Виды грунтов: классификация, свойства и значение в строительстве

Грунт часто воспринимают просто как землю под ногами. Для строителя это основание, которое принимает вес здания, дороги, площадки или инженерной сети. Один грунт хорошо пропускает воду и почти не меняет объём, другой размокает, сжимается под нагрузкой или вспучивается при замерзании. Поэтому одинаковый фундамент на двух соседних участках может вести себя по-разному.

Вид грунта определяют до проектирования: от него зависят фундамент, подготовка основания, дренаж и необходимость укрепления. Внешнего осмотра недостаточно — выводы делают по результатам инженерных изысканий и лабораторных испытаний.

Что такое грунт и чем он отличается от почвы

В строительстве грунтом называют природное или техногенное образование, которое рассматривают как основание сооружения, среду для подземной конструкции либо материал для насыпи и обратной засыпки. Это может быть скальная порода, песок, суглинок, глина, торф или неоднородная насыпная смесь.

Почва — верхний плодородный слой, содержащий гумус, корни и остатки организмов. Для озеленения он полезен, но под фундаментом обычно нежелателен: органическая часть разлагается, структура меняется, а несущая способность остаётся низкой. Поэтому растительный слой перед строительством снимают.

Как классифицируют грунты

Одного универсального признака недостаточно. Грунты различают по происхождению, характеру связей между частицами, зерновому составу, влажности, плотности, температурному состоянию и другим характеристикам. В инженерных изысканиях общую классификацию устанавливает ГОСТ 25100-2020.

По происхождению

Природные грунты сформировались без непосредственного вмешательства человека. Их свойства зависят от условий образования, выветривания и переноса частиц.

Техногенные грунты появились или изменились в результате деятельности человека. Это насыпи, обратные засыпки, перемещённый котлованный грунт и некоторые промышленные материалы. Они часто неоднородны по составу и уплотнению.

По характеру связей между частицами

В упрощённом виде грунты делят на скальные, дисперсные и мерзлые. Скальные грунты сохраняют прочные связи внутри массива. Дисперсные состоят из отдельных частиц и обломков: к ним относятся пески, крупнообломочные и глинистые грунты. В мерзлых грунтах свойства в значительной степени определяются льдом и температурой.

По особым свойствам

Для проектирования отдельно отмечают грунты, поведение которых требует специальных решений: просадочные, набухающие, засоленные, органические, слабые водонасыщенные, пучинистые и насыпные. Такое название не всегда говорит о составе, зато сразу указывает на потенциальный риск.

Основные виды грунтов

На строительной площадке чаще всего встречается не один чистый материал, а чередование слоёв. Их границы могут быть наклонными, прерывистыми и неодинаковыми по толщине даже в пределах небольшого участка.

Скальные грунты

К скальным относят гранит, известняк, песчаник и другие породы с жёсткими структурными связями. Неповреждённый массив обычно обладает высокой прочностью и малой сжимаемостью, поэтому может служить надёжным основанием.

При этом учитывают трещиноватость, выветрелость и наличие полостей. Прочная скала усложняет разработку котлована, а нарушенный массив может быть неоднородным.

Крупнообломочные грунты

В их составе преобладают валуны, галька, гравий и щебнистые частицы. При плотном сложении и небольшом количестве слабого заполнителя такие грунты хорошо воспринимают нагрузку и пропускают воду.

Оценивать нужно не только крупные обломки, но и то, чем заполнены промежутки между ними. Песчаный заполнитель и глинистая масса ведут себя по-разному при увлажнении и замерзании.

Песчаные грунты

Песок состоит из отдельных минеральных зёрен и почти не обладает пластичностью. Крупные и средней крупности пески обычно быстро отводят воду и при достаточной плотности дают небольшую осадку. Рыхлые, мелкие и пылеватые пески чувствительнее к насыщению водой и вибрационным нагрузкам.

Для песка важны зерновой состав, плотность, влажность и уровень грунтовых вод. Внешне похожие образцы могут различаться по несущей способности.

Глинистые грунты: супесь, суглинок и глина

Глинистые грунты содержат мелкие частицы, удерживают воду и способны переходить из твёрдого состояния в пластичное. По сочетанию состава и пластичности выделяют супеси, суглинки и глины. Супесь ближе по поведению к песку, суглинок занимает промежуточное положение, а глина отличается большей связностью и пластичностью.

При увлажнении глинистые грунты могут размягчаться, при замерзании — вспучиваться, а при высыхании — усаживаться. Поведение зависит от влажности, плотности, состава и водоотвода.

Органические и органоминеральные грунты

К этой группе относятся торф, заторфованные грунты, сапропель и некоторые илы. Они часто имеют высокую влажность, малую плотность и большую сжимаемость. Под постоянной нагрузкой осадка может продолжаться долго.

Без проверки использовать такие слои как основание опасно. Их удаляют, заменяют, укрепляют либо передают нагрузку на плотный слой с помощью свай.

Мерзлые грунты

В мерзлом состоянии грунт содержит лёд и может казаться прочным. После оттаивания структура меняется, а несущая способность иногда резко снижается. Поэтому при проектировании учитывают температуру, льдистость, глубину сезонного промерзания и возможность изменения теплового режима.

Техногенные и насыпные грунты

Насыпь может состоять из песка, глины, строительного грунта, золы, шлака или смеси материалов. Её свойства определяются составом, возрастом, способом отсыпки и качеством уплотнения.

Даже старая насыпь может содержать рыхлые зоны, мусор и пустоты, поэтому её исследуют по глубине, а не только с поверхности.

Проблемные грунты, требующие особого внимания

Некоторые особенности проявляются при изменении условий. Просадочные грунты уплотняются после замачивания, набухающие глины увеличиваются в объёме при поступлении воды, а засоленные грунты меняют свойства при вымывании солей.

Слабые водонасыщенные слои сильно сжимаются, а пучинистые могут поднимать конструкции при промерзании. Важно установить не только название грунта, но и механизм возможной деформации.

Какие свойства грунта важны для строительства

Поведение основания определяется совокупностью показателей. Наиболее важны:

• зерновой состав — соотношение частиц разного размера;
• влажность — количество воды в грунте;
• плотность и плотность сухого грунта — степень его сложения;
• пластичность — способность глинистого грунта менять форму без разрушения;
• прочность — сопротивление сдвигу и разрушению под нагрузкой;
• сжимаемость — величина возможной осадки;
• водопроницаемость — скорость прохождения воды;
• пучинистость, набухание и просадочность — изменение объёма при внешнем воздействии.

Ни один показатель не следует рассматривать отдельно. Например, плотный песок выше уровня грунтовых вод и рыхлый водонасыщенный песок — это разные основания, хотя название грунта совпадает.

Можно ли определить вид грунта самостоятельно

Предварительно грунт оценивают по внешнему виду. Песок рассыпается на отдельные зёрна, влажная глина легко формуется, суглинок при скатывании трескается, а супесь держит форму хуже.

Это лишь ориентир: цвет зависит от состава и влажности, а верхний слой не показывает условия на глубине будущего фундамента.

Как лаборатория определяет вид и свойства грунта

Исследование начинается с отбора и маркировки образцов с указанием места и глубины. Там, где этого требует методика, сохраняют естественную влажность.

Для песчаных и глинистых грунтов проверяют влажность, плотность, плотность частиц, зерновой состав и границы пластичности. По задаче также определяют прочность, сжимаемость, коэффициент фильтрации, содержание органики, набухание, просадочность и другие параметры. Методы определения физических характеристик устанавливает ГОСТ 5180-2015.

Данные лаборатории сопоставляют с бурением, описанием скважин, зондированием и полевыми испытаниями. Так определяют условия залегания и работу грунта под нагрузкой.

Как вид грунта влияет на строительное решение

При слабых, неоднородных или водонасыщенных слоях рассматривают замену грунта, подушку, уплотнение, дренаж, укрепление или свайный фундамент.

Для дорог и площадок тип грунта влияет на толщину конструкции, необходимость геотекстиля, морозозащитных и дренирующих слоёв. Для котлованов и траншей от него зависят устойчивость откосов, крепление стенок и водопонижение. Для обратной засыпки важно, можно ли уплотнить материал до требуемой плотности.

Частые ошибки при оценке грунта

• ориентироваться только на опыт строительства на соседнем участке;
• принимать плодородный слой или насыпь за естественное основание;
• определять грунт только по цвету и внешнему виду;
• не учитывать сезонный подъём грунтовых вод;
• считать любой песок хорошим, а любую глину плохим основанием;
• заменять инженерные изыскания несколькими неглубокими шурфами.

Главная ошибка — выбирать фундамент заранее, а свойства участка пытаться подогнать под готовое решение. Правильная последовательность обратная: сначала исследуют грунты, затем рассчитывают конструкцию.

Главное о видах грунтов

Название грунта не даёт готового ответа о пригодности участка. Важны состав, влажность, плотность, прочность, сжимаемость и условия залегания каждого слоя.

Инженерные изыскания и лабораторные испытания позволяют отличить устойчивое основание от проблемного, спрогнозировать осадки и выбрать обоснованный способ строительства. Это дешевле и надёжнее, чем устранять трещины, перекосы и просадки после завершения работ.