617

ствляется в основномна грунтахосадочногопроисхожденияили использует их в качестве строительных материалов.

В соответствии с ГОСТ 25100–95, грунты осадочного происхождения относятся к двум классам грунтов: классу природных дисперсных грунтов и классу природных скальных грунтов.

5.1. Класс природных дисперсных грунтов

Дисперсные грунты – грунты, состоящие из множества минеральных зерен различного размера рыхлого или слабосвязного сложения.

В зависимости от величины обломков различают следующие структуры дисперсных (обломочных) грунтов:

Крупнообломочная – диаметр обломков более 2 мм. Песчаная – диаметр обломков от 0,05 до 2 мм.

Пылеватая(алевритовая)–диаметрчастицот0,005до0,05 мм.

Глинистая (пелитовая) – диаметр частиц менее 0,005 мм. Дисперсные грунты могут быть однородными по крупности и неоднородными, состоящими из обломков минералов различной величины. Их классификация осуществляется в соответствии с

ГОСТ 25100–95 (табл. 6)

Галечник и гравий — рыхлые грунты, состоящие из окатанных обломков пород и минералов. В составе галечника присутствуют обломки диаметров от 10 до 200 мм в количестве более 50 %, а гравий состоит из обломков от 2 до 10 мм.

По составу обломки обычно представлены, прочными к истираниюпородами(кварцит,гранит,базальт)иминералами(кварц, халцедон и др.). Поры в галечнике и гравии могут быть свободными или заполнены песчаным, пылеватым или глинистым материалом. В зависимости от состава заполнителя определяется вид грунта (например, галечник с песчаным заполнителем, гравий с глинистым заполнителем и др.). Наличие или отсутствие заполнителя пор существенно сказывается на инженерно-геоло- гических особенностях этих грунтов. Вслучаеотсутствия заполнителя они обладают высокой водопроницаемостью и являются надежными водоносными горизонтами. Попроисхождению различают морские, речные и реже озерные галечники (гравий). Залегают грунты в виде слоев, линз.

41

Плотность их составляет 1,7–1,9 т/м3, грунты надежны в основанииинженерныхсооружений.

Галечник,гравийширокоприменяетсявдорожномстроительствепри отсыпкенасыпей, приустройстведренажейи в качестве инертного заполнителя для бетонов.

Щебень и дресва — рыхлые несвязные грунты, состоят из угловатых (неокатанных) обломков скальных пород. В составе щебня преобладают обломки размером 10–200 мм, дресвы — 2–10 мм.Этигрунтыобразуютсявпроцессевыветриванияскальных пород. Залегают в форме линз, слоев. Поры, как правило, заполнены песчаным, пылевато-глинистым материалом, поэтому грунты обладают низкими фильтрационными свойствами. В составе обломков могут встречаться как прочные, так и слабые породы.

Плотность щебня 1,6–1,8 т/м3, коэффициент крепости 1–1,5. Щебень и дресва используются при дорожном строительстве при отсыпке насыпей дорог, после сортировки — в качестве

инертного заполнителя в бетонах.

Высококачественный щебень получают искусственно — при дроблении магматических скальных пород (гранитов,

базальтов и др.).

42

Песок — рыхлый грунт, состоит из обломков минералов, устойчивыхквыветриванию(главнымобразом,кварца,полевых шпатов, слюды и др.).

Различают пески мономинеральные, состоящие из одного минерала (кварцевые), и полиминеральные, состоящие из нескольких минералов. Размер песчаных зерен изменяется от 0,05 до 2,0 мм, частиц мельче 0,005 мм может присутствовать менее

3%.

Взависимости от размера зерен различают пески: гравелистые, крупные, средней крупности, мелкие и пылеватые (см. табл. 6).

По происхождению различают пески: аллювиальные (речные), морские, эоловые (образованные деятельностью ветра) и элювиальные (образуются в процессе физического выветривания пород). Залегают пески в форме слоев, линз, барханов, дюн, имеют слоистую текстуру. Пористость песков изменяется от 30 до 50 %. В зависимости от величины коэффициента пористости e различают разновидности песков: плотные, средней плотности и рыхлые.

Разновидности песков выделяются по коэффициенту водона-

сыщения: маловлажные (Sr < 0,5), влажные (0,5 Sr 0,8) и насыщенные водой (0,8 < Sr 1).

Насыщенные водой мелкие и пылеватые пески рыхлого сложенияподвлияниемгидродинамическогодавленияпривскрытии выработкой могут переходить в плывунное состояние (ложные плывуны). Пески рыхлого сложения склонны давать значи-

тельную осадку при динамических нагрузках. Средняя плотность песков около 1,5 т/м3, коэффициент крепости 0,5–0,6.

Пески широко применяются при отсыпке насыпей дорог, при строительстве дренажей и в качестве инертных добавок при приготовлении бетона.

Глина, суглинок, супесь — представляют собой слабосвязные пылевато-глинистые грунты, содержащие более 3 % тонкодисперсных (глинистых) частиц диаметром мельче 0,005 мм. В глинахсодержание«глинистой»фракциисоставляет более30 %, в суглинках 10–30 % и в супесях от 3 до 10 %. Остальная часть грунта представлена пылеватыми и песчаными зернами минералов.

43

Минералогический состав глинистой фракции может быть представлен каолинитом, монтмориллонитом, гидрослюдой, а также мельчайшими обломками кварца, полевых шпатов и др. По происхождению различают элювиальные (остаточные), т.е. образовавшиеся в результате химического выветривания пород (например, каолинита), оставшиесяна местезалеганияисходной породы, и осадочные (переотложенные), образовавшиеся в процессе отложения продуктов выветривания на дне водоемов, у подножья склонов и т.д. (аллювиальные, озерные, морские, пролювиальные,ледниковыеглины).

Цвет глинистых грунтов изменяется от белого до черного, но преобладают красновато-бурые, охристые тона за счет окислов железа. Текстура обычно слоистая, залегают в форме слоев, линз. Структурные связи между минеральными частицами водноколлоидные, обусловленные присутствием глинистых частиц и физически связанной воды.

Характерным свойством глинистых грунтов является пластичность — способность под воздействием внешних усилий изменять форму без разрыва сплошности и сохранять ее после устраненияэтихусилий.

При увеличении влажности глинистогогрунта от нуля происходит изменение его состояния (консистенции) от твердого через пластичное к текучему (рис. 4) и уменьшение прочности.

Рис. 4. Основные состояния (консистенции) грунта: твердая консистенция — грунт имеет свойства, близкие твердым

телам; пластичная — грунт под давлением руки изменяет форму без

потери сплошности; текучая — грунт деформируется под собственным весов

Значения влажности на границах консистенций называются пределом (границей) текучести L и пределом (границей) пластичности p.Значениявлажностинаграницетекучестиигранице пластичности для данного грунта являются постоянными величинами.Разностьмеждуними,выраженнаявпроцентах,называется числом пластичности:

44

Ip = ( L – p)100%.

Повеличинечислапластичностиглинистыегрунтыподразделяются на виды согласно табл. 7.

Глинистые грунты способны поглощать и удерживать в себе воду. При замерзании воды, находящейся в их порах, они существенно увеличиваются в объеме – происходит морозное пучение, которое разрушающе действует на насыпи автомобильных и железных дорог.

Глины и суглинки, содержащие в составе монтмориллонит, обладают свойством набухания.

Набуханием называют увеличение объема глины в процессе насыщения водой, что обусловленогидрофильными свойствами глинистых минералов и большой удельной поверхностью их. Водныеоболочки, образующиеся вокругглинистыхчастиц, приводят к увеличению объема грунта. В результате развивается давление набухания до 0,5 МПа, действующее на фундаменты сооружений, их деформацию. Грунты относятся к набухающим, если относительная деформация набухания, определяемая по формуле

s = (h – h0) / h0,

более0,04(слабонабухающие0,04–0,08,средненабухающие0,08– 0,12 и сильнонабухающие более 0,12). Здесь h — высота образца после замачивания; h0 – высота образца до замачивания. При высыхании водонасыщенных глин происходит уменьшение их объема – усадка.

Глиныобладаютвысокой степенью водопоглощения икапиллярногоподнятияинизкойводопроницаемостью.Пористостьих составляет 40–60%, плотность1,8–2,0т/м3,коэффициенткрепо-

сти 0,5–1.

45

Применяются глинистые грунты при возведении насыпей железных и автомобильных дорог, плотин, суглинки и супеси

– в кирпичном производстве.

Лессовые грунты (от немецкого слова loss — россыпью) — пылевато-глинистые, состоят из пылеватых частиц (размером 0,05–0,005 мм) вколичествеболее50 %, мелкопесчаныхи незначительного количества (до 16 %) глинистых частиц (мельче

0,005 мм).

Минеральнаячастьгрунтовпредставлена кварцем, полевыми шпатами, слюдами, каолинитом, монтмориллонитом и другими минералами. Минеральные частицы связаны между собой легкорастворимыми солями (гипсом, карбонатом кальция и др.) и глинистым веществом. Лессовые грунты характеризуются повышенной пористостью (до 60 %), в них хорошо видны макропоры диаметром 1–2 мм, светлые карбонатные журавчики, бурно вскипающие под действием соляной кислоты.

Текстура однородная или слоистая, плотность —1,5–1,8т/м3. Цвет грунтов палевый, светло-бурый за счет окислов железа.

Лессовые грунты широко распространены на территории нашей страны: южнее широты гг. Томска, Тюмени, Москвы.

Залегают лессовыегрунты с поверхности Земли в видепокровов мощностью от 1–2 до 60 м (Алтайский край).

Попроисхождению различают эоловые лессы и полигенетич-

ные лессовые суглинки, лессовые супеси, образовавшиеся в процессевыветриванияприповерхностнойтолщипородаллювиального, озерногопроисхождения.

Наиболее важным свойством лессовых грунтов является просадочность. Под просадкой понимается уменьшение объема грунта при замачивании водой. В естественных условиях лессовыегрунтыобычнохарактеризуютсянезначительнойвлажностью (обычно Sr < 0,5) и достаточно высокой прочностью. Вода, попадая в грунт, разрушает слабые структурные связи между частицами (растворяются легко растворимые соли, смачивается поверхность частиц, расклиниваются глинистые частицы). Под влиянием собственной массы или массы инженерного сооружения происходит уплотнение высокопористого лессового грунта, его просадка.

46

Степень просадочности лессовых грунтов оценивается по величине относительной просадочности, определенной по формуле

sl = (hp – hp') / hp,

где hp — высота образца при давлении p при естественной влажности; hp' — высота образца при давлении p после замачивания.

Грунты относятся к просадочным при относительной просадочности более 0,01 ( sl > 0,01).

Просадка лессовых грунтов происходит как в природной обстановке, так и в результате инженерно-хозяйственной деятельности человека —при подтоплениигородской территории, утечке воды из водонесущих коммуникаций. Неравномерное увлажнение пород под сооружениями приводит к их деформациям, вплоть до полного разрушения.

При строительстве на лессовых грунтах необходимо их предпостроечноеупрочнениеилиприменениеспециальныхконструкций фундаментов. Используются лессовые грунты при отсыпке насыпей железных и автомобильных дорог, изготовлении стро-

ительногокирпича.

К классу природных дисперсных грунтов относятся совре-

менные органические и органо-минеральные грунты, характе-

ризующиеся слабой структурной прочностью и повышенной агрессивностью к строительным конструкциям.

Торф–современныйорганический грунт, состоящий изполуразложившихся остатков растений (болотных трав, мхов, камышей, древесных стволов) образованный в условиях избыточного увлажнения и недостаточного доступа кислорода. Содержание органики в торфе превышает 50 %, остальная часть может быть представлена минеральным веществом (глиной, песком). При содержании органики от 10 до 50 % грунты относятся к затор-

фованным.

Торф характеризуется высокой пористостью (более 60 %) и влажностью (до 100 %). Большая часть воды находится в связномсостоянии, итольковколичестве4–9 %присутствует гравитационная вода. При высыхании торфов происходит значительная усадка (до 44 %). Плотность торфа составляет 0,6–1,1 т/м3.

47

Прочностныехарактеристикиторфовзависятотихпроисхождения,степениразложения,плотностиивлажности.Наибольшей прочностью обладает торф аллювиально-болотного происхождения с высокой степенью разложения.

Высокая пористость и огромная влажность обусловливают сильную сжимаемость грунта. Неоднородность строения и состава торфяной залежи, высокая сжимаемость, приводят к значительнымосадкаминженерныхсооруженийи ихдеформациям. При строительстве дорог, торф рекомендуется выбирать и заменять его обломочными грунтами (песками, щебнем и др.).

Применяется торф в качестве топлива и теплоизоляционного материала, широко используется как органическое удобрение.

Почва – природное образование, слагающее поверхностный слой земной коры и обладающее плодородием. Почва состоит из минерального вещества, представленного обломками минералов различной дисперсности (кварц, полевые шпаты, лимонит, каолинит, монтмориллонит и гидрослюды), и органического вещества (гумуса), содержание которого изменяется от долей процента до 22 % по массе. Часто в составе почв присутствуют различные соли, органические кислоты и всегда микроорганизмы. В основу классификации почв положена их кислотность в зависимости от величины водородного показателя pH: кислые, нейтральные, щелочные почвы. Особенности состава почв обус-

лавливают их агрессивность по отношению к строительным конструкциям.

В естественном залегании почвы характеризуются повышенной пористостью, а, следовательно, и сжимаемостью. При освоении строительных площадок рекомендуется почвенный горизонт срезать, складировать в бурты и потом использовать для рекультивацииосвоеннойтерритории.

Ил – водонасыщенный современный осадок преимущественноморскогопроисхождения. Содержит органическоевеществов виде растительных остатков и гумуса. Как правило, имеет текучую консистенцию и коэффициент пористости более 0,9. Под весом сооружения выдавливается.

Сапропель – пресноводный ил, темно-серый, образуется на дне застойных водоемов (озер, болот) из продуктов распада растительныхиживотныхорганизмов.Сапропельимееткоэффи-

48

циент пористости более 3 и текучую консистенцию. В составе преобладают мелкие минеральные частицы мельче 0,25 мм более 95 % массы. Относится к слабым грунтам. Под нагрузкой сооружения выдавливается. Применяется в качестве удобрения.

5.2.Скальные осадочные грунты

Кклассуприродныхскальныхгрунтовотносятсясцементированные обломочные грунты и грунты химического состава.

Сцементированные обломочные грунты состоят из обломков различных пород и минералов, связанных между собой природным цементом. В качестве цемента могут быть различные соли, выпавшие из водного раствора, циркулировавшего по порам рыхлой породы: гидрогель кремнезема (кремнистый цемент), углекислая известь (известковый, вскипает от воздействия соляной кислоты), окислы железа (железистый, грунт имеет бурый цвет), гипс и глинистое вещество (глинистый).

Структурные связи у них цементационные, в зависимости от состава могут быть водостойкими и водонестойкими.

Их прочность в основном зависит от состава и прочности цементирующего вещества. Повышенной прочностью обладают грунты с кремнистым цементом. Известковый и особенно гипсовый цемент могут растворяться в воде и выщелачиваться с образованием в породе пустот. Наименьшей прочностью обладаютгрунтыс глинистымцементом. Ониотносятся к полускальным грунтам.

Конгломерат — скальный грунт. Состоит из окатанных обломков (галечника, гравия), связанных различным по составу

цементирующим веществом. Залегают в форме слоев, линз. Плотность 1,9–2,9 т/м3, прочность конгломератов зависит от

состава цемента. Предел прочности у конгломератов с извест- ково-глинистым цементом составляет от 3 до 25 МПа, у кремнистых конгломератов достигает 150 МПа. Коэффициент крепости соответственно от 3 до 15.

Применяется в качестве бутового камня при возведении каменных стен, пестроокрашенныеразновидности – как облицовочный камень. Из кремнистых конгломератов получают каче-

ственный щебень для дорожного строительства.

49

Брекчия — скальный грунт, состоит из угловатых (неокатанных)обломковгорныхпород(щебня,дресвы)ицементирующего вещества. Состав обломков, входящих в брекчию, более однороден, чем в конгломерате, вместе с тем они могут обладать незначительной прочностью. На прочность брекчии влияет как состав обломков, так и состав цемента.

Плотность брекчии — 1,9–2,5 т/м3, предел прочности от 2 до 100 МПа, коэффициент крепости от 1 до 12.

Используется в дорожном строительстве после дробления в виде щебня.

Песчаник — скальный грунт, состоит из песчаных обломков минералов и цементирующего вещества. Песчаник характеризуется наличием кристаллизационных связей. В зависимости от состава цемента различают песчаники кремнистые, известко- вые,глинистые,гипсовые,поразмерузерен—крупнозернистые, среднезернистые и мелкозернистые. На изломе отчетливо видны песчаные частицы диаметром 2–0,5 мм.

Залегают песчаники в форме слоев, линз.

Прочность песчаников изменяется в широких пределах и зависит от состава цемента, состава и величины зерен, пористости. Наиболее прочные — кремнистые песчаники; глинистые и гипсовые песчаники легко выветриваются, относятся к полускальным грунтам.

Плотность 2,0–2,7 т/м3, предел прочности от 1 до 150 МПа, пористость6,9–28,3 %, коэффициенткрепости1–15.

Песчаники с кремнистым и известковым цементом используются в дорожном строительстве в качестве щебня.

Алевролит–полускальныйгрунт, образуетсяприуплотнении и окаменении пылевато-песчанистых грунтов (супесей). Цвет грунта – темно-серый, черный, при выветривании – серый, тем- но-бурый. На свежей поверхности грунта видны частицы размером от 0,1 до 0,05 мм.

Плотность грунта изменяется от 2,10 до 2,60 т/м3. Предел прочности изменяется от 3 МПа – для алевролитов с глинистым цементом, до 30 МПа – алевролитов с карбонатным цементом. Коэффициент крепости — 1–3. При вскрытии грунта горной выработкой алевролиты разрушаются – рассыпаются до трухи.

50