Технология дорожного строительства

2.3. Грунты земляного полотна

Земляное полотно, как правило, возводится из грунтов. Под термином грунт понимается любая рыхлая горная порода или почва, слагающая верхний слой земной коры и изучаемая как многокомпонентная система, изменяющаяся во времени.

Стандарт Республики Беларусь 943-93 "Грунты. Классификация" включает рассмотрение следующих классов грунтов:
1) с жесткими структурными связями (класс скальных грунтов);
2) без жестких структурных связей (класс нескальных грунтов).

Нескальные грунты включают осадочные несцементированные и искусственные грунты. Группа осадочных несцементированных включает в себя следующие виды грунтов: крупнообломочные, песчаные, пылевато-глинистые, обломочные пылевато-глинистые (лессовидные), озерные, биогенные (болотные), почвы (дерновые, подзолистые и т.д.).

Крупнообломочные грунты подразделяются на 3 типа (СТБ 943-93):
1) валунный (глыбовый) грунт с массой частиц крупнее 200 мм более 50%;
2) галечниковый (щебенистый) грунт с массой частиц крупнее 10 мм более 50%;
3) гравийный (дресвяный) грунт с массой частиц крупнее 2 мм более 50%.

Каждый из перечисленных типов может характеризоваться видом заполнителя:
1) с песчаным заполнителем - при его содержании более 40%;
2) с пылевато-глинистым заполнителем - при его содержанииболее 30%.

Крупнообломочные грунты также подразделяются на разновидности по степени влажности и степени засоленности (табл. 2.2).

Таблица 2.2

Разновидности крупнообломочных грунтов

№ пп	Показатель разновидности	Обозначения	Категории разновидности	Численные значения
1	Степень влажности		маловлажный влажный водонасыщенный
2	Степень засоленности		незасоленный - при содержании песчаного заполнителя менее 40% или пылевато-глинистого менее 30%
			при содержании песчаного заполнителя 40 % и более
			при содержании пылевато-глинистого заполнителя 30% и более
			засоленный - со значениями больше указанных для незасоленного грунта

Пески - это грунты с массой частиц крупнее 2 мм менее 50% и числом пластичности менее 1.

Песчаные грунты подразделяются по гранулометрическому составу на:

1) гравелистый - с массой частиц крупнее 2 мм более 25%;
2) крупный - с массой частиц крупнее 0,5 мм более 50%;
3) средний - с массой частиц крупнее 0,25 мм более 50%;
4) мелкий - с массой частиц крупнее 0,1 мм 75% и более;
5) пылеватый - с массой частиц крупнее 0,1 мм менее 75%.

По гранулометрии песок объединяет частицы от 2 до 0,05 мм.

Песчаные грунты подразделяются также по показателю максимальной неоднородности, относительного содержания органического вещества, степени влажности, засоленности (табл. 2.3).

По прочности песчаные грунты подразделяются по следующим показателям:

1) сопротивлению грунта при статическом зондировании , МПа;

2) сопротивлению грунта при динамическом зондировании , МПа;

3) скорости ударно-вибрационного зондирования , см/с.

Таблица 2.3

Разновидности песчаных грунтов

№ пп	Показатель разновидности	Обозначения	Категории разновидности	Численные значения
1	Показатель максимальной неоднородности		однородный среднеоднородный неоднородный повышенной неоднородности
2	Относительное содержание органического вещества		без примеси органического вещества с примесью органического вещества
3	Степень влажности		маловлажный влажный водонасыщенный
4	Степень засоленности		незасоленный засоленный

Гравелистый песок подразделяется только по и , пылеватый водонасыщенный - по . Пылеватые частицы по гранулометрии имеют размер от 0,05 до 0,005 мм, глинистые - менее 0,005.

Глинистые грунты разделяются по числу пластичности и содержанию песчаных частиц на 3 основных типа: супесь, суглинок, глина (табл. 2.4).

Таблица 2.4

Типы и виды глинистых грунтов

Типы и виды грунта	Содержание песчаных частиц, % по массе	Число пластичности
1	2	3
Супесь: легкая крупная легкая пылеватая тяжелая пылеватая	2...0,25 мм > 50 2...0,05 мм > 50 50...20 <20	1...4 1...4 4...7 4...7
Суглинок: легкий легкий пылеватый тяжелый тяжелый пылеватый	>40 <40 >40 <40	7...12 7...12 12...17 12...17
Глина: песчаная пылеватая жирная	>40 <40 не регламентируется	17...27 17...27 >27

По содержанию включений пылевато-глинистые грунты подразделяются на 2 группы:
1) с галькой (щебнем), гравием (дресвой) - при содержании соответствующих частиц крупнее 2 мм 15...25%;
2) галечниковый (щебенистый), гравелистый (дресвяный) - при содержании соответствующих частиц крупнее 2 мм 26...50%.

Кроме этого, пылевато-глинистые грунты подразделяются по: относительному содержанию органического вещества, коэффициенту пористости, показателю текучести, относительной просадочности, относительному набуханию и степени засоленности (табл. 2.5).

Таблица 2.5

Разновидности пылевато-глинистых грунтов

№ пп	Показатель разновидности	Обозначения	Категории разновидности	Численные значения
1	2	3	4	5
1	Относительное содержание органического вещества		без примеси органического вещества с примесью
2	Коэффициент пористости		низкопористые высокопористые
3	Показатель текучести (консистенция)		супесь: твердая пластичная текучая суглинок, глина: твердые полутвердые тугопластичные мягкопластичные текучепластичные текучие
4	Относительная просадочность		непросадочный просадочный
5	Относительное набухание без нагрузки		ненабухающий слабонабухающий средненабухающий сильнонабухающий
6	Степень засоленности		незасоленный засоленный

По прочности пылевато-глинистые грунты подразделяются по следующим показателям:

1) сопротивлению фунта при статическом зондировании , МПа;
2) сопротивлению фунта при динамическом зондировании , МПа.

Параметры, представленные в табл. 2.2, 2.3, 2.5, могут быть вы-ражены через физические характеристики грунтов.

Степень влажности - это отношение естественной влажности грунта к полной влагоемкости , характеризующей заполнение всех пор, трещин, пустот породы водой, причем предварительно из породы удален вакуумированием воздух:

Степень засоленности характеризует содержание легко- и среднерастворимых солей в % от массы абсолютно сухого грунта :

Число пластичности представляет собой разность между значениями влажности, соответствующими пределу текучести и пределу раскатывания :

Показатель текучести (консистенция) представляет собой численную характеристику состояния глинистой породы по влажности:

Относительное содержание органических веществ (степень заторфованности) - это отношение массы органического вещества к массе образца абсолютно сухого грунта:

Коэффициент пористости представляет собой отношение объема пор к объему грунта :

Этот показатель может быть выражен через плотность частиц грунта и плотность сухого грунта:

Показатель максимальной неоднородности грунта равен:

где - соответственно диаметры частиц, мм, меньше которых в данном грунте содержится по массе 95, 50 и 5%.

Относительная просадочность представляет собой отношение уменьшения высоты образца в результате замачивания водой или другой жидкостью при определенном вертикальном давлении к высоте образца природной влажности h при давлении, равном природному на глубине отбора образца:

Относительное набухание без нагрузки - это отношение увеличения высоты образца грунта в результате замачивания водой или другой жидкостью к начальной высоте грунта природной влажности h:

Сопротивляемость грунта при статическом зондировании представляет собой удельное сопротивление грунта под наконечником зонда, измеряемое в МПа.

Условное динамическое сопротивление грунта определяется из выражения:

где А - удельная энергия зондирования, Н/см;
К - коэффициент учета потерь энергии при ударе;
Ф - коэффициент учета потерь на трение;
n - количество ударов;
h - глубина погружения зонда за залог.

Условное динамическое сопротивление грунта при ударно-вибрационном зондировании определяется из выражения:

где - коэффициент, учитывающий потери;
- коэффициент, учитывающий параметры оборудования;
- скорость ударно-вибрационного зондирования.

В зависимости от трудности разработки различными машинами грунты разделяют на 4 группы (табл. 2.6):

I - легкоразрабатываемые;
II - разработки средней трудности;
III - тяжелые для разработки;
IV - особо тяжелые для разработки.

Наиболее часто встречающиеся виды грунтов имеют определенное отношение к применимости и пригодности для возведения насыпей и устройства в них выемок.

Крупнообломочные и песчаные грунты характеризуются хорошей водопроницаемостью. Их применяют как дренирующий материал, гранулометрические добавки, а также как заполнители для цементо- или асфальтобетона.

Таблица 2.6

Наименование и краткая характеристика грунтов	Группы грунтов по трудности их разработки машинами
	одно-ковшо-выми экскава-торами	Скрепе-рами	бульдо-зерами	автогрей-дерами	грейдер-элевато-рами
1	2	3	4	5	6
Галька и гравий всех видов без валунов	I-II	II	II	II	-
Глина: жирная, мягкая и насыпная, слежавшаяся, всех видов с примесью щебня, гальки и гравия 10% и более моренная с валунами тяжелая ломовая	II III IV III	II - - II	II II III III	II-III III - III	II - - -
Грунт растительного слоя: без корней и валунов с примесью гравия, щебня	I II	I -	I III	I -	I -
Лесс: естесственной влажности сухой и отвердевший	I I	I II	I III	I II	I -
Песок: всех видов, естесственной влажности сухой сыпучий с примесью сухой барханный, дюнный	I I -	II II II	II III III	II - -	III - -
Суглинок: легкий и лессовидный тяжелый и слежавшийся с примесью щебня, гравия	I II	I II	II II	I II	I -
Супеси всех видов	I	II	II	II	II
Торф: без корней и с корнями толщиной до 30 мм с корнями толщиной более 30 мм	I II	I II	I III	I -	I -
Чернозем и каштановые земли: естесственной влажности отвердевшие	I II	I II	I III	I III	II III
Щебень	II	-	II	-	-

Песчаные пылеватые грунты мало связаны в сухом состоянии, а при увлажнении плывут, поэтому для устройства земляного полотна их применять нежелательно.

Супесчаные грунты широко используются для возведения земляного полотна, поскольку они устойчивы в сухом и влажном состояниях.

Пылеватые супеси в сухом состоянии сильно пылят, при увлажнении плывут, поднимают капиллярную воду на большую высоту (до 3 м), обладают малой пластичностью и плохой водопроницаемостью, склонны к пучинообразованию, поэтому в дорожном отношении они крайне неблагоприятны.

Суглинистые грунты отличаются связностью и незначительной водопроницаемостью. Пластичность, липкость, набухание и капиллярные свойства проявляются очень заметно. Эти грунты могут применяться при сооружении земляного полотна, однако требуют защитных мер против избыточного увлажнения.

Суглинистые пылеватые и тяжелосуглинистые грунты обладают значительной связностью и плотностью, имеют малую водопроницаемость, при увлажнении весьма склонны к пучинообразованию. Для возведения земляного полотна могут применяться только в сухих местах, в нижних слоях и, как правило, требуют проведения мероприятий против избыточного увлажнения.

Глинистые грунты практически водонепроницаемы, обладают большой пластичностью, липкостью и набуханием. Использование их в земляном полотне автомобильных дорог нецелесообразно.