Размещено на http://www.allbest.ru/

Общие сведения о грунтах

Грунт - горные породы, почвы, техногенные образования, представляющие собой многокомпонентную и многообразную геологическую систему и являющиеся объектом инженерно-хозяйственной деятельности человека [1].

Грунты могут служить:

1) материалом оснований зданий и сооружений;

2) средой для размещения в них сооружений;

3) материалом самого сооружения.

Грунт скальный - грунт, состоящий из кристаллитов одного или нескольких минералов, имеющих жесткие структурные связи кристаллизационного типа.

Грунт полускальный - грунт, состоящий из одного или нескольких минералов, имеющих жесткие структурные связи цементационного типа.

Условная граница между скальными и полускальными грунтами принимается по прочности на одноосное сжатие (R_c 5 МПа - скальные грунты, R_c 5 МПа - полускальные грунты).

Грунт дисперсный - грунт, состоящий из отдельных минеральных частиц (зерен) разного размера, слабосвязанных друг с другом; образуется в результате выветривания скальных грунтов с последующей транспортировкой продуктов выветривания водным или эоловым путем и их отложения.

Грунтами называют породы, залегающие в верхних слоях земной коры.

Различают грунты:

· песчаные (песок, супесь);

· глинистые (глины, суглинки);

· скальные (изверженные, метаморфические и осадочные);

· растительные;

· лессовые.

Свойства грунтов зависят от условий образования, структуры и состава пород.

Для сравнительной оценки горных пород по прочности в нашей стране широко используется шкала М.М. Протодьяконова (табл. 1), в соответствии с которой прочность породы оценивается коэффициентом крепости f - безразмерной величиной, равной одной десятой временного сопротивления породы сжатию, измеренного в МПа.

Таблица 1

Характеристика горных пород

В отечественной практике для оценки трудности разработки грунтов используется один из следующих показателей: сопротивление образцов грунта сжатию; удельное сопротивление грунта копанию; удельная работа внедрения в грунт плоского штампа (табл. 2).

Таблица 2

Классификация грунтов по трудности разработки

При планировании земляных работ чаще всего прибегают к понятию «категории грунта», для земляных сооружений используют грунты I-IV категорий, отличающиеся друг от друга сопротивлением сжатию. Строительные нормы и правила содержат подробные рекомендации, какими машинами следует разрабатывать грунты каждой из категорий.

Более универсален показатель работы, не зависящий от типа землеройного органа и других особенностей машин для земляных работ. В качестве единицы измерения прочности грунта принимается энергия удара груза массой 2,5 кг, падающего с высоты 0,4 м, которая равна 9,81 Дж. Экспериментально доказано, что работа, затраченная на погружение круглого стержня сечением 1 см² в грунт на глубину 10 см, пропорциональна прочности последнего. Для экспресс-оценки прочности грунта этим методом применяется плотномер ДорНИИ (рис. 1), названный по имени института, в котором был разработан.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Получили распространение следующие способы разрушения грунтов:

· механический, при котором отделение грунта от массива осуществляется ножевым или ковшовым рабочим органом машины;

· гидравлический, при котором грунт разрушается и удаляется струей воды; при работе водой применяется всасывание размытого грунта и его удаление из зоны забоя по пульпопроводу;

· взрывной, при котором грунт разрушается давлением газов, выделяющихся при взрыве;

· термический, основанный на растрескивании поверхности грунта в результате быстрого и неравномерного нагрева, например скоростной струей высокотемпературных газов.

Применяются и комбинированные методы разработки грунтов. Например, гидравлический способ может сочетаться с механическим, механический с термическим и т. д.

Основным объектом разработки в строительстве являются песчаные и глинистые, а также крупнообломочные и полускальные грунты, покрывающие большую часть земной поверхности.

Землеройные машины рассчитаны на разработку главным образом этих грунтов. грунт горный порода разрыхление

Мерзлыми называют все виды грунтов, если они имеют отрицательную температуру и содержат лед. К многолетнемерзлым относятся грунты, находящиеся в непрерывно мерзлом состоянии в течение более 3 лет. По существующей классификации мерзлые грунты делятся на твердомерзлые (обладающие наибольшей механической прочностью), пластично-мерзлые, которые сжимаются под нагрузкой сыпучемерзлые. Разработка рассмотренных мерзлых грунтов требует определенных затрат энергии. При этом применяются три группы способов разработки; защита от замерзания, оттаивание и механическое разрушение.

Разработка рассмотренных мерзлых грунтов требует определенных затрат энергии. При этом применяются три группы способов разработки; защита от замерзания, оттаивание и механическое разрушение.

Основными показателями мерзлых грунтов являются повышенная механическая прочность, пластические деформации, пучинистость и повышенное электросопротивление, величина которых зависит от температуры, влажности и вида грунта. С понижением температуры глубина промерзания увеличивается, что вызывает возрастание механической прочности грунта, сопротивления резанию и копанию, а значит уменьшение производительности землеройных машин.

Грунты характеризуются многокомпонентным составом и минерально-дисперсным строением, а также непрерывным изменением физико-механических свойств. Грунт состоит из совокупности твердых минеральных частиц (зерен), находящихся во взаимном контакте. Цементирующий материал между частицами отсутствует, так как грунт имеет поровое строение. Поры заполнены жидкой (вода) и газообразной (воздух, водные пары, углекислый газ) фазами, находящимися в свободном и связанном состоянии. Вода может быть и в твердом состоянии (лед), что резко изменяет свойства грунта. В полностью водонасыщенном грунте не содержится газа, такой грунт является двухкомпонентной системой. Неводонасыщенный грунт представляет трехкомпонентную систему. В природе наиболее распространены трехкомпонентные неоднородные грунты, представленные твердыми частицами и заполнителями пор между ними, что затрудняет их разработку. Совокупность твердых частиц и связанной воды составляет скелет грунта, определяющий свойства всей системы. Существенное влияние на свойства грунта оказывает минералогический состав твердых частиц, их форма, размеры и степень окатанности. Грунты состоят из частиц одной или нескольких фракций. Количественное соотношение минеральных частиц различной формы характеризует гранулометрический состав грунтов (таблица 3)

Таблица 3

Классификация пород по гранулометрическим элементам (по В.В. Охотину)

Проходка траншей для прокладки трубопроводов осуществляется в горных породах разнообразного состава и свойств. Основной объем проходки траншей выполняется в рыхлых горных породах, называемых грунтами, значительно меньше проходится в крепких скальных породах. Скальные породы отличаются высокой крепостью, большой сопротивляемостью деформациям, имеющим в основном упругий характер.

Основные физико-механические свойства грунтов, влияющие на технологию производства земляных работ, трудоемкость и стоимость следующие:

· в массиве (естественном состоянии) - гранулометрический состав, плотность, влажность;

· в разрыхленном состоянии - гранулометрический состав, плотность, прочность, разрыхляемость.

Гранулометрический состав является одним из основных показателей физического состояния грунтов.

Грунтовые частицы крупностью менее 0,005 мм называют глинистыми;

0,005…0,05 мм - пылеватыми;

0,05…2 мм - песчаными; зерна м куски грунта крупностью 0,2…20 мм - гравием;

20…200 мм - галькой или щебнем и более 200 мм валунами или камнями.

Гранулометрический состав определяет метод и способ разработки грунта, а также применение его при возведении земляных сооружений и объектов.

Плотностью грунта принято считать массу 1 м³ грунта в естественном состоянии. Плотность песчаных и глинистых пород обычно составляет 1,5…2, полускальных - 2…2,5 и скальных - более 2,5 т/м³.

Прочность грунтов характеризуется их способностью сопротивляться внешним воздействиям при разработке.

Разрыхляемость - это способность грунта увеличиваться в объеме при разработке. Увеличение объема грунта характеризуется коэффициентами первоначального К_р и остаточного К_р.о разрыхления.

Коэффициент первоначального разрыхления К_р представляет собой отношение объема разрыхленного грунта к его объему в естественном состоянии и составляет: для песчаных грунтов - 1,08…1,17, глинистых - 1,24…1,3.

Коэффициент остаточного разрыхления К_р.о характеризует остаточное увеличение объема грунта после его уплотнения. под действием массы вышележащих слоев, дождя, движения транспорта, механического уплотнения.

Плотность грунта влияет на выбор механизмов для разработки транспортирования его. Так, разработка песчаных и глинистых грунтов может производиться скреперами, бульдозерами, грейдерами полускальных и скальных - экскаватором после предварительного разрыхления.

Влажность грунта определяется отношением массы воды в грунте к массе твердых частиц грунта (в процентах). При влажности до 5% грунты считаются сухими, при влажности более 30% - мокрыми как правило, влажные грунты разрабатываются экскаваторами со сменным оборудованием драглайном или обратной лопатой.

По трудности разработки грунты делятся на группы. При этом деление на группы учитывает разработку грунтов с применением средств механизации и вручную в немерзлом и мерзлом состояниях.

Так, при разработке немерзлых грунтов механизированным способом в зависимости от трудности их разработки они разделены на шесть групп:

1 - гравийно-галечные грунты с частицами размером до 80 мм (p=1,75 т/м²), грунты растительного слоя, песок, суглинок;

2 - гравийно-галечные грунты с частицами размером более 80 мм (p = 1,95 т/м²), глина жирная, песок барханы, строительный мусор, торф с корнями;

3 - глина мягкая (p=1,96 т/м²), супесок, суглинок, ракушечник, сцементированный строительный мусор;

4 - смесь гальки, тяжелая глина (p=1,95…2.15 т/м²), песок с содержанием валунов массой более 50 кг - 10…15%;

5 - суглинок тяжелый с валунами массой более 50 кг - до 15% известняк;

6 - супесок и суглинок с содержанием валунов массой более 50 кг - 15…30% по объему.

Разработка мерзлых грунтов в разрыхленном виде одноковшовыми экскаваторами предусматривает деление их на три группы

При разработке вручную немёрзлые грунты разделены на семь групп, мерзлые - на четыре.

В зависимости от группы установлены нормы времени и расценки на разработку грунта в измерителях, указанных в ЕНиРе.

Эффективность работы землеройных и землеройно-транспортных машин и механизмов при разработке грунтов из массива определяется их прочностными свойствами, плотностью, влажностью и абразивностью. На разрыхленных грунтах работа машин и механизмов зависит в основном от размеров кусков, коэффициента разрыхления, массы, прочности, плотности абразивности грунтов.

Литература

Основная:

1. Грунты. Классификация. Межгосударственный стандарт РФ. Дата введения 1996-07-01.

2. Крец В.Г. Машины и оборудование для строительства и экс-плуатации газонефтепроводов и хранилищ: учебное пособие / В.Г. Крец, А.В. Рудаченко, В.А. Шмурыгин. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011(2013). - 329 с.

3. В.И. Минаев. Машины для строительства магистральных трубопроводов. Учебник. - М.: Недра, 1985.- 440 с.

4. Строительство магистральных трубопроводов. Справочник / В.Г. Чирсков, В.Л. Березин, Л.Г. Телегин и др. - М: Недра, 1991. - 475 с.

5. С.А. Горелов Машины и оборудование для сооружения газонефте-проводов. Уч. пособие.- М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2000. - 122 с.

6. Лукьянов В.Г. Технология проведения горно-разведочных вы-работок: учебник / В.Г. Лукьянов, А.В. Панкратов, В.А. Шмурыгин; Томский политехнический университет. - Томск: Изд-во Томского политехнического ун-та, 2011. - 550 с.

Дополнительная:

1. Каталог машин для строительства трубопроводов. Изд. СКБ «Газ-строймашина», 1992.

2. Александров М.П. Грузоподъёмные машины. - М.: Высшая школа.

3. Домбровский Н.Г., Гальперин М.И. Строительные машины. Часть I-III. - М.: Высшая школа, 1986.

4. Горнопроходческие машины и комплексы: Учеб. Для вузов/Л.Г. Грабчак, В.И. Несмотряев, В.И. Шендеров, Б.Н. Кузовлев. - М.: Недра, 1990. - 336 с.

5. Машины для земляных работ / Д.П. Волков, В.Я. Крикун, П.Е. Тотолин и др. - М.: Машиностроение, 1992. - 448 с.

6. Машины для земляных работ / Н.Г. Гаркази, В.И. Арипченко, В.В. Карпов и др. - М.: Высшая школа, 1992. - 335 с.

7. Шмурыгин В.А. Проведение горноразведочных выработок: учебное пособие / В.А. Шмурыгин; Томский политехнический университет. - Томск: Изд-во Томского политехнического ун-та, 2012. - 207 с.

8. Интернет-ресурсы.

Размещено на Allbest.ru