Виды грунтов по характеру структурных связей

Грунтом в строительстве и геологии называют верхний слой земной коры, на котором разворачивается строительно-инженерная деятельность человека.

Он состоит из:

• Твердой фазы
• Воды
• Воздуха

Твердая фаза составляет основной объем грунта. Она состоит из множества частиц разных размеров (минералов, минеральных агрегатов и обломков породы), между которыми существуют структурные связи.

Именно характер этих связей – а не прочность отдельных зерен – определяет основные свойства грунта. Поэтому он лег в основу базовой классификации грунтов.

В этой статье мы расскажем, как грунты делят на скальные, дисперсные и мерзлые. Мы рассмотрим особенности и разновидности каждого из этих классов и сравним их друг с другом.

Но для начала поговорим о том, какие бывают типы структурных связей в грунтах и чем они отличаются друг от друга.

Типы структурных связей в грунтах

Частицы грунта существуют не обособлено. Они связаны между собой силами, которые проявляются на разных уровнях: атомном, молекулярном, физическом.

По своей природе структурные связи могут быть:

• Химические (жесткие)
  Такие связи возникают на контактах между минералами, слагающими грунт. В зависимости от химического состава минералов они могут быть ковалентными, ионными, металлическими и водородными. Это самый прочный тип связи. Благодаря ему образуются прочные скальные массивы, которые нельзя разрушить голыми руками. При этом жесткие связи разрываются необратимо. Если вы, например, откололи кусочек от гранитной плиты, прикрепить его обратно без клея или цемента не получится. И целостность массива в этом месте будет нарушена навсегда.
• Физико-химические
  Их обеспечивают силы молекулярного притяжения и поверхностного натяжения водных пленок, которые обволакивают частицы грунта. Наиболее ярко они проявляются в грунтах с высоким содержанием пылеватых и глинистых частиц (не больше 0,05 мм в диаметре). Такие высокодисперсные грунты активно поглощают воду. При намокании они становятся пластичными и липкими. Физико-химические связи легко разрушаются, но так же легко восстанавливаются. Например, глинистую массу можно разделить на несколько комков, а затем слепить их обратно.
• Физические
  Это самые слабые связи, которые обеспечиваются силами гравитации, статического электричества, магнетизма и механического зацепления. Они проявляются между отдельными песчинками и крупными камнями в составе грунта. Грунты с физическими структурными связями рыхлые и сыпучие.
• Криогенные
  Это особый тип структурной связи, который возникает только при отрицательных температурах. Вода в порах грунта при температуре ниже 0°C кристаллизуется и превращается в лед, который играет роль своеобразного цемента. Твердые частицы грунта примерзают друг к другу, и чем ниже температура – тем крепче эта связь.

В грунтах одновременно могут присутствовать несколько типов структурных связей. Например, химическая и криогенная в мерзлом скальном массиве или физическая и физико-химическая – в супеси или пылеватом песке.

Но тот или иной тип связи будет главным. На этом основании грунты делят на классы.

Классы грунтов по характеру структурных связей

От преобладающего типа структурной связи зависят многие свойства грунта. В первую очередь его прочность, стойкость к деформациям и разрушениям и поведение при длительной нагрузке.

Поэтому грунты принято делить на:

• Скальные
• Дисперсные
• Мерзлые

Это базовая классификация грунтов, которая используется в ГОСТах, строительных нормах и многих других нормативных документах.

В таблице ниже приведено краткое сравнение этих классов:

Ниже мы рассмотрим каждый из этих классов подробнее.

Скальные грунты

Их еще называют скалой. Это класс грунтов с жесткими структурными связями. В природе они встречаются в виде монолитных массивов разного происхождения: магматического, осадочного, метаморфического.

У скальных грунтов есть такие особенности:

• Стойкость к деформации
  Крепкие химические связи между зернами грунтов обеспечивают им повышенную прочность на сжатие и сдвиг.
• Низкая водопроницаемость
  Большинство скальных грунтов малопористые и водонепроницаемые, в них почти не проникает вода с поверхности. Хотя тут есть и исключения: пористые породы (пемза, туф, опока), сильно выветрившиеся массивы, а также растворимые гипсы, ангидриты и известняки, в которых вода может размывать каналы и полости.
• Отсутствие просадочности и пучения
  Скальным грунтам не страшны многие проблемы, с которыми часто сталкиваются строители. Они не проседают под весом построек, не набухают при чрезмерном увлажнении и не подвержены морозному пучению.
• Необратимое разрушение
  Скальные породы могут долго выдерживать нагрузку, не разрушаясь. Но если уж в них образовались трещины, то дальше прочность основания будет только падать.
• Трудность в разработке
  Если вам нужно пробурить в скальном массиве скважину или прорезать траншею для прокладки коммуникаций, то без специального инструмента или тяжелой техники не обойтись. А иногда приходится даже пользоваться взрывчаткой.

Этот класс грунтов считается самым надежным и долговечным вариантом земляного основания для строительства. Дом, построенный на скале, может стоять веками.

По прочности скальные грунты делятся на:

• Собственно скальные
  Грунты, предел прочности которых в водонасыщенном состоянии составляет не менее 5 МПа. Они могут быть магматического (гранит, диабаз, габбро, базальт, андезит), метаморфического (мрамор, кварцит, серпентинит, гнейс, роговик) или осадочного происхождения (песчаник, алевролит, известняк, доломит). Такие грунты больше всего ценятся строителями и инженерами.
• Полускальные
  Грунты с жесткими структурными связями, прочность которых ниже 5 МПа. К этой группе относятся некоторые осадочные породы (мел, гипс, опока, трепел), пористые вулканические породы (пемза, вулканический туф), а в отдельных случаях – магматические и метаморфические массивы, которые подверглись глубокому разрушению (выветриванию). Эти грунты имеют пониженные показатели прочности, некоторые из них размягчаются и растворяются в воде.

В ходе геологических изысканий на будущей стройплощадке определяют характеристики и свойства земляного основания. Их перечень разнится от проекта к проекту и зависит от разных факторов: типа грунта, особенностей территории, рельефа и прочих.

Но есть список обязательных показателей, на которые смотрят в первую очередь. Их перечень приведен в приложении Б ГОСТ 25100-2020.

К этим показателям для скальных грунтов относятся:

• Прочность
  Есть разные методы определения прочности грунта: на сжатие, на сдвиг, на растяжение. Но здесь речь идет о пределе прочности на одноосное сжатие в водонасыщенном состоянии. Для этого берут образец грунта, замачивают его в воде, а затем нагружают под прессом, пока он не начнет разрушаться. Зачем замачивать образец? Дело в том, что при увлажнении прочность грунтов падает. И это нужно заранее учесть. Ведь в природе земляное основание постоянно контактирует с атмосферными осадками и подземными водами.
• Плотность скелета
  «Скелетом» называют твердо-воздушную часть грунта, из которого была удалена вся влага.  Этот показатель позволяет оценить, какую плотность имеет сухой грунт с учетом всех его пор. Более плотные и тяжелые грунты, как правило, лучше выдерживают нагрузку.
• Пористость
  Это объем всех пустот в толще скалы. Чтобы его определить, образец грунта взвешивают в сухом и водонасыщенном состоянии. Затем из второго числа вычитают первое. Полученная разница показывает, какой объем грунта может заполнять вода. У скальных грунтов пористость обычно низкая. Исключение – пористые вулканические и осадочные породы (ракушечник, туф, пемза, опока).
• Выветрелость
  Скальный грунт на земной поверхности подвергается воздействию воды, перепадов температуры, деятельности живых организмов и ветра. В результате он выветривается – то есть разрушается. Чтобы оценить степень разрушения скального массива, плотность выветрелого образца грунта сравнивают с плотностью неразрушенного массива, который залегает глубже в земной коре.
• Размягчаемость
  Прочность всех грунтов снижается при водонасыщении. Но есть породы, у которых это свойство проявляется особенно ярко. Их называют размягчаемыми. К этой группе относятся, например, мел, гипс, известняк, диатомит, трепел и опока.

Это обязательные параметры, которые определяют при планировании строительства. Но у скальных грунтов есть и другие показатели. Подробнее о них мы пишем в статье Характеристики и свойства скального грунта.

Больше узнать о классификации скальных грунтов, их типах, видах и разновидностях вы можете в статье Виды скального грунта.

А мы переходим к обзору следующего класса грунтов.

Дисперсные грунты

Сюда относятся грунты с нежесткими структурными связями.

Среди них выделяют два подкласса:

• Несвязные грунты
• Связные грунты

Они отличаются друг от друга по свойствам, поэтому мы рассмотрим каждый из них отдельно.

Несвязные грунты

Это сыпучие грунты, которые остаются рыхлыми как в сухом, так и во влажном состоянии. В них преобладают механические структурные связи.

В зависимости от размера частиц несвязные грунты делят на:

• Крупнообломочные
  В них преобладают зерна крупнее 2 мм в диаметре. Это могут быть окатанные камни, отшлифованные водой (гравий, галька, валуны), или остроугольные обломки породы (дресва, щебень, глыбы).
• Песчаные
  Это грунты, в которых преобладают частицы размером 0,05-2 мм. В сухом состоянии они рыхлые и сыпучие, а при насыщении водой приобретают небольшую связность. Именно за счет этого свойства из мокрого песка можно строить замки и лепить куличики.

Есть также смешанные разновидности: например, песчано-щебенистые или песчано-гравийные грунты.

Для несвязных грунтов характерны такие особенности:

• Легкость в обработке
  Для разработки песчаных и гравийно-галечных грунтов не нужна мощная техника. Их даже можно копать вручную. Исключение – грунты с высоким содержанием глыб (валунов) или строительного мусора.
• Водопроницаемость
  Такие грунты быстро пропускают влагу в подстилающие слои. В них не задерживается вода, которая может разъедать подземные части конструкций.
• Отсутствие морозного пучения
  При температуре ниже 0°С вода в грунте замерзает и резко увеличивается в объеме. Это приводит к деформации оснований и фундаментов. Но несвязным грунтам пучение не страшно, ведь они не задерживают влагу.
• Деформируемость
  Поскольку между частицами грунта нет жестких связей, они легко смещаются друг относительно друга. Несвязные грунты осыпаются в крутых откосах, проседают и сдвигаются под весом конструкций. Особенно ярко это проявляется при чрезмерном увлажнении или вибрационном воздействии.

Таким образом, у несвязных грунтов есть как плюсы, так и минусы. По показателям прочности они проигрывают скале, но при этом не имеют проблем с пучением, которые характерны для глинистых оснований.

Несвязные дисперсные грунты по свойствам очень отличаются от скальных. Поэтому и показатели для них определяют другие.

К обязательным характеристикам несвязных грунтов по ГОСТ 25100-2020 относятся:

• Гранулометрический состав
  Он показывает, какой процент грунта (по массе) занимают частицы определенной фракции. Это важный показатель, который определяет многие свойства материала: прочность, деформируемость, пропускную способность и другие.
  По гранулометрическому составу выделяют такие разновидности грунтов:

• Неоднородность гранулометрического состава
  Это количество разных фракций, представленных в грунте. Например, однородным грунтом считается намывной песок: в нем нет ни крупных включений, ни мелких пылеватых частиц. А вот песчано-гравийная смесь – это грунт неоднородный, в его составе есть и песок, и камни разной величины. Из неоднородных грунтов получаются более плотные и прочные основания, потому что при трамбовке мелкие зерна заполняют пустоты между крупными. Но при нагрузке они могут давать неравномерную осадку.
• Влажность
  Характеристика содержания влаги в грунте. У дисперсных грунтов этот показатель обычно выше, чем у скалы. Его важно учитывать, потому что избыток влаги негативно сказывается на несущей способности грунта и повышает его деформируемость. А водонасыщенный песок может превратиться в плывун.
• Пористость
  Это объем воздушных пустот, который замеряют для песков естественного сложения. В зависимости от этого показателя песок может быть плотным или рыхлым. Пористые пески при строительстве требуют тщательной трамбовки, иначе из них не получится надежного основания.
• Выветрелость и истираемость крупных обломков
  По ним оценивают прочность крупнообломочных грунтов. Гравийно-галечные и щебенистые грунты магматического или метафорического происхождения (гранитные, диоритовые, амфиболитовые и другие) обычно прочнее и долговечнее осадочных (известняковых, доломитовых).
• Заторфованность и засоленность
  Эти два показателя отражают содержание в грунте вредных примесей: органического вещества (торфа) и растворимых солей (хлоридов, сульфатов). «Вредные» они в том смысле, что снижают несущую способность грунта, а также вызывают коррозию металлических и бетонных конструкций.
• Пучинистость
  Насыщенные водой грунты при замерзании «пучинятся» – то есть резко увеличиваются в объеме. Морозное пучение обеспечивают тончайшие пылеватые и глинистые частицы, которые удерживают влагу. Пучинистость песков и каменистых оснований выше, чем у скалы, но ниже, чем у глинистых грунтов.

Это основные показатели, которые нужно знать перед началом строительства на песчаном или крупнообломочном грунте.

Больше информации по этой теме вы найдете в статье Несвязные дисперсные грунты.

Перейдем к следующему подклассу дисперсных грунтов.

Связные грунты

Эти грунты отличаются высоким содержанием очень тонких (меньше 0,002 мм в диаметре) частиц, между которыми действуют физико-химические структурные связи.

К связным грунтам относятся:

• Глины
  Это грунты с высоким (более 50%) содержанием глинистых минералов, которые образуются в результате выветривания силикатных пород. В сухом состоянии они плотные и твердые, во влажном – пластичные, а при сильном водонасыщении превращаются в вязкую жидкую массу.
• Суглинки и супеси
  Переходные виды грунтов, в которых содержание глинистых частиц постепенно снижается, а песчаных – увеличивается. Тяжелые суглинки по свойствам схожи с глиной, а песчанистые супеси – с обычным песком.
• Лёсс
  Специфический грунт степей и лесостепей, который состоит из очень мелких пылеватых частиц. Имеет плохую репутацию у строителей, потому что при намокании резко теряет прочность. Вплоть до того, что может проседать под собственным весом.
• Торф
  Землистый грунт, который образовался в процессе разложения древних болотных растений. Роль связующего в нем играет органическое вещество.
• Ил и сапропель
  Илом называют мелкодисперсную массу, которая образуется на дне водоемов. В отличие от глины, он не становится таким пластичным при намокании. Сапропель – это разновидность ила с высоким содержанием органики.

Лёсс, торф, ил и сапропель считаются проблемными с точки зрения инженерной геологии. Чтобы использовать их в качестве основания, применяют особые методы и технологии строительства. Больше узнать об этом вы можете в статье Проблемные виды грунтов.

Для связных грунтов характерны такие особенности:

• Пластичность
  При намокании глинистые грунты становятся вязкими и липкими, они поддаются лепке.
• Прочность на сдвиг
  Благодаря более прочной связи между частицами глинистые грунты лучше выдерживают горизонтальную нагрузку, чем песок и гравий. Из них можно формировать крутые откосы, которые хорошо держат форму и не осыпаются.
• Зависимость свойств от влажности
  Связные грунты активно вбирают в себя влагу, поэтому при увлажнении их прочность резко падает. Сухая глина может быть очень прочной, но стоит ей хорошенько вымокнуть – и все земляное основание «поплывет».
• Низкая пропускная способность
  Глина не дает воде уходить в толщу земли. Ее можно назвать природной гидроизоляцией. Поэтому участки на глинистых грунтах требуют обустройства искусственного дренажа.
• Склонность к просадочности и пучению
  Строя на глинистых грунтах, нужно всегда быть готовым к набуханиям, осадкам, просадкам и морозному пучению основания. Все это обусловлено высоким водопоглощением грунта.

Связные грунты считаются не очень хорошими основаниями для возведения зданий и других построек. Но строителям постоянно приходится иметь с ними дело. Ведь глинистые породы занимают около 38—45% земной поверхности.

Для связных грунтов определяют такие обязательные характеристики:

• Пластичность и текучесть
  Именно эти характеристики отличают связные грунты от несвязных. Они показывают, при каких значениях влажности грунт переходит в пластичное и жидкое состояния соответственно. Чем больше в материале глинистых частиц, тем выше будет его пластичность.
• Содержание частиц свыше 2 мм
  Показатель наличия крупных включений: гальки, гравия, ракушек и других. Чем выше это число, тем больше усилий и времени понадобится для разработки глинистого грунта.
• Набухание
  Из-за своей гигроскопичности глинистые породы набухают при намокании. Увеличение их объема зависит как от содержания глинистых частиц, так и от минерального состава. Например, каолиновая глина набухает незначительно, тогда как бентонит может впитывать объем воды, который в 10-20 раз превышает его собственный.
• Просадочность
  Основания из связных грунтов часто слабые, они проминаются под весом тяжелых зданий. Чтобы избежать возможных проблем, рассчитывают степень просадочности породы. Если число получается большим, то будущее основание перед началом стройки укрепляют.
• Пучинистость
  Морозное пучение – это частая проблема, с которой сталкиваются при строительстве на глинистых грунтах. Особенно она актуальна для России, где в большинстве регионов зимние температуры ниже нуля.
• Заторфованность и засоленность
  Глинистые породы сами по себе не могут похвастаться отличными характеристиками, а высокое содержание органики и растворимых солей еще сильнее ухудшает их свойства.

Больше узнать о глинистых и лёссовых грунтах, их видах и особенностях вы можете в статье Связные дисперсные грунты.

А в следующем разделе статьи мы рассмотрим последний из трех классов грунтов.

Мерзлые грунты

В этом классе присутствуют криогенные структурные связи. Это значит, что в его составе есть кристаллы льда и ледяные прослойки, которые скрепляют частицы грунта друг с другом.

По исходной структуре мерзлые грунты могут быть как скальными, так и дисперсными.

А по длительности оледенения их делят на:

• Кратковременномерзлые
  Это грунты, которые замерзают на короткое время – несколько часов или суток. Характерны они для теплых районов, где среднесуточные температуры редко опускаются ниже 0°C, а заморозки длятся недолго.
• Сезонномерзлые
  Такие грунты испытывают на себе цикличную смену времен года. Зимой они промерзают на глубину до 3-5 м, а к лету полностью оттаивают.
• Многолетнемерзлые (вечномерзлые)
  Вечной мерзлотой называют участок земной поверхности, который не оттаивает более 2 лет подряд. Такие грунты широко распространены в регионах с коротким и прохладным летом, за время которого земля не успевает прогреться. В России вечномерзлые грунты занимают больше 60% ее площади. Расположены они преимущественно в Сибири и в северной части Дальнего Востока.

Главная особенность мерзлых грунтов – это нестабильность физических свойств.

Дело в том, что лед в составе грунта выполняет роль цемента. Он скрепляет частицы грунта, придавая ему дополнительную прочность и жесткость. Чем ниже температура – тем крепче будет грунт.

Но при повышении температуры прочность грунта резко падает. А при оттаивании мерзлое основание может давать осадку больше 20% из-за того, что талая вода уходит из грунта. Все это приводит к сильным деформациям основания.

Поэтому мерзлые грунты считаются проблемными. Для них разрабатывают отдельные нормативы и технологии строительства. Ознакомиться с ними можно в СП 496.1325800.2020.

В соответствии с ГОСТ 25100-2020 для мерзлых грунтов определяют такие обязательные свойства:

• Льдистость
  Этот показатель характеризует содержание ледяной фазы в материале. Чтобы его вычислить, объем льда делят на общий объем грунта. Чем выше льдистость, тем больше замерзшей воды в грунте – и тем сильнее изменятся его свойства при нагревании.
• Засоленность водорастворимыми солями
  Под солями понимают в первую очередь хлориды, а именно хлорид натрия – обычную поваренную соль. Как известно, соленая вода замерзает при более низких температурах, чем пресная. Поэтому в засоленных грунтах даже на морозе может оставаться влага. Это будет влиять на прочность основания и его поведение под нагрузкой.

Больше узнать о видах мерзлых грунтов и об особенностях строительства на промерзающих основаниях вы можете в статье Мерзлые грунты.

Подведем небольшой итог всему написанному выше.

Структурная связь в грунте – это связь между отдельными его частицами, которая формирует структуру грунта. Ее обеспечивают силы разной природы (химической или физической). Эта связь может быть жесткой или нежесткой.

В зависимости от типа структурной связи грунты делят на скальные, дисперсные связные и несвязные и мерзлые.

Скальные грунты за счет жестких связей отличаются прочностью и стойкостью к деформации. Дисперсные грунты с нежесткими связями могут быть пластичными (глины, суглинки, супеси) или сыпучими (пески, галька, гравий, щебень). Криогенные связи придают мерзлым грунтам прочность при отрицательных температурах, но разрушаются при нагревании.

Дата публикации: 25 июня 2025 года

• Дисперсные грунты