Виды и типы грунтов: фото основных разновидностей грунтов, физические свойства, виды воды в грунтах

ВОДА В ГРУНТАХ, ЕЕ ВИДЫ И СВОЙСТВА

Вода в грунтах находится в различных видах и состояниях (парообразном, жидком и твердом). Это обусловливает изменение свойств грунтов при изменении содержания в них влаги. Например, кусок глины в сухом состоянии обладает свойствами твердого тела, а при увлажнении приобретает пластичные свойства, т.е. может изменять свою форму без разрыва сплошности (целостности) под действием нагрузки. Основываясь на работах А.Ф. Лебедева, Е.М. Сергеева и др., классификацию воды, содержащуюся в порах грунта, можно представить в следующем виде:

  • • вода в форме пара;
  • • связанная вода: прочносвязанная, рыхлосвязанная;
  • • свободная вода: гравитационная, капиллярная;
  • • вода в твердом состоянии;
  • • кристаллизационная вода.

Воды в форме пара в грунтах содержится не более 0,001% массы грунта. Однако она играет большую роль в процессах, протекающих в грунтах. Такая вода способна перемещаться в грунте как вместе с газообразным компонентом (воздухом), так и самостоятельно — под влиянием разности упругости пара или зон с большей температурой грунта независимо от расположения этих зон.

Из физико-химических представлений известно, что при понижении температуры грунта удельная поверхностная энергия минеральных частиц возрастает и, следовательно, возрастает притяжение молекул воды и растворенных в ней веществ к поверхности частиц. Поэтому в грунте при понижении температуры меняется количественное соотношение объемов имеющихся видов воды. В частности, молекулы парообразной воды попадают в более сильное поле свободной поверхностной энергии минеральных частиц в зависимости от первоначальной влажности. В то же время при повышении температуры грунта количество парообразной воды увеличивается за счет изменения энергетических связей между поверхностью минеральных частиц и водными молекулами. Часть молекул прочносвязанной воды, утрачивая силовое притяжение поверхностной энергии минеральных частиц, приобретает свойства рыхлосвязанной воды, а часть молекул рыхлосвязанной воды переходит в свободную воду.

Связанная вода по своим свойствам резко отличается от свободной. Чем больше удельная поверхность частиц, тем большее количество воды будет находиться в связанном состоянии. По своим свойствам она существенно отличается от обычной свободной воды, так как средняя плотность составляет от 1,2 до 1,4 т/м 3 . Связанную воду нельзя всю удалить (отжать) из грунта статическим давлением. В лабораторных исследованиях на грунты, содержащие только связанную воду, передавали среднее уплотняющее давление, равное нескольким сотням мегапаскалей, и грунт оставался влажным. Содержание воды в грунтах уменьшалось с увеличением среднего давления только до 20—50 МПа, далее влажность грунта оставалась постоянной. Поэтому связанную воду подразделяют на прочносвязанную и рыхлосвязанную, а вместе эти два слоя составляют гидратную оболочку минеральных частиц.

Прочносвязанная вода (гигроскопическая) по некоторым свойствам сходна с твердым телом: ее плотность достигает 2,4 т/м 3 , в ней не проявляются законы гидростатики, она не растворяет солей, обладает значительной вязкостью, упругостью и прочностью на сдвиг. Температура ее замерзания равна —79 °С и ниже. Однако этот слой водных молекул имеет свойства жидкости, и это объясняет некоторые свойства мерзлых грунтов.

Прочносвязанную воду можно удалить из грунта путем высушивания при температуре 105 °С, которая является стандартной для определения влажности грунта. Если молекулы воды покроют сплошным слоем всю поверхность глинистой частицы, то вокруг нее образуется как бы сплошная пленка прочносвязанной воды. Максимальное количество такой воды в грунтах приблизительно соответствует количеству гигроскопической воды, которая, в свою очередь, приравнивается к количеству воды адсорбционного слоя. Следовательно, термины «прочносвязанная», «гигроскопическая», «граничная» и «адсорбционная» вода можно считать синонимами.

Вода, заполняющая межпакетные пространства глинистых минералов, имеющих раздвижную кристаллическую решетку, входит в состав прочносвязанной воды.

Прочносвязанная вода в грунте, очевидно, передвигаться не может, за исключением перехода в парообразное состояние.

Рыхлосвязанная вода (пленочная) образует на поверхности частиц более толстые пленки, чем прочносвязанная. Максимальное содержание связанной воды имеет место в глинах и суглинках. Ее свойства также отличаются от свойств свободной воды: она замерзает при температуре ниже 0 °С, имеет высокую плотность, не подчиняется законам гравитации. Она поддается выдавливанию из пор грунта внешним давлением до нескольких сотен килопаскалей.

Рыхлосвязанную (приграничную) воду (воду диффузного слоя) подразделяют на вторично ориентированную и воду, удерживаемую осмотическими силами. Вторично ориентированная вода представляет собой несколько рядов (полислоев), ориентированных на поверхность твердой частицы самостоятельно или вместе с катионами благодаря неизрасходованной на удержание прочносвязанной воды свободной поверхностной энергии частицы. Осмотическая вода образуется в результате проникновения из раствора молекул воды в диффузный слой вследствие большей концентрации ионов в этом слое, чем в растворе.

По свойствам осмотическая вода не отличается от свободной. Средняя плотность вторично ориентированной воды (полислоев) несколько выше, чем плотность свободной воды. Очевидно, плотность ее в слоях, расположенных ближе к поверхности частицы, выше, чем у внешней границы. Средняя температура замерзания рыхлосвязанной воды равна —1,5 °С. Рыхлосвязанная вода в однородных грунтах может передвигаться в любом направлении от частицы к частице под действием градиента влажности из зон с большей влажностью в зоны с меньшей влажностью или переходить в парообразное состояние. Ее передвижение происходит до тех пор, пока вся поверхностная энергия не будет израсходована на формирование гидратных оболочек частиц.

Свободная вода находится вне сферы действия электромолеку- лярных сил взаимодействия с поверхностью минеральных частиц (рис. 2.4). Свободную воду согласно приведенной выше классификации разделяют на капилярную и гравитационную.

Рис. 2.4. Схема электромолекулярного взаимодействия поверхности отрицательно заряженной частицы с водой (о) и график сил их взаимодействия (б):

I — твердая частица; II — связанная вода; III — свободная вода; 7 — катион;

2 — анион; 3 — молекула воды; 4 — прочносвязанная вода; 5 — рыхлосвязанная

Гравитационная вода содержится в трещиноватых скальных, крупнообломочных, гравелистых породах и крупных песках. Эта вода может передвигаться в грунте под действием силы тяжести. Ее подразделяют на просачивающуюся воду, которая передвигается сверху вниз, и на воду грунтового потока, передвигающуюся в сторону падения поверхности водоупорного пласта. Гравитационная вода обладает всеми свойствами обычной воды. Она оказывает взвешивающее действие на твердые частицы грунта и на фундамент сооружения, замерзает и превращается в лед при температуре О °С, имеет плотность, принимаемую в расчетах оснований сооружений р* = 1,0 т/м 3 , может содержать вещества в коллоидном состоянии, растворять соли и газы.

Капиллярная вода может содержаться в песках средней крупности, мелких и особенно в пылеватых песках и глинистых грунтах. Она поднимается по капиллярам на определенную высоту, которую называют высотой капиллярного поднятия. Эта высота зависит от диаметра пор и от удельной свободной поверхностной энергии твердых частиц грунта, образующих стенки пор. Например, предельная высота капиллярного поднятия воды в некоторых типах грунтов (по А.М. Овчинникову): песок крупный — 0,035 м; песок средней крупности — 0,35 м; песок мелкий — 1,2 м; супесь — 3,5 м и суглинок — 6,5 м. Таким образом, чем меньше диаметр капилляра, тем больше высота поднятия воды.

В качестве примера на рис. 2.5 показано, что влияние неучтенного капиллярного поднятия приводит к фильтрации воды через плотину при недостаточной высоте замыкающего глинистого ядра (рис. 2.5, а) или к плохой работе перехватывающего дренажа на откосе (рис. 2.5, б) (Бабков В.Ф., 1986).

Основываясь на физико-химических представлениях взаимодействия составных элементов грунта, можно утверждать, что поднятие воды возможно только при наличии свободной поверхностной энергии твердых частиц (Cq) капилляров, неизрасходованной на формирование своих гидратных оболочек, т.е. при влажности грунта меньше максимальной гигроскопической (В этом случае минеральные частицы, обладая неизрасходованной свободной поверхностной энергией, подтягивают молекулы свободной воды вверх по капиллярам.

В зависимости от величины удельной свободной поверхностной энергии частиц при одинаковых диаметрах капилляров и начальной влажности грунтов поднятие грунтовой воды будет больше в том случае, когда минеральные частицы имеют большую удельную свободную поверхностную энергию, при одинаковой величине — в капиллярах с меньшим диаметром. Таким образом, с одной стороны, свободная поверхностная энергия минеральных частиц совершает работу по капиллярному поднятию грунтовой воды, а с другой стороны, этому препятствуют межмолекулярные силы воды, ее гравитационный вес и сила атмосферного давления. Мениск капиллярной воды формируется в результате взаимодействия всех этих сил.

Рис. 2.5. Примеры фильтрации воды в зоне капиллярного поднятия:

а — обтекание имеющего недостаточную высоту водонепроницаемого ядра в плотине; б — обтекание прерывающего дренажа на косогоре;

7 — водонепроницаемое ядро; 2 — горизонт воды; 3 — граница капиллярного насыщения; 4 — движение капиллярной воды; 5 — изолирующая глиняная прослойка; 6 — дренажная труба

Пылеватые супеси и суглинки, обладающие мелкими порами, особенно если они уплотнены, характеризуются значительной высотой капиллярного поднятия, однако меньшей, чем может быть получено расчетом, исходя из размеров их пор. Движение капиллярной воды в таких грунтах происходит весьма медленно.

В глинах, особенно при сильном их уплотнении, характеризующемся наиболее тонкой, волосяной пористостью, капиллярное поднятие обычно не превышает 1,5—2,0 м. Это объясняется сильным набуханием глинистых частиц, повышением вязкости воды в тонких порах, наличием в них защемленного воздуха и др.

В отличие от гравитационной капиллярная вода замерзает при температуре ниже 0 °С. В зависимости от размеров капиллярных пор она может замерзать при —12 °С и ниже. Это явление, так же как и температура замерзания связанной воды, объясняет в определенной степени свойства мерзлых грунтов. Капиллярная вода создает дополнительные нагрузки на грунт и придает ему некоторую связность — дополнительное сопротивление сдвигающим и растягивающим внешним силам.

Вода в твердом состоянии. При температуре ниже 0 °С вода, содержащаяся в порах, замерзает и превращается в лед в виде прослойки линз кристаллов. Лед играет роль цемента, повышая прочность грунта и придавая ему свойства твердого тела. Эти свойства проявляются у сезонно- и многолетнемерзлых грунтов.

Процесс формирования льда в мерзлом грунте имеет физикомеханическую природу и связан с возникновением нового твердого тела, обладающего свободной поверхностной энергией. Миграция воды к фронту промерзания приводит к тому, что молекулы рыхлосвязанной воды переходят в твердое состояние, увеличивая объем льда, но при этом удельная свободная поверхностная энергия не уменьшается. Поэтому при соответствующих условиях процесс миграции и накопления льда в грунте развивается интенсивно. С одной стороны, происходит уплотнение грунта за счет уменьшения пористости при объемном расширении льда, а с другой — уменьшается объем намерзшей воды в грунте, которая сохраняется в виде прочносвязанной воды. В свою очередь, грунтовая система, пополненная водой (твердой фазой) в виде льда, армируется пленками прочносвязанной воды. Чем ниже температура грунта, тем прочнее армирующее действие прочносвязанной воды. Таким образом, при сосредоточенном льдонакоплении прочность грунта зависит от прочности льда, а не от прочности минеральных частиц и прочносвязанной воды.

Кристаллизационная и химически связанная вода разделяется на воду, входящую в состав минералов и адсорбированную на поверхности минералов.

Эта вода принимает участие в строении кристаллических решеток минералов. Ее наличие имеет большое значение для улучшения свойств грунтов, так как при удалении, например, кристаллизационной воды из состава минералов свойства последних сильно изменяются, а при удалении химически связанной воды образуются новые химические соединения.

Таким образом, вода в грунтах может, как было ранее сказано, находиться в различных видах и состояниях и изменение ее количества в грунте или переход из одного состояния в другое приводит к изменению свойств грунтов.

Читайте также:  Дрова или брикеты — разбираем преимущества и недостатки

Рассмотренные выше признаки и свойства воды в грунтах сведены в табл. 2.5.

В природных условиях приведенные в табл. 2.5 формы связей воды редко наблюдаются обособленно друг от друга. Обычно во влажном грунте вода находится одновременно в нескольких состояниях и может переходить из одной формы в другую. Такой переход непрерывно совершается как под действием природных факторов (температура воздуха, осадки и др.), так и в результате деятельности человека (искусственное осушение, увлажнение, уплотнение грунтов).

Грунтовая вода, воздействуя на гипс, известняки, мергели и некоторые другие породы полускальных грунтов, образует в массивах трещины и пустоты, в результате чего на поверхности земли появляются впадины, воронки и провалы, т.е. происходят так называемые карстообразующие процессы.

Категории и формы связей воды в грунтах

Основание под фундамент

Строительная классификация грунтов. Виды грунтов.

Строительная классификация грунтов. Виды грунтов.

Строительная классификация грунтов. Виды грунтов.

Целью инженерно-геологических работ при строительстве является определение особенностей и свойств используемых грунтов под основание будущего здания или сооружения. Для упрощения данных работ составлена строительная классификация грунтов. Каковы основные виды грунтов и их строительные свойства?

Строительная классификация грунтов и виды грунтов

Грунты разнообразны по своему составу, структуре и характеру залегания. Строительная классификация грунтов и виды грунтов определяются согласно СНиП II-15-74 ч.2.

Грунты подразделяются на два класса: скальные – грунты с жесткими (кристаллизационными или цементационными) структурными связями и нескальные – грунты без жестких структурных связей.

1. Скальные грунты

Скальные – грунты с жесткими структурными связями залегают в виде сплошного массива или в виде трещиноватого слоя. К ним относятся магматические (граниты, диориты и др.), метаморфические (гнейсы, кварциты, сланцы и др.), осадочные сцементированные (песчаники, конгломераты и др.) и искусственные.

Они водоустойчивы, несжимаемы, имеют значительную прочность на сжатие и не промерзают и при отсутствии трещин и пустот являются наиболее прочными и надежными основаниями. Трещиноватые слои скальных грунтов менее прочны.

Скальные грунты разделяют по пределу прочности, растворимости, размягчаемости и засоленности.

2. Нескальные грунты

Нескальные грунты – это осадочные породы без жестких структурных связей. По крупности частиц и их содержанию делят на крупнообломочные, песчаные, пылевато-глинистые, биогенные и почвы. Характерной особенностью этих грунтов является их раздробленность и дисперсность, отличающие их от скальных весьма прочных пород.

2.1. Крупнообломочные грунты

Крупнообломочные – несвязные обломки скальных пород с преобладанием обломков размером более 2 мм (свыше 50%). По гранулометрическому составу крупнообломочные грунты подразделяют на: валунный d>200 мм (при преобладании неокатанных частиц – глыбовый), галечниковый d>10 мм (при неокатанных гранях – щебенистый) и гравийный d>2 мм (при неокатанных гранях – дресвяный). К ним можно отнести гравий, щебень, гальку, дресву.

Эти грунты являются хорошим основанием, если под ними расположен плотный слой. Они сжимаются незначительно и являются надежными основаниями.

При наличии более 40% песчаного заполнителя или более 30% пылевато-глинистого от общей массы учитывается только мелкая составляющая грунта, так как именно она будет определять несущую способность.

Крупнообломочный грунт может быть пучинистым, если мелкая составляющая — пылеватый песок или глина.

2.2. Песчаные грунты

Песчаные – состоят из частиц зерен кварца и других минералов крупностью от 0,1 до 2 мм, содержащие глины не более 3% и не обладают свойством пластичности. Пески разделяют по зерновому составу и размеру преобладающих фракций на гравелистые лески d>2 мм, крупные d>0,5 мм, средней крупности d>0,25 мм, мелкие d>0,1 мм и пылеватые d=0,05 – 0,005 мм.

Частицы грунта крупностью от d=0,05 – 0,005 мм называют пылеватыми . Если в песке таких частиц от 15 до 50 %, то их относят к категории пылеватых . Когда в грунте пылеватых частиц больше, чем песчаных, грунт называют пылеватым .

Чем крупнее и чище пески, тем большую нагрузку может выдержать слой основания из него. Сжимаемость плотного песка невелика, но скорость уплотнения под нагрузкой значительна, поэтому осадка сооружений на таких основаниях быстро прекращается. Пески не обладают свойством пластичности.

Гравелистые, крупные и средней крупности пески значительно уплотняются под нагрузкой, незначительно промерзают.

Тип крупнообломочных и песчаных грунтов устанавливается по гранулометрическому составу, разновидность – по степени влажности.

2.3. Пылевато-глинистые грунты

Пылевато-глинистые грунты содержат пылеватые (размером 0,05 – 0,005 мм) и глинистые (размером менее 0,005 мм) частицы. Среди пылевато-глинистых грунтов выделяют грунты, проявляющие специфические неблагоприятные свойства при замачивании, – просадочные и набухающие . К просадочным относятся грунты, которые под действием внешних факторов и собственного веса при замачивании водой дают значительную осадку, называемую просадкой. Набухающие грунты увеличиваются в объеме при увлажнении и уменьшаются в объеме при высыхании.

2.3.1. Глинистые грунты

Глинистые – связные грунты, состоящие из частиц крупностью менее 0,005 мм, имеющих в основном чешуйчатую форму, с небольшой примесью мелких песчаных частиц. В отличие от песков глины имеют тонкие капилляры и большую удельную поверхность соприкосновения между частицами. Так как поры глинистых грунтов в большинстве случаев заполнены водой, то при промерзании глины происходит ее пучение.

Глинистые грунты делятся в зависимости от числа пластичности на глины (с содержанием глинистых частиц более 30%), суглинки (10. 30%) и супеси (З. 10%).

Несущая способность глинистых оснований зависит от влажности, которая определяет консистенцию глинистых грунтов. Сухая глина может выдерживать довольно большую нагрузку.

Тип глинистого грунта зависит от числа пластичности, разновидность – от показателя текучести.

2.3.2. Лёссовые и лёссовидные грунты

Лёссовые и лёссовидные – глинистые грунты с содержанием большого количества пылеватых частиц (содержат более 50% пылевидных частиц при незначительном содержании глинистых и известковых частиц) и наличием крупных пор (макропор) в виде вертикальных трубочек, видимых невооруженным глазом. Эти грунты в сухом состоянии имеют значительную пористость – до 40% и обладают достаточной прочностью, но при увлажнении способны давать под нагрузкой большие осадки. Они относятся к просадочным грунтам (под действием внешних факторов и собственного веса дают значительную просадку) и при возведении на них зданий требуют надлежащей защиты оснований от увлажнения. С органическими примесями (растительный грунт, ил, торф, болотный торф) неоднородны по своему составу, рыхлы, обладают значительной сжимаемостью.

В качестве естественных оснований под здания непригодны (при увлажнении полностью теряют прочность и возникают большие, часто неравномерные, деформации – просадки). При использовании лёсса в качестве основания необходимо принимать меры, устраняющие возможность его замачивания.

2.3.3. Плывуны

Плывуны – это грунты, которые при вскрытии приходят в движение подобно вязко-текучему телу, образуются мелкозернистыми пылеватыми песками с илистыми и глинистыми примесями, насыщенными водой. При разжижении становятся сильно подвижными, фактически, превращаются в жидкообразное состояние.

Различают плывуны истинные и псевдоплывуны. Истинные плывуны характеризуются присутствием пылевато-глинистых и коллоидных частиц, большой пористостью (> 40%), низкими водоотдачей и коэффициентом фильтрации, особенностью к тиксотропным превращениям, оплыванием при влажности 6 – 9% и переходом в текучее состояние при 15 – 17%. Псевдоплывуны – пески, не содержащие тонких глинистых частиц, полностью водонасыщенные, легко отдающие воду, водопроницаемые, переходящие в плывунное состояние при определенном гидравлическом градиенте.

Они малопригодны в качестве естественных оснований.

2.4. Биогенные грунты

Биогенные грунты характеризуются значительным содержанием органических веществ. К ним относятся заторфованные грунты, торфы и сапропели. К заторфованным грунтам следует отнести песчаные и пылевато-глинистые грунты, содержащие 10 – 50% (по массе) органических веществ. Если их больше 50%, то это торф. Сапропели – это пресноводные илы.

2.5. Почвы

Почвы – это природные образования, слагающие поверхностный слой земной коры и обладающие плодородием.

Почвы и биогенные грунты служить основанием для здания или сооружения не могут. Первые – срезают и используют для целей земледелия, вторые – требуют специальных мер по подготовке основания.

2.6. Насыпные грунты

Насыпные – образовавшиеся искусственно при засыпке оврагов, прудов, мест свалки и т.п. или грунты природного происхождения с нарушенной структурой в результате перемещения грунта. Свойства таких грунтов очень различны и зависят от многих факторов (вид исходного материала, степень уплотнения, однородность и т. д.). Обладают свойством неравномерной сжимаемости, и в большинстве случаев их нельзя использовать в качестве естественных оснований под здания. Насыпные грунты весьма неоднородны; кроме того, различные органические и неорганические материалы существенно ухудшают его механические свойства. Даже при отсутствии органических примесей, в некоторых случаях, они остаются слабыми на протяжении многих десятилетий.

В качестве основания для зданий и сооружений насыпной грунт рассматривается в каждом отдельном случае в зависимости от характера грунта и возраста насыпи. Например, слежавшиеся более трёх лет, особенно пески, могут служить основанием под фундамент небольших строений, при условии, что в нем отсутствуют растительные останки и бытовой мусор.

В практике встречаются также намывные грунты, образовавшиеся в результате очистки рек и озер. Эти грунты называют рефулированными насыпными грунтами . Они являются хорошим основанием для зданий.

Вы смотрели: Строительная классификация грунтов. Виды грунтов.

Поделиться ссылкой в социальных сетях

Свойства и классификация грунтов

Цель нашей компании – реализация современных подходов в области научного сопровождения освоения недр Земли отраслевого значения. Инновации в инженерном обеспечении горной промышленности и изысканиях при работах, оказывающих влияния на безопасность объектов капитального строительства.

Состав почвы является одним из самых главных критериев, по которым выбирается участок под застройку. Существует большое количество разновидностей грунтов, которые относят к разным группам. Так как геодезические работы осуществляются преимущественно согласно строительному проекту, то наиболее востребованной станет именно эта классификация. Строительная классификация грунтов является наиболее распространенным методом изучения свойств почвы и позволяет выделить его основные характеристики. От особенностей грунта зависит возможность дальнейшего использования участка для определенных целей, поэтому без тщательного исследования физико механических свойств грунтов не обойтись.

Классификация грунтов

Выделяют два основных класса грунтов:

Жесткие структурные связи в скальных почвах делают сложным застройку участков с таким типом грунтов. Плотная структура осложняет закрепление несущие элементы будущего объект. Нескальные почвы не имеют жестких структурных связей и отличаются своим многообразием. Дисперсность и рассыпчатость почвы является главным признаком нескальных грунтов. Хоть прочность у нескальных почв значительно ниже, чем у скальных, но строительство на участках с таким типом почвосмеси наиболее предпочтительно.

Какие бывают почвы

В строительной классификации присутствуют несколько видов грунта:

  • Скальный. Категория представляет собой крепкие породы, которые отличаются прочностью и низким водопоглощением. Практически непригодны для строительства, так как залегают в виде массивов и на них трудно надежно закрепить объекты либо проложить магистрали. К скальным породам относятся: гранит, известняк и т. д.
  • Полускальный. Сцементированные породы, которые могут уплотняться. На участке с полускальными грунтами строительство должно учитывать особенность материала и подбирать технологии и стройматериалы для дальнейшего предотвращения уплотнения и просадки. Чаще всего категория представлена гипсом и алевролитом.
  • Песчаный. Непластичная почва, которая образовалась в результате разрушения скальных пород. В среднем гранулы песка могут иметь размеры. Каждая песчинка считается таковой при наличии размеров от 0,05 до 2 мм.
  • Крупнообломочный. Очень похож на классический песчаный грунт, но при этом размер гранул будет превышать отметку в 2 мм. В составе почвы данного вида присутствует более 50% крупных обломков, благодаря чему почвосмесь имеет неоднородный состав.
  • Глинистый. Глинистая почва представляет собой супермелкую фракцию, размер частиц которой составляет 0,005 мм. Изначально это скальная порода, которая была существенно деформирована и разрушена за длительный период времени.
Читайте также:  Парогенератор для бани: как выбрать лучший или как сделать самому

Глинистые и песчаные грунты преобладают на территории Российской Федерации. Строительство может производиться на различных почвосмесях, но при этом важно учитывать свойства грунтов для выбора наиболее оптимальных стройматериалов.

Свойства грунтов

В зависимости от состава и свойства грунтов рассчитывается стоимость и технология строительных работ, а также трудоемкость земельных работ. Основными свойствами грунтов выступают:

  1. Влажность. В зависимости от насыщенности почвы водой различают два типа грунтов: сухие и мокрые. Сухие почвосмеси содержат в своем составе не более 5% влаги. Мокрые грунты могут иметь показатель влажности более 30%, а также иметь разный размер пор.
  2. Плотность. Плотность материала рассчитывается путем измерения массы одного кубического метра почвы. В среднем нескальные породы имеют плотность в пределах 1,5-2 тонны/м 3 , а скальные – до 3 тонн.
  3. Размываемость. Показатель обозначает скорость течения жидкости, вымывающей породу. Если для мелкопесчаных грунтов этот показатель должен быть менее 0,6 м/с, то для глин – 1,5 м/с.
  4. Разрыхленность. Каждый грунт при разработке увеличивается в объеме и не восстанавливает свои изначальные размеры в течение длительного времени. При строительстве различают два типа разрыхления. Первоначальное разрыхление измеряется сразу после разработки почвы. Песчаные почвосмеси имеют первоначальный коэффициент в пределах 1,08-1,17, суглинки и глинистые – 1,14-1,3. Если грунт вывозится за территорию участка, то этот показатель позволяет эффективно использовать транспорт. Остаточное разрыхление для почв на основе песка равно 1,01-1,025, для глинистых и суглинистых – 1,015-1,09.
  5. Сцепленность. От сцепленности грунтов зависит сложность проведения работ. Мерзлый грунт имеет наибольший показатель сцепленности и является достаточно сложным для разработки. Песчаные почвы имеют силу сцепления 0,003-0,05 МПа, глинистые грунты – 0,005-0,2 МПа.
  6. Угол естественного откоса. Данный показатель имеет большое значение при устройстве отвалов и насыпей. Также показатели учитываются при рытье траншей и котлованов, откосов.

Классифицирование грунтов позволяет сделать строительно-земельные работы более простыми благодаря известным свойствам почвы. Выбор подходящей техники и оборудования позволяет сэкономить не только материальные ресурсы, но и сделать труд рабочих более простым.

Виды грунтов и их свойства

Скальные грунты — залегают в виде сплошного массива (грани­ты, кварциты, известняки) или в виде трещиноватого слоя. Они водоустойчивы, несжимаемы, не подвержены пучению, являются надежным основанием.

Крупнообломочные — несвязные обломки скальных пород с преобладанием обломков размером более 2 мм (свыше 50%). К ним относятся: щебень, галька, гравий. Эти грунты малосжимаемы, во­доустойчивы, непучинисты, являются хорошим основанием, если под ними расположен плотный грунт.

Песчаные — состоят из частиц от 0,1 до 2 мм. В зависимости от крупности частиц пески разделяют на гравелистые, крупные, сред­ней крупности, мелкие, пылеватые.

Пески гравелистые, крупные, средней крупности под нагрузкой равномерно сжимаются, поэтому осадка сооружения быстро пре­кращается, при замерзании не вспучиваются и являются прочным и надежным основанием.

Пески мелкие и пылеватые при увлажнении и последующем за­мерзании становятся пучинистыми, несущая способность при ув­лажнении уменьшается.

Глинистые — связные грунты, состоящие из частиц крупностью менее 0,005 мм. Несущая способность зависит от влажности. Всухом и маловлажном состоянии воспринимают значительные нагрузки, при увлажнении несущая способность снижается. Отличаются дли­тельной осадкой под нагрузкой и вспучиванием при замерзании.

Лессовые — глинистые грунты с содержанием большого коли­чества пылеватых частиц и наличием крупных пор. Эти грунты в су­хом состоянии обладают достаточной несущей способностью. При увлажнении структура лессовых грунтов разрушается, и поддействи-ем нагрузки образуются просадки. При использовании таких грунтов в качестве оснований требуются специальные меры по укреплению и защите от увлажнения.

Насыпные — образовавшиеся искусственно при засыпке овра­гов, прудов, местных свалок. Эти грунты неоднородны по структуре, обладают неравномерной сжимаемостью. Для использования таких грунтов в качестве оснований необходимы исследования их несу­щей способности.

Для выбора надежного основания на отведенном под строитель­ство участке производят геологические и гидрогеологические иссле­дования, чтобы определить вид, мощность пластов, их физические и механические свойства, положение уровня грунтовых вод.

В зависимости от этажности здания и местных условий глубина исследования составляет от 6 до 15 м и более. Исследование осущест­вляется бурением скважин или рытьем шурфов (колодцев) и лабо­раторными анализами образцов грунтов. Грунтовые воды (при их наличии) подвергают химическому анализу, так как они могут быть агрессивными. Результаты исследования заносят в специальные журналы, после чего составляют чертежи вертикальных разрезов (колонок) буровых скважин. По этим данным составляют геоло­гический профиль грунтового массива с указанием полных харак­теристик пластов грунта и положения уровня грунтовых вод, что позволяет правильно выбрать основание под здание.

Если грунт на участке строительства не удовлетворяет предъяв­ляемым требованиям, то устраивают искусственные основания. Такие основания при возведении зданий на слабых грунтах устраи­вают путем их искусственного упрочнения или заменой слабого грунта. Упрочнение грунта может быть осуществлено следующими способами:

уплотнением — пневматическими трамбовками или трамбовоч­ными плитами массой от 2 до 4 т. Этот способ применяют в слу­чае, если грунты недостаточно плотные, а также при насыпных

грунтах. Если грунты песчаные или пылеватые, то для их уплот­нения применяют поверхностные вибраторы. Этот способ явля­ется более эффективным, так как грунт уплотняется быстрее;

• силикатизацией — для закрепления песков, лессовых грунтов. Для этого в песчаный грунт поочередно нагнетают растворы жид­кого стекла и хлористого кальция, для закрепления пылеватых песков — раствор жидкого стекла, смешанного с раствором фосфорной кислоты, а для закрепления лессов —только раствор жидкого стекла. В результате нагнетания указанных растворов грунт по истечении определенного времени приобретает значи­тельно большую несущую способность;

• цементацией — нагнетанием в грунт по трубам жидкого цемент­ного раствора или цементного молока, которые, затвердевая в порах грунта, придают ему камневидную структуру. Цементацию используют для укрепления гравелистых, крупных и среднезер-нистых песков;

• обжигом — путем сжигания горючих продуктов, подаваемых в специально устраиваемые скважины под давлением. Этот спо­соб используют для закрепления лессовых грунтов;

• заменой слабого грунта на более прочный. Замененный слой грунта называют подушкой. При небольшой нагрузке на осно­вание применяют песчаные подушки из крупного или средней крупности песка. Толщина подушки принимается по расчету.

Фундаменты являются важным конструктивным элементом здания, воспринимающим нагрузку от надземных его частей и передающим ее на основание. Фундаменты зданий должны быть прочными, устойчивыми на опрокидывание и скольжение в плос­кости подошвы фундамента, долговечными, экономичными и индустриальными.

Верхняя плоскость фундамента, на которой располагаются над­земные части здания, называется поверхностью фундамента, или обрезом, а нижняя его плоскость, соприкасающаяся с основанием, — подошвой фундамента. Расстояние от спланированной поверхности грунта до уровня подошвы называют глубиной заложения фундамен­та. Назначение здания, наличие в нем подвалов, глубина промерза­ния, уровень грунтовых вод — все это влияет на глубину заложения фундамента. Если основание состоит из влажного мелкозернистого грунта (песка мелкого, пылеватого, супеси, суглинка или глины), то подошву фундамента нужно располагать не выше уровня промерзания грунта. В непучинистых грунтах (крупнообломочных, песках гравелистых, крупных и средней крупности) глубина заложения фундаментов не зависит от глубины промерзания, однако она дол­жна быть не менее 0,5 м от уровня спланированной земли.

Глубина заложения фундамента под внутренние стены и столбы отапливаемых зданий принимается независимо от глубины промер­зания грунта, ее назначают не менее 0,5 м. Необходимо, чтобы фун­даменты внутренних и наружных стен опирались на однородный грунт во избежание неравномерных осадок. Фундаменты классифицируют:

по конструктивным схемам — ленточные, располагаемые непре­рывной лентой под несущими стенами здания; столбчатые в виде отдельных опор под колоннами; сплошные в форме массивной плиты под зданием; свайные в виде железобетонных или других стержней, забитых в грунт (рис. 3.5);

Рис. 3.5. Конструктивные схемы фундаментов:

а — ленточный под стены; б — то же под колонны;

в — столбчатый под стены; г— отдельный под колонну;

д — сплошной безбалочный; е — сплошной балочный; ж — свайный;

1 — стена; 2 — ленточный фундамент; 3 — железобетонная колонна;

4 — железобетонная фундаментная балка; 5 — столбчатый фундамент;

6 — ростверк свайного фундамента;

7 — железобетонная фундаментная плита; 8 — сваи

по материалу — из природного камня; бутобетона; бетона; же­лезобетона;

по характеру работы под нагрузкой — жесткие, работающие на сжатие (бутовые, бетонные, бутобетонные); гибкие, работающие на сжатие и изгиб (железобетонные);

по глубине заложения — мелкого (до 5 м) и глубокого (более 5 м) заложения.

Ленточные фундаменты устраивают под несущими стенами бескаркасных зданий. По способу устройства фундаменты бывают монолитные и сборные. Монолитные фундаменты выполняют: из бутового камня рваной формы или бутовой плиты; их укла­дывают на сложном или на цементном растворе с перевязкой (несовпадением) вертикальных швов. Ширина бутовых фунда­ментов должна быть не менее 0,6 м для кладки из рваного бута, не менее 0,5 м — из бутовой плиты. Наименьшая ширина фун­даментов принята по условиям перевязки швов. Переход от уширенной части фундамента к узкой выполняют уступами шириной 150—250 мм и высотой не менее двух рядов кладки. Такие фундаменты требуют значительных затрат ручного труда, однакотам, где природный камень является местным материалом, их возведение экономически целесообразно (рис. 3.6); бутобетонными из бетона класса по прочности на сжатие В5 с включением в его толщу отдельных кусков бутового камня. Наименьшая ширина фундамента 350 мм. Уширение фундамен­тов ведут уступами шириной 150—250 мм и высотой 300 мм. Их возводят в щитовой опалубке или в траншеях (при плотных грунтах). По сравнению с фундаментами из бутового камня они менее трудоемки;

бетонными в опалубке из монолитного бетона классов В7,5—В30. Устройство таких фундаментов требует повышенного расхода цемента.

Более эффективными являются бетонные и железобетонные фун­даменты из сборных элементов заводского изготовления (рис. 3.7), состоящие из блоков-подушек и фундаментных блоков.

Фундаментные подушки укладывают непосредственно на выров­ненное основание или на тщательно утрамбованную песчаную под­готовку толщиной 100—150 мм. Блоки укладывают на растворе с обязательной перевязкой вертикальных швов, толщину которых принимают равной 20 мм. Вертикальные колодцы, образующиеся

Рис. 3.6. Конструкции ленточных фундаментов:

а — из бутового камня; б — из бутобетона; в — бетонные;

1 — стальная арматура; 2 — щиты опалубки

Рис. 3.7. Фундаменты из сборных элементов:

а — сплошные; б — прерывистые;

1 — фундаментные плиты; 2 — фундаментные блоки

Рис. 3.7 Фундаменты из сборных элементов:

а – сплошные, б – прерывистые,

1 – фундаментные плиты, 2- фундаментные блоки

торцами блоков, заполняют раствором. Продольные и поперечные стены ленточных фундаментов в местах сопряжения должны иметь перевязку, в горизонтальные швы закладывают арматурные сетки из стали диаметром 6—10 мм.

Блоки-подушки изготавливают толщиной 300 и 400 мм, шири­ной от 800-2800 мм, а блоки-стенки шириной 300, 400, 500, 600 мм, высотой 300, 600 мм, длиной от 800 до 2400 мм. В практике строи­тельства применяются железобетонные блоки толщиной 380 мм при толщине стен 380, 510, 640 мм. При такой конструкции прочность материала фундамента используется полнее и в результате полу­чается экономия бетона. Этой же цели соответствует устройство прерывистых фундаментов. Прерывистые фундаменты монтируют из плит-подушек, укладываемых с разрывом 0,2—0,9 м друг от друга, промежутки между ними заполняются песком. Это сокращает расход материалов, уменьшает затраты труда, полнее используется несущая способность основания.

Читайте также:  Лучшие газодровяные печи для бани: рейтинг с характеристиками и ценами

Фундаменты на глинистых и просадочныхоснованиях (рис. 3.8, а) с длительной и неравномерной осадкой дополнительно усиливают арматурой. Продольные стальные стержни втапливают в слой раствора, укладываемого толщиной 30—50 мм по верху фундамент­ных плит. Железобетонный пояс толщиной 100—150мм выполняют по верхнему ряду бетонных блоков. Эти мероприятия повышают жесткость фундаментов и предупреждают появление трещин при неравномерной осадке здания.

Если по расчету ширина подошвы фундамента не превышает ширины бетонного блока, то фундаменты выполняются без подушек.

При строительстве здания на участках со значительным уклоном (рис. 3.8, б) фундаменты стен выполняют с продольными уступами. Высота уступов должна быть не более 0,5 м, длина не менее 10 м. Также выполняется постепенный переход от фундамента глубокого заложения к более мелкому, например от подвальной части к бес­подвальной.

Фундамент крупнопанельных зданий и зданий из объемных бло­ков состоит из железобетонных плит толщиной 300 мм и установлен­ных на них панелей, имеющих высоту, равную высоте подвального помещения. Соединяются элементы между собой с помощью сварки стальных закладных деталей.

Если необходимо обеспечить независимую осадку двух смежных участков здания (при их разной этажности, основания с разнород­ной структурой), то при устройстве ленточных монолитных фунда­ментов в их теле устраивают сквозные разъединяющие фундамент

Рис. 3.8. Устройство фундаментов: а — на неравномерно уплотняемых основаниях; б — на косогорах; в — в местах деформационных швов;

1 — армированный шов; 2 — армированный пояс; 3 — доски, обернутые толем

зазоры — деформационные швы (рис. 3.8, в). Для этого в зазоры встав­ляют доски, обернутые толем, а вертикальные швы с обеих сторон защищают битумной мастикой. Если фундаменты сборные, то для обеспечения необходимого зазора блоки укладывают так, чтобы вер­тикальные швы совпадали.

В местах пропуска различных трубопроводов в монолитных фун­даментах заранее предусматривают соответствующие отверстия, а в сборных между блоками — необходимые зазоры с последующей их заделкой.

Рис. 3.9. Столбчатые фундаменты:

а — под наружные стены; б — монолитные под столбы; в, г— из железобетонного

блока-подушки и блока-плиты; д — из железобетонного башмака стаканного типа;

е — из железобетонного блока-стакана и опорной плиты; 1 — железобетонная

фундаментная балка; 2 — подсыпка; 3 — отмостка; 4 — гидроизоляция;

5 — кирпичный столб; 6 — блоки-подушки; 7 — железобетонная плита;

8 — железобетонная колонна; 9 — башмак стаканного типа;

10 — плита под башмак; 11 — блок-стакан

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Для студентов недели бывают четные, нечетные и зачетные. 9721 – | 7565 – или читать все.

194.79.23.4 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Какие бывают разновидности грунтов?

Любое строительство начинается с оценки грунта на строительной площадке. Именно правильная оценка способствует выбору вида фундамента для здания, поэтому это один из самых главных факторов начала строительства.

Категории оценки грунта

Грунт оценивается по таким категориям:

  1. По форме и величине размеров крупинок.
  2. Сцепление между собой частиц.
  3. Однородность.
  4. Коэффициент взаимодействия частиц (трение).
  5. Наличие влажности.
  6. Количество впитываемой в грунт воды.
  7. Водопроницаемость.
  8. Способность удерживать воду.
  9. Величина размываемости.
  10. Растворимость.
  11. Пластичность мокрого грунта.
  12. Сжимаемость.
  13. Рыхлость.

Виды грунтов

Грунт по своим свойствам, строению и составу делится на определенные группы видов, которые считаются основными – ими являются скальные породы и рыхлые грунты. Кроме этих основных видов, существует еще одна группа под названием конгломераты – это остатки скальных пород, совершенно не связанных между собой.

По сложности разработки грунты также можно разделить на отдельные виды.

Скалистый грунт

Представляет собой один сплошной массив кристаллических скальных пород. Имеет довольно высокую прочность, обладает повышенной морозостойкостью, практически не сжимается и не растворяется в воде, не смягчается. Благодаря этим свойствам скалистый грунт обладает способностью выдерживать довольно большие нагрузки. На нем можно спокойно возводить фундамент для здания практически без заглубления.

Единственный недостаток – это большая трудоемкость в его разработке.

Конгломераты

Этот тип грунта составляют обломки скальных пород, которые не связываются между собой. Также имеет высокую устойчивость. Фундамент для здания можно делать мелкозаглубленным, но не меньше 500 мм.

Группа, относящаяся к рыхлым грунтам, также делится на два вида – глинистая почва и песчаная.

Песчаные грунты

Состоят из сыпучих мелких частиц, которые образовались в процессе выветривания скальных пород. Их частицы имеют различные размеры и не связаны друг с другом, это также разделяет пески на несколько видов:

  • мельчайшие частички (пыльные);
  • средние пески;
  • пески крупные;
  • пески гравелистые.

Все виды песков мгновенно намокают и быстро пропускают воду, в водной среде имеют рыхлый вид, при нагрузке хорошо уплотняются и довольно легко разрабатываются.

Лучше всего подходят для строительства плотные и крупные пески, они мало сжимаются и хорошо держат практически любую нагрузку.

Хотя пески имеют повышенную водопроницаемость, все же перед возведением фундамента нужно учитывать глубину, на которой залегают грунтовые воды. Для частного дома глубину фундамента можно закладывать в пределах 40 – 80 см.

А вот пески пылеватые не годятся для строительства, так как довольно плохо выдерживают нагрузки, поэтому лучше на них не строиться, либо возводить плитный фундамент.

Глинистые грунты

Также можно разделить на несколько подгрупп.

Чистая глина

Неустойчивый и коварный грунт. Глина может залегать не однородными пластами, задерживает воду и практически всегда содержит в своем составе влагу. При промерзании она начинает пучиться, чем может вызвать деформацию фундамента. А так как ее состав, в большинстве случаев, не однородный, ее пучение происходит не равномерно. Сооружения, построенные на таком грунте, могут деформироваться, и вполне возможно даже разрушение самого фундамента.

Это свойство глины называется пучинистость, и им обладают практически все ее подгруппы. Правда она может быть основанием для возведения фундамента, но при этом глубина его основания должна находиться ниже черты промерзания грунта.

Есть еще вид глины – это лёсс (макропористая глина). В ее структуре имеются поры, которые хорошо просматриваются визуально. При взаимодействии с водой лёсс легко размывается.

Этот вид глины распространен в южных регионах России и на Дальнем Востоке.

Супеси

Это песчаный грунт в котором содержится примерно 5 -10% глины. При взаимодействии с сыростью, супеси разжижаются, а при большом количестве воды превращаются в плывуны. Для строительства этот тип грунта практически не пригоден.

Суглинки

Являются разновидностью глины. Они примерно на треть состоят из глины, а остальные составляющие – это песок и различные примеси. Частички довольно хорошо взаимодействуют между собой, поэтому влажные суглинки имеют хорошую пластичность. При взаимодействии с водой могут увеличивать свой объем или просто размываться. Наличие в суглинистом грунте больших прослоек песка уменьшает их устойчивость, а это значит, что для строительства этот грунт не годится.

Сама глина сжимается медленнее, чем песок, поэтому осадка фундамента происходит довольно долго.

По наличию глины, суглинки могут быть тяжелыми, средними и легкими.

Илистые грунты

Один из видов, относящийся к глинистым грунтам. Он образуется при оседании мелких частичек на дне водоемов, присутствует в болотистой местности и торфяниках. Практически не устойчивы к нагрузкам. Поэтому перед строительством илистый грунт, как и лёсс, следует тщательно укреплять.

Виды грунтов и их характеристики

Как уже было сказано в первой части статьи, надежность фундаментов во многом зависит от физических свойств грунтов, лежащих в основании, и в первую очередь от расчетного сопротивления грунтов.

Для оценки технической пригодности грунтов имеют значение:

  • связанность (сцепление), то есть прочность связи между частицами грунта;
  • размер и форма частиц;
  • однородность состава;
  • коэффициент трения одной части массы грунта о другую (угол естественного откоса);
  • влажность и влагоемкость, то есть наличие воды в грунте и то ее максимальное количество, которое грунт может принять;
  • водопроницаемость, водоудерживающая способность, то есть способность грунта удерживать поглощенную воду вопреки действию сил, направленных на ее удаление;
  • размываемость растворимость в воде, пластичность, сжимаемость, разрыхляемость и т.д.

Существует несколько видов грунта:

  • скалистые;
  • обломочные;
  • песчаные (мелкозернистые и пылеватые пески);
  • пылеватые (плывуны);
  • суглинистые;
  • глинистые.

Каждый из них характеризуется определенными показателями.

Скалистые грунты считаются самыми надежными. Они достаточно прочны, не проседают и не размываются. Вспучивание в зимнее время таким грунтам не грозит. При строительстве дома на участке со скалистым грунтом можно обойтись без заглубления и возводить фундамент непосредственно на поверхности грунта.

Обломочные или хрящеватые грунты содержат обломки камней и вкрапления гравия. Они не размываются и не сжимаются. В условиях обломочных или хрящеватых грунтов рекомендуется устраивать фундаменты с заглублением не более 50 см.

Песчаные грунты, состоящие из мелкозернистых и пылеватых песков, имеют свойство проседать, то есть сильно уплотняться под нагрузкой. Эти грунты не задерживают воду и в зимний период незначительно промерзают. Заглубление фундамента на песчаных грунтах рекомендуется проводить на глубине от 40 до 70 см.

Особого внимания при строительстве дома заслуживают пылеватые грунты, которые часто называют плывунами. Устраивать фундамент на таких грунтах довольно сложно и опасно. Строительство дома на плывунах лучше всего вести с опытными строителями.

Суглинистые грунты занимают промежуточное положение между песчаными и глинистыми. В их составе от 3 до 30% глины. При наличии в грунте менее 10% глины грунт называется супесчаным, и при повышенном содержании — суглинистым.

Глинистые грунты — наихудший из вариантов, который может встретиться при строительстве дома. Грунты такого вида могут сжиматься, размываться и вспучиваться при промерзании. В этом случае глубина закладки фундамента устраивается на всю глубину промерзания.

Следует отметить, что в сухом состоянии глинистые грунты могут служить хорошим основанием (в этом случае их относят условно к непучинистым), а при значительном насыщении водой и при малой плотности становятся довольно жидкими и сильно вспучиваются при промерзании.

Глинистые грунты иногда называют просадочными, так как, находясь в напряженном состоянии под действием нагрузки от строения, они дают просадку.

Различают два вида просадочных грунтов:

  • грунты, просадка которых от собственного веса не превышает 5 см;
  • грунты, просадка которых от собственного веса превышает 5 см.

Основной причиной неустойчивости или разрушения фундамента является вспучивание некоторых грунтов в зимний период, а это, в свою очередь, связано с глубиной промерзания грунта в районе строительства и с глубиной залегания грунтовых вод. Сила вспучивания настолько велика, что в состоянии приподнять даже очень большие здания, и справиться с ней можно только в том случае, если будут соблюдены все рекомендации при устройстве фундамента.

Ссылка на основную публикацию