Виды грунтов

Грунтами называют любые горные породы, залегающие преимущественно в пределах зоны выветривания земли и являющиеся объектам инженерно-строительной деятельности человека. Состав грунта, сформированного в верхних слоях земной коры, зависит от горных пород, органических веществ, воды, воздуха, продуктов хозяйственной деятельности человека. Физические и механические свойства грунтов играют роль в их характеристиках, влияя на пригодность их использования в различных сферах. Для определения типа фундамента нужно обязательно учитывать величину необходимых нагрузок строения на грунт в процессе эксплуатации здания. В зависимости от состава и свойства грунтов рассчитывается стоимость и технология строительных работ. Выбор подходящей техники и оборудования позволяет сэкономить не только материальные ресурсы, но и сделать труд рабочих более простым.

Содержание статьи:

• Классификация
• Разновидности искусственных грунтов
• ГОСТ 25100-2011
• Лёссовые грунты
• Органоминеральные и органические грунты 
• Методы укрепления грунтов
• Определение грунта по внешнему виду

Классификация 

Природные грунты из-за действия воды, воздуха, смещения плит и разрушения горных пород литосферы. В гранулометрический состав, образовавшегося материала входят монолитные части с редкими трещинами и глина вместе с гумусом. Основные сферы применения:

• Сельскохозяйственные работы;
• Ландшафтный дизайн (разбивка клумб, парковых зон);
• Посадка цветов

Земля с гумусом применяется для садово-огородных работ, благоустройства, рекультивации, озеленения. Питательный грунт согласно ГОСТ Р 53381-2009 готовят специально из множества компонентов, смешивая в разных пропорциях, например, плодородную почву, торф. В начале строительства всегда проводится анализ природного грунта. Минимальное воздействие на их основании имеют построенные дороги. некоторые влияния изменяют их, поэтому они переходят в категорию техногенных. природные грунты после перевозки или обработки человеком становятся техногенными. Искусственный грунт образуется также под действием человека. Антропогенные грунты, в том числе культурные исторические слои со старинными предметами, изучаемые археологами, также могут быть образованы из промышленных шлаков. 

Разновидности искусственных грунтов:

• Техногенно измененные в месте природного образования — разрушение плодородной почвы связано с внесением химикатов и загрязнением отходами.
• Переотложенные — сначала грунт изменяется в месте залегания путем взрыва и выкапывания песка из карьера экскаваторами. Затем добытый грунт перемещается на другое место для очищения от примесей, сортировки по фракциям. 

Грунты отличаются в основном наличием органики. Количество органических веществ влияет на состав и ценность питательных грунтов.    Строительные грунты применяют в качестве материала чтобы:

• приготовить бетон и площадки
• засыпать котлованы, траншеи, ямы 

Грунты используются в качестве естественного основания под фундаменты зданий, дороги, пешеходные зоны. Техногенные грунты, прошедшие дополнительную обработку для дальнейшего применения в строительстве имеют щебень, отсев.

ГОСТ 25100-2011

По ГОСТ 25100-2011 грунты с гранулометрическим составом бывают:

• Скальными
• Дисперсными
• Мерзлыми.

Прочными считаются скальные, а также гранит, сланцы, но наиболее распространенными – дисперсные грунты— минеральные разногенетические пески в виде пылеватого песка, лёссовых грунтов и рыхлые крупнообломочные накопления, например, валуны. Помимо гранулометрического состава, можно определить такие характеристики, как плотность, влажность благодаря некоторым способам.  Особенности скальных грунтов: они служат основанием благодаря высокой прочности при сжатии, однако главными трудностями при строительстве дома являются сложная разработка, возможность бокового сдвига, проблемное бурение твердых горных пород, фундамент можно выполнять прямо на поверхности.  Хотя прочность у нескальных почв значительно ниже, чем у скальных, но строительство на участках с таким типом почвосмеси наиболее предпочтительно. Конгломератами являются грунты, имеющие в составе до 50% крупных обломков минералов, которые не сильно сцементированы. На участке с полускальными грунтами в процессе проектов необходимо учитывать особенности грунтов, например, можно строить коттеджи с фундаментом из арматуры и цемента.  Пески удобно выкапывать, но размер зерен, плотность и насыщаемость водой влияют на несущую способность. Фракция размером от 0,1 до 2 мм не подходит для строительства. Чем крупнее и однороднее фракция песка, тем прочнее основание. После утрамбовки песка образуется достаточно жесткая подушка для фундамента.  Песок очень хорошо пропускает воду, поэтому для строительства имеет значение, чтобы залегание грунтовых вод было ниже уровня промерзания.  Сыпучие породы достаточно надежные основания для сооружений со сравнительно небольшими вертикальными нагрузками  Состав глины не бывает однородным из-за песчаных прослоек. Глиняные пласты содержат влагу, расширяющуюся при замерзании. Неравномерное распределение влаги деформирует грунт и приводит к разрушениям элементов строительных конструкций.  Суглинки — хрупкий в сухом состоянии и непластичный во влажном состоянии грунт. Он легко крошится, может входить мелкий гравий, размер которого не превышает 15 мм. Суглинки обладают средней влагоудерживающей способностью. Главная опасность суглинков, супесей и глины с песчаными слоями заключается в легком размывании водой. Плывуны не годятся для строительства.  Часто грунты бывают проблемными из-за потери прочности от внешних воздействий, например, насыщенность водой и их примесями. Существуют следующие типы грунтов:

• Мерзлые и вечномерзлые
• Карстующиеся 
• Лессовые 
• Органические 
• Набухающие
• Слабые водонасыщенные глинистые
• Насыпные 

Мерзлые грунты делятся на постоянные и временные. В мерзлых грунтах температура ниже нуля, поэтому в них содержатся льды. Когда грунт находится в замерзшем состоянии более 3 лет, то приобретает технические характеристики вечномерзлого грунта. При таянии происходят изменения структуры и физико-механических свойств, которые приводят к появлению жидких грунтов. Основной особенностью класса мерзлых грунтов во время таяния считается просадка с масштабным уменьшением объема грунта. Перед строительством фундамента необходимо определить тип грунта, чтобы рассчитать возможные нагрузки Известняки — грунты, в составе которых встречаются скальные осадочные карбонатные породы, без намокания — прочные, а из-за грунтовых вод это свойство теряется. Большая пористость и низкая плотность у ракушечников, у другой разновидности низкая пористость при плотной структуре. Коэффициент прочности у первых в сотни раз ниже, чем у вторых. В состав мергеля входит известняк и глина. Известняк в качестве основания для фундамента опасно использовать, несмотря на то что это скальный грунт. Поскольку вода способна сформировать большую воронку, и размыть известняк, относящийся к карстующимся породам (также как гипс, доломит), которые растворяются от воздействия поверхностных и подземных вод и происходит карстовый провал.

Лёссовые грунты, лёссы, лессовые суглинки

Лёссовые породы залегают под почвенным слоем и считаются структурно-неустойчивыми грунтами (но не все из них просадочные). В лессовых грунтах с буро-желтой, светло-желтой или светло-коричневой окраской обычно содержится много макропор из-за большего количества воздуха по сравнению с твердыми частицами, поэтому пористость составляет до 60%. Если больше 60%, то мелкие пылеватые грунты с большим количеством глины, по сравнению с песком. Лёссовые суглинки в отличие от типичных лёссов имеют темную, иногда красновато-бурую окраску из-за большего содержания глины, поэтому они менее пористые и более плотные, менее просадочные. У лессовых отложений при увлажнении теряется прочность, возникает просадка с деформацией. По причине низкой водостойкости в связях между частицами, лёсс быстро размокает и дает неравномерные осадки.

Органоминеральные и органические грунты 

Торфяники -слабые грунты из-за низкой прочности. В торфе в отличие от заторфованного грунта содержится больше 50% органических веществ. Основу заторфованного грунта составляют песок и глина. Для торфа и заторфованного грунта с высокими свойствами насыщения водой, сильной сжимаемостью, медленным выпадением в осадок, подвергающимися деформации от нагрузок, подземные воды представляют агрессивную среду. Помимо разделения по наличию торфа органоминеральные и органические грунты бывают:

• Открытыми, находящимися у поверхности;
• Погребенными, располагающимися слоями или линзами на глубине массива;
• Искусственно погребенными

Качество торфяных грунтов зависит от степени разложения растительных остатков – гумуса. Важное значение имеет характер залегания торфосодержащих пород. Напластование с торфом и заторфованными грунтами представляет собой наихудший вариант основания из-за деформаций и просадок. Сапропель – порода с содержанием ила и торфа, показатель должен быть более 10%. На сильнозаторфованных грунтах, торфах, сапропели фундаменты не возводят. Необходимо укрепить неустойчивые органические и органикоминеральные грунты согласно требований раздела 6.4 СП 22.13330.2011. Набухающие грунты- глиносодержащие грунты, объем которых увеличивается при взаимодействии с водой, после высыхания происходит усадка. влажность на пределе текучести, пластичность высокая. Пески и супеси практически не набухают, суглинки и глины подвержены этому свойству. Изменение уровня грунтовых вод вызывает набухание с последующей просадкой грунта из-за уменьшения объема после высыхания. Принимают меры предотвращения усадок грунта в соответствии с разделом 6.2 СП 22.13330.2011. 

Методы укрепления грунтов 

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

Насыпные грунты относятся к техногенным грунтам из-за нарушенной структуры. Основными свойствами являются:

• неравномерность сжимания, 
• деформации из-за вибрационных нагрузок, замачивания;
• постепенное самоуплотнение
• зависит от физико-механических свойств насыпных грунтов  

Повышают прочность насыпных грунтов с помощью уплотнения используя:

• трамбовку, укатку, гидровиброуплотнение
• грунтовые подушки
• свайной фундамент
• химические способы, например, силикатизация

Засоленные грунты при фильтрации воды подвергаются выщелачиванию. Вода растворяет соли, способствуя увеличению пористости. Основания грунтов в конечном итоге подвержены суффозионной осадке. При увлажнении засоленных грунтов изменяются их плотность, деформируемость и водопроницаемость. 

Определение грунта по внешнему виду

Порода в сухом состоянии

• Твёрдая глина в кусках, от удара раскалывается на комья с большим трудом, так же, как и растереть в порошок.
• Суглинки в виде твердых комьев и кусков, от удара рассыпаются на мелкие осколки. От растирания в руках из массы легко откалываются комочки и образуется неоднородный порошок. с малым количеством песка. 
• Из-за слабо сцепленных частиц комья супеси легко рассыпаются между рук в процессе растирания ощущается неоднородность порошка с наличием песка. пылеватая супесь в растертом состоянии похожа на сухую муку.
• Песок рассыпающаяся масса, от растирания в руках чувствуется песчаная масса с крупными частицами песка.

Состояние влажной породы

• Глина становится пластичной, липкой и мажущейся. В форме шара от надавливания трещин не образуется. В процессе раскатывания -прочный и длинный шнур диаметром < 1 мм. 
• Суглинки становятся пластичнее. В форме шара от надавливания получается лепёшка с трещинами по краям. Длинный шнур не образуется.
• Супесь — слабо пластичная Образованный шар от лёгкого надавливания рассыпается. в шнур практически не скатывается и легко распадается на кусочки.
• Песок из-за избытка воды приобретает текучее состояние, в шар и шнур не скатывается.