Основні показники властивостей грунтів, їх визначення та область застосування у будівницві

Всі показники властивостей грунтів, що використовуються при інженерно-геологічних вишукуваннях, проектуванні, будівництві та експлуатації умовно поділяють на три группи: класифікаційні, прямі та непрямі (побічні). Область застосування різних показників різноманітна і залежить від конкретного завдання. Наприклад, гранулометричний склад пісків (табл.3.3) є класифікаційним показником, за яким можна говорити про фільтраційні властивості, можливість підняття рівня підземних вод, приблизне значення кута природного укосу, показники стисливості, питомої ваги, пористості та інших важливих властивостей.

Частину показників складу та властивостей грунтів отримують декількома методами, які мають різну точність. Так, під час інженерно-геологічної рекогносцировки гранулометричний склад звичайно визначають візуально і дають непряму оцінку властивостей грунтів. При інженерно-геологічній зйомці дрібного та середнього масштабів гранулометричний склад додатково визначають із вибірковим контролем ситовим методом. При великомасштабній інженерно-геологічній зйомці та розвідці візуальне визначення вважається недостатнім, оскільки ці результати використовуються у проектних розрахунках.

Основні методи визначення показників та їх призначення встановлює програма робіт в залежності від вирішення конкретних завдань. При визначенні властивостей грунтів розрізняють вихідні (початкові) та похідні показники. До початкових належать:

W_L, W_p – відповідно вологість на межі текучості та на межі розкочування (тільки для пилувато-глинистих грунтів);

На основі вихідних показників, які визначаються дослідним шляхом (в лабораторії або в полі), розраховують похідні характеристики грунтів, у тому числі і класифікаційні. Взаємозв’язок та кінцева мета призначення цих показників показані у вигляді окремих блок-схем для піщаних та пилувато-глинистих грунтів. На цих блок-схемах наведено розрахункові формули основних фізичних характеристик грунтів, прямі та зворотні зв’язки між показниками, визначення показників міцності та деформативності грунтів згідно з діючими нормативами.

Блок-схема взаємозв’язку вихідних та похідних класифікаційних показників піщаних грунтів.

Блок-схема взаємозвязку вихідних та похідних класифікаційних показників глинистих грунтів.

Основні показники складу, стану та фізико-механічних властивостей грунтів, методи їх визначення та область застосування.

№	Показник	Методи визначення	Застосування	Примітка

	Зерновий (гранулометрич-ний) склад	Візуальний, за допомогою грохотів, сит та ін.	Для класифікації грунтів, приблизного визначення К_f, підбору суміші для фільтрів, дренажів, прогнозування, механічної суфозії, визначення характеру структурних зв’язків та ін.	Вибір методів підготовки грунту до аналізу та методів його проведення встановлю-ється завданням, для вирішення якого визначається зерновий склад.
	Мінералогічний склад	Візуальний, з використанням лупи, мікроскопа	Для класифікації грунтів.
	Вміст органічних речовин	Візуальний, у відповідності до держстандартів	Для класифікації грунтів.	Для піщаних, глинистих, заторфованих грунтів, торфів та сапропелів.
	Карбонатність	Візуальний. Проба на реакцію з HCL. За допомогою калориметра.	Для класифікації грунтів.
	Засоленість	Візуальний. За даними водяної витяжки.	Для класифікації грунтів.
	Щільність грунту	Згідно з держстандар-том. Метод ріжучого кільця, парафінування.	Для розрахунку щільності сухого грунту та щільності у природному стані, питомої ваги грунту, показників пористості.
	Щільність часток грунту	Держстандарти. Пікнометрич-ний метод.	Для розрахунку показників пористості.
	Щільність сухого грунту	Розраховується за формулами.	Для визначення показників пористості шляхом розрахунків.
	Пористість	Розраховується за формулами.	Використовується для визначення механічних характеристик грунту непрямими методами (табличні значення).
	Вологість	Візуальний, згідно із держстандар-том.	Для розрахунку щільності сухого грунту, пористості та класифікації піщаних і глинистих грунтів.
	Межі пластичності пилувато-глинистих грунтів	Візуальний, згідно із держстандар-том.	Для розрахунку числа пластичності та показника текучості.
	Число пластичності	Розраховується за величинами меж пластичності.	Для класифікації пилувато-глинистих грунтів.
	Показник текучості	Розраховується за даними про вологість та межі пластичності.	Для класифікації грунтів та виз-начення зчепле-ння, кута внут-рішнього тертя та модуля деформації (табличним шля-хом).
	Тимчасовий опір грунтів стискан-ню	Одноосне або трьохосне стиснення.	Для класифікації скельних та напів-скельних грунтів, визначення їх розм’якшування, розрахунку основ за I групою граничного стану.
	Опір грунтів зсуву	Згідно з держстандартом та іншими схемами: стискання, обрушення, роздавлювання, стирання.	Для розрахунку стійкості основ, схилів, укосів, підпірних стінок, гребель.
	Здатність до деформування грунту	Згідно із держстандартом (польові та лабораторні досліди).	Для визначення здатності до деформування та стійкості основ за II групою граничного стану.
	Відносна просадковість	Непрямий, згідно із держстандартом.	Для визначення величини просадкової деформації та типу грунтових умов.

У таблиці 3.11 (системі діючих норм) знайшли своє відображення не всі методи та способи визначення показників складу, стану та фізико-механічних властивостей грунтів, що вживаються у практиці вишукувань.

А тому використання характеристик, методи визначення яких не встановленні стандартом, грунтується на всебічному аналізі та техніко-економічному співставленні з іншими методами у додатку до вирішення завдань вишукування при проектуванні.

Поодинокі визначення (лабораторні або польові) значення того або іншого показника (Xi) із-за значної мінливості (неоднорідності) грунту можуть бути випадковими і суттєво відрізнятися одне від одного. Тому властивості грунтів характеризуються не окремими значеннями, а нормативними та розрахунковими. Нормативне значення (Xn) - це середнє арифметичне значення результатів поодинаких (окремих) визначень. При переході до розрахункових значень (X) враховується те, що середні значення внаслідок неоднорідності грунту та обмеженого числа визначень можуть містити помилку, яку треба вилучити на основі статистичної обробки результатів. Спочатку вилучають можливі грубі помилки (максимальні та мінімальні) тих окремих значень (Xi), для яких дійсна умова:

S_3м – зміщена оцінка середнього квадратичного відхилення:

n	v	n	v	n	v	n	v
	2,07		2,47		2,67		2,88
	2,18		2,52		2,70		2,96
	2,27		2,56		2,73		3,02
	2,35		2,60		2,75		3,07
	2,41		2,64		2,78		3,16

Далі розраховують нормативне (середне арифметичне) значення – `Xn, середне квадратичне відхилення – S, коефіцієнт варіації V, помилку середнього значення àх або dх, довірений інтервал à або d, коефіцієнт надійності для грунту gq=1/(1±d),

розрахункове значення характеристик X= Xn / gq або X = Xn ± à;

Розрахункові значення характеристик грунтів, що відповідають різним значенням довірчої імовірності (при розрахунках основ за несучою здантністю a = 0,95, за деформаціями a = 0,85, наводяться у звітах з інженерно-геологічних вишукувань. Кількість однойменних окремих визначень (Xi) для кожного виділеного на майданчику інженерно-геологічного елементу (шару) приймається не менше шести. Для попередніх розрахунків основ, а також для остаочних розрахунків основ будівель і споруд II та III класів допускається визначення нормативних та розрахункових значень міцності (С та j) та деформаційних показників (Е) грунтів за їх фізичними характеристиками.

Фізичні характеристики грунтів визначаються переважно лабораторними методами (табл. 3.13), а польові (табл. 3.14) застосовують (зондування, радіоактивний каротаж та ін.) тільки в тих випадках, коли відбір зразків потрібної якості утруднений або практично неможливий.

Показники міцності визначаються лабораторними або польовими методами. Коли складно відібрати зразки грунту з непорушеною структурою або коли грунти містять багато великих уламків, обов’язково проводяться польові досліди. Так, опір зсуву слабких грунтів визначають методом обертального зрізу у свердловинах.

Вид характеристик	Характеристика	Грунти	Держ- стандарт (ДЗСТ)
скельний	грубоуламковий	піщаний	Пилувато-глинистий
Фізичні	Вологість	с	+	+	+	5180-84
Вологість на межі текучості та розкочування	-	с	-	+	5180-84
Вологість гігроскопічна	-	с	+	с	5180-84
Максимальна молекулярна вологість	-	-	с	с	5180-84
Здатність до розмокання	с	-	-	с	5180-84
Розчинність	с	-	-	-
Коефіцієнт фільтрації	-	с	с	с
Щільність часток грунту	с	+	+	+
Щільність грунту	+	+	+	+
Щільність у гранично щільному та пухкому стані	-	с	с	-
Коефіцієнт вивітрілості	с	с	-	-
Корозійна активність	-	с	с	-
Мінералогічний склад	-	+	+	с	12536-79
Валовий хімічний склад	с	с	с	с
Вміст солей	с	с	с	с
Вміст органіки	-	с	с	с	23740-79
Петрографічний склад	с	с	-	-
Деформаційі показники	Коефіцієнт стиснення	-	с	с	+	23908-79 26518-85
Коефіцієнт бічного стиску	-	с	с	+
Коефіцієнт бічного розширення	-	с	с	с
Модуль деформації грунту	-	с	с	+
Показники міцності	Міцність при одноосному стисненні	+	-	-	с	26518-85 12248-78 26447-85
Опір зрізу	-	с	с	+	21163-75 17245-79 24941-81
Опір пенетрації	-	с	с	+

“ + ” – дослідження виконується обов’язково;

“ с “ - дослідження виконується згідно із спеціальним завданням.

Для оцінки кута внутрішнього тертя піщаних грунтів використовують статичне або динамічне зондування. Характеристики міцності грунтів із великою кількістю грубих уламків визначають польовим методом зрізу ціликів грунту.

Деформаційні характеристики рекомендовано визначати переважно польовими методами, а лабораторні застосовуються для оцінки зміни властивостей грунтів з часом та для коректування польових і лабораторних дослідів.

Польові методи є основними при визначенні показників опору грунтів основи паль і супроводжуються статичним зондуванням.

Для отримання данних, необхідних для проектування на специфічних грунтах (просадкових, набрякливих, заторфованих, вічномерзлих, мулах, торфах, сапропелях та ін.), при вишукуваннях слід визначати допоміжні характеристики грунтів (див. П. 3.2, 3.6).

Крім того, обсяг та склад вишукувань слід призначати в залежності від класу та конструктивних особливостей будівель і споруд, а також від категорії складності грунтових умов (див. прим. 2).

Таблиця 3.14.	Польові дослідження грунтів.	Держстандарт	20069-81	19912-81	20276-85	20276-85	23741-79	21719-80	21719-80	24942-80	5676-78
Грунт	Глинис-тий	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Піщаний	+	+	+	+	+	+	-	+	+	+
Грубоу-ламковий	-	-	+	-	+	-	-	-	+	+
Визначення	Показни-ків опору грунту основи паль	+	-	-	-	-	-	-	+	+	-
Характе-ристик міцності	+	+	-	+	+	+	+	-	-	-
Деформа-ційних характеристик	+	+	+	+	-	-	-	-	-	-
Фізичних характе-ристик	+	+	-	-	-	-	-	-	-	+
Встановлення закономірнос-тей мінливості характеристик грунтів	+	+	-	-	-	-	-	+	-	+
Розчленування геологічного розрізу	+	+	-	-	-	-	-	-	-	+
Вид дослідження	Статичне зондування	Динамічне зондування	Дослідження за допомогою штампів	Дослідження пресиометрами	Дослідження на зріз ціликів грунту	Обертальний або кільцевий зріз	Поступальний зріз	Дослідження еталонного палею	Дослідження палями	Геологічні дослідження
№ п/п

3.4.Основні види (стадії) інженерно-геологічних вишукувань (рекогносцировка, зйомка, розвідка).

Стадія вишукувань – це закінчена частина інженерно-геологічних вишукувань, яка визначаєтся ступенем детальності та порядком проведення робіт. Стадії вишукувань тісно повязані зі стадіями проектування об’єктів будівництва, мають аналогічне найменування та залежать як від складності об’єкта, так і від складності інженерно-геологічних умов, які визначають необхідність проведення передпроектних робіт в одну, дві або більше стадій.

Етап інженерно-геологічних вишукувань – це закінчена частина робіт на одній із стадій вишукувань, що дозволяє організаційно та технічно оформити закінчення окремого виду робіт. Етапами вишукувань є польові роботи без видавання звітних матеріалів, камеральні роботи, видача попередніх або проміжних матеріалів або повне закінчення робіт на окремих ділянках чи об’єктах, виконання тільки геодезичних робіт та ін. Обов’язковою умовою етапу є логічно з’ясовна необхідність подрібнення повного матеріалу вишукувань.

Метод інженерно-геологічних робіт – це сукупність всіх операцій проведення робіт, що визначають їх технологію. Це буріння свердловин для інженерно-геологічної розвідки, лабораторні методи визначення властивостей грунтів, геофізичний метод літологічного розчленування товщі та ін. Кілька методів, поєднаних спільним технологічним процесом – це групи: методи польових робіт, лабораторні методи та ін.

Методика – це чітко визначена система отримання необхідної інженерно-геологічної інформації в межах одного з методів. До методик відносять визначення деформаційних властивостей грунтів компресійними випробуваннями, штамповими випробуваннями та ін. Кожна з методик може мати різновиди: швидкий зсув, повільний зсув, випробування штампами різної площі та ін.

У теперішній час застосовують двостадійну систему проектування: на першій стадії складають технічний проект, на другій – робочі креслення. У заново освоюваних районах стадії технічного проекту передує техніко-економічне обгрунтування (ТЕО) першочергового будівництва. Мета ТЕО – дати техніко-економічне обгрунтування будівництва першочергового об’єкта і встановити основні технічні параметри споруди для проектування.

Безпосередньо технічне проектування починають із складання технічного проекту. Це основний документ, за яким здійснюється будівництво. При його складанні уточнюють розміщення споруд на вибраному майданчику, визначають їх параметри, компоновку, дають оцінку стійкості, умов будівництва чи гірничих робіт, вартість споруд, терміни будівництва та умови експлуатації.

На стадії складання робочих креслень виконують планову та висотну прив’язку споруд на місцевості та уточнюють деталі природних умов і окремих технічних рішень, які можуть вплинути на стійкість споруд та організацію виконання будівельних робіт. В проекті передбачається контроль- авторський нагляд. При плануванні масового будівництва кількох об’єктів з використанням типових проектів або при повторному використанні індивідуальних проектів можливе проектування в одну стадію – техноробочого проекту, тобто, одночасно вирішується питання про місце розміщення споруди, її основні технічні параметри та вартість.

Склад вишукувань залежить головним чином від стадії проектування.

Техніко-економічне обгрунтування (ТЕО) звичайно складається за даними літературних та фондових матеріалів і супроводжується рекогносцировкою, інженерно-геологічними та іншими дослідженнями з метою вивчення природних умов і перспектив розвитку того або іншого району.

Отримавши уявлення про основні інженерно-геологічні умови і визначившись із найперспективнішим районом розміщення споруд, починають виконання попердніх інженерно-геологічних вишукувань для обгрунтування техніко-економічного порівняння варіантів місця розміщення споруд та вибору оптимального у даному районі. Такі вишукування виконуються для обгрунтування ТЕО або є першим етапом робіт для обгрунтування робочого проекту споруди. Далі проводяться детальні інженерно-геологічні вишукування на вибраній ділянці для обгрунтування технічного проекту. У матеріалах цих досліджень слід висвітлити весь комплекс інженерно-геологічних умов району будівництва і дати всі необхідні вихідні дані для проектування.

Завершальним етапом інженерних вишукувань є додаткові дослідженння. Вони звичайно виконуються після розгляду і затвердження технічного проекту одночасно з виконанням будівельних робіт для уточнення деяких технічних рішень. Матеріали додаткових досліджень використовуються для обгрунтування робочих креслень.