Краткая классификация грунтов

Строителям часто встречаются грунты, состоящие из смеси песчаных, пылеватых и глинистых частиц. Наибольшее влияние на свойства грунтов оказывают глинистые частицы, поэтому грунты принято классифицировать в зависимости от их количества.

Глина, суглинок, супесь (различия)

Рыхлые осадочные грунты, состоящие из глины и песка, классифицируются по содержанию в них глинистых частиц: (Слайд)

Глина - более 30%. Глина очень пластичная, хорошо скатывается в шнур (между ладонями). Скатанный из глины шар сдавливается в лепешку без образования трещин по краям: тяжелая - более 60%; обычная - от 30 до 60% с преобладанием глинистых частиц; пылеватая - от 30 до 60% с преобладанием песка.

Суглинок - от 10% до 30% глины. Этот грунт достаточно пластичен, при растирании его между пальцами не чувствуются отдельные песчинки. Скатанный из суглинка шар раздавливается в лепешку с образованием трещин по краям: тяжелый - от 20 до 30%; средний - от 15 до 20%; легкий - от 10 до 15%.

Супесь (супесок) - менее 10% глины. Является переходной формой от глинистых к песчаным грунтам. Супесь наименее пластичная из всех глинистых грунтов; при ее растирании между пальцами чувствуются песчинки; она плохо скатывается в шнур. Скатанный из супеси шар рассыпается при сдавливании.

Глины, суглинки и супеси называют пылевато-глинистыми грунтами и при наличии в них преобладающего по массе количества пылеватых частиц к их наименованию добавляют слово «пылеватые».

Наличие в грунтах гальки, гравия, органических веществ, растворимых солей и других включений, отражающееся на свойствах этих грунтов, также отмечается в их наименовании. Поскольку определение содержания пылеватых и глинистых частиц сопряжено с довольно сложными анализами, пылевато-глинистые грунты классифицируют по числу пластичности, указывающему в какой степени грунт способен проявлять свойства пластичности.

Классификация грунтов (простейшая).

Свойства твердых (минеральных) частиц зависят от размеров. Классификация твердых частиц приведена в таблице.

Глинистые частицы по химическому анализу существенно отличаются от остальных, их форма чешуйчатая и игольчатая.

Происхождение грунтов

Магматические горные породы (скальные грунты) образовались при остывании магмы, а также в результате горообразовательных процессов. Вследствие физического и химического выветривания они постепенно превращались в рыхлые горные породы. Раздробленные частицы горных пород перемещались в пониженные части поверхности земли, где откладывались (по пути измельчаясь), образуя осадочные породы. В некоторых случаях при большом давлении и повышении температуры осадочные породы подвергались метаморфизму, так образовались метаморфические (скальные) породы. Если в процессе горообразования они оказались близко к поверхности земли, то под воздействием химического выветривания образовывали крупноскелетные или мелкодисперсные грунты.

Грунтами строители называют верхние слои коры выветривания литосферы и относят к ним скальные, полускальные и рыхлые горные породы. В большинстве случаев верхние слои земной коры сложены крупнообломочными, песчаными, пылевато-глинистыми, органогенными и техногенными грунтами. Ниже поверхности земли эти дисперсные грунты имеют почти повсеместное распространение. Поэтому в дальнейшем будем называть их грунтами и особо отмечать скальные и полускальные грунты.

Большая часть дисперсных грунтов образовалась в результате накопления продуктов физического и химического выветривания. Некоторые грунты возникли вследствие отложения органических веществ (торф и др.), а также в результате искусственной отсыпки или намыва различных материалов (техногенные отложения). В процессе физического выветривания образовались крупнообломочные и песчаные грунты. Результатом химического и частично биологического выветривания являются минералы, составляющие мелкодисперсную часть пылевато-глинистых грунтов.

В зависимости от условий образования различают грунты континентальные и морские. К континентальным относят элювиальные, делювиальные, пролювиальные, аллювиальные, дельтовые, латунные, эоловые и все виды ледниковых отложений, к морским — все накопления из материала, приносимого в море поверхностными водными потоками и образующегося при переработке морских берегов волновым прибоем.

Из-за различий в условиях образования и последующих процессов диагенеза свойства грунтов весьма разнообразны. В ряде случаев наблюдается разнообразие свойств и у грунтов одного и того же происхождения. В связи с этим грунты являются телами неоднородными как по глубине, так и по простиранию слоя. Виды и генетические типы грунтов приведены на схеме 1 и в таблице 1.1.

Схема 1. Виды грунтов

Таблица 1.1 - Генетические типы грунтов

Типы грунтов	Обозначение
Аллювиальные (речные отложения)	aL
Озерные	l
Озерно-аллювиальные	lа
Делювиальные (отложения дождевых и талых вод на склонах и у подножия возвышенностей)	d
Аллювиально-делювиальные	ad
Эоловые (осаждения из воздуха): эоловые пески, лёссовые грунты	L
Гляциальные (ледниковые отложения)	g
Флювиогляциальные (отложении ледниковых потоков)	f
Озерно-ледниковые	lg
Элювиальные (продукты выветривания скальных и полускальных пород, оставшимися на месте своего образования и сохранившими структуру и текстуру исходных пород)	е
Элювиально-делювиальное	ed
Пролювиальные (отложения бурных дождевых потоков в горных областях)	p
Аллювиально-пролювиальные	ap
Морские – илы, заторфованные грунты, пески, галечники	m

Составные части грунтов

В большинстве случаев грунты состоят из трех компонентов: твердых частиц (твердых тел), воды (жидкого тела) и воздуха или иного газа (газообразного тела), т. е. составные части грунта находятся в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном. Соотношение этих компонентов обусловливает многие свойства грунтов.

Если грунт состоит из твердых частиц, все поры между которыми заполнены водой, то он является двухкомпонентной (двухфазной) системой. Иногда такой грунт называют грунтовой массой. В большинстве же случаев в грунте, кроме твердых частиц и воды, имеется воздух или иной газ, либо растворенный в поровой воде или находящийся в виде пузырьков, окруженных поровой водой, либо свободно сообщающийся с атмосферой. Такой грунт является трехкомпонентной (трехфазной) системой.

В мерзлом грунте, кроме того, содержится лед (пластичное тело). Он придает грунту специфические свойства, которые приходится учитывать, особенно при строительстве в районах распространения вечномерзлых грунтов. Мерзлый грунт является четырехкомпонентной (четырехфазной) системой.

В некоторых грунтах присутствуют органические вещества в виде растительных остатков или гумуса. Наличие даже сравнительно небольшого количества таких веществ в грунте (свыше 3% в песках и 5'% в пылевато-глинистых грунтах), существенно отражается на его свойствах

Состав грунтов

Грунт является трехкомпонентной средой, состоящей из твердой, жидкой и газообразной компоненты.

Рис. 2. Состав грунта

Твердая, жидкая и газообразная компоненты находятся в постоянном взаимодействии, которое активизируется в результате строительства.

Твердые частицы грунтов состоят из породообразующих минералов с различными свойствами:

- минералы инертные по отношению к воде;

- минералы растворимые в воде;

- глинистые минералы.

Жидкая составляющая присутствует в грунте в 3-х состояниях:

- кристаллизационная;

- связанная;

- свободная.

Газообразная составляющая в самых верхних слоях грунта представлена атмосферным воздухом, ниже – азотом, метаном, сероводородом и другими газами.

Однако, свойства грунтов могут резко изменяться в зависимости от состояния.

Например, глина: в при увлажнении может находиться в текучем состоянии при прочности Р = 0,5 кг/см² = 0,05 МПа, а при высыхании эта же глина может перейти в твердое состояние с прочностью Р = 500 кг/см² = 50 МПа. Нужно уметь правильно запроектировать любое сооружение вне зависимости от изменчивости свойств грунтов оснований.

Требования к основаниям и фундаментам.

Фундамент–это подземная часть сооружений, которая воспринимает нагрузку от его надземной части и передает ее на основание (Слайд).

Основанием называют толщину грунтов, на которых возводится сооружение и в которых возникают напряжения и деформации от передаваемых на них нагрузок.

Рис. 3. Схема расположения фундамента

В настоящее время возводятся все более высокие здания и тяжелые сооружения. Кроме того, в промышленных зданиях часто устанавливается уникальное оборудование, не допускающее сколько-нибудь ощутимых взаимных смещений. То и другое заставляет предъявлять особые требования к основаниям и фундаментам, что обусловливает удорожание строительства, так как нагрузку от фундаментов приходится передавать на более плотные грунты. Однако при правильном прогнозе совместной деформации грунтов и конструкций возводимого сооружения можно найти решение, обеспечивающее требуемую надежность, Поэтому перед специалистами стоят задачи разработки методов прогноза с требуемой точностью совместной деформации надземных конструкций и основания. Наиболее сложно решаются вопросы передачи нагрузки на основание при реконструкции зданий и предприятий.

Строителям все чаще приходится заглублять различное оборудование в грунт и даже устраивать подземные этажи. В таких случаях грунты не только воспринимают давление от сооружений, но и сами создают нагрузку на боковые поверхности заглубленных в грунт конструкций, т. е. являются средой, в которой приходится возводить такие конструкции. Это расширяет задачи, решаемые при устройстве подземных частей сооружений. Таким образом, при проектировании и возведении фундаментов и заглубленных в грунт частей сооружений инженер-строитель должен правильно оценивать инженерно-геологические условия площадки строительства, уметь решать задачи не только с позиции совместной работы сооружений с основаниями, но и в части оценки грунтов как среды, в которой возводятся конструкции.

Фундаменты, являются неотъемлемой частью любого здания и большинства сооружений, значительно отличаются по своей работе от остальных строительных конструкций. Задача фундаментов состоит в том что бы обеспечить передачу нагрузки от строения на грунты основания. Под воздействием нагрузок от сооружения грунт, в основном, работает на сжатие и на сдвиг, что приводит к деформациям основания и осадкам зданий.

Таким образом, задача проектирования во многом состоит в «приспособлении» сооружения к геологическим условиям площадки строительства и в комплексном рассмотрении системы «основание - фундамент - сооружение». Особенностью проектирования системы «основание - фундамент» является недостаток исходной информации, характеризующей основание в целом и каждого слоя в отдельности. В связи с этим проектирование фундаментов всегда сопряжено с риском, оценить который не всегда представляется возможным. Вместе с тем ошибки при проектировании могут привести к потере устойчивости или развитию недопустимых деформаций основания сооружения.

Подземная часть здания и сооружения представляет собой две взаимосвязанные системы «фундамент» - «грунтовое основание», зависящие от конструктивных особенностей надземного сооружения (способа передачи нагрузки, материалов конструкций, пространственной жесткости, назначения и т. д.).