Категории грунтов по трудности разработки

В производстве любых земляных работ – будь то бурение, рытьё или планировка местности – всегда значительное влияние оказывают физико-механические свойства грунтов. А именно: их средняя плотность, влажность, сила внутреннего сцепления частиц, разрыхляемость и тому подобное. Поэтому по трудности разработки все грунты и разделены на отдельные группы, специально выделенные Строительными нормами и правилами РФ (сокращенно СниП).

Все грунты, в зависимости от сложности в их разработке спецтехникой, подразделяются на 7 групп. Наиболее проблемные для разработки относятся к 7-й группе (это скальные породы), а самые рыхлые, просто разрабатываемые – к 1-й группе (это песок и грунт растительного слоя).

При этом, внутри данной классификации существуют ещё и дополнительные подразделы. Это связано с тем, что один и тот же грунт при его разработке разными видами спецмашин может быть отнесён к разным группам. Точные таблицы распределения грунтов на подгруппы по трудности разработки можно найти в специальной справочной и нормативной литературе.

Основные виды грунтов

Различаются следующие главные виды грунтов:

• Пески – сыпучая смесь зёрен кварца и других минералов крупностью 0,25…2 мм, образовавшаяся в результате выветривания горных пород. Песок подразделяется на крупный с преобладанием фракции 0.5…5 мм, средний с преобладанием фракции 0,25…0,5 мм; мелкий с содержанием частиц 0,1…0,25 мм более 50%. Песок, в котором преобладает фракция менее 0,1 мм, называют пылеватым. Насыпная плотность песка — 1500… 1600 кг/м3, естественная влажность — 8…12% и коэффициент разрыхления — 1,0…1,1.
• Супеси – грунты, содержащие от 30 до 50 % песчаных частиц, и с примесью 5…10% глины. Насыпная плотность 1500…1600 кг/м3, естественная влажность — 10…15 %, коэффициент разрыхления — 1,2…1,3, число пластичности — 1…7.
• Гравий – горные породы, состоящие из отдельных скатанных зерен диаметром 2…40 мм, иногда с некоторой примесью глинистых частиц.
• Глины – силикаты, содержащие глинозём, кремнезём, примеси песка, извести и др., а также химически связанную воду. Глина содержит частиц мельче 0,005 мм более 30 %. При содержании в глине частиц мельче 0,005 мм более 60 %, ее называют тяжелой. Плотность глины при естественной влажности — 20…30 % составляет 1500…1600 кг/м3. Коэффициент разрыхления — 1,15…1,30. Число пластичности, в зависимости от содержания глинистых частиц, — 17…27

• Суглинки – пески, содержащие 10…30% глины. Суглинки делятся на лёгкие, средние и тяжёлые. Плотность суглинка при естественной влажности 14…19 % составляет от 1500 до 1600 кг/м3. Коэффициент разрыхления изменяется в пределах от 1,2 до 1,3. Суглинок с числом пластичности 7…12 называют легким, а с числом пластичности свыше 12 — тяжёлым.
• Лёссовидные грунты – содержат более 50% пылевидных частиц при незначительном содержании глинистых и известковых частиц, лёссовидные грунты при наличии воды размокают и теряют устойчивость.
• Плывуны – песчано-глинистые грунты, сильно насыщенные водой.
• Растительные грунты – различные почвы, имеющие в своём составе гумуса от 4-х до 22-х %. По механическим свойствам приближается к тяжелым суглинкам. Плотность растительного грунта при влажности 20…25 %составляет 1200…1300 кг/м3, а коэффициент разрыхления — 1,3…1,4.
• Скальные грунты – состоящие из твёрдых горных пород.
• Щебенистые грунты — неокатанные остроугольные разрушенные горные породы размером частиц до 200 мм и насыпной плотностью 1750…1900 кг/м3, естественной влажностью 2…6 % и коэффициентом разрыхления 1,3…1,4.
• Гравелистые грунты – обломочные горные породы, состоящие из несцементированных окатанных зёрен размером до 70 мм. Окатанные частицы от 70 до 200 мм принято называть галькой. Насыпная плотность гравелистого грунта достигает 1700…1900 кг/м3, естественная влажность — 2…8 % и коэффициент разрыхления — 1,14…1,28.

С целью достижения оптимальной производительности землеройных машин, грунты IV–VII групп перед разработкой целесообразно предварительно дополнительно разрыхлять, используя рыхлители, оборудование бульдозерно-рыхлительных агрегатов и тому подобные инструменты.

При этом необходимо учитывать следующие обстоятельства:

• рыхление не во всех случаях может поспособствать повышению производительности землеройных машин, так как может сделать грунт сыпучим, что ухудшит условия его разработки (например, скреперами) и увеличит потери при транспортировании (например, бульдозерами);
• не следует разрыхлять грунт больше, чем объём производительности одной смены бригады, так как рыхлый грунт быстро пересыхает в жаркую погоду, а в дождливую – интенсивно переувлажняется.

Под скальными грунтами понимаются – магматические (гранит, диорит и др.), метаморфические (гнейс, кварцит и др.) и осадочные породы (известняки, кремнистые песчаники и др.)

Классифицируются они по прочности, по коэффициенту размягчаемости и по степени выветренности. Эти грунты залегают в виде сплошного массива или трещиноватого слоя. Они несжимаемые, водоустойчивые, практически водонепроницаемые. Вода фильтруется только лишь по трещинам.

Скальные грунты подразделяются по степени выветрелости на:

• монолитные – практически нетронутые выветриванием, слабовыветрелые (трещиноватые), залегающие в виде несмещенных глыб;
• выветрелые – сильно раздробленные, состоящие из мелких кусков.

Высокие прочностные свойства скальных грунтов объясняются наличием в их структурах кристаллических связей, которые возникают при раскристаллизации магмы, либо в результате цементизации рыхлых образований.

Полускальными называются грунты трещиноватые, сильно выветрелые – магматические породы, а также такие осадочные породы: гипс, мергель и др. Все эти породы по прочности достаточно устойчивы. Полускальные грунты в отличие от несжимаемых скальных, при обычных величинах давлений, передаваемых на них, обладают некоторой способностью пластически консолидироваться. Грунт под фундаментами зданий и сооружений в ряде случаев способен уплотняться.

Порой производить земляные работы приходится и на асфальтированных участках. Асфальт (от греческого «смола») – это смесь битумов с минеральными материалами: гравием и песком (щебнем или гравием, песком и минеральным порошком).

Асфальт может быть не только искусственного, но и природного происхождения. Часто словом «асфальт» называют асфальтобетон – искусственный каменный материал, который получается в результате уплотнения асфальтобетонных смесей. Классический асфальтобетон состоит из щебня, песка, минерального порошка (филера) и битумного вяжущего (битум, полимерно-битумное вяжущее; ранее использовался дёготь, однако он в настоящее время не применяется).

Основная классификация

Для правильности определения скорости работ по разработке грунтов, они разбиваются на категории, согласно которым специалист может произвести классификацию и точно рассчитать как время выполнения работ, так и затраты на них. Это даёт возможность чётко и абсолютно адекватно запланировать бюджет заказчика работ, правильно выбрать спецтехнику и, тем самым, сэкономить и время, и средства.

Грунты I категории и II категории

К грунтам 1-й категории относятся составы, которые разрабатываются легче всего. Это песок или супесчаный грунт. Туда же относят легкие суглинки, верхний растительный слой, а также торфяники. На их выемку требуется меньше всего времени.

Грунт II категории представлен лессовидным лёгким суглинком. Кроме того, он может включает в себя также и мелкий гравий, фракция которого не превышает 15-ти миллиметров, а также растительный слой, входить в который могут и мелкие корни кустарников.

Суглинки и лесс могут быть смешанными с мелкой щебёнкой (гранитной или галечной) и всеми видами строительного мусора.

Грунты первых двух категорий могут быть разработаны не только землеройными спецмащинами – экскаваторами, но также и обычными штыковыми лопатами, практически без привлечения киркования.

Показатель плотности – 600…1600 кг на каждый кубометр (1-я категория); 1600… 1900 кг/м3 (2-я категория).

Виды грунтов – песок, супесь, растительный грунт, торф (1-я категория); лёгкий суглинок, лёсс, гравий, песок со щебнем, супесь со строймусором (2-я категория).

Грунты III категории и IV категории

Грунты III категории представляют собою глины тяжёлых жирных структур, а также суглинки; все виды лесса, в том числе и с твёрдыми включениями типа щебня или мусорных отходов со строительных площадок; чистый гравий и щебень фракции не более 40 мм.

К данной категории относятся также грунты растительные, либо торф с большим количеством древесных корней. С третьим типом грунтов допустимо работать вручную, с привлечением киркования и разрыхления ломами.

Грунты IV категории – уже относятся к сложным для разработки. Они представлены так называемой ломовой глиной с высокой плотностью; плотной глиной, жирной глиной и суглинком.

При этом элементы строительного мусора, камней и галечной породы могут достигать в этом виде классификации грунтов 10-ти килограммов, а размеров – до 90 миллиметров. Ещё к таким грунтам относятся также твердые солончаки и лесс, меловые пласты и трепел, а также слежавшийся (в том числе и скрепленный цементным раствором) мусор. Для разработки такого грунта вручную потребуется привлечение всех типов шанцевого инструмента. В том числе – кирки и ломы, а также молоты и клинья.

Показатель плотности – 1750… 1900 кг на каждый кубометр (3-я категория); 1900…2000 кг/м3 (4-я категория).

Виды грунтов – жирная глина, тяжелый суглинок, гравий крупный, растительная земля с корнями, суглинок со щебнем или галькой (3-я категория); тяжёлая глина, жирная глина со щебнем, сланцевая глина (4-я категория).

Грунты V категории – VII категории

Грунты V – VII категорий относят уже к особо сложным для разработки; к скальным, которые рекомендуется разрабатывать с применением взрывных методик. Это означает, что после измельчения взрывом, с такими грунтами может работать экскаватор или бульдозер, причем при сильном измельчении работа будет продвигаться даже быстрее, чем с грунтами I-IV категорий.

Показатель плотности – от 1200 до 2800 кг на каждый кубометр грунта 5…7 категории.

Виды грунтов V – VII категорий – следующие: плотный отвердевший лёсс, дресва, меловые породы, крепкие глинистые сланцы, туф, известняк и ракушечник, мягкий конгломерат; вечномёрзлые и сезонно промерзающие грунты: супеси, суглинки и глины с примесью гравия, гальки, щебня и валунов, а также моренные грунты и речные отложения со значительным содержанием крупной гальки и валунов, мягкий доломит и средний змеевик.

Всё, что ещё твёрже и плотнее – граниты, известняки, песчаники, базальты, диабазы, конгломерат с галькой – доступно к разработке только с применением взрывчатки.

Таким образом, чем выше категория грунтов, тем более твёрдый грунт сам по себе.

Классы грунтов, согласно ГОСТ 25100-95, подразделяются на пять таксономических единиц по следующим признакам:

• Группа – по характеру структурных связей (с учетом их прочности).
• Подгруппа – по происхождению и условиям образования.
• Тип – по вещественному, т.е. химико-минеральному составу.
• Вид – по наименованию грунтов (с учетом размеров частиц и показателей свойств).
• Разновидность – по количественным показателям состава, свойств и структуры грунтов.

Применение сведений о разных категориях грунтов непосредственно на практике земляных работ

Классификация грунтов по ГОСТ 25100-95 распространяется на все грунты и является обязательной при производстве инженерно-геологических изысканий, проектировании и строительстве зданий и сооружений.

Нормы выработки всех названных грунтов зависят от условий местности, сложности выполняемых работ и типа применяемой спецтехники. Экскаватор с лопатой прямого типа может успешно справиться со всеми типами грунтов, в том числе со скальными породами, при этом их размеры должны быть меньше одной трети ковша.

Для эффективной работы с грунтами I-III категории можно применить навесной экскаватор, поскольку он работает с дроблеными и сыпучими материалами.

Чтобы вырыть траншею в грунте I-IV категорий применяются роторные экскаваторы, при большом количестве каменистых включений, а также на пересеченной местности, целесообразно применять одноковшовую спецтехнику.

Для создания площадок на всех типах грунтов применяются бульдозеры, скорость работы которых зависит от мощности техники и категории грунта, при этом нужно учитывать его влажность и мягкость, тоже негативно сказывающиеся на скорости работы спецтехники.

При предварительном планировании земляных работ решается целый ряд важных задач, таких, как:

• где взять необходимое количество грунта для насыпи;
• куда девать грунт, получаемый при разработке выемок, если он не пригоден для отсыпки насыпи;
• какими механизмами разрабатывать и перемещать грунт;
• в каком направлении, на какое расстояние перемещать грунт и где его уложить, и т. д.

Все перечисленные задачи решаются путем разработки «Графика распределения земляных масс».

Сыпучие грунты (песок, гравий, щебень, галька) состоят из слабосцепленных между собой частиц разного размера.

Мягкие грунты – содержат в своём составе слабосвязанные между собой частицы землистых пород (глинистых или песчано-глинистых).

Слабые грунты (гипс, глинистые сланцы и др.) состоят из слабосвязанных между собой частиц пористых пород.

Средние грунты (плотные известняки, плотные сланцы, песчаники, известковый шпат) состоят из связанных между собой частиц пород средней твёрдости.

Крепкие грунты (плотные известняки, кварцевые породы, полевые шпаты и др.) содержат связанные между собой частицы пород большой твёрдости.

Разрабатывать плывуны, сыпучие, мягкие и слабые грунты легко, однако они требуют постоянного укрепления стенок шахты деревянными щитами с распорками. Средние и крепкие грунты разрабатывать тяжелее, но они не осыпаются и не требуют дополнительного крепления.

При разработке любые грунты разрыхляются и увеличиваются в объёме. Объём насыпи всегда и в любом случае получается больше объёма выемки, из которой грунт этот был взят.

Эффективность работы землеройных и землеройно-транспортных спецмашин и механизмов при разработке грунтов из массива определяется их прочностными свойствами, плотностью, влажностью и абразивностью.

На разрыхлённых грунтах земляные работы с привлечением машин и механизмов зависят в значительной степени – от размеров кусков, коэффициента разрыхления, массы, прочности, плотности абразивности грунтов.