Песчаные грунты – это несвязные, сыпучие (из-за лишенных сцепления составляющих его частиц) минеральные грунты,   содержащие менее 50% по массе частиц крупнее 2 мм .  Более 50% по массе частиц крупнее 2мм — это уже гравийные грунты. Причем, в состав песчаных грунтов могут входить не только песчаные частицы, но и пылеватые (илистые) частицы  — пылеватый песок, а также мелкий гравий — гравелистый песок.

Минеральные частицы всех грунтов могут быть связаны или не связаны между собой структурными связями. Песчаные  грунты относят к несвязным, сыпучим, так как в сухом состоянии у них отсутствует сцепление между отдельными зернами. 

Происходит это потому, что форма песчаных частичек в основном округлая, шарообразная, величиной более 0,1 мм. У песчинок просто не хватает капиллярных сил, чтобы установить прочные связи между собой, так как они не могут преодолеть разделяющее их расстояние. 

В состав песчаных грунтов практически не входит глина. То есть, глинистых частиц в нем от 0 до 5%. Однако, и песчаных частиц в нем может практически не быть. В песке пылеватом, например, количество пылеватых (илистых)  частиц может составлять от 50 до 100%. 

По сравнению с глинистыми грунтами, песчаные грунты имеют несколько большие поры и потому не обладают пластичностью. К тому же, песчаные грунты практически не удерживают воду. Шар из песка сделать можно, но только если песок влажный и при малейшем надавливании он разваливается.

В зависимости от крупности частиц и их количества песчаные грунты подразделяются на пять видов:

  • гравелистый;
  •  крупный;
  • средний;
  • мелкий;
  • пылеватый.  

Чем крупнее песок, тем более подходит он для устройства основания под фундамент дома и тем лучшими строительными характеристиками он обладает. Разной крупности пески могут быть одновременно в разных разрезах одного отложения.

 

Содержание скрыть

Классификация песчаных грунтов в зависимости от гранулометрического состава 

Песчаные грунты в зависимости от гранулометрического состава (размера частиц) делятся на:

Тип грунта

          Гранулометрический состав

Песок:
— гравелистый     Более 25% частиц крупнее 2 мм
— крупный     Более 50% частиц крупнее 0,5 мм
— средней крупности     Более 50% частиц крупнее 0,25 мм
— мелкий     Более 75% частиц крупнее 0,1 мм
— пылеватый     Менее 75% частиц крупнее 0,1 мм

Для установления наименования песчаного грунта последовательно суммируются проценты содержания частиц в исследуемой породе: сначала крупнее 2 мм, затем крупнее 0,5 мм, далее крупнее 0,25 мм и наконец крупнее 0,1 мм. Наименование грунта принимается по первому удовлетворяющему показателю в порядке расположения наименований в таблице «Классификация песчаных грунтов в зависимости от гранулометрического состава»

Для того, чтобы лучше понять, частицы каких фракций, размеров и величин содержатся в тех или иных грунтах,  включая песчаные, приводится данная таблица:

Название фракций

Характеристика фракций по величине

Размер фракций

Валуны, камни Крупные

Средние

Мелкие

Более 800

400 — 800

200 — 400

Булыжник 100 — 200
Галька или щебень Крупные

Мелкие

60 — 100

40 — 60

Гравий Очень крупные

Крупные

Средние

Мелкие

20 — 40

10 — 20

4 — 10

2 — 4

Песчаные частицы Очень крупные

Крупные

Средние

Мелкие

Тонкие

1 — 2

0,5 — 1

0,25 — 0,5

0,1 — 0,25

0,05 — 0,1

Пылеватые частицы (пыль, ил) Крупные

Мелкие

0,01 — 0,05

0,005 — 0,01

Глинистые частицы Грубые

Тонкие

0,001 — 0,005

Менее 0,001

 

Визуальный способ определения состава песчаного грунта

Для того чтобы определить, к какому типу песчаного грунта относится образец, взятый с места предполагаемого строительства малоэтажного дома, с ним необходимо произвести следующие манипуляции:

Растереть на ладони:

— в песке гравелистом довольно много (но не более половины) частиц составляют зерна размером с горошину;

— в песке крупном ощущается много частиц размером с пшеничное зерно;

— в песке средней крупности ощущается много частиц размером с просяное зерно;

— в мелком песке зерна слабо различимы;

— пылеватый песок на ощупь похож на муку-крупчатку, при растирании остается пыль.

Определить состояние грунта в сухом виде:

— песок крупный, средней крупности и мелкий представляют собой сыпучий грунт, который осыпается между пальцами, не задерживаясь;

— песок пылеватый — также осыпается между пальцами, но пыль задерживается в складках кожи.

Определить состояние грунта во влажном виде:

— песок от гравелистого до пылеватого не пластичен и не обладает связанностью.

Скатать во влажном виде в шар или в шнур:

— из песка шнур скатать невозможно.

 

Морозное пучение песчаных грунтов

В малоэтажном строительстве очень важную роль играет, насколько грунты под фундаментом подвержены такому явлению, как морозное пучение, то есть, велика ли степень пучинистости грунта. На это влияет уровень залегания грунтовых вод на участке строительства, однородность грунтов и степень их насыщения водой. 

Явление пучинистости грунта (увеличение в объеме при замерзании массы грунта, насыщенной водой) – очень распространено и опасно для фундаментов малоэтажных домов и коттеджей. Так как к непучинистым песчаным грунтам относятся исключительно пески гравелистые и крупные, которые на территории нашей страны практически не залегают, то получается, что подвержены этому явлению практически все песчаные грунты при их зимнем промерзании: влажные и влагонасыщенные пылеватые, мелкопесчаные. 

Для чего застройщику необходимо знать, какую степень пучинистости имеют грунты на его участке? Это очень важно перед началом строительства малоэтажного дома, так как от этого зависит выбор такого типа фундамента (ленточного, столбчатого, свайного или плитного), который  бы максимально был приспособлен к грунтовым и геологическим условиям данной строительной площадки.

Если недооценить опасность этого явления и заложить неподходящий фундамент, то из-за малого веса малоэтажного дома, силы морозного пучения (нормальные и касательные), могут буквально вытолкнуть его на поверхность, что повлечет за собой неравномерную деформацию фундамента, а вместе с ним и всего сооружения.

Итак, по степени пучинистости грунты делятся на:

непучинистые – пучение практически отсутствует;

слабопучинистые – пучение от 1 до 4%;

среднепучинистые – пучение от 4 до 7%;

сильнопучинистые – пучение от 7 до 10%;

чрезмернопучинистые — пучение более 10%

Данные проценты означают, что, например, при глубине промерзания 1,2 м, для сильнопучинистого грунта (берем худший вариант) пучение составит:
1,2 х 10/100=0,12 м, т.е. 12 см.

 

Определение степени пучинистости песчаных грунтов по их физическим характеристикам

В том случае, если у застройщика на руках есть данные лабораторных испытаний образцов грунта, взятые с участка застройки, в которых расписаны гранулометрический (зерновой) состав песчаных грунтов и степень их влажности, то определить степень пучинистости грунта можно по следующей таблице:

Степень пучинистости

Деформации пучения или относительное морозное пучение при глубине промерзания 1,5 метра

 

Виды грунтов

Непучинистые

<0,01

или

≤1%

Песок гравелистый, крупный и средней крупности с содержанием частиц размером до 0,05мм(песчаных мелких и тонких) до 2% независимо от влажности;

Песок гравелистый, крупный и средней крупности с содержанием частиц размером до 0,05мм (песчаных мелких и тонких) до 15% при Sr ≤ 0,5 (маловлажные);

Песок мелкий с содержанием частиц размером менее 0,05мм (пылеватых и глинистых) до 2% при Sr ≤ 0,5 (маловлажный);

Слабопучинистые

0,01-0,035

или

1÷2%

и

2÷4%

Песок гравелистый, крупный и средний с содержанием частиц размером менее 0,05мм (пылеватых и глинистых) до 15% влажный и насыщенный водой;

Песок мелкий с содержание частиц размером менее 0,05мм (пылеватых и глинистых) до 2% влажный и насыщенный водой;

Песок мелкий с содержанием частиц размером менее 0,05мм (пылеватых и глинистых) от 2% до 15%  маловлажный (пучение 1÷2%) и влажный (пучение 2÷4%);

Песок пылеватый при Sr ≤ 0,5 (маловлажный);

Среднепучинистые

0,035-0,07

или

4÷7%

Песок пылеватый и мелкий               при 0,5 < Sr ≤ 0,95 (влажный и насыщенный водой);

Сильнопучинистые

>0,07

или

7÷10%

Песок пылеватый и мелкий при Sr > 0,95 (насыщенный водой)

Как видно из таблицы, степень пучинистости песчаных грунтов зависит  прежде всего, от степени насыщения их водой, или от степени влажности.

 

Определение степени пучинистости песчаных грунтов самостоятельно

В том случае, если у застройщика нет возможности испытать лабораторным способом образцы грунтов, взятых с участка застройки, то можно самостоятельно определить степень пучинистости грунтов, зная глубину промерзания песчаных грунтов в этом районе и уровень залегания грунтовых вод.

Зависимость степени пучинистости песчаных грунтов от их глубины промерзания и уровня залегания грунтовых вод (УГВ)

В природе существует так называемая «капиллярная активность» грунтов – способность различных, особенно глинистых и мелкопесчаных грунтов подтягивать воду со значительных глубин на поверхность земли. Зависит эта способность от количества пылеватых частиц в составе этих грунтов: чем больше пылеватых частиц, тем больше активность.

«Благодаря» капиллярному эффекту, мелкие и пылеватые пески способны подтягивать воду от уровня залегания грунтовых вод (УГВ) ближе к поверхности земли на следующие величины:

— пески мелкие – на 0,5 ÷ 0,75 метра;

— пески пылеватые – на 0,7 ÷ 1,2 метра.

Именно эта способность подтягивать воду определяет степень пучинистости песчаных грунтов в зависимости от разницы уровня грунтовых вод и глубины промерзания грунтов (Z).

Зависимость степени пучинистости грунта от Z

Зависимость степени пучинистости грунта от Z

 

Непучинистые грунты (относительное морозное пучение < 1%)

Непучинистыми грунтами являются грунты, если разница уровня грунтовых вод и глубины промерзания грунтов Z составляет:

  • для мелких песков — Z > 0,75 м;
  • для пылеватых песков — Z > 1,0 м;

 

Слабопучинистые грунты (относительное морозное пучение от 1 до 4%)

Слабопучинистыми грунтами являются грунты, если разница уровня грунтовых вод и глубины промерзания грунтов Z составляет:

  • для мелких песков – 0,5 м ≤ Z ≤ 0,75 м;
  • для пылеватых песков — 0,75 м ≤ Z ≤ 1,0 м;

 

Среднепучинистые грунты (относительное морозное пучение от 4 до 7%)

Среднепучинистыми грунтами являются грунты, если разница уровня грунтовых вод и глубины промерзания грунтов Z составляет:

  • для мелких песков – Z < 0,5 м;
  • для пылеватых песков — 0,5 м ≤ Z < 0,75 м;

 

Сильнопучинистые грунты (относительное морозное пучение от 7 до 10%)

Сильнопучинистыми грунтами являются грунты, если разница уровня грунтовых вод и глубины промерзания грунтов Z составляет:

• для пылеватых песков — Z < 0,5м;

 

Пример:

Грунт – песок пылеватый;

Уровень грунтовых вод (УГВ) – 2,0 метра от поверхности земли;

Глубина промерзания грунта – 1,2 м

2,0 — 1,2 = 0,8 м   – песок пылеватый слабопучинистый.

 

Классификация песчаных грунтов по степени влажности Sr

Влажность грунта — количество воды, содержащееся в порах грунта, выраженное в % от массы сухого грунта. Это свойство грунта, обусловленное наличием в нем воды различных категорий.

Свойства всех разновидностей грунтов, особенно песчаных, в сильной степени зависят от содержания в них воды. В грунте различают:

  • химически связанную (кристаллизационную) воду;
  • физически связанную (пленочную) воду;
  • свободную воду 

Часто свободную воду подразделяют на капиллярную (диаметр пор менее 1 мм) и гравитационную (диаметр пор более 1 мм). Именно капиллярная вода может содержаться в песках средней крупности, мелких и особенно в пылеватых песках.

Свободная вода легко добавляется в грунт и извлекается из грунта. В грунте свободная вода не испытывает силу притяжения, а подчиняется законам гидравлики. Она может свободно перемещаться под воздействием разности напоров.

Песчаные грунты подразделяются по степени влажности Sr  (степени заполнения пор грунта водой):

Названия грунтов Степень влажности
Маловлажные (маловодонасыщенные)     0 < Sr ≤ 0,5
Влажные (средневодонасыщенные)    0,5 < Sr ≤ 0,8
Насыщенный водой     0,8 < Sr ≤ 1,

Sr= ω х ρз / e х ρо,   где

ω – природная влажность грунта;

ρзплотность частиц грунта;

ρоплотность воды = 1 г/см²;

e – коэффициент пористости грунта

 

Классификация песчаных грунтов по плотности сложения

Плотность сложения песчаных грунтов имеет важное значение при оценке их строительных качеств. О плотности сложения песчаных грунтов можно судить по коэффициенту пористости грунта e. Чем больше значение этого коэффициента, тем меньшей плотностью и большей сжимаемостью обладает грунт.

Классификация песчаных грунтов по плотности сложения (в зависимости от коэффициента пористости e):

 

Вид песка

Плотность сложения
Плотные Средней плотности Рыхлые
Пески гравелистые, крупные и средней крупности e<0,55 0,55≤e≤0,7 e>0,7
Пески мелкие e<0,6 0,6≤e≤0,75 e>0,75
Пески пылеватые e<0,6 0,6≤e≤0,8 e>0,8

 

Песчаные грунты быстро и хорошо уплотняются при их нагружении. Происходит это потому, что под нагрузкой из пор грунтов выжимается свободная вода. Грунты уменьшаются в объеме, что приводит к осадке строящегося сооружения. Так как у песчаных грунтов высокая водопроницаемость, то отжатие воды из пор и осадка грунтов основания занимает короткий период.   Это очень ценное свойство именно песчаных грунтов основания, так как практически вся осадка здания происходит уже в процессе строительства.

По плотности сложения песчаные грунты бывают плотные, средней плотности и рыхлые. Плотные пески обычно залегают на глубине более 1,5 м. Нахождение на протяжении довольно длительного времени под давлением вышележащих слоев, сделало их максимально плотными и более всего подходящими в качестве основания под фундамент дома.  

Песчаные грунты средней плотности как правило залегают на глубине менее 1,5 метров. Такую плотность может еще иметь искусственно уплотненный песчаный грунт. Прочность такого грунта значительно ниже, а осадка — больше, чем у плотного песка.

 

Расчетное сопротивление песчаных грунтов

Несущая способность песчаных грунтов находится в тесной взаимосвязи с их плотностью. Как видно из таблицы ниже, у песков гравелистых и крупных, обладающих средней плотностью сложения, несущая способность — 5 кг/см²; у плотных гравелистых и крупных песков — 6 кг/см², и т. д.

Несущая способность гравелистых, крупных и средней крупности песков не зависит от степени их насыщения водой, так как у них практически отсутствует капиллярная активность. Они практически не поглощают и не удерживают воду, а пропускают ее через себя.  

Несущая способность мелких и пылеватых песков, напротив, зависит от их влажности из-за того, что в своем составе они имеют значительное содержание пылеватых частиц, которые хорошо связывают воду и насыщаются ею. Еще одна неприятность для строителей состоит в том, что пылеватые частицы обладают капиллярной активностью — способностью грунта подтягивать на поверхность воду со значительных глубин.

«Благодаря» всему этому, насыщение влагой мелкого и пылеватого песков значительно снижают их несущую способность.

Расчетное сопротивление песчаных грунтов R, кг/см² в зависимости от их плотности сложения

 

Тип грунта

Плотность сложения
     Плотные Средней плотности
Пески гравелистые и крупные      6,0          5,0
Пески средней крупности      5,0          4,0
Пески мелкие маловлажные (степень влажности 0 < Sr ≤ 0,5)      4,0          3,0
Пески мелкие влажные  (степень влажности 0,5 < Sr ≤ 0,8)

и насыщенные водой (степень влажности 0,8 < Sr ≤ 1)

     3,0          2,0
Пески пылеватые маловлажные (степень влажности 0 < Sr ≤ 0,5)     3,0          2,5
Пески пылеватые влажные (степень влажности 0,5 < Sr ≤ 0,8)     2,0          1,5
Пески пылеватые насыщенные водой (степень влажности 0,8 < Sr ≤ 1)     1,5          1,0 

 

Свойства песчаных грунтов

  • несвязный и непластичный — капиллярных сил притяжения песчаных частиц недостаточно для установления прочных связей;
  • приличная водопроницаемость — песчаные грунты плохо удерживают воду, они пропускают ее через себя;
  • пористость — 0,2-0,5, что значительно ниже, чем у глинистых грунтов;  
  • хорошо и быстро уплотняются под нагрузкой, поэтому осадка здания происходит еще в процессе строительства;
  • несущая способность — от 1 до 6 кг/см², зависит от плотности сложения и влажности. Чем выше плотность и ниже влажность, тем больше расчетное сопротивление песчаных грунтов сжатию;
  • из всех песчаных грунтов лучше всех ведут себя гравелистые и крупные пески. Они не подвержены морозному пучению, независимо от их увлажнения грунтовыми водами и имеют наибольшую несущую способность.