3. Состав грунтов

Состав грунтов в значительной мере определяет их физические и механические свойства. В связи с этим он достаточно хорошо изучен в разделе инженерной геологии – грунтоведения.

В общем случае, с физических позиций, грунт состоит из трех компонентов: твердой, жидкой, газообразной.

Иногда в грунте выделяют биоту – живое существо. Это оправдано с общенаучной точки зрения и полезно практически, так как жизнедеятельность организмов может оказывать существенное воздействие на свойства грунтов. Активизация жизнедеятельности бактерий, как правило, снижает прочность грунта, а их отмирание приводит к повышению его прочности. Однако пока свойства биоты не нашли отражения в моделях механики грунтов, и мы будем рассматривать грунт как трехкомпонентную систему [4, с. 135].

Твердая, жидкая и газообразная компоненты находятся в постоянном взаимодействии, которое активизируется в результате строительства. В зоне влияния промышленных и гражданских сооружений, т.е. на относительно небольших глубинах, в грунтах обычно присутствуют все три компоненты одновременно. На больших глубинах и в некоторых особых условиях грунт может состоять из двух и даже одной компоненты. В зоне вечной мерзлоты в составе грунта может встретится твердая и газообразная компоненты либо только твердая, если все пространство между частицами заполнено льдом. В зоне положительной температуры ниже уровня подземных вод грунт обычно состоит из твердой и жидкой компонент. В механике грунтов такой грунт часто называют «грунтовой массой». Газ в условиях высокого гидростатического давления полностью растворен в воде, но может выделиться из нее при понижении внешнего давления или повышении температуры. При внешних воздействиях, например, от строительства и эксплуатации зданий, однокомпонентная система грунта может переходить в двухкомпонентную, а двухкомпонентная – в трехкомпонентную. При этом, как правило, ухудшаются свойства грунта.

Было бы сравнительно просто решать задачи фундаментостроения, если бы грунт можно было рассматривать как механическую систему, состоящую из твердого. Жидкого и газообразного веществ с фиксированными независимыми свойствами каждой компоненты. В действительности дело обстоит сложнее. На свойства грунта, как системы, значительное влияние оказывает минеральный и химический состав вещества, наличие биологически активной составляющей. Химические. Физические, физико-химические и биологические процессы в грунтах протекают в сложном взаимодействии, сливаясь в единый геологический процесс, который изменяет свойства грунта во времени до строительства, при строительстве и впоследствии при эксплуатации сооружений.

Твердые частицы грунтов состоят из породообразующих минералов с различными свойствами. Часть минералов инертна по отношению к воде и практически не вступает во взаимодействие с растворенными в ней веществами (кварц, полевые шпаты, слюда, авгит, кремень, роговая обманка и др.). Эти минералы не меняют свойств не только при изменении содержания воды, но и в широком диапазоне температур. Очевидно, что грунты. Полностью сложенные такими минералами, обладают наиболее благоприятными строительными свойствами. Из инертных минералов состоят все магматические горные породы, подавляющее большинство метаморфических часть осадочных. Среди осадочных пород этими минералами сложены пески и крупнообломочные грунты, а также образующие из них при цементации песчинки и конгломераты [4, с. 136].

Скальные – залегают в виде сплошного массива (граниты, кварциты, песчаники и т. д.) или в виде трещиноватого слоя. Они водоустойчивы, несжимаемы и при отсутствии трещин и пустот являются на­иболее прочными и надежными основа­ниями. Трещиноватые слои скальных грунтов менее прочны.

Крупнообломочные – несвязные облом­ки скальных пород с преобладанием обломков размером более 2 мм (свыше 50%). К ним можно отнести гравий, ще­бень, гальку, дресву. Эти грунты являют­ся хорошим основанием, если под ними расположен плотный слой.

Песчаные – состоят из частиц круп­ностью от 0,1 до 2 мм. В зависимости от крупности частиц пески разделяют на гравелистые, крупные, средней крупности, мелкие и пылеватые. 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, частицы грунта крупностью от 0,05 до 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 [5, с. 175].

Глинистые – связные грунты, состоя­щие из частиц крупностью менее 0,005 мм, имеющих в основном чешуйча­тую форму. 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. Несущая способность глинистых оснований зави­сит от влажности. Сухая глина может вы­держивать довольно большую нагрузку. Глинистые грунты делятся на глины (с содержанием глинистых частиц более 30%), суглинки (10...30%) и супеси (З...10%).

Лессовые (макропористые) – глинистые грунты с содержанием большого количе­ства пылеватых частиц и наличием крупных пор (макропор) в виде верти­кальных трубочек, видимых невоору­женным глазом. Эти грунты в сухом со­стоянии обладают достаточной проч­ностью, но при увлажнении способны давать под нагрузкой большие осадки. Они относятся к просадочным грунтам 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.

Насыпные – образовавшиеся искусст­венно при засыпке оврагов, прудов, мест свалки и т. п. Обладают свойством не­равномерной сжимаемости, и в большин­стве случаев их нельзя использовать в ка­честве естественных оснований под зда­ния. В практике встречаются также намы­вные грунты, образовавшиеся в результа­те очистки рек и озер. Эти грунты называют регулированными насыпными грунтами. Они являются хорошим осно­ванием для зданий.

Плывуны – образуются мелкими песка­ми с илистыми и глинистыми примесями, насыщенными водой. Они непригодны как естественные основания. Основания должны обеспечивать пространственную жесткость и устойчивость здания, поэто­му нормами предусмотрены допустимые величины осадок здания (80...150 мм в за­висимости от вида здания) [5, с. 183].

Этими данными пользуются только для предварительного расчета размеров фундаментов зданий. Обычно производят тщательные геоло­гические и гидрогеологические исследова­ния грунтов, с тем чтобы определить их физические и механические свойства, а также принять соответствующее реше­ние о конструкциях здания. Для этого определяют вид и мощность отдельных пластов грунта. В зависимости от этажности здания и местных условий глубина исследования колеблется в пределах от 6 до 15 м и более, исследование или разведку грунтов производят путем бурения или шурфова­ния и лабораторными анали­зами образцов пластов грунта. Если в зо­не фундаментов обнаружены грунтовые воды, то необходимо провести их хими­ческий анализ, так как эти воды могут быть агрессивными и оказывать разру­шающее воздействие на материал фунда­ментов [5, с. 480].