Основные понятия о грунтах

Грунтами называются горные породы, слагающие верхние слои земной поверхности, образовавшиеся в результате выветривания. Состоят они из трех фаз: твердой, жидкой и газообразной. Соотношение между этими фазами, а также прочность связей между твердыми частицами во многом определяют физические свойства грунтов. Для оценки и классификации грунтов оснований образцы грунта в процессе инженерно-геологических изысканий на строительной площадке отбирают из шурфов и скважин. Образцы грунта должны иметь ненарушенную структуру, поэтому их получают из относительно больших по объему образцов грунта (монолитов). Образцы подвергают лабораторным исследованиям. На основании результатов этих исследований полученные характеристики сопоставляют с классификационными показателями для качественной оценки свойств грунтов и возможности их использования в качестве оснований сооружений.

В результате лабораторных исследований грунтов определяют три основных показателя: плотность грунта ненарушенной структуры ρ, равную отношению массы образца грунта к его объему; плотность твердых частиц грунта ρ_s, равную отношению массы твердых частиц к их объему, и природную влажность w, равную отношению массы воды, содержащейся в грунте, к объему твердых частиц.

Любой образец грунта массой m и объемом V состоит из трех частей: объема V_s, занятого твердыми частицами массой объема воды V_w, занятого массой воды m_w и некоторого объема V’, занятого газом массой m', которая в силу своей малости в расчетах не учитывается.

Помимо основных физических характеристик грунтов определяются и дополнительные физические характеристики: гранулометрический состав, плотность грунта в сухом состоянии, коэффициент пористости; степень влажности, число пластичности и показатель текучести.

Гранулометрический состав характеризует содержание по массе частиц грунта различной крупности по отношению к общей массе грунта, находящегося в абсолютно сухом состоянии. Он определяется с помощью просеивания сухого грунта через систему стандартных сит.

Плотность грунта в сухом состоянии (плотность скелета грунта) представляет собой отношение массы твердых частиц грунта к объему грунта ненарушенной структуры.

Коэффициент пористости — отношению объема пор к объему твердых частиц.

Степень влажности — отношение природной влажности к влажности при полном водонасыщении.

Число пластичности - характеристика, по которой определяют наименование пылевато-глинистого грунта.

Показатель текучести оценивает состояние пластичности (консистенцию) пылевато-глинистого грунта .

Грунтам оснований и сооружений присваиваются наименования в описаниях результатов инженерно-геологических изысканий. В соответствии с такой классификацией различают грунты: скальные, крупнообломочные, песчаные и пылевато-глинистые. К скальным грунтам относятся изверженные, метаморфические и осадочные горные породы.

Крупнообломочные грунты в зависимости от гранулометрического состава классифицируются на валунные, галечниковые и гравийные.

Песчаные грунты в зависимости от гранулометрического состава разделяют на гравелистые (крупнее 2 мм), крупные, средней крупности, мелкие и пылеватые (менее 0,1 мм).

Пылевато-глинистые грунты в зависимости от числа пластичности подразделяют на супеси, суглинки и глины. По показателю текучестипылевато-глинистые грунты классифицируются на: супеси твёрдые, пластичные и текущие; суглинки и глины на твёрдые полутвёрдые, тугопластичные, мягкопластичные, текучепластичные и текучие.

Пористость и влажность глинистых грунтов в значительной степени влияет на их несущую способность. С увеличением пористости и влажности уменьшается их несущая способность и увеличивается деформативность.

Твердые и полутвердые пылевато-глинистые грунты — надежные основания, менее надежны основания из пылевато-глинистых грунтов, находящихся в пластичном состоянии. Пылевато-глинистые грунты в текучем и текучепластичном состоянии использовать в качестве оснований разрешается только после специального обоснования, поскольку этот тип грунтов способен терять несущую способность даже при небольших давлениях.

В особую категорию следует выделить следующие типы грунтов: просадочные, набухающие и вечномерзлые. Просадочные это пылевато-глинистые грунты, которые при замачивании дают значительную дополнительную осадку (просадку). Этим неблагоприятным свойством обладают в основном лессы и лессовидные суглинки, которые в необводненном состоянии имеют удовлетворительную несущую способность, обусловленную прочностью структурных связей между частицами грунта. При замачивании эти связи разрушаются, что сопровождается просадкой с изменением внутренней структуры грунта.

Набухающие грунты способны при увлажнении увеличиваться в объеме. Возможен и обратный процесс, при котором происходит уменьшение объема при снижении влажности, называемой усадкой. Основания, сложенные набухающими грунтами, рассчитывают по специальной методике, а при устройстве оснований и фундаментов прибегают к конструктивным мероприятиям, позволяющим снижать неблагоприятные последствия набухания или усадки.

Вечномерзлые грунты располагаются на значительной территории России. Они характеризуются наличием в порах воды, находящейся в замерзшем состоянии, в течение трех и более лет. При повышении температуры возможно оттаивание вечномерзлого грунта, сопровождающееся изменением внутренней структуры, что может привести к развитию дополнительных неравномерных осадок.

Контрольные вопросы:

22. Что называется грунтами?

23. Перечислите основные и дополнительные физические характеристики грунтов.

24. Приведите классификацию грунтов.

25. Что такое просадочные, набухающие и вечномёрзлые грунты?.

Подземные воды

Проектирование и устройство оснований и фундаментов дополнительно осложняется тем, что в толще основания на определенной глубине имеются подземные воды, которые могут оказывать значительное влияние на несущую способность оснований. В некоторых случаях в силу тех или иных причин влага может скапливаться у поверхности основания, вызывая образование верховодки (поверхностных вод), что также может снизить эксплуатационные характеристики оснований и фундаментов. Поэтому при проектировании и устройстве оснований и фундаментов следует учитывать сезонные и многолетние колебания уровня подземных вод и верховодки. Повышение уровня подземных вод может произойти в зонах основания, где имеются производственные здания с мокрыми технологическими процессами. Понижения уровня подземных вод следует ожидать в случае проведения мелиорационных работ и осушительных мероприятий при устройстве каналов и дренажей.

В общем случае возможные колебания уровня подземных вод прогнозируются. В зависимости от гидрогеологических и геологических условий района строительства, характера возводимых и существующих зданий и сооружений, особенностей технологического процесса, а также используемых технических решений в период строительства и эксплуатации. Колебания уровня подземных вод могут быть вызваны неправильным проведением работ при разработке котлованов, планировке территории, устройстве дренажей, сетей водопроводов, теплофикации, канализации и т. д.

Окончательное положение уровня подземных вод назначают по результатам специальных расчетов, выполняемых на основании проведенных инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий.

Особое внимание при проектировании оснований и фундаментов следует обращать на предотвращение попадания в грунты оснований производственных вод, отходов предприятий промышленности, которые могут вызывать формирование агрессивных сред, приводящих к химическим процессам набухания грунта или коррозионного воздействия на фундаменты. Для защиты фундаментов от подземных вод следует устраивать гидроизоляцию фундаментов и полов подвалов, а при опасности агрессивного воздействия предусматривать специальные антикоррозионные мероприятия, В особых случаях при возможности подтопления фундаментов и; подземных помещений, размывания грунтов основание; подземными водами устраивают специальное искусств венное водопонижение, защиту основания с помощью дренажей и искусственных ограждений.