4.8. Характеристика классов грунтов
Природные скальные грунты. Для объектов Беларуси не характерны.
Природные дисперсные грунты. В этот класс входят:
• несвязные крупнообломочные образования и пески;
• связные грунты (с водноколлоидными связями) в виде минеральных (глинистых), органо-минеральных и органических образований.
Гранулометрический состав крупнообломочных и песчаных грунтов определяют с помощью набора стандартных сит, имеющих различные отверстия.
Свойства несвязных грунтов. Крупнообломочные грунты имеют обломки более 2 мм (дресва, гравий, галечник). Они несцементированы и аналогичны во взаимодействии друг с другом песчаным грунтам, т. е. в них отсутствуют связи
Прочность и водостойкость крупнообломочных грунтов зависит от генезиса, состава и выветрелости обломков.
Крупнообломочные грунты являются хорошим основанием для зданий и сооружений, при плотном сложении под нагрузкой не уплотняются, но при большом содержании глинистого материала сжимаются сильнее. При динамических воздействиях и землетрясениях водонасыщенные крупнообломочные грунты могут разжижаться и терять устойчивость вместе с построенными объектами.
Аллювиальные крупнообломочные грунты равнинных рек представлены окатанными обломками прочных пород, достаточно плотные, сильно водопроницаемы и практически несжимаемы.
Морские крупнообломочные отложения в виде галечников хорошо отсортированы и практически не имеют заполнителя, что определяет их высокую водопроницаемость, малую сжимаемость и пониженное сопротивление сдвигу.
На значительных глубинах (до 600 – 800 м) и на большом удалении от берега они плохо отсортированы, содержат много мелкозернистого материала, существенно снижающего водопроницаемость.
Озерные крупнообломочные грунты по своим свойствам близки к морским галечникам, формирующимся в зоне прибоя.
Крупнообломочные ледниковые (флювиогляциальные) грунты из угловатых и окатанных обломков размером от 2 до 0,05 мм залегают в виде прослоев, линз или рассеяны в виде включений в моренных толщах и флювиогляциальных песках. Эти грунты характеризуются значительной водопроницаемостыо, слабой сжимаемостью и довольно большой прочностью.
Пески в строительстве являются надежным основанием, служат хорошим материалом для изготовления строительных изделий, цементных растворов и т. д. В рыхлых песках строительство усложняется.
Морские пески занимают большие площади с многометровой мощностью, хорошо отсортированы по крупности.
Речные пески (аллювиальные) бывают гравелистые, крупные, средние, мелкие, пылеватые. Они локальны по площади, маломощны, не отсортированы, нередко с примесью глинистых частиц и гумуса. Рыхлое сложение легко переходит в плотное при водонасыщении и динамических воздействиях.
Элювиальные пески неоднородны по грансоставу, имеют угловатые зерна, рыхлое сложение (сильную уплотняемость).
Аллювиальные пески очень широко развиты на равнинных территориях современных речных долин и вне их, различны по гранулометрическому составу и свойствам.
Русловые пески характеризуются слоистым сложением с разнообразием форм косой и диагональной слоистости. Они сложены окатанными и слабоокатанными частицами. Преобладает среднее и рыхлое сложение песков и различие водопроницаемости в горизонтальном и вертикальном направлениях.
Пойменные и старинные пески представлены маломощными прослоями и линзами мелких и пылеватых разностей в толще супесей и суглинков (отложения ленточные, линзовидно-слоистые супеси и суглинки и др). Содержат примеси органики, имеют водопроницаемость, сжимаемость и прочность меньше русловых.
Дельтовые пески в основном средние и мелкие, отсортированы с окатанной формой зерен и обогащены пылеватым и глинистым материалом. Очень часто имеют рыхлое сложение, при динамическом воздействии склонны к разжижению.
Флювиогляциальные (водноледниковые) пески очень широко распространены в Беларуси. Они бывают крупными, средними, мелкими и пылеватыми с грубообломочным материалом и некоторым количеством глинистых частиц. Характерны косая слоистость, средняя плотность и даже рыхлое сложение. Их пористость такова: у гравелистых – 40 – 41%., мелких – 40 – 46 %, пылеватых – 42 – 51 %. Коэффициент фильтрации не превышает 10 м/сут, а с ростом дисперсности падает до 1,5 м/сут. Угол естественного откоса в воздушно-сухом состоянии – от 30 до 40о, под водой – 24 – 33о.
Ледниковые (моренные) пески залегают в виде прослоев и линз в толще моренных суглинков и глин. Грансостав разнообразен с преобладанием гравия и крупных обломков, иногда много валунов. Свойственна большая изменчивость состава и свойств в разрезе и по простиранию. Пески и толще моренных глинистых грунтов часто содержат напорные воды, при вскрытии котлованов и выемок способствуют сползанию и оплыванию откосов, а иногда прорыву напорных подземных вод с вымыванием песка, что значительно снижает устойчивость вышележащего грунтового массива.
Морские пески весьма однородны с хорошими окатанностью и водопроницаемостью (коэффициент фильтрации значительно больше 1 м/сут). Мелководные пески, особенно в зоне прибоя, имеют плотное сложение. Глубинные пески обычно рыхлые и склонны к большой осадке при динамических нагрузках.
Эоловые пески обычно отсортированные мелкие или пылеватые с хорошей окатанностью частиц наиболее распространены в полупустынях и пустынях. Толщи эоловых песков характеризуются неправильностью и разнообразием наклона слоев, в целом очень с рыхлым сложением, сильной водопроницаемостью.
Свойства связных грунтов. Супеси, суглинки и глины имеют значительную долю в Беларуси.
Глинистые грунты характеризуются большой группой физических свойств: пористостью, влажностью; поглотительной способностью; коррозионными и специфическими свойствами (пластичностью, консистенцией, липкостью, набуханием и усадкой). Они обычно залегают самостоятельными слоями, иногда в виде прослоев или линз в толщах других грунтов, что типично в основном озерным и речным отложениям. Мощность слоев очень разнообразна – от сантиметров до десятков и сотен метров.
Пористость n глинистых грунтов в зависимости от генезиса изменяется от 10% до 95 %. Поры в супесях и суглинках имеют открытый характер, а в глинах изолированы друг от друга, могут содержать «защемленные» воздух и воду. Это придает глинам характер «водоупоров». Иногда содержится органический перегной «гумус». Больше всего (до 5 – 15 % от массы грунта) его бывает в супесях и суглинках, поэтому их называют «почвами».
Гумус очень гидрофилен и существенно повышает активность глинистых грунтов во взаимоотношениях с водой, увеличивая влагоемкость, пластичность, сжимаемость и т. д.
Влажные глинистые грунты под нагрузками сильно сжимаются за счет уменьшения пористости и ведут себя как пластичное тело. Вода в глинистых грунтах всегда сильно влияет на их свойства, в частности, на поведение их под нагрузками.
Поглотительная способность глинистых грунтов связана с активной поверхностью глинистых частиц.
Коррозионные свойства глинистых грунтов выражаются в разрушении строительных материалов и подземных металлических трубопроводов за счет электролиза после воздействия блуждающих электрических токов на поровый водно-солевой раствор.
Специфические свойства глинистых грунтов. Вода придает глинистым грунтам ряд особых (специфических или «характерных») свойств: пластичность, липкость, набухание и усадка. Об этих свойствах было сказано выше.
Набухающие грунты обычно залегают слоями и чаще всего встречаются в сухих районах. Мощность слоев набухающих глин обозначается Нsw. Схема процесса набухания грунтов показана на рис. 51. За счет давления набухания Psw здание деформируется.
Рис. 51. Схема набухания грунта (а), давление набухания (Psw)