Грунтовый массив - определение и использование

Говоря простым языком, грунт - это система, состоящая из нескольких компонентов (почва, горные породы), которая рассматривается, как составная часть окружающей среды и изучается в связи с деятельностью человека. Грунт может быть использован как основание для здания, как материал для строительства, как среда, на которой будут размещены подземные сооружения типа тоннелей, различных хранилищ и так далее. Грунты изучает такая наука, как инженерная геология и грунтоведение (один из разделов этой науки).

Типология грунтов

Все грунты делятся на три основных класса, а по своему происхождению, еще на столько же типов. Итак, классы грунтов:

• дисперсные (глина, суглинок, супесь);
• скальные (известняк, гранит);
• мерзлые (имеющие температуру ниже нуля или равную нулю, с примесью льда).

По происхождению:

• дисперсные (техногенные, осадочные, сформированные вследствие выветривания),
• скальные (магматические, метаморфические, техногенные),
• мерзлые (ледники).

Свойства грунтов

Свойства любого грунта зависят, прежде всего, от критериев его залегания, но в тоже время свойства его могут значительно отличаться от свойств, грунта в массиве, так как понятия «грунт» и «грунтовый массив» - не синонимы.

Рассмотрим подробнее свойства грунта как такового. К ним относятся физико-механические и физико-химические. К физико-химическим можно отнести:

• липкость;
• адсорбция;
• растворимость;
• набухаемость;
• устойчивость к воде.

К физико-механическим относятся:

• прочность;
• сопротивление нагрузкам (давлению).

Также для всех типов грунта имеются свойства, которые присущи всем, а именно: пористость, влажность, консистенция, сжимаемость и так далее.

Грунтовый массив

Как уже говорилось ранее грунт и грунтовый массив - далеко не одно и то же. Поэтому во избежание неверного трактования, дадим полное определение грунтового массива.

Грунтовый массив - тело, которое образует определенную геологическую структуру, характеризуется строением и составом, который присущ только ему. Любой грунтовый массив будет отличаться от соседнего: своим составом, структурой, внутренними процессами. Каждый массив нужно изучать со специфическим подходом, исходя из цели проводимых изысканий, то есть, прежде всего, нужно четко знать, для чего данный массив будет использоваться в дальнейшем.

Типология грунтовых массивов

Классификация грунтовых массивов и разбивка их на типы разработана в соответствии с уже упомянутой классификацией грунтов.

Согласно принятым ГОСТам, грунтовые массивы условно разделены на четыре категории: дисперсные, скальные, мерзлые и скади. Скади - это массив, включающий в себя и скальные и дисперсные грунты, можно сказать, смешанный.

Вообще, эта типология разработана, прежде всего, для того, чтобы упростить инженерные и геологические изыскания, сократить время и объемы производимых работ. Так было, например, при строительстве Богучанской ГЭС.

Применение грунтовых массивов

Обычно грунтовые массивы являются основаниями для различных сооружений. Формируются они в самых разных условиях, а значит, становятся разнообразными по своим свойствам и строению. Хозяйственная деятельность человека, различные строительные работы вызывают значительные нарушения в их первичном состоянии, соответственно, имеют место быть процессы, которые осложняют эксплуатацию уже возведенных сооружений.

Для более точного и экономически выгодного проектирования сооружений и зданий, необходимо прогнозировать то, какая в результате строительной деятельности может возникнуть деформация, как поведет себя грунт, возможно ли обеспечить его необходимую прочность.

Рассмотрим подробнее, какие виды деформации могут возникнуть в грунтовых массивах.

Любой грунтовой массив состоит из твердых частиц и из заполненных водой пор. Когда нагрузка начинает свое действие, то может произойти следующее:

• смещение частиц;
• распад частиц грунта;
• удаление из пор воды и воздуха;
• упругая деформация частиц.

Такое понятие, как упругая деформация означает, что при прекращении действия какой-либо нагрузки, из вне, частицы снова восстанавливаются. Итогом такой деформации может являться уплотнение грунтового массива.

Стоит упомянуть, что самое интенсивное воздействие на грунтовой массив оказывают возведенные на нем высотные здания. Это происходит не только из-за большого веса здания, но и различных внешних нагрузок (ветровых, сейсмических и так далее). То есть, для того, чтобы здание всегда находилось в должном состоянии, просто необходимо изучать и контролировать те процессы, которые происходят в грунтовом массиве его основания.

Грунтовой массив представляет собой очень сложную систему и может повести себя уже на стадии строительства совершенно непредсказуемо. Реальные изменения состояния грунта, могут значительно отличаться от расчетных, что можно объяснить низким уровнем проведения изысканий, но также и недостатками в разработке непосредственно расчетной методики. Именно поэтому, все контрольные мероприятия по измерению показателей грунтового массива, необходимо проводить непосредственно в среде.

Массив грунта, являясь основанием любой стройки, берет на себя всю нагрузку, оказываемую строением. Если массив является природным, то он в состоянии вынести весь объем нагрузки, если же он искусственный, то по определению не имеет никакой несущей возможности.

Вот здесь-то и возникает закономерный вопрос: А как укрепить этот массив?

Рассмотрим ниже подробно несколько основных методик укрепления.

Методики укрепления грунтового массива

1. Уплотнение и трамбовка плитами с добавлением щебня. На крупных строительных площадках для этой цели используется каток.
2. Если укрепить грунт очень сложно, то снимают ненадежный слой и заменяют его песком или щебнем. Слой укрепления имеет толщину от 10 см.
3. Можно силикатизировать массив грунта, то есть добавить жидкое стекло в комплексе с химическими добавками различного вида. После затвердевания грунт приобретает необходимую несущую способность.
4. Можно под основание подать цемент в жидком виде, либо смесь песка и цемента.
5. Укреплять термическим методом, то есть сжигать в скважинах горючие материалы. При соблюдении технологии строительства, основание грунтового массива, укрепленного таким способом, будет достаточно высокого уровня надежности. Но такой способ, подходит не для всех типов грунтового массива.

Можно сделать вывод, что способов усилить несущую способность грунтового массива не так много: полностью заменить, уплотнить, либо укрепит при помощи различных добавок.

Заменить грунт полностью, также возможно, используя только два способа: произвести выемку, а котлован засыпать гравием или глиной, а затем залить бетоном. Второй способ заключается в забивании свай в верхние слои грунтового массива до материкового основания. Сейчас применяют бетонные сваи.

Укрепить грунт разными дополнительными материалами стало возможным совсем недавно, с появлением геотекстиля. При помощи этого материала укрепляют откосы насыпей. Он не подвержен гнили, достаточно водопроницаем.

Уплотнять естественные и насыпные грунтовые массивы имеет смысл для образования так называемой «подушки». Для этого пригодны не все материалы, а в основном только керамзит, щебень и гравий. Для уплотнения можно использовать как легкие инструменты, так и специальную строительную технику, все зависит от объема работ.

Самыми проблемными грунтовыми массивами считаются следующие:

• глинистые (промерзают, размываются, вспучиваются);
• плывуны (как только насыщаются водой, превращаются в кашу);
• хрящеватые (с обломками камней и гравия);
• торфяники;
• суглинка (придется создавать винтовую свайную конструкцию).

Для всех вышеперечисленных грунтовых, создающих значительные проблемы при изысканиях и возведении сооружений, оптимальным выходом является возведения свайного фундамента. Причем не важно, какого размера и массы сооружение вы хотите построить. Ведь сваи обычно забивают глубоко, пока ими не будет достигнут твердый, устойчивый грунт.

В любом случае, перед возведением здания или сооружения необходимо тщательно провести все инженерные изыскания, изучить грунтовой массив, который станет основанием сооружения. Делать это нужно, чтобы избежать последующих проблем, а значит и серьезных финансовых затрат.