Сильносжимаемые, просадочные и набухающие грунты, которые иногда называют «слабыми грунтами», относятся к категории грунтов с неустойчивой структурой, которая может существенно изменяться под влиянием внешних факторов как в период постройки сооружений, так и во время их эксплуатации. Такими факторами являются механические и физические воздействия на грунт. К механическим воздействиям относятся статические и динамические нагрузки, к физическим — изменения степени влажности грунта.
Сильносжимаемые грунты значительно уплотняются под воздействием внешней нагрузки. К таким грунтам относят илы, торфы, заторфованные и насыпные грунты, ленточные озерно-ледниковые глины. Просадочные грунты характеризуются быстро протекающим уплотнением (просадкой) в результате замачивания толщи и воздействия приложенной к ней внешней нагрузки или только собственного веса. Этими свойствами обладают лессовые и лессовидные грунты. Набухающим грунтам, преимущественно глинам, свойственно увеличение объема при их замачивании.
Илы являются глинистыми грунтами в начальной стадии их формирования, образовавшимися в результате осаждения в относительно спокойной воде мелких минеральных частиц при одновременном протекании в этих осадках микробиологических процессов. Отличительным признаком илов является также наличие органического вещества в виде гумуса (полностью разложившихся остатков растительных и животных организмов), содержание которого в илах, как правило, не превышает 10%. Различают илы современные — менее уплотненные, залегающие в большинстве случаев непосредственно на дне водоемов, и древние — более уплотненные, покрытые позднейшими отложениями.
Заторфованные грунты и торфы занимают примерно 20% территории СССР преимущественно на севере и северо-западе страны, в Сибири и в Белоруссии. Различают открытые торфы, представляющие сплошные торфяные залежи, и погребенные торфы, которые прикрыты или переслаиваются наносными отложениями минеральных грунтов. Вследствие длительного процесса уплотнения под воздействием веса вышележащей толщи грунтов погребенные торфы по сравнению с открытыми имеют большую на 20—30% плотность, почти в 5 раз меньшую влажность и в 30—40 раз меньший коэффициент сжимаемости. По мере отжатия воды из торфов и заторфованных грунтов резко возрастает их осадка без увеличения внешней нагрузки. Особенно наглядно это проявляется в случае понижения уровня подземных вод при дренажных работах, когда наблюдается быстрый и неравномерный рост осадки построенных на таких грунтах сооружений. Например, построенные на торфах отдельные деревянные здания с давлением на грунт менее 50 кПа при дренажном осушении территории просели на 2—3 м и одновременно перекосились на 0,3—1,3 м, что вызвало их полное разрушение. Было отмечено, что наибольшая часть осадки (0,7—2 м) произошла в период рытья осушительных канав. В дальнейшем за 1—2 года осадка достигла 10—50% толщины сжимаемого слоя торфа и распространилась, постепенно уменьшаясь, на 10—20 м в стороны от дренажных канав.
Ленточные озерно-ледниковые отложения образовались в период таяния ледников в спокойных водных бассейнах, в которых осаждались взвешенные осадки, перемещаемые талыми водами: в период летнего таяния — более крупные песчаные и пылеватые частицы, в зимний период — глинистые частицы. В результате этого сформировались ленточные отложения с ярко выраженными перемежающимися тонкими горизонтально расположенными песчаными и глинистыми слоями толщиной от нескольких миллиметров до 1 см. По механическому составу ленточные отложения представляют собой глины, суглинки и супеси. Они залегают пластами мощностью от нескольких десятков сантиметров до нескольких десятков метров. Ленточные глины распространены на территории, которая в ледниковый период была покрыта льдом, главным образом на северо-западе европейской части СССР и северо-западе Сибири. Удельный вес глин 17,5—20 кН/м3, консистенция в большинстве случаев пластичная, а также текучая. При нарушении структуры (перемятии) пластичных глин они становятся текучими. Ленточные глины подвержены морозному пучению. Общая толщина прослоек льда в них может достигать 10—20 см и более на 1 м глубины промерзания.
Иногда возникает необходимость возводить фундаменты на насыпных грунтах. К насыпным относятся однородные грунты, отсыпанные с послойным уплотнением (или намытые методом гидромеханизации); грунты, получаемые при рытье котлованов или проходке горных выработок, а также шлаки, золы, отходы обогащения полезных ископаемых, строительный мусор и бытовые отбросы. Сжимаемость насыпных грунтов может сильно различаться даже в пределах небольшого участка. Характерной особенностью насыпных грунтов является их постепенное самоуплотнение под влиянием естественного периодического увлажнения атмосферными осадками и под действием силы тяжести. По давности отсыпки насыпные грунты подразделяют на слежавшиеся, в которых процесс самоуплотнения закончился, и не слежавшиеся, в которых этот процесс продолжается. Самоуплотнение песчаных грунтов протекает от 2 до 5 лет, глинистых — 5—10 лет и более, различных отходов производства — от 2 до 15 лет.
Просадочные лессовые грунты образовались преимущественно из отложений пыли, переносимой ветром на соседние с пустынями и полупустынями области с сухим климатом и соответствующей растительностью. Характерной особенностью лессовых грунтов является наличие видимых глазом мелких и крупных вертикальных пор, называемых макропорами, размеры поперечного сечения которых (более 0,5 мм) значительно больше размеров частиц грунта (0,05—0,005 мм). В сухом состоянии лессовые грунты хорошо сохраняют вертикальные откосы, которые при замачивании быстро размокают и оползают.
Лессовые грунты имеются на всех материках, но особенно много их в Европе, Азии, Северной и Южной Америке. Ими заняты значительные площади в Средней Азии, на Украине, на Кавказе и в других районах страны — примерно около 15% территории СССР. Лессовые грунты залегают массивами толщиной от нескольких десятков метров до 100 м и даже более. Чаще встречаются массивы толщиной 10—25 м. Эти грунты, как правило, подстилаются песками, галечниками или глинами.
По характеру сложения лессовые грунты разделяются на слоистые и не слоистые. В их толще часто встречаются два-три погребенных почвенных горизонта, которые разделяют ее на ярусы. Кроме того, в толще могут быть прослойки и линзы из супесей, песка, галечника и гравия. Такие включения более свойственны толщам, расположенным вблизи гор. Пористость лессовых грунтов колеблется от 30 до 58%, но чаще бывает 44—53%. Не просадочные грунты имеют пористость менее 40%. С глубиной их пористость уменьшается. Удельный вес лессовых грунтов природной влажности, зависящий от их минерального состава, структуры и содержания воды в грунту, колеблется от 13,3 до 20,3 кН/м3 (чаше 14,3—15Д кН/м3). Природная влажность грунтов изменяется от 5 до 30%. С увеличением влажности лессовые грунты из твердых становятся пластичными и текучими. При этом их несущая способность снижается в 2—10 раз и более. Примерно во столько же раз увеличивается осадка, которую в этом случае называют просадкой. Характерной особенностью просадки является быстрое протекание осадки вследствие интенсивного ослабления внутренних связей между частицами грунта в результате его замачивания. Величина просадки зависит как от степени просадочности грунтов, так и от мощности просадочной толщи и степени ее увлажнения. Преобладающая часть просадки происходит непосредственно при продвижении фронта замачивания. Процесс замачивания может происходить при увлажнении толщи грунта сверху (атмосферными, техническими или хозяйственными водами) или снизу (при подъеме уровня подземных вод).
По характеру реагирования на увлажнение различают не просадочные и просадочные лессовые грунты. Не просадочные лессовые грунты распространены достаточно широко и часто встречаются в понижениях рельефа, в местах постоянных и периодически действующих водотоков. Не просадочными обычно являются нижние части лессовых толщ. К не просадочным относят грунты, которые, находясь в напряженном состоянии от воздействия внешней нагрузки или их собственного веса, при замачивании водой дополнительно деформируются незначительно — дают просадку величиной менее 0,01 (относительной просадочности).
К набухающим грунтам относятся глинистые отложения, характерной особенностью которых является повышенная плотность и высокое содержание (65—85%) глинистых частиц размером менее 0,005 мм. Такие грунты встречаются в Поволжье, на Северном Кавказе, в Казахстане, Крыму. Районы значительного распространения набухающих грунтов имеются в Индии, Ираке» Канаде, США и других странах. В природном залегании эти грунты (глины) характеризуются твердой и тугопластичной консистенцией при удельном весе от 19,5 до 20,5 кН/м3. Пористость грунтов находится в пределах от 41 до 48% при влажности 15—18% в кровле и 25—30% в средних слоях и подошве толщи. В результате увлажнения этих глин их объем увеличивается на 12—25%, а в отдельных случаях на 30—36%. Вследствие набухания удельный вес глин уменьшается до 17,7—18,7 кН/м3, а пористость увеличивается до 50—58%. Влажность грунта возрастает до 36—48% и указывает на переход глин в пластичное состояние, что резко снижает их несущую способность.
Значение нормальных сил набухания глин в природном залегании достигает под торцом свай 350—400 кПа, а касательных (по боковой поверхности свай) — 30— 37 кПа. Разуплотняясь при набухании, глины поднимают толщу вышележащих покровных грунтов, которые, в свою очередь, стремятся поднять плиту фундамента или торец свай.
