Грунт, песок, глина, щебень и прочие подобные материалы, которые применяются в строительстве, могут быть, как плотными, так и сыпучими. Показатели существенно меняются с учетом климатических условий и различных воздействий. Для определения текущего параметра введена специальная величина – коэффициент уплотнения грунта. Он учитывается при возведении любых строительных объектов. Что такое коэффициент уплотнения грунта и чему он равен у разных материалов, расскажем дальше.
В каких случаях нужен коэффициент уплотнения грунтов?
Коэффициент уплотнения грунта – это технический параметр. Определяется отношением текущей плотности земли на участке и предельного показателя для породы данного типа. Коэффициент зависит от множества факторов. Например, структуры, пористости, состава и проницаемости.
Расчет коэффициента – сложная процедура, которая выполняется в лаборатории с применением высокоточного оборудования. Есть разные способы поиска коэффициента уплотнения грунта, но они сводятся к единой формуле: К = ρd/ρdmax; где К – коэффициент, ρd – отношение массы пробы цельной структуры к объему, г/куб. см; ρdmax – отношение массы пробы после упрочнения к исходному объему, г/куб. см.
На несущие свойства сыпучего материала и стойкость к воде влияет качество трамбовки. Его запас прочности повышается от 10% до 20% при росте силы воздействия всего на 1%. При некачественной трамбовке происходит просадка верхнего слоя, что способствует повреждению, деформации постройки и приводит к дорогостоящему ремонту. Поэтому перед работами нужно обязательно определить коэффициент уплотнения щебня фракции 20 40, ПГС, отсева, песка и т.д., для недопущения просадки.
Коэффициент уплотнения грунта необходимо знать для:
- закупки сырья в требуемом объеме при обустройстве грунтовых подушек, закапывании траншей и котлованов;
- правильного расчета объема бетона для возведения основания, перекрытий и других конструкций;
- проверки количества естественного нерудного ископаемого, доставленного на строительный участок;
- определения усадки почвы при установке фундамента или укладки дорожной плитки.
Коэффициент плотности грунта по ГОСТ и СНИП
Плотность – важный параметр, который используется для оценки физических свойств и пригодности породы при решении различных строительных и инженерных задач. В РФ определяется в соответствии с государственными стандартами.
Основные положения ГОСТ 22733 по плотности грунта:
- Расчет – плотность (𝜌ρ) определяется в г/куб. см или кг/куб. м, как отношение массы сырья к его объему: 𝜌=𝑚𝑉ρ=Vm, где 𝑚m – масса грунта в граммах или килограммах, 𝑉V – объем грунта, в сантиметрах или метрах кубических.
- Методы определения – лабораторные и полевые. Первые включают использование специальных приборов и оборудования для точного измерения массы и объема. Задействуется метод кольца, парафина и гидростатического взвешивания. Полевые предполагают использование плотномеров и других приборов для измерения показателей непосредственно на месте проведения работ. Применяется метод ядерного плотномера и песчаного конуса.
- Классификация – в зависимости от структуры и плотности, сырье делится на пески, глины, суглинки и т.д. Каждая категория имеет свои нормативные значения, которые используются для оценки пригодности под решение конкретных инженерных задач.
Коэффициент уплотнения глины
Глина – востребованный строительный материал. Коэффициент уплотнения такого грунта рассчитывается на примере так:
- Измерение объема образца:
- пусть радиус цилиндра 𝑟=5r=5 см, а высота ℎ=10h=10 см;
- объем: 𝑉=𝜋×(5)2×10=785.4 см3V=π×(5)2×10=785.4 куб. см.
- Измерение массы сухого образца:
- пусть масса сухой глины 𝑚𝑑=1500 md=1500 г;
- плотность сухой глины 𝜌𝑑=1500785.4=1.91 г/см3ρd=785.41500=1.91 г/куб. см.
- Определение максимальной плотности сухого материала: пусть максимальная плотность сухой породы: 𝜌𝑑𝑚𝑎𝑥=2.1 г/см3ρdmax=2.1 г/куб. см.
- Расчет коэффициента: 𝐾𝑢=1.912.1=0.91Ku=2.11.91=0.91.
Коэффициент уплотнения суглинка можно вычислить таким же способом.
Коэффициент уплотнения песка для составления правильной сметы
Коэффициент нужно знать, чтобы правильно посчитать объем песка не только при заказе, но и при получении. Также с его помощью можно установить, верное ли количество песка привезли. Нужно перемножить коэффициент уплотнения грунта с доставленным объемом и сравнить с цифрой, указанной в смете.
Коэффициент также зависит от особенностей карьера и глубины слоя:
- Верхний до 150 см – коэффициент уплотнения грунта 0,95-0,98, что это значит, мы уже разобрали.
- Нижний от 150 см без доступа подземных вод – коэффициент 0,90-0,95;
- Нижний от 150 см подтапливаемый – коэффициент 0,95.
Итоговая цифра зависит от сезона, зимой она всегда ниже. Влажный песок утрамбовывается хуже, поскольку пространство между частицами заполнено водой. Также важен зерновой состав. Например, у речного песка коэффициент будет ниже, чем у карьерного, поскольку его частицы имеют примерно одинаковые размеры.
Коэффициент уплотнения грунта важен и для земляных работ:
- Засыпка пазух – коэффициент 0,98.
- Обратная засыпка узких траншей – коэффициент уплотнения грунта 0,98.
- Засыпка котлованов – коэффициент 0,95.
- Дорожные работы – коэффициент 0,98-1.
Коэффициент меняется при разных видах трамбовки. При ручной он всегда будет ниже, чем при применении вибрационного оборудования. Важен и способ транспортировки. При доставке на автомобиле или железнодорожным транспортом, исходный объем уменьшается быстрее, чем при перевозке по воде. Если расстояние большое, дополнительно закладывается 30% к изначальному объему, т.е. на столько он может утрамбовываться. Все показатели коэффициента уплотнения грунта можно посмотреть в таблице ГОСТа.
Коэффициент уплотнения скального грунта
Коэффициент также важен и отражается в нормативах. Если порода была в отвале свыше четырех месяцев или подверглась уплотнению, учитывается фактическое разрыхление, которое определяется на месте. Также для расчета требуемого коэффициента уплотнения можно пересчитать объем несколькими способами. Они отражены в профильной литературе.
Как измеряется плотность грунта?
Изыскания проводятся в лабораториях с помощью трамбовщика. Процедура выполняется в несколько этапов:
- Забор пробы на строительном участке – почва должна быть обычной влажности и включать не более 25% частиц от 2 мм в размере. Нельзя задействовать мерзлую или слишком влажную породу.
- Помещение пробы в форму, где будет выполняться упрочнение.
- Трамбовка в три подхода по сорок ударов – берется во внимание вес 1 л обработанного сырья и рассчитывается плотность.
- Постепенное увеличение влажности – до 2% за 1 шаг и повторение операции.
- Построение графика зависимости плотности породы от влажности.
Измерение с помощью динамического пенетрометра
Распространенный способ, основанный на силе реакционного сопротивления при введении в почву наконечника пенетрометра под нагрузкой. Особенности процедуры зависят от вида устройства:
- Тип В-1 – плотность оценивается величиной удельного сопротивления пенетрации. Определяется расчетом по размеру усилия при вводе наконечника и отклонении индикаторной стрелки из-за воздействия на динамометрическое кольцо.
- Тип S086 – используется для проведения изысканий с глиной. Отличие в наконечнике – применяется конусовидная модель, которая позволяет дополнительно измерить коэффициент прочности.
- Тип Д-51 – отличается методом проведения испытаний. В породу погружается зонд под действием ударов груза с постоянным весом.
Каждый из перечисленных приборов имеет недостатки, поэтому с их помощью невозможно определить коэффициент уплотнения грунта без погрешностей. Точный анализ выполняется только в лаборатории.
Измерение с помощью штампа
Замеряется модуль упругости, на основе которого выявляется и плотность. Используется устройство, в конструкции которого есть плита, акселерометр, штанга с нагрузкой и тензодатчик. Груз ударяется о плоскость и затем поднимается в начальное положение. Выявленные показатели отражаются, как в чистой форме, так и в графической. Так вычисляется деформация и упругость.
Как поднять коэффициент относительного уплотнения грунта?
Не в каждом случае почва на строительном участке отвечает нужным требованиям по нагрузке. Значит нужно уплотнить ПГС следующими способами:
- с помощью укрепляющих составов;
- посредством термической обработки;
- монтаж шпунтовых ограждений или армирование.
Если коэффициент уплотнения грунта недостаточный в верхнем слое, уплотнение проводится трамбовкой. Применяются вибраторы или катки. Для глубинной обработки производится направленный взрыв и замачивание. Еще один способ – установка свай.
Какое оборудование использовать
На крупных строительных участках применяются установки с усиленной виброплитой. При обустройстве небольшого фундамента или каменной дорожки, мастера предпочитают ручное оборудование. Например, трамбовщик из бруса. Его делают из доступных материалов. Для рычага используется деревянная заготовка с сечением 100-150 мм. Также задействуется стальная площадка толщиной более 2 мм, небольшой брусок круглого сечения, клей и саморезы для сборки конструкции.
При строительстве зданий в несколько этажей применяется бетонная плита. Она поднимается с помощью подъемного крана на 2 метра, после чего сбрасывается на рабочую поверхность. Установка эффективная для упрочнения на большую глубину. Процедура повторяется до получения проектного коэффициента уплотнения грунта СП для конкретной площадки.
Дополнительный способ обработки – с помощью большого количества воды и насыпи. Жидкостью заливается площадка до образования луж. После ее схода сформируется плотная подушка под будущее строительство.