Что такое коэффициент удельного сцепления

Удельное сцепление грунта

Сцепление грунта (с) – это один из параметров, от которого зависит прочность грунта при сдвиге. Его вычисляют по формуле соотношением вертикального и касательного напряжений или определяют на графике. Измеряется сцепление в килопаскалях (кПа).

Удельное сцепление грунта
От чего зависит сцепление грунта и на что оно влияет
Методы определения удельного сцепления
Лабораторные методы испытания
Одноплоскостный срез
Трехосное сжатие
Полевые методики испытаний
Готовые показатели
Практическое значение показателя

На показатель влияет тип химических связей в породе. Свойство характерно для глинистых и скальных грунтов. Устойчивость к сдвигу несвязных дисперсных грунтов обеспечивает трение между отдельными зернами , поэтому сцепление в этом случае играет минимальную роль.

От чего зависит сцепление грунта и на что оно влияет

Сцепление обеспечивают химические связи между молекулами минеральных компонентов грунтов.

Основные разновидности связей:

Коллоидные – это электрохимические контакты между молекулами минералов и воды
Цементационные – связи между частицами и минералами, которые играют роль цемента
Кристаллизационные – связи между отдельными молекулами, образующими кристаллические решетки

Наименьшей силой обладают коллоидные или водно-коллоидные связи. Больше всего на них влияет влажность. Но это единственный тип структурных связей, способный восстанавливаться после разрушения. Встречаются они в глинистых грунтах.

Цементационные связи достаточно прочные. Они характерны для литифицированных (окаменевших) глин и некоторых скальных грунтов. После разрушения такие связи не восстанавливаются. Но они могут опять возникать в массивах через несколько десятилетий или столетий.

Кристаллизационные связи присутствуют в скальных грунтах и некоторых глинистых. Они прочные , но необратимо разрушаются при нагрузках. Кристаллические решетки в обычных условиях не восстанавливаются, так как для их образования нужны высокие температуры и давление.

Прочные контакты между элементами обеспечивают упругость грунта – способность после уменьшения нагрузки восстанавливать свой объем и форму. Коллоидные контакты даже после смещения частично возобновляются. Это увеличивает способность грунтов сопротивляться сдвигу.

На сцепление влияют и другие характеристики:

Пористость и плотность
Сцепление рыхлого грунта с большим количеством пор всегда слабее.
Влажность
При высокой влажности вокруг мелких глинистых частиц образуются пленки воды. Чем больше их толщина, тем слабее связи между зернами и агрегатами, а значит – и сцепление. Влажность влияет в основном на показатели глинистого грунта.
Минеральный состав
Минералы грунта определяют тип связей между его химическими элементами. Самые прочные они у магматических и метаморфических пород , образованных в недрах земли при высоких температурах и давлении. Несколько ниже сцепление у осадочных скальных и глинистых связных грунтов.

Сцепление бывает:

Структурным – оно обеспечивается химическими контактами между отдельными элементами грунта; присутствует в нем изначально
Удельным – оно определяется во время испытаний на сдвиг и напрямую зависит от вертикальных нагрузок

Сцепление обеспечивает устойчивость грунта при воздействии касательных сдвигающих сил, влияет на прочность и несущую способность. При высоком показателе грунтовый массив становится надежным основанием под фундаментом или дорожным полотном.

Методы определения удельного сцепления

Показатель определяют в ходе испытаний грунтов на устойчивость к сдвигу, в лаборатории или полевых условиях.

Лабораторные методы испытания

В лаборатории пользуются несколькими методами:

Одноплоскостным срезом – быстрым неконсолидированным и медленным консолидировано-дренированным
Трехосным сжатием – неконсолидировано-недренированным, консолидировано-недренированным, консолидировано-дренированым

При использовании консолидированных методик грунт дополнительно уплотняют. При дренированном испытании влагу отводят через систему дренажей , при недренированном берут водонасыщенный материал или с естественной влажностью.

Подробнее о лабораторных методиках вы можете прочитать в статье Прочность грунта на сдвиг. Здесь же мы расскажем, как вычисляется удельное сцепление.

Одноплоскостный срез

Этим методом определяют два типа напряжения – нормальное, или вертикальное (σ) и горизонтальное, или касательное (τ). Их максимальные значения соответствуют силе давления, при которой происходит сдвиг или смещение частиц относительно друг друга. Для определения сцепления нужно провести несколько опытов. Полученные данные отмечают на графике. Участок, который находится между нулевой точкой (местом пересечения осей) и местом начала кривой на оси ординат, соответствует силе сцепления.

Показатель вычисляют и по формуле:

Когда обрабатывают экспериментальные точки графика, проводят более сложные вычисления:

Трехосное сжатие

По этой методике вычисляют эффективное значение удельного сцепления (с’).
Используется уравнение:

Полевые методики испытаний

Испытание грунтов в массиве дает более приближенные к естественным условиям результаты. Чаще всего это делают в карьерах, подземных выработках, строительных котлованах перед закладкой фундамента.

Сцепление в полевых условиях определяют методом среза образцов. Прямо в выработке с помощью кольца от массива отделяют определенный объем грунта. Затем с помощью установки с анкерным устройством делают срез. Деформации фиксируют измерительными приборами. Детальнее о способе проведения опыта вы можете прочитать в статье Угол внутреннего трения грунта.

Удельное сцепление определяется после построения графика. На нем отмечают данные касательных и вертикальных напряжений , полученные на одном и том же массиве не менее, чем в трех опытах. Величиной сцепления будет отрезок на оси ординат от нулевой точки до начала линии графика.

Готовые показатели

На практике часто пользуются уже готовыми данными для разных типов грунтов. Они прописаны в СП 22.13330.2016. Показатели сцепления представлены в таблицах.

Таблица удельного сцепления песков разной крупности

Таблица удельного сцепления глинистых грунтов

Как мы видим из приведенных таблиц, у песков сцепление очень слабое. В глинистых грунтах показатель намного выше, но он уменьшается с увеличением пористости и текучести.

Практическое значение показателя

Удельное и структурное сцепление больше всего влияет на прочность скальных и глинистых грунтов при сдвиге. У песков этот параметр больше зависит от угла внутреннего трения. Сцепление лишь незначительно влияет на прочность пылеватых и мелких песков.

Сцепление можно определить в ходе опытов или взять готовую цифру из нормативных документов. Показатель используется для расчета напряжений при испытаниях на сдвиг.

Информация о сцеплении грунтов необходима при:

Закладке фундаментов и возведении домов любого типа
Строительстве промышленных объектов
Прокладке автомобильных трасс, железных дорог, взлетных полос аэродромов
Прокладке грунтовых дорог , обустройстве пешеходных зон
Строительстве дамб, плотин, трубопроводов, путепроводов
Разработке карьеров и подземных шахт
Укреплении речных берегов и горных склонов
Прогнозировании горных обвалов, размыва берегов во время наводнений

Подробно о всех перечисленных пунктах, а также о расчете напряжений при испытаниях на сдвиг вы можете прочитать в статье Прочность грунта на сдвиг.

Определение удельного сцепления и других прочностных характеристик грунта требует опыта и специального оборудования. Поэтому услугу по определению этого показателя нужно заказывать у специалистов.

Определение расчетных значений физико-механических характеристик грунтов

При проектировании оснований и фундаментов по двум группам предельных состояний в расчетах используются расчетные значения физико-механических характеристик грунтов:

удельного веса ,

угла внутреннего трения ,

удельного сцепления .

Расчетные значения характеристик грунтов для первой и второй группы предельных состояний определяются путем деления нормативных значений на коэффициент надежности по грунту . Коэффициенты надежности по грунту определяется согласно ГОСТ 20522-96. В рамках курсового проекта допускается коэффициенты надежности по грунту принять равными:

в расчетах оснований по деформациям =1;

в расчетах оснований по несущей способности:

— для удельного сцепления =1,5;

— для угла внутреннего трения песчаных грунтов =1,1;

— то же, пылевато-глинистых =1,15

Определим расчётные характеристики на примере 1 слоя:

Определение удельного веса грунта :

В виду наличие грунтовых вод в песчаных грунтах дополнительно определяем удельный вес грунта в водонасыщенном состоянии :

— удельный вес воды равный 10

Значение угла внутреннего трения по I группе предельных состояний:

Значение угла внутреннего трения по II группе предельных состояний:

Удельное сцепление равно 0 кПа.

Результаты определения расчетных значений физико-механических характеристик грунтов приводятся в таблице 1.6

Рисунок 1.2 — Инженерно – геологический разрез

Таблица 1.5. — Характеристики физического состояния грунта

№ ИГЭ	Данные задания	Вычисляемые характеристики	Наименование грунта по СТБ 943-2007
Плотность частиц, r s , г/см 3	Плотность грунта r , г/см 3	Влажность W, %	Влажность текучести WL, %	Влажность раскатывания, WР, %	Условное дин. сопротивление РД, МПа	Плотность скелета грунта, rd	Коэффициент пористости, е	Степень влажности, Sr	Число пластичности, I_Р	Показатель текучести, I_L
2,68	1,85	—	—	2,8	1,65	0,62	0,52	—	—	песок мелкий, средней плотности, влажный
2,86	1,94	1,9	1,67	0,71	0,64	0,25	супесь пластичная, влажная
2,74	1,89	4,2	1,69	0,62	0,76	суглинок твердый, влажный

Таблица 1.6. — Нормативные и расчетные значения физико-механических характеристик

№ ИГЭ, название грунта	Удельный вес,	Удельное сцепление, кПа	Угол внутр. трения, градус	Модуль деформации МПа
								E
18,50 10,37	18,50 10,37	—	—	—	29,80	27,09	29,80	12,63
19,40	19,40	12,80	11,64	12,80	20,70	18,00	20,70	15,80
18,90	18,90	34,50	31,36	34,50	24,25	21,09	24,25	17,40

Примечание: Значения удельного веса грунтов под чертой соответствуют значениям в водонасыщенном состоянии.

Проектирование фундаментов мелкого заложения

Назначение глубины заложения фундамента.

Глубина заложения фундаментов (расстояние от уровня планировки до уровня подошвы фундамента) назначаем в зависимости:

— Назначения и конструктивных особенностей проектируемого сооружения и применяемых конструкций.

— Инженерно-геологических условий площадки.

— Глубины промерзания грунтов.

Фундаменты мелкого заложения проектируем столбчатого типа.

Для зданий с отапливаемым подвалом глубина заложения назначается не зависимо от глубины промерзания, но не менее чем на 0.5 м ниже пола подвала.

В курсовом проекте принимается, что здания проектируется с отапливаемым режимом работы с расчетной температурой воздуха внутри помещений и в подвалах 20 0 С.

Расчетные значения нагрузок, действующих на фундаменты

Нагрузки и воздействия, учитываемые в расчете оснований по предельным состояниям, определяются с учетом требований СНиП 2.01.07-85. В задании на курсовой проект дано нормативное значение продольной силы, действующая в плоскости обреза фундамента ( ).

В курсовом проекте допускается значения расчетных нагрузок на фундаменты , принимать:

— при расчета оснований по II группе предельных состояний (по деформациям) равными нормативным ( = 1,0 );

— при расчете по I группе предельных состояний – равными нормативным, умноженным на осредненный коэффициент надежности по нагрузкам ( = 1,2).

Определение нормативных значений физико-механических характеристик грунтов

Нормативное значение удельного веса грунта определяется по плотности грунта в естественном состоянии и определяется по формуле (1.8):

(1.8)

где g – ускорение свободного падения ≈10 м/сек 2 . Единицы измерения удельного веса кН/м 3 . Кроме того для водопроницаемых грунтов необходимо определить удельный вес грунта в водонасыщенном состоянии по формуле (1.9):

(1.9)

где – удельный вес воды, равный 10кН/м удельный вес воды, равный 10кН/м 3 .

Для оценки прочностных и деформационных свойств грунтов необходимо определить нормативные значения механических характеристик грунтов:

– угол внутреннего трения ;

– удельное сцепление ;

– модуль общей деформации .

В рамках курсового проекта значения прочностных и деформационных свойств грунтов принимаются по таблицам 5.4 и 5.7 [3]. Результаты вычислений и соответствующих определений сведены в таблицу 1.6.

Определение расчетных значений физико-механических характеристик грунтов

При проектировании оснований и фундаментов по двум группам предельных состояний в расчётах используются расчётные значения физико-механических характеристик грунтов:

– удельного веса ;

– угла внутреннего трения ;

– удельного сцепления .

Расчётные значения характеристик грунтов для первой и второй группы предельных состояний определяем путём деления нормативных значений на коэффициент надёжности по грунту , принимаемого в рамках курсового проекта:

– в расчетах оснований по деформациям ;

– в расчетах оснований по несущей способности:

– для удельного сцепления ;

– для угла внутреннего трения песчаных грунтов ;

– то же, пылевато-глинистых .

Результаты расчета приведены в таблице 1.6.

Например, для 2-го слоя:

— Определение удельного веса грунта :

В виду отсутствия грунтовых вод в песчаных грунтах дополнительно определять удельный вес грунта в водонасыщенном состоянии не требуется

Значение угла внутреннего трения и удельного сцепления определяем в соответствии с [3].

Значение угла внутреннего трения по I группе предельных состояний:

Значение угла внутреннего трения по II группе предельных состояний:

Удельное сцепление грунта по I группе предельных состояний:

Удельное сцепление грунта по II группе предельных состояний:

Результаты определения расчетных значений физико-механических характеристик грунтов приводятся в таблице 1.6.

Таблица 1.6 — Нормативные и расчётные значения физико-механических характеристик грунтов

№ ИГЭ, название грунта

Удельный вес, кН/м3

Удельное сцепление, кПа

Угол внутреннего трения, градус

Продолжение таблицы 1.6

Дата добавления: 2018-02-18 ; просмотров: 1857 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Определение коэффициента сцепления колеса автомобиля с дорожным покрытием

Устойчивость и управляемость автомобиля, его тяговые свойства и тормозные характеристики в значительной степени определяются сцеплением шины с дорогой.

Коэффициент сцепления колеса автомобиля с дорожным покрытием – это показатель, характеризующий сцепные свойства дорожного покрытия, определяющийся как отношение максимального касательного усилия, действующего вдоль дорожного покрытия на площади контакта испытательной установки с дорожным покрытием к нормальной реакции в площади контакта испытательной установки с дорожным покрытием.

Испытания коэффициента сцепления проводятся по ГОСТ 33078-2014 «Дороги автомобильные общего пользования. Методы измерения сцепления колеса автомобиля с покрытием».

Существует два основных метода определения коэффициента сцепления дорожного покрытия.

С помощью испытательной автомобильной установки, включающей в себя прибор контроля коэффициента сцепления дорожных покрытий типа ПКРС.
С использованием портативного прибора ППК-МАДИ-ВНИИБД или его аналогов. (В основном на участках автомобильных дорог, где невозможно обеспечить скорость движения испытательной установки равную (60±2) км/ч)

Рассмотрим каждый из них.

Определение коэффициента сцепления с использованием автомобильной испытательной установки типа ПКРС.

Сцепление колеса автомобиля с покрытием характеризуется значением показателя коэффициента сцепления, определяемого при полной блокировке испытательного колеса (ИКС) на предварительно смоченной поверхности покрытия автомобильной дороги при стандартных условиях, с последующим вычислением отношения полученного значения касательного усилия к значению нормальной реакции дорожного покрытия.

Измерения проводят при температуре окружающего воздуха в диапазоне от 5°С до 40°С. Поверхность автомобильной дороги перед измерением должна быть сухой. При наличии на дорожном покрытии каких-либо загрязнений (песок, мелкий гравий, грунт и т.д.) необходимо сделать соответствующую отметку в протоколе измерений.

Проведение измерений во время дождя или тумана не допускается.

При проведении измерений на каждом измерительном участке выполняются следующие операции:

а) определяется температура окружающего воздуха и дорожного покрытия;

б) испытательная установка разгоняется до скорости равной (60±2) км/ч и скорость поддерживается на протяжении всего интервала измерения;

в) включается подача воды на дорожное покрытие перед испытательным колесом;

г) производится блокировка колеса с шагом не менее 0,2 с в интервале времени не менее чем 3,0 с, имитируя торможение автомобиля;

д) после проведения измерений блокировка колеса прекращается и отключается подача воды.

На автомобильных дорогах, находящихся в эксплуатации, измерения проводят при движении испытательного колеса по полосе наката левых колес транспортных средств, использующих данную полосу движения, а на дорогах с вновь устроенным покрытием — в пределах всей ширины полосы движения.

Минимальная длина участка автомобильной дороги, на котором возможно применение прибора типа ПКРС из условий безопасности с учетом разгона и полной остановки должна составлять 300 м.

Силу сцепления на измерительном участке рассчитывают, как среднеарифметическое сил сцепления, полученных по результатам измерения на данном участке.

Определение коэффициента сцепления с использованием портативного прибора ППК-МАДИ-ВНИИБД.

Места проведения измерений и схема организации движения на время проведения измерений согласовываются с органами, ответственными за организацию безопасности дорожного движения.

Перед началом проведения измерений проводится подготовка испытательной установки в соответствии с рекомендациями компании-изготовителя.

При выполнении измерений выполняют следующие операции:

а) измеряют температуру окружающего воздуха;

б) устанавливают прибор в точке измерения коэффициента сцепления;

в) фиксируют груз прибора в верхнем положении;

г) увлажняют дорожное покрытие водой по траектории движения имитаторов, из расчета от 0,15 до 0,25 л под каждый имитатор;

д) сбрасывают груз на тяги прибора;

е) по измерительному кольцу на шкале прибора фиксируют значение коэффициента сцепления;

ж) выполняют действия по перечислениям в)-е) не менее четырех раз.

При наличии на автомобильной дороге двух или более полос в одном направлении движения, измерения поводят по каждой из них.

Результат первого измерения в точке исключается из расчетов, а нагружения считается пробным. Коэффициент сцепления в точке измерения вычисляют как среднее арифметическое значение результатов не менее чем трех измерений.

Результаты измерений оформляют в виде протокола, который содержит:

— наименование организации, проводившей измерения;

— название автомобильной дороги;

— привязку к километражу;

— номер полосы движения;

— дату и время проведения измерений;

— температуру воздуха и дорожного покрытия в период проведения измерений;

— скорость транспортного средства при проведении измерений;

— значение коэффициента сцепления;

— состояние дорожного покрытия;

— ссылку на ГОСТ 33078-2014 «Дороги автомобильные общего пользования. Методы измерения сцепления колеса автомобиля с покрытием».

Определение угла внутреннего трения и удельного сцепления связного грунта на стабилометре

Определение прочности характеристик связного грунта.

Искусственные образцы приготовлены их смеси сухого песка и воды с небольшим добавлением гипса или цемента.

II) Приборы и оборудование:

Стабилометр ГБ-9 конструкции СПб ГАСУ. Общий вид прибора показан на рисунке 5.1.

Рис. 5.1. Общий вид стабилометра ГБ-9: а- сбоку; б-спереди

1-станина; 2-цилиндрическая камера; 3-рычаг пресса; 4-плунжер;

5-винт компрессора; 6-образец в резиновой оболочке; 7-нагрузочный

шток; 8-пробка; 9-арретир; 10-подвес; 11,12-краны

Прибор, предназначенный для испытания песчаных и глинистых образцов диаметром 4см и высотой 7-8см, включает в себя станину 1 на которой размещается рабочая камера 2, рычажной пресс 3 для создания осевого давления, систему бокового давления, состоящую из плунжерной пары 4 и компенсатора 5.

Давление в воде, заполняющей камеру, создается по способу “плавающего поршня” /плунжера/ — стержня небольшого диаметра с площадью 0.785 см 2 и весом 0.139 кгс, перемещающегося в гильзе, заполненной водой и соединенной с компенсатором. Конструкция компенсатора позволяет в случае надобности пополнить запас воды в системе непосредственно в течение опыта без изменения основного давления в камере. Основное давление создается рычажным устройством в соотношении плеч 1:10.

Вертикальные перемещения образца грунта регистрируются при помощи индикатора.

Стабилометр ГБ-9 рассчитан на проведение испытаний образцов в условиях бокового обжатия от 0.15 до 6.0 кгс/см 2 /от 15 до 600 кПа/ и осевого давления до 40 кгс/см 2 /4 МПа/.

III) Порядок выполнения работы.

1. Проверить ход “плавающего поршня” – плунжера 4 в гильзе. Плунжер должен опускаться под действием собственного веса.

2. На внутреннюю сторону стакана камеры 2 натянуть тонкую резиновую цилиндрическую оболочку и через верхний штуцер отсосать воздух между оболочкой и внутренней стенкой стакана. Образец 6 установить на дно камеры, на шпильки которой надеть стакан с крышкой. На образец поставить верхний поршень и стянуть (закрепить) камеру двумя стяжными винтами.

3. Поршень компенсатора 5 вывести до упора.

4. Заполнить камеру и компенсатор водой . Для этого емкость с водой и резиновым шлангом расположить выше камеры прибора. Открыть краны 11 и 12. После заполнения прибора водой перекрыть верхний канал пробкой 8 и закрыть кран 11. Кран 12 должен быть открыт примерно на 1.5 оборота.

5. Установить камеру на площадку нагрузочного штока 7 и зафиксировать положение камеры арретиром 9. Ход штока 7 составляет 20мм.

6. Для создания заданного бокового давления положить на площадку плунжера 4 гири весом Р , определяемым по формуле:

Р= ,

где F_о – площадь поперечного сечения штока плунжера, равная 0.785 см 2 ;

Р_о – вес плунжера, равный 1.39 Н.

Расчет по этой формуле, в частности, дает:

Р= 2.54 Н при =0.05 МПа;

Р= 6.46 Н при =0.1 МПа;

Р= 10.4 Н при = 0.15 МПа.

7. Установить индикатор для измерения вертикальных перемещений образца.

8. Поршень 5 компенсатора постепенно завинтить до тех пор, пока не всплывет плунжер.

9. Для создания осевого давления ступенями нагружать рычаг 3 через подвес 10.

Величина осевого давления Р_доб определяется по формуле:

Р_доб = ,

где Р_под – вес гири на подвесе;

F – площадь поперечного сечения образца, равная 12.57 см 2 .

Нагружение рычага вести до тех пор, пока не произойдет разрушение образца /резкое увеличение деформации/ или общее вертикальное перемещение не составит 20мм.

10. Результаты измерений записать в таблицу. По полученным данным построить круги Мора и по касательной к ним определить угол внутреннего трения и удельное сцепление.

Лабораторная работа №6

Динамические испытания свай

Ознакомление динамическим методом определения и контроля несущей способности сваи.

II) Приборы и оборудование:

Лабораторная установка для забивки модели сваи.

Схема установки сваи для испытаний динамической нагрузкой приведена на рис. 6.1.

III) Порядок выполнения

1.Забить модель сваи молотом весом Q=12.2 Н при постоянной высоте его падения Н= …. см. Забивка производится залогами, по 10 ударов в залоге. Постоянная высота падения молота обеспечивается специальным устройством.

Замерить погружение сваи после каждого залога и определить отказ (отказ – погружение сваи от одного удара). Забивку вести до тех пор, пока остаточный отказ – погружение от последнего удара — не достигнет значения e_h =0.02 см.

2. Построить график зависимости погружения z сваи от числа N ударов. Кривая наглядно показывает, что с погружением сваи отказ уменьшается.

3. Определить продольное сопротивление модели сваи по грунту, пользуясь формулой Н.М. Герсеванова:

;

где F – площадь поперечного сечения сваи, равная 20,25 см 2 ;

n – коэффициент, равный 1МПа;

Q – вес молота, равный 12.2 Н;

q – вес сваи с наголовником, равный 8.4 Н [Ньютон (обозначение: Н, N) — единица измерения силы в СИ. 1 ньютон равен силе, сообщающей телу массой 1 кг ускорение 1 м/с² в направлении действия силы];

H – высота падения молота, см;

e_h – остаточный отказ сваи, см.

Рис.6.1. Испытание сваи динамической нагрузкой

Лабораторная работа №7

Статическое испытание свай

Ознакомление со статическим методом определения и контроля несущей способности сваи.

II) Приборы и оборудование:

Лабораторная установка для испытания забитой сваи статической нагрузкой.

Схема установки сваи для испытаний статической нагрузкой приведена на рис. 7.1.

III) Порядок выполнения работы.

1. Испытать забитую сваю статической осевой нагрузкой. Нагрузка прикладывается ступенями через рычаг с соотношением плеч 1:4. После каждой ступени нагружения замеряется осадка сваи S. Результаты испытания заносятся в журнал.

2. По результатам испытания статической нагрузкой Р построить график S=S(P). Характерный график приведен на рис. 7.2. Точка резкого перелома соответствует предельной нагрузке Р_пр , при которой свая преодолевает сопротивление грунта, т.е. несущей способности сваи по грунту.

1.2м 0.4м

Рис.7.1. Испытание сваи статической нагрузкой

Рис. 7.2. График зависимости от статической нагрузки

Все о скальном грунте

Знать всё о скальном грунте необходимо хотя бы просто по той причине, что он встречается весьма часто. Поэтому застройщикам необходимо правильно делать выбор фундамента для скальной группы грунтов, а для этого хорошо разбираться в таких нюансах, как коэффициент уплотнения и модуль деформации, ГОСТ угла внутреннего трения и так далее.

Что это такое?

Основные сведения относительно скальных грунтов приведены в общем стандарте. Официальное определение гласит, что скальный грунт — это тип грунта, отличающийся жёсткостью структурных связей, строящихся по кристаллизационной или цементационной схеме. В целом классификация грунтов проводится не только по виду структурной связи, но и по другим параметрам:

процессу появления (генезису);
химическому составу;
петрографической структуре;
литологическому составу;
состоянию;
практическим свойствам.

Стоит понимать, что скальные грунты могут быть не только монолитными массивами, но и трещиноватыми структурами.

По видам пород они подразделяются:

на магматические (диорит, гранит);
метаморфического происхождения (гнейс, сланец, а также кварцит и некоторые другие);
осадочные массы сцементированного вида (песчаник, конгломерат);
полускальные (гипс, мергель).

Скальный грунт может присутствовать и на равнине. Но там они чаще всего находятся на определённой глубине и скрыты осадочными массами. На земную поверхность они выходят редко.

В горных местностях скальный грунт встречается намного чаще и в очень большом масштабе. Появление его обусловлено разрушением горных пород под действием выветривающих процессов.

Основные характеристики

Скальный вскрышной грунт отличается более или менее постоянным химическим и механическим составом. В него могут входить и магматические, и осадочные породы. Обычная насыпная плотность составляет 1,65 грамма на 1 см3. Внутренняя плотность принимается равной 2-3 граммам на 1 см3. Важно: допускаются и отклонения от этого уровня в зависимости от непосредственного состава. Допустимо присутствие песка и мелких каменистых включений.

Очень важный параметр — коэффициент уплотнения, который также чётко закрепляется в ГОСТ и иных нормативных документах, в проектных материалах. Если масса пролежала в отвале свыше 120 дней либо подвергалась механическому уплотнению, то учитывают фактическое разрыхление, определяемое на месте экспертным способом. В некоторых случаях разрешается пересчитывать объём грунта иными способами, предусмотренными специальной литературой. Модуль деформации в массиве превышает 2000 МПа для магматической группы. Если же скальные породы относятся к осадочному разряду, то у них этот показатель может варьироваться от 200 до 2000 МПа; для сравнения — у нескальных образований 200 МПа являются «потолком».

Угол внутреннего трения — это показатель, иллюстрирующий способность грунтовой массы сопротивляться сдвигающему усилию. Средний вес в 1 м3, то есть плотность скального грунта, принимается обычно равным 1800 кг, разумеется, если в описании производителя прямо не указано иное значение. Многие параметры зависят от того, каким образом шёл процесс разрыхления почвенной массы. Статическое рыхление обычно применяют по отношению к устойчиво мёрзлым грунтовым массам.

Резание происходит с помощью бульдозерных и экскаваторных приспособлений. Грунты скального класса отличаются высокой твёрдостью, прочностью и плохо поддаются даже изощрённым приёмам обработки. Ручная разработка их проводится очень редко, и в основном это приурочено к завершающим этапам проходки и оформления траншей. Основную часть работ всё равно стараются выполнять при помощи техники везде, где только возможно. Все ручные разработки скальных грунтов относятся к особо тяжёлому физическому труду, оплачиваются по высшим ставкам, то есть они ещё и экономически нерациональны.

Такие свойства, как удельное сцепление, угол внутреннего трения, плотность и предел прочности при сдавливании по одной оси должны соответствовать расчётным уровням. В отчётах инженерной разведки также должно быть указано, как могут изменяться параметры в различных условиях. По фракциям товарный скальный грунт делится на два разряда: 0-300 и 0-500. Эти категории имеют достаточно разное применение. Важный параметр — уровень размягчаемости.

Ослабление жёсткости скалистой массы происходит по причине разрушения межмолекулярных связей под влиянием увлажнения. Ослабляются также связи между макроскопическими структурными единицами (зёрнами). Важно: размягчение не могут вызвать жидкости, не дающие эффекта Ребиндера. Расчётное сопротивление скального грунта по умолчанию принимается равным 10 МПа; практически никакого смысла производить более сложные расчёты при бытовом строительстве нет, за редким исключением.

Отдельная важная тема — заземление в скалистой массе; чаще всего рекомендуют прибегать к электролитическому заземлению, а более точно сделать выбор помогает инженерная консультация.

Глубина залегания грунтовых вод

Бурение скважин в скалистых породах приходится выполнять достаточно часто. Специалисты знают, что такая манипуляция таит множество секретов. Но если всё делается качественно, никаких проблем возникать не должно. Глубину залегания воды надо учитывать даже при бурении под строительные сваи. Ещё важнее она, когда идёт прокладка колодца или есть намерение добыть воду; глубину залегания всякий раз определяют индивидуально, поэтому никаких универсальных таблиц или формул быть просто не может.

Уклон почвы

Крутизна откоса насыпей высотой до 3 м может быть максимум 1: 3. Для ответственных случаев — максимум 1: 4. Но для домов такое далеко не годится. Чаще всего вводится ограничение на строительство везде, где уклон превышает 3-5%. Важно: наличие уклона скалистой земли даже может стать позитивной новостью – он позволяет сооружать объёмные цоколи и глубокие подвалы без риска оползания.

При уклоне до 3-5% никакой необходимости в специальной подготовке чаще всего нет. Максимум, подсыпают песчано-гравийную подушку. А вот если уклон превышает 15%, требуются более сложные мероприятия.

Часто прибегают к сооружению многоярусных построек, чтобы ослабить связанные с этим проблемы. Части дома ставят на отдельные площадки, разделённые пространственно, и используют ступенчатые фундаменты.

Применение

На скальном грунте может быть поставлен фундамент даже очень высокого и крайне тяжёлого здания. Главное, чтобы хватало с некоторым запасом несущей способности — впрочем, как раз с этим проблем обычно не возникает. Добытый скальный грунт практически никогда не перерабатывается. Главным образом различные фракции его используют для строительства зданий и путей сообщения.

Строители берут скальный грунт для следующих целей:

чтобы укреплять площадку под фундамент;
поднимать уровень местности;
производить низшие марки бетона.

Многоэтажные дома на скалистых участках чаще всего строят при помощи свай. Но в малоэтажной застройке и тем более при сооружении хозпостроек такой метод не применяется. Для подсыпки под одноэтажные и двухэтажные постройки рекомендовано использовать разборные осадочные грунты. Желательна как минимум средняя фракция по крупности. Поднятие участков скальным грунтом производится практически всеми его видами; экономнее пользоваться разборно-осадочной массой мелкого строения, которую проще утрамбовать и разровнять, а сверху высыпать дресву.

Как бетонный заполнитель скальный грунт не слишком хорош. Однако небольшие его объёмы для второстепенных работ использовать всё же можно. Пример тому — опоры столбиков забора или некрупные площадки во дворах. Предпочтительна мелкая фракция, а вот всё, что больше 12 см в поперечнике, лучше отложить для иных задач. Крупный материал советуют применять для оформления садов.

Ещё скалистый грунт может использоваться: