Применение грунтов в дорожном строительстве

Применение грунтов  

в дорожном строительстве

Учебное пособие

Федеральное государственное бюджетное  

образовательное учреждение высшего образования  

«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана  

(национальный исследовательский университет)»

ISBN 978-5-7038-5452-5 

УДК 630.37
ББК 38.31 
 
П76 

Издание доступно в электронном виде по адресу

https://bmstu.press/catalog/item/6831/

Факультет «Лесное хозяйство, лесопромышленные технологии  

и садово-парковое строительство»

Кафедра «Технология и оборудование лесопромышленного производства»

Рекомендовано Научно-методическим советом  

МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебного пособия

Авторы:

В.А. Борисов, М.А. Сорокин, Д.М. Левушкин, Н.И. Казначеева

© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2020
© Оформление. Издательство  
 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2020 

П76

  
Применение грунтов в дорожном строительстве : учебное пособие / 

[В. А. Борисов и др.]. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 
2020. — 59, [5] с. : ил. 

ISBN 978-5-7038-5452-5 

Рассмотрены основные положения инженерной геологии, состав и свойства 

грунтов, их влияние на дорожно-строительные качества, а также методы и методики 
по их улучшению. Приведены справочные материалы для подготовки к написанию 
рефератов и к практическим занятиям по дисциплинам «Дорожно-строительные 
материалы и машины», «Инженерно-геологическое обеспечение дорожного 
строительства».

Для студентов, обучающихся по направлению подготовки 35.03.02 «Техноло-

гия лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств», направленность 
подготовки «Лесоинженерное дело». 

УДК 630.37
ББК 38.31 

Предисловие

Данное учебное пособие содержит разделы дисциплины «Дорожно-

строи тельные материалы и машины» и «Инженерно-геологическое обеспечение 
дорожного строительства», в которых рассмотрены основные сведения 
по общей геологии и грунтоведению, имеющие важное практическое 
значение при изыскании, проектировании и строительстве автомобильных 
дорог. Пособие соответствует программам по направлению подготовки 
35.03.02 «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих 
производств», направленность подготовки «Лесоинженерное дело» (уровень 
бакалавриата), и 35.06.04 «Технологии, средства механизации и энергетическое 
оборудование в сельском, лесном и рыбном хозяйстве» (аспирантура).

Цель учебного пособия — способствовать достижению студентами компе-

тенций, необходимых для самостоятельного решения сложных технических 
задач, связанных с рациональным применением различных видов грунтов 
в качестве дорожно-строительного материала в условиях лесного дорожно-
транспортного строительства. 

Критерии достижения указанной цели — знание обучающимися базо-

вых понятий и сведений из общей геологии, минералогии, геоморфологии, 
а также основных характеристик и физическо-химических свойств отдельных 
видов грунтов и их строительных качеств. 

Введение

Инженерная геология — наука геологического цикла, ветвь геологии, 

изу чающая морфологию, динамику и региональные особенности верхних 
горизонтов земной коры (литосферы) и их взаимодействие с инженерными 
сооружениями (элементами техносферы) в связи с осуществленной, теку-

щей или планируемой хозяйственной, 
прежде всего инженерно-строительной, 
деятельностью человека. Земная кора 
(литосфера) представляет собой наружную 
твердую оболочку Земли (рис. 1).

Инженерная геология в нашей стра-

не активно стала развиваться с 1920 г. 
в связи с развитием гидротехнического 
и дорожно-транспортного строительства.


Инженерная геология состоит из 

трех основных разделов: 

• грунтоведение; 

• инженерная геодинамика; 

• региональная инженерная геоло-

гия.

Грунтоведение изучает грунты и 

возможность их применения в инженерных 
целях.

Инженерная геодинамика рассмат-

ривает вопросы воздействия природных 
геологических процессов на инженерные 
сооружения, а также влияние 
инженерной деятельности людей на 
возникающие при этом геологические 
процессы.

Региональная 
инженерная 
геоло-

гия изучает закономерности пространственно-
временной изменчивости ин-

женерно-геологических условий в зависимости от истории развития земной 
коры и современных физико-географических условий.

В состав грунтоведения входит такой раздел, как дорожное грунтоведе-

ние, в котором изучают грунты с точки зрения возможности их использования 
в дорожном строительстве. В дорожном грунтоведении под грунтом 

Рис. 1. Схема строения Земли

понимают используемую в инженерных целях любую горную породу в верхней 
части земной коры, подвергающуюся разным разрушающим факторам 
(смена температур, действие воды, углекислого газа, воздуха и т. д.) и частично 
превращенную в почву.

Горные породы — это геологические образования, относительно одно-

родные по химическому составу и физическим свойствам, из которых сложена 
земная кора.

Геологическая история земной коры распадается на ряд геологических 

эр, периодов, эпох, веков, которым соответствуют определенные группы образований (
рис. 2).

Рис. 2. Геологическая классификация горных пород

По сумме признаков (физические свойства, отношение к воде и т. д.) 

горные породы объединяют в пять основных групп (по И. П. Саваренскому):

1) группа А: твердые компактные «скальные» породы, практически не 

сжимаемые, прочные. К ним относят магматические, метаморфические, 
сцементированные осадочные породы;

2) группа Б: относительно твердые и компактные, полускальные, слабо 

сжимаемые, довольно прочные, выветренные породы группы А;

3) группа С: мягкие, связные, пластичные глинистые породы. Их проч-

ность зависит от степени увлажнения;

4) группа Д: рыхлые несвязные породы, хорошо водопроницаемые;
5) группа Е: мягкие рыхлые «слабые» породы. К ним относят торф, на-

сыпные грунты, илы.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОЛОГИИ

Происхождение горных пород

По происхождению горные породы делят на три генетических типа: 

магматические, осадочные и метаморфические (табл. 1).

Одним из факторов, определяющих свойства пород, является минералогический состав, определяющий скорость процессов выветривания, характер и свойства продуктов выветривания. Наименьшее влияние он оказывает 
на свойства пород с жесткими связями, наибольшее — на глинистые породы. Из огромного количества природных минералов (около 7 000) в породообразовании принимают участие около 20–30 видов — главных породообразующих минералов (см. табл. 1).

Таблица 1 

Главные породообразующие минералы

Горные породы
Главные

породообразующие минералы

Магматические
Полевые шпаты, кварц, слюды, оливин,

пироксены, амфиболы

Осадочные
Кварц, полевые шпаты, слюды, кальцит,

доломит, глинистые, гипс, сильвин

Метаморфические
Кварц, полевые шпаты, гранаты, тальк

Магматические горные породы образуются в результате извержения и застывания магмы (рис. 3). По условиям залегания 
магматические горные породы подразделяют на глубинные и излившиеся. Если 
магма остается в земной коре, в которой 
и происходит ее постепенное и равномерное остывание и формирование, то образуются такие глубинные горные породы, как 
граниты, габбро, диориты и др. Глубинные породы еще называют интрузивными. Если магма в виде лавы выливается на 
поверхность земной коры, то в результате 

Рис. 3. Схема образования магматических пород:

1 — глубинные породы; 2 — излившиеся породы; М — магма (стрелками показано направление ее действия)

неравномерного охлаждения образуются излившиеся (эффузивные) горные 
породы, часто с большим количеством микро- и макротрещин. К ним относят 
такие породы, как диабаз, базальт, пемза, порфиры и др.

Магматические горные породы (прочные, устойчивые к разрушению, 

монолитные) — породы с жесткими связями. Они представляют собой хорошее 
естественное основание для инженерных сооружений, а также служат 
исходным материалом для получения каменных дорожно-строительных материалов (
в основном щебня). 

Осадочные горные породы образуются в результате формирования следу-

ющих условий:

•• обломочные породы — при разрушении (выветривании) горных пород 

(рис. 4);

•• органогенные (биохимические) породы — при накоплении и уплотне-

нии органических остатков на дне водоемов; 

•• химически осажденные породы — при выпадении и накоплении осад-

ков из природных растворов.

Рис. 4. Схема разрушения горных пород:

1 — кора выветривания; 2 — коренная горная порода

Для осадочных горных пород характерны определенные свойства:

•• слоистость (чередование слоев разных цветов, состава, мощности 

и т. п.);

•• наличие остатков животных и растений;

•• небольшая прочность (по сравнению с другими горными породами);

•• присутствие особых минералов (доломита, кремния, глинистых), ко-

торые часто отсутствуют в других горных породах;

•• наличие продуктов выветривания.
Метаморфические горные породы образуются из любых других горных 

пород в определенных геологических условиях — при высокой температуре, 

высоком давлении и т. д., в результате чего исходные горные породы качественно 
преобразуются. Такие горные породы обладают следующими свойствами:

•• 
кристаллически-зернистая структура; 

•• сланцеватость (для некоторых видов пород); 

•• наличие специфических минералов (талька, серпентина).

Минералогический состав горных пород

Минерал — природное вещество, имеющее во всех частях постоянные 

химический состав и физические свойства. Минералы могут иметь твердое, 
жидкое (ртуть) и газообразное (углекислый газ) состояния. Минералы подразделяют 
по внутреннему строению — на кристаллические и некристаллические (
аморфные); по условиям образования — на первичные (образовавшиеся 
при застывании магмы) и вторичные (образовавшиеся из первичных 
под действием, как правило, химического выветривания). Они могут присутствовать 
в породе в виде свободных химических элементов или химических 
соединений. Все минералы обладают определенными физическими 
свойствами (цветом, блеском, твердостью, характером излома, спайностью, 
реакцией на соляную кислоту и др.). Кристаллические минералы состоят из 
кристаллических пространственных решеток, в узлах которых закономерно 
размещены атомы и ионы.

По внутреннему строению и характеру связей выделяют три основные 

группы минералов:

1) первая группа — простые силикаты (ковалентная связь);
2) вторая группа — простые соли (ионная связь);
3) третья группа — глинистые минералы (смешанный вид связи).
К первой группе относят такие распространенные минералы, как кварц, 

полевые шпаты, пироксены и амфиболы; ко второй — галит, сильвин, 
гипс, кальцит, доломит; к третьей — глинистые минералы, которые, в 
свою очередь, подразделяют на три группы: монтмориллонит, каолинит,  
гидрослюды.

Глинистые минералы имеют слоистую структуру, основным элементом 

которой является пакет. Они находятся только в глинистой части породы, 
способны к ионному обмену, размер частиц минералов составляет 1–10 мкм. 

Минералы группы монтмориллонита образовались из пироксена и ам-

фибол; группы каолинита — из полевых шпатов. Материалы третьей группы — 
гидрослюды — образуются в процессе выветривания изверженных пород 
и пегматитов из содержащихся в них слюд и полевых шпатов.

Минералы каждой группы различаются строением кристаллических 

решеток (рис. 5). У минералов группы монтмориллонита кристаллическая 
решетка подвижная. Расстояние между элементарными пакетами может 
изменяться, возрастая в десятки раз и более (0,960–40 нм). Такой диапазон 
расстояния обусловлен ионным обменом в межпакетном поглощающем 
комплексе, гидратацией (связыванием воды) обменных катионов по базаль-

Рис. 5. Схемы кристаллических решеток глинистых минералов:

а — монтмориллонита; б — каолинита; 1 — кислород; 2 — гидроксил; 3 — 
алюминий или железо; 4 — кремний; 5 — межслоевой поглощающий ком-

плекс (обменные основания, пН2О) 

ным плоскостям. Проявление этого свойства ведет к общей гидрофильности, 
разбуханию минерала.

Минералы группы каолинита имеют жесткую кристаллическую решет-

ку. Расстояние между элементарными пакетами не изменяется и составляет 
0,72 нм, что можно объяснить энергетической пассивностью базальных плоскостей 
элементарных пакетов. 

Минералы группы гидрослюд имеют кристаллические решетки смешан-

ного типа. По своим свойствам и структуре они занимают промежуточное 
положение между минералами групп монтмориллонита и каолинита. В промежутке 
между элементарными пакетами находится необменный калий, 
связывающий пакеты.

Виды четвертичных отложений

Дорожное строительство осуществляется в основном в самой верхней 

части земной коры, поэтому чаще всего для строительных целей используют 
горные породы, сформировавшиеся на отложениях четвертичного периода.

Отложения этого периода по условиям их образования подразделяют на 

ледниковые, лёссовые и лёссовидные, эоловые, морские.

Отложения ледникового происхождения (рис. 6) образовались и образу-

ются в результате разрушения горных пород, переноса их обломков движущимися 
массами льда и потоками талых вод.

Рис. 6. Виды ледниковых отложений:

1 — отложения донной морены; 2 — водно-ледниковые 
отложения; 3 — отложения конечной 

морены

Отложения донной морены представлены глинами, суглинками, супеся-

ми с включениями гравия, валунов. Для них характерна высокая плотность, 
небольшая сжимаемость, незначительная естественная влажность, в то время 
как отложения конечной морены зачастую состоят из песчано-гравийных 
оптимальных смесей.

Водно-ледниковые отложения переносятся талыми водами, в зависимо-

сти от скорости потока вод они естественным образом сортируются: в на-