Что такое песчаные грунты и какие у них свойства
Существует много различных видов грунта. Один из них – песчаный, он обладает набором качеств, исходя из которых ему находится применение в различных сферах деятельности человека. Во всем мире его довольно много, только в России им заняты огромные площади – около двух миллионов квадратных километров.
Описание, состав и свойства
Песчаный грунт – это почва, в составе которой может быть 50 процентов и более песчинок размером менее 2 мм. Его параметры довольно разнообразны, так как образуются в результате тектонических процессов и могут изменяться в зависимости от происхождения, в каких климатических условиях происходило его формирование, от пород почвы в составе. Частицы в структуре пескогрунта имеют разную крупность. В него могут входить различные минералы, такие как кварц, шпат, кальцит, соль и другие. Но основной элемент — это, конечно, кварцевый песок.
Все песчаные почвы имеют свои характеристики, изучив которые можно определиться, какой из них применять для определенных работ.
Основные характеристики, влияющие на выбор грунта.
- Несущая способность. Данный строительный материал легко уплотняется при помощи небольших усилий. По этому параметру его делят на плотный и средней плотности. Первый обычно залегает на глубине ниже полутора метров. Длительное нахождение под давлением значительной массы других почв хорошо его уплотняет, и он отлично подходит для строительных работ, в частности, возведения оснований различных объектов. Глубина залегания второго составляет до 1,5 метров либо он уплотнен при помощи различных приспособлений. По этим причинам он более подвержен усадочным явлениям и его несущие качества несколько хуже.
- Плотность. Она прочно связана с несущей способностью и может меняться у различных видов песчаного грунта, для высокой и средней несущей плотности эти показатели разнятся. От этой характеристики зависит сопротивление материала нагрузкам.
- Пескогрунт с крупными частичками очень плохо удерживает влагу и благодаря этому он практически не деформируется при промерзании. В связи с этим можно не просчитывать способность поглощать и удерживать влагу в его составе. Это является большим плюсом при проектировании. С мелкими же, наоборот, он интенсивно ее поглощает. Это тоже нужно учитывать.
- Влажность почвы влияет на удельный вес, он важен при перевозке почвы. Высчитать его можно, исходя из природной влажности породы и состояния (плотный или рыхлый). Для этого существуют специальные формулы.
Песчаные почвы также делятся на группы по гранулометрическому составу. Это важнейший физический параметр, от которого зависят свойства натуральных песчаных грунтов или появившихся при производстве.
Кроме описанных выше физических характеристик есть еще и механические. К ним относятся:
- прочностная способность – особенность материала сопротивляться сдвигу, фильтрация и водопроницаемость;
- деформационные свойства, они говорят о сжимаемости, упругости и способности изменятся.
Сравнение с песком
Песок имеет в своем составе минимальное количество различных примесей, и разница между ним и песчаным грунтом именно в количестве этих дополнительных пород. В грунте может присутствовать менее 1/3 песчаных частиц, а остальное – различные глинистые и другие компоненты. В связи с наличием в структуре песчаных почв этих элементов понижается пластичность материала, применяемого при строительных работах, и соответственно, цена.
Обзор видов
Для классификации различных грунтов, в том числе и песчаных, существует ГОСТ 25100 – 2011, в нем перечислены все разновидности и классификационные показатели для данного материала. Согласно государственному стандарту, пескогрунт делится на пять различных групп по крупности частиц и составу. Чем размер крупинок больше, тем прочнее состав почвы.
Гравелистый
Размер песчинок и других компонентов от 2-х мм. Масса песчаных частиц в составе грунта около 25%. Этот вид считается самым надежным, на него не влияет наличие влаги, он не подвержен вспучиванию.
Гравелистый пескогрунт отличается высокими несущими свойствами в отличие от других видов песчаных почв.
Крупный
Размер крупинок от 0,5 мм и их присутствие не менее 50%. Он, как и гравелистый, наиболее подходят для обустройства фундаментов. Можно возводить основание любого типа, руководствуясь только архитектурным проектом, давлением на почву и массой здания.
Этот тип грунта практически не впитывает влагу и пропускает ее дальше без изменения своей структуры. То есть, такая почва практически не будет подвергаться осадочным явлениям и обладает хорошей несущей способностью.
Средней крупности
На долю частиц размером 0,25 мм приходится 50% и больше. Если он начинает насыщаться влагой, то его несущая способность существенно снижается примерно на 1 кг/см2. Такой грунт практически не пропускает воду, и это надо учитывать при строительстве.
Мелкий
В состав входит 75% зерен диаметром 0,1 мм. Если на участке почва состоит на 70% и более из мелкого песчаного грунта, то при возведении основания здания обязательно нужно проводить гидроизоляционные мероприятия
Пылеватый
В структуре минимум 75% элементов с крупностью 0,1мм. Этот вид грунта отличается неважными дренажными свойствами. Влага не проходит сквозь него, а впитывается. Если выразится просто, то получается грязевая каша, замерзающая при низких температурах. В результате морозов она сильно меняется в объеме, появляются так называемые вспучивания, способные повредить дорожные покрытия или изменить положение фундамента в земле. Поэтому при строительстве в зоне залегания мелких и пылеватых грунтов песчаных важно обращать внимание на глубину от поверхности грунтовых вод.
Используя любую разновидность пескогрунта, подошву фундамента следует делать ниже уровня промерзания слоев грунта. Если известно, что на месте работ ранее был какой-нибудь водоем или заболоченная местность, то ответственным решением будет провести геологическое исследование участка и выяснить количество мелкого или пылеватого песчаных грунтов.
Фактор насыщаемости почвы влагой нужно учитывать при строительных работах и правильно определять способность пропускать или впитывать воду. От этого зависит надежность объектов, возведенных на ней. Данный параметр получил название – коэффициент фильтрации. Посчитать его можно и в полевых условиях, но результат исследований не даст полной картины. Лучше это сделать в лабораторных условиях при помощи специального прибора для определения такого коэффициента.
Чистые песчаные грунты встречаются нечасто, поэтому на состав и свойства этого материала существенное влияние оказывает глина. Если ее содержание более пятидесяти процентов, то такую почву называют песчано-глинистой.
Где используется?
Пескогрунт широко используется при возведении дорог, мостов и различных зданий. По данным из различных источников, максимальное количество (около 40% от объема потребления) используется при строительстве новых и ремонтах старых магистралей, и эта цифра постоянно растет. При возведении строений данный материал принимает участие практически во всех процессах – от устройства фундамента до работ по внутренней отделке. Также он довольно интенсивно используется коммунальными службами, в парках, и частные лица также не отстают.
Песчаный грунт просто незаменим при выравнивании земельных участков или ландшафтных работах, так как он дешевле любых других сыпучих материалов.
В следующем видео вас ждет испытание песчаных грунтов методом режущего кольца.
Опубликовано project Апр 30, 2011 в Фундамент | Нет комментариев
Песчаные грунты.
Песчаные грунты – это рыхлая горная порода, которая состоит из песчаных и пылеватых частиц с содержанием около 10-30% глинистых частиц. Они представляют собой смесь песка и суглинка в соотношении примерно 3:1. Благодаря именно этому свойству песчаный грунт менее пластичен, чем суглинок.
Песчаные грунты более чем на половину состоят из частиц песка размером меньше 5 мм, форма которых приближена к шарообразной. Пространство между отдельными песчинками называется порами, они заполняются водой и воздухом. В отличие от глинистых песчаные грунты имеют гораздо более низкую пористость – от 0,2 до 0,5, они хуже удерживают в себе влагу. Размер пор достаточно большой для того, чтобы капиллярные силы притяжения не могли связывать песчинки. Поэтому песчаный грунт является несвязным, то есть он рассыпается. В сухом состоянии песчаный грунт совершенно не держит форму, слепленный из песка шар рассыпается сам собой. Насыщенный влагой песок может удерживать форму, но при малейшем давлении тоже рассыпается.
Главная характеристика песчаного грунта – его несущая способность – зависит от содержания в нем влаги и от его степени уплотнения. Чем больше воды содержится в грунте, тем он становится слабее. Чем сильнее уплотнен песчаный грунт, тем больше его несущая способность. Все песчаные грунты, в отличие от других видов грунтов, хорошо и быстро уплотняются под действием нагрузки, их осадка происходит быстро. По степени уплотнения песчаные грунты делят на плотные и средней плотности. Плотным можно считать тот песчаный грунт, который находится на глубине 1,5 м и более: под постоянным давлением вышележащих слоев грунта он максимально уплотнился и является хорошим основанием для фундамента. Песчаный грунт средней плотности – это тот, который находится выше 1,5 м и тот, который был уплотнен искусственно. Он имеет чуть меньшую несущую способность и больше подвержен осадке.
Песчаные грунты удерживают в себе меньше влаги, и, благодаря этому свойству, они в меньшей степени подвержены морозному пучению, в большинстве случаев их можно считать непучинистыми. Это очень большое достоинство: при возведении фундамента на таком грунте глубина промерзания не имеет значения и даже мелкозаглубленный фундамент будет абсолютно устойчивым.
Песчаные грунты разделяют на группы в зависимости от крупности песчинок. Гравелистый песок – самый крупный, он состоит из песчинок размером от 0,25 мм до 5 мм, и имеет высокую несущую способность: плотный гравелистый грунт более 6 кг/см2, гравелистый грунт средней плотности – 5 кг/см2.. Крупный песок имеет размер частиц от 0,25 мм до 2 мм и показывает другие свойства: плотный крупный песок имеет несущую способность 5-6 кг/см2, средней плотности – 4 кг/см2. Свойства крупного и гравелистого песчаных грунтов практически не зависят от наличия влаги и ее количества, их несущая способность остается постоянной. Средний песок имеет песчинки размером от 0,1 мм до 1 мм, его несущая способность в плотном состоянии 4-5 кг/см2, в состоянии средней плотности 3-4 кг/см2. При насыщении влагой такой грунт снижает свою несущую способность еще на 1 кг/см2. Мелкий песок (или пылеватый) имеет размер частиц меньше 0,1 мм и по своим свойствам уже приближается к глинистому грунту: максимальная несущая способность в потном состоянии 3 кг/см2, при средней плотности – 2,5 кг/см2. При насыщении влагой его прочность падает до 1 кг/см2.
Таким образом, самым лучшим основанием для фундамента среди песчаных грунтов будет гравелистый или крупный песок, который обеспечивает отличную несущую способность, практически не теряет своих свойств при увлажнении.
Особенность песчаных грунтов состоит в том, что в нем преобладают частицы, состоящие из одного минерала, их размер варьируется от 0,05 до 2 миллиметров. Содержание частиц глины в песчаном грунте составляет не более пяти процентов. При отсутствии влаги они, по сути, характеризуются как обычные сыпучие тело, а если становятся влажными, то образуют низкий уровень связности. Некоторые виды песков, если в них попадет вода, будут обладать гидрофильными свойствами, т.е. слабо отдавать воду. Они называются плывунами.
Основные отличия песков с инженерно-геологической точки зрения (сопротивление сдвигам и способность к пропусканию воды) могут широко варьироваться в зависимости от отсутствия или наличия в них частиц пыли и гравийно-галечниковых крупиц, а помимо этого, он величины самих частиц песка. Так что характеристики, отличающие одни виды песчаных грунтов от других, используются для того, чтобы разделить их на виды, благодаря чему разделены чистые, пылевые и гравелистые пески. Помимо этого, к песчаным грунтам можно отнести легкие супеси, которые отличаются преобладанием крупиц песка, а количество глинистой фракции равняется трем-пяти процентам.
Песок распространен практически везде. Пользуясь данными исследователей, участки, в которых наличествуют супесчаные грунты и пески, в Российской федерации образуют площадь практически в два миллиона квадратных километров, из которых около полумиллиона находятся в центральной части России. Песочные массивы в Казахстане составляют площадь в миллион квадратных километров.
Структура песков
Структура гранул песка в высшей степени многообразна. Его отличия зависят от положения тектонических плит, строения веществ, входящих в состав песка, природно-климатическими условиями, от минералогического состава. Пески крупной формы, среднекрупные, гравелистые, имеют широкое распространение в районах складок гор, где они находятся в разрезах отложений разного генезиса. Такие пески в большом количестве представлены в районах движения устойчивых блоков континентальной земной коры и в метаморфических частях фундамента платформ. Среди старых плит, но в большей степени среды молодых блоков земной коры, наибольшее распространение получили более рассеянные виды песков – мелкодисперсные, пылеватые, а также имеющие средний размер песчинок. В данной местности пески по составу обладают большей грубостью, и располагаются в моренных и флювиогляциальных отложениях, и образованных благодаря ним аллювиальным размывам, и озерным и морским образованиям. В толще отложений, формирующихся постоянными водными потоками (аллювиальных отложениях) такие виды песков часто находятся в самом низу разреза (т.н. фации перлювия), а верхние слои составляют более однородные мелкие, пылевые и средние пески (т.н. русловая фация, а также пойменная фация.)
То, из чего состоят гранулы песков, зависит от их генезиса, что наглядно показывается в аккумуляции и пределах единой области сноса. Например, во многих областях, которые подверглись в четвертичный геологический период оледенению, самыми грубыми по свойствам будут водно-ледниковые пески. Пески, имеющие более молодой возраст (аллювиальные), образованные в результате переотложений и размываний реками более старых флювиоглянцевых песков, представляют собой ярко выраженную дисперсную гомогенную структуру. Пески, сформировавшиеся в месте дельт рек (прибрежно-морские), состоят из еще более мелких частиц.
Процент однородности относительного содержания частиц в песке может широко варьироваться, причем даже внутри одной толщи песка (а также в разрезе). Большее единообразие приходится на морские пески, и те, которые содержатся в эоловых отложениях, так что они являются в равной мере монодисперсными. Песок с таким составом также может встречаться в отложениях, сформировавшихся постоянными водными потоками рек, находящихся в равнинах.
Полидисперсные виды песков присутствуют в слоях разных отложений, которые сформированы в горных районах.
Для нескольких видов песчаных грунтов, которые образовались благодаря водным потокам, свойственно повышение уровня дисперсности в зависимости от того, насколько они далеко находятся от источника снова. Характерный пример – аллювиальные пески.
Минеральный состав песков
Минеральный состав песков тоже разнороден, в нем присутствуют многие минералы, но стоит выделить несколько, количество которых значимо в процентном соотношении: хлориты – 1%, доломит – 3%, кальцит – 7%, полевые шпаты 8%, кварц (который, кстати, является самым распространенным минералом на Земле) – 70%, на долю других минералов приходится 11%. Эта статистика показывает, что песок состоит в основном из кварца и полевых шпатов, из этого следует, что такие пески наиболее широко распространены.
В Российской федерации в подавляющей части мест в песчаных грунтах содержится относительно мало солей (легкорастворимых и среднерастворимых), их содержание не превышает одной сотой процента. Хотя в районах, находящихся на юге страны, пески с высоким содержанием соли (более 0,3% легкорастворимых солей) встречаются довольно часто, и представлены в основном морскими и континентальными образованиями. В слоях пролювиальных, аллювиальных, и прочих видах песков большое количество соли получилось благодаря континентальным засолениям, вызванным увеличением уровня подземных вод (ввиду антропогенных или естественных причин).
Стоит отметить, что во многих случаях в песках в различном процентном отношении содержится железо (до нескольких процентов). Железо в составе песков будет либо первичным (появившимся в результате разрушения метаморфических и магматических пород), либо вторичным (образованным в результате почвообразования и выветривания), оно присутствует в закисной и окисной форме.
Также в песках центрального и северных регионов страны могут быть остатки растительного происхождения (в основном не более 3%, но может доходить до 10% и даже больше, в таком случае к названию песка добавляется «с примесью растительных остатков»).
Содержание воды в песках
Уровень влаги в песках разнится от одного-двух процентов до тридцати. Верхние слои песка содержат мало влаги, в районе 1-5%. При капиллярном увлажнении содержание влаги сильно увеличивается, плоть до 30% на уровне подземных вод. Обычно влага в песках не содержит солей, однако в аридных районах воды часто насыщены минералами. Кроме того, высокое содержание минералов характерно для подземных вод, находящихся среди песков, что характерно, например, для морских берегов. По физическому состоянию вода, присутствующая в песках, а также легких супесях, может быть отнесена к гравитационной и капиллярной.