Описание и полевое определение грунтовLOZUNG
Геонафт.ру: справочник геолога

Описание и полевое определение грунтов

Основные типы грунтов

Основные термины, которыми пользуется инженер-строитель при описании грунтов, это: гравий, песок пыль и глина. Однако большинство естественных грунтов является смесью этих составляющих, а многие содержат примесь органических веществ, частично или полностью разложившихся. Такая смесь получает свое название по составляющей, имеющей наибольшее влияние на ее свойства, а остальные составляющие указываются с помощью соответствующих прилагательных. Так, пылеватая глина обладает в основном свойствами глины, но содержит значительное количество пыли, а органический ил образован главным образом минералами, имеющими размер пылеватых частиц, но содержит значительную примесь органического вещества.

Гравий и пески обычно называют крупнозернистыми грунтами, а пыль и глину - мелкозернистыми. Различие между ними основано на возможности или невозможности легко различать отдельные частицы невооруженным глазом. Принятые методы описания крупнозернистых и мелкозернистых грунтов различаются между собой и будут описаны отдельно.

Крупнозернистые грунтовые материалы и фундамент

Эти материалы представляют собой обломки минералов, которые в основном определяются по размеру зерен.

Зерна диаметром более 2 мм называются гравием. Если диаметр превосходит 200 мм, то пользуются термином валуны.

Если зерна различимы невооруженным глазом и менее 2 мм в диаметре, грунт называется песком. Это название далее дополняется определениями: крупный песок, средний или мелкий. Границы между этими разновидностями более или менее произвольны. В США принята классификация, предложенная Массачусетским технологическим институтом (МИТ). При описании песка и гравия необходимо указывать содержание в данном грунте частиц различных размеров, а также минералогический состав и форму зерен. Форма частиц грунта нередко оказывает значительное влияние на плотность и устойчивость грунтов.

Различают следующие формы частиц: окатанную, слабоокатанную, малоугловатую и угловатую. Наличие в грунте частиц таких слабых скальных материалов, как сланцы, или такого минерала как слюда может повлиять на прочность и сжимаемость грунта. Наличие частиц этих материалов можно установить при помощи небольшого увеличительного стекла. Если размеры всех частиц крупнозернистого грунта приблизительно одинаковы, то такой грунт называется однородным или плохо подобранным (по гранулометрическому составу). Если же в грунте в достаточной мере представлены частицы всех размеров, то его гранулометрический состав называется хорошо подобранным. Некоторые природные грунты состоят, в основном, из смеси двух видов частиц - однородных крупных и однородных мелких, и не содержат частиц с промежуточными размерами. Про такие грунты говорят, что они не полностью подобраны.

Мелкозернистые грунты и фундамент

Неорганическая пыль, которая составляет самую крупную часть микроскопических фракций, почти или совсем не обладает пластичностью и связностью. Наименее пластичные разновидности, состоящие главным образом из очень мелких окатанных зерен кварца, называются каменной мукой. Наиболее пластичные разновидности, содержащие заметное количество чешуйчатых частиц, носят название пластичного ила.

Глина является, в основном, агрегатом микроскопических и субмикроскопических пластинчатых частиц кристаллических минералов. Она характерна наличием типичных коллоидальных свойств - пластичности, связности и способности адсорбировать ионы. Эти свойства сохраняются глиной при изменении ее влажности в широких пределах. Различие в свойствах глины и пыли не может определяться только крупностью частиц, так как физические свойства этих грунтов связаны с размерами частиц лишь косвенно. Так как частицы и пылеватых, и глинистых грунтов имеют микроскопические размеры, то для полевого определения этих грунтов критерием должны служить не размеры зерен, а физические свойства.

Одним из таких критериев является прочность грунта в сухом состоянии. Для ее определения производят следующий простой опыт. Из исследуемого грунта формуют небольшой брикет и высушивают его на воздухе. Затем образец разбивают на мелкие куски. Берут на пробу кусочек брикета размером около 3 мм, и сдавливают его большим и указательным пальцем. Для того чтобы раздавить сухой комок глины, потребуется большое усилие, в то время как кусок пылеватого грунта легко крошится. Поскольку водопроницаемость пылеватых грунтов значительно больше, чем глин, то для определения вида грунта производят также пробу на встряхивание. Для этого на ладонь берут небольшое количество исследуемого грунта, смешанного с водой до очень мягкой консистенции, и слегка постукивают по тыльной стороне кисти. Если материал пылеватый, то вода быстро выйдет на поверхность грунта, придавая ей блестящий или глянцевый оттенок. Если эту грунтовую лепешку расплющить или растянуть, то вода втянется обратно внутрь массы и поверхность ее сделается тусклой. При аналогичном опыте с глиной внешний вид ее поверхности не изменится, так как глинистые грунты по сравнению с пылеватыми грунтами обладают гораздо меньшим размером пор и более низкой водопроницаемостью. В том случае, когда исследуемый грунт является смесью пылеватых и глинистых фракций, то об относительном содержании каждой из них во взятой пробе можно судить по тому, как протекает вышеуказанный процесс: быстро, медленно, или же совсем не проявляется.

Следующим характерным свойством глин, которое также можно использовать в качестве показателя при обычных полевых определениях, является пластичность. Если проба влажного грунта раскатывается между ладонями рук в длинный тонкий шнур, то грунт, несомненно, содержит значительное количество глины. По мере того, как влажность грунта в результате продолжительного раскатывания понижается, пластичность его уменьшается, и шнур начинает крошиться. Из высокопластичной глины, например, можно раскатать шнур до минимального диаметра (около 3 мм), при котором он выдерживает свой собственный вес, имея длину 30 см и более. Из пылеватого грунта редко удается скатать шнур подобного диаметра без того, чтобы он не растрескался. При этом он совершенно не сопротивляется растяжению, если в нем не содержится хотя бы небольшого количества глины.

Так называемое отмучивание является четвертой процедурой, которую применяют в полевых условиях для того, чтобы отличить пылеватый грунт от глины и приближенно определить относительное содержание в грунте песчаной, пылеватой и глинистой фракций. Для этого небольшое количество исследуемого грунта взмучивают в воде и взвеси дают отстояться в стеклянном цилиндре или пробирке. Более крупные частицы осаждаются быстрее, более мелкие - медленнее. Песчаные частицы обычно оседают за 30-60 сек., а пылеватые - за 15-60 мин., тогда как частицы глины остаются взвешенными, по меньшей мере, в течение нескольких часов или дней, пока не соединятся друг с другом в более крупные агрегаты и не выпадут в виде хлопьев.

Грунты с органическими включениями и фундамент

Наличие небольшого количества органических примесей часто оказывает значительное влияние на физические свойства грунта. Большинство грунтов с органическими включениями являются более слабыми и сжимаемыми, чем грунты с тем же минералогическим составом, но без органических примесей. Присутствие заметного количества органических веществ можно определить по гнилостному запаху и темно-серому или черному цвету, который придают грунту разлагающиеся остатки растений.

Органический ил является более или менее пластичным грунтом, содержащим пылеватые фракции и некоторое количество тонко раздробленных органических веществ. Встречаются также ракушки и видимые остатки частично разложившихся растений.

Органическая глина является глинистым грунтом, у которого некоторые важные физические свойства обусловлены наличием тонко раздробленных органических остатков.

Грунтовые отложения с высоким содержанием органических веществ, как, например, торф и чернозем, отличаются черной или черно-коричневой окраской, наличием волокнистых остатков разной степени разложения и характерным органическим запахом.

Не всегда бывает легко распознать различные комбинации органических и минеральных материалов, в особенности, если в грунте содержится мало органических веществ. Тем не менее, если грунт имеет темно-коричневую, темно-серую или черную окраску, то всегда следует учитывать возможность наличия органических примесей. В том случае, когда характерный запах сразу не чувствуется, его иногда можно выявить, слегка подогрев пробу грунта.

Болотистый грунт

Грунты, подстилающие болота, произошли от ледниковых морен, растаявших миллионы лет назад. Отличаются они, как пишет профессор П.П. Смиренкин, "... большой пестротой сложения в вертикальном и горизонтальном направлениях". Иными словами, представляют собой хаотическое смешение обводненных слоев с включением друг в друга разных грунтов в самых разных плоскостях. Причем преобладают в них глинистые грунты с различными значениями коэффициента пористости. Именно этот коэффициент влияет на степень влажности глинистых грунтов, от которой в свою очередь зависит их несущая способность, и, что очень важно, степень вспучивания при замерзании.

Из-за такой разнопородности насыщенных водой грунтов с гуляющей у поверхности верховодкой невозможно определить сопротивление грунта для расчета основания фундамента. И дело даже не в том, что обычно оно ниже минимального, указанного в различных справочниках расчетного сопротивления (несущей способности) грунта Rрасч = 1,0 кг/см2. Проблема в том, что в разных местах одной и той же стройплощадки несущая способность грунтов может быть разной. Именно поэтому столбы тонут под одной стороной дома быстрее, чем под другой.

Проанализировав добытые сведения, я понял, почему в технической литературе, посвященной грунтам, ничего не говорится о так называемых болотистых грунтах, имеющих минимальную несущую способность Rрасч = 1,0...1,5 кг/см2. На таких грунтах фундаменты под капитальные сооружения не строят. Не выгодно.

Пучинистый грунт

Пучинистые свойства грунтов. Практически вся территория России находится в зоне сезонного промерзания грунтов. Большинство строительных площадок, на которых возводят загородные дома, представлены глинистыми грунтами, мелкими и пылеватыми песками, проявляющими при промерзании пучинистые свойства. Считается, например, что в Московской области такие площадки составляют 80...85%. Практически непучинистыми являются площадки, сложенные крупными и средней крупности песками.

Пучение обусловлено тем, что накапливающаяся при промерзании грунта избыточная влага увеличивается в объеме в 1,092 раза [1]. Но даже когда грунтовые воды находятся глубоко и не влияют на процесс пучения, оно происходит за счет перераспределения влаги в порах грунта в пределах глубины промерзания и расположенного ниже слоя грунта. Избыточное накопление воды в виде линз льда в верхней зоне промерзания происходит за счет иссушения нижних слоев грунта. Такие грунты, как правило, характеризуются как слабопучинистые.

При близком расположении грунтовых вод к поверхности грунта в течение 3-4-месячного периода из неисчерпаемого источника происходит движение воды к фронту промерзания, который в свою очередь перемещается вниз. В табл. 1 приведены значения возможной высоты миграции влаги к фронту промерзания. При таких значениях уровня грунтовых вод грунты в большинстве случаев характеризуются как сильнопучинистые.

По степени морозоопасности грунты делят на слабо-, средне- и сильнопучинистые. Величина деформации грунта зависит от степени его пучинистости.

В условиях Подмосковья деформации пучения дневной поверхности грунта, регулярно очищаемой от снега, в сильнопучинистых грунтах могут достигать 17...20 см. Для сравнения укажем, что допустимые значения абсолютных деформаций для деревянных домов составляют 5,0 см, для кирпичных - 2,5 см.

Касательные силы пучения, действующие по боковой поверхности фундаментов, могут достигать значений 7, 9 и 11 тс/м2 - в слабо-, средне- и сильнопучинистых грунтах соответственно. Нормальные силы пучения, действующие на подошву заанкеренных фундаментов - устроенных неподвижными на поверхности грунта, могут достигать 80 тс/м2.

Применяемые конструкции фундаментов в пучинистых грунтах

В практике индивидуального загородного строительства наибольшее применение нашли следующие типы фундаментов:

  • заложенные ниже глубины промерзания ленточные, столбчатые и плитные, сборные и монолитные; буровые опоры - цилиндрические и с уширением; щелевые (разновидность ленточных фундаментов, когда бетон укладывается в траншею без опалубки "в распор" грунта);
  • мелкозаглубленные монолитные ленточные, столбчатые и незаглубленные плитные фундаменты. В пучинистых грунтах надежные фундаменты должны удовлетворять следующим требованиям:
  • деформации их осадок не должны превышать допустимых значений;
  • фундаменты должны быть устойчивы при действии касательных сил пучения по боковой поверхности, то есть подошва фундаментов не должна отрываться от основания;
  • деформации пучения не должны превышать допустимых значений. Последнее условие относится к мелкозаглубленным фундаментам.

Первое из рассмотренных требований считается выполненным, если на основе инженерно-геологических изысканий и рассчитанных нагрузок от дома назначены такие размеры опорной части фундаментов, при которых давление под подошвой не превышает расчетного сопротивления грунта.

Второе требование выполняется, когда конструктивными мероприятиями обеспечено условие, при котором касательные силы пучения не превышают нагрузки от дома. Например, это может быть уширение траншей и котлованов, засыпаемых непучинистым грунтом (песком).

Для заглубленных фундаментов устойчивость должна быть обеспечена при расчетной глубине промерзания, для мелкозаглубленных - при промерзании грунта на глубину их заложения.

Третье требование выполняется путем замены части пучинистого грунта под подошвой фундаментов на непучинистый. Устраивают так называемую противопучинную подушку расчетной толщины, за счет чего деформации пучения не превышают допустимых значений.

Различие конструкций фундаментов и технологии устройства оказывают существенное влияние на характер их взаимодействия с пучинистыми грунтами. При применении буровых цилиндрических опор и щелевых фундаментов их несущая способность в значительной мере определяется сопротивлением грунта по боковой поверхности. В этом случае велико влияние пучинистого грунта на устойчивость таких фундаментов.

При использовании заглубленных и мелкозаглубленных ленточных, столбчатых и плитных фундаментов в траншеях и котлованах несущая способность грунта учитывается только по подошве. Более гибкая технология устройства таких фундаментов позволяет за счет конструктивных мероприятий и в первую очередь за счет увеличения ширины выработок, засыпаемых непучинистым грунтом, обеспечить их устойчивость.

Определение материалов основания фундамента

Первая стадия работ по составлению надлежащего описания скальной формации или грунтовых напластований включает определение, классификацию и характеристики скальных пород или грунтов, входящих в состав данной формации или напластования.

При составлении любого проекта требуется в конечном итоге оценка свойств формации или напластования в целом. Эти свойства могут оказаться отличными от тех, которые были получены в результате испытаний отдельных образцов, проводившихся с целью классификации и описания.

В том случае, когда материал основания является скальной породой, то для его классификации и описания необходимо путем исследования соответствующих образцов получить следующие данные: вид породы, основные минералы, текстуру, цвет, структурные признаки (например, слоистость, сланцеватость), степень раздробленности и выветренности, а также результаты механических испытаний, как например, испытания на прочность и др.

Если же материалом основания служит грунт, то в первую очередь необходимо установить, является ли он преимущественно крупнозернистым, мелкозернистым или разнозернистым. В последнем случае пробу грунта делят на две части, обычно при помощи сита № 140 американского стандарта (0,10 мм), так что одна часть состоит из крупнозернистых, а другая - из мелкозернистых фракций. Классификацию и описание производят для каждой части в отдельности в том порядке, какой принят для крупно- и мелкозернистых грунтов.

Затем производят предварительную классификацию образца, отнеся его к одной из основных категорий грунтов: гравий, песок, ил, глина, органический ил, органическая глина, торф или, что предпочтительнее, к одной из групп, перечисленных в геологической классификации.

После этого определяют индексационные свойства данного грунта.

После того, как будут определены эти свойства, следует уточнить предварительную классификацию грунта, сопоставив полученные показатели и характеристики с предполагаемыми характеристиками. Если они совпадают, предварительную классификацию можно считать правильной; если они расходятся, то истинная категория грунта будет определяться найденными характеристиками. Следует указать, что определение категории грунта по одной из стандартных систем будет наиболее надежным именно на этой стадии исследований.

При наличии опыта можно сократить объем указанных выше исследований, так как многие индексационные свойства могут быть с достаточным приближением оценены инженером без испытаний на глаз. Для этого он должен развить в себе привычку оценивать эти свойства не в качественных характеристиках, а в цифровых показателях. Однако проведение полного объема испытаний может быть необходимым даже для опытного специалиста при классификации грунта со сложным комплексом свойств.

Скальные породы при постройке фундамента

Скальные породы, выходящие на поверхность земли или покрытые грунтом, разделяют по происхождению на три группы: изверженные, осадочные и метаморфические.

Изверженными - называются породы, которые образовались в результате охлаждения расплавленной магмы, или же вследствие рекристаллизации ранее отвердевших пород под действием температуры и давления, достаточно высоких для того, чтобы снова временно обратить их в жидкое состояние.

Осадочные породы состоят из материалов, образовавшихся в результате физического и химического воздействия на изверженные, осадочные или метаморфические породы (так называемого "выветривания"), и из останков различных животных и растительных организмов.

Метаморфические породы образовались из осадочных или изверженных пород, состав и строение которых подверглись изменениям под влиянием высоких температур и давлений, причем в процессе этих изменений они не расплавлялись. Зная типичные особенности этих трех групп, обычно, уже после наружного осмотра можно отнести данную породу к той или иной из них. Наиболее важными свойствами пород, которыми руководствуются при классификации, являются - текстура, структура и минералогический состав.

К текстуре относятся размеры, форма и характер агрегации частиц или кристаллов, из которых скала состоит. Под структурой подразумевают общие признаки, характерные для больших массивов, например системы трещин, швов и плоскостей напластований. Поскольку наиболее распространенные виды пород состоят преимущественно из относительно малого числа породообразующих минералов, то для того, чтобы научиться различать их и классифицировать, достаточно иметь небольшую практику.



Карта сайта
©2018 geonaft.ru