ТИП ГРУНТА
Грунтовое основание не может быть абсолютно однородным как по высоте, так и на всей площади будущей застройки. Поэтому было бы правильнее сказать «типы грунта», ведь нас интересуют характеристики всего грунтового основания в целом. Но при расчете фундамента, как правило, за главный тип в основании принимают преобладающий по объему грунт в несущем слое, поэтому условно типом грунта основания можно называть именно его.
Чтобы определить тип грунта, следует вырыть шурф – специальный колодец, который позволяет на срезе земли определить слои залегания различных типов грунта, а также глубину его промерзания, уровень залегания грунтовых вод и некоторые другие параметры. Шурф можно вырыть вручную с помощью лопаты или специальным буром. Выбор способа зависит от удобства его применения в каждом конкретном случае.
Если нет возможности определить свойства грунта с помощью шурфа, надо воспользоваться данными таблиц по расположению типов грунта и средней глубине промерзания для вашего района строительства. Эти таблицы можно найти среди нормативных документов. Но такой способ не подходит для особо ответственного строительства (это понятие относительное, ведь для кого-то очень ответственно и сооружение дачи, а для кого-то к этой категории относятся только многоэтажные здания) и строительства на сложных участках.
Существуют несколько параметров, влияющих на классификацию грунтов. Во-первых, это однородность. Грунтовое основание бывает однородным или неоднородным, слоистым. Однородное основание состоит из одного типа грунта. Слоистое, или неоднородное, включает в себя несколько типов, которые могут располагаться слоями (сменять друг друга на вертикальном срезе земли) или смешанно, «кусками».
Грунтовое основание бывает естественным или искусственным. Естественное основание – это местный грунт, искусственное – грунт, привнесенный или обработанный различными методами для улучшения свойств либо замененный, более прочный.
Кроме того, грунт может быть слабо или сильно пучинистым. Этот показатель зависит от того, насколько грунтовое основание деформируется при смене температур – замерзании или оттаивании. Грунт не может быть совсем непучинистым. В наших климатических условиях при замерзании любое строение на грунте слегка поднимается, а при оттаивании опускается. Это происходит каждый год с наступлением зимы и весны соответственно. Но не на каждом типе грунта этот процесс будет отрицательно влиять на конструкции здания, разрушая их. В этом и состоит различие между пучинистыми и слабопучинистыми грунтами. Условно: если грунт под зданием поднимается и опускается на величину, не заметную для человеческого глаза и конструкций здания, его считают непучинистым. Если грунт однородный и вспучивание происходит равномерно, это не отражается на прочности фундамента. В ином случае необходимо предпринять некоторые меры по подготовке основания. О них будет подробнее рассказано в гл. Предварительные работы на участке.
Наиболее благоприятны в отношении процесса пучения грунты со следующими показателями:
сухой грунт. Влага намного сильнее, чем сама порода, изменяется в объеме при замерзании и оттаивании, поэтому влажный грунт больше подвержен пучению;
скальный грунт. Этот тип грунта, который будет рассмотрен ниже, наиболее жесткий, и поэтому он почти не меняется в объеме при смене температур. Чем ближе грунт к скальному, тем меньше вероятность возникновения проблем с пучением. Например, песок меньше подвержен деформациям в результате пучения, чем глина;
однородный грунт. Неоднородный грунт вспучивается неравномерно, а это приводит к большему разрушающему воздействию на фундамент. Еще одно свойство грунтового основания – прочность связей. По строительным стандартам (ГОСТ 25100–95) различают два класса грунтов по прочности связей: с прочными связями и без таковых. Каждый из этих классов имеет свою классификацию: по происхождению (группы и подгруппы грунтов), по составу и пластичности (типы грунтов), по плотности и структуре (виды грунтов), по химическим и физическим свойствам (на разновидности). Чтобы упростить эту разветвленную нормативную градацию, сведем ее в единую классификацию грунтов на типы по механическому составу, каждый из которых обладает определенными физическими, химическими и другими свойствами.
Две основные группы грунтов по происхождению и механическому составу – это скальные и нескальные породы. Скальные породы обладают прочными связями между частицами грунта. Эта группа состоит из грунтов вулканического и осадочного происхождения, представляющих собой сплошное каменистое основание, с трещинами или без них. Нескальные грунты отличаются меньшей прочностью связей между частицами, их можно назвать «рассыпчатыми». Эта группа включает в себя глины, песок и крупнообломочные породы.
При определении свойств грунта прежде всего нужно понять, к какому типу по механическому составу он относится. Причем скальный грунт включает в себя лишь 1 тип, а нескальный – около 10. Для удобства рассмотрим их вместе.
1. Скальный грунт. Распознать можно визуальным способом. Скальный грунт – это сплошное каменистое основание, которое весьма слабо подвержено воздействию влаги и перепадов температуры (т. е. влагои морозоустойчиво) благодаря наличию прочных связей между частицами грунта. Скальный грунт – лучшее основание для возведения фундамента из всех возможных вариантов, но весьма редкое. Довольно часто сам скальный грунт служит фундаментом, но лишь в том случае, если он не находится в сейсмоопасном районе. Существуют скальные породы магматического происхождения, метаморфического, осадочного, а также искусственно сцементированные грунты.
Магматические породы образуются из магмы в результате ее извержения на земную поверхность, охлаждения и остывания. К таким породам относятся базальт, гранит, диорит и другие менее известные виды.
Осадочные породы – результат выпадения в осадок переотложившихся и разрушенных горных пород, а также продуктов жизнедеятельности живых организмов и осадка из воды после испарения. Это мел, известняк, гипс, доломит, песчаники (к скальному грунту относятся только сцементированные песчаники).
Метаморфические породы получаются в результате изменения магматических и осадочных пород в толще земной коры под воздействием меняющихся физических и химических условий залегания. Эта группа включает в себя мрамор, сланец (глинистый, хлоритовый, тальковый, кристаллический), кварцит и некоторые другие виды.
Чаще можно встретить известняк. Его отличие, как и многих других осадочных пород, в том, что он подвержен размыванию. Поэтому при строительстве на известняке, доломите и других подобных грунтах следует тщательно предусмотреть отвод воды с участка, т. е. особого внимания потребуют дренажные работы. В противном случае через несколько десятков лет в результате подмывания грунта дом медленно, но верно «утонет» в образовавшейся под ним воронке. Если в скальном грунте на участке строительства присутствуют трещины и пустоты, необходимо опять же произвести некоторые подготовительные работы по его укреплению.
2. Крупнообломочные породы. Их также называют грубообломочными. Это скальные породы, разбитые на отдельные частицы и потому уже не относящиеся к группе скальных грунтов: между частицами, какими бы крупными они ни были, нет прочных связей.
Крупнообломочные породы определяют по размеру частиц: если больше половины частиц превышают размерами 2 мм, то породу можно отнести к этому типу. По размерам частиц принято делить грубообломочные грунты на несколько подгрупп: более 200 мм, от 10 до 200 мм, от 2 до 10 мм. Каждая подгруппа включает в себя грунты с угловатыми и окатанными частицами. Так, к подгруппе с более крупными частицами (более 200 мм) относятся окатанные валуны и угловатые глыбы. В средней группе это соответственно галька и щебень, грунты с частицами от 2 до 10 мм – гравий (окатанные камешки) и дресва (угловатые).
Определить тип нескального грунта по механическому составу визуальным методом очень сложно. Но есть более простой способ: нужно взять в руку небольшую часть слегка влажного грунта, скатать из него жгут диаметром 10 мм и свернуть его в кольцо. Если кольцо не растрескивается – это глина.
Крупнообломочный грунт – очень качественное основание под фундамент. Он не подвержен просадке и пучению, поскольку частицы сохраняют свойства скальных пород. Если участок строительства не подвержен постоянному размыванию и лежит плотным слоем на ровном участке, глубина заложения фундамента в 50 см будет вполне достаточной при любых годовых температурах.
Часто грубообломочные породы используют в качестве искусственного основания, заменяя гравием или щебнем более слабый естественный грунт.
3. Среднеобломочные породы. К ним относится песок средней крупности, крупный и гравелистый. Как и крупнообломочные породы, данный тип отличается отсутствием прочных связей между частицами.
При исследовании этот тип грунта не скатывается ни в жгут, ни в комок, после сжатия сразу рассыпается, по структуре рыхлый и хорошо пропускает воду, не впитывая ее в себя. При растирании грунта между ладонями можно почувствовать его крупицы, которые при рассыпании не разлетаются в стороны, а падают вниз.
Среднеобломочные породы обладают почти всеми положительными качествами крупнообломочных: они не подвержены пучению и слабо размываются, обладают пористой структурой, состоящей из зерен различных пород, благодаря чему хорошо пропускают воду, не задерживая ее (поэтому грунт при сильном воздействии влаги не замокнет, а пропустит ее излишек в более глубокие слои). Среднеобломочные грунты могут содержать частицы глины, но не более 3 %, иначе свойства грунта снижаются и его можно будет отнести уже к другому типу.
Самые крупные частицы имеют гравелистые пески: размер – большинства частиц – от 2 до 5 мм, несущая способность – 6 кг/см2. Крупные пески в основном содержат частицы размерами 0,5–2 мм и обладают несущей способностью 5–6 кг/см2. Песок средней крупности – это грунт с частицами 0,25–0,5 мм, несущая способность которого составляет от 4 до 5 кг/см2.
Среднеобломочные породы, как и грубообломочные, часто используют в качестве искусственного основания под фундамент (всем известная песчаная подушка). Минусом такого грунта можно считать подверженность просадке под весом конструкций, но этот минус легко устранить с помощью предварительного уплотнения основания.
В зависимости от несущей способности песка и предполагаемого веса конструкций этот грунт требует устройства фундамента с глубиной заложения от 40 до 70 см (при благоприятных климатических и других местных условиях).
4. Мелкообломочные породы. Это мелкий песок, алевриты и алевролиты. Мелкий песок делится, в свою очередь, на мелкозернистый (размеры частиц – 0,05–0,25 мм) и пылеватый (размеры частиц 0,005–0,05 мм). Причем к пылеватым пескам относят все мелкие пески, в которых содержание частиц с размерами менее 0,05 мм превышает 15 %.
Мелкообломочные породы практически не скатываются в жгут или шар, после сжатия рассыпаются, обладают хорошим сцеплением только при сильном намокании (тогда можно скатать подобие шара или жгута). В отличие от крупного песка при растирании между ладонями будет ощущение, что в руках пыль – зерна не чувствуются на ощупь. В сухом состоянии мелкий песок сразу не упадет на землю вертикально вниз, а развеется по ветру (исследование следует проводить при небольшом ветре, поскольку при сильном даже крупный песок не полетит вертикально вниз).
Мелкозернистый и пылеватый пески являются пучинистым грунтом, подвержены размыванию и обладают низкой несущей способностью: 3–4 кг/см2. Причем при увлажнении несущая способность понижается до 1,5 кг/см2.
Мелкий песок можно использовать в качестве основания при условии, что по нему будет уложена подушка из среднеобломочных или крупнообломочных пород. Также выходом из положения является устройство свайного фундамента.
Алевриты и алевролиты состоят из сцементированных частиц кварца, слюды, полевого шпата и некоторых других пород размерами от 0,05 до 0,1 мм. Связка между частицами в данном случае не является прочной, грунт, как правило, пористый, рыхлый и подвержен деформациям при сильном намокании, хотя в сухом состоянии обладает достаточно хорошей плотностью. В этом алевриты и алевролиты очень похожи на мелкий песок. Различие собственно между алевролитом и алевритом состоит в том, что частицы в алевролите лучше сцеплены, он менее рыхлый и по структуре ближе к крупнообломочным породам. Алевролит часто применяют в облицовочных работах.
Данный тип грунта, как и мелкие пески, требует устройства фундамента с глубоким заложением (сюда относится и свайный фундамент) или тщательной подготовки искусственного основания.
Среди алевритов отдельной темой является лесс, или лессовидный грунт. Это также порода из сцепленных между собой мелких частиц, но в данном случае в грунте хорошо различимы вертикальные макропоры, круглые отверстия, проходящие через всю толщу грунта. Лесс обладает желтовато-палевым оттенком. Все параметры этого грунта сходны со свойствами других алевритов, но наличие макропор добавляет ему еще один недостаток: вода очень быстро проникает в грунт и распространяется по всей его толще, приводя к более серьезным деформациям.
Лессовидный грунт в основании лучше заменить на другой тип грунта или в крайнем случае следует хотя бы устроить песчаную подушку и продуманную дренажную систему.
5. Супесь. Этот тип грунта относят уже не к обломочным, а к глинистым, хотя по механическому составу он ближе к песку, чем к глине, и состоит из песчаных и глинистых частиц. Супесь, как и суглинок, и глина, – связный грунт. Это означает, что в ней присутствуют эластичные обратимые связи, которые делают грунт цельным (не рассыпчатым), но при этом их довольно легко разорвать. Связность грунта обеспечивают глинистые частицы в форме чешуек размерами менее 0,005 мм, с многочисленными капиллярами, позволяющими задерживать воду в грунте.
При раскатывании супеси в жгут грунт скатывается плохо, цельной фигуры не получается. При попытке скатать шар или сжать часть грунта в руке он рассыпается, а в сухом состоянии и вовсе крошится.
В супеси содержание глинистых частиц – 3–10 %, остальной объем этого грунта занимают песчаные частицы, причем большую часть из них должны составлять зерна размерами 0,25–2,2 мм. Супесь бывает двух видов: тяжелая и легкая. В легкой супеси содержание глинистых частиц – от 3 до 6 %, в тяжелой – от 6 до 10 %.
Несущая способность этого типа грунта составляет примерно 3 кг/см2 и не зависит от степени его увлажнения (можно назвать этот грунт непучинистым).
Супесь – неплохое грунтовое основание, но для повышения несущей способности можно устроить по ней подушку из среднеобломочных или крупнообломочных пород.
Если грунтовое основание представляет собой скальный, крупнообломочный или среднеобломочный грунт, глубина заложения фундамента может быть выше глубины промерзания грунта. В иных случаях заглубление подошвы фундамента должно превышать глубину промерзания.
6. Суглинок. Связный грунт с содержанием глинистых частиц от 10 до 30 %. Как и в супеси, песчаные частицы преобладают над глинистыми. Пылеватые частицы при этом не должны превышать объем глинистых частиц.
Суглинок может быть легким и тяжелым. Легкие суглинки отличаются меньшим объемом глинистых частиц в своем составе: от 10 до 20 %. Тяжелые суглинки на 20–30 % состоят из глинистых частиц. Остальной объем занимают песчаные частицы.
Жгут из легкого суглинка разрушается при скатывании, его практически невозможно свернуть в кольцо – оно сразу ломается. Шар можно сжать, но не скатать. Сжатый комок грунта сохраняет форму, но легко разрыхляется и распадается, особенно в сухом состоянии.
Из тяжелого суглинка проще скатать жгут, но он все же получается с трещинами, как и свернутое из него кольцо. Сжатый в горсти грунт сохраняет форму, однако его тоже легко рассыпать рукой. Шар из тяжелого суглинка при сжатии образует плотную лепешку с трещинами по краям.
Суглинки отличаются высокой прочностью, хотя немного подвержены просадке и образованию трещин. Несущая способность суглинка в сухом состоянии составляет 3 кг/см2, при увлажнении она понижается до 2,5 кг/см2. Это условно непучинистый грунт, который обладает отличными свойствами только в сухом состоянии. При увлажнении глинистые частицы задерживают в себе влагу, что приводит к вспучиванию грунта при смене температур.
Этот грунт – хорошая основа под фундамент, как и в случае с супесью, его можно укрепить с помощью устройства песчаной подушки.
7. Глина. Связный грунт, в котором более 30 % общего объема составляют глинистые частицы. Остальной объем грунта, как в супеси и суглинке, занимают песчаные и пылеватые частицы.
Из глины можно скатать идеально ровный жгут, который легко скручивается в кольцо без трещин. Сжатый в ладони глинистый грунт становится плотным, принимает в исходную форму только с приложением усилий. Если скатать из глины шар, он получается ровным и при сжатии образует лепешку без трещин. Глина – тяжелый клейкий грунт.
Глина, как и суглинок, относится к условно непучинистым основаниям и обладает высокой несущей способностью лишь в сухом состоянии (6 кг/см2). Насыщенная влагой глина при замерзании может увеличиваться в объеме до 15 % (сильное пучение) и теряет несущую способность (до 4 кг/см2). Кроме того, при насыщении влагой этот тип грунта из твердого превращается в текучий (к этому приводит невысокая плотность грунта в сухом состоянии и его высокая пластичность). Ситуацию усугубляет то, что глина почти не пропускает воду. Если уровень грунтовых вод на участке строительства с глинистым грунтом превышает предполагаемую глубину заложения фундамента, необходимы замена грунтового основания, специальная подготовка искусственной подушки или более надежные фундаменты (например, свайные). Если же уровень грунтовых вод намного ниже проектной глубины заложения фундамента, расслабляться все же не стоит: к неприятным последствиям на таком грунте может привести даже обыкновенная протечка коммуникаций.
Особо следует выделить так называемые ленточные глины, представляющие собой неоднородный слоистый грунт, в котором слои глины чередуются с прослойками песка. Такое основание крайне ненадежно и требует замены.
8. Грунт с органическими примесями. Сюда можно отнести торф (в том числе болотный), ил, рыхлый растительный грунт (в том числе чернозем).
Все эти виды грунта можно определить визуальным методом. Торф отличается от других типов черно-бурым цветом и своей губчатой волокнистой структурой, из-за которой он не скатывается в жгут и быстро восстанавливает форму после сжимания. Торф хорошо впитывает воду, которую из него можно выжать, как из губки.
Грунты с органическими примесями состоят из остатков растительного и животного происхождения, находящихся в различной степени разложения. Мы не будем подробно рассматривать свойства этих грунтов, поскольку они абсолютно непригодны в качестве основания под фундамент из-за большой влагоемкости, пучинистости и пористой структуры, изменяющейся со временем. Если на участке строительства присутствует один из этих грунтов, его следует удалить и заменить на грунт с хорошей несущей способностью. Эту задачу упрощает тот факт, что грунты с органическими примесями крайне редко залегают глубже, чем на 30 см от поверхности земли.
9. Насыпной грунт. Он отличается от других, как правило, искусственным происхождением. Чаще насыпной грунт образуется при засыпке оврагов. Из-за неоднородной структуру и инородных включений насыпной грунт может обладать высокой пучинистостью и пористостью, хотя может быть и довольно прочным. Такой разброс в свойствах получается в результате того, что определенного состава у насыпного грунта нет: он состоит из того, из чего его составил человек (реже – природа). Так, насыпной грунт бывает и достаточно качественным для того, чтобы его можно было заложить как искусственное основание под фундамент. Свойства насыпного грунта определяются аналогично свойствам других типов.
Одно из важных свойств грунта – его влажность, зависящая от уровня подъема грунтовых вод и внешних климатических условий. Влажность можно определить тактильным способом, как и тип грунта по механическому составу. Если при растирании небольшого количества грунта между ладонями частицы плавно скользят сквозь пальцы, грунт влажный.
10. Плывуны. Этот тип грунта – нечто среднее между связными и мелкообломочными породами. Его нельзя отнести ни к тем ни к другим из-за особых свойств, которыми он обладает. При насыщении влагой такой грунт становится крайне ненадежным: жидким и подвижным, т. е. буквально плывущим. К плывунам относят именно такие грунты, которые практически постоянно насыщены водой. Если на участке строительства встретились плывуны, их следует заменить на более надежный грунт или позаботиться об устройстве свайного фундамента.
Итак, мы определили, какой грунт не подходит в качестве основания под фундамент, какой нуждается в усилении, а какой является почти идеальным естественным основанием.
Однако, кроме типов грунта по механическому составу, существуют еще несколько важных условий.
