Грунты глинистые, мелкие и пылеватые пески, размягчаемые скальные грунты пригодны для сооружения земляного полотна, но при этом имеются некоторые ограничения.

Не применяют для насыпей грунты глинистые избыточно засоленные; глинистые, влажность которых выше допустимой; торф, ил, мелкий песок и глинистые грунты с примесью ила и органических веществ; верхний почвенный слой, содержащий в большом количестве корни растений; содержащие гипс в количестве, превышающем норму.

Кроме грунтов природного происхождения, для насыпей используют отходы промышленности (золошлаковые материалы, отвалы горнодобывающей промышленности и др.).

Основным способом разработки грунтов машинами для земляных работ (кроме машин для гидромеханизации) является механический способ, при котором часть грунта или породы от массива отделяется ножевым или ковшовым рабочим органом путем резания, откола, отрыва, обрушения под действием статических, динамических или виброударных нагрузок.

К основным физико-механическим свойствам грунтов, характеризующим их способность сопротивляться внешним нагрузкам, относятся гранулометрический состав, плотность, влажность, пластичность, липкость, разрыхляемость, связность, сопротивление сдвигу.

Плотность характеризуется массой единицы объема грунта, взятой в естественном залегании (в плотном теле). Для песчаных и глинистых грунтов она составляет 1,6-2,0, для скальных — 2,2-3,5 т/м3.

Влажность определяется содержанием воды в грунте, измеренным в процентах. Грунты, разрабатываемые строительными машинами, обычно имеют влажность 10-20%.

Пластичность — способность грунта изменять, не разрушаясь, свою форму, сохраняемую после снятия нагрузки. Пластичные грунты (глины, суглинок) хорошо уплотняются, хорошо заполняют ковшовые емкости, но налипают на рабочее оборудование.

Разрыхляемостью называют способность грунтов, пород, материалов при разработке увеличиваться в объеме.

Коэффициент разрыхления Кр представляет собой отношение грунта в разрыхленном состоянии к объему грунта в естественном состоянии. Для большинства грунтов К = 1,1 — 1,4, для мерзлых фунтов и скальных пород Кр = 1,5 – 1,7.

На сопротивление сдвигу грунта влияет связность (сцепление) и трение грунтов. Связность характеризует способность грунтов противостоять воздействию внешних сил. К связным грунтам относятся глины, к несвязным — сухие пески.

Комплексными показателями для оценки разрабатываемое грунтов рабочими органами строительных машин являются удельные сопротивления грунта резанию Крез и копанию Кк, т. е. сопротивления на рабочих органах, отнесенные к площади поперечного сечения вырезаемой стружки. При этом сопротивление копанию включает в себя все сопротивления при разрушении грунта и наполнении рабочего органа, а сопротивление резанию — только сопротивление от вырезания стружки.

Картина процесса копания и набора грунта рабочими органами всех землеройно-транспортных машин и многих землеройных машин в принципе аналогична (рис. 8.3). Режущие ножи в нижней части рабочих органов отделяют грунт от массива (происходит процесс резания). Вырезанный грунт затем захватывается и накапливается рабочими органами. При этом происходят такие явления, как движение грунтовой стружки и образование призмы волочения.

Рис. 1. Схемы копания и набора рабочими органами землеройно-транспортных машин:
а — с отвалами бульдозера и автогрейдера; б — ковшом скрепера; в — ковшом скрепера с элеваторной загрузкой (цифры обозначают ориентировочную последовательность заполнения рабочих органов)

Грунтовая стружка поднимается вверх по поверхности отвалов под призмой волочения — у отвальных рабочих органов или внутри накопляемых масс грунта — у ковшовых рабочих органов. Совокупность этих процессов, включая и резание, называют копанием.

Удельные сопротивления резанию и копанию зависят не только от физико-механических свойств грунтов, но и от типа и параметров рабочего оборудования, т. е. являются одновременно как прочностными характеристиками грунтов, так и показателями энергоемкости резания и копания. Удельные сопротивления используют при расчетах, испытаниях и исследованиях машин, но ввиду трудоемкости их определения в полевых условиях (сложные силоизмерительные подвески рабочих органов или их моделей, трудоемкие расчеты и замеры объемов грунтовых масс) классификация разрабатываемое грунтов по удельным сопротивлениям резанию и копанию затруднена.

В основу принятой классификации грунтов по группам трудности их разработки, предложенной профессором А. Н. Зелениным, положен более простой показатель — прочность грунтов по числу ударов специального плотномера — ударника ДорНИИ. Ударник ДорНИИ представляет собой простейший прибор по типу забиваемого стержня. Стержень погружается в грунт под действием ударов падающей гири. Масса гири 2,5 кг, высота ее падения 400 мм, площадь сечения стержня 1 см2, глубина погружения 100 мм.

Достоинство ударника ДорНИИ — простота оценки прочности грунта, недостаток классификации грунтов по показаниям ударника ДорНИИ — условность оценки разрабатываемое грунта по одним прочностным показателям независимо от типа рабочего оборудования. Некоторые исследователи на основе обработки и обобщения результатов экспериментов рекомендуют корреляционные зависимости между числом Ударов ударника ДорНИИ и удельным сопротивлением резанию и копанию.

В практике строительства используют еще одну классификацию грунтов — так называемую производственную классификацию по группам трудности разработки механическими способами. Несмотря на качественное описание характеристик грунта в этой классификации, ее применяют при нормировании выработки и расценке строительных работ.

—

Наибольшее распространение получили классификации грунтов по трудности разработки и по прочности.

Классификация по трудности разработки. Едиными нормами и расценками, утвержденными Госстроем СССР и обязательными для всех строительных организаций, предусматривается распределение всех грунтов по шести группам в зависимости от трудности разработки. Отнесение грунта к одной из групп зависит от характеристики грунта и типа используемой машины. В зависимости от группы грунта устанавливают нормы выработки и расценки при выполнении механизированных работ.

Единые нормы разработаны на основании статистических данных по выработкам машин в различных производственных условиях.

Классификация по прочности. Для сопоставления прочности грунтов пользуются цифровым показателем — числом ударов С динамического плотномера ДорНИИ, позволяющим по шкале, предложенной проф. А. Н. Зелениным, относить грунты к той или иной категории.

Таким образом, число ударов С, необходимое для погружения конца стержня в грунт, характеризует энергоемкость процесса внедрения инструмента в данный грунт, что является основанием для оценки его прочности и трудности разработки.