О вопросе классификации техногенных грунтов и их применимости в строительстве

В современной сфере строительства важнейшим элементом технологии закладки фундаментов, а также строительства автомобильных дорог, является качественная подготовка оснований. С целью достижения экономии строительных материалов, а также с целью разработки мероприятий по ликвидации отходов различных производств и технологических аварий, в современном мире подробно изучается вопрос применимости различных техногенных грунтов в строительстве.

На сегодняшний момент данный вопрос раскрыт не полностью, по причине неоднородного состава и свойств техногенных грунтов различных категорий. Рассмотрим несколько примеров известных классификаций техногенных грунтов. На рисунке 1 представлена классификация техногенных грунтов согласно ГОСТу 25100-95 [1].

Рисунок 1 – Классификация грунтов согласно ГОСТу 25100-95

Согласно ГОСТ 25100-95 и классификации, приведенной на рисунке 1, техногенные грунты можно классифицировать на 10 групп. К первой группе относятся природные грунты, чей фазовый состав и строение изменилось под действием уплотнения, замораживания, повышения температуры и иных природных явлений. Ко второй группе относятся те природные грунты, у которых произошло изменение вещественного состава, структуры и текстуры. Шлаки являются продуктами преобразований (химических, термических и т.д.) природных материалов. Под понятием шламы подразумевают высокодисперсные системы, которые образуются в химических и горнодобывающих промышленностях. К пятой группе относятся продукты сжигания твердых видов топлива. Под термином

«золошлаки» понимают продукты комплексного термического преобразования горных пород и твердых видов топлива. К седьмой группе относятся твердые отходы, которые образуются повседневно в результате человеческой бытовой деятельности. Намывные грунты можно охарактеризовать как грунты, перемещение и укладка которых проводилась при помощи механизации. К девятой группе относятся грунты, перемещение и образование которых происходило с помощью спец. техники, а также спец. оборудования. Твердые отходы, которые образуются в результате химических и термохимических реакций во время производства относятся к группе промышленных отходов.

На рисунке 2 приведена классификация техногенных грунтов, представленная в работе [2].

Техногенные отложения

1.3. Отложения искусственных водоемов

2.2.1. Строительный

2.1.1. Строительный

2.1.2. Горный

2.2.2. Горный

2. Тип

1.4. Искусственно созданный

1.5. Искусственно преобразованный

2.1.3. Промышленный

2.1.4. Хозяйственнобытовой

3. Вид

3.1.1:

Крупнообломочный

Песчаный Глинистый

Торфяной

3.2.1:

Речная песчаная смесь

Озерная песчаная смесь

Морская песчаная смесь

3.3.1:

Гравийно-галечный Песчаный Глинистый Органо-минеральный

3.4.1:Искусственная

Грунтовая смесь

3.5.1:

Грунты цементные

Грунты обожженные

3.1.2: Скальные Полускальные Рыхлые

3.2.2:Пульпа

3.1.3:

Шлак Металл Дерево

3.1.4:

Беспорядочная смесь грунтов Бытовые

Рисунок 2 - Классификация техногенных грунтов, представленныхв работе [2].

Анализируя структуру, представленную на рисунке 2, можно сделать вывод, что техногенные отложения подразделяются на 5 комплексов. Комплекс 1.1 в свою очередь подразделяется по типу на строительный, горный, промышленный, хозяйственно-бытовой. Строительный тип 2.1.1 подразделяется на крупнообломочный, песчаный, глинистый, торфяной. Горный тип 2.1.2 подразделяется на скальные отложения, полускальные и рыхлые. Промышленный тип 2.1.3 классифицируется на золу, шлак, металлические отходы и древесные отходы. Хозяйственно-бытовой тип 2.1.4 представляет собой беспорядочную смесь различных грунтов, а также смесь бытовых и хозяйственных отходов. Намывной комплекс 1.2 подразделяется по типу на строительные и горные отложения. Строительный тип 2.2.1 в свою очередь классифицируется на речную песчаную смесь, озерную песчаную смесь и морскую песчаную смесь. Горный тип отложений 2.2.2 представляет из себя пульпу - водную смесь разрабатываемых грунтов. Комплекс 1.3 классифицируется только по виду на гравийно-галечные, песчаные, глинистые и органо-минеральные отложения. Искусственно созданный комплекс 1.4. представляет собой искусственно созданную грунтовую смесь с добавлением химически активных и инертных веществ. Искусственно преобразованный комплекс 1.5 классифицируется на грунты силикатизированные и на осадочные и метаморфизованные породы, вмещающие угли, сланцы, соли.

На рисунке 3 приведена классификация техногенных отложений, опубликованная в работе [3].

2.1.1. Измененные Физико-химическим воздействием

• 2.1.2.    Измененные физическим воздействием

3.2.1.1. Гидроотвалы

• 4.1.1.    Увлажненные

4.2.1. Уплотненны,

• 4.1.2.    Химически модифицированные

• 4.1.3.    Химически закрепленные

4.2.2. Разуплотненные 4.2.3. Замороженные 4.2.4. Оттаившие

• 4.3.1.    Горного производства

• 4.3.2.    Хвосты обогащения

4.2.5. Обезвоженные 4.1.4. Осушенные 4.5.2. Строительные 4.4.2. Грунты намывных территорий

• 4.6.2.    Грунты подготовленных Для строительства территорий

  

  4.8.2. Грунты культурного слоя

  4.7.3. Шламы

  
  

  3.3.2.2. Отвалы

  
  

  4.9.1. Шлаки металлургические ;

  
  

  4.9.2. Шламы

  
  

Рисунок 3 - Классификация техногенных отложений, опубликованная в работе [3].

Согласно классификации, представленной на рисунке 3, техногенные грунты подразделяются на 3 класса. Техногенные измененные грунты подразделяются на измененные физико-химическим воздействием и на измененные физическим воздействием. Класс техногенных переотложенных грунтов классифицируется на намывные и насыпные. Техногенные образованные грунты бывают также намывными и насыпными. Группы 2.1.1 и 2.1.2 бывают планомерно и непланомерно сформированными. Группа 2.2.1 подразделяется на гидроотвалы 3.2.1.1 и на планомернонамытые 3.2.1.2. Группа насыпных грунтов 2.2.2 делится на отвалы 3.2.2.1 и на планомерные массивы 3.2.2.2. Группа 2.3.1 представляет собой гидроотвалы 3.3.1.1. Группа 2.3.2 подразделяется на свалки 3.3.2.1 и на отвалы 3.3.2.2. Группа 2.1.1 «измененные физико-химическим воздействием» подразделяется на увлажненные, химически модифицированные, химически закрепленные и осушенные. Группа 2.1.2 «измененные физическим воздействием» делится на уплотненные, разуплотненные, замороженные, оттаявшие и обезвоженные. Подгруппа 3.2.1.1 гидроотвалы подразделяется на грунты горного производства и хвосты обогащения. Подгруппа 3.2.1.2 планомернонамытые подразделяется на грунты земляных сооружений и на грунты намывных территорий. Подгруппа 3.2.2.1 отвалы классифицируется на грунты горного производства и строительные. Подгруппа 3.2.2.2 планомерные массивы делится на грунты земляных сооружений и грунты подготовленных для строительства территорий. Подгруппа 3.3.1.1 гидроотвалы подразделяются на золошлаки, золы и шламы. Подгруппа 3.3.2.1 свалки делится на твердые коммунальные и бытовые отходы и грунты культурного слоя. Подгруппа 3.3.2.2 отвалы классифицируется на шлаки металлургические и шламы.

Анализируя вышерассмотренные классификации техногенных отложений можно отметить существование большого количества разновидностей техногенных грунтов, а также сложные структуры классификаций. Рассмотренные классификации не позволяют ответить на главный вопрос применимости конкретного вида техногенных отложений в строительстве. В сфере строительства предлагается следующая дополненная классификация ГОСТ 25100-95 с точки зрения применимости техногенных грунтов в качестве оснований (рисунок 4).

Рисунок 4 - Дополненная классификация ГОСТ 25100-95 с точки зрения применимости техногенных грунтов в строительстве

Сравнивая классификации, приведенные на рисунках 1 и 4, можно отметить, что в дополненной схеме практически у каждой группы появилось подразделение на две подгруппы: подготовленные/ неподготовленные или стабилизированные/ нестабилизированные. Процессы подготовки и стабилизации в данной работе определяются как технологии направленные на приведение свойств грунтов к строительным нормативам, а также к формированию однородного состава грунтов. Процессы подготовки грунтов, как правило, заключаются в измельчении, уплотнении, а также термическом воздействии на техногенные отложения. Процессы стабилизации направлены на придание постоянного агрегатного состояния грунтам

(осушка, удаление жидких и пластичных фракций). В дополненной схеме отсутствует группа «Бытовые отходы» и «Намывные грунты» по причине сложности технологий подготовки грунтов и отложений к применимости в строительстве. Отходы групп 3 «Шлаки» и 6 «Золошлаки» представляют собой техногенные отложения пригодные по своим свойствам к применению в строительстве.

Таким образом, для облегчения решения применимости техногенных отложений в строительстве, предлагается каждый вид отхода классифицировать по схеме, приведенной на рисунке 4. На группы 1-8 техногенные грунты подразделяются по способу своего образования, а на подгруппы 1.1 – 8.2 по применимости в строительстве. Техногенные отложения, отнесенные к группам 1.1 «Стабилизированные грунты, измененные под действием окружающей среды», 2.1 «Стабилизированные грунты, измененные физико-химическим воздействием», 3 «Шлаки», 4.1 «Подготовленные шламы», 5.1 «Подготовленные золы», 6 «Золошлаки», 7.1 «Подготовленные насыпные грунты», 8.1 «Подготовленные промышленные отходы», можно использовать в строительстве в качестве несущих оснований.