Как найти коэффициент уплотнения грунта

Коэффициент уплотнения грунта является показателем, который характеризует отношение плотности сухого грунта к его максимальной плотности после воздействия силы. Измерение данной величины необходимо как перед началом строительства частного дома, так и при возведении крупных промышленных объектов.

Определение коэффициента уплотнения грунта в лабораторных условиях является обязательным условием для составления технического задания и паспорта строительства. Для получения объективных результатов нужно учитывать погодное и сезонное влияние. Подробнее о способах расчета коэффициента уплотнения грунта читайте в нашем материале.

Что такое коэффициент уплотнения грунта

Исследование свойств почвы на выделенном под строительство участке является необходимым этапом подготовки к составлению проекта и последующему возведению строения. В процессе изучению подлежит ряд характеристик, в том числе и коэффициент уплотнения грунта. Полученные данные позволяют надлежащим образом спланировать последующие дорожно-строительные работы.

Подробное изучение грунта помогает исключить ряд проблем. В первую очередь тех, что связаны с имеющимися в нем воздухом и влагой, определенным образом влияющими на его характеристики. Вместе они придают земле рыхлость, которая усиливается в процессе разработки грунта и без его надлежащей утрамбовки негативно сказывается на объектах строительства. В частности, на фундаменте: в результате чрезмерной просадки в нем образуются трещины и иные дефекты.

Вычислить степень рыхлости позволяет определенная методика. Порядок ее проведения закреплен законодательно. Так, коэффициент уплотнения грунта регулирует ГОСТ 22733-2016 «Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности».

Из него можно сразу выделить два важных термина:

• Плотность скелета грунта (плотность сухого грунта, ρd) – масса твердой составляющей грунта в единицу объема грунта при естественной (ненарушенной) структуре.
• Максимальная плотность грунта – плотность грунта при оптимальной влажности, то есть когда он находится в состоянии с максимально возможной плотностью при оптимальной влажности грунта.

Понятие рыхлости почвы используется согласно все тому же ГОСТу. Так, определение «коэффициент плотности» применяется в рамках лабораторных исследований к грунтам в естественном и измененном виде, то есть в том, которое они приобрели под влиянием техногенных факторов.

Для выявления степени рыхлости почвы берутся ее пробы, на основании которых производятся вычисления. В последних обязательно применяется конкретная таблица СНиП. Приведенные в ней данные позволяют сделать расчет коэффициента уплотнения грунта на отдельно взятом участке.

Впоследствии на базе этих результатов рассчитывается степень трамбования грунта под определенный тип застройки:

При расчетах необходимо учитывать, что грунт в естественном виде по плотности отличается от утрамбованного. Как правило, он легче и больше насыщен инородными включениями типа воздуха и влаги.

Алгоритм определения коэффициента уплотнения грунта

Для того чтобы произвести необходимые вычисления, используют различные инструменты. Однако оптимальным считается метод определения коэффициента уплотнения грунта по режущему кольцу, работа с которым регулируется ГОСТ 5180-84.

Порядок работ следующий:

1. Выбор и разметка на плане/фото/местности точек опробования, то есть мест взятия проб, количество которых зависит от площади участка.
2. Аккуратное снятие с каждого из них верхнего слоя земли толщиной 5–10 см для получения площадки либо рытье шурфа, если необходимы более глубокие пласты.
3. Определение уплотнения почвы в каждой точке при помощи профессионального инструмента. Анализ результатов. Выбор нескольких точек с минимальными и максимальными результатами для получения усредненного итога.
4. Взятие проб грунта:
   • Ненарушенного сложения, то есть с сохранением естественной плотности. Используется метод режущего кольца, при котором нужная для исследования земля остается внутри кольца. С каждой точки для достоверности берется по две пробы, разница между которыми должна быть равна или меньше 0,02 г/см³. Образцы герметично пакуют и маркируют в соответствии с ГОСТ 12071-2000.
   • Нарушенного сложения. Этому определению соответствует грунт вокруг кольца.
5. Отправка проб на анализ в лабораторию, где каждый образец взвешивают и определяют плотность по формуле: ρ = m/v, (г/см³), где ρ – плотность, m – масса, v – объем кольца. Затем при помощи сушильного шкафа при температуре +100…+105 °C вычисляют и влажность (w, считается в %).
6. Расчет плотности грунта ρd. Производится после высыхания пробы в сушильном шкафу по формуле ρd= ρ/(1+0,01w), (г/см3).
7. Испытание образцов нарушенного сложения (собранных вокруг колец) на ручном или полуавтоматическом приборе стандартного уплотнения.
8. Построение графика зависимости. В качестве переменных используются показатели влажности и плотности почвы. Определение наивысшей точки. Выведение ее координат: максимального значения плотности (ρdmax) и соответствующего ему показателя влажности wopt.
9. Произведение вычислений. Значение коэффициента уплотнения грунтов определяется по формуле: kcom=ρd/ρdmax (отдельно для каждой точки).
10. Сравнение результатов экспресс-анализа, проведенного перед изъятием проб, с лабораторными. Выводы о степени уплотненности почвы на исследуемом участке. Оформление заключения в соответствующих показателях.

Определение коэффициента уплотнения грунта с помощью трамбующей установки

Взятую на анализ землю проверяют в лаборатории по ряду параметров. Испытания проводятся при помощи трамбующей установки. Порядок выполнения процедуры:

• Отбор не перенасыщенного водой и не перемерзшего, с естественным уровнем влажности, грунта, в котором объем твердых крупных включений (от 2 мм) составляет максимум 1/4 от общей массы.
• Трехкратная прессовка заложенного в форму образца (40 ударов за один подход).
• Взвешивание и определение плотности 1 л утрамбованного грунта.
• Пошаговое увеличение влажности каждый раз на 2 % с повторением цикла и фиксацией новых параметров.
• Построение графика. Выведение зависимости плотности от влажности с отметкой ρmax в наивысшей точке.

Данные испытания проводятся для выявления и предупреждения рисков усадки. Поскольку быстрое опускание объекта (части дороги, фундамента) чревато его деформацией, трещинами и иными разрушениями, землю под ним необходимо максимально утрамбовать. Однако полностью этого достичь сложно, особенно при больших размерах участка.

Именно поэтому образцы земли доставляются в лабораторию и там изучаются, доводятся до максимального сжатия. Затем производится измерение коэффициента уплотнения грунта с использованием данных лабораторных исследований и образцов грунта со стройплощадки. Результаты вычислений помогают понять, насколько фактическая степень сжатия земли приближена к максимально возможной.

Ку определяется, исходя из планируемых нагрузок, и стандартно равен 0,96–0,98. Это означает, что после трамбовки плотность песчаной подушки или грунта под фундаментом должна быть приближена к максимально возможной с погрешностью 2–4 %.

Под влиянием внешних факторов свойства почвы могут изменяться. Расчет коэффициента уплотнения позволяет просчитать их степень и вычислить новые параметры в соответствии с поставленной задачей. В процессе исследований учитываются состав, пористость, сыпучесть, подверженность механическим воздействиям и степень насыщаемости влагой.

Коэффициент уплотнения песчаного грунта

В процессе транспортировки почва утряхивается и теряет объем. Однако если учесть коэффициент уплотнения заранее, еще при заказе, то получится избежать неприятного сюрприза позднее, уже при получении.

Так, для покупателя не станет неожиданностью «превращение» 20 кубометров песка в 19 после транспортировки или тот факт, что после трамбовки запланированного объема не хватило. Коэффициент уплотнения этого типа грунта колеблется в пределах от 0,95 до 1,52, т. е. в среднем равен 1,15. Зная эту величину, можно «запланировать» изменение объемов.

Добросовестность подрядчика проверяется аналогичным образом: Ку умножается на привезенный объем, полученная величина сравнивается с указанной в сопроводительных документах.

Зависит плотность и от глубины слоя и особенностей участка:

Влияют на Ку сезон, климат, зернистость. Так, летом плотность песка выше, поскольку находящаяся в нем влага испаряется, он становится однороднее. Будет отличаться между собой и грунт из карьера и речной, поскольку у второго твердые частицы отличаются значительным разнообразием в размерах, из-за чего воздуха между ними больше.

Сказываются на плотности и земляные работы:

Влияют на Ку и используемые инструменты. Так, КПД с применением спецтехники гораздо выше, чем при трамбовке вручную.

Плотность песка увеличивается при доставке авто или ж/д транспортом. Правда, в случае транспортировки на значительные расстояния его объемы могут уменьшаться на 1/4, поэтому к заявленным в заказе добавляют еще около 30 %. Если же доставлять песок по воде, то степень утряхивания окажется ниже.

Таким образом, Ку – величина, применяемая, когда необходимо рассчитать изменение плотности грунта в определенных условиях. Поскольку она колеблется, то лабораторные испытания являются обязательным пунктом подготовительного этапа при любых строительных работах.

Способы увеличения плотности грунта

Подходит ли земля под застройку, зависит от ее состава и уровня влажности. Например, илистые, торфяные и глинистые почвы для этого малопригодны. У них высокий уровень деформации. В то же время повлиять на плотность грунта все-таки можно. Для этого используются такие техники, как:

• армирование;
• термообработка (обжиг);
• механическое воздействие;
• использование укрепляющих растворов;
• монтаж шпунтовых ограждений;
• электрохимическое укрепление;
• фильтрующая пригрузка.

Метод уплотнения зависит от глубины слоя и его влажности. Верхние уровни укатываются, трамбуются и укрепляются вибрирующими установками. Для укатки нижних ставят сваи, устраивают направленные взрывы, производят замачивание. Если в слое присутствуют грунтовые воды, их уровень искусственно понижают, чтобы затем произвести обжим освобожденного грунта.

Ку определяют при заказе и проверке доставленного груза. Кроме того, его вычисление помогает избежать рисков при усадке фундаментов, предупредить образование трещин и непоправимых деформаций, а также определить пригодность почвы под застройку и высчитать оптимальные нагрузки объекта.

Хотите качественный гараж, который будет служить вам долгие годы?

Под коэффициентом уплотнения грунта понимают отношение фактической плотности грунта в насыпи к максимальной плотности (max) того же грунта, который прошел процедуру стандартного уплотнения в грунтовой лаборатории. 

Например: параметр коэффициента уплотнения 0,95 означает, что отношение фактической плотности грунтового образца к максимально возможной составляет 95%. 

Как определяется

Формула для расчета:

• первый параметр — отношение массы грунта (с учетом массы воды в его порах), к занимаемому этим грунтом объему (г/см3);

• второй параметр — отношение массы грунта (за вычетом массы воды и льда в его порах) к его первоначальному объему (г/см3).

Максимальная плотность определяется в лабораторных условиях с помощью метода стандартного уплотнения. Грунт помещают в цилиндр и сжимают его, нанося удары падающим грузом. 

Максимальная плотность зависит от влажности грунта, характер этой зависимости показан на графике:

Для чего требуется определение коэффициента уплотнения грунта

Определение коэффициента уплотнения грунта — геологические исследования, которые проводятся на предпроектном этапе с целью определения пригодности участка к предстоящим строительным работам. 

Изучение плотности грунтового покрытия способствует принятию правильных проектных решений. 

— Исключают ряд проблем, связанных с проседанием почвы под тяжестью конструкции;
— Минимизируют появление трещин на стенах сооружения, а также его частичное или полное разрушение вследствие проседания грунта. 

Особенности процесса

Независимо от породы, любой грунт является пористым. Его пронизывают микроскопические пустоты, которые заполняют влага и воздух. 

В процессе строительных работ, при выработке грунтового покрытия, пустоты увеличиваются, что может приводить к повышению его рыхлости. Поэтому чрезвычайно важно определиться с показателем уплотнения почвы для принятия правильных решений.

Методы исследования

Метод режущего кольца

• В грунте располагают металлическое кольцо с заданными диаметром и длиной. Таким образом, грунтовая порода надежно крепится внутри цилиндра. 

• Затем, чтобы получить чистую массу грунта, отобранные образцы взвешивают, вычитая вес кольца.

• Далее полученный показатель делят на объем цилиндра, в результате чего получается фактическая плотность почвы. 

• После этого для определения финального показателя (коэффициента уплотнения) полученный результат делят на максимально возможную плотность (которая меняется, в зависимости от вида грунта).

   Рассмотрим пример:

• максимальная плотность скелета грунта — 1,90 г/см3 (Pdmax), в соответствии с графиком (зависимость плотности от влажности);

• диаметр режущего кольца — 5 см, высота — 3 см.

Определим коэффициент уплотнения по формуле

Допустим, масса грунта — 450 г. При объеме нашего кольца в 235,5 см3, плотность грунта Pd составляет 1,87 г/см3. Соответственно, коэффициент уплотнения грунта — 1,87/1,9 = 0,98.

Метод исследования статическим Пенетрометром (например, ПСГ-МГ4)

Управление грунтовым пенетрометром производится с помощью клавиатуры. Она состоит из 5 кнопок, используемых для выбора режима измерений, а также включения/отключения электронного блока.

Прибор поддерживает 3 режима измерений:

• К, в данном случае производится измерение коэффициента уплотнения, модуля упругости, угла внутреннего трения, а также удельного сцепления, относительной влажности;

• Е, осуществляется оценка только модуля упругости;

• Pm, дополнительный режим, позволяющий измерить максимальное значение удельного сопротивления пенетрации.

Устройство устанавливается в требуемую точку (место определения коэффициента уплотнения грунта). Измерение и подсчет результатов производится автоматически. Прибор обладает встроенной энергонезависимой памятью для хранения выполненных ранее измерений.

Результаты работ

Коэффициент уплотнения, полученный в ходе исследований, является основной для выявления несущей способности почвы. Таким образом, с помощью данного показателя производится оценка пригодности участка для возведения проектируемого сооружения. Полученный результат сравнивают с допустимыми нормативами и требованиями проекта.

Норма коэффициента уплотнения

Норма коэффициента уплотнения задается проектировщиками, в соответствии с задачами, целями и особенностями конкретного проекта. Задача изыскателей — определить, соответствуют ли фактические показатели заявленным требованиям. 

Допустимые коэффициенты уплотнения почвы определяет нормативная база СНиП (пункты 3.02.01-87 и СП 45.13330.2012), обновленная в 2013-2014 гг. 

Здесь можно найти конкретные данные касательно допустимого уплотнения для определенных видов грунта и грунтовых подушек, которые используются при строительстве разных видов фундамента и строений, в том числе и подземных. 

Геотехконтроль: определение коэффициента уплотнения грунта

Одной из самых важных физических характеристик грунта является его плотность. В промышленном, гражданском, а так же дорожном строительстве её значение выражается через величину коэффициента уплотнения k_com (К_у) — безразмерного коэффициента, определяемого как отношение плотности сухого грунта в конструкции к максимальной плотности сухого грунта, полученной методом стандартного уплотнения по ГОСТ 22733-2002.

Как же правильно и грамотно определить этот показатель? Именно об этом я постараюсь рассказать доступно.

Для определения коэффициента уплотнения грунта в настоящее время существует немало приборов, основанных на различных принципах действия. Посмотрите на их многообразие:

Но решающее слово остаётся за ним — кольцом-пробоотборником, поскольку только метод режущего кольца регламентируется — ГОСТ 5180-84 (мы не рассматриваем радиоизотопный метод, т.к. он не нашёл широкого применения после аварии на Чернобыльской АЭС).

Итак, перед нами стоит задача: определить коэффициент уплотнения грунта на определённом участке.

1) Выберем и обозначим на данной площади точки опробования: которые можно отметить как на плане, с последующим переносом на фотографию:

так и непосредственно на участке с помощью маркеров.

2) Затем в каждой точке подготовим площадки для работы: снимем верхние 5-10 см грунта, сохраняя целостность проверяемого слоя.

При необходимости обследования нижележащих слоёв отроем шурф на нужную глубину.

3) Теперь проверим уплотнение грунта в каждой точке экспресс-методом, применив один из приборов вышеобозначенных приборов.

Проанализируем полученные результаты и выберем несколько точек (их количество будет зависеть от площади обследуемого участка, но не менее 2-х — 3-х) с минимальными и, для верности, максимальными показаниями прибора.

4) Отберём в выбранных точках пробы грунта:

4.1) — ненарушенного сложения методом режущего кольца — в каждой точке по 2 кольца для получения среднего значения по двум параллельным определениям (достоверным будет считаться результат, в котором плотность грунта в каждом кольце не будет отличаться более, чем на 0,02 г/см³).

Пробы упакуем для сохранения влажности и замаркируем, соблюдая требования ГОСТ 12071-2000.

4.2) — нарушенного сложения, выбирая грунт вокруг режущих колец, для дальнейших испытаний в стационарных условиях в лаборатории.

5) После доставки проб в лабораторию взвесим грунт, извлечённый из каждого кольца

и определим плотность грунта ρ, поделив массу грунта m на объём кольца v:

ρ = m/v, (г/см³)

Затем тару с грунтом поставим в сушильный шкаф для определения влажности w, %.

6) После того, как грунт высохнет при температуре 105+5⁰C, рассчитаем значение плотности сухого грунта ρ_d в каждой точке отбора пробы по формуле

ρ_d = ρ/(1+0,01· w), (г/см³).

7) Из пробы грунта нарушенного сложения подготовим навеску и испытаем грунт в приборе стандартного уплотнения. Этот прибор может быть как ручным, так и полуавтоматическим, что удобнее

По результатам проведённых испытаний построим график зависимости плотности грунта от влажности:

По наивысшей точке графика определим значения максимальной плотности сухого грунта ρdmax (в данном случае 1,87 г/см³) и соответствующее ей значение оптимальной влажности wopt 9,9 %.

9) Вот теперь мы можем определить коэффициент уплотнения грунта в каждой точке отбора по формуле:

k_com=ρ_d/ρ_dmax.

10) Остаётся только сравнить данные экспресс-метода с результатами, полученными методом режущего кольца, и оценить степень уплотнения грунта на всём участке опробования.

Сыпучие строительные материалы, а также грунты при различных физических воздействиях могут разрыхляться или уплотняться. При этом плотность их колеблется в достаточно большом интервале — до нескольких десятков процентов. В строительстве часто применяются 2 относительные величины — коэффициент уплотнения при транспортировке К_ут и коэффициент уплотнения грунта (основания) К_у. По сути они отражают одно и то же явление — изменение объема вследствие уменьшения пористости, но рассчитываются и применяются по-разному.

Характеристики плотности строительных материалов

Если в карьере горные породы находятся в плотном монолитном состоянии, то при добыче они разрыхляются, становятся более пористыми. Сырье проходит множество манипуляций — выемку, промывку, просеивание с распределением на фракции, хранение. При отгрузке материалы опять рыхлятся, а при перевозке трамбуются. На завершающей стадии они укладываются в конструкцию и еще раз уплотняются. На протяжении всего процесса изменяется влажность, что неизбежно отражается на плотности.

Сыпучие материалы — щебень, песок, песчано-гравийная смесь ПГС и т.д. — состоят из отдельных зерен, между которыми есть пустоты. При разработке, погрузке и выгрузке твердый скелет разрыхляется, объем пор и пустот увеличивается.

Рыхлонасыпанное состояние материала характеризуется насыпной плотностью, то есть соотношением массы и объема, ей занимаемого:

ρ_н=m/V_н

Измеряется она путем взвешивания стандартного мерного сосуда объемом 5-50 дм³ без предварительного уплотнения. Размер тары выбирается исходя из наибольшей крупности частиц. В процессе испытаний сразу можно найти пустотность как отношение объема пустот ко всему объему материала. Она определяется в %. Так, насыпная плотность песка составляет 1600 кг/м³, щебня 1310-1400 кг/м³, ПГС — 1340-1500 кг/м³ (в зависимости от размера фракций). В рыхлом состоянии между частицами сохраняется некоторый объем воздуха. Пустотность песка, щебня и ПГС соответственно 30-45%, 20-50% и 30-50%.

Если убрать все поры из материала, то получится сплошной монолит. Его плотность называется истинной. Она намного больше насыпной: у песка это 2500-3000 кг/м³, щебня — 2700-3100 кг/м³, ПГС 2500-3100 кг/м³. Это величина неизменная, она необходима для вычисления пористости материала.

Истинная плотность определяется опытным путем. Сырье измельчается в порошок, затем находится его масса и объем (по объему вытесненной из сосуда воды). По формуле ρ=m/V рассчитывается удельный вес материала без пор и пустот.

Для чего используется коэффициент уплотнения

Эта безразмерная величина позволяет определить, насколько фактическая плотность отличается от насыпной или максимальной:

• при перевозке коэффициент согласовывается между заказчиком и поставщиком, отгружающим сырье из карьера, со склада или завода;
• при устройстве основания под какое-либо сооружение К_у задается проектом как отношение к максимальной плотности грунта.

Это 2 разных сценария, соответственно, расчет ведется совершенно по-разному.

Коэффициент уплотнения транспортировки К_ут

При перевозке за счет вибрации более мелкие частицы перемещаются вниз, заполняют пустоты между крупными зернами. Соответственно, объем груза уменьшается, а плотность увеличивается.

Приемка нерудных материалов, как правило, производится по объему или массе. Чтобы избежать неприятных сюрпризов при получении груза, нужно учитывать неизбежную усадку при транспортировке.

Если материалы принимаются по объему, проводится обмер поставки, то есть размер наполненной части ж/д вагона или автомобиля. Затем полученное значение умножается на коэффициент К_ут.

Поведение материала во время транспортировки и складской переработки зависит от гранулометрического состава, влажности, способности слеживаться при хранении, абразивности частиц, а также вида транспорта и климатической зоны. Согласно ГОСТ 9757-90 коэффициент уплотнения песка и других нерудных материалов должен быть согласован с изготовителем, но принимается не более 1,15, т.е. потеря объема не должна быть выше 15%. К_ут всегда больше единицы, поскольку рассчитывается как отношение первоначального объема материала к его к объему после перевозки.

Если приемка проводилась по массе, весовые единицы пересчитываются в насыпной объем делением на насыпную плотность по формуле:

V=m/ ρ_н

Пример.

Поставщиком отгружено 6 м³ песка в кузов грузового автомобиля. После доставки объем естественно уменьшился. При измерении установлено, что он равен 4,8 м³. Требуется определить, была ли недопоставка.

Умножаем 4,8 на К_ут=1,15. Получаем V=4,8х1,15=5,52 м³. Налицо недогруз 0,8 м³.

Если приемка ведется по массе, после взвешивания автомобиль с песком масса материала объемом 6 м³ (при стандартной насыпной плотности 1600 кг/м³) должна составлять m=6х1600=9600 кг.

Нормативными считаются технологические потери при перевозке железнодорожным, автомобильным или водным транспортом без перегрузок, по массе не более:

• щебня, гравия, шлака — 1,15-1,24% ;
• песка, ПГС, отсева, керамзита — 1,2-1,34%.

С перегрузками из одного транспорта в другой для всех материалов норма потерь — 1,50-1,54%. Если не хватает больше, поставщик допустил недогруз, что является уже поводом для предъявления претензии заказчиком.

Как рассчитать потребность в материалах с учетом коэффициента уплотнения

Для любых строительных работ необходимо как можно точнее определить расход материалов. Например, проводится устройство щебеночной подготовки толщиной 20 см на площади 100 кв.м.

Находим объем подушки:

0,2*100=20 м³

С учетом при укладке коэффициента уплотнения щебня 0,98 и при транспортировке 1,15 находим необходимый объем материала, который должен отпустить поставщик из карьера:

20/0,98*1,15=23,5 м³.

Учитывая стандартный объем кузова КамАЗа 6 м³ нам нужно заказать 4 машины.

Коэффициент уплотнения грунта

При устройстве оснований и фундаментов важной характеристикой является плотность грунта. Она определяет его несущую способность, поведение под нагрузкой, склонность к просадкам.

Плотность грунта зависит от минералогического состава, пористости и влажности. Самые плотные сложены из гранитных, базальтовых или кремниевых пород. Их удельный вес свыше 3000 кг/м³. Наименьшая плотность у торфяников и насыпных грунтов — не более 700-900 кг/м³.

Коэффициент уплотнения — это безразмерная величина, равная отношению фактической плотности грунта к его максимальной плотности:

К_у=ρ/ρ_max

Физический смысл К_у легко понять, если представить сначала монолитную глыбу, а затем ее в уже в измельченном, но уплотненном виде. Соотношение плотностей одного и того же вещества, но в разном состоянии, и есть коэффициент уплотнения. В отличие от К_ут, который всегда больше единицы, К_у не может быть больше 1, поскольку в числителе стоит фактическая плотность материала с порами, а в знаменателе — без воздушных пустот.

Максимальная плотность грунта: способ определения по ГОСТ 22733-2016

Испытания проводятся в лабораторных условиях с помощью специальной трамбующей установки. Суть их состоит в следующем:

1. На строительной площадке отбирается грунт естественной влажности. В образце должно быть не более 25% твердых частиц крупнее 2 мм, отсутствовать промерзание и переувлажнение.
2. В форму помещаются порции грунта, которые затем трамбуются на установке за 3 приема по 40 ударов.
3. Измеряется вес 1 л утрамбованной массы, определяется плотность.
4. Затем влажность увеличивается ступенями по 2%, проводится аналогичный цикл испытаний.
5. По результатам строится график зависимости плотности от влажности. В точке перегиба фиксируется максимальное значение ρ_max при оптимальной влажности.

Определение наибольшей плотности грунта позволяет понять, при каком значении ρ усадка под фундаментом будет наименьшей. В условиях стройплощадки максимальное значение плотности достигнуть вряд ли удастся. Поэтому вводится коэффициент, который помогает установить, насколько фактическая плотность основания приближена к максимально возможной.

К_у задается проектом. Он рассчитывается в зависимости от нагрузки и обычно составляет 0,96-0,98. Это означает, что при уплотнении грунта или песчаной подушки плотность будет чуть меньше максимальной с небольшим отклонением 2-4%.

Определение Ку в лабораториях или полевых условиях

Имея на руках проект с заданным коэффициентом уплотнения ПГС, песка или грунта, необходимо установить, соответствует ли фактическая плотность основания нужному значению. Для этого используются различные методики.

С помощью отбора проб

Этот способ наиболее точный, но не очень скоростной. Требуется участие лаборатории, поскольку на стройплощадках сложно организовать благоприятные условия для измерений.

Для опытов используются режущие кольца известного объема. Без нарушения структуры материала производится отбор проб и дальнейшее их взвешивание.

Отобранный в нескольких точках участка грунт упаковывается в герметичную тару и отправляется на исследование. После получения результатов взвешивания определяется зависимость плотности грунта от влажности и рассчитывается фактический коэффициент уплотнения в каждой точке отбора. После оценки степени подготовки грунта выносится решение о продолжении или прекращении работ по трамбовке грунта.

Динамическим плотномером (пенетромером)

Измерения применяются в качестве экспресс-метода, позволяющего оценить степень уплотнения основания в полевых условиях. Динамический плотномер представляет собой заостренный стальной стержень с ручкой и ударной площадкой. На нем подвижно закреплен груз определенной массы.

Плотномер устанавливается вертикально на основание. Затем груз поднимается и сбрасывается на ударную площадку. При этом стержень постепенно погружается в грунт. Количество ударов подсчитывается.

После того как наконечник полностью опустится ниже поверхности, по специальной таблице определяется коэффициент уплотнения. Если он меньше требуемого проектом, производится дополнительная трамбовка. Если К_у соответствует нужному значению, основание готово к дальнейшим работам.

Пенетромер

Для уплотнения используются виброплиты, ручные и автоматические трамбовки. Чем ближе коэффициент К_у к единице, тем меньше в грунте пустот, соответственно выше плотность.

Электромагнитный метод

При таком способе плотность грунта на стройплощадке сравнивается с ранее установленной в лабораторных условиях. Измерения проводятся специальным прибором, инициирующий электрическое поле. Он передает электромагнитный импульс, который проходит через грунт и фиксируется датчиком, а по изменению значения определяется плотность.

Для испытаний на участке выбирается не менее 5 точек, расположенных по принципу клеверного листа. Большую погрешность дают влажность, крупные твердые включения, неоднородность почвы. Измерения проводятся относительно долго по сравнению с другими вариантами, где результат можно получить за один сеанс.

Метод штампа

При этом способе определяется динамический модуль упругости грунта, который находится в прямой зависимости от его плотности. Прибор состоит из нагрузочной плиты, тензодатчика усилий, штанги с грузом и упругим элементом, акселерометра и электронного блока.

При сбрасывании груза на площадку он, благодаря силе упругости, возвращается в исходное положение. Параметры взаимодействия считываются и обрабатываются электронным блоком. По результатам испытаний определяется модуль упругости, деформации и нагрузка. Информация представляется в графическом или численном виде на дисплее. Плотномер может архивировать и отправлять данные в ПК, что создает предпосылки для более детальной обработки и планирования строительства.

Прямой метод замещения объема

Согласно стандарту ГОСТ 28514-90 плотность грунта может измеряться с помощью пескозагрузочного аппарата или цилиндра с резиновым баллоном. Перед испытаниями в лабораторных условиях определяется плотность песка, в опытах она будет образцом для сравнения.

Для проведения испытаний на уплотненном основании выбирается лунка диаметром 100 мм. В нее из установленного сверху пескобака засыпается песок. Объем загрузки вычисляется по шкале на баке. Далее измеряется вес вынутого грунта. При известных параметрах среды (в данном случае песка) плотность грунта рассчитывается по формуле:

ρ=m*ρ₀/m₀, где ρ₀ и m₀ — плотность и масса песка, наполняющего лунку.

В методике с резиновым баллоном в качестве среды используется вода, которая заливается внутрь аппарата. Баллон помещается в вырытую лунку, заполняется водой. По количеству потраченной воды определяется объем грунта. Далее, измерив вес пробы, можно найти искомую плотность и коэффициент уплотнения.

Этот метод можно использовать, если количество твердых крупных частиц превышает 25%. Это щебеночные и гравийные основания, а также подушки из смесей ЩПС или ПГС.

Способы увеличения плотности грунта

Характеристики грунта зависят от его состава и влажности. Если его плотность очень низкая, налицо склонность к деформациям и просадкам. Это сильносжимаемые торф, ил, сапропели, пластичные глины и т.д. В большинстве случаев они не используются в качестве оснований для строительства. Требуется повышение их прочностных свойств, которое решается различными методами:

• инъектированием закрепляющих растворов;
• термической обработкой (обжигом);
• электрохимическим способом;
• армированием;
• установкой шпунтовых ограждений;
• фильтрующей пригрузкой;
• механическими методами.

При недостаточной поверхностной плотности грунта проводится уплотнение верхнего слоя трамбовками, катками, площадочными вибраторами. Глубинное уплотнение производится с помощью устройства свай, вибрации, замачивания, направленных взрывов. При большой влажности сначала понижается уровень грунтовых вод, затем проводится предварительное обжатие.

Заключение

Коэффициент уплотнения — важный показатель, который позволяет охарактеризовать состояние материалов после различных манипуляций. При транспортировке он помогает прогнозировать уменьшение объема, а при трамбовке — изменение плотности. Показатель зависит от гранулометрического состава, пористости частиц, влажности и интенсивности механического воздействия.