Классификация грунтов по содержанию глинистых частиц. Строительная классификация грунтов. Виды грунтов. Лёссовые грунты, лёссы, лессовые суглинки

]: скальные (грунты с жесткими связями) и нескальные (грунты без жестких связей).

ГОСТ 25100-95 Грунты. Классификация

В классе скальных грунтов выделяют магматические, метаморфические и осадочные породы, которые подразделяются по прочности, размягчаемости и растворимости в соответствии с табл. 1.4. К скальным грунтам, прочность которых в водонасыщенном состоянии менее 5 МПа (полускальные), относятся глинистые сланцы, песчаники с глинистым цементом, алевролиты, аргиллиты, мергели, мелы. При водонасыщении прочность этих грунтов может снижаться в 2—3 раза. Кроме того, в классе скальных грунтов выделяются также искусственные — закрепленные в естественном залегании трещиноватые скальные и нескальные грунты.

ТАБЛИЦА 1.4. КЛАССИФИКАЦИЯ СКАЛЬНЫХ ГРУНТОВ

Эти грунты подразделяются по способу закрепления (цементация, силикатизация, битумизация, смолизация, обжиг и др.) и по пределу прочности на одноосное сжатие после закрепления так же, как и скальные грунты (см. табл. 1.4).

Нескальные грунты подразделяют на крупнообломочные, песчаные, пылевато-глинистые, биогенные и почвы.

К крупнообломочным относятся несцементированные грунты, в которых масса обломков крупнее 2 мм составляет 50 % и более. Песчаные — это грунты, содержащие менее 50 % частиц крупнее 2 мм и не обладающие свойством пластичности (число пластичности I р < 1 %).

ТАБЛИЦА 1.5. КЛАССИФИКАЦИЯ КРУПНООБЛОМОЧНЫХ И ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ ПО ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОМУ СОСТАВУ

Крупнообломочные и песчаные грунты классифицируются по гранулометрическому составу (табл. 1.5) и по степени влажности (табл. 1.6).

ТАБЛИЦА 1.6. ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ КРУПНООБЛОМОЧНЫХ И ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ ПО СТЕПЕНИ ВЛАЖНОСТИ S r

Свойства крупнообломочного грунта при содержании песчаного заполнителя более 40 % и пылевато-глинистого более 30 % определяются свойствами заполнителя и могут устанавливаться по испытанию заполнителя. При меньшем содержании заполнителя свойства крупнообломочного грунта устанавливают испытанием грунта в целом. При определении свойств песчаного заполнителя учитывают следующие его характеристики — влажность, плотность, коэффициент пористости, а пылевато-глинистого заполнителя — дополнительно число пластичности и консистенцию.

Основным показателем песчаных грунтов, определяющим их прочностные и деформационные свойства, является плотность сложения. По плотности сложения пески подразделяются по коэффициенту пористости е , удельному сопротивлению грунта при статическом зондировании q с и условному сопротивлению грунта при динамическом зондировании q d (табл. 1.7).

При относительном содержании органического вещества 0,03 < I от ≤ 0,1 песчаные грунты называют грунтами с примесью органических веществ. По степени засоленности крупнообломочные и песчаные грунты подразделяют на незасоленные и засоленные. Крупнообломочные грунты относятся к засоленным, если суммарное содержание легко- и среднерастворимых солей (% от массы абсолютно сухого грунта) равно или более:

• - 2 % — при содержании песчаного заполнителя менее 40 % или пылевато-глинистого заполнителя менее 30 %;
• - 0,5 % — при содержании песчаного заполнителя 40 % и более;
• - 5 % — при содержании пылевато-глинистого заполнителя 30 % и более.

Песчаные грунты относятся к засоленным, если суммарное содержание указанных солей составляет 0,5 % и более.

Пылевато-глинистые грунты подразделяют по числу пластичности I p (табл. 1.8) и по консистенции, характеризуемой показателем текучести I L (табл. 1.9).

ТАБЛИЦА 1.7. ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ ПО ПЛОТНОСТИ СЛОЖЕНИЯ

ТАБЛИЦА 1.8. ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ПЫЛЕВАТО-ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ ПО ЧИСЛУ ПЛАСТИЧНОСТИ

Среди пылевато-глинистых грунтов необходимо выделять лёссовые грунты и илы. Лёссовые грунты — это макропористые грунты, содержащие карбонаты кальция и способные при замачивании водой давать под нагрузкой просадку, легко размокать и размываться. Ил — водонасыщенный современный осадок водоемов, образовавшийся в результате протекания микробиологических процессов, имеющий влажность, превышающую влажность на границе текучести, и коэффициент пористости, значения которого приведены в табл. 1.10.

ТАБЛИЦА 1.9. ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ПЫЛЕВАТО-ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ ПО ПОКАЗАТЕЛЮ ТЕКУЧЕСТИ

ТАБЛИЦА 1.10. ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ИЛОВ ПО КОЭФФИЦИЕНТУ ПОРИСТОСТИ

Пылевато-глинистые грунты (супеси, суглинки и глины) называют грунтами с примесью органических веществ при относительном содержании этих веществ 0,05 < I от ≤ 0,1. По степени засоленности супеси, суглинки и глины подразделяют на незаселенные и засоленные. К засоленным относятся грунты, в которых суммарное содержание легко- и среднерастворимых солей составляет 5 % и более.

Среди пылевато-глинистых грунтов необходимо выделять грунты, проявляющие специфические неблагоприятные свойства при замачивании: просадочные и набухающие. К просадочным относятся грунты, которые под действием внешней нагрузки или собственного веса при замачивании водой дают осадку (просадку), и при этом относительная просадочность ε sl ≥ 0,01. К набухающим относятся грунты, которые при замачивании водой или химическими растворами увеличиваются в объеме, и при этом относительное набухание без нагрузки ε sw ≥ 0,04.

В особую группу в нескальных грунтах выделяют грунты, характеризуемые значительным содержанием органического вещества: биогенные (озерные, болотные, аллювиально-болотные). В состав этих грунтов входят заторфованные грунты, торфы и сапропели. К заторфованным относятся песчаные и пылевато-глинистые грунты, содержащие в своем составе 10—50 % (по массе) органических веществ. При содержании органических веществ 50 % и более грунт называется торфом. Сапропели (табл. 1.11) — пресноводные илы, содержащие более 10 % органических веществ и имеющие коэффициент пористости, как правило, более 3, а показатель текучести более 1.

ТАБЛИЦА 1.11. ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ САПРОПЕЛЕЙ ПО ОТНОСИТЕЛЬНОМУ СОДЕРЖАНИЮ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА

Почвы — это природные образования, слагающие поверхностный слой земной коры и обладающие плодородием. Подразделяют почвы по гранулометрическому составу так же, как крупнообломочные и песчаные грунты, а по числу пластичности, как пылевато-глинистые грунты.

К нескальным искусственным грунтам относятся грунты, уплотненные в природном залегании различными методами (трамбованием, укаткой, виброуплотнением, взрывами, осушением и др.), насыпные и намывные. Эти грунты подразделяются в зависимости от состава и характеристик состояния так же, как и природные нескальные грунты.

Скальные и нескальные грунты, имеющие отрицательную температуру и содержащие в своем составе лед, относятся к мерзлым грунтам, а если они находятся в мерзлом состоянии от 3 лет и более, то к вечномерзлым.

В предыдущей статье " Как про-вес-ти ана-лиз грун-та на учас-тке пе-ред вы-бором и ук-ладкой фун-да-мен-та " мы рассказали, какие необходимо проводить мероприятия для анализа грунта на вашем участке. Еще раз заострим внимание на том, что всегда перед строительством фундамента (неважно, что вы планируете построить: одно-, двух- или трехэтажный частный дом), обязательно нужно определить типы грунта, его характеристики, а также произвести расчеты на возможные нагрузки, которое сможет выдержать основание.

Лучше, если вы закажете инженерно-геологические услуги, но, если не позволяют условия или финансовая возможность, то хотя бы изучите грунт самостоятельно и проведите минимальные расчеты.

В этой статье мы разберем, что такое грунт, какие его разновидности определяют строительные нормы, и какие типы грунта подпадают под разряд " не повезло ".

Состав и строение грунта

Прежде чем разбирать разновидности грунтов нужно понимать, что такое грунт, основной его состав, чтобы лучше в дальнейшем понять его структуру и свойства. В разъяснении нам поможет замечательное пособие С. А. Пьянкова «Механика грунтов», а также ГОСТ.

Разновидности грунта согласно ГОСТ 25100-2011

Все грунты можно классифицировать по гранулометрическому составу на:

1. Скальные
2. Дисперсные
3. Мерзлые, мы их не будем рассматривать в рамках этой статьи.

Упростим сложную и подробную классификацию, приведенную выше:

1. Самые прочные и способные нести высокую нагрузку - скальные (известняки - но не все, и только не при высоком уровне вод, а также гранит, сланцы), они не часто встречаются, более распространены дисперсные. Скальные грунты не вспучиваются, не проседают.
2. Дисперсные грунты . Нас интересуют следующие типы грунтов: крупнообломочные (например, валуны, дресва, галька), глина, суглинки, супесь, песок, ил, песок, торф, пылеватый песок, лёссовые грунты.

По классификации гранулометрического состава, приведенной ниже в таблице несложно определить размерность частиц.

Если вы по какой-то причине не можете отнести в лабораторию пробы грунта (например, нет в вашем городе лаборатории), то без лаборатории, так сказать «в полевых условиях», грунт можно диагностировать по описанию в следующей таблице:

Еще один популярный способ определения в полевых условиях типа грунта - во влажном состоянии, будем "катать колбаски". Разумеется, щебень или торф вы итак определите визуально, такой способ подходит для глиносодержащих видов грунта. Смачиваете образец грунта водой и пытаетесь скатать жгутик ладонями. По признакам определяете тип.

Для того, чтобы у вас было представление о том, как выглядят суглинок, супесь, глинистая почва, песчаная почва приведем следующее изображение:

Есть некоторые способы, по которым можно определить типы грунта, гранулометрический их состав, а также некоторые их характеристики, вроде плотности, влажности, но для этого вам придется проводить опыты (которые, к слову, мы бы не советовали вам проводить самостоятельно, проще обратиться в лабораторию, и заниматься тем, что у вас отлично получается, предоставив лабораторные опыты специалистам, которые смогут замерить физ.свойства грунтов, их состав наиболее точно, без больших погрешностей).

Проблемные, сложные грунты

Если вы несчастливый обладатель подобных грунтов на участке, будьте внимательны и бдительны, много раз подумайте, прежде чем строить, а лучше проконсультируйтесь со специалистом и обязательно сделайте анализ грунта на участке, если еще не сделали.

Далее рассмотрим, как выглядят определенные разновидности грунта, и разберем их основные характеристики. Не будем рассказывать о валунах, гальке, щебне, вы сможете отличить такой тип грунта, видели неоднократно.

Расскажем о других типах, которые зачастую бывают проблемными, теряя свою прочность под внешним воздействием, например, напитываясь водой, или соединяясь с другими грунтами и их примесями.

Такие грунты - структурно-неустойчивые грунты , то есть изменяющие свою структуру под внешними влияниями, просадочные грунты.

• Мерзлые и вечномерзлые
• Карстующиеся грунты
• Лессовые грунты
• Органоминеральные и органические грунты
• Набухающие
• Насыпные
• Засоленные

Мерзлые и вечномерзлые

Мерзлые грунты меют температуру ниже нуля, в том или ином виде содержат в составе льдистый частицы. После нахождения в мерзлом состоянии от 3 лет и больше такие грунты уже приобретают свойства вечномерзлых грунтов.

В замерзшем состоянии мерзлые и вечномерзлые грунты очень прочные, не подвержены деформациям, так как связующие их криогенные структуры повышают первоначальную прочность.

В процессе таяния полностью меняется структура и физико-механические свойства, происходят серьезные деформации. Некоторые грунты даже становятся жидкими после оттаявания.

Основная особенность всего класса мерзлых грунтов - просадочность при таянии, когда происходит масштабное уменьшение объема грунта. Вечномерзлые грунты - достаточно проблемный тип грунта для проектирования и строительства.

Какой фундамент выбрать? Это можно определить только после определения всех необходимых расчетных деформационо-прочностных характеристик в процессе лабораторных испытаний.

• Первый вариант - сохранить структуру криогенных связей - мерзлое состояние как во время строительства, так и при дальнейшей эксплуатации. Сохранение вечной мерзлоты грунта сохраняется путем организации холодных первых этажей, проветриваемых холодных подполий с вентилируемыми продухами. В этом случае определяем мин.глубину заложения фундамента по СНиП 2.02.04-88:

• Второй вариант - подготовка сооружения к неравномерной осадке. Можно заменить неустойчивый грунт на непосадочный песок или крупнообломочный грунт. Можно также о пирать фундамент на более прочный слой, тогда можно использовать вечномерзлые грунты в оттаявшем состоянии или состоянии таяния. Это возможно лишь при условии наличия в массиве грунта прочных малодеформирующихся в процессе оттаивания грунтов.

Заглубление фундамента в этом случае осуществляется на основании расчетной глубины сезонного промерзания грунта d f и уровню подземных вод, которые образуются в процессе оттаивания.

Необходимо застраивать площади на вечномерзлой земле только по одному из вариантов, а не так, что сосед выбирает холодный первый этаж, а вы - сваи.

Стоить отметить, что широко используемые в северном строительстве сваи тоже подвержены негативному воздействию: напорному давлению вод при промерзании грунта; хим. агрессивности воды оттаявшего слоя; появлению трещин из-за температурных деформаций.

Известняки

Известняки, как и другие грунты из группы скальных осадочных карбонатных пород, в сухом виде - прочные, а при намокании грунтовыми водами ее теряют.

Есть известняки изначально с низкой плотностью и широкой «пористостью» - ракушечники , есть и другая намного более плотная разновидность с низкой пористостью. Прочность у первых в сотни раз ниже, чем у вторых.

Одна из разновидностей известнякового грунта - мергель , который представляет из себя микс из известняка и глины.

Основание из известняка (кстати, это же касается и доломита, мела) - довольно опасно для сооружения фундамента, хотя казалось бы скальный грунт. Там, где пласт известняка легко доступен воде, может со временем сформироваться большущая воронка, так как известняки подвержены размытию. Известняки относятся к карстующимся породам (также как гипс, доломит) - горные породы, способные растворяться при размывании поверхностными и подземными водами. В итоге может произойти карстовый провал:

В случае залегания пласта известняка на участке необходимо определить его пористость и продумать отвод поверхностных вод. В таком неблагоприятном случае многие прибегают к использованию свайного фундамента. Советуем не импровизировать, лучшим вариантом для вас будет консультация с хорошим специалистом геологом, инженерные изыскания в данном случае обязательны.

Лёссовые грунты, лёссы, лессовые суглинки

Нельзя сказать с точностью, каким образом появились такие грунты, ученые до сих пор об этом спорят. Лёссовые породы относятся к структурно-неустойчивым грунтам (но не все из них просадочные) .

Такой тип очень распространен на протяжении больших территорий в России, Украине, Европе, причем лёссом занято более 80 % территории Украины. Залегание такого типа грунта обычно располагается сразу под почвенным покровом, в верхних слоях.

Лессовые грунты обычно светло-желтого или светло-коричневого цвета (его еще называют палевый цвет), или же даже буро-желтого.

Лессовые грунты содержат больше воздуха, чем твердых частиц, содержат множество макропор, пористость до 60%. Больше 60 процентов частиц - мелкие пылеватые, также содержится глина и в меньшей степени песок.

На изображениях ниже можно рассмотреть характерное для лёссовых пород наличие вертикальных "бороздок", прожилок или канальцев. Такие макропоры в в иде трубочек доходят в диаметре до 3 мм.

Различают типичные лёссы и лессовые суглинки. Лёссовые суглинки содержат больше глины, чем типичные лёссы, им присущ более темный цвет, иногда красновато-бурый. Лёссовые суглинки менее пористые и, следовательно, более плотные, менее просадочные.

В обычном состоянии лессовые отложения весьма прочные, способны выдерживать большие нагрузки, но при увлажнении прочность теряется, возникают дополнительные просадочные деформации от нагрузки - как внешней, так и от собственного веса.

Чтобы определить степень просадки лёсса, его в лабораторных условиях уплотняют под давлением, а затем подвергают замачиванию.

Органоминеральные и органические грунты - торфы, заторфованные, сапропели

Торфяники распространены в Подмосковье, на востоке и северо-востоке. Они относятся к слабым грунтам, с присущей низкой прочностью.

Заторфованный грунт отличается от торфа процентным соотношением содержанием органического вещества - содержание больше 50% органики говорит о торфе, а содержание от 10 до 50% орган.остатков говорит о том, что перед нами заторфованный грунт, на основе песчаного грунта или глинистого.

Какие характеристики присущи торфам и заторфованным грунтам?

• Высокая водонасыщенность
• Сильная сжимаемость
• Осадочность, медленно протекающая
• Изменяемость характеристик под нагрузками
• Подземные воды представляют собой весьма агрессивную среду по отношению к строительным конструкциям.

Помимо градации по количественному содержанию торфа органоминеральные и органические грунты делятся на:

• Открытые , находящиеся близ поверхности;
• Погребенные , располагающиеся в виде слоев или линз в глубине толщи;
• Искусственно погребенные

Также важно значение степени разложения торфяных грунтов - степень разложения слагаемых его растительных остатков - гумуса.

Очень важно оценить и характер залегания торфосодержащих пород:

Напластование, имеющее в составе торф и заторфованные грунты - одно из наихудших оснований, так как приводит к дальнейшим деформациям и просадкам.

Сапропель - илосодержащая и одновременно торфосодержащая порода, с процентным содержанием органических веществ больше 10%. Коэффициент пористости сапропеля - в районе е> 3, характерна текучепластичная или текучая консистенция.

Нельзя возводить фундамент с непосредственным опиранием его на сильнозаторфованные грунты, торфы, сапропели и ил.

Мероприятия по укреплению неустойчивых оргиничексих и органикоминеральных грунтов описаны в СП 22.13330.2011 разделе 6.4 "Органоминеральные и органические грунты".

В числе мероприятий замена нейстойчивого грунта средне- или крупнозернистым песком, гравием (что может быть очень дорого, например, в виду высокой мощности слоя торфа), а также можно прибегнуть к строительству свайного фундамента с опиранием свай на слой грунта с высокими прочностными характеристиками.

Нельзя забывать, что в органических грунтах очень агрессивная среда для бетона и металла, поэтому нежелательно использовать стальные сваи, нужно позаботиться об изоляции свай для продлевания срока использования строения.

Набухающие

К таким грунтам можно отнести некоторые разновидности глиносодержащих грунтов. Набухающие грунты имеют свойство увеличиваться в объемах при контакте с водой, им также свойственна усадка при высыхании. Показатель влажности на пределе текучести, а также число пластичности у таких грунтов весьма высокие, природная влажность < влажности на границе раскатывания. Пески и супеси не подвержены набуханию практически, зато суглинки и глины подвержены этому свойству пропорционально содержанию в них частиц глины.

Опасность таких грунтов заключается в том, что любое изменение уровня грунтовых вод спровоцирует набухание, и последующую просадку грунта в связи с уменьшением объема грунта после подсыхания.

Степень возможного набухания определяется в процессе лабораторных компрессионных испытаний.

Подробнее про набухающие грунты, про расчетные характеристики, про деформации основания в следствии усадки и набухания - прочитайте в разделе 6.2 "Набухающие грунты" в СП 22.13330.2011. Там же приведена формула по расчету подъема основания в результате набухания.

Какие меры принимают для предотвращения усадок грунта под фундаментом?

• хороший дренаж и водоотведение;
• предварительное замачивание;
• устройство песчаных подушек;
• замена набухающего грунта поностью или частично;
• прорезка набухающего грунта, опирание фундамента на более надежный слой грунта (если слой набухающего грунта не больше 12 м).

Слабые водонасыщенные глинистые

Эта группа представлена илом, сапропелем, а также глинистыми грунтами в текучем или текучепластичном состоянии . Характерными свойствами такого типа сложных грунтов являются:

• большая водонасыщенность: влажность от 0,8, больше 80% заполненных водой пор;
  
• значение угла внутреннего трения 3°-14°, сцепления 0-0,02 МПа
  
• частая большая мощность водонасыщенного слоя - до 20 м;
• высокая сжимаемость грунта и малая прочность;
• расчетные осадки сооружений разнятся иногда значительно с реальными, фактическими посадками.
• неравномерная и очень большая осадка фундамента, построенного на водонасыщенном грунте.

Сапропель мы описывали и показывали чуть выше, приведем только его физические свойства:

Ил - органоминеральный грунт, с содержанием >3 % органики и >30% мелких частиц менее 0,01мм, с текучей консистенцией IL> 1, коэффициентом пористости е ≥ 0,9.

Какие варианты фундаментов используют в строительстве?

• свайные фундаменты из железобетонных свай,
• песчаные подушки,
• дрены (песчаные сваи),
• известковые сваи,
• дренажные прорези

Стоит отметить, что имеет место быть процесс кольматации песка (естественное попадание мелких частиц, особенно глинистых и пылеватых в поры и трещины оснований ) при устройстве песчаных подушек, свай, что со временем снижает устойчивость и прочность фундаментов.

Насыпные

Насыпные грунты относятся к так называемым техногенным грунтам, их особенностью является то, что они имеют нарушенную структуру.

К их основным характеристикам относятся:

• неравномерная сжимаемость, и как следствие дальнейшие деформации, особенно в связи с вибрационными нагрузками, замачиванием;
• постепенное самоуплотнение

Насыпные грунты могут самоуплотняться, продолжительность этого процесса различна, в зависимости от разновидности насыпи. Примерный срок самоуплотнения приведен в СП:

Уровень прочности насыпных грунтов повышается с помощью их уплотнения различными способами:

• трамбовкой, укаткой, гидровиброуплотнение
• устройство грунтовых подушек
• прорезка свайным фундаментом
• химическим способом, например, силикатизацией

Засоленные

Засоленные грунты в России распространены примерно на 10 процентах всей территории, преимущественно в Крыму, на Кавказе, а также Западно-Сибирской низменности.

Цитата из СП 22.13330.2011: "Степень засоленности грунта Dsal, % - отношение массы водорастворимых со лей в грунте к массе абсолютно-сухого грунта."

Засоленные грунты при фильтрации воды подвергаются выщелачиванию. Вода растворяет соли, способствуя увеличению пористости. Основания грунтовв конечном итоге подвержены суффозионной осадке. При увлажнении засоленных грунтов изменяются их физико-механические свойства: плотность, прочность, деформируемость и водопроницаемость. К тому же еще одна опасность засоленных грунтов - агрессивность воды с растворенными в ней солями к стройматериалам, бетону.

Засоленные грунты в замоченном состоянии могут быть набухающими или просадочными. Все расчеты по засоленным грунтам доверьте специалистам.

Каким бы сложным грунт ни был на вашем участке, современные технологии строительства могут обеспечить вам прочную постройку на любом основании. Но только при условии полноценного инженерно-геологического обследования, проведения всех необходимых расчетов на основании этого исследования. Обладая знанием и будущее сооружение, можно сделать экономически-целесообразный выбор подходящего по всем параметрам фундамента, который не даст трещины и деформации, которыми так часто изобилуют фотографии неправильно рассчитанных зданий на форумах.

Определение характеристик грунта на участке помогает грамотно подобрать тип опорной части здания. Важно помнить, что дом держат не фундаменты, а основание под ними (т.е. грунт). Несущие конструкции лишь передают нагрузку от выше лежащих элементов. Чтобы подобрать фундаменты, необходимо ознакомиться с классификацией грунтов по группам в строительстве в зависимости от различных признаков.

Разделение почв на виды проводится на основании ГОСТ 25100-2011. В этом документе представлено большое количество таблиц, учитывающих разные характеристики.

Чтобы определить тип грунта проводятся геологические изыскания. На этом этапе необходимо изучить наиболее важные свойства основания:

• прочность;
• связность;
• водопроницаемость;
• степень пучинистости.

Также потребуется выяснить водонасыщенность почвы и расположение уровня грунтовых вод. Геологические изыскания для крупных объектов проводятся профессионалами, точные характеристики грунта определяются в процессе лабораторных исследований. Для частного строительства можно выполнять изыскания вручную. При этом тип грунта определяется «на глаз».

Согласно ГОСТ 25100-2011 все основания делятся на три больших класса: скальные, дисперсные и мерзлые . Иногда в отдельную категорию выделяют виды, образовавшиеся в результате деятельности человека, - техногенные.

Мерзлыми могут быть все виды оснований. Связность между частицами обеспечивается не только за счет структурных сил, но и с помощью криогенных связей (ледяных). Прочность таких почв велика, но только в замороженном состоянии.

Скальные

Скальные почвы представляют собой очень прочный массив с жесткими структурными связями. Основания могут иметь различное происхождение, а также физические и механические характеристики. Встречаются такие виды достаточно редко, они представлены в основном такими почвами:

• гранит;
• кварцит;
• мрамор;
• базальт;
• песчаник;
• известняк;
• гипс;
• сланцы.

Скальные грунты плохо сжимаются, не образуют пустот и трещин. Такая почва является идеальным вариантом для строительства незаглубленных фундаментов. Они практически не деформируются, поэтому нет вероятности неравномерных осадок, которые опасны для зданий и приводят к появлению наклонных трещин на стенах. В зависимости от прочности скальные грунты могут быть:

• очень прочные, прочные, среднепрочные и малопрочные (скальные);
• понижено-прочные, с низкой прочностью и с очень низкой прочностью (полускальные).

Дисперсные

Такие виды оснований являются самыми распространенными. Связи между частицами грунта здесь могут быть механическими или водно-коллоидными. Последние обеспечиваются за счет взаимодействия частичек грунта и воды. Практически все такие почвы имеют осадочное происхождение.

В таблице показано разделение дисперсных грунтов на группы и подгруппы.

Классификация грунтов по степени пучинистости

Морозное пучение является одной из самых актуальных проблем при строительстве в холодных регионах, где зимой температура опускается ниже нуля. Это явление вызвано одновременным воздействием на почву влаги и холода. При этом основание увеличивается в размерах и оказывает давление на подошву и боковую поверхность фундаментов.

Чтобы избежать негативных последствий, важно вовремя принять меры по борьбе с пучением. Для этого до начала строительства потребуется определить, к какой из групп относятся виды грунта, расположенные на участке под дом.

Таблица ниже основана на ГОСТ 25100-2011 и СП 243.1326000.2015 (приложение А). В ней приведены грунты и их склонность к возникновению сил морозного пучения.

Цифры в типе местности по характеру увлажнения грунта определяются по СП 34.13330.2012 (приложение В) и означают:

• 1 - при наличии поверхностного отвода влаги от здания и глубоком расположении уровня грунтовых вод (УГВ);
• 2 - при отсутствии поверхностного отвода влаги и глубоком расположении УГВ;
• 3 - при отсутствии поверхностного отвода влаги и высоком расположении УГВ.

Гравий (окатанный) и щебень (с острыми краями).

При строительстве важно помнить, что абсолютно непучинистых грунтов не существует. Пучение появляется не из-за основания, а из-за влаги и отрицательных температур. Любая почва зимой при наличии в ней воды может оказать давление на фундаменты. К группе условно непучинистых оснований отнесены те, которые крайне редко приводят к возникновению опасного явления. В этих случаях особые меры по защите конструкций здания от морозного пучения чаще всего не предусматриваются.

К мерам по предотвращению сил морозного пучения относятся гидроизоляция, утепление, дренаж, утепленная отмостка, устройство ливневой канализации. Эти мероприятия предусматриваются в комплексе для всех типов пучинистых грунтов:

• слабопучинистых;
• пучинистых;
• сильнопучинистых;
• чрезмернопучинистых.

Как определить группу грунта при строительстве

При частном строительстве вместо полноценных геологических исследований могут быть проведены ручные работы. Существует два метода:

• отрывка шурфов;
• ручное бурение.

Отрывка шурфов для визуального изучения грунта.

Слои грунта при этом изучают визуально. Чтобы стало ясно, как определить какой тип грунта на участке строительства визуально, рекомендуется ознакомиться с таблицей ниже.

Прочностные характеристики грунтов

Окончательным этапом геологических исследований (как лабораторных, так и упрощенных) должна стать прочность грунтов на участке. Она будет определять геометрические размеры фундамента и материалы, использованные для изготовления (например, арматура для железобетонных конструкций).

В зависимости от того, какие виды грунтов залегают на участке, меняется несущая способность основания. Для расчетов чаще всего необходимо значение, которое показывает максимальную нагрузку в кг на 1 см2 площади. Классификация грунтов по прочности приведена в таблице.

Если правильно определить, какие виды грунта залегают на участке строительства, выбрать геометрические размеры фундамента и их конструкцию в зависимости от свойств основания, можно не переживать за долговечность и надежность здания.

Скальные грунты, дисперсные, мерзлые и техногенные.

Скальные грунты-структуры с жесткими кристаллическими связями (гранит, известняк). Класс включает в себя две группы грунтов: 1) скальные, куда входит три подгруппы пород - магматические, метаморфические, осадочные сцементированные и хемогенные 2) полускальные в виде двух подгрупп- магматические излившиеся и осадочные породы типа мергеля и гипса. Деление этого класса на типы основано на особенностях минерального состава, например, силикатного типа –гнейсы, граниты, карбонатного - мрамор, хемогенные известняки. Дальнейшее разделение грунтов на разновидности проводится по свойствам: по прочности - гранит – очень прочный, вулканический туф - менее прочный; по растворимости в воде – кварцит - очень водостойкий, известня- неводостойкий.

Мерзлые грунты –имеют криогенные структурные связи, т.е. цементом грунтов является лед. В состав класса входят практически все скальные, полускальные и связные грунты, находящиеся в условиях отрицательных температур. К этим трем группам добавляется группа ледяных грунтов в виде надземных и подземных льдов. Разновидности мерзлых грунтов оцениваются по льдистым (криогенным) структурам, засоленности, температурно-прочностным свойствам и др.

Техногенные грунты - представляют собой, с одной стороны, природные породы – скальные, дисперсные, мерзлые, которые были подвергнуты физическому или физико-химическому воздействию, а с другой стороны, искусственные минеральные и органоминеральные образования, сформировавшиеся в процессе бытовой и производственной деятельности человека. В отличие от других классов этот класс вначале разделяется на три подкласса, а уже после этого каждый подкласс, в свою очередь, распадается на группы, подгруппы, типы, виды и разновидности грунтов. Разновидности техногенных грунтов выделяются на основе специфических особенностей свойств.

ИНЖЕНЕРНО – ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СКАЛЬНЫХ ГРУНТОВ .

Скальные грунты-структуры с жесткими кристаллическими связями (гранит, известняк).Класс включает в себя две группы грунтов: 1) скальные, куда входит три подгруппы пород- магматические, метаморфические, осадочные сцементированные и хемогенные 2) полускальные в виде двух подгрупп- магматические излившиеся и осадочные породы типа мергеля и гипса. Деление этого класса на типы основано на особенностях минерального состава , например, силикатного типа –гнейсы, граниты, карбонатного - мрамор, хемогенные известняки. Дальнейшее разделение грунтов на разновидности проводится по свойствам: по прочности - гранит – очень прочный, вулканический туф - менее прочный; по растворимости в воде – кварцит - очень водостойкий, известняк - неводостойкий.

Класс скальных грунтов включает в себя группу скальных и полускальных грунтов и объединяет магматические, метаморфические и осадочные породы. На равнинах скальные грунты обычно располагаются на некоторой глубине под толщей осадочных пород, на поверхность земли они выходят редко. Широкое развитие эти грунты имеют в горных районах, где располагаются на поверхности земной коры. Скальные грунты обладают монолитностью, находятся в плотном состоянии и имеют высокую прочность за счет кристаллических структурных связей. Верхняя часть массивов, контактирующая с атмосферой, обычно бывает разрушена вследствие воздействия процесса выветривания. Эта разрушенная зона называется корой выветривания и характеризуется величиной k - степень выветрелости , которая определяется сопоставлением плотности выветрелого скального грунта с «материнской (невыветрелой) частью скального массива.

Скальные грунты в силу глубокого залегания в земной коре редко служат основанием сооружений. Когда это происходит, то объект лучше опирать на материнскую породу т.е. фундаменты должны прорезать кору выветривания. Фундаменты можно опирать и на кору выветривания, но для этого ее следует упрочнять каким-либо методом технической мелиорации грунтов.

При возведении сооружения на скальных грунтах следует учитывать: а) скальные грунты при небольших нагрузках например от гражданских зданий, практически на сжимаются, но под действием очень больших нагрузок и в течение длительного времени они могут проявлять реологические свойства;

б) для скальных грунтов способных к растворению в воде, необходимо установить степень растворимости: труднорастворимые - известняки, доломиты, известковые конгломераты и песчаники; среднерастворимые - гипс, ангидрит; легкорастворимые - каменная соль.

в) прочность скальных грунтов изменяется в широких пределах и зависит от того находятся эти породы в виде монолита или являются трещиноватыми. Трещиноватость снижает прочность скальных пород. К снижению прочности всех магматических пород приводит наличие слюд, в особенности биотита. Базальты отличаются высокой плотностью (до 3-3.3 г/см) и прочностью R с до 300-350 МПА. Однако прочность резко падает у базальтов с пузырчатой текстурой, пористость которых может составлять до 50%.

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СКАЛЬНЫХ ГРУНТОВ.

ВОДНО - ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА.

Скальные породы имеют малую общую пористость (менее 5 %) , полускальные - средней (5-20 %) или даже высокой (более 20 %) пористостью.

Трещиноватость можно характеризовать как дополнительную пористость, возникающую в породах в результате тектонических движений и экзогенных процессов (выветривание)

От размера, густоты, направления, характера, генетического типа трещин в большей степени зависят прочность, устойчивость и водопроницаемость основания будущего сооружения.

Скальные породы, как правило не влагоемкие, а полускальные – слабо и средневлагоемкие. Влагоемкие породы более подвержены морозному выветриванию и размягчению.

Водопоглощение - для плотных кристаллических пород менее 1%; для трещиноватых, туфогенных, пористых скальных и полу скальных пород может выражаться десятками процентов.

Водонасыщение (принудительное ) – способность горной породы поглощать воду при избыточном давлении в 15-20 МПА или в вакууме. Чем выше коэффициент водонасыщения, тем больше доля свободных пор в породе и тем легче порода насыщается в водой, фильтрует, разрушается в результате морозного выветривания.

Для скальных пород фильтрация, движение воды через породу, возможно только по трещинам. Для других твердых пород фильтрация зависит от наличия и размеров всех видов открытых пустот: крупных пор, каверн, карстовых пустот, суффозионных проходов.

Под водопрочностью следует понимать способность твердых горных пород сохранять механическую прочность, устойчивость и целостность при взаимодействии с водой. Показателем водопрочности является коофициент размягчения Крз , учитывающий степень уменьшения механической прочности породы после насыщения ее водой.

К размягчаемым относятся породы Крз менее 0.75, они не могут выдержать давления на них, способны давать оползни, обвалы в крутых откосах, могут размываться текучей водой (агреллиты, мергели, известняки, сланцы, засоленные породы)

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СКАЛЬНЫХ ГРУНТОВ.

Напряжения, возникающие под действием прилагаемых внешних нагрузок, ведут к нарушению ее прочности и сплошности. В скальных породах деформации упругие. При росте напряжения возрастает деформация, которая при максимальном напряжении Рмакс приводит к разрушению горной породы (см. рис) В этом случае горная порода ведет себя как всякое твердое тело, подчиняясь закону Гука: относительная деформация прямо пропорциональна напряжению.

При деформировании полускальных пород (мергель, мел) вначале деформация возрастает пропорционально напряжению, однако после достижения предела пропорциональности Рпр наступает не разрушение, а смятие или так называемое пластическое течение породы, что выражается в появлении трещин, изменению форм образца (см. рис 2)

Это напряжение соответствует пределу текучести Rт и в некоторых случаях деформация может нарастать без увеличения напряжения т.е. при Р=const (ползучесть). Явление ползучести характеризует прочность породы во времени т.к. ползучесть обязательно заканчивается разрешением (см.точку Рз=Rz) таким образом предел прочности твердых пород оценивается максимальной нагрузкой, приложенной к образцу горной породы в момент его разрушения (потеря сплошности)

Rz = Pmax \ F

F – площадь образца, см

Rz -временное сопротивление сжатию или предел прочности, МПА

На прочность горных пород влияет: минеральный состав, характер внутренних связей, трещиноватость, степень выветрелости, степень размягчаемости. Наименьшей прочностью обладают размягчаемые породы.

К показателям деформируемости твердых горных пород относятся:

Модуль упругости Еу и модуль общей деформации Ео определяют величину напряжений, вызвавших единичную относительную деформацию породы в результате приложения внешней нагрузки.

Коэффициент Пуассона (поперечной деформации) определяет, в какой мере происходит изменение объема грунта в процессе деформации и зависит от минералогического состава грунта, пористости и трещиноватости.

Коэффициент бокового давления (коэффициент распора) учитывает часть вертикальной нагрузки, передающейся в стороны.

ИНЖЕНЕРНО – ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИСПЕРСНЫХ ГРУНТОВ.

Дисперсные грунты. В этот класс входят только осадочные горные породы. Класс разделяется на две группы-связных и несвязных грунтов. Для этих грунтов характерны механические и водно-коллоидные структурные связи. Связные грунты делятся на три типа - минеральные (глинистые образования), органо-минеральные (илы, сапропели) и органические (торфы). Несвязанные грунты представлены песками и крупнообломочными породами (гравий, щебень) В основу разновидностей грунтов положены плотность, засоленность, гранулометрический состав и др. показатели.

Пылеватые и непылеватые, глинистые грунты и лессовые породы в большинстве случаев являются основаниями сооружений и являются дисперсными т.е. раздробленными, состоящими из мелких частиц. В дисперсных грунтах наблюдается тесное взаимодействие твердой, жидкой и газообразной фаз. В зависимости от условий существования грунта значение этих фаз меняется и вместе с тем меняются физико – механические свойства грунтов.

Для связных грунтов вследствие их анизотропности коэффициенты фильтрации в горизонтальном и вертикальном направлениях могут существенно отличаться. Особенно в грунтах неоднородных по своему строению - лессовых суглинках, ленточных глинах, торфах. При исследовании таких грунтов необходимо определять их водопроницаемость как в горизонтальном, так и вертикальном направлениях.

Глинистые грунты характеризуются вводно-коллоидными связями, которые обеспечивают первичное сцепление на начальных этапах превращения глинистого осадка в породу. На более поздних стадиях появляются цементные связи и соответствующее им сцепление упрочнения, которое постепенно переводит породу из ряда высокодисперсных систем в породы типа глинистых сланцев, аргиллитов.

Плотность глинистых грунтов изменяется от 2.53 – 2.85 г./см и зависит от минерального состава и органических примесей, а так же от влажности и степени уплотненности в природном залегании. Четвертичные глины морского, речного и ветрового происхождения имеют плотность 1.6 – 1.85 г/см; плотность скелета 1.35 – 1.55 г\см, а пористость 35 45 % . В порах глинистых грунтов кроме воздуха и воды может содержаться органический перегной гумус. В таких случаях эти грунты называются почвами и в них увеличивается влагоемкость, пластичность, сжатие под нагрузками.

Вода и ее количество предают грунтам ряд специфических (характерных) свойств: пластичность, липкость, набухание, усадка и размокание.

Угол внутреннего трения и сцепление С в значительной степени зависят от состояния влажности и пористости грунтов. Так, при мягкопластичном состоянии глины могут иметь угол не более 5-10, туггопластичные 15- 35.

Пылеватые глинистые грунты у которых, у которых пылеватых частиц больше, чем песчаных и которые обладают недоуплотненой структурой с очень водонеустойчивыми связями называют лессовыми . Особенностью лессовых грунтов является их просадочность.

Илы, сапропели заторфированные грунты относятся к органоминеральным грунтам. Все грунты высокопористы и водонасыщены. В их составе: 1) песчано-пылевато-глинистые частицы 2) органический минерал 3) вода - в большом колдичестве. Ил – водонасыщенный современный осадок водоемов, образовавшийсяпри наличии микробиологических процессов, имеющий влажность на границе текучести, и коэффицент пористости более 0.9. Для илов характерны структуры с коагуляционными связями, отличающиеся значительной пористостью (50-80 %), высокой влажностью, низкой прочностью, с хорошо выраженной тиксотропией и ползучестью минерального скелета. Водопроницаемость илов весьма мала т.к. в порах грунта присутствуют газы биохимической природы, так называемые защемленные газы. Механические свойства илов характеризуются их высокой сжимаемостью. Модуль общей деформации для них менее 4 МПА, коэффициент сжимаемости а=0.005-0.001 МПА. Сопротивление сдвигу у илов мало 0.0002-0.0007 МПА. Илы относятся к слабым грунтам строительство на которых возможно лишь с применением методов технической мелиорации.

Сапропель - пресноводный ил, образовавшийся при саморазложении органических остатков на дне застойных водоемов – озер. Сапропель при передаче на него давления способен вытекать из-под фундамента или отжиматься в стороны, если давление передается через слой торфа. При динамической нагрузке легко разжижается, при высыхании дает усадку и твердеет.

Торфы и заторфированные грунты - это грунты, образованные в болотах в результате накопления и разложения растительных осадков и содержащие минеральные примеси. Абсолютная влажность торфа может достигать 800-1000%, что указывает на его исключительно высокую влагоемкость. Плотность частиц от 1.4-1.8 г/см, плотность грунта то 0.7 до 1.4 г/см. В сухом состоянии торф может плавать на поверхности воды, т. к. плотность сухого грунта составляет 0.2-0.4 г/см. Торф обладает большой сжимаемостью, поэтому несущая способность у торфа низкая. Водопроницаемость торфа зависит от степени его разложения. Так, неразложившийся торф имеет коэффициент фильтрации, измеряющийся метрами в сутки, а хорошо разложившийся торф практически водонепроницаем и его Кф близкий к Кф глин. С инженерно-геологической точки зрения торфы относятся к слабым, к сильно и неравномерно деформируемым грунтам, обладающим очень изменчивыми свойствами, неблагоприятными для строительства.

Засоленными называются грунты , содержащие солевые включения в количестве. Влияющем на их физико-механические свойства. Они характеризуются степенью засоленности, под которой, в соответствии с ГОСТом 25100-95, понимается содержание легко и среднерастворимых солей в % от массы абсолютно сухого грунта. К легко растворимым солям относятся хлориды, бикарбонаты, карбонат натрия, сульфаты; к среднерастворимым гипс и ангидрит. Присутствие солей в грунтах приводит к изменению их прочности, сжимаемости, водопроницаемости, размокания, набухания, угла естественного откоса, липкости. При водонасыщении и увлажнении засоленные грунты теряют прочность, проявляют дополнительные суффозионные деформации, набухание, просадку и повышают агрессивность подземных вод. Растворенные компоненты выносятся водой в случае его фильтрационного движения, а в случае затрудненного оттока переходят а поровый раствор. Кроме того, в лессовых породах суффозионные процессы, в особенности на склонах, могут привести к образованию пустот и пещер. Это явление носит название лессовый карст, который может выражаться на поверхности земли в виде суффозионно-провальных воронок.

Основными типами засоленных грунтов являются солончаки - формируются в пониженных формах рельефа с близким к поверхности залеганием уровня грунтовых вод; Солонцы – формируются на более высоких отметках местности и располагаются как в поверхностных так и в более глубоких гори зонтах, такыры представляют собой значительные площади глинистых грунтов с малой влажностью, твердой консистенцией, легко размокают и обладают большой липкостью.

ПРОСАДОЧНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ЛЕССОВЫХ ГРУНТАХ

Лессовые породы занимают большие площади территории России, залегая на различных геоморфологических элементах земной поверх­ности. Сплошным покровом лессовые породы располагаются в цент­ральных и южных районах, на Западно-Сибирской низменности. Лессовые породы отсутствуют в поймах речных долин и на молодых террасах рек. Широкое распространение лессовые образования имеют на предгорных и горных равнинах (Предкавказье, склоны Северного Кавказа, Предалтайская равнина, склоны Алтая и др.).

Толщина лессовых отложений колеблется от нескольких до десят­ков метров, а в отдельных случаях даже более 100 м (Восточное Предкавказье). Наиболее распространенная толщина лессовых отло­жений 10-25 м, максимальная встречается, как на водоразделах, так и в понижениях рельефа.

Лессовые породы представлены суглинками, реже - супесями. Среди них различают лесс (первичное образование) и лессовидные суглинки (переотложенные первичные образования). Гранулометриче­ский состав их нередко бывает сходным, поэтому в строительном деле целесообразно пользоваться единым названием «лессовые грунты», подразделяя их по гранулометрическому составу на супеси, суглинки, глины. Для лессов типична однородность. Лессовидные суглинки обычно слоисты и могут содержать обломки различных пород.

Лессовые грунты бывают палевой, палево-желтой или желто-бурой окраски. Для них характерны следующие особенности: способность сохранять вертикальные откосы в сухом состоянии, быстро размокать в воде, высокая пылеватость (содержание фракции 0,05-0,005 мм более 50 % при небольшом количестве глинистых частиц), невысокая природная влажность (до 15-17 %); пористая структура (более 40 %) с сетью крупных и мелких пор, высокая карбонатность, засоление легко водорастворимыми солями.

Природная влажность лессовых грунтов связана, в основном, с климатическими особенностями районов. В областях недостаточного увлажнения влажность составляет не более 10-12 % (Восточное Пред­кавказье и др.). В более влажных районах она достигает 12-14 % и более.

Для лессовых толщ характерна анизотропность фильтрационных свойств. Водопроницаемость лессовых пород по вертикали нередко в 5-10 раз превышает значения водопроницаемости по горизонтали. При поступлении воды в лессовые толщи образуются скопления верховодок (или грунтовых вод) куполообразного залегания. Такая форма подземных вод в настоящее время свойственна многим участ­кам, где постоянно происходят утечки промышленно бытовых вод (Ростов-на-Дону, Таганрог и др.) Изменение влажности лессовых грунтов серьезно сказывается на сжимаемости, просадочности и сопротивлении сдвигу грунтов.

Среди лессовых пород по характеру влияния на них увлажнения различают: набухающие, непросадочные, просадочные. Набухающие лессовые породы встречаются редко. Обычно эти плотные и наиболее глинистые разновидности с содержанием в составе фракции менее 0,005 мм гидрофильных минералов типа монтморил­лонита. Величина набухания структурных образований достигает 1-3%, реже- 5-7%.

Непросадочные лессовые породы при замачивании и приложении нагрузок просадочных свойств не проявляют. Такие породы свойст­венны пониженным частям рельефа и наиболее северным районам распространения лессовых отложений. Непросадочными также явля­ются нижние части лессовых толщ и участки, ранее претерпевшие значительное обводнение.

Просадочность - явление, характерное для многих лессовых пород. На рис. 131 показан наиболее характерный случай геологического строения лессовой толщи, в верхней части которой залегают грунты, обладающие просадочными свойствами. Просадка связана с воздейст­вием воды на структуру пород с последующим ее разрушением и уплотнением под весом самой породы или при суммарном давлении собственного веса и веса объекта. Уплотнение пород приводит к опусканию поверхности земли в местах замачивания водой.

Рис. 131.

1- здание; 2- породы просадочные; 3 - то же непросадочные; 4-грунтовая вода; 5- участок, где появилась просадка.

Форма опускания зависит от особенностей источника замачивания. При точечных источниках (прорыв водопроводной сети, канализации и т. д.) образуются блюдцеобразные понижения. Инфильтрация воды через траншеи и каналы при­водит к продольным оседани­ям поверхности. Площадные источники замачивания, в том числе и при поднятии уровня подземных вод, при­водят к понижению поверх­ности на значительных территориях.

Вследствие опускания по­верхности земли здания и со­оружения претерпевают де­формации, характер и размер которых определяется вели­чинами просадок S, (рис. 133). Величина оседания поверхности (величина про­садки) может быть различной и колеблется от нескольких до десятков сантиметров, что зависит от особенностей замачивания толщи. Напри­мер, в Ростове-на-Дону просадка может составить 15-20 см, а в районе Терско-Кумской оросительной системы на Северном Кавказе -100- 150 см.

Рис. 133. Деформация здания (схема) на лессовых грунтах в результате просадки: 1- здание; 2 - лессовый грунт; S - величина просадки

Структура лессовых грунтов по своей прочности неодинакова рис.134. В одних случаях просадка происходит в основном в пределах деформируемой зоны основания от давления фундамента или другого вида внешней нагрузки, а просадка от собственного веса грунта отсутствует или не превышает 5 см.. Такие породы относят к I типу по просадочности. Грунты II типа просадочности, когда просадка возникает от собственного веса грунта просадочной толщи (в основном нижней ее части) и ее величина превышает 5см.

Рис. 134. Соотношение мощности просадочных и непросадочных грунтов в лессовых толщах I и II типа: П- грунты просадочные; Н - то же. Непросадочные

Важное значение в проявлении просадочного процесса имеет струк­турная прочность лессовых грунтов. При слабых и легко водораство­римых структурных связях просадка возникает через несколько часов, что характерно для фунтов I типа. Структуры фунтов I типа обычно более прочные. Кроме длительного, в течение ряда дней, воздействия водой для их разрушения необходимо более высокое давление (собст­венный вес грунта и вес здания, стоящего на нем). Из этого следует, что просадочный процесс возникает лишь при некотором для данного грунта давлении. Это давление назвали начальным просадочным давлением (P SL ). Для пород I типа оно составляет 0,13-0,2 МПа, для II типа -0,08-0,12 МПа. Значение начального просадочного давле­ния определяет деформируемые зоны в лессовой просадочной толще. В этих зонах происходит просадочное уплотнение пород. На рис. 135 показано, где образуются деформируемые зоны в породах I и II типа. В первом случае просадочная деформация возникает под фундаментом в зоне I Во втором случае, кроме зоны 1, просадка возникает еще в зоне 3, где она проявляется под действием собственного веса породы. В ряде случаев зона 2 вообще отсутствует и зона 1 сливается с зо­ной 3 .

Рис. 135. Деформационные зоны в просадочных породах I и II типа: Ф - фундамент; 1 - верхняя деформируемая зона; 2 - переходная зона; 3 - нижняя деформиру­емая зона; П - породы просадочные; Н -то же, непросадочные

За количественную характеристику просадочности принимают ве­личину относительной просадочности грунта Е sl , которую опреде­ляют в лаборатории по отдельным образцам, взятым из лессовой толщи. Образцы отбирают через 1 м или из различных слоев породы с сохранением структуры и природной влажности. Величины Е sl полу­чают по результатам лабораторных компрессионных испытаний

E sl = h – h 1 \ h 0

где h - высота образца с природной влажностью при заданном давлении; h 1 - высота образца после просадки в результате замачивания при том же давлении; h о -высота образца грунта при давлении, равном природному.

Начальное просадочное давление Рпр - минимальное давление, при котором проявляется просадочность в условиях полного водонасыщения грунта. При лабораторных исследованиях за Рпр принимают такое давление, при котором относительная просадочность равна 0.01

При значениях E S l более 0,01 породу относят к просадочной. По величине E SL отдельных образцов опреде­ляют общую величину просадки S пр данной лессовой толщи.

В полевых условиях величину S np определяют методом штампа, который размешают на глубине подошвы будущего фундамента и передают на него необходимое давление и замачивают породу. Такого типа определения дают наиболее точные результаты.

Тип грунтовых условий (I или II) устанавливают на основе лабо­раторных испытаний по расчетной величине Snp , но более точные результаты можно получить лишь в полевых условиях путем замачи­вания лессовых толщ в опытных котлованах и наблюдением за про­садкой по реперам

При определении величины просадочной деформации грунта не следует забывать об осадке. Под весом сооружения грунт несколько уплотняется, происходит осадка сооружения. Величина осадки в зна­чительной степени зависит от природной влажности грунта-чем больше влажность грунта, тем больше он сжимается и тем больше величина осадки. Просадка проявляется уже как дополнительное к осадке уплотнение. Таким образом, деформация грунта складывается из «осадки - просадки». Для конкретных условий эта величина обыч­но постоянная. Соотношение между осадкой и просадкой может меняться. В более сухих грунтах осадка будет уменьшаться, а просадка возрастать, и наоборот.

Строительство на лессовых просадочных грунтах. В состоянии природной влажности и ненарушенной структуры лессовые грунты являются достаточно устойчивым основанием. Однако потенциальная возможность проявления просадки, что приводит к деформациям сооружений, требует осуществления различного рода мероприятий. Все мероприятия подразделяются на три группы:

водозащитные – отвод поверхностных вод, гидроизоляцию поверхности земли, устранению утечек воды из водопровода,

конструктивные - приспособление объекта к различным неравномерным осадкам, повышение жесткости стен, армирование зданий поясами, применение свайных, а так же уширенных фундаментов, передающих давление на грунт меньше чем Р. Маломощные просадочные грунты Н прорезаются глубокими фундаментами, в том числе свайными

устраняющие просадочные свойства пород-поверхностное уплотнение трамбовкой, замачиванием через скважины с последующим взрывом под водой.

ИНЖЕНЕРНО - ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НЕСВЯЗНЫХ ГРУНТОВ .

Песчаные грунты сложены угловатыми и окатанными обломками минералов, размером от 2 до 0,05 мм. Основная масса песков состоит из кварца и полевых шпатов. В качестве примесей всегда присутствуют другие минералы - силикаты, глинистые и т. д. Пески на поверхности земли имеют широкое распространение, как на суше (речные и озерные пески), так и в морях (морские пески). Морские пески занимают большие площади, имеют многометровую мощность, чаще всего хоро­шо отсортированы по крупности частиц, нередко бывают мономинеральными, например, чисто кварцевыми. Речные пески (аллю­виальные) всегда локальны по площади распространения, маломощны, поли минеральны, не отсортированы, нередко имеют примесь глини­стых частиц и гумуса. Еще более разнообразны по своему залеганию и составу пролювиальные (предгорные) пески. Для них типично пересла­ивание песков с различной крупностью частиц. По форме залегания это прослои и линзы среди крупнообломочных грунтов.

Пески представляют собой массу частиц с механическими связями. Все дисперсные грунты состоят из частиц одной или, чаще всего нескольких фракций. Под фракцией понимается группа частиц определенного размера, обладающих некоторыми достаточно постоянными общими физическими свойствами. Под гранулометрическим составом понимается количественное соотношение различных фракций в дисперсных породах, т.е. гранулометрический состав показывает, какого размера частицы и в каком количестве содержатся в той или иной породе. Его определение ведется ситовым методом или отмучиванием. Содержание фракций при этом выражается в % по отношению к массе высушенного образца. Гранулометрический состав изображается в виде графика, по которому можно судить об однородности породы по крупности частиц. По крупности частиц пески разделяют на гравелистые, крупно-, сред­не- и мелкозернистые, пылеватые. На свойства песков влияют не только крупность и минеральный состав частиц, но и однородность их грансостава, от которого зависит их плотность сжимаемость, водопроницаемость.

Пористость песков в рыхлом состо­янии около 47 %, а в плотном-до 37%- Чем мельче песок, тем выше пористость, тем меньше поры по размеру, отсюда и фильтрационная способность песков уменьшается с уменьшением размеров его частиц. Рыхлое сложение легко переходит в плотное при водонасыщении, вибрации и динамических воздействиях. Плотность песков оценивается по значению коэффици­ента пористости е: плотное сложение (е < 0,60), средней плотности и рыхлое (е > 0,75). В табл. 22 и 23 показаны нормативные характери­стики песков четвертичного возраста.

Нормативные значения С, кПа, ф, град и Е, МПа, песков четвертичного возраста

Фундаментом называется конструкция подземной части здания,через которую передаются нагрузки (вес) от вышележащих конструкций (стен, перекрытий и др. - собственный вес) и от людей, оборудования, мебели (так называемую полезную нагрузку - на основание, т. е. на грунт . Основания зданий бывают двух видов - естественные и искусственные.

Естественным основанием считается грунт , залегающий под фундаментом и имеющий несущую способность, обеспечивающую устойчивость здания и допустимые по величине и равномерности нормативные осадки. Всякий грунт, способный по своим свойствам служить естественным основанием для возведения на нем необходимого сооружения, называется материком.

Искусственным называется грунт , который не обладает достаточной несущей способностью и который требуется искусственно упрочнять (трамбованием, уменьшением его влажности и плывучести, химическими добавками) или заменять.

Конструкции фундаментов всегда зависят от характера основания. В большинстве случаев для загородных одно-трехэтажных жилых домов-коттеджей достаточно несущей способности естественного основания.

Карта сезонного промерзания грунтов. (в см.)

Для прочности и долговечности дома, предохранения его от сверхнормативных просадок и перекосов, важно определить, на какую глубину надо закладывать фундаменты. Вопреки широко бытующему мнению далеко не всегда фундаменты должны быть массивными и глубокими, а следовательно, более трудоемкими и дорогими. Во многом это зависит от вида грунта.

Наибольшую опасность для дома представляет весеннее вспучивание грунта: имеющиеся в почве пустоты и поры заполняются водой, которая зимой замерзает, а образовавшийся лед, увеличиваясь в объеме, при оттаивании верхних слоев земли выжимает фундамент наверх, что приводит к неравномерным осадкам, перекосам, разрушениям дома.

Повышенная влажность в сочетании с минусовой температурой грунта и является причиной его промерзания. А поскольку, превращаясь в лед, вода увеличивается в объеме приблизительно на 10%, возникает подъем (пучение) слоев почвы в пределах глубины промерзания. Грунт стремится вытолкнуть фундамент из земли в зимний период и, наоборот, “затягивает” при таянии льда весной. Причем это происходит неравномерно по периметру фундамента и может повлечь за собой его деформацию и даже появление трещин, а те - разрушение. Силы вспучивания способны приподнять почти любой коттедж, правда в разных местах участка с разной интенсивностью (около 120 кН на 1 м2). Обуздать их можно только грамотным исполнением фундамента.

Общеизвестна конструкция фундамента высотой ниже уровня промерзания. В этом случае его нижняя плоскость (подошва) опирается на слои никогда не промерзающего грунта. Но опыт многолетних наблюдений показал, что такая конструкция эффективна лишь при нагрузке свыше 120 кН на 1 пог. м ленточного фундамента, то есть для довольно тяжелых кирпичных и каменных 2-3-этажных строений. При легких стенах из бруса, обшиваемого деревянного каркаса, вспененного бетона нагрузка составляет лишь 40-100 кН/пог. м. А значит, силы прилегающих слоев грунта, действующие на фундамент при пучении, могут все равно вызвать его деформацию, но уже за счет сил трения. Кроме того, в случае нетяжелых домов несущая способность глубокого фундамента зачастую используется лишь на 10-20%, то есть 80-90% материалов и средств, вкладываемых в работы нулевого цикла, расходуются впустую.

Все типы грунтов принято разделять на две большие группы:

• грунты пучинистые;
• грунты непучинистые.

К пучинистым относят глинистый, песчаный пылеватый и мелкий, а также крупнообломочные, содержание глинистого заполнителя в котором превышает 15%. Песчаный пылеватый грунт с высокой влажностью называют плывуном и не используют в качестве основания из-за его низкой несущей способности. Крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем, пески гравелистые, крупные и средние, не содержащие глинистых фракций, считаются непучинистыми при любом уровне грунтовых вод (УВГ). В случае строительства на пучинистом грунте всегда руководствуются нормативной (расчетной) глубиной промерзания.

Грунты оснований зданий и сооружений подразделяют на четыре основные группы: скальные, крупнообломочные, песчаные и глинистые.

Скальные грунты - извержённые, метаморфические и осалочные породы с жёсткими связями между зёрнами (спаянные и сцементированные), залегающие ввиде сплошного или трещиноватого массива. Если грунты скальные, то они прочны, не сжимаются, водоустойчивы и морозостойки (если они без трещин и пустот), не размываются и, следовательно, не вспучиваются. На них можно закладывать фундамент - цоколь - непосредственно по выровненной поверхности. Такие грунты под коттеджи встречаются очень редко.

Крупнообломочные грунты - несцементированные грунты, содержащие более 50% по массе обломков кристалических и осадочных пород с частицами размерами более 2 мм (щебень, галька, гравий, валуны). Они являются хорошим основанием, если они лежат плотным слоем, и не подвержены размыванию:

• Гравий (дресва) – зерна размером от горошины до мелкого ореха (от 2 до 40мм) составляют больше половины по массе. Между ними более мелкое заполнение. Гравий имеет частично окатанные формы, дресва – с острыми краями.
• Галька (щебень) – зерна размером больше ореха (от 40 до 100 мм) составляют более половины по массе. Между ними – мелкое заполнение. Галька – окатанной формы, щебень – остроугольной.
• Валуны - размер в диаметре более 100мм.

Песчаные грунты - сыпучие в сухом состоянии грунты, содержащие менее 50% по массе частиц крупнее 2мм и не обладающие свойством пластичности, в основном состоят из частиц крупностью от 0,05 до 2 мм и различаются на гравелистые, крупные, средней крупности и пылеватые. Чем крупнее и чище песок, тем большую нагрузку он может нести и при достаточной мощности и равномерной плотности слоя представляет хорошее основание для зданий.

• Песок пылеватый напоминает пыль или жесткую муку типа крупчатой, отдельные зерна в массе трудно различимы (от 0,005 до 0,05 мм).
• Песок мелкий имеет зерна, слабо различимые глазом, песок средней крупности, в основной массе имеет зерна размером с просяное.
• Крупный песок имеет большое количество зерен размером с гречневую крупу.

Крупнообломочные и песчаные грунты (кроме пылеватых с крупностью частиц от 0,05 мм) имеют хорошую, большую водопроницаемость и поэтому не выпучиваются при замерзании. В связи с этим независимо от уровня зимнего стояния грунтовых вод и глубины промерзания фундаменты при непучинистых песчаных и крупнообломочных грунтах следует закладывать на небольшую глубину, но не менее 0,5 м от поверхности спланированной земли. При определении уровня стояния грунтовых вод следует учитывать, что летом и весной он значительно повышается, а зимой понижается.

Глинистые грунты - связаные пластичные грунты (в основном смесь песка и глины) содержат очень мелкие частицы (меньше 0,005 мм), имеющие в большинстве чешуйчатую форму и тонкие многочисленные капилляры, которые легко всасывают воду. В большинстве случаев глинистые грунты легко увлажняются и разжижаются, при промерзании происходит увеличение их объема - пучение. Глина в сухом состоянии твердая в кусках, во влажном – вязкая, пластичная, липкая, мажется. При растирании между пальцами песчаных частиц не чувствуется, комочки раздавливаются очень трудно, песчинок не видно.При скатывании в сыром состоянии образуется в длинный шнур диаметром менее 0,5 мм; а при сдавливании шарик превращается в лепешку, не трескаясь по краям; при резке ножом в сыром состоянии имеет гладкую поверхность, на которой не видно песчинок.

Пылевато-песчаные грунты с примесью очень мелких глинистых частиц, разжиженные водой, называют плывунами. Они не пригодны для использования в качестве естественного основания, так как имеют большую подвижность и очень низкую несущую способность.

Суглинком называется грунт, при наличии в смеси от 10 до 30% глинистых частиц, комья и куски в сухом состоянии менее тверды, при ударе рассыпаются на мелкие куски, во влажном состоянии имеют слабую пластичностьилипкость; при растирании чувствуются песчаные частицы, комочки раздавливаются легче, ясно видны песчинки на фоне тонкого порошка; при скатывании в сыром состоянии длинного шнура не получается, он рвется; шар, скатанный в сыром состоянии, при сдавливании образует лепешку с трещинами по краям.

Супесью называется грунт, при наличии от 3 до 10% глинистых частиц . Супесь – в сухом состоянии комья легко рассыпаются и крошатся от удара, непластична, преобладают песчаные частицы, комочки раздавливаются без удара, почти не скатываются в шнур; шар, скатанный в сыром состоянии, при легком давлении рассыпается.

В таких грунтах глубину заложения фундаментов определяют исходя из глубины промерзания грунта и уровня стояния грунтовых вод в период замерзания. При низком уровне стояния грунтовых вод (ниже глубины промерзания на 2 м и более) почва имеет малую влажность и глубину заложения фундаментов можно устраивать близко от поверхности земли, но не менее 0,5 м.

Если расстояние от спланированной поверхности земли до уровня грунтовых вод меньше глубины промерзания, то подошву фундамента следует закладывать на глубину промерзания или даже на 0,1 м глубже. Глубину заложения фундаментов внутренних стен, колонн и перегородок в регулярно отапливаемых зданиях (с температурой помещений не ниже +10°С) можно принимать равной 0,5 м, независимо от глубины промерзания грунтов.

Расчетную глубину промерзания под фундаменты наружных стен регулярно отапливаемых зданий уменьшают по сравнению с ее нормативным значением: на 30% - при полах на грунте; на 20% - при полах на лагах по кирпичным столбикам и на 10% - при полах на балках.

Так что не экономьте копейки, проверьте грунты. Как правило, отбор грунта осуществляется с помощью ручного зонда в шурфах глубиной до 5 м для малоэтажного деревянного дома и до 7-10 м - для кирпичного или каменного. Шурфов требуется не менее четырех (в первую очередь по углам будущего строения).