Грунты
Рыхлые горные породы и почвы используются как основания или строительные материалы (иногда среда) при возведении инженерных сооружений, в т. ч. железных дорог. Грунты применяют для строительства земляного полотна (насыпей, выемок), зданий, тоннелей, водоотводных и прочих сооружений. В естественном залегании грунты представляют собой смесь минеральных частиц (зерен) различных размеров, органических включений, воды (льда). Применительно к ж.-д. сооружениям используется строительная классификация грунтов, в которой учитываются крупность минеральных частиц, связи (сцепление) между ними, содержание органических веществ и легкорастворимых солей. По степени связности частиц выделяют скальные и полускальные (с жесткой межчастичной связью); крупнообломочные, щебенистые, песчаные – без связи между зернами; глинистые связные и малосвязные – с пластичной связью между частицами (таблицы 1 и 2).
Классификация
Скальные и полускальные породы (монолитные, трещиноватые, раздробленные в естественном залегании) в зависимости от происхождения (магматические, метаморфические, осадочные) и подверженности выветриванию обладают различной прочностью, обусловленной кристаллическими связями между частицами. Такие грунты наиболее пригодны для строительства. Выветривание пород приводит к образованию кусков различной крупности и окатанности: камней (валунов) -20-80 см, булыжника и гальки (щебня) – 4-20 см, гравия (хряща) – 0,2-4 см, песка -0,05-2 мм, пылеватых частиц – 0,005-0,05 мм и глинистых – мельче 0,005 мм. Валуны, булыжник характеризуются видом пород (например, гранит), линейными размерами (иногда массой), окатанностью и используются для кладки стен, фундаментов, защитных покрытий. Гравий, гальку, песок используют в земляных сооружениях, для приготовления бетона, асфальта и т. п. Глинистые грунты могут содержать органические включения, растворимые соли, которые изменяют их состав и свойства (гумусированные грунты – почвы; оторфованные – отложения пойм, болот, торфы; засоленные грунты и др.). При увлажнении глинистые грунты набухают, становятся пластичными. Глинистые и песчаные грунты (кроме просадочных) в естественном залегании имеют обычно лучшие строительные свойства, чем насыпные.
Основные характеристики
Основные характеристики грунтов: плотность, пористость (коэффициент пористости), весовая влажность, консистенция (влагосо-держание по отношению к пределам текучести и раскатывания), коэффициент бокового расширения (коэффициент Пауссона), коэффициент фильтрации, угол внутреннего трения (или коэффициент внутреннего трения), сцепление. Последние четыре показателя наиболее часто используют в расчетах прочности и несущей способности проектируемых ж.-д. сооружений. На практике наиболее важными свойствами грунтов являются прочностные и деформационные, определяющие поведение грунтов под внешними нагрузками.
Прочность грунтов зависит от плотности, сцепления, влажности. Плотность характеризует несущую способность грунтов; в естественном залегании составляет 1,3-2 т/м3. Относительная плотность характеризуется коэффициентом уплотнения. В транспортном строительстве коэффициент уплотнения – отношение плотности данного грунта к максимальной плотности, определяемой по методу стандартного уплотнения (по нормам задается дифференцированно от 0,9 до 1). Сцепление грунтов определяется силами взаимодействия между частицами. Влажность характеризует консистенцию связного грунта (твердая, полутвердая, тугопластичная, мягкопластичная, текучепластичная, текучая).
Грунты всех видов называются мерзлыми, если они содержат в своем составе лед при отрицательной или нулевой температуре, и многолетнемерзлыми, если они не подвергаются сезонному оттаиванию (распространены в северных районах России, Скандинавских стран, Канады). Вытаивание внутри-грунтового льда вызывает осадки и другие опасные деформации сооружений. Накопление льда при промерзании приводит к пучению, повреждающему земляное полотно, водоотводы, основания зданий и других сооружений. Улучшение свойств грунтов достигается введением в них цементирующих и вяжущих веществ, механическим уплотнением, осушением, обжигом, замораживанием и другими способами.