунтов в строительных целях внешних отличительных признаков недостаточно, каждый грунт имеет свои, только ему присущие строительные свойства, наибольшее значение имеют физико-механические характеристики.

Изучение грунтов в лаборатории и полевых условиях позволяет определять их физико-механические свойства, классифицировать по строительным нормам, определять несущую способность грунта и выполнять необходимые расчеты при проектировании зданий и сооружений.

В зависимости от способа определения физические характеристики подразделяются на две группы:

– прямые – определяются только опытным путем на основе лабораторных исследований;

– производные – определяются только расчетными формулами.

 

Расчетные характеристики песчаного грунта.

Пористость грунта n (суммарный объем всех пор в единице объема грунта):

где p_s – плотность частиц грунта;

p_d – плотность сухого грунта.

Коэффициент пористости е (отношение общего объема пор в грунте к объему только грунтовых частиц):

где p_s – плотность частиц грунта;

p_d – плотность сухого грунта.

Плотность сухого грунта p_d (отношение массы твердой компоненты грунта при естественной структуре, исключая массу воды в его порах, к занимаемому этой породой объему):

где p – плотность грунта;

w – природная влажность в долях единиц.

 

Степень влажности S_r (влажность, хар-щая степень заполнения пор грунта водой):

где w – природная влажность в долях единиц;

е – коэффициент пористости;

p_w – плотность воды.

 

Дано: вид грунта – песчаный мелкий. Физические характеристики: w = 17 %; p = 2,13 г/см³; p_s = 2,65 г/см³.

Наименование грунта:

– по плотности сложения, определяемой через коэффициент пористости – песок плотный;

– по степени влажности – водонасыщенный

Наименование грунта – песок мелкий, плотный, водонасыщенный.

Нормативные значения прочностных и деформационных свойств:

С_n = 9 кПа

ψ_n = 41 град

E_n = 62 МПа

Расчетное сопротивление песка мелкого, плотного, водонасыщенного – R₀ = 30 МПа.

 

Расчетные характеристики глинистого грунта.

Дано: вид грунта – глинистый. Физические характеристики: w = 23 %;

w_L = 35 %; w_p = 18 %; p = 1,95 г/см³; p_s = 2,71 г/см³.

Наименование грунта:

– по числу пластичности: – суглинок где

w_L – влажность на границе текучести, %;

w_p – влажность на границе раскатывания, %.

 

По показателю текучести – тугопластичный

 

 

где w – природная влажность, %;

w_L – влажность на границе текучести, %;

w_p – влажность на границе раскатывания, %.

Наименование грунта – суглинок тугопластичный.

Для определения R₀ необходим коэффициент пористости e:

.

Условные расчетные сопротивления:

При I_L = 0; R₀= 25 МПа

При I_L = 1; R₀= 18 МПа

Прочностные и деформационные характеристики суглинок тугопластичный.

Дано: I_p = 17; I_L = 0,29; e = 0,70

Нормативное значение угла внутреннего трения:

ψ_n = 25,5

Удельное сцепление грунта:

С_n = 21,5

Нормативное значение модуля деформации:

E_n = 16,5