Свойства скальных грунтов

Определение и классификация скальных грунтов

Скальные грунты представляют собой горные породы с жесткими структурными связями кристаллизационной и цементационной природы. К данному классу относятся грунты, у которых преобладают химические структурные связи, образующие прочную монолитную структуру. Согласно ГОСТ 25100-2020, скальными являются грунты с пределом прочности на одноосное сжатие в водонасыщенном состоянии не менее 5 МПа.

Основные типы скальных грунтов

По происхождению скальные грунты классифицируются на три основные группы:

Магматические (интрузивные и эффузивные) породы:

• Ультраосновные: перидотиты, дуниты, пироксениты

• Основные: габбро, нориты, базальты, долериты

• Средние: диориты, сиениты, андезиты

• Кислые: граниты, гранодиориты, риолиты, дациты

Метаморфические породы:

• Силикатные: гнейсы, сланцы, кварциты, роговики, скарны

• Карбонатные: мраморы

• Железистые: железные руды, джеспилиты

Осадочные породы:

• Силикатные: песчаники, конгломераты, аргиллиты, алевролиты

• Карбонатные: известняки, доломиты, мел, мергели

• Кремнистые: опоки, диатомиты

• Сульфатные: гипсы, ангидриты

Разновидности по прочности

В зависимости от временного сопротивления одноосному сжатию в водонасыщенном состоянии скальные грунты подразделяются на:

• Очень прочные (>120 МПа)

• Прочные (120-50 МПа)

• Средней прочности (50-15 МПа)

• Малопрочные (15-5 МПа)

Физико-механические свойства скальных грунтов

Прочностные характеристики

Предел прочности на одноосное сжатие является основным критерием для выделения скальных грунтов. Наибольшими значениями обладают магматические и метаморфические породы:

• Базальты: 90-460 МПа (в воздушно-сухом состоянии)

• Граниты: 80-380 МПа

• Кварциты: 220-380 МПа

• Габбро: 190-320 МПа

• Диориты: 140-310 МПа

Осадочные породы характеризуются более низкими показателями:

• Песчаники: 5-150 МПа

• Доломиты: 20-150 МПа

• Известняки окремнелые: 140-240 МПа

Деформационные свойства

Модуль деформации скальных грунтов изменяется в диапазоне 5 000-50 000 МПа, что значительно превышает аналогичные показатели дисперсных грунтов. Деформационные характеристики зависят от:

• Степени трещиноватости породы

• Выветрелости материала

• Минерального состава

• Влажности и водонасыщения

Коэффициент Пуассона для скальных грунтов составляет 0,1-0,3, при этом минимальные значения характерны для пород с высоким содержанием кварца.

Физические свойства

Плотность скальных грунтов варьируется в пределах 2,5-3,0 т/м³, обеспечивая высокую несущую способность и устойчивость к нагрузкам.

Пористость составляет 0,1-15%, что значительно ниже показателей дисперсных грунтов и обеспечивает низкую деформируемость.

Водопоглощение не превышает 6%, что указывает на высокую водостойкость структурных связей.

Морозостойкость характеризуется марками F150-F400, демонстрируя высокую устойчивость к циклам замораживания-оттаивания.

Сравнение скального грунта с другими видами грунтов

Характеристика	Скальный грунт	Песчаный грунт	Глинистый грунт	Щебень (для сравнения)
Предел прочности на одноосное сжатие, МПа	≥5 (до 300)	< 0,1	< 0,05	Не применимо
Модуль деформации, МПа	5 000 - 50 000	10 - 50	5 - 25	Не применимо
Плотность, т/м³	2,5 - 3,0	1,5 - 2,0	1,6 - 2,1	1,3 - 1,4
Пористость, %	0,1 - 15	20 - 45	35 - 60	0,01-2
Водопоглощение, %	≤6	15 - 25	20 - 40	0,1-0,4
Морозостойкость	Высокая (F150-F400)	Низкая-средняя	Низкая	Средняя-высокая
Коэффициент Пуассона	0,1 - 0,3	0,25 - 0,35	0,3 - 0,45	Не применимо
Несущая способность	Высокая	Средняя-высокая	Низкая-средняя	Высокая
Деформируемость	Практически не деформируется	Умеренная деформация	Высокая деформация	Низкая деформация
Водопроницаемость	Низкая	Высокая	Очень низкая	Высокая
Стоимость разработки	Высокая	Низкая	Низкая	Средняя

Состав скального грунта

Вскрышной грунт может включать разнообразные горные породы:

• Гранит - обеспечивает высокую прочность и долговечность

• Диорит - характеризуется средней прочностью

• Габбро - отличается высокой плотностью

• Базальт - обладает отличной морозостойкостью

• Песок - может присутствовать как заполнитель

В зависимости от преобладающего типа породы скальный грунт может содержать различные соотношения песка, глины и каменных фракций. Насыпная плотность составляет 1,65 г/см³, внутренняя плотность достигает 2-3 г/см³.

Области применения скального грунта

Строительство и фундаментные работы

Скальные грунты являются идеальным основанием для строительства благодаря высокой несущей способности. Основные применения:

• Фундаменты зданий и сооружений - обеспечивают надежную опору для тяжелых конструкций

• Укрепление грунта под фундаментом - создание стабильной основы

• Изготовление бетона низких марок - в качестве заполнителя

Дорожное строительство

В дорожной отрасли скальный грунт используется для:

• Создания основы под дорожным полотном

• Устройства временных дорог и подземных путей

• Строительства насыпей и обочин

• Дорожного ремонта и реконструкции

Планировочные работы

Скальный грунт широко применяется для:

• Выравнивания участков - благодаря хорошей трамбуемости и каменной основе

• Поднятия уровня территории - создания необходимых отметок

• Засыпки ям, траншей и котлованов - обеспечения стабильной засыпки

• Рекультивации нарушенных земель - восстановления ландшафта

Благоустройство и ландшафтный дизайн

В сфере благоустройства скальный грунт применяется для:

• Осушения болотистых участков

• Создания дренажных систем

• Формирования рельефа в ландшафтном дизайне

• Обратной засыпки инженерных коммуникаций

Преимущества использования скального грунта

Основные достоинства скального грунта как строительного материала:

• Высокая прочность и твердость - обеспечивает долговечность конструкций

• Морозостойкость - устойчивость к циклам замораживания-оттаивания

• Устойчивость к природным воздействиям - не подвержен размыву и выветриванию

• Низкая деформируемость - практически не дает осадки под нагрузкой

• Доступная стоимость - дешевле щебня при сопоставимых характеристиках

• Экологическая безопасность - природный материал без вредных примесей

Скальные грунты представляют собой уникальный класс материалов, сочетающий высокие физико-механические характеристики с широкими возможностями практического применения в строительстве, дорожных работах и благоустройстве территорий. Их использование обеспечивает создание надежных и долговечных инженерных решений при относительно невысокой стоимости материала.

Список использованной литературы и источников:

1. ГОСТ 33063-2014 Дороги автомобильные общего пользования. Классификация типов местности и грунтов
2. Статья в журнале "Геоинфо" "Классификация грунтов по данным статического зондирования"
3. Книга М.П. Лысенко "Состав и физико-механические свойства грунтов"
4. Межгосударственный стандарт Грунты. Классификация. ГОСТ 25100-2020
5. Большая Российская Энциклопедия "Скальные грунты"