Грунт является жизненно важным компонентом строительных проектов, однако его часто упускают из виду или воспринимают как должное. На самом деле грунт играет важную роль в успехе любого строительного проекта. От обеспечения структурной поддержки до выполнения роли естественного фильтра для загрязняющих веществ, грунт обладает множеством преимуществ, которые делают ее бесценным ресурсом в процессе строительства.
Грунт в строительном деле, слой горных пород, служащий основанием сооружения. Свойствами грунтов, характеризующими их как основания, являются: сжимаемость под нагрузкой, способность сопротивляться сдвигам и выдавливанию из-под сооружения, способность впитывать и отдавать, воду, связность, влияние воздействия воды, водопроницаемость, размываемость, растворимость, стойкость против выветривания и др. Этими свойствами определяются система основания сооружения, размеры фундаментов и способ производства работ.
Основными типами являются: скальные, сцементированные, щебенистые, конгломераты, рыхлые, щебенистые, галечные гравелистые, пески, глины, суглинки, лёсс, илистые, торфяные и насыпные.
Скальные, представляющие сплошные изверженные кристаллические породы, отличаются высоким сопротивлением, ничтожной сжимаемостью, стойкостью по отношению к воде и водонепроницаемостью, поскольку слои не разбиты трещинами. Скальные, представляющие осадочные породы, являются слоистыми образованиями. Сюда относятся песчаники, кремнистые породы, углекислые-породы, мергели, глинистые сланцы. Сам материал в большинстве практически водонепроницаем, поскольку слои не разбиты трещинами. Обычно осадочные скальные породы разбиты трещинами.
Песчаники представляют пески, зерна которых сцементированы каким-либо веществом. В зависимости от цементирующего вещества различают: кремнистые песчаники и кварциты, известковые глинистые, битуминозные, слюдистые и песчаники с гипсом. В зависимости от плотности и рода цемента определяются свойства песчаников по отношению к воде. Из кремнистых пород наиболее часто встречаются кремнистые сланцы, нерастворимые в воде, и трепелы, распадающиеся в воде в порошок. Углекислые породы представлены обширной группой известняков, мелом, мрамором и доломитом. Наиболее слабые разновидности — мел и глинистый известняк, распадающиеся в воде. Сжимаемость известняков мала, водонепроницаемость обусловливается трещиноватостью. Некоторые известняки растворимы в воде, что ведет к образованию каверн. В большинстве известняки впитывают воду.
Мергели представляют переход от известняков к глинам. Плотность мергелей различна. Менее плотные впитывают значительное количество воды, размягчаются и легко выветриваются.
Глинистые сланцы легко выветриваются, размягчаются от увлажнения.
Каменный щебень, скатывающийся с гор, скапливается в каком-либо месте и сцементированный затем веществами, выделенными промывающей его водой, образует брекчии. Сжимаемость брекчий невелика; сопротивление сдвигам вследствие остроугольности щебня и соединения цементом значительное, однако род цементирующего вещества имеет большое значение. При глинистом заполнении вода действует размягчающим образом. Конгломераты подобны брекчиям, но представляют скопление галек и гравия; вследствие округлости каменного материала они менее сопротивляются сдвигам, чем брекчии. Рыхлый горный щебень, галечник и гравелистые отличаются большей подвижностью и водопроницаемостью, чем сцементированные; они являются опасными основаниями в сейсмических местностях при наклонном залегании.
Пески представляют скопление зерен диаметром менее 2 мм и являются продуктом измельчения скальных горных пород. Различают пески горные с остроугольными зернами, речные и морские с окатанными зернами. Дюнные пески, переносимые ветром, имеют размеры зерен 0,1—0,4 мм. Наиболее часто встречаются пески кварцевые. Пески встречаются в разрыхленном и плотном состоянии, отчего зависят их сжимаемость и сопротивление сдвигам. Степень водопроницаемости песков зависит от крупности их частиц. Тонкозернистые пески отличаются малой водопроницаемостью. Песок легко размывается водой. Очень мелкие пески с водой отличаются большой подвижностью.
Зернистые в зависимости от крупности частиц имеют различные наименования. Пористость песков колеблется от 30 до 50%. Чистые, плотные пески при увлажнении и высыхании не изменяют объема. Под нагрузкой песок сжимается быстро, но незначительно.
Глина является продуктом разрушения и химического распада кристаллических полевошпатовых пород, причем частицы, из которых состоят глины, представляют мельчайшие чешуйки. Глина может впитывать большое количество воды, в зависимости от влажности бывает в состоянии твердом, пластичном или текучем. Глины практически водонепроницаемы. При увлажнении глина разбухает, при высыхании уменьшается в объеме.
Галька . . ................. .........5,00 м/м
Гравий ..................... ........5,00—2,00 м/м
Песок очень крупный ......2,00—1,00 м/м
Песок крупный . . . . .........1,00—0,50 м/м
Песок средний ................ 0,50—0,20 м/м
Песок мелкий .................. 0,20—0,10 м/м
Песок тонкий.....................0,10—0,05 м/м
Пыль крупная ....................0,05—0,01 м/м
Пыль тонкая ......................0,01—0,005 м/м
Глина...................................< 0,005 м/м
Влажная глина сильно сжимаема. Осадка под нагрузкой протекает длительно. Сопротивление сдвигам зависит от влажности и при большой влажности незначительно; в твердом же состоянии глина отличается большим сопротивлением сдвигу, что объясняется сцеплением (капиллярным натяжением воды, заполняющей поры). Суглинки представляют смеси глины с песком.
Лёсс представляет эоловые отложения, т. е. отложения частиц, перенесенных ветром. Мельчайшие частицы пыли могли задерживаться только на пространствах, покрытых травой; в противном случае они были бы увлечены дальше. Отмиравшие корни растительности обусловили пористое в вертикальном направлении строение лёсса. Количество пылевидных частиц в лёссе достигает 75%, остальное — преимущественно глина, известь и железо. Пористость — до 50%. Лёсс проницаем для воды в вертикальном направлении, значительно менее проницаем в горизонтальном направлении, в воде распадается, чем объясняется его свойство давать значительные осадки при увлажнении. Весьма часто встречается суглинок лёссовидной структуры. В России лёсс или лёссовидные суглинки имеют большое распространение. При разрушении структуры путем увлажнения и уплотнения лёссовые грунты становятся практически водонепроницаемыми.
Илистые представляют пыль с органическими примесями, сильно насыщаются водой и дают в этом состоянии большие осадки под нагрузкой. Илистые принадлежат к числу слабых грунтов, водопроницаемость имеют малую, но быстро разрыхляются при фильтрации в благоприятных для нее обстоятельствах и могут вытекать вместе с водой.
В отношении глин, суглинков и илистых для определения их качества как грунт оснований особенно существенное значение имеют их влажность и пористость; то же в отношении песков — их пористость.
Торфяные отличаются весьма большой сжимаемостью, а в сухом состоянии — горючестью. В исключительных случаях на грунтах с влажными торфяными прослойками сооружения возводятся; но как правило эти грунты непригодны для естественных оснований сооружений.
Насыпные являются результатом деятельности человека и отличаются неопределенностью состава, будучи почти всегда весьма рыхлыми. В последнее время в связи с бурным развитием промышленного и жилищного строительства в России насыпные грунт используются в качестве оснований с предварительным уплотнением или принятием конструктивных мер в самих сооружениях.
Одна из разновидностей насыпных грунтов — нарефулированный песок — является хорошим основанием, т. к. в этом случае песок уплотняется действием фильтрующейся через него сверху вниз водой.
Главные типы грунтовых оснований и их свойства.
|
Обозначение групп
|
После высушивания
|
При встряхивании высушенной пробы с водой
|
После повторного высушивания и пропитывания водой
|
На открытом пламени
|
|
Волокнистые органические массы
|
—
|
—
|
Сжимается и разбухает
|
Сгорает
|
|
Плотная устойчивая порода
|
—
|
Без изменения
|
Без изменения
|
Без изменения
|
|
Крошащаяся порода
|
—
|
—
|
Распадается на более мелкие куски
|
—
|
|
Частично сцементированное скопление зерен
|
Образует связанную б. или м. твердую массу
|
Распадается лишь отчасти на более мелкие куски
|
—
|
—
|
|
Несцементирован. скопление зерен, связанных сцеплением
|
—
|
Распадается вполне на отдельные зерна
|
—
|
Без изменения
|
|
Аморфные органические массы
|
—
|
—
|
—
|
Сгорает вполне или отчасти
|
|
Скопление зерен, не связанных сцеплением
|
Состоит из отдельных зерен
|
—
|
—
|
—
|
Свойство грунта сопротивляться сдвигам до известной степени характеризуется углом естественного откоса (что наиболее справедливо для песков). Свойства одного и того же грунта могут резко меняться в зависимости от того, имеет ли он температуру выше или ниже 0°. Особенно это относится к грунтам, насыщенным водой. Последние в мерзлом состоянии являются водонепроницаемыми и в отношении способности нести нагрузку приобретают характер скалы.
Обширные пространства севера России покрыты слоем вечной мерзлоты, т. е. грунта никогда не оттаивающего в этих местах на некоторой глубине. В зависимости от того, сохраняется мерзлота под сооружениями или последняя будет растоплена, способность грунта нести нагрузку будет совершенно различна.
Глинистые влажные - при замерзании имеют способность вспучиваться. По этой причине в пределах глубин промерзания не может быть использован как основание под сооружение за исключением неответственных сооружений при наличии; скальных и сухих песчаных грунтов. При сколько-нибудь значительных размерах сооружений в плане весьма важна равномерность грунтов в горизонтальных направлениях. Изложенное показывает, насколько существенно важно тщательное изучение грунтов при возведении сооружений.
Существенно важно знать, образовались ли изучаемые слои путем смыва грунта дождевыми водами со склонов возвышенности или они являются отложениями двигавшихся в свое время ледников; являются ли рассматриваемые слои отложениями реки, образовавшей из увлеченных ею наносов широкую пойму и откладывавшей их в различных местах в зависимости от уменьшения скорости течения и рода грунта, смытого в вышерасположенных частях, или же это эоловые или морские отложения и т. п.
Некоторые категории грунтов вызывают особые затруднения при возведении на них сооружений. С этой стороны д. б. отмечены в первую очередь грунты, дающие значительные осадки, притом зависящие от увлажнения. Представителями этого рода являются, вообще говоря, суглинки делювиального происхождения и особенно лёссовидные. Характерной их особенностью является большая пористость. Однако кроме пористости самым важным свойством их являются комковатость делювиальных суглинков и специальная структура лёссовидных.
И тот и другой состоит из агрегатов, причем поры в агрегатах одного порядка величины с частицами, а поры между агрегатами-комочками одного порядка с величинами агрегатов. По этой причине при нагрузке происходит уплотнение комочков между собой. Большая пористость обусловливает проникание воды в весь объем при увлажнении. При дополнительном увлажнении таких грунтов под нагрузкой комочки становятся более пластичными или распадаются, и происходит резкое уплотнение их с резкой осадкой.
Не являются исключением и делювиальные суглинки с большим количеством щебня и плиткообразных кусков, обычные в горных местах. Такие грунты трудны для разработки и производят впечатление с высокими несущими способностями. Однако это объясняется тем, что при разработке лом или кайла попадает при ударе на плитки значительных размеров, которые опираются хотя и на рыхлый комковатый суглинок, но способный без заметной осадки испытать незначительное давление от силы удара, распространенной на большую площадь. При нагрузке же от сооружения комковатый рыхлый суглинок сминается и дает большие осадки, еще более возрастающие, если грунт будет замочен.
Описанные грунтов требуют к себе внимания при проектировании, возведении и эксплуатации сооружений. Вторая категория — значительные толщи сильно влажных глин и илов. Большие осадки этих грунтов через некоторое время приводят сооружение в существенно отличное положение от первоначального, причем от величины отдельных частей сооружения и их весов зависят скорость и величина осадки и кренов при неравномерной нагрузке.
Указанные обстоятельства создают значительные трудности при проектировании сооружений на таких грунтах, не говоря уже о трудностях, сопряженных с производством работ по возведению сооружений. И наконец третья категория - обладающих свойствами, затрудняющими их использование как грунт оснований для сооружений, это — плывуны.
