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.