Оценка показателя уплотнения почвы

Результат плотности грунта (также известный как коэффициент плотности грунта) - показатель, отражающий изменение объема гранулированного материала после его уплотнения или перемещения. Вычисляется путем сравнения общего объема материала с его максимальной плотностью. Простыми словами - каждый гранулированный элемент состоит из индивидуальных частиц - зерен. Между этими зернами всегда существуют пустоты, известные как поры. Уровень этих пустот непосредственно влияет на объем материала. Чем выше процент пустот, тем больше места занимает вещество.

Уплотнение грунта - процесс увеличения плотности грунта путем механической обработки: ударов, вибрации, давления и прочих методов, с целью улучшения его инженерных свойств: несущей способности, устойчивости. Коэффициент уплотнения грунта вычисляется как отношение объема грунта после уплотнения к его исходному объему. Он показывает, насколько грунт стал более плотным и сжатым после проведенной процедуры.

Инженеры, строители используют этот параметр для контроля качества строительных работ, так как плотный грунт обычно обладает лучшими инженерными характеристиками, а значит способен выдерживать большие нагрузки. Полученные данные позволяет прогнозировать возможное оседание почвы под воздействием веса конструкции и оценивать устойчивость грунтовых слоев как к статическим, так и к динамическим нагрузкам. Ввиду сложности такого анализа, строгого соблюдения требований ГОСТ, а также необходимости применения особого оборудовании, эту работу должны выполнять лаборатории, обладающие соответствующей лицензией и авторизацией.

Объекты, которые требуют обязательного определения плотности грунта:

• автодороги;
• насыпи ЖД-дорог;
• стоянки для автомобилей;
• строительство зданий, сооружений;
• спортивные площадки;
• аэродромы;
• магистрали, улицы;
• склады;
• возведение каналов, резервуаров, портов, котлованов и прочее.

Для чего требуется показатель плотности почвы?

Результат исследования необходим для оценки и контроля степени плотности, компактности почвы. Он позволяет оценить, насколько почва стала более плотной по итогу проведения соответствующих мероприятий: трамбовка, вибрация, давление. Это имеет большое значение в:

• строительстве. Способствует повышению надежности фундамента, дорожных покрытий и других инженерных конструкций;
• геотехнических исследованиях. Дает возможность понять, как грунт реагируют на процессы уплотнения, что важно для прогнозирования поведения почвы при разных условиях;
• дорожном строительстве. Помогает предотвратить деформации, образование выбоин, что способствует улучшению безопасности, долговечности покрытия;
• гидротехнические сооружения. Создает стабильность, надежность;
• земельное благоустройство. Предоставляет благоприятные условия для засева травы, высадки деревьев, создания спортивных площадок;
• инфраструктурные проект. Относится к проектированию, строительству магистралей, аэропортов, ЖД-линий.

Данный показатель является важной оценкой для выяснения пригодности объекта под строительство запланированной конструкции. Более того, помогает:

• выбрать лучший строительный материал с учетом грунтовых особенностей;
• вычислить точное количество бетона, щебня, песка и т.д., например, при использовании дорогостоящего бетона класса М500, точные расчеты играют важную роль, поскольку избыток или недостаток материала могут привести к большим финансовым потерям;
• осуществить проверку доставленного материала (щебня, песка, бетона, керамзита) на стройплощадку и убедиться в соответствии фактических объемов;
• анализировать и определить степень оседания грунта, что имеет особое значение в процессе возведения фундамента.

Как вычислить результат плотности грунта?

Все данные указаны в ГОСТах. Они были давно вычислены и записаны специалистами, требуется лишь изучить их. Например:

Материал	Коэффициент уплотнения грунта
Песок	1,15
Щебень	1,1
ПГС	1,2
ПЩС	1,2
Почвосмесь (многокомпонентная)	1,5
Керамзит	1,15

Показатели относительной влажности (ОВ), максимальности плотности (МП) в зависимости от вида грунта:

Вид почвы	ОВ	МП (т/м3)
со значительной примесью песка	0.12...0.15	1.65...1.95
песчаная	0.08...0.12	1.8...1.86
с множеством глинистых включений	0.09...0.15	1.85...2.08
глинистая	0.19...0.23	1.58...1.80
супесчаная пылеватая	0.16...0,22	1.61...1.80
с преобладанием частиц среднего размера, большого количества минеральных элементов в структуре	0.16...0,20	1.67...1.79
пылеватая суглинистая	0.18...0,21	1.65...1.74

Вычисление показателя выполняется также в лабораторных условиях. Сначала - измерение объема насыпки, замер веса. Затем – прессование и повторные замеры, показывающие максимальную плотность.

Для вычисления применяется формула: Ку=pd/pdmax, где:

• Ку – коэффициент уплотнения;
• pd – плотность сухой почвы;
• pdmax – максимальная плотность почвы.

Отношение значения уплотнения и назначения утрамбованного грунта:

Назначение утрамбованного грунта	Показатель уплотнения
Нагрузка до 5 кПа – отмостка полов, зданий	0,90-0,92
Нагрузка от 5 до 150 кПа – внутренние конструкции, среднее оборудование	0,92-0,95
Нагрузка свыше 150 кПа – для фундамента здания или тяжёлого оборудования.	0,95-0,98

Важно учитывать, что данная методика применима лишь при стандартном процессе уплотнения. Если этапы взятия образца и его анализа нарушены, результаты расчетов могут оказаться неточными. Стоит подчеркнуть, что максимальная и обычная плотности высушенного грунта определяются через экспериментальные исследования, а не теоретические вычисления. Поэтому важно обеспечить нормальные условия работы лаборатории, так как даже минимальными отклонениями можно существенно повлиять на точность результатов и конечных расчетов.

Методы определения коэффициента фильтрации (ГОСТ 25584-2016, ГОСТ 23278-2014)

Наименование	Краткое описание
Весовой (метод стандартного уплотнения)	Испытания требуют использования специального устройства, создающего свободное падение груза с постоянной высоты. Способ является довольно сложным, поэтому применяется редко. Однако является максимально точным.
Метод режущего кольца (МРК)	Геотехническая методика для исследования, отбора образцов почвы в зоне бурения. С помощью специальной аппаратуры, называемой режущим кольцом, производится выемка образца в форме кольца, что позволяет его сохранить в неповрежденном состоянии.
Метод с использованием статического Пенетрометра (МСП)	Используется специальное устройство для измерения сопротивления почвы на определенной глубине. Пенетрометр вводится в грунт под действием постоянной нагрузки. Метод позволяет оценить плотность, консистенцию, уплотнение.

Процесс

Весовой. Образец высушивается, размельчается, взвешивается и просеивается для удаления частиц более 5 мм. Оставшийся грунт увлажняется и помещается в подготовленную емкость. Далее подготавливается оборудование (груз должен иметь свободный ход по направляющей). В ходе испытания грунт постоянно увлажняется до 2-3% (зависит от типа почвы – связная, несвязная). Для уплотнения применяют не менее 40 падений груза с высоты 30 см.  По итогу, обрабатываются результаты, строится график зависимости.

МРК. В почву помещают металлическое кольцо – так грунтовая порода надежно оседает внутри цилиндра. Далее вычитают вес кольца для получения чистой массы грунта, а затем фактическую плотность, поделив чистую массу грунта на объем цилиндра. Последний шаг -  составление финального показателя. Для этого полученный показатель делят на максимально возможную плотность (указана в ГОСТ, зависит от типа грунтовой породы).

МСП. Для исследования применяется специальная клавиатура из 6 кнопок: вкл/выкл – 1 шт., выбор режима измерения – 5 шт. Устройство запрограммировано на 3 режима: К, Е, Pm.

• К – показатель удельного сцепления, модуля упругости, коэффициента уплотнения, относительной влажности;
• Е – определение модуля упругости;
• Pm – максимальный результат сопротивления почвы проникновению пенетрометра.

Вычисление, подсчет конечных результатов осуществляется в автоматическом режиме.

Как повысить плотность грунта?

Существует 2 основных способа уплотнения:

• Статическое;
• Вибрационное.

Статическое. Давления на поверхность оказывает собственный вес машины. Для регулировки статической нагрузки, оказываемой на поверхность, можно изменять массу оборудования или его контактную площадь. В большинстве случаев статические машины создают уплотнение, прежде всего, верхних слоев материала, поскольку "эффект распора" между зернами грунта ограничивает глубинное воздействие. Среди распространенных видов статического уплотняющего оборудования, использовавшихся долгое время, можно выделить катки (трехвальцовые, кулачковые, тандемные).

Вибрационное. Применяется механизм вибрации, часто реализуемый через вращающийся эксцентриковый груз. Данный метод комбинирует динамическую и статическую нагрузку. Путем передачи быстрых последовательных ударов на поверхность, вибрационные уплотнители создают волны сжатия (вибрацию), которые распространяются в глубину грунта, двигая его частицы. Это уменьшает внутреннее трение, позволяя частицам компактно уложиться, создавая высокую плотность и минимальное количество пустот. Увеличение контактных точек между частицами способствует большей устойчивости и прочности. Глинистые материалы требуют большей нагрузки и могут быть уплотнены в тонких слоях. Начиная с гравия, песка, вибрационное уплотнение расширилось на глинистые грунты, а затем на асфальтобетон. Вибрационный метод обеспечивает глубокий эффект уплотнения, превосходящий статический, при меньшем числе проходов. Вибрация подходит для всех типов материалов, и сегодня вибрационное оборудование составляет около 75% рынка.

Таким образом, прочностные характеристики нижележащего слоя оказывают заметное влияние на результаты уплотнения. Различные слои могут требовать индивидуальных подходов для достижения оптимальной плотности и несущей способности. Учесть эти факторы в начальной стадии планирования и проведения работ позволит достичь наилучших результатов уплотнения грунта.

Норма коэффициента уплотнения

Показатель может варьироваться в зависимости от типа грунта, целей инженерных работ. В большинстве случаев он находится в диапазоне от 0,95 до 0,98. Такой разбег позволяет минимизировать будущие оседания грунта, обеспечить необходимую прочность конструкции. Важно учитывать, что результат уплотнения природного грунта обычно выше, чем у насыпного грунта. Это важно учесть при планировании и проведении предварительных работ.