3.2. Строительные и водно-физические свойства грунтов

Основным обрабатываемым материалом при устройстве и ремонте каналов является грунт.

Все нескальные грунты в зависимости от минералогического и механического состава делятся на несвязные (пески) и связные (глинистые).

Твердая фаза нескальных грунтов состоит из отдельных частиц различной крупности и минералогического состава. Наименование частиц в зависимости от крупности (мм): глина – менее 0,005; пыль –0,005–0,050; песок тонкозернистый – 0,05–0,10; песок мелкозернистый – 0,10–0,25; песок среднезернистый – 0,25–0,50; песок крупнозернистый – 0,5–2,0; гравий – 2–40; галька – 40–200; валуны – более 200.

Наиболее распространенными торфяными грунтами Республики Беларусь являются травяные и лесные.

Расчетными характеристиками грунтов применительно к условиям мелиоративного строительства являются плотность, внутреннее трение, сцепление, разрыхляемость.

Плотность минеральных грунтов колеблется в пределах 1500–2000 кг/м³. Торфяные грунты в неосушенном состоянии содержат около 10 % сухого вещества, остальное занимает вода.

Внутреннее трение и сцепление грунтов определяют сопротивление их сдвигу и в конечном итоге сопротивляемость разработке машинами.

На физические и строительные свойства грунтов, особенно связных решающее влияние оказывает их влажность. Глинистые и суглинистые грунты в зависимости от влажности могут изменять свое состояние от твердого до полужидкого.

Прочность и сопротивление сдвигу глинистых и пылеватых грунтов с переходом влажности за пределы пластичности уменьшаются. Сухие глинистые грунты разрабатывать труднее, чем в состоянии оптимальной влажности. Так, сцепление в глинистых грунтах изменяется от 0–0,005 МПа при текучей консистенции до 0,1 МПа при твердой.

Однако переувлажненные грунты также трудно разрабатывать из-за их налипания на рабочие органы машин, особенно это характерно для глинистых грунтов.

Сопротивление песчаных грунтов сдвигу вызывается непосредственным контактом минеральных частиц, в силу чего оно обусловливается чистым трением. В сухом и насыщенном водой состоянии сцепление практически отсутствует, а во влажном обнаруживается за счет капиллярных сил.

Величина угла внутреннего трения в песках также целиком находится в зависимости от плотности и влажности и составляет от 22 до 45^о в зависимости от крупности и разрыхленности грунта.

В соответствии с сопротивляемостью разработке машинами все грунты по СНиП разделены на 11 групп, причем мягкие грунты отнесены к первым трем, полускальные и скальные грунты отнесены к 4–11-й группам. Не следует смешивать группы грунтов по СНиП с их категориями. Последние устанавливаются по показателям динамического плотномера (ударника ДорНИИ) и применяются для расчетов при проектировании машин.

Важное производственное значение имеет разрыхляемость – свойство грунтов увеличиваться в объеме в процессе их разработки. Численной характеристикой разрыхляемости грунтов является коэффициент разрыхления – отношение объема отсыпанного грунта к объему, который занимал этот грунт в естественном сложении. Величина коэффициента разрыхления мягких грунтов составляет 1,08–1,30. Меньшие значения относятся к несвязным грунтам (пески, супеси), большие – к глинистым.

Коэффициент разрыхления используется для перехода от объема рыхлого грунта (q_рых) к объему в естественном состоянии (q_ест) и наоборот:

Исходя из устойчивости грунтов в зависимости от влажности и возможной деформации поперечных сечений русла канала под воздействием гидродинамического давления грунтового потока, возникающего в процессе их прокладки, трассы водоприемников и каналов условно можно разделить на три категории по сложности проведения строительных работ.

К первой категории отнесены торфяные грунты со степенью разложения до 50 %, плотностью более 120 кг/м³, влажные и воздушно-сухие пески, а также воздушно-сухие супеси и суглинки.

К наиболее сложной третьей категории отнесены насыщенные водой минеральные и торфяные грунты. При этом наблюдается большая деформация и разрушение откосов, заиление дна канала. Технология строительства каналов в этом случае усложняется.