В недавно опубликованной статье «Свойства грунтов, влияющие на тип и глубину заложения фундаментов» мы в максимально доступной форме рассказали начинающим индивидуальным застройщикам о важнейших с точки зрения строительной науки свойствах грунтов, без понимания которых не стоит предпринимать каких-либо действий, связанных с проектированием и устройством фундаментов.

Сегодня мы продолжим «грунтовую» тему и разберемся с типологией и базовой классификацией грунтов оснований, используемой специалистами при проектировании, строительстве и инженерных изысканиях.

Итак, в современной инженерно-строительной практике различают следующие основные виды грунтов:

Скальные грунты

Скальными называют грунты, характеризующиеся наличием жестких (кристаллических) структурных связей между частицами. В естественных условиях они представляют собой твердые и прочные породы, залегающие вблизи или непосредственно на поверхности земли в виде сплошных однородных или трещиноватых массивов.

В большинстве случаев скальные грунты легко отличить от нескальных по внешнему виду. Главной же их особенностью является то, что ввиду значительной прочности скальные основания практически не сжимаются под действием того диапазона нагрузок, который характерен для большинства объектов промышленно-гражданского строительства.

Рис.1. Скальные грунты. Здания на скальных грунтах

Скальные грунты достаточной мощности, при отсутствии крупных внутренних пустот, трещин и расслоений являются прекрасным основанием практически для любого сооружения. Более того, в отдельных случаях скальные породы сами могут выполнять роль фундамента, т.к. их несущей способности обычно оказывается достаточно для того, чтобы «держать» относительно небольшое сооружение, просто поставленное сверху. Так, например, знаменитые своей высотой нью-йоркские небоскребы стоят не на сваях, а на естественном основании, сложенным скальными грунтами.

Крупнообломочные грунты

Под воздействием комплекса физических факторов (воды, ветра, сейсмических колебаний, циклов попеременного оттаивания-замораживания и т.п.) скальные породы со временем разрушаются, превращаясь из монолита в рыхлую массу. Этот процесс называется выветриванием и начинается с образования в скале трещин и пустот, первое время не влияющих на прочность и целостность массива. Но их дальнейшее развитие (которое может длиться веками) постепенно приводит к разрушению структурных кристаллических связей между твердыми частицами, результатом чего становится расслоение некогда прочной и целостной скальной породы на множество отдельных самостоятельно работающих фрагментов различной крупности. Так в результате естественного разрушения (выветривания) скальных пород появилась следующая категория грунтов, получивших название крупнообломочных.

Согласно пункту 3.15 ГОСТ 25100-2011, к данной категории относятся грунты, в объеме которых содержится более 50% минеральных частиц крупностью от 2 до 200 мм. Так же как и скальные, крупнообломочные грунты довольно легко идентифицируются по внешним признакам. Как видно из Рис.2, они состоят из обломков выветрившихся осадочных скальных пород, щебня, гальки и гравия.

Рис.2. Крупнообломочные грунты в «чистом виде» (без заполнителя)
(валунный — галечниковый — щебенистый)

В зависимости от крупности преобладающих зерен все тот же ГОСТ 25100-2011 определяет следующие разновидности крупнообломочных грунтов:

  валунный / глыбовый — >50% частиц размером >200 мм;
  галечниковый / щебенистый — >50% частиц размером >10 мм;
  гравийный / дресвяный — >50% частиц размером >2 мм.

На Рис.2 представлены фото невыветрелых крупнообломочных грунтов в «чистом» виде, т.е. не имеющих в своем составе песчано-глинистых заполнителей. Такие грунты являются надежным основанием для фундаментов малоэтажных домов. Им не страшны ни морозное пучинистые процессы, ни высокий уровень грунтовых вод, а прочность их сопоставима с прочностью многовековых скальных пород. Расчетное сопротивление «чистых» крупнообломочных грунтов лежит в диапазоне 500-900 кПа, чего вполне достаточно, чтобы держать вес кирпичного 2-3 этажного здания со сборными железобетонными перекрытиями. Так что, если на вашем участке у дневной поверхности залегает мощный слой такого грунта — считайте, что вам крупно повезло!

Однако, в «чистом» виде крупнообломочные грунты встречаются крайне редко, по крайней мере на территории РФ это уж точно. В большинстве случаев в их составе помимо «каменной» основы присутствует еще и мелкая составляющая, представленная включением песчаного или глинистого заполнителя (см. Рис.3).

Рис.3. Крупнообломочные грунты с наличием песчано-глинистого заполнителя

Если на единицу массы крупнообломочного грунта приходится свыше 40% песчаного и 30% глинистого заполнителя к его названию принято добавлять приставку, соответствующую видовой принадлежности частиц заполнителя. Полное наименование грунта в этом случае записывается следующим образом: «Галечниковый (щебенистый) грунт с песчаным / пылевато-глинистым заполнителем».

Наличие в составе крупнообломочных грунтов песчано-глинистых примесей отрицательно сказывается на их прочности, а в некоторых случаях ставит под сомнение целесообразность использования их в качестве основания фундаментов. Так, если расчетное сопротивление не выветрелых крупнообломочных грунтов в «чистом» виде лежит в пределах 500-900 кПа, то при наличии в их составе песчаного или глинистого заполнителя величина сопротивления уменьшается до 350-600 кПа.

Усредненные значения расчетного сопротивления грунта R₀ (при показателе текучести I_L от 0,25 до 0,75) составляют:

 Галечниковые (щебенистые) грунты с заполнителем:

При наличии в крупнообломочном грунте более 40% песчаного заполнителя или более 30% пылевато–глинистого заполнителя от общей массы сухого грунта в наименовании грунта учитывается только мелкая составляющая грунта, т.к. именно она определяет несущую способность грунта. Подобный грунт будет пучинистым, если мелкая составляющая — глина или мелкий пылеватый песок.

Песчаные грунты

Пески также являются продуктом распада скальных пород и представляют собой несвязные (несцементированные) грунты, в составе которых содержится более 50% частиц размером 0,05-2 мм. Ввиду отсутствия сцепления между частицами, пески относят к сыпучим грунтам с числом пластичности близким к нулю. Степень деформируемости (сжимаемости под нагрузкой), а, следовательно, и величина допускаемого давления на песчаные основания находятся в сильной зависимости от их плотности, крупности и степени водонасыщения (влажности).

Рис.4. Пески (гравелистый/крупный — средней крупности — мелкий)

В зависимости от размера частиц и их процентного содержания на единицу объема пески бывают следующих видов:

  гравелистый — >25% частиц размером >2 мм;
  крупный — > 50% частиц размером >0,5 мм;
  средней крупности — > 50% частиц размером >0,25 мм;
  мелкий — > 70% частиц размером >0,1 мм;
  пылеватый — 0,1 мм.

В такой же последовательности пески располагаются и с точки зрения прочности. Чем крупнее фракции песка, тем он прочнее, т.е. сможет воспринимать большую нагрузку, не давая сверхнормативных осадок. Крупные и средне-крупные пески под нагрузкой деформируются незначительно даже во влажном состоянии. Кроме того, они не подвержены морозному пучению, что делает их идеальным основанием для устройства популярных сегодня мелкозаглубленных и незаглубленных фундаментов. Рекомендуемая глубина заложения фундамента на участках, сложенных такими грунтами, составляет 0,3-0,6 м.

Мелкие и, в особенности, пылеватые пески (размером частиц 0,005-0,1 мм), в отличие от крупно- и средне- зернистых, имеют невысокую прочность и склонны удерживать в себе воду, вследствие чего сложенное такими грунтами основание будет испытывать долговременную осадку, которая может продолжаться многие годы. Рыхлые пылеватые и мелкие пески при избыточном увлажнении начинают очень быстро терять первоначальную плотность и прочность вследствие вымывания мелких частиц грунта потоком воды. При этом особенно губительным для строительных свойств грунта будет Особенно о

В целом песчаные грунты считаются хорошим основанием для различных зданий и сооружений.

Глинистые грунты

Самая большая и, безусловно, самая сложная и неоднозначная категория грунтов, требующая тщательного и всестороннего исследования. В отличие от крупнообломочных и песчаных, глинистые грунты характеризуются наличием устойчивых физико-химических структурных связей между частицами, в силу чего их относят к классу связных грунтов. В их составе могут встречаться как пылеватые, так и глинистые частицы (в объеме более 3%). По генезису глинистые грунты чаще всего относятся к отложениям элювиального и делювиального периодов, появившихся в результате химического и физического разрушения выше рассмотренных крупнообломочных и песчаных грунтов, с последующим перемешиванием и гидратацией (химическая реакция, возникающая при воздействии воды).

Рис.5. Глинистые грунты

Вид глинистого грунта устанавливается по числу пластичности Jp. Согласно пункту 3.6 ГОСТ 25100-2011, называться глинистыми имеют право все связные грунты с числом пластичности Ip > 0.01. В эту категорию попадают глины, суглинки и супеси.

Глинистые грунты способны сжиматься, размываться, а замерзая — вспучиваться, увеличиваясь в объеме. Так например, залегающая у поверхности толща неуплотненной водонасыщенной глины при замерзании может увеличиваться в объеме на 15-20%. Вместе с тем, в твердом и относительно сухом состоянии и глины, и суглинки и супеси часто оказываются пригодными для использования в качестве основания фундаментов даже больших и тяжелых сооружений. Однако качество и надежность такого основания всегда может измениться в худшую сторону вследствие резкого увеличения влажности (например, при аварийном замачивании техногенными водами).

Продолжение следует…