Автор: Определение, состав, основные характеристики
Песчаный грунт – один из разновидностей почв, существующих на планете. Например, только в России ими занято около 1850 тыс. кв. км, а в Казахстане – 1 млн. км2.
Он широко применяется в различных сферах производственной, хозяйственной и бытовой деятельности человека. Особенно он популярен в сфере строительства зданий, дорог и мостов. В этой отрасли хозяйственной деятельности человека он используется с момента возведения фундамента здания и вплоть до внутренних отделочных работ.
У песчаного грунта состав достаточно разнообразен. Это зависит от того, как он образовался, в каких климатических условиях и какие еще виды пород в него входят.
Песок бывает гравелистый, крупный и средней крупности и может быть одновременно в разных разрезах одного отложения.
В состав песка могут входить разные минералы. В среднем составе песка такие минералы: кварц – 70%, полевые шпаты – 8%, кальцит – 3% и остальные минералы – 11%. В состав могут входить соли и железо, но самые распространенные кварцевые пески и кварцево-полевошпатовые.
Песчаный грунт несвязанный. Форма песчинок шарообразная, величиной более 0,1 мм. Капиллярных сил песчинок не хватает, чтобы преодолеть расстояние между ними или поры, и установить между собой прочные связи. Поры в нем несколько больше, чем в глинистых породах и потому песок не обладает пластичностью. Если сделать из него шар, то он непременно рассыплется.
Читайте также: Блоки опилкобетонные: обзор характеристик материала, технологии производства и укладки
Песчаный грунт практически не удерживает воду. Но если он влажный, то сделанные из него фигуры сохраняют форму, хотя разваливаются при малейшем надавливании.
Виды грунтов
Какие бывают грунты?
- скалистые грунты
идеальный вариант. Огромная несущая способность и отсутствие пучинистости - хрящеватые грунты
(гравий, обломки камня) обладают большой несущей способностью, непучинисты. Можно использовать ленточный фундамент на глубину не менее 50 см. - песчаные грунты
легко вымываются, хорошо пропускают воду, значительно уплотняются под нагрузкой, незначительно промерзают. Песчаные грунты являются хорошими основаниями для фундамента. В зависимости от размеров частиц песчинок подразделяются на подтипы: гравелистые пески (0,25-5,0 мм); - крупные пески (0,25-2 мм);
- пески средней крупности (0,1-1 мм);
- пылеватые и мелкие пески (менее 0,1 мм), близки к глинистым грунтам
способны сжиматься, размываться, вспучиваться при замерзании, при этом в зависимости от различного насыщения водой в разной степени. Из-за этого глинистые грунты не слишком хороши для фундамента. Поэтому фундамент на глинистых грунтах часто необходимо закладывать ниже глубины промерзания. Виды глинистых грунтов:
- супеси
Виды глинистых грунтов
| Грунт | Количество глинистых частиц | Способ определения |
| Супеси | 3-10 % | Трудно скатывается или не скатывается в шнур |
| Суглинки | 10-30% | Может скатываться в шнур диаметром более 1 мм |
| Глины | более 30% | При раскатывании дает прочный длинный шнур диаметром менее 1 мм |
. Особый вид грунта, состоящий из песка и минеральных солей, которые легко разрушаются при увлажнении либо повышенной нагрузке. Лёсс отличается тем, что в случае сильного намокания катастрофически просаживается.
. Верхний плодородный слой почвы. Совершенно не подходит для строительства. Устройство фундамента на таком грунте не допускается, необходимо докопаться до других более глубоких слоев почвы.
Классификация по ГОСТ
Классификация песчаных грунтов содержится в ГОСТ 25100 – 2011. Она приведена исходя из размеров зерен и частиц и процентного их содержания в его массе.
Гранулометрический состав песчаных грунтов таков:
- Гравелистый. Размер зерен и частиц более 2 мм. Их содержание в массе более 25%.
- Крупный. Размер – более 0,5 мм и содержание – 50%.
- Средней крупности. Размер — более 0,25 мм, содержание более 50%.
- Мелкий. Размер – более 0,1 мм, содержание более или равно 75%.
- Пылеватый. Размер – более 0,1 мм, содержание менее 75%.
КФ для разных типов песка
Разный по свойствам грунт обладает различными коэффициентами поглощения воды или другой жидкости (коэффициентом водопроницаемости). Точные данные приведены в ГОСТ 25584. Свойства жидкости в расчет не принимаются – основным параметром для расчетов служит размер фракций песка и включений в нем.
Прибор КФ-00М
Коэффициент проницаемости жидкости для карьерного песка – 0,5-7 м/сут, так как в этом стройматериале много посторонних включений – глина, пыль, и т.д. Все эти ненужные компоненты задерживают жидкость, поэтому при приготовлении смесей и растворов на основе цемента этот песок применяют очень редко.
После того как карьерный песок очистили при помощи воды, КВ увеличивается, а качество песка становится лучше. КФ в карьерном намытом песке достигает 5-20 м/сут, а размер средних фракций песка остается на уровне 1,5 мм. Такой промытый карьерный песок уже разрешается применять при приготовлении бетонных и цементно-песчаных смесей.
Песок мелкой фракции с пропускной способностью 1-10 м/сут широко применяют при производстве сухих строительных смесей – штукатурных, кладочных, и т.д. При наличии любых посторонних примесей в мелкофракционном песке его КФ значительно уменьшается.
Очень высокий показатель КВ у песка крупной зернистости – это материал практически максимальной водопроницаемости, так как между крупными зернами всегда остается воздух, сквозь который вода или любая другая жидкость может свободно протекать.
Разные фракции песка
КФ служит для определения параметров песка. Высокая водопроницаемость определяет чистоту песка и степень пригодности к использованию в строительстве, так как качество песка прямо влияет на показатели надежности и длительность эксплуатации строительных объектов.
| Коэффициент для чистой почвы (значения для инженерных геологических изысканий) | Коэффициент для лесных почв | ||
| Суглинистый грунт | ≤ 0,07 мм/мин 0,1м/сутки |
1,9-2,4 мм/мин (до 16,7 мм/мин) | Серый лесной грунт на лессовидной суглинистой почве |
| Супесь и тонкозернистая песчаная почва | 0,07-1,4 мм/мин 0,1-2,0 м/сут |
||
| Мелкозернистая песчаная почва | 1,4-7,0 мм/мин 2,0-10,0 м/сут |
2,4-3,9 мм/мин | Песчаный подзолистый грунт |
| Среднезернистая песчаная почва | 7,0-20,0 мм/мин 10,0-30,0 м/сут |
Плотность и несущая способность
Песчаный грунт любого класса быстро и хорошо уплотняется под нагрузкой. По этому показателю он бывает плотный и средней плотности. Плотный обычно располагается на глубине более 1,5 м. Такое расположение, под давлением вышележащих слоев, на протяжении длительного времени делает его максимально плотным и пригодным основанием для фундамента.
Средней плотности грунт – это тот, который лежит выше 1,5 м или уплотнен искусственно. Его несущие качества хуже и он подвержен большей осадке.
Читайте также: Что такое пучинистые грунты, методы их определения, выбор типа фундамента
У песчаного грунта плотность и несущая способность взаимно связаны. У гравелистого песка при средней плотности несущая способность – 5 кг на см2, при высокой – более 6 кг на см2. У крупного при средней плотности эта способность – 4 кг на см2, а при высокой – 5–6 кг на см2. Средний песок имеет такие параметры: при высокой плотности – 4–5 кг на см2, при средней – 3–4 кг на см2. Мелкий или пылеватый обладает максимальной несущей способностью в плотном состоянии 3 кг на см2, в среднем – 2,5 кг на см2.
При насыщении влагой средний и мелкий снижают несущую способность на 2 кг на см2.
Как рассчитать коэффициент фильтрации песка
Песок используют для приготовления растворов и смесей (мокрых или сухих) в строительстве самых разных объектов и сооружений – от жилья до стратегических конструкций и для дорожного строительства, от фундаментов до влагонепроницаемых герметичных сооружений. Выбирая требуемую фракцию и степень очистки песка, принимают в расчет модуль крупности, наличие глинистых примесей, объемную массу, коэффициент фильтрации. Справочные значения коэффициента фильтрации песка приведены в таблице:
| Грунт | КФ | КФ |
| Гравий, галька | 0,125-0,175 | 0,135-0,25 |
| Песчаный грунт | 0,175-0,30 | 0,20-0,40 |
| Супеси | 0,22-0,32 | 0,28-0, 5 |
| Суглинки | 0,3-0,38 | 0,45-0,65 |
| Глинистый грунт | 0,35-0,45 | 0,55-0,75 |
| Крупнообломочный грунт | 0,25 | 0,35 |
Точное определение коэффициента фильтрации песка нужно для того, чтобы узнать его способность пропускать воду (водопроницаемость). Скорость прохождения воды через определенную толщу песка вычисляют посредством применения гидравлического градиента со значением 1, единица измерения – м/сут (метров в сутки). Результат измерений отображает расстояние, на которое просочилась вода через слой песка за 24 часа, то есть плотность песка.
Определение коэффициента фильтрации грунтов
Коэффициент фильтрации песка (КФ) определяет его проникающую способность и параметры качества. Самая маленькая пропускная способность песка имеет КФ = 0. По значениям КФ можно определить объемное присутствие примесей глины и по этому показателю применять песок для тех или иных растворов или смесей.
Чем ниже коэффициент фильтрации, тем меньше диапазон применения песка, так как его качество определяет прочность бетонной или цементно-песчаной конструкции. Наивысший КФ имеет крупнозернистый песок, так как между зернами материала остается больше воздуха и вода может свободно и быстро просачиваться через толстый слой песка.
Чтобы лабораторным путем узнать КФ песка и провести исследования, пользуются мерной пробиркой: в нее наливают воду уровнем выше о на 0,5 см и более. При стекании воды через перфорированное дно с отверстиями хронометром замеряют время, за которое вода опустится в мерной пробирке ниже 5,0 см. Такие измерения проводят 4 раза подряд, и каждый раз воду в мерную пробирку доливают на 0,5 см. При десятиминутном снижении уровня воды измерения можно делать при значении начального градиента давления 2,0. Мерная пробирка и подставка вынимаются из стакана и устанавливаются на специальный поддон. При проведении замеров необходимо следить за тем, чтобы вода в мерной пробирке не опускалась ниже верхнего уровня стройматериала.
Прибор для определения значения фильтрации песка
Плотность сухого сыпучего материала в резервуаре (ρdi, г/см3) рассчитывают таким образом: ρdi = m1 / (Vi х (1+Wi)), где:
Vi – объем грунта в мерной пробирке, см3;
Wi – влажность грунта в мерной пробирке.
КФ рассчитывают по формуле: K = h / t0 x α (S / H0) x 864 / T, где:
h – высота песчаной насыпки для фильтрации в мерной пробирке (см);
S – визуальное уменьшение уровня от начального (см);
Читайте также: Виды фундаментов применяемые в строительстве
H0 – значение предельно минимального давления жидкости (см);
t0 – время падения уровня (сек);
Т = (0,7 + 0,03 Тф) – коэффициент, применяемый для приведения КФ песка к приемлемым условиям фильтрации жидкости при температуре 100С, где:
Тф – температура при проведении опытов, 0С;
Т = (0,7 + 0,03 х 18) = 1,24.
Поглощение и удержание влаги
Песчаный грунт, в связи с его низкой пористостью, от 0,2 до 0,5, плохо удерживает влагу. Это его делает практически не подверженным пучению при замерзании. Что является положительным качеством в строительстве.
Благодаря этому можно не проводить расчет его промерзания при проведении инженерно-строительных работ, но несущая способность песка зависит от влажности. И это необходимо учитывать. Таким образом, с понижением влажности песка и увеличением его плотности, возрастает несущая способность.
Исходя из всех приведенных параметров, наилучшая из песчаных грунтов характеристика, для возведения фундаментов зданий и сооружений, у гравелистых и крупных пород. Они почти не поглощают воду, потому их плотность от количества влаги не зависит. Эти виды имеют наибольшую и постоянную несущую способность.
Что такое супесь
Термин обозначает сыпучую породу на основе песка (от 60 мкм) и кварцевых частиц меньшей фракции (от 2 мкм). Их суммарная концентрация в материале – не менее 90%. Оставшуюся часть составляет глина: каолиновая и монтмориллонитовая; размер частиц – до 2 мкм. Дополнительными компонентами пескогрунта (альтернативное название супеси) могут стать частицы почвы и мелкие камни, попадающие в процессе добычи.
Материал получают из природных карьеров, искусственно созданных котлованов и траншей. Его можно назвать дешевой альтернативой песка – цена снижается из-за примесей глины и пыли. Слои супеси залегают:
- вдоль берегов рек;
- в приледниковых отложениях;
- в образованиях, сформировавшихся во время и после периода резкого похолодания.
В России супеси добывают почти в каждом регионе. Так, месторождения присутствуют в Карелии, Западной Сибири и на Европейской территории страны. В зависимости от компонентов, грунт имеет желтоватый, серый или красноватый цвет.
Характеристики грунта
Материал по свойствам близок к песку. Основными характеристиками материала являются:
- водопроницаемость – жидкость не задерживается в слое материала из-за низкой пористости (0,5-0,7);
- неспособность держать форму в сухом состоянии – супесчаный комок разрушается при небольшом надавливании (пластичность – 1-7%);
- высокий коэффициент трения между частицами;
- слабая несущая способность – 2,5-3 кг/кв. см.
Плотность частиц супеси, без учета воды в грунте, для всех видов находится в диапазоне 2,68-2,72 г/куб. см. В естественном залегании величина варьируется в пределах 1,6-1,81 г/куб. см.
Характеризуется как рыхлый, сыпучий материал, чьи частицы, под действием влаги, могут слипаться из-за наличия глины. Но ее количества недостаточно для сохранения связей под давлением. Переизбыток воды, количество зависит от состава и размера частиц, делает материал текучим.
