Виды грунтов и их физико-механические свойства

Грунтами называют горные породы, находящиеся в сфере инженерного воздействия человека, т. е. самые верхние слои земной коры. Грунты по строительной классификации делят на скальные и нескальные.

Скальные грунты. К скальным грунтам относятся грунты, имеющие прочную связь между частицами. В зависимости от природы этой связи различают спаянные и сцементированные скальные грунты. В спаянных грунтах эта связь существует непосредственно между зернами минералов, появившихся в период образования породы, а в сцементированных породах отдельные частицы грунта соединяются между собой посредством твердого минерального вещества, называемого естественным цементом. Сцементированные скальные породы, как правило, слабее спаянных. Их прочность зависит не только от прочности составных частиц породы, но и от вида цемента и процесса цементации. Наиболее прочным естественным цементом является кремнистый, менее прочным — известковый, затем гипсовый.

Скальные грунты являются весьма надежными основаниями для самых различных зданий и сооружений при достаточной мощности слоя. Особой прочностью отличается монолитная скала без карстовых полостей и других природных нарушений. Для многих видов зданий и сооружений вполне пригодной является и трещиноватая разборная скала, предварительно упрочненная цементным раствором.

Непригодными в качестве оснований для зданий и сооружений считаются гипсы, ангидриды и другие грунты, легко растворяющиеся под воздействием воды. При строительстве на таких разновидностях скальных пород их также следует упрочнять путем нагнетания в полости или трещины песчано-цементного раствора, а отдельные каверны заполнять бетоном.

Скальные грунты используют в качестве основания под здания и сооружения, если они залегают на глубине не более 6 м. Сравнительно близкое залегание скальных пород от поверхности земли дало возможность в ряде районов США возводить здания в 100 и более этажей.

Крупнообломочными грунтами называют отложения наиболее крупных обломков горных пород размером 2-200 мм в поперечнике. К ним относятся щебенистые (неокатанные) и дресвяные (окатанные), галечниковые и гравийные грунты. Если крупнообломочные грунты хорошо уплотнены и по условиям залегания не вызывают сомнения в их устойчивости на перемещение, то они являются надежными основаниями.

Представителями каменных образований с диаметром более 200 мм являются валуны, если они окатаны, и камни, если они имеют шероховатую поверхность и угловатость, в группу крупнообломочных грунтов они не входят.

Пески различного происхождения, но с достаточной плотностью сложения являются хорошими основаниями для зданий и сооружений. Чем крупнее песок, тем выше при прочих равных условиях его несущая способность. Песчаные грунты легко поддаются разработке. Пески, находящиеся в насыщенном водой состоянии, обладают способностью перемещаться при приложении нагрузки. Особенно это свойственно мелкозернистым и пылеватым пескам. Пески сравнительно быстро уплотняются под действием нагрузки, и стабилизация осадки возводимых на них зданий и сооружений заканчивается почти полностью в период их постройки.

Глинистые грунты. В отличие от песчаных глинистые грунты пластичны. Под пластичностью грунтов следует понимать способность их при приложении нагрузки изменять свою форму без образования трещин и сохранять эту новую, приданную им форму после удаления нагрузки. Пластичность глинистого грунта зависит от содержания в нем глинистых частиц. Чем больше в грунте содержится глинистых частиц, тем пластичнее будет грунт и выше его число пластичности. По строительным нормам и правилам глинистые грунты делят на супеси, суглинки, глины. Наибольшее количество глинистых частиц содержит глина, меньше — суглинки, еще меньше — супеси.

Коэффициент фильтрации глинистых грунтов весьма мал. Типичные глины и некоторые разновидности суглинков практически считаются водоупором. Разработка глинистых грунтов сравнительно легка.

Характерной особенностью глинистых грунтов является их склонность к набуханию, пучению и усадке, что связано с их структурными особенностями и степенью увлажнения. В летнее время года при увлажнении глинистые грунты набухают, т. е. увеличиваются в объеме, а при уменьшении влаги — сокращают свой первоначальный объем. В зимний период года в результате замерзания воды, находящейся в порах глинистого грунта, и подсоса грунтовой воды к замерзающему массиву грунта из нижележащих водонасыщенных пластов, происходит его пучение. Это явление следует учитывать при проектировании и строительстве зданий и сооружений, основаниями которых будут служить глинистые грунты. Кроме того, следует иметь в виду, что процесс уплотнения глинистых грунтов под нагрузкой идет весьма медленно, а осадка зданий и сооружений длится продолжительное время, исчисляемое иногда десятилетиями.

Несущая способность глинистых грунтов различна. Глинистые грунты могут находиться в шести состояниях: текучем, текучепластичном, пластичном, мягкопластичном, тугопластичном, твердом, полутвердом и твердом.

Глинистые грунты, находящиеся в твердом или пластичном состояниях, могут служит надежным основанием для зданий и сооружений. Нормативное давление на основания (МПа): из глинистых грунтов — 0,1-0,6; суглинков — 0,1-0,3; супесей — 0,2-0,3; песков — 0,4-0,6 и крупнообломочных грунтов — 0,35-0,0.

Растительные, засоленные грунты, илы, торфянистые и насыпные грунты служить основаниями для зданий и сооружений не могут. Эти грунты следует удалять или прорезать сваями. Специального подхода к оценке грунтов требуют вечномерзлые грунты и лессовые образования. Серьезные неприятности строителям могут причинить грунты, залегающие в оползневых склонах.

Эрозионная устойчивость. Тонкозернистые грунты подвергаются как водной, так и ветровой эрозии. Вероятность эрозии возрастает при обнаженной поверхности фунта (при отсутствии естественной или культурной растительности). Вероятность ветровой эрозии значительно меньше у влажных, сильно связных и крупнозернистых фунтов. Водная эрозия особенно опасна для крупных склонов, сложенных из крупнозернистых пород, поверхность которых не защищена от доступа воды и частицы которых не связаны какими-либо органическими материалами или корневой системой растительности. Место сопряжения искусственного сооружения со склоном становится тем Местом, где начинается эрозия, так как именно здесь происходит свод поверхностного стока.

Значение pH характеризует кислотность или щелочность грунта, влияющую на характер растительности и скорость коррозии бетона и стали, находящихся в земле. Значение pH 7 указывает на нейтральность грунта, pH 7 означает, что грунт имеет кислую реакцию, а pH 7,7 характерно для щелочных грунтов.

Коррозионная активность. Хотя значение pH в значительной степени определяет коррозионную активность грунта по отношению к стали и бетону, но есть и другие факторы, влияющие на этот процесс. Скорость коррозии бетона сильно зависит от солевого состава грунта. Высокое содержание сульфатов особенно опасно для бетонов, за исключением случаев применения сульфатостойких бетонов или устройства гидроизоляции; последний способ ненадежен, так как гидроизоляция подвержена разрушению под воздействием грунта. Коррозия стали, находящейся в земле, может быть вызвана блуждающими токами или контактом стали с материалом, имеющим противоположный электрический потенциал. Грунтовые воды, особенно кислые, понижают электрическое сопротивление, тем самым способствуя коррозии. Защита от коррозии может осуществляться изоляцией металла от окружающей среды, созданием электрического соединения стали с материалом, корродирующим быстрее стали (такой материал называется жертвенный анод, либо пропусканием через металлические конструкции электрического тока для того, чтобы изменить его электрический потенциал по отношению к грунту (эта технология называется катодной защитой).

Содержание органики. Когда содержание органики в почве высокое (количество органических веществ превышает 10%), грунт обычно считается плохим основанием, потому что грунты с высоким содержанием органики (например, торф) сильно сжимаемы и очень влагоемки. Органика повышает эрозионную устойчивость грунта. Содержание органики обычно рассматривается вместе 6о значением pH и содержанием глины при определении характера высаживаемой растительности.

Коренные горные породы обычно служат хорошим основанием для фундаментов сооружений, хотя наличие зон выветривания или слоистость строения может значительно уменьшить несущую способность таких пород по сравнению с монолитными породами. Разработка коренных пород может быть весьма дорогостоящей, особенно на небольших участках, поэтому объемы земляных работ в таких фунтах рекомендуется сводить до минимума. Важно также избегать при проектировании посадки одних фундаментов на коренные породы, а других — на мягкие, осадочные, так как при этом возможна неравномерная осадка, если не будут приняты специальные меры (забивка свай в фунт и нижерасположенный слой коренной горной породы).

При инженерно-геологических изысканиях очень важно обратить внимание на наличие валунов или зон выветривания. Поэтому разведочное бурение часто производят на глубину ниже крыши коренных пород. Глубина бурения зависит от предполагаемой нагрузки и серьезности проблем, которые могут возникнуть в период эксплуатации здания.

Геологический разрез. Поскольку грунты часто включают сильные и слабые зоны, необходимо знать их расположение, так как от этого зависит глубина заложения фундаментов, определяемая несущей способностью основания. Если зона слабых грунтов расположена выше сильных, то в процессе эксплуатации фундаменты могут дать опасную осадку. Поэтому бурить следует ниже отметки заложения фундаментов. Как правило, эта дополнительная глубина должна в два раза превышать ширину подошвы фундаментов и для зданий должна составлять по крайней мере 3 м. Возможное поведение основания под воздействием нагрузки определяют различными методами. Простейший — это приложение нагрузки в горизонтальном и вертикальном направлениях при соотношении нагрузок 1:2; несущая способность грунта на каждом уровне определяется по расчетному уменьшению давления от фундамента при увеличении площади распределения испытательной нагрузки.

Стабильность склонов. Если здание расположено на склоне и если при его строительстве приходится делать значительные выемки грунта или если производится обваловка здания, то важно знать, насколько стабилен склон и какие углы откосов наиболее безопасны для проведения земляных работ и обеспечивают стабильность склонов. Оползание склонов возможно при их заболоченности, при воздействии потоков воды или слишком большой глубины выемки, при которой нарушается зона слабых пород и оползень происходит вдоль их залегания или вокруг подошвы холма. Обычно стабильность склона нарушается под воздействием сильных дождей или землетрясений. Для строительства чаще используют пологие склоны, потому что вероятность оползней в период строительства на них меньше, чем на крутых.

Тепловые характеристики грунта обычно не принимаются во внимание при проведении геологических изысканий. Это, вероятно, происходит потому, что для обычных зданий они имеют меньшее значение. Теплопроводность грунта больше зависит от влажности, чем от типа грунта; например, теплопроводность влажного грунта может быть в семь раз выше теплопроводности очень сухого. Эта информация вместе с информацией о типе грунта может быть использована для определения теплопроводности и теплопроницаемости грунта.

 

 

 

 


Fatal error: Call to a member function build_links() on a non-object in /var/www/p61424/data/www/aocmmo.com/wp-content/themes/aocmmo/footer.php on line 24