Грунт

Грунт

ГРУНТ в строительном деле, слой земли, на котором закладывается фундамент строения. Грунты классифицируются по их свойствам, имеющим значение в областях их применения. Для оценки технической пригодности грунта имеют значение: 1) связность (сцепление), т. е. прочность связи между частицами грунта, 2) размер и форма частиц, 3) однородность состава, 4) коэффициент трения одной части массы грунта по другой (угол естественного откоса), 5) влажность и влагоемкость, т. е. наличное количество воды в грунте и то ее максимальное количество, которое грунт может принять (в % от сухого веса), 6) водопроницаемость, 7) водоудерживающая способность, т. е. способность грунта удерживать поглощенную воду вопреки действию сил, направленных к ее удалению, 8) размываемость, 9) растворимость в воде, 10) пластичность, 11) сжимаемость, 12) разрыхляемость.

В земляных работах по устройству оснований для фундаментов сооружений, разработке выемок и возведению насыпей грунты классифицируются по степени их прочности, или, что то же, по степени трудности их разработки. Прежде всего, грунты делятся на две основные группы: грунты скалистые и рыхлые, с промежуточной между ними группой грунтов скалистых разрушенных, состоящих из скопления отдельных камней, между собой не связанных, или же сцементированных посторонними примесями (конгломераты).

Скалистые неразрушенные грунты подразделяются на сплошные и слоистые. Сплошные скалистые грунты, по своему происхождению преимущественно изверженные, имеют кристаллическую структуру и по химическому составу и минералогическому строению разделяются на полевошпатовые (гранит, гнейс, порфир) и роговообманковые (сиенит, диабаз, диорит, базальт). Эти грунты отличаются значительной плотностью (объем пор не больше 1%) и ничтожной влагоемкостью (0,1—1%). Слоистые скалистые грунты принадлежат к осадочным породам, по строению и химическому составу подразделяются на песчаники, известняки, доломиты и глинистые сланцы. Прочность этих пород в значительной степени зависит от толщины слоев и характера прослоек. При залегании таких грунтов наклонными слоями и наличии глины в прослойках создается опасность сползания одних слоев по другим. Влагоемкость известняков и доломитов довольно велика и колеблется в пределах от 1,5 (плотные известняки) до 40% (мел). Водопроницаемость ничтожно мала (для прохождения водой пласта мела толщиной 1 м требуется около 2 дней). При наличии трещин свойства скалистых грунтов резко меняются. Трещины в скалистых грунтах появляются в результате расширения и сжатия под влиянием изменений температуры, а затем увеличиваются под действием замерзающей в этих трещинах воды. Трещиноватые скалистые грунты водопроницаемы и чрезвычайно подвержены выветриванию, т. е. механическому и химическому разрушению от воздействия на них воды, ветра, силы тяжести и органических агентов.

К рыхлым грунтам, прежде всего, относятся две основные группы их: пески и глины.

Пески, - продукт механического разрушения первичных горных пород, преимущественно кристаллических. Наиболее распространенными являются кварцевые пески, представляющие чистую кремнекислоту (SiО2). Полевошпатовые, известковые и другие пески встречаются реже. По происхождению и месту залегания пески подразделяются на: 1) ледниковые отложения песков, всегда неправильно слоистые, тонкослойные, гл. обр. кварцевые, преимущественно белые или красноватые; 2) морские, правильно слоистые, залегающие слоями большой мощности с зернами округленной формы и прослойками из гравия и глины, часто также с примесью раковин; 3) речные, с сильно окатанными зернами, с примесью ила; 4) овражные, с зернами слабо окатанными, неправильно слоистые, обычно тонкослойные, но иногда залегающие и мощными слоями; 5) горные, зерна остроугольной формы (совершенно неокатанные), т. к. эти пески залегают в местах своего образования; 6) дюнные, или золовые, отложенные ветром в дюнах (морских, речных или материковых); в зависимости от силы ветра, наносящего эти пески, зерна колеблются от 0,1 до 0,5 мм.

Глины - продукт механического и химического разложения кристаллических порода содержащих полевой шпат (см. Глина). Грунты, состоящие из смеси глины и песка, называются суглинками (когда глины не меньше 20%) и супесками (когда глины в смеси не более 15%).

Лёсс - мелкозернистый грунт, состоящий из кварцевой пыли (около 60%), извести (10—20%), глины (5—10%), окиси железа (5—10%). Этот грунт атмосферного происхождения, залегает значительными массами на Украине и в Средней Азии; обладает большой влагоемкостью (до 40%); в сухом состоянии сцепление лёссовой массы значительно, но при увеличении влажности сцепление пропадает. Лёсс чрезвычайно легко размывается.

Мергель - глина с примесью углекислой извести (а иногда и магнезии). В сухом состоянии и естественных залежах обладает значительной твердостью. Очень гигроскопичен; напитываясь водой, превращается в полужидкое тесто, которое затем при высыхании распадается в тончайший порошок.

Растительный грунт находится лишь в поверхностной толще земной коры, выветрившейся под действием воздуха, воды, температуры, а также организмов, в особенности микроорганизмов. Необходимой составной частью растительного грунта является перегной, или гумус, получающийся из омертвевших растительных и животных остатков в результате деятельности микроорганизмов. Из разновидностей растительного грунта чаще всего встречается чернозем, богатый гумусом (от 5 до 15%); минеральную часть его составляют песок (40—70%), глина (15—40%) и известь (1—2%). Песчаные зерна чернозема - размера пыли. Влагоемкость растительного грунта очень велика (40—50%). Связность от присутствия гумуса увеличивается, но при влажности более 20% резко падают как связность, так и коэффициент трения, отчего растительная земля, напитанная водой, превращается в грязь. К растительным грунтам относятся также торф - продукт разложения растений под водой без доступа воздуха и растительный ил - остатки водных растений и животных, осевшие в виде тончайшей мути на дне морей, озер, рек и болот. Примесь ила к песку чрезвычайно понижает коэффициент трения песка, и такой иловатый песок с водой превращается в плывун, совершенно неспособный держаться в откосе и расплывающийся, как жидкость.

При выкапывании естественно сложившихся грунтов разрыхление их достигает 20—30%, но затем в насыпях это разрыхление уменьшается от осадки, остающееся же разрыхление бывает: при песке 1—1,5%, суглинках 3%, жирной глине 6—7%. Вес единицы объема грунта зависит от степени его разрыхления и влажности (табл. 1).

Вес единицы объема грунта

В рыхлых грунтах, представляющих собою гл. обр. многоразличные смеси песка и глины, их свойства определяются свойствами этих двух грунтов. Основное физическое различие между глиной и песком заключается в размере и форме частиц этих грунтов, причем форма частиц в известной степени обусловливается их петрографическим составом. По механическим элементам рыхлые грунты классифицируются так:

По механическим элементам рыхлые грунты классифицируются так

Частицы (зерна) песка м. б. круглыми или угловатыми, гладкими или шероховатыми, но непременное свойство, отличающее их от частиц глин, это - компактность и жесткость, тогда как частицы глины гибкие, чешуеобразные. Этим различием в структуре объясняется различие во всех свойствах этих грунтов и, прежде всего, в их отношении к воде.

Вода оказывает совершенно исключительное влияние на свойства грунтов. Помимо свободной воды, т. е. протекающей через грунты в зависимости от его водопроницаемости, вода в грунтах может быть трех видов. Гигроскопическая влага - результат конденсации паров воздуха на поверхности частиц - при прочих равных условиях увеличивается для грунтов с более мелкими частицами; например, при 21° гигроскопическая влага, для пыли будет около 7%, а для глины - до 17% (для песка, в зависимости от его крупности, не больше 1%). Молекулярная влагоемкость представляет собою ту воду, которая, вопреки действию силы тяжести, задерживается молекулярными силами вокруг частиц; она также находится в зависимости от общей поверхности частиц: для песка не больше 3%, для глины до 30%. Капиллярная влажность поддерживается поверхностным натяжением в капиллярах (мельчайших ходах между частицами грунта); она тем больше, чем капилляры тоньше, т. е. чем мельче частицы грунта. Поднятие по капиллярам может достигнуть нескольких метров, причем наибольшая капиллярная влажность колеблется от 44% для глины до 10% для песка. Капиллярная влажность грунта имеет большое значение для состояния земляного полотна дорог. Так, грунтовые дороги, поднятые на незначительную высоту над горизонтом воды, никогда не просыхают, и их совершенно не удается содержать в проезжем состоянии. Полная влагоемкость грунта колеблется от 30 до 40% для песка и достигает 75% для глин, причем наибольшая влагоемкость песка соответствует объему пор, глины же принимают воды приблизительно на 50% больше объема пор (разбухают). Способность грунта пропускать воду (водопроницаемость) также находится в зависимости от крупности зерен: крупнозернистые пески хорошо проводят воду, мелкозернистые малопроницаемы для воды, глины почти совершенно водонепроницаемы. При наличии текущей воды грунты размываются (частицы их увлекаются водой), причем этот размыв начинается для глины при скорости течения в 15 см/сек, для песка - 30 см/сек, гравия - 60 см/сек. Остальные различия в физических свойствах песка и глины сводятся к следующему: 1) пески при высыхании не уменьшаются в объеме, глины же уменьшаются; 2) пески в чистом виде имеют ничтожную связность, глины же обладают в зависимости от влажности значительной связностью; 3) пески не пластичны, глины пластичны; 4) пески почти немедленно после приложения силы сжимаются, глины же под действием внешней нагрузки очень медленно сжимаются; 5) степень сжимаемости песков ничтожна, глины, наоборот, сильно сжимаемы.

Связность, трение, пластичность, водопроницаемость - все эти физические свойства грунтов, влияющие на их техническую пригодность, находятся в зависимости не только от структуры грунта, но и от его влажности. При переходе от сухого грунта к слегка влажному связность несколько повышается, но при дальнейшем увеличении влажности она падает, и при влажности, близкой к заполнению всей влагоемкости, грунт расплывается. Коэффициент трения, обусловливающий вместе со связностью способность грунта держаться в откосе, с повышением влажности понижается. Таким падением трения обусловливаются обвалы и сплавы косогоров и откосов выемок по наклонным пластам глины, «намыленным» просочившейся водой. Углы естественного откоса для разных грунтов приведены в табл. 2.

Углы естественного откоса для разных грунтов

Пластичность глин имеет место только в границах влажности, определяемых пределами пластичности и текучести, т. е. теми количествами влаги в % от веса сухого материала, при которых грунт, переставая быть пластичным, начинает крошиться или растекаться. Водопроницаемость глины, слабая в сухом ее состоянии, по мере насыщения ее водой еще более понижается, и при полном заполнении влагоемкости глина становится совершенно водонепроницаемой.

Всякий грунт, могущий по своим свойствам служить естественным основанием для возведения на нем того или иного сооружения, называется материком. От материка требуются: 1) достаточная прочность, 2) малая и равномерная сжимаемость, 3) неразмываемость, 4) достаточная мощность, 5) невыветриваемость. Достаточная прочность определяется соотношением между весом сооружения, приходящимся на 1 см2 площади основания, и допускаемым на такую же площадь данного грунта давлением. Величина допускаемого давления находится в зависимости не только от свойств грунта, но и от характера действия на него нагрузки и глубины заложения фундамента. По нормам Научно-технического комитета НКПС давление на грунт при глубине заложения основания до 2,5 м от поверхности земли не должно превосходить

Grunt 4

Grunt 4 2

При углублении фундамента в глинистый или песчаный грунт на глубину более 2,5 м указанные допускаемые давления на его подошву м. б. повышены на основании результатов опытов, но при углублении в грунт: а) от 2,5 до 5 м не более как на 0,10 кг/см2 на каждый метр глубины, считая от поверхности грунта или от межени водотоков; б) от 5 до 10 м - на 0,20 кг/см2 на каждый метр углубления свыше 5 м; в) свыше 10 м - на 0,25 кг/см2 на каждый метр углубления свыше 10 м.

Все грунты более или менее сжимаемы, и строительная техника требует лишь, чтобы эта сжимаемость была достаточно мала и в особенности равномерна по всей поверхности основания. Лучшими в этом отношении грунтами являются скалистые сплошные и слоистые, а также плотно слежавшиеся грунты: скалистые обломочные, песчаные крупнозернистые и плотные глинистые (мергель); совершенно непригодны - растительная земля, торф, а также всякого рода насыпные и наносные грунты. Тонкослойный грунт под действием на него нагрузки может расстроиться, вдавливаясь в нижележащий слой слабого грунта. Поэтому для рыхлых грунтов (песчаных и глинистых) толщина слоя д. б. не менее 6 м, для скалистых разрушенных - не менее 4,5 м и для скалистых сплошных и слоистых - не менее 3,5 м. Особую опасность для оснований представляет вода, подверженная замерзанию и связанному с этим расширению. Для предотвращения вредных последствий этого явления глубина заложения фундаментов должна быть ниже глубины промерзания.

Для возможности возведения сооружений на слабых грунтах прибегают к их укреплению. Если имеется опасение размыва грунта, место расположения фундамента ограждают шпунтовой стенкой с каменной наброской или фашинными тюфяками снаружи для предохранения шпунта от подмыва. Слабый грунт уплотняют трамбованием или втрамбованием в него слоя щебня, но чаще всего забивкой свай. При сооружении земляного полотна дорог к грунту, помимо водопроницаемости, а равно малой и равномерной сжимаемости, предъявляется еще требование равномерной передачи давления. Всем этим условиям удовлетворяет крупнозернистый песок, являющийся лучшим материалом для устройства насыпей. Особые требования предъявляются к грунтам при устройстве т. н. грунтовых дорог, т. е. дорог без каменной или иной одежды. Для таких дорог лучшими грунтами являются песчано-глинистые смеси, так как жирная глина и чистый песок непригодны для воспринятая непосредственных давлений от колес экипажа. Пропорции смеси, дающей лучшие результаты, устанавливаются путем лабораторных исследований как грунт, из которого состоит дорога, подлежащая улучшению, так и имеющихся в данной местности глины и песка. Этими исследованиями устанавливаются имеющие значение в условиях службы дороги следующие свойства: 1) скорость и характер размокания, 2) скорость просачивания воды, 3) сопротивление вдавливанию в разных состояниях влажности, 4) степень прилипания грунта при условиях различного увлажнения и 5) сопротивление раздавливанию в сухом состоянии.

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 6 - 1929 г.