1.1.1. Грунты естественных оснований

Песчаные грунты

Глинистые грунты

Лессовидные (макропористые) грунты

Скальные грунты

Грунты оснований представляют собой сложное физическое тело, состоящее из трех основных элементов: минеральных частиц различной формы, прочности и состава, образующих грунтовой скелет (твердая фаза), воды и воздуха (жидкая и газообразная фазы), заполняющих пустоты между частицами грунта.

Минеральные частицы грунтов оснований являются продуктом выветрившихся горных пород.

По условиям образования (отложения, переноса частиц) различаются следующие грунты:

а) элювиальные — грунты, возникшие при выветривании пород и оставшиеся на месте своего происхождения. Частицы этих грунтов отличаются остро угловатой (неокатанной) формой;

б) аллювиальные — грунты, осевшие из текущей воды на дне долин, оврагов, рек. Частицы их отличаются меньшей или большей окатанностью в зависимости от длины пройденного ими пути до места отложения — образования;

в) ледниковые — грунты, перенесенные к месту своего образования движущимися льдами, талыми водами ледников и отличающиеся большим разнообразием размеров частиц;

г) морские, лагунные, озерные — грунты, осевшие в спокойной воде и характеризующиеся очень мелкими размерами частиц.

Графически единица объема грунта (рис. 1, а), в котором содержатся все три фазы, может быть разделена на три части (рис. 1, б), показывающие объемное содержание в нем минеральных частиц, воды и воздуха. Размеры и форма частиц и пор и общий объем пустот и воды в еди­нице объема грунта могут быть разные, чем и объясняется большое разнообразие свойств грунтов основания.

Основными физическими (объективными) свойствами грунтов основания являются: плотность (рыхлость) грунтового скелета, влажность и связность грунтов, структура и состав его минеральных частиц. Эти свойства характеризуют строительные качества грунтов естественных оснований и их сопротивление сжатию. Характеристики грунтов, как правило, определяются в лабораторных условиях путем исследования образцов, взятых на строительной площадке в их естественном залегании, то есть с ненарушенной структурой и естественной влажностью. Исходным данным для лабораторных исследований образцов грунта служит его объемный вес g0. Эта величина, как правило, определяется непосредственно на строительной площадке, так как вода в образце подвергается испарению, меняет вес образца и влияет на точность результатов исследования. 

Рис. 1.1. Схема трехфазного строения грунта и положение капиллярной воды в порах при частичном заполнении пустот водой:

а – скелет грунта; б – отдельные фазы грунта; в – песчаный грунт; г – глинистый грунт. 

Плотность (рыхлость) грунтов характеризуется коэффициентом пористости e — отношением объема пустот к объему минеральных частиц в единице объема грунта. Чем больше плотность грунта, тем меньше его деформативность (осадка) под влиянием нагрузки от веса сооружения и тем больше его сопротивление сжатию.

Влажность (объёмная) грунтов выражается отношением объема воды в порах к общему объему пустот в единице объема грунтового скелета. Кроме объёмной различают весовую влажность, которая определяется как отношение веса воды в порах определённого объёма грунта к весу сухого грунта того же объёма. Степень влияния влажности на сопротивление грунта сжатию зависит от структуры (формы) частиц грунтового скелета и их размеров. Влажность оказывает большое влияние на сопротивление грунтов основания, состоящих из мелкозернистых и чешуйчатых минеральных частиц, и весьма малое влияние на крупнозернистые грунты.

Связность грунта зависит от формы и размеров частиц грунта, удельной поверхности соприкасания частиц между собой и влажности грунта. Как известно, при соприкасании частиц грунтового скелета с водой вода поднимается по капиллярным ходам, образуются водоколлоидные связи (пленки) и происходит взаимное притяжение частиц между собой. Отметим, что при одной и той же влажности силы притяжения увеличиваются с уменьшением (утонением) размеров водо-коллоидных пленок и с увеличением удельной площади соприкасания частиц. Различают грунты с малой и большой связностью.

Малой связностью отличаются грунты зернистой структуры (рис. 1, в). Их грунтовой скелет имеет большую пористость и малую удельную поверхность соприкасания между частицами. Поэтому грунты зернистой структуры обладают малой силой взаимного притяжения минеральных частиц, то есть малой связностью. По мере испарения воды грунтовой скелет из зернистых частиц теряет свою связность и при незначительном воздействии на него силы рассыпается. Вот почему грунты зернистой структуры рассматриваются как сыпучие, частицы которых находятся в простом соприкосновении.

Большой связностью отличаются грунты, которые имеют слоистую чешуйчатую структуру (частицы размером меньше 0,005 мм — рис. 1, г) с большой удельной поверхностью соприкасания между частицами и с мельчайшими порами — ходами. В таком грунтовом скелете вода заполняет все поры и образует тонкие водо-коллоидные пленки, обволакивающие частицы скелета. Благодаря этому создается взаимное притяжение частиц, и грунт приобретает способность не рассыпаться как во влажном, так и в сухом состоянии. По мере испарения влаги промежутки между частицами уменьшаются (пленки утоняются) и силы притяжения еще увеличиваются; с увеличением влажности силы притяжения между частицами ослабляются. Такие грунты рассматриваются как связные.

По минеральному составу грунтового скелета и процентному содержанию в них чешуйчатых (глинистых) частиц грунты оснований подразделяются на две инженерно-геологические группы:

1. Песчаные — при содержании в грунтовом скелете чешуйчатых частиц менее 3 %; (супеси — при содержании чешуйчатых частиц 3–10 %, суглинки 10–30 %);
2. Глинистые — свыше 30 % чешуйчатых частиц.

Кроме указанных (основных) грунтов, в качестве оснований служат лессовидные и скальные грунты.