Для проведения необходимых расчетов используются различные инструменты. Однако наиболее эффективным считается метод определения коэффициента уплотнения грунта посредством режущего кольца. Эта процедура регламентируется стандартом ГОСТ 5180-84.
Определение коэффициента уплотнения грунта
Коэффициент уплотнения грунта представляет собой отношение фактической плотности грунта в насыпи к максимальной плотности того же самого грунта, установленной в лабораторных условиях после уплотнения. Этот показатель может выражаться как в процентах, так и в долях единицы. К примеру, коэффициент уплотнения, составляющий 0,90, указывает на то, что фактическая плотность породы в образце составляет 90% от предельно возможной. Полученные результаты исследований оформляются в виде протокола.
Каждый тип грунта содержит поры и пронизан микропустотами, также он может содержать воздушные полости и быть насыщенным влагой. В процессе строительных работ рыхлость грунта увеличивается, а после завершения всех операций начинается постепенное уплотнение: частицы породы сближаются, что способствует уменьшению количества воздушных полостей и, следовательно, объема грунта.
Показатели плотности насыпного и утрамбованного грунта могут значительно варьироваться. Если эти различия не будут учтены на этапе проектирования, то основание под сооружением может просесть, а конструкции могут деформироваться. По этой причине в ходе предпроектных геофизических изысканий обязательно определяется коэффициент уплотнения грунта.
Контроль данного параметра позволяет оценить, насколько площадка подходит для предполагаемого строительства, и помогает принять правильные проектные решения:
- исключить возможность просадки грунта под весом строительных конструкций;
- уменьшить риск появления трещин в стенах сооружения и повреждений, возникающих вследствие сдвига грунта;
- определить необходимость дополнительного уплотнения площадки;
- верно выбрать песок для обратной засыпки котлована под фундамент.
Методы определения коэффициента уплотнения грунта
Существует несколько методов определения коэффициента уплотнения, однако все они основываются на одной расчетной формуле:
- К — искомый коэффициент;
- ρd — отношение веса образца ненарушенной структуры к объему образца, измеряется в г/см³;
- ρdmax — отношение веса образца после уплотнения к его первоначальному объему, также в г/см³.
Наибольшая плотность устанавливается опытным путем согласно ГОСТу 22733-2016. Сухой грунт помещается в цилиндр, после чего уплотняется методом стандартного уплотнения, при этом с помощью падающего груза наносятся удары в три серии по 40 ударов. Затем взвешивается уплотненный образец грунта, после чего вычисляется его плотность.
После этого влажность образца постепенно увеличивают на 2% и заново повторяют цикл уплотнения. Полученные новые параметры фиксируются в таблице. На основании собранных данных строится график, который позволяет инженеру вывести зависимость плотности породы от влажности — эти данные и служат для определения коэффициента уплотнения.
Методы определения коэффициента уплотнения грунта варьируются в зависимости от способа получения образца.
Само испытание породы и определение коэффициента уплотнения происходит в лабораторных условиях. Эта работа является достаточно сложной и требует наличия специального оборудования, соответствующего нормам, установленным в ГОСТ. Замеры осуществляются квалифицированными лаборантами. Безусловно, весовой метод встречается реже в практической деятельности из-за своей сложности.
Метод режущего кольца
Для исследования коэффициента уплотнения используется металлический цилиндр, имеющий определенную длину и диаметр. Его углубляют в грунт. Материал надежно фиксируется внутри цилиндра.
Полученный образец взвешивается, из его веса вычитается вес металлического цилиндра, и на основе этого определяется масса грунта. Затем производится лабораторное прессование образца и осуществляется расчет степени уплотнения.
Пример: давайте возьмем грунт с предельно возможной плотностью скелета ρdmax = 1,9 г/см³, установленной с помощью вышеописанного графика. Образец отбирается кольцом высотой 3 см и диаметром 5 см. Масса данного образца составляет 440 г.
- Объем цилиндра вычисляется по формуле V= πR²h, что составляет 235,5 см³;
- Плотность грунта ненарушенной структуры равна ρd = 440/235,5 = 1,87 г/см³;
- Коэффициент уплотнения грунта: 1,87/1,90 = 0,98 или 98%.
Метод исследования статическим пенетрометром
Для определения плотности грунта применяется специальный прибор под названием пенетрометр, например, модель ПСГ-МГ4. Рабочая часть этого устройства вдавливается в грунт, а оператор управляет прибором при помощи пяти кнопок на клавиатуре.
В зависимости от задач, стоящих перед специалистом, выбирается нужный режим измерения:
- К — в этом режиме измеряются коэффициент уплотнения, угол внутреннего трения, модуль упругости, удельное сцепление и относительная влажность грунта;
- Е — только модуль упругости;
- Pm — величина удельного сопротивления пенетрации.
Пенетрометр устанавливается в точке, куда надо провести замеры, а затем оператор активирует электронный блок. Определение коэффициента уплотнения и математические расчеты осуществляются автоматизированно.
Полученные данные сохраняются в встроенной памяти прибора, и их можно перенести на компьютер для дальнейшей обработки.
Зачем это нужно
Существует множество различных типов почв, однако сложности при проектировании строительства не ограничиваются только этим. Определение состояния почвенных горизонтов зависит от множества факторов.
Значение коэффициента уплотнения указывает на соотношение плотности сухого грунта к его максимальной плотности. Здесь речь идет о почве, предназначенной для эксплуатации под сооружениями. Сравнение этих значений демонстрирует, насколько эффективно возможно уплотнение грунта в будущем.
Важные аспекты, которые влияют на стабильность строительных конструкций:
- Устойчивость здания;
- Отсутствие трещин в стенах;
- Система коммуникаций, проложенная в фундаменте, не будет подвержена повреждениям.
Ошибки в определении коэффициента уплотнения грунта могут привести к серьезным последствиям, даже если все остальные расчеты выполнены корректно. Поэтому крайне важно знать, как правильно проводить эти вычисления.
Как определить этот коэффициент
Для опытного строителя этот процесс не представляет особых трудностей. Необходимо лишь собрать исходные данные путем проведения исследований местности и подставить их в соответствующую формулу.
Сбор информации
Участок должен быть обследован еще до начала каких-либо работ. На данном этапе определяется плотность грунта, что подразумевает соотношение массы к объему. Однако этот показатель включает и воду, содержащуюся в порах. Для вычисления коэффициента необходимо получить плотность сухого грунта, а также его максимальную плотность. Соответственно, образец земли обрабатывается определенным образом, после чего проводятся необходимые измерения.
Стандартный метод оценки уплотнения регулируется ГОСТ 22733-2002 и включает следующие этапы:
- Отбор образца грунта с помощью кольца.
- Определение веса.
- Сушки образца в течение шести-восьми часов при температуре 105 градусов Цельсия.
- Определение влажности.
- Измельчение высушенного грунта.
- Проведение стандартного уплотнения.
Таким образом, и влажность, и коэффициент уплотнения можно получить не ранее чем через один день. Эта информация очень важна при планировании работ, чтобы избежать неожиданных задержек.
Как вычислить результат плотности грунта?
Все необходимые данные располагаются в ГОСТах. Они были рассчитаны и зафиксированы специалистами, осталось лишь их изучить. 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) и максимальной плотности (МП) зависят от вида грунта:
| Вид почвы | ОВ | МП (т/м³) |
| С значительной примесью песка | 0.12-0.15 | 1.65-1.95 |
| Песчаная | 0.08-0.12 | 1.80-1.86 |
| 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 с большим количеством минеральных элементов в структуре | 0.16-0.20 | 1.67-1.79 |
| Пылеватая суглинистая | 0.18-0.21 | 1.65-1.74 |
Вычисление показателя производится также в лабораторных условиях. В первую очередь — измеряется объем насыпки и масса образца. Затем производится прессование и повторные замеры для определения максимальной плотности.
Предложенная формула для вычислений: Ку=pd/pdmax, где:
- Ку — коэффициент уплотнения;
- pd — плотность сухого почвы;
- pdmax — максимальная плотность почвы.
Соотношение значений 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 тяжелого оборудования | 0,95-0,98 |
Важно понимать, что данная методика применяется только при стандартном процессе уплотнения. Если будут нарушены этапы взятия образца или его анализа, результаты расчетов могут оказаться неточными. Стоит подчеркнуть, что максимальная и обычная плотности высушенного грунта устанавливаются через экспериментальные исследования, а не теоретические расчеты. Поэтому очень важно, чтобы в лаборатории соблюдались нормальные условия работы, так как даже незначительные отклонения могут значительно повлиять на точность результатов и конечных расчетов.
Методы определения коэффициента фильтрации (ГОСТ 25584-2016, ГОСТ 23278-2014)
| Наименование | Краткое описание |
| Весовой (метод стандартного уплотнения) | Данный метод требует использования специального устройства, позволяющего осуществлять свободное падение груза с фиксированной высоты. Способ характеризуется высокой сложностью, по этой причине он применяется редко. Тем не менее, считается наиболее точным. |
| Метод режущего кольца (МРК) | Геотехническая методика, используемая для исследования и отбора образцов почвы в зоне бурения. С помощью специального устройства — режущего кольца, производится выемка образца в форме кольца, что позволяет сохранить его в неповрежденном состоянии. |
| Метод с использованием статического пенетрометра (МСП) | В этом методе используется специальное оборудование для измерения сопротивления почвы на установенной глубине. Пенетрометр вводится в грунт под действием постоянной нагрузки. Метод дает возможность оценить плотность, консистенцию и степень уплотнения. |
Процесс
Весовой метод: Для него образец грунта сначала высушивается, затем измельчается, взвешивается и просеивается, чтобы исключить частицы размером более 5 мм. Оставшийся материал увлажняется и помещается в подготовленную емкость. После этого подготавливается оборудование (груз должен быть свободен для падения по направляющей). Во время испытания грунт регулярно увлажняется до 2-3% (в зависимости от его типа — связный или несвязный). Для уплотнения необходимо не менее 40 падений груза с высоты 30 см. В завершение обрабатываются результаты, и строится график зависимостей.
Метод РК. В почву вводится металлическое кольцо, благодаря чему грунт надежно фиксируется внутри цилиндра. Затем осуществляется вычитание веса кольца для получения чистой массы образца, а последующий расчет фактической плотности осуществляется путем деления полученной массы на объем цилиндра. Последним шагом составляет определение конечного значения коэффициента. Для этого показатель делится на максимально возможную плотность (определяется в соответствии с ГОСТ) в зависимости от типа грунтовой породы.
Метод с использованием статического пенетрометра: Здесь имеется специальная клавиатура из 6 кнопок: 1 для включения/выключения и 5 для выбора режима измерения. Устройство запрограммировано на три режима: К, Е и Pm.
- К — этот режим показывает удельное сцепление, модуль упругости, коэффициент уплотнения, а также относительную влажность;
- Е — определяет модуль упругости;
- Pm — актуальный результат сопротивления почвы проникновению пенетрометра.
Расчеты и вычисление конечных значений осуществляются в автоматическом режиме.
Определение коэффициента уплотнения грунта с помощью трамбующей установки
Образцы грунта, взятые для анализа, проверяются в лаборатории по ряду параметров. Испытания проводятся с использованием трамбующей установки. Алгоритм выполнения процедуры следующий:
- Отбор грунта, не перенасыщенного водой и не морозного, имеющего естественный уровень влажности, где объем крупных твердых включений (более 2 мм) составляет не более 1/4 от общей массы.
- Трехкратное прессование образцов, за каждое из которых осуществляется 40 ударов.
- Определение плотности 1 литра уплотненного грунта.
- Пошаговое увеличение влажности на 2% с повторением цикла и фиксацией нового параметра.
- Создание графика. Вывод зависимости плотности от влажности с обозначением ρmax на максимальном уровне.
Данные испытания выполняются для выявления и предотвращения рисков усадки. Поскольку быстрое оседание объектов (например, части дороги, фундамента) может привести к их деформации, трещинам и иным разрушениям, грунт под ними необходимо максимально уплотнить. Однако достичь этого полностью сложно, особенно при больших площадях.
Вот почему образцы грунта отправляются в лабораторию для более глубокого анализа, в ходе которого достигается максимальное сжатие. После этого производится измерение коэффициента уплотнения грунта, используя данные лабораторных исследований и образцы с объекта. Полученные результаты дают возможность оценить, насколько фактическая степень уплотнения грунта соответствует максимально возможной.
Коэффициент уплотнения определяется в зависимости от предполагаемых нагрузок и стандартно равняется 0,96–0,98. Это подразумевает, что после трамбовки плотность песчаной подушки или грунта под фундаментом должна быть близка к максимально возможной с отклонением в 2–4%.
Внешние факторы могут оказывать влияние на свойства почвы. Расчет коэффициента уплотнения позволяет оценить степень этих изменений и пересчитать новые параметры в соответствии с конкретными задачами. При исследовании учитываются такие характеристики, как состав грунта, пористость, сыпучесть, восприимчивость к механическим воздействиям и степень влагосодержания.
Коэффициент уплотнения песчаного грунта
В случае транспортировки почвы происходит ее утряхивание и, как следствие, потеря объема. Однако, если учитывать коэффициент уплотнения заранее уже на этапе заказа, можно избежать неприятных сюрпризов по окончании транспортировки.
Таким образом, для покупателя не станет неожиданностью, если 20 кубометров песка уменьшатся до 19 после транспортировки, или тот факт, что запланированного объема песка недостало после трамбовки. Коэффициент уплотнения данного типа грунта может варьироваться в пределах от 0,95 до 1,52, что в среднем составляет 1,15. Изучение этой информации позволяет заранее спланировать возможные изменения объемов.
Кроме того, добросовестность подрядчика также проверяется аналогичным образом: коэффициент уплотнения умножается на объем, полученный при доставке, и сопоставляется с заявленным в сопроводительных документах.
Плотность песчаного грунта зависит как от глубины слоя, так и от специфических особенностей участка:
| Слой песка | Коэффициент песка |
|---|---|
| Верхний слой до 150 см | 0,95–0,98 |
| Нижний, от 150 см, без доступа грунтовых вод | 0,90–0,95 |
| Нижний, от 150 см, подтапливаемый | 0,95 |
На коэффициент уплотнения также влияют сезонные изменения, климатические условия и зернистость. Например, летом плотность песка может быть выше из-за испарения влаги, что делает его однороднее. Кроме того, грунт из карьера и речной песок может отличаться, поскольку у речного песка имеются твердые частицы разных размеров, что увеличивает количество воздуха между ними.
На коэффициент уплотнения также воздействуют и земляные работы:
| Вид работ | Коэффициент уплотнения |
|---|---|
| Засыпка пазух | 0,98 |
| Обратная засыпка узких траншей | 0,98 |
| Засыпка строительных котлованов | 0,95 |
| Дорожные ремонтные работы | 0,98–1 |
На коэффициент уплотнения также влияют используемые инструменты. Эффективность уплотнения с использованием специализированной техники значительно выше, чем при ручном методе.
Плотность песка также может увеличиваться при транспортировке автотранспортом или железнодорожным транспортом. Однако важно отметить, что при длинной транспортировке объем может уменьшаться до 1/4, поэтому к указанным объемам добавляют дополнительно 30%. Если же доставка песка происходит по воде, степень утряхивания, как правило, оказывается ниже.
Таким образом, коэффициент уплотнения — это значимая величина, используемая для расчета изменений плотности грунта в определенных условиях. Поскольку этот коэффициент варьируется, лабораторные испытания являются обязательным этапом при любых строительных работах.
На что необходимо ориентироваться?
Весь процесс земляных работ строго регламентирован строительными нормами и правилами (СНиП), среди которых СниП 3.02.01-87 и СП 45.13330.2012 в деталях описывают процесс уплотнения различных характерных грунтов и формирования грунтовых подушек для последующего строительства фундаментов зданий и сооружений.
Что касается методов определения плотности грунтов в условиях лаборатории, то они регламентируются ГОСТ 22733-2016. Поэтому рекомендуется использовать метод определения коэффициента уплотнения именно в лабораторных условиях, а не полевых. Однако выбор подходящего метода зависит от конкретики планируемых работ и характеристик строящихся объектов.
Оборудование для разработки грунта
Компания ХаммерМастер специализируется на подборе навесного оборудования для разработки грунта различных плотностей. Наша команда экспертов готова помочь вам выбрать наилучший вариант для вашей строительной задачи. Мы осознаем, что каждый проект уникален и требует индивидуального подхода, поэтому предлагаме широкий ассортимент оборудования, что позволяет эффективно работать с любыми типами грунтов.
Среди наиболее популярных решений можно выделить:
Компания ХаммерМастер стремится предоставить своим клиентам максимально эффективное оборудование, позволяющее ускорить процесс разработки грунта и сэкономить время и ресурсы.
С нами вы получите надежное оборудование для успешной реализации любых проектов. Не откладывайте свой успех на завтра, свяжитесь с нами и начните работу прямо сейчас!
Если у вас возникли вопросы, вы можете задать их специалистам компании ХаммерМастер.
