Типы грунтов

Непосредственно практическую деятельность по закладке фундамента всегда начинают с инженерно-геологических изысканий. Определяя все существующие параметры, в первую очередь требуется исследовать грунт на месте строительства.
Слой грунта, который примет на себя вес фундамента и других конструктивных элементов, называется основанием фундамента. Причем оно может быть однородным (если состоит из одного типа грунта) или неоднородным (слоистым, включающем несколько типов грунта). Если для основания использован местный грунт, то его называют естественным; если перед закладкой фундамента грунт уплотняют, основание считают искусственным.

Абсолютно непучинистых грунтов не бывает. Зимой фундамент слегка поднимается вместе с домом, а с наступлением весны опускается, даже на сотую долю миллиметра (если такие деформации незаметны и никак не влияют на фундамент, грунт считают непучинистым). Важно, чтобы по всей площади основания вспучивание было равномерным.

Классификацию грунтов для строительства принимают по ГОСТу 25100—95. По этому стандарту различают 2 основных класса: грунты с прочными связями и без них. Каждый класс делят на группы и подгруппы по условиям происхождения; на типы — по минеральному и гранулометрическому составу, степени пластичности и неоднородности; на виды — по плотности и структуре и на разновидности — по химическим и физическим свойствам.
Грунты под основание различают также по пучинистости. Это свойство определяет, насколько и каким образом при смене температур грунт деформируется в результате промерзания.
Вспучивание будет минимальным и более равномерным при следующих условиях:

1. Грунт сухой (влажный грунт больше подвержен вспучиванию, потому что содержащаяся в нем влага расширяется при замерзании);
2. Тип грунта ближе к скальному. Скальный грунт практически не меняет своей структуры при замерзании. Песчаный грунт вспучивается меньше, чем глинистый. На эти различия опять же влияет структура почвы;
3. Грунт имеет однородную структуру. Так, если в песчаном грунте есть глинистые включения, сезонное вспучивание будет неравномерным и отрицательно скажется на фундаменте (конструкции могут разрушаться и деформироваться).

Если в месте устройства фундамента весь грунт пучинистый, нельзя обойтись без специальной подготовки основания, о чем подробнее будет рассказано в следующем пункте этой главы.
Итак, существуют несколько типов грунтов по механическому составу, но все они объединены в 2 большие группы — скальные и нескальные породы. Скальные грунты представляют собой породы осадочного, вулканического происхождения, имеющие жесткое сцепление между частицами (сплошной камень или с трещинами). Этот тип обладает большой прочностью. Нескальные породы отличаются меньшей прочностью и включают песчаные, глинистые и крупные обломочные грунты.
При распознавании вида скального или грубообломочного грунта (щебень, галька и т.д.) проблем, как правило, не возникает, поскольку все эти виды имеют явно выраженные визуальные отличия. Сложнее обстоит дело с различиями между типами нескальных грунтов.
Чтобы определить тип нескального грунта по механическому составу, нужно взять в ладони комок слегка увлажненного грунта, раскатать его в жгут диаметром 1 см и попытаться свернуть в кольцо. После чего попробовать скатать шар, сжать его, а затем растереть комок грунта. Судя по результатам, можно определить тип основания:
— скатать комок грунта в жгут не получилось; после сжатия он легко рассыпается; грунт легкий, рыхлый, хорошо пропускает воду — это песчаный грунт;
— при раскатывании получилось некое подобие жгута, грунт скатывается плохо; при попытке сжать или скатать в шар легко рассыпается, а в сухом состоянии крошится — это супесь;
— при раскатывании жгут ломается, кольцо не образуется или ломается; сжатый в горсти комок грунта сохраняет форму, но легко рыхлится и распадается, особенно в сухом состоянии — легкий суглинок;
— жгут при раскатывании получается, но кольцо сворачивается с трещинами; сжатый в горсти грунт сохраняет форму, но может быть рассыпан без особых физических усилий; скатанный из грунта шар при сжатии образует лепешку с трещинами по краям — тяжелый суглинок;
— жгут и кольцо получаются идеально, без трещин; кусок грунта, сжатый в ладони, уплотняется и не возвращается в исходную форму; скатанный шар сдавливается в лепешку без образования трещин; грунт тяжелый, клейкий — глина;
— грунт черно-бурого цвета с губчатой волокнистой структурой, не скатывается в жгут, а после сжимания в ладони быстро восстанавливает свою форму; можно выжать воду — торф.

Влажность почвы также определяют «ручным» методом. Нужно взять немного грунта и растереть его ладонями. Чем более плавно частицы грунта скользят между пальцами, тем выше в нем содержание воды.

Рассмотрим подробнее типы грунтов по механическому составу.
1. Скальные грунты. Принадлежат классу грунтов с прочными связями и представляют собой каменистое основание в виде сплошного массива, практически не подверженного воздействию влаги (водоустойчивы) и смене температур (морозоустойчивы). Скальные грунты не меняют основных свойств в зависимости от климатических условий, обладают высокой прочностью, практически не сжимаются, а поэтому представляют собой идеальное основание под фундамент и могут даже служить непосредственно фундаментом (здесь еще 1 плюс — простота укладки фундамента). Однако такой тип грунтов встречается только в горных районах. Скальные породы различают по происхождению:
— магматическое (гранит, базальт);
— метаморфическое (мрамор, гипс);
— осадочное (сцементированные песчаники);
— искусственно сцементированные (укрепленные) грунты.
Кроме того, скальные грунты отличаются по пределу прочности, растворимости, засоленности и размягчаемое.
Наиболее распространенный скальный грунт — известняк. Как и доломит, его довольно легко размыть водой, поэтому известняковый грунт требует от застройщика тщательного предусмотрения стока поверхностных вод, чтобы под домом через какое-то количество лет не образовалась воронка.
В скальном грунте под фундамент не должно быть трещин и пустот.
Существуют также полускальные породы, отличающиеся от вышеописанных структурой, растворимостью и некоторыми другими свойствами.
2. Грубообломочные (крупнообломочные) породы — разбитые скальные породы, состоящие из несвязанных между собой частиц размерами более 2 мм (в данном типе грунта должно быть не менее 50 % таких частиц от общего объема). По размерам частиц выделяют следующие группы:
— более 200 мм: валуны (окатанные) и глыбы (угловатые);
— от 10 до 200 мм: галька (окатанные) и щебень (угловатые);
— от 2 до 10 мм: гравий (окатанные) и дресва (угловатые).
Это отличное основание под фундамент, поскольку такой грунт не подвержен просадке и деформациям в результате увлажнения, поэтому грубообломочные породы используют для устройства искусственного основания. При подобном естественном основании фундамент достаточно заглубить всего на 50 см, но лишь в том случае, если данный тип грунта на участке строительства не подвержен размыванию и лежит плотным слоем.
Как и все последующие виды, рассмотренные в этой главе, грубообломочные относят к классу грунтов без прочных связей, или к нескальным грунтам.
3. Среднеобломочные породы — песок. Все песчаные грунты наравне с грубообломочными принадлежат классу несвязанных грунтов, в которых частицы соединены друг с другом только силой трения и сцепления. Песчаные грунты этого типа делят на 3 вида:
— средней крупности (преобладают частицы размерами 0,25—0,5 мм, несущая способность — 4—5 кг/см²);
— крупные (преобладают частицы размерами 0,5— 2 мм, несущая способность — 5—6 кг/см²);
— гравелистые (преобладают частицы в 2—5 мм; несущая способность 6 кг/см²).
Непучинистые грунты с пористой структурой (состоят из зерен минералов и горных пород, между которыми имеются воздушные полости, причем содержание глинистых частиц не превышает 3%) практически не меняют свойств в зависимости от климатических условий и могут служить качественным основанием под фундамент. По этой причине их используют при изготовлении искусственных оснований (песчаных подушек под фундамент). Кроме того, они проседают под нагрузкой, но хорошо уплотняются и пропускают воду, благодаря чему нет риска, что фундамент замокнет (даже при избытке воды она будет уходить вглубь грунта). Такой грунт требует заглубления фундамента на 40—70 см.

Чтобы определить разновидность песчаного грунта, следует растереть щепотку песка между пальцами. Если ощущение такое, будто в руках пыль, и песок развеивается по ветру, то он мелкий или пылеватый. Если вы отчетливо ощущаете крупицы и песок падает вниз, он крупный или средней крупности.

4. Мелкообломочные породы можно разделить на 2 подвида.
Во-первых, это мелкозернистые и пылеватые песчаные грунты (размеры частиц — соответственно 0,05— 0,25 мм и 0,005—0,05 мм). Если грунт более чем на 15 % состоит из пылеватых частиц, его считают уже пылеватым. Пылеватый грунт отличается пучинистостью, имеет свойства плывунов и обладает низкой несущей способностью (в сухом состоянии — до 3—4 кг/см², во влажном — до 1,5 кг/см²). Под основание такой грунт можно использовать только после подготовки искусственной подушки или с использованием свайного фундамента.
Во-вторых, сюда же относят алевриты и алевролиты — грунты, представляющие собой совокупность сцементированных или рыхлолежащих обломков величиной от 0,05 до 0,1 мм (в основном это кварц, полевой шпат, слюда). Наиболее распространен среди алевритов лесс, который можно отнести и к отдельному типу грунтов (о нем будет рассказано далее).
Алевриты хорошо пропускают воду и обладают высокой прочностью в сухом состоянии, но при намокании уплотняются, деформируются, трескаются и проседают. Грунты этого типа — сложное условие для строительства, так как требуют фундамента с большой глубиной заложения (или свайного). Алевролит отличается от алеврита большей прочностью сцепления (он ближе к обломочным породам), а используют его в облицовочных и других видах работ.
5. Глина — глинистый грунт, в составе которого более 30% — глинистые частицы размерами менее 0,005 мм. Остальной объем глинистого грунта (не более 70%) занимают частицы песка и пыли. Глинистые частицы имеют форму чешуек и пронизаны капиллярами, которые впитывают и удерживают воду. Вместе с суглинком и супесью глинистый грунт относят к классу связанных грунтов, обладающих эластичными обратимыми связями.
Это условно непучинистый грунт. Такая характеристика обусловлена тем, что все грунты этой группы (глины, суглинки и супеси) являются отличным основанием только в сухом состоянии. При насыщении влагой глина становится текучей из-за своей небольшой плотности и высокой пластичности и вспучивается при промерзании (объем грунта увеличивается до 15%). Причем способностью пропускать влагу глина практически не обладает, поэтому глинистые грунты в сочетании с высоким уровнем грунтовых вод (под ним следует понимать уровень выше глубины заложения фундамента) требуют специальной подготовки основания и более надежных фундаментов. Также опасность может возникнуть в результате протечки коммуникаций рядом с фундаментом и других подобных событий.
При таком виде грунтового основания фундамент следует заглублять ниже глубины промерзания. Для сухой глины несущая способность составляет 6 кг/см², для пластичной (увлажненной) — 4 кг/см²;

Существуют ленточные глины, в которых встречаются прослойки песка. Такое основание крайне ненадежно для возведения фундамента из-за своей неоднородности.

6. Суглинок — глинистый грунт, содержащий около 10—30% глинистых частиц. Причем песчаных частиц в суглинке больше, чем глинистых, а пылевидных (пылеватых) меньше. В отличие от глины это весьма качественная основа под фундамент, так как суглинки обладают высокой прочностью, почти не подвержены просадке и появлению трещин.
В зависимости от соотношения глинистых и песчаных частиц в составе грунта различают легкие (10—20% глинистых частиц) и тяжелые (20—30% глинистых частиц) суглинки. Несущая способность суглинков зависит от состояния грунта: для сухого она составляет 3 кг/см², для пластичного — 2,5 кг/см²;
7. Супесь—глинистый грунт, содержащий от 3 до 10% глинистых частиц (в составе — преимущественно песчаные частицы). По степени содержания глинистых частиц различают супесь тяжелую (6—10%) и легкую (3—6%). В супеси песчаных частиц больше, чем пылеватых, причем среди первых большую часть составляют частицы размерами 0,25—2,2 мм. Несущая способность супеси — около 3 кг/см², независимо от того, в сухом или пластичном состоянии находится грунт;
8. Лесс (лессовидный грунт) также относят к группе глинистых грунтов. Внешне он отличается от других грунтов своей группы наличием макропор (вертикальных круглых отверстий, заметных на его поверхности) и желтовато-палевым оттенком. Поскольку основную часть в лессовидном грунте составляют пылеватые частицы, он обладает низкой водостойкостью, быстро размокает и дает неравномерную осадку основания. А наличие макропор способствует быстрому и глубокому проникновению в грунт воды, что усугубляет ситуацию.
При возведении здания на лессовом основании необходимы подготовка искусственной подушки и защита основания от воздействия влаги;
9. Грунты с органическими примесями (торф, болотный торф, ил, рыхлый растительный грунт, в том числе чернозем). Торф состоит из смеси растительных остатков, находящихся в различной степени разложения. Образуются торфяники в условиях повышенной (избыточной) влажности при недостатке кислорода и наличии в грунте большого количества минеральных (песок, глина), известковых и железистых веществ. Торф — пористый грунт, обладающий большой влаго- и воздухоемкостью.
Все грунты этой группы имеют свойство неравномерно сжиматься, из-за чего непригодны для естественного основания под фундамент.
Чаще эти грунты встречаются на поверхности, составляют слой около 30 см в глубину и подлежат удалению перед подготовкой основания;
10. Насыпные — это грунты, сформированные, как правило, искусственным путем (при засыпке оврагов, водоемов и т. п.), характеризуются неравномерным сжатием. Их используют под фундамент только при подготовке искусственного основания. Исключение составляют рефулированные насыпные грунты (образованные с помощью перекачки разжиженного грунта рефулером (землесосом, или грунтопроводом) по трубопроводу);
11. Плывуны — нечто среднее между супесью и мелкозернистым песком. Название свое этот тип грунта получил благодаря свойству становиться очень подвижным и жидким при насыщении влагой. Плывуны — плохой вариант для основания под фундамент.
Для определения всех свойств грунта можно воспользоваться данными существующих геологических изысканий в районе строительства, если таковые имеются в наличии, но более точные результаты можно получить, проведя собственные исследования непосредственно в месте заложения фундамента.
Для чего необходимо вырыть шурф или пробурить скважину, отмерив глубину верхнего почвенного (или насыпного) слоя. Его, как правило, удаляют с места строительства и не используют под основание фундамента, поскольку он содержит неоднородные включения (различный мусор, участки с перегноем, обломки камней, строительных конструкций и т.п.) и обладает низкой несущей способностью. Все остальные слои также измеряют и исследуют.
Важно, кроме того, определить свойства грунта визуально. Для чего ранней весной, после таяния снега, нужно посмотреть на подъездные пути к участку и на состояние фундаментов существующих поблизости зданий. Если дорога рядом покрыта асфальтом, то трещины в нем говорят о неоднородности почвы: при низких температурах грунт вспучивается неравномерно, возникают трещины и провалы. Также это может свидетельствовать о наличии подземных водных потоков вблизи от поверхности. Фундаменты соседних домов при благоприятных геологических условиях должны быть без трещин, а подвалы — сухими. Если все наоборот, следует обратить особое внимание на инженерно-геологические исследования участка строительства.

Определение вида основания важно, поскольку фундамент представляет собой «буфер» между землей и самим строением. Правильно подобранный и устроенный фундамент должен компенсировать движения грунта, защищать здание от проникновения влаги.

Если грунт в месте строительства не отвечает необходимым требованиям, то его нужно уплотнить (утрамбовать) с использованием другого грунта или специальных химических составов.
Итак, неудачными для закладки фундаментов можно считать пылеватые пески, насыщенные водой (плывуны), органические (илистые, торфяные), лессовидные (макропористые) и насыпные грунты. Если на выбранном вами под строительство участке представлен 1 из вышеперечисленных видов грунта, требуется специально подготовить искусственное основание (песчаное или щебеночное). Подробнее об этом мы расскажем далее.
Не подходят под строительство и участки земли, подверженные эрозии (как правило, это возвышенности и склоны, не имеющие естественного укрепления в виде лесопосадок). Эрозией называют нарушение целостности грунта с его последующим смещением в результате воздействия климатических условий. Строительство на таких участках возможно только после проведения специальных мероприятий по укреплению грунта (вбивания свай, посадки деревьев и кустарников, осушения без отвода сточных вод на участок) и при возможности постоянного наблюдения за его состоянием.