Нужны в строительстве: крупнообломочные грунты - свойства, происхождение и классификация
Крупнообломочные грунты широко распространены на территории России. Они играют важную роль при строительстве зданий и сооружений. Давайте разберемся, что из себя представляют эти грунты, какими свойствами обладают и как их классифицируют.
Описание крупнообломочных грунтов
Крупнообломочные грунты представляют собой разновидность несвязных грунтов, в которых преобладают обломки горных пород и минералов размером более 2 мм. Они составляют более 50% от общей массы сухого грунта.
В составе крупнообломочных грунтов могут присутствовать:
- обломки горных пород различного происхождения и степени окатанности
- песчано-глинистый заполнитель (песок, супесь, суглинок, глина)
Основными характеристиками крупнообломочных грунтов являются:
- размер и форма обломков
- степень окатанности обломков
- однородность состава
- плотность сложения
- степень водонасыщения
- степень выветрелости обломков
По происхождению крупнообломочные грунты делятся на:
- осадочные
- элювиальные
- делювиальные
- аллювиальные
- техногенные
Свойства крупнообломочных грунтов
Основными физико-механическими свойствами крупнообломочных грунтов являются:
- Высокая несущая способность
- Высокие значения угла внутреннего трения
- Низкая сжимаемость
Эти свойства во многом определяются крупнообломочным составом таких грунтов. Однако на них оказывают влияние и другие факторы:
- наличие и состав заполнителя (песка, супеси)
- степень выветрелости обломков
- водонасыщенность грунта
Например, увеличение влажности приводит к снижению прочностных свойств. Выветрелые крупнообломочные грунты также обладают более низкими прочностными и деформационными характеристиками по сравнению с невыветрелыми разностями.
Классификация крупнообломочных грунтов
В соответствии с ГОСТ 25100-2020 крупнообломочные грунты подразделяются на следующие разновидности:
- валунные
- галечниковые
- щебенистые
- гравийные
- дресвяные
Основным критерием при этом является размер обломков, из которых состоит грунт:
| Разновидность грунта | Размер обломков, мм |
| Валунные | > 200 |
| Галечниковые | > 10 |
| Щебенистые | > 10 |
| Гравийные | > 2 |
| Дресвяные | > 2 (в основном 2-40) |
Кроме того, учитывается степень окатанности обломков. Так, крупнообломочный скальный грунт с неокатанными частицами называют дресвяным или щебенистым. Галечниковые и гравийные грунты сложены более окатанным материалом.
Влияние состава на свойства
Свойства крупнообломочных грунтов во многом зависят от соотношения крупнообломочной и мелкозернистой частей. Чем выше доля крупнообломочного материала, тем лучше физико-механические характеристики грунта.
Песчаные крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем (>40%) обладают более высокой несущей способностью и меньшей сжимаемостью по сравнению с глинистыми разностями. При строительстве они создают более надежное основание.
Улучшение свойств
Для улучшения свойств крупнообломочных грунтов применяют различные методы уплотнения:
- Уплотнение временной пригрузкой из песка, щебня или другого материала. Эффективно для крупнообломочного грунта уплотнения.
- Уплотнение вибрацией с помощью вибротрамбовок, виброплит.
- Уплотнение укаткой катками, самоходными или прицепными.
- Гидровиброуплотнение (одновременное уплотнение водой и вибрацией).
Благодаря уплотнению повышается плотность грунта, уменьшается пористость, растет несущая способность. Это позволяет укрепить основание и снизить осадку фундаментов зданий.
Инженерно-геологические изыскания
Перед строительством на участке проводят инженерно-геологические изыскания. Они включают:
- Бурение скважин и определение типов грунтов.
- Отбор проб для лабораторных испытаний.
- Определение уровня грунтовых вод.
- Изучение возможных геологических и инженерно-геологических процессов.
По результатам изысканий составляют разрез грунтов, дают рекомендации по проектированию фундаментов. Это позволяет грамотно учесть свойства песчаных и крупнообломочных грунтов в основании будущего здания.
Применение крупнообломочных грунтов
Благодаря высокой несущей способности крупнообломочные грунты широко используют в строительстве для устройства:
- Оснований и фундаментов зданий различного назначения.
- Дорожных насыпей, оснований автомобильных и железных дорог.
- Плотин, дамб, молов и других гидротехнических сооружений.
При соответствующей подготовке (расчистка, планировка, уплотнение) крупнообломочные грунты могут служить надежной опорой для разнообразных инженерных объектов.
Особенности проектирования фундаментов
При проектировании фундаментов на крупнообломочных грунтах нужно учитывать ряд особенностей:
- Неравномерность свойств грунтов по площади и глубине из-за возможного чередования линз и прослоев.
- Возможность выветривания грунтов в процессе строительства и эксплуатации сооружений.
- Необходимость тщательного уплотнения грунтов основания.
Для компенсации неравномерных осадок часто применяют фундаменты глубокого заложения - свайные или столбчатые. Их опирают на более однородные и прочные грунты.
Мониторинг технического состояния
В процессе строительства и эксплуатации зданий на крупнообломочных грунтах организуют мониторинг их технического состояния. Он включает:
- Наблюдения за осадками фундаментов.
- Контроль влажности грунтов.
- Оценку прочностных и деформационных характеристик грунтов основания.
Это позволяет своевременно обнаружить негативные процессы в грунтах (выветривание, повышение влажности, разуплотнение) и принять необходимые инженерные меры по укреплению оснований и фундаментов.
Крупнообломочные грунты в дорожном строительстве
В дорожной отрасли крупнообломочные грунты применяют для устройства земляного полотна - основной несущей части автомобильных и железных дорог. Их используют в качестве:
- Материала для отсыпки насыпей.
- Основания дорожных одежд (нижних слоев покрытия).
Преимущество заключается в высокой несущей способности таких грунтов, стойкости к многократным нагрузкам от проходящего транспорта.
Проблемы, возникающие при строительстве
Несмотря на достоинства, крупнообломочные грунты могут создавать и определенные проблемы при строительстве:
- Выветривание с течением времени, особенно при колебаниях уровня грунтовых вод.
- Неравномерная осадка фундаментов из-за чередования слоев и линз в толще грунтов.
- Разуплотнение под воздействием динамических нагрузок.
Для минимизации рисков нужен верный выбор инженерных решений, контроль качества строительства, мониторинг технического состояния объектов в процессе эксплуатации.
Особенности изысканий на закарстованных территориях
На участках с возможным развитием карста при инженерно-геологических изысканиях необходимо:
- Заложение дополнительных скважин и шурфов.
- Проходка разведочных горных выработок для оценки закарстованности толщи грунтов.
- Геофизические исследования для выявления полостей и пустот в грунте.
Это позволяет получить более детальную информацию о наличии и размерах карстовых форм, разработать мероприятия по их инженерной защите.
Рекультивация карьеров
После отработки карьеров по добыче крупнообломочных грунтов проводят работы по рекультивации - восстановлению нарушенных земель:
- Планировка откосов и дна карьера.
- Нанесение плодородного слоя почвы и его закрепление растительностью.
- Создание водоемов для хозяйственных, рекреационных или природоохранных целей.
Это позволяет вернуть земли в хозяйственный оборот, использовать под застройку или в качестве рекреационных объектов.
Охрана окружающей среды
При разработке крупнообломочных грунтов необходимо соблюдать природоохранные требования:
- Снижение уровня шума, пыления, загрязнения выбросами техники.
- Предотвращение эрозии и размыва грунтов.
- Рекультивация отработанных участков.
- Мониторинг состояния растительности и животного мира.
Комплекс таких мер сохраняет ландшафт и биоразнообразие, обеспечивает устойчивое развитие территорий.
Применение щебня и гравия
Щебень и гравий, получаемые при дроблении крупнообломочных грунтов, активно используют:
- В дорожном строительстве - для устройства оснований и покрытий.
- При возведении промышленных и гражданских объектов - как заполнитель в бетон, раствор.
- Для укрепления откосов, оврагов, русел рек в инженерной защите территорий.
Щебень и гравий - ценные строительные материалы, получаемые из природного камня путем дробления и сортировки по фракциям.