1. Оценка строительных свойств грунтов

Рассмотрим, что подразумевается под термином «грунт» в строительном деле. Нередко один и тот же предмет или явление в различных областях производства или в различных науках называют по - разному. К таким профессиональным синонимам относится термин «грунт» , который обычно применяется в строительном деле вместо принятого в геологии названия «горная порода».

В строительной технике все грунты обычно подразделяют на два класса, резко различающиеся по основным строительным свойствам: скальные и не скальные.

Скальными или просто скалой, называют такие грунты, которые представляют собой твердые тела, отличающиеся относительно высокой прочностью.

Не скальные грунты иногда называют еще рыхлыми, рушенными или землистыми. Они представляют собой легко распадающиеся в воде несцементированные или очень слабо сцементированные скопления частиц и обломков различных горных пород и имеют за немногими исключениями осадочное происхождение.

Все грунты имеют какие- то промежутки между частицами из которых состоят. Такие промежутки называют порами. В порах может содержаться выода, лед, пар, воздух и другие газы. Вещество, заполняющее поры, называют поровой средой или заполнителем.

Между скальными и нескальными грунтами провести границу очень трудно абсолютно строго.

Строители обычно разграничивают эти два типа грунтов по чисто производственному признаку. Они называют скальными такие грунты, которые требуют при разработке применения взрывных работ, а те грунты, которые можно непосредственно разрабатывать с помощью механического оборудования ( например, скреперов, бульдозеров ), относят к нескальным.

Трудность подобного подразделения пород обьясняется тем, что некоторые грунты в одном состоянии практически не отличаются от скалы, а в другом являются нескальными. Соответственно следует различать скальное и нескальное состояние таких грунтов.

Условия залегания различных грунтов, характер границ между ними, мощность и протяженность отдельных слоев, их относительное расположение и порядок чередования, наличие и характер всевозможных нарушений закономерности условий залегания - все эти характеристики грунтовой толщи объединяют под общим понятием ее строения.

В прошлом строители выделяли в грунтовой толще так называемый материк, понимая под ним те слои грунта, которые отличаются высокой плотностью и прочностью и могут служить надежным основанием для сооружения.

Более или менее четко отграниченные друг от друга различные по составу породы образуют так называемые слои или пласты. Тонкие слои называют пропластками или прослойками, а очень тонкие-лентами. Характерное расположение слоев различных пород и границ между ними в общей толще имеет важное строительное значение. Глинистые слои при обжатии выделяют поровую воду, которая отводится через легко проницаемые крупнообломочные и песчаные слои. Жесткие песчано-пылеватые прослойки препятствуют поперечным деформациям и выпиранию в стороны зажатых между ними глинистых слоев, заставляя последние более равномерно уплотняться под сооружением. С другой стороны, наличие тонких песчано-пылеватых прослоек в глинистой толще облегчает возникновение горизонтальных сдвигов в этой толще по контакту с прослойками и не раз служило причиной расползания насыпей и дамб, отсыпанных на подобных толщах.

Рассмотрим основные типы нескальных грунтов, относительно резко различающихся по своим строительным свойствам, приведем краткое их описание и названия, которые чаще всего используются практиками – строителями.

Почва - это непосредственно примыкающий к дневной поверхности слой земли, если он пригоден для произрастания растений. Почвы образовались из горных пород в результате их изменений под влиянием воды, воздуха и, что особенно важно и специфично именно для почв, различного рода организмов – растительных, животных и бактерий. Почвы всегда содержат примеси органических остатков или продукты их разложения.

Галечник - это скопление несцементированных относительно крупных окатанных обломков размером в несколько сантиметров, с трудом поддающихся разработке. Образцы галечника практически невозможно отобрать с сохранением естественной плотности, и его деформативные и прочностные свойства обычно приходится определять полевыми испытаниями. Галечник обладает весьма малой сжимаемостью и является хорошим основанием ( если защищен от размыва). Более мелкий материал – гравий и дресва - обычно рассматриваются как промежуточный по своим свойствам между галечником и крупным песком.

Песчаные грунты в основном состоят из кварцевых частиц размером от десятых долей миллиметра до двух миллиметров и лишены сцепления.

Строительные свойства песка существенно зависят от его плотности. В плотном состоянии это превосходное малосжимаемое основание для сооружений, обладающее высокой несущей способностью. В рыхлом состоянии песок , особенно мелкий, сильно сжимаем, дает большие осадки под нагрузкой, а будучи водонасыщенным, под влиянием динамических воздействий или при значительных сдвиговых деформациях резко понижает свою устойчивость и разжижается, растекаясь подобно густой жидкости.

Наиболее характерным свойством песчаных грунтов является малая изменяемость их обьема при изменении влажности. Они почти не обладают способностью сжиматься (давать усадку) при высыхании или расширяться (набухать ) при увлажнении. Однако насыщение водоц заметно снижает их сопротивление действию нагрузки от сооружений.

Разновидностью песчаных грунтов являются плывуны. Плывунами строители называют грунты, которые легко теряют устойчивость, превращаясь в текучую, расплывающуюся массу. Это явление особенно часто встречается у водонасыщенных тонкозернистых грунтов, представляющих собой смесь очень мелкого песка и глинистых частиц, а также и у некоторых высокопористых глин. Такие грунты даже при слабых сотрясениях или при небольших деформациях, происходящих, например, при выпучивании стен котлована под действием собственного веса, переходят в состояние, напоминающее густую жидкость. Эти плывуны обычно очень плохо «отдают» воду, т. е. не осушаются при откачке воды из котлованов и приямков насосами.

С другой стороны, средне- и мелкозернистые пески, не являющиеся плывунами, могут переходить в плывунное состояние под влиянием высокого давления фильтрующей сквозь них под большим напором воды.

К глинистым грунтам относят тонкозернистые грунты, которые в маловлажном состоянии обладают высоким сопротивлением нагрузке и небольшой сжимаемостью, но при высокой влажности резко понижают свою прочность и дают большие и долго продолжающиеся осадки сооружений. При увлажнении глинистые грунты увеличивают свой объем

( набухают) и могут поэтому впитывать большие количества воды, переходя в некоторых случаях в текучее состояние. Наоборот, при высыхании они уменьшаются в объеме, давая значительную усадку, и приобретают при полном высыхании высокую плотность и камневидное состояние. Характерным свойством глинистых грунтов во влажном состоянии является их пластичность, проявляющаяся в способности сильно изменять свою форму под действием сдвигающих сил, причем тем легче, чем выше влажность. При этом глина не трескается и не крошится. Эти грунты способны испытывать длительные незатухающие деформации под постоянной нагрузкой и изменять свои прочностные свойства в процессе деформирования.

В зависимости от плотности и прочности глинистых грунтов, которая приближенно оценивается сопротивлением разработке, строители на практике делят глины на твердые, мягкие и текучие.

Насыпные грунты - это искусственные образования, состоящие из грунтов, вывезенных из котлованов, выработок метро и т. п., а также отвалы из других материалов ( типа заводских шлаков, пустой породы и т. д.). с течением времени эти грунты слеживаются, т. е. естественным путем постепенно уплотняются.

К насыпным грунтам относят также всевозможные свалки строительного мусора, утиля, отходов производства и т. д., не поддающиеся уплотнению.

Строительная классификация грунтов (ГОСТ 25100-95) принимается в соответствии с их физическими характеристиками. Различают основные и производственные характеристики. Основные определяются только экспериментальным путем, а производные вычисляются по формулам.