Грунт и его происхождение

 

Всякое сооружение покоится на грунтовом основании. В зависимости от геологического строения участка застройки строение основания, даже расположенных вблизи сооружений, может быть различным (рис. 1.1).Обычно основание состоит из нескольких типов грунтов, которые определенным образом сочетаются в пространстве (сооружения А, В, Г, Д на рис. 1.1).В частном случае основание может состоять из грунта одного типа (сооружение Б на рис. 1.1).

 

Рис. 1.1. Геологическое строение участка застройки с площадками зданий А — Д:

1 – известняк закарстованный; 2 – щебень известняка; 3 – песок; 4 – супесь; 5 – торф;

— — — — граница основания сооружения; — • — • — • — уровень подземных вод; С, eQ, aQ — геологические индексы, указывающие возраст и происхождение горных пород

 

Сооружение и основание составляют единую систему. Свойства грунтов основания, их поведение под нагрузками от сооружения во многом определяют прочность, устойчивость и нормальную эксп­луатацию сооружения. Поэтому инженер-строитель должен хорошо понимать, что представляют собой грунты, каковы их особенности по сравнению с конструкционными материалами (бетон, железобетон, металл, кирпич и т. п.), каким образом залегают грунты в основании сооружений, что определяет свойства грунтов и грунтовых оснований, их поведение под нагрузками и другими воздействиями.

Грунтом называют всякую горную породу коры выветривания, используемую при строительстве в качестве основания сооружения, среды, в которой сооружение возводится, или материала для сооружения.

Горной породой называют закономерно построенную совокупность минералов, которая характеризуется составом, структурой и текстурой.

Под составом подразумевают перечень минералов, составляющих породу. Структура — это размер, форма и количественное (процентное) соотношение слагающих породу частиц. Текстура — пространственное расположение элементов грунта, определяющее его строение. Текстура характеризует неоднородность строения грунта в пласте залегания.

Горная порода, а следовательно, и грунт представляют собой не случайное скопление минералов, а закономерную определенным образом построенную совокупность. Это имеет исключительно большое значение для строительства. Действительно, случайных совокупностей минералов может быть много. Закономерно построенных совокупностей горных пород в природе выделяется большое, но ограниченное количество. Инженерная геология изучает закономерности образования и свойства горных пород как грунтов. Наличие в природе однотипных грунтов, широко распространенных в разных частях Земли, послужило поводом для разработки стандартных приемов строительства и применения типовых конструкций фундаментов. Так, существование слабых водонасыщенных грунтов — илов — уже в древности привело к идее устройства свайных фундаментов; особые свойства не менее широко распространенного лессового грунта в наше время потребовали разработки специальных способов строительства и т. п. В связи с этим, прежде чем рассматривать методы расчета и проектирования оснований и фундаментов, необходимо изучить основные типы грунтов, их физические свойства, особенности строения оснований.

Закономерности состава и строения грунтов теснейшим образом связаны с условиями их происхождения. В инженерной геологии происхождение грунтов детально изучено для разных условий. Происхождение положено в основу классификации грунтов (ГОСТ 25100 – 95).

Все грунты по происхождению разделяются на естественные – магматические, осадочные, метаморфические и техногенные – уплотненные, закрепленные в естественном состоянии, насыпные и намывные.

Магматические(изверженные) горные породы образуются при медленном остывании и отвердении огненно-жидких расплавов магмы в верхних слоях земной коры (интрузивные, или глубинные, породы — граниты, диориты, габбро и др.), а также при быстром остывании излившегося на поверхность земли расплава (эффузивные, или излившиеся,— базальты, порфиры и др.).

Осадочныегорные породы образуются в результате выветривания, перемещения, осаждения и уплотнения продуктов разрушения исходных пород магматического, метаморфического или осадочного происхождения, образовавшихся ранее. В зависимости от степени упрочнения различают сцементированные (песчаники, доломиты, алевролиты и т. п.) и несцементированные осадочные породы (крупнообломочные, песчаные, пылевато-глинистые грунты, лёссы, илы, торфы, почвы и т. п.).

Метаморфическиегорные породы образуются в недрах из осадочных, магматических или метаморфических пород путем их перекристаллизации под воздействием высоких давлений и температур в присутствии горячих растворов. Наиболее типичные метаморфические горные породы — сланцы, мраморы, кварциты, гнейсы.

Горные породы магматического, метаморфического происхождения и сцементированные осадочные породы обладают жесткими связями между частицами и агрегатами и относятся к классу скальных грунтов. Осадочные несцементированные породы не имеют жестких связей и относятся к классу дисперсных или нескальных грунтов.

В самых верхних слоях земной коры, называемых зоной современного выветривания, под влиянием колебаний температуры, изменения состояния и химического состава воды, газов, деятельности растительных и животных организмов и т. п. развиваются процессы выветривания — физического, химического, органического разрушения минералов и горных пород. Продукты выветривания могут перемещаться водой или воздухом, переноситься на большие расстояния и вновь откладываться на новых территориях. Различия условий происхождения и дальнейшего изменения являются причиной разнообразия строения, состава, состояния и условий залегания грунтов в верхних слоях земной коры.

Осадочные отложения подразделяются на континентальные и морские.

Континентальные отложения – отложения, которые образуются на суше и во внутриматериковых водоёмах, обязанные своим происхождением деятельности болот, озёр и закрытых лагун, в противоположность отложениям морским. Континентальные отложения слагаются главным образом песчаниками, конгломератами и тому подобным.

К морским отложениям относятся отложения как современных. Так и древних морей. Морские отложения – это глины, илы, ракушечники. Для них характерно засоление.

Грунты образуются из:

а) первичных минералов (кварц, полевые шпаты, слюда и др.);

б) вторичных глинистых минералов (монтмориллонит, каолинит), образовавшихся в процессе выветривания горных пород;

в) солей (сульфатов, карбонатов);

г) органических веществ.

В континентальных отложениях выделяют:

1) аллювий (от лат. alluvio – «нанос, намыв») – несцементированные отложения перенесенные речными водными потоками на значительные расстояния и состоящие из обломков различной степени обкатаности и размеров (валун, галька, гравий, песок, суглинок, глина);

2) делювий (от лат. deluo – «смываю») – скопление рыхлых продуктов выветривания горных пород, откладывающиеся у подножия и у нижних частей возвышенностей вблизи места возникновения;

3) пролювий(от лат. proluo – «уношу течением») – рыхлые отложения продуктов разрушения горных пород, смываемых и выносимых по ложбинам (эрозионным бороздам) временными потоками от атмосферных осадков к подножию возвышенностей (гор);

4) элювий (от лат. eluo – «вымываю») – рыхлые геологические отложения и почвы, формируемые в результате выветривания поверхностных горных пород на месте первоначального залегания или в результате выветривания и последующей аккумуляции его продуктов под действием силы тяжести;

5) эоловые отложения– скопление перенесенных ветром частиц горных пород (дюны, барханы) во взвешенном состоянии или путём перекатывания, в зависимости от скорости ветра и размера частиц.

6)ледниковые отложения – несортированную смесь обломочного материала самого разного размера (от гигантских глыб-отторженцев, имеющих поперечник до нескольких сотен метров, до глинистого материала), образующегося в результате перетирания обломков ледником при его движении.

К техногенным скальным грунтам относятся все природные грунты любого происхождения, специально закрепленные материалами, приводящими к возникновению жестких связей (цементные и глинисто-силикатные растворы, жидкое стекло и т.п.). к классу нескальных техногенных грунтов относятся несцементированные осадочные породы, подвергнутые специальному уплотнению в природном залегании, насыпные, намывные грунты, а также твердые бытовые и промышленные отходы (шлаки, золы и т.п.).