Какое свойство грунта является наиболее важным при их разработке

Категория:

Землеройные машины

Публикация:

Основные свойства грунтов и способы их разработки

Читать далее:

Основные свойства грунтов и способы их разработки

Грунты представляют собой горные породы, слагающие поверхностные слои земной коры; они образовались в результате выветривания и разрушения основной материковой породы. Большая часть грунтов —минерального происхождения, но имеются грунты частично или полностью органического образования.

В условиях естественного залегания грунты состоят из твердых частиц различной крупности, образующих грунтовый скелет воздуха и воды. Последняя в зависимости от температуры грунта может быть в различных фазах своего состояния (твердом, жидком, газообразном).

По характеру связи между твердыми частицами грунты подразделяются на сыпучие, связные и скальные.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Сыпучие, несвязные грунты характеризуются отсутствием сцепления между частицами, значительной водопроницаемостью, малой сжимаемостью, высокой величиной сил внутреннего трения и быстротой деформаций под нагрузкой.

Связные грунты отличаются малой водопроницаемостью; присутствие в них воды обусловливает молекулярные силы сцепления. Поэтому связные грунты характеризуются значительным оцеплением между частицами, большими деформациями под нагрузкой и длительностью деформаций.

В скальных грунтах их частицы жестко связаны между собой цементирующим веществом, и эта связь при ее нарушении не восстанавливается.
Более полная классификация и характеристика грунтов приведены в справочниках и специальной литературе.

Свойства грунтов оказывают существенное влияние на характер их разработки и производительность машин. В связи с этим при выборе типа машины для земляных работ надо учитывать характерные свойства и состояние разрабатываемых грунтов. Наиболее важные с этой точки зрения свойства грунтов — сопротивление разработке и устойчивость их как основания, на котором установлена машина, определяются в основном гранулометрическим составом и физико-механическими свойствами грунта.

Гранулометрический состав грунта характеризуется процентным содержанием по весу частиц различной величины. Крупность отдельных частиц нескальных грунтов составляет: гальки 40 мм; гравия 2—40 мм; песка 0,25—5 мм; песчаной пыли 0,05— 0,25 мм; пылеватых частиц 0,005—0,05 мм и глинистых частиц 0,005 мм.

Для оценки наиболее важных физико-механических свойств грунта имеют значение объемная масса, разрыхляемоеть, влажность, угол естественного откоса, связность (сцепление), трещиноватость, слоистость.

Объемная масса — отношение массы грунта в состоянии естественной влажности к его объему. Различают объемную массу в плотном теле и в разрыхленном грунте. Объемная масса грунтов, разрабатываемых землеройными машинами, колеблется в пределах 1,5—2,0 г/ж3 в зависимости от их минералогического состава, пористости и влажности.

С течением времени или под воздействием грунтоуплотняющих машин разрыхленные грунты уплотняются. Средние значения коэффициента первоначального разрыхления колеблются в пределах 1,08—1,32, а коэффициента остаточного разрыхления— в пределах 1,01—1,09. При разработке мерзлых грунтов коэффициент разрыхления возрастает примерно в 1,5—2,5 раза.

Свойства грунтов в сильной степени меняются в зависимости от содержания в них воды. Грунты принято считать сухими с влажностью менее 5%, влажными—с влажностью 5—30% и насыщенными или мокрыми при влажности более 30%.

Связность или взаимное сцепление частиц грунта характеризует способность грунта противостоять воздействию внешних сил, которые стремятся разъединить его частицы. От величины сил сцепления зависит сопротивление грунта резанию или размыву.

Грунты разрабатывают различными методами с большей или меньшей производительностью труда и машин. Поэтому каждый грунт может входить в группу легко разрабатываемых грунтов одним методом и в группу трудно разрабатываемых грунтов другим методом.

Грунты, разрабатываемые строительными машинами, обычно относят к следующим шести группам:
I группа — растительный грунт, торф, пески и супеси;
II группа — лессовидный суглинок, рыхлый влажный лесс, гравий до 15 мм;
III группа — жирная глина, тяжелый суглинок, крупный гравий, лесс естественной влажности;
IV группа — ломовая глина, суглинок со щебнем, отвердевший лесс, мягкий мергель, опоки, трепел;
V и VI группа — скалы и руда, а также мерзлые глинистые и суглинистые грунты.

В комплексе земляных работ ведущим процессом является разработка грунта. Поэтому способ разработки грунта определяет тип ведущей машины и все остальное оборудование для механизации данного технологического процесса.

Различают три основных способа разработки грунта и горных пород: механический, гидравлический и взрывной.

При механическом способе отделение части грунта или горной породы от основного массива осуществляется ножевым или ковшовым рабочим органом землеройной машины.

При гидравлическом способе разработка грунта в карьерах или полезных выемках производится: в сухих забоях —мощной компактной водяной струей, а в забоях под водой — путем засасывания грунта из-под воды заборной трубой при помощи мощного центробежного насоса — землесоса; плотные грунты разрыхляются при этом механической фрезой — рыхлителем.

При взрывном способе разрушение грунта или горной породы и перемещение их в нужном направлении осуществляется давлением газов, выделяемых при взрыве и сгорании взрывчатых веществ.

Могут иметь место и комбинированные способы разработки грунта, например, гидромеханический, при котором гидравлический способ комбинируется с механическим, и т. п.

В стадии исследования и экспериментов находятся физический и химический способы разрушения грунта и горных пород. При физическом способе полное разрушение или уменьшение прочности грунта и горных пород осуществляется с помощью ультразвука, электрогидродинамического эффекта, тока высокой частоты, прожиганием реактивными горелками и охлаждением.

Рис. 70. Образование и поперечное сечение стружки в грунтах:
а — образование стружки; б — поперечное сечение стружки; 1 — стружки в пластичных грунтах; 2 — стружки в малосвязных, связных и сухих грунтах; 3 — стружка в твердых грунтах; 4 — блокированное резание; 5 — полусвободное резание; 6 — свободное резание

При химическом способе для отделения грунта и горных пород от массива их переводят в жидкое или газообразное состояние.

Механический способ разработки грунтов землеройными машинами получил наибольшее распространение, так как он применим почти для всех грунтов, кроме скальных .пород, которые предварительно должны быть .подорваны. При помощи разнообразных землеройных машин выполняется не-менее 80—85% всего объема земляных работ.

Землеройные машины производят разрушение грунта в основном последовательным отделением части грунта (стружки) от массива. Перемещение срезанной стружки по рабочему органу машины и накапливание в нем грунта вызывают значительные сопротивления. Характер разрушения грунта и величина .возникающих при этом сопротивлений зависят от многих факторов — механических свойств грунта и его физического состояния, формы и расположения режущего органа и т. п.

Проф. Н. Г. Домбровским проведен большой комплекс исследований на одноковшовых экскаваторах и создана теория разрушения первоначальной структуры грунта. В соответствии с этой теорией в начале процесса копания режущий клин, воздействуя на грунт, производит уплотнение грунта. Затем, когда силы давления передней грани клина уравновесят максимальное сопротивление сдвигу (у пород пластичных и слабых) или сколу (у пород твердых), в плоскости скольжения произойдет сдвиг или отрыв части стружки и начнется новое уплотнение (рис. 70, а).

Рис. 71. Призма волочения при различных траекториях ковша:
а — горизонтальная; б — наклонная; в — почти вертикальная

Чем толще стружка и меньше угол копания б, тем больше область деформации грунта. Однако сопротивление деформации грунта
меньше, и сдвиг наступает быстрее при срезании тонкой стружки и большом угле копания.

В общем случае поперечное сечение стружки имеет вид, показанный на рис. 70, б.

Наиболее характерным и имеющим практическое значение является полусвободное резание, поскольку блокированное резание и свободное характерны только для начала и конца процесса разработки слоя или забоя. При этом, фактическое поперечное сечение разрушенной ковшом стружки больше, чем площадь (рис. 70, б) как за счет зубьев, так и за счет сколов грунта снаружи боковых стенок.

Помимо чистого резания, при копании грунта происходит также перемещение срезанной части грунта по ковшу; часть его поступает в ковш, а часть образует перед режущей кромкой ковша призму волочения (рис. 71), величина которой зависит от рода состояния грунта, траектории и формы рабочего органа и угла копания.

В общем случае при копании грунта возникают три рода сопротивлений: сопротивление трению ковша о грунт Рт, сопротивление резанию грунта Рр и сопротивление перемещению призмы волочения и грунта в ковше Рп.

При работе в неоднородных грунтах, при тупой режущей кромке и неудачной ее конструкции значения Рю могут значительно возрасти.

Перспективными являются машины, осуществляющие процесс копания при движении рабочего органа сверху вниз и работающие по методу скола с обрушением. Энергоемкость процесса копания машин, работающих по этому принципу, по данным проф. Н. Г. Домбровского, в среднем на 40—50% меньше, чем у обычных, и в зависимости от рода грунта составит от 0,02 до 0,2 квт-ч на 1 м3. По такому принципу работают, например^ землеройно-фрезерные машины.
Энергоемкость процесса разработки грунта (на 1 м3) в зависимости от группы грунта, размеров и конструкции рабочего органа примерно составляет: а) при механическом способе разработки —от 1 до 3 квт-ч, достигая в отдельных случаях 6 квт-ч; б) при гидравлическом способе — от 10 до 12 квт-ч.

Рекламные предложения:

Читать далее: Автогрейдеры и грейдер-элеваторы

Категория: –
Землеройные машины

Главная → Справочник → Статьи → Форум

Источник

Грунты и их строительные свойства.

В строительном производстве грунтами называют породы, залегающие в верхних слоях земной коры. Свойства и качество грунта влияют на устойчивость земляных сооружений, трудоемкость разработки и стоимость работ. Для выбора наиболее эффективного способа производства работ необходимо учитывать следующие основные характеристики грунтов; плотность, влажность, сцепление, разрыхляемость и угол естественного откоса.

Плотностью называется масса 1 м3 грунта в естественном состоянии (в плотном теле). Плотность песчаных и глинистых грунтов 1,6…2,1 т/и3, а скальных неразрыхленных грунтов до 3,3 т/и3.

Влажность характеризуется степенью насыщения грунта водой, которую определяют отношением массы воды в грунте к массе твердых частиц грунта и выражают в процентах. При влажности более 30% грунты считаются мокрыми, а при влажности до 5% — сухими.

Сцепление определяется начальным сопротивлением грунта сдвигу. Так, сцепление для песчаных грунтов равно 3…50 кПа, для глинистых — 5…200 кПа.

От плотности и сцепления между частицами грунта в основном. зависит производительность землеройных машин. Классификация грунтов по трудности их разработки в зависимости от конструктивных особенностей используемых землеройных машин и свойств грунта приводятся в ЕНиР (). Так, для одноковшовых экскаваторов грунты подразделяются на шесть групп, для многоковшовых экскаваторов и скреперов — на две и для бульдозеров и грейдеров — на три группы. При разработке грунтов вручную их делят на семь групп.

Коэффициент фильтрации грунта. Скорость движения грунтовых вод зависит от пористости грунта; она различна для разных грунтов и пород и поэтому характеризует водопроницаемость этих грунтов. Скорость движения грунтовой воды, (м/сут) называют коэффициентом фильтрации грунта. Чем меньше размер частиц грунта, тем меньше и поры между этими частицами, а значит и скорость фильтрации воды между ними и наоборот.

Разрыхляемость. При разработке грунт разрыхляется и его объем по сравнению с первоначальным увеличивается. По этой причине различают объем грунта в естественном и разрыхленном состоянии. Увеличение объема грунта при разрыхлении сильно отличается для различных грунтов и называется первоначальным разрыхлением. Со временем этот разрыхленный грунт под воздействием нагрузки от вышележащих слоев, под влиянием атмосферных осадков или механического воздействия постепенно уплотняется. Однако грунт не занимает того объема, который он занимал до разработки. Степень разрыхления грунта после его осадки и уплотнения называют остаточным разрыхлением. Величины первоначального и остаточного разрыхления выражают в % по отношению к объему грунта в плотном состоянии. Коэффициенты, учитывающие эти приращения объема грунта, называют коэффициентами первоначального и остаточного разрыхления.

Липкость – способность грунта при определенной его влажности прилипать к поверхности различных предметов. Большая прилипаемость грунта усложняет выгрузку грунта из ковша механизма или кузова, условия работы транспорта и др. Липкость определяют усилием, необходимым для отрыва прилипшего предмета от грунта (для глин липкость достигает 0,05 МПа).

Разбивка земляных сооружений.

Разбивка сооружений состоит в установлении и закреплении их положения на местности. Приемы разработки и способы закрепления на местности очертаний сооружений разнообразны и зависят от вида земляного сооружения, способа производства работ и др.

Разбивку котлованов начинают с выноса и закрепления на местности (в соответствии с проектом) створными знаками основных рабочих осей, в качестве которых обычно принимают главные оси здания /—/и П—П (). После этого вокруг будущего котлована на расстоянии 2 … 3 м от его бровки параллельно основным разбивочным осям устанавливают обноску, которая состоит из забитых в грунт металлических стоек или вкопанных деревянных столбов и прикрепленных к ним досок. Доска должна быть толщиной не меньше 40 мм, иметь обрезную грань, обращенную кверху, и опираться не менее чем на три вкопанных столбика, высота которых должна быть достаточной для свободного прохода людей под обноской. Для пропуска транспорта в обноске должны быть разрывы. При значительном уклоне местности обноску делают с уступами.

На обноску переносят основные разбивочные оси и, начиная от них, размечают все остальные оси здания. Все оси закрепляют на обноске гвоздями или пропилами и нумеруют. Размеры котлована’ поверху, понизу и другие характерные его точки отмечают колышками или вехами. Обноску используют только в начальный период строительства, так как в процессе производства работ она быстро выходит из строя. Поэтому после возведения подземной части здания основные разбивочные оси переносят на его цоколь.

Для линейно-протяженных сооружений (например, для коллектора) устраивают только поперечные обноски, которые располагают на прямых участках через 50 м, на закруглениях — через 20 ,м. Обноску устраивают также на всех пикетах и точках г перелома профиля. Применяют также инвентарные металлические обноски, элементы которых выполнены из труб, уголков й т. п. Прямоугольность и габарит зданий определяют обязательно с помощью геодезических .методов.

Устройство открытого водоотлива.

Открытый водоотлив применяют для откачки протекающей воды непосредственно из котлованов или траншей насосами. При открытом водоотливе грунтовые воды просачиваются через откосы и дно котлована и направляются по прорытым водосборным канавам или лоткам к специально устроенным в пониженной части котлована приямкам, называемым зумпфами, откуда вода выкачивается диа-фрагмовыми или центробежными насосами соответствующей производительности. Насосы подбирают в зависимости от дебита (притока) вод, а сам дебит рассчитывают по формулам установившегося движения грунтовых вод.

Водосборные канавы устраивают шириной по дну 0,3…0,6 м и глубиной 1…2 м с уклоном 0,01…0,02 м в сторону приямков. Сами приямки в устойчивых грунтах крепят в виде деревянного сруба без дна, а в оплывающих грунтах еще шпунтовой стенкой.

Открытый водоотлив является простым и доступным способом борьбы с грунтовыми водами, но имеет серьезный технологический недостаток. Восходящие потоки грунтовой воды, протекающей через стенки и дно котлованов и траншей, разжижают грунт и выносят из него на поверхность мелкие частицы. В результате такого вымывания этот способ имеет ряд существенных недостатков:

– снижается естественная прочность основания выемки за счет размыва его проточной водой;

– наличие воды на дне выемки затрудняет разработку грунта;

– требуется крепление стенок выемок, так как движение воды к зумпфам приводит в движение и фунты;

– подток воды к водосборной канаве может вызвать ослабление оснований зданий и сооружений, расположенных рядом со строящимся объектом.

Виды земляных сооружений.

Результатом разработки грунта является земляное сооружение, представляющее собой инженерное сооружение, устраиваемое из грунта в грунтовом массиве или возводимое на поверхности грунта. Земляные сооружения разделяют:

-по отношению к поверхности грунта – выемки, насыпи, подземные выработки, обратные засыпки;

-по сроку службы – постоянные и временные;

– по функциональному назначению – котлованы, траншеи, ямы, скважины, отвалы, плотины, дамбы, дорожные полотна, туннели, планировочные площадки, выработки;

– по геометрическим параметрам и пространственной форме – глубокие, мелкие, протяженные, сосредоточенные, простые, сложные и т.п.

К постоянным относят сооружения, предназначенные для долгосрочной эксплуатации – земляные плотины, каналы, полотно рельсовых и безрельсовых дорог, выемки и насыпи, возводимые при планировке.

К временным земляным сооружениям относят выемки, отрываемые при возведении фундаментов жилых и промышленных зданий, мостов, плотин, траншеи для прокладки водопроводных, канализационных, газовых и других сетей, насыпи для временных дорог и запруд. Каждое земляное сооружение должно быть устойчивым, прочным и защищенным от размыва водой.

Выемки шириной более 3 м называют котлованами, более узкие выемки для ленточных фундаментов или сетей коммуникаций – траншеями, выемки под отдельно стоящие фундаменты или столбы – ямами. Эти сооружения имеют дно и боковые поверхности, наклонные откосы или вертикальные стенки. Выемки, разрабатываемые для добычи недостающего для строительства грунта, называют резервами; насыпи, в которые осуществляют отсыпку излишнего грунта, – кавальерами или отвалами. Места для отсыпки строительного и другого мусора называют свалками, а места, где осуществляют разработку песка, щебня и других строительных материалов — карьерами. Выемки, закрытые с поверхности земли и устраиваемые для прокладки транспортных и коммуникационных туннелей называют подземными выработками. Выемки имеют дно и наклонные откосы, после устройства подземных сооружений (или подземной части сооружений) выполняется обратная засыпка пазух – заполнение грунтом пространства между сооружением и откосами котлована.

Особые виды грунтов.

Виды грунтов: песок, супесь, суглинок, глина, лессовый грунт, торф, гравий, растительный грунт, различные скальные и уплотненные грунты.

При выборе методов производства земляных работ необходимо учитывать следующие основные характеристики грунтов: плотность, влажность, липкость, разрыхленность, сцепление, угол естественного откоса, сложность (трудоемкость) разработки.

В зависимости от этих характеристик грунты в строительстве рассматривают с точки зрения:

– пригодности в качестве оснований различных зданий и сооружений и размера допускаемой на них нагрузки;

– возможности их использования в качестве постоянных сооружений, т. е. как материала для устройства насыпей и выемок;

– целесообразности или возможности применения того или иного метода разработки грунтов.

Песчаные грунты – сыпучие в сухом состоянии, не обладают свойством пластичности. Они водопроницаемы, при определенной скорости течения воды размываются, с изменением влажности меняется и объем песка. Наибольший объем имеет песок во влажном состоянии (все пространство между частицами заполнено водой), наименьший объем имеет песок насыщенный водой (более тяжелый песок осел на дно, вода выдавила из пор воздух и сама поднялась в верхние слои), промежуточное положение занимает песок в сухом состоянии (свободное пространство между частицами заполнено воздухом).

Глинистые грунты – связные и обладающие свойством пластичности. Глины сильно впитывают воду и при этом сильно разбухают. При замерзании вода увеличивается в объеме до 9%, благодаря чему глинистые грунты сильно пучатся, при высыхании грунты, наоборот, с трудом отдают влагу, уменьшаются в объеме и трескаются. Во влажном состоянии глина пластична и почти водонепроницаема, с увеличением влажности сцепление частиц глины уменьшается, и глина легко размывается проточной водой.

Суглинокимеет свойства глины, супесь – песка, но в значительно меньшей степени.

В глинистых грунтах особо выделены лессовидные грунты. В сухом состоянии лесс обладает значительными прочностью и твердостью, но при соприкосновении с водой легко ее впитывает, при этом расплывается, сильно уменьшается в объеме, резко теряет несущую способность, становится просадочным.

К особым грунтам относят мерзлые, вечномерзлые, лёссовые, набухающие, слабые водонасыщенные глинистые, засоленные, насыпные грунты, торфы и заторфованные грунты.

Грунты и их строительные свойства.

Источник