Виды грунтов

В области инженерно-геологических исследований, особенно при подготовке строительства зданий и других объектов, ключевым аспектом является понимание различных типов грунтов. Грунты, как правило, классифицируются по множеству физических характеристик, в том числе по удельному весу, коэффициенту пластичности и степени влажности. Эти характеристики значительно влияют на выбор методов проведения геологических исследований и строительства.

Например, в влажном климате грунты подвергаются изменениям в своей структуре, что очень важно учитывать при планировании сельскохозяйственных или строительных проектов. Особое внимание уделяется грунтам, состоящим из песчаника, которые обычно образуют прочную основу для зданий. Влияние этих грунтов на стоимость и необходимость использования специфических инженерных методов не должно недооцениваться. Поэтому необходимо комплексное исследование грунта перед строительством.

Одним из вариантов исследования является определение коэффициента усадки грунта, который позволяет оценить, как грунт будет реагировать на нагрузку от строительных конструкций. Это особенно важно для грунтов, которые подвергаются значительным изменениям при воздействии влаги, например, для глинистых масс. Такие исследования часто являются главной составляющей при подготовке к строительству, поскольку правильное понимание свойств грунта позволяет избежать многих проблем в будущем.

Свойства грунтов

Грунт состоит из горных пород, имеющих разную степень выветривания, органики, воды, воздуха, продуктов хозяйственной деятельности человека и занимает верхние слои земной коры.

Природные грунты образуются в литосфере при разрушении горных пород под действием воды, воздуха, смещения литосферных плит. В результате получается состав с разной структурой – от крупных кусков с редкими трещинами до глины. Ближе к поверхности примешиваются органические продукты разложения живых организмов.

Во время перевозки или обработки природные грунты переходят в категорию техногенных.

Поэтому грунты в строительстве стали подразделять на:

• Строительные (ГОСТ 25100-2011)
• Питательные (ГОСТ Р 53381-2009)

Основное отличие заключается в наличии органики. В строительных грунтах она не желательна, в питательных почвах, чем ее больше, тем ценнее.

Перед началом строительных работ независимо от вида сооружений важно определить тип основания почвы, учитывая характеристики грунта и климатические условия выбирать заглубление фундамента на основании расчета возможных нагрузок.

Питательные грунты, состоящие в основном из органических веществ, отличаются плодородием, поэтому применяются в сельском хозяйстве, для озеленения парков, цветов в клумбах, благоустройства территории загородного дома, выращивания овощей и фруктов на даче, разведение домашних цветов. Считается, что питательные свойства любой почвы зависят от содержания гумуса. Однако по ГОСТу Р 53381-2009 питательный грунт - это специально приготовленная смесь на основе плодородной почвы, торфа, компоста, навоза, песка, вермикулита, которая дает повышенную плодородность почвы и урожайность.

Общие принципы классификации грунтов

На структуру и свойства грунтов, как на природные, так и на искусственные влияют многие факторы, в том числе воздействие живых организмов и человека. Природные питательные грунты образуются естественным путем и зависят от территории. Первые неприхотливые растения и лишайники, поселившиеся на рыхлой горной породе, отмирали и разлагаясь, создавали слой гумуса, который обогащался органическими веществами и продуктами жизнедеятельности животных.

В разных климатических зонах формируется много видов почв, отличающихся химическим и гранулометрическим составами плодородного слоя, условиями формирования грунта, рельефом, составом и глубиной залегания грунтовых вод.

Почвы бывают:

• Арктическими
• Тундровыми глеевыми
• Подзолистыми
• Глееподзолистыми
• Дерново-подзолистыми
• Мерзлотно-таежными
• Болотными (торфяными)
• Серыми лесными
• Типичными черноземами
• Оподзоленными черноземами
• Выщелоченными черноземами
• Обыкновенными черноземами
• Южными черноземами
• Темно-каштановыми
• Каштановыми
• Светло-каштановыми
• Засоленными (солончаками, солонцами)
• Пойменными (песчаными, илистыми, сапропелевыми)

Плодородие снижается из-за перенесения почвы на другой участок – происходит деградация, поскольку гумусовый слой отрывается от основания материнской породы. Сейчас природные почвы редко встречаются в местах, где не ведется сельское хозяйство и не проживают люди.

Техногенные питательные грунты

Искусственными, или техногенными грунтами называются породы после воздействия человека, которые бывают:

Техногенно-измененными на месте залегания, загрязненные промышленными отходами, удобрениями, разрушенные взрывом или при буровых работах.

Техногенно-перемещенными (переотложенными) на другое место. Вначале грунт месте залегания взрывают, песок достают экскаваторами, при обработке материал очищают от примесей, сортируют по фракциям, нагревают. К таким грунтам относится щебень, отсев, обогащенный песок, керамзит, искусственные почвосмеси с добавлением минеральных и органических удобрений для посадки растений.

Искусственными грунтами являются антропогенные: исторические слои со старинными артефактами, изучаемые археологами. грунты с промышленными отходами, шлаками, мусором на свалках и другие.

Определение типа грунта на участке

Информация о видах грунтов требуется:

1. Перед началом строительства – для понимания несущей способности
2. Перед культивацией растений на участке – для понимания плодородия

Для определения типа грунта, содержащего глину в полевых условиях, имеется популярный способ - скатать ладонями жгутик из грунта, смоченного водой. Существуют более точные лабораторные способы определения типов грунта по гранулометрическому составу, плотности, влажности.

Основные виды грунтов:

• скальные;
• конгломераты;
• пески;
• глинистые.

Особенности скальных грунтов

Самыми прочными и способными к высокой нагрузки являются не вспучивающиеся монолитные скальные грунты с жесткими структурными связями, а также гранит и сланцы. Однако наиболее распространены дисперсные, которые бывают:

• крупнообломочными в виде валунов, дресвы, гальки,
• глинами,
• суглинками,
• супесями,
• песками, илом,
• торфом,
• пылеватым песком,
• лёссовыми грунтами.

У сплошного или трещиноватого массива твердых горных пород, благодаря высокому пределу прочности при сжатии, отсутствию промерзания идеальные механические свойства в качестве основания для строительства дома. Однако сложно бурить твердые горные породы и материалы, у которых есть еще одна опасность — боковой сдвиг. Чаще встречаются конгломераты - разновидность скальных грунтов, состоящих из не менее 50% крупных твердых пород, компоненты которых не жестко сцементированы между собой, что облегчает его разработку. Такое основание подходит для мелкозаглубленного ленточного фундамента с глубиной залегания не более полуметра. Таким, образом, благодаря хорошей несущей способности человек имеет возможность строить любые строения из любых материалов, даже с несколькими этажами.

Пески и их свойства

Наиболее распространен на территории России— песчаный грунт. Это рыхлое основание, включающее часть сыпучих фракций минералов, в основном кварца. Несущая способность связана с размером зерен, плотности и насыщаемости песка водой.

Подходящая фракция для строительства от 0,1 до 2 мм. более крупный и однородный песок считается надежным и прочным основанием. Плотный песок легче и быстрее утрамбовать, в результате уплотнения получается жесткая подушка под фундамент.

Песок хорошо пропускает воду. Если грунтовые воды залегают ниже уровня промерзания грунта, то проблем нет.

Разновидности глинистых грунтов

Разновидности глинистых грунтов зависят от уровня глины в составе: супеси и суглинки (тяжелые, средние и легкие). Супесью называют мелкозернистый рыхлый грунт с небольшой пористостью. У глины не однородная структура и разная плотность. Пласты глины с песчаными прослойками содержат влагу, неравномерно расширяющую грунт при замерзании и деформирующую строительную конструкцию.

На суглинках и супесях довольно опасно строить из-за их быстрого размывания. Многие из них относятся к плывунам, вообще не пригодным для строительства. Сыпучие, мягкие и слабые грунты требуют постоянного укрепления стенок шахты деревянными щитами с распорками.

Чтобы подобрать строительные материалы и подходящую технологию для возведения фундамента, грунт нужно тщательно изучать.

Строительные грунты – это горные породы с разной степенью разрушения. В них практически нет органических веществ. Свое название они получили из-за основной сферы использования.

Строительные грунты служат в качестве:

• основания под фундаменты, дороги, пешеходные зоны
• компонента при производстве бетона и асфальта
• отсыпки дорог и площадок
• материала для обустройства территории и ландшафта

Природные строительные грунты

Скальные грунты в зависимости от происхождения делятся на следующие виды:

• Магматические
• Метаморфические
• Осадочные

В класс дисперсных грунтов входят две группы по характеру структурных связей: связных и несвязных грунтов

Мерзлые грунты делятся на виды:

• Скальные
• Полускальные
• Связные
• Несвязные
• Ледяные

Техногенные строительные грунты

Техногенные грунты представляют собой нерудные материалы, дополнительно обработанные для строительства:

• Щебень
• Отсев
• ПЩС
• ПГС
• Обогащенный песок
• Строительная глина
• Вскрышной грунт
• Проблемные, сложные грунты
• Карстующиеся грунты
• Лессовые грунты
• Органоминеральные и органические грунты
• Набухающие грунты
• Слабые водонасыщенные глинистые грунты
• Насыпные грунты
• Засоленные грунты

Просадочные грунты с неустойчивой и быстро меняющейся структурой из-за примесей в составе и насыщения водой.

В регионах с вечной мерзлотой встречаются постоянные мерзлые грунты, появление временных мерзлых грунтов возможно зимой в условиях умеренного климата.

В составе мерзлых грунтов с температурой ниже нуля содержатся частицы льда. После 3 лет такие грунты становятся вечномерзлыми. В замерзшем состоянии эти прочные виды не подверженные деформации. при таянии меняющаяся структура приводит к серьезным деформациям. Из-за просадочности грунта уменьшается объем. мерзлый грунт имеет наибольший показатель сцепленности и является достаточно сложным для разработки.

Для фундамента нужно подготовить прочный слой, преимущественно, из непосадочного песка или крупнообломочного грунта. Требование заглублять фундамент необходимо на основании расчета глубины промерзания грунта с учетом подземных вод, образующихся по причине оттаивания.

Известняки - скальные осадочные карбонатные породы, теряющие прочность при намокании грунтовыми водами.

Ракушечники - известняки с широкой «пористостью», поэтому даже в сухом виде имеют низкую плотность.

Мергель - известняковый грунт с глиной. На основании из доломита, известняка или мела опасно возводить фундамент, несмотря что они относятся к скальному грунту. В известняке легко доступном воде со временем формируются воронки, потому что это карстующаяся порода, так же, как гипс и доломит подвержена растворению в процессе размывания поверхностными и подземными водами. Если пласты известняка залегают на участке, то следует определить пористость и создать отвод поверхностных вод.

Лёссовые грунты, лёссы, лессовые суглинки

Лёссовая порода буро-желтого, светло-желтого или светло-коричневого цвета с неустойчивой структурой из-за большого содержания воздуха, находится под слоем почвы. В лессовых грунтах содержится много отдельных пор диаметром до 3 мм, мелких пылеватых частиц, глины и в меньшей степени песка, поэтому для них характерно наличие вертикальных "бороздок", прожилок или канальцев. Различают лёссы и менее просадочные и пористые лессовые суглинки благодаря большому содержанию глины.

Органоминеральные и органические грунты — торфы, заторфованные, сапропели обладают высокой водонасыщенностью, сильной сжимаемостью, медленно протекающей осадочностью. Торфяники - слабые грунты с низкой прочностью, объем органических элементов превышает 50%, заторфованный грунт с песком и глиной содержит от 10 до 50% органических остатков.

Изменение характеристик под нагрузками

Подземные воды агрессивно действуют на строительные конструкции.

Помимо количественного содержания торфа органоминеральные и органические грунты бывают:

• Открытыми - вблизи поверхности;
• Погребенными - глубинные слои или линзы;
• Искусственно погребенными

Имеет значение степень разложения торфяных грунтов и растительных остатков – гумуса.

Напластование торфа и заторфованных грунтов приводит к дальнейшим деформациям и просадкам.

Сапропель – порода с текучей консистенцией, в состав которой входят ил, торф и более 10% органики. фундамент не возводят на заторфованных грунтах, торфах, сапропелях и иле.

В разделе 6.4 СП 22.13330.2011 описаны мероприятия по укреплению неустойчивых органических грунтов. Этот документ содержит большое количество таблиц с учетом различных характеристик, чтобы сделать правильный выбор земли определяют влажность для установления способности грунта принимать пластичное состояние. При строительных работах можно заменить неустойчивый грунт средне- или крупнозернистым песком, гравием, использовать свайный фундамент.

Набухающие

Некоторые разновидности глиносодержащих грунтов, увеличивающиеся в объеме при контакте с водой или усаживающиеся при высыхании из-за уровня влажности на пределе раскатывания. Пески и супеси практически не набухают, а суглинки и глины подвержены пропорционально содержанию глины. Опасность данных грунтов состоит в набухании в результате изменения уровня грунтовых вод и последующей просадки грунта после высыхания. В разделе 6.2 "Набухающие грунты" в СП 22.13330.2011 имеется информация о расчетных характеристиках и деформациях из-за усадки и набухания.

Меры предотвращающие усадки грунта под фундамент:

• дренаж и водоотведение;
• предварительное замачивание;
• песчаные подушки под фундамент;
• замена набухающего грунта;

Ил, сапропель, глина в текучем состоянии из-за:

• большой влажности;
• угла внутреннего трения 3°-14°, сцепления 0-0,02 МПа
• большой мощности водонасыщенного слоя - до 20 м;
• высокой сжимаемости и малой прочности;

В строительстве используются такие виды фундамента, как:

• фундаменты свайные из железобетона,
• фундаменты на песчаной подушке,
• основание на дренах (песчаные сваи),
• фундаменты на известковых сваях,
• фундаменты с дренажными прорезями

Насыпные

Техногенные грунты с нарушенной структурой из-за неравномерной сжимаемости, и деформациями из-за вибрационных нагрузок, замачивания постепенно самоуплотняются.

Прочность насыпных грунтов можно повысить при помощи:

• трамбовки, укатки, гидровиброуплотнения
• устройства грунтовых подушек
• прорезки свайного фундамента
• силикатизации

Засоленные грунты

Давление воды выщелачивает засоленные грунты за счет растворения соли и увеличивает пористость. Такие грунты подвержены суффозионной осадке. В случае увлажнение изменяет их плотность, прочность, деформируемость и водопроницаемость. Засоленные грунты от фильтрации воды набухают или проседают.