Методы и средства контроля качества уплотнения дорожного земляного полотна‚ щебеночного основания и асфальтобетонного покрытия. Что такое коэффициент уплотнения Таблица уплотнения грунта

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Справочное

Элементы земляного полотна

Верхняя часть земляного полотна (рабочий слой) - часть полотна, располагающаяся в пределах земляного полотна от низа дорожной одежды на 2/3 глубины промерзания, но не менее 1,5 м от поверхности покрытия проезжей части.

Основание насыпи - массив грунта в условиях естественного залегания, располагающийся ниже насыпного слоя, а при низких насыпях - и ниже границы рабочего слоя.

Основание выемки - массив грунта ниже границы рабочего слоя.

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

Справочное

Коэффициент уплотнения грунта

Коэффициент уплотнения грунта - отношение плотности скелета грунта в конструкции к максимальной плотности скелета того же грунта при стандартном уплотнении по ГОСТ 22733-77.

ПРИЛОЖЕНИЕ 5

Справочное

Типы болот

Следует различать три типа болот:

I - заполненные болотными грунтами, прочность которых в природном состоянии обеспечивает возможность возведения насыпи высотой до 3 м без возникновения процесса бокового выдавливания слабого грунта;

ПРИЛОЖЕНИЕ 6

Справочное

Стабильные и нестабильные слои насыпи

Стабильные слои насыпи - слои, сооружаемые из талых или сыпучемерзлых грунтов, плотность которых в насыпи соответствует нормам табл. 22.

Нестабильные слои насыпи - слои из мерзлых или талых переувлажненных грунтов, которые в насыпи имеют плотность, не отвечающую нормам табл. 22, вследствие чего при оттаивании или длительном действии нагрузок могут возникать деформации слоя.

ПРИЛОЖЕНИЕ 7

Основной этап строительства ленточного фундамента завершен – бетон затвердел на 100%. В ходе работы образовались просветы в пазухах, а также свободное пространство присутствует и в котлованах. Основание должно быть плотным, поэтому после полного высыхания производится обратная засыпка фундамента. В начале эта задача может показаться простой, но на деле нам снова понадобятся расчеты и обращение к нормативному документу по строительству СНиП. Наша задача – облегчить вам процесс и объяснить простыми словами, как выполняется засыпка, что нужно для уплотнения, и какой должен быть коэффициент плотности.

Правильно выполненная работа гарантирует, что плиты основания не будут проседать или подниматься, отсыревать или смещаться под напором грунта. На строительных форумах можно найти массу тем, где люди спорят, какой материал лучше подходит для уплотнения. Мы рекомендуем учитывать коэффициент и следовать правилам и нормам СНиП.

Из СНиП можно взять три пункта и объединить их в одно целое. Составители СНиП говорят нам, что грунт, который был извлечен из траншеи основания, лучше всего подойдет для обратной засыпка. Из этой формулировки можно понять, что нам не рекомендуют брать для засыпки смеси песка с гравием. В любом случае, существуют исключения, когда песок будет единственным верным решением – случается это крайне редко. Указания из СНиП помогут сэкономить, ведь вы сразу же утилизируете извлеченную землю.

Чтобы понять, какими пунктами из СНиП вам нужно руководствоваться, необходимо провести консультацию с профессионалами. Если вы заказывали проект, то в нем уже есть информация о том, как выполнять засыпку ленточного, свайного или столбчатого основания. Мы же разберем суть процесса, а также расскажем про основные цифры, которые понадобятся для правильного строительства.

Теория и коэффициенты

В СНиП сказано, что обратная засыпка должна засыпаться тем же грунтом, но если без песка не обойтись, то тогда его коэффициент уплотнения должен соответствовать этому показателя первоначальной почвы. Чтобы сделать засыпку правильно, необходимо знать плотность грунта. Идеальный коэффициент влажности и плотности составляет 0,95. Устанавливают этот показатель геодезические службы, которые работают в каждом районе. Вам не нужно будет их нанимать, что бы они сообщили коэффициент. У них уже есть данные, ведь на вашем участке скорее всего уже проводились строительные работы.

Чтобы процесс уплотнения был выполнен правильно, показатель влажности грунта должен быть оптимальным. Если вы узнала, что влажность грунта на вашем участке не соответствует требуемой, вам придется провести увлажнение. Следующим шагом будет трамбовка.

Существует несколько основных показателей, с помощью которых можно определить влажность и степень уплотнения грунта:

• показатель влажности для тяжелого грунта составляет 16-23%, при этом коэффициент переувлажнения и уплотнения здесь будет 1,05%;
• влажность легких и тяжелых пылеватых видов почвы, а также для легких суглинок составляет 12-17%, коэффициент уплотнения – 1,15;
• для легких песков с крупной фракцией, а также для пылеватого песка показатель влажности будет находиться в пределах 8-12%, при этом коэффициент уплотнения составит 1,35%;
• легкие и пылеватые супеси имеют показатель влажности в 9-15% - это оптимальный показатель, степень переувлажнения и уплотнения грунта составляет 1,25%.

Эти данные из СНиП общие. Что касается точных показателей, то их можно получить только путем лабораторного анализа. Если информации по вашему участку нет, то нужно обратиться к работникам геодезической службы. После взятие пробы грунта, его сравнивают с нормами из СНиП. Если в почве наблюдается избыточная влажность, ее осушают. Если коэффициент влажности слишком мал, то необходимо выполнить смачивание грунта.

ВАЖНО! Увлажнение грунта не может быть выполнено обычной водой, для этих целей используют цементное или глиняное молоко. В сети можно легко найти пропорции для изготовления такого «молока», но мы рекомендуем воспользоваться нашим рецептом.

Готовить цементное молоко нужно следующим образом:

1. В воду помещается небольшая горстка цемента. Воду и цемент нужно размешать до однородной массы.
2. По своей текучести и вязкости молоко не должно отличаться от обычной воды.
3. У раствора должен быть мутно-белый цвет, отсюда и название – цементное молоко.

Что потребуется для работы?

Чаще всего обратная засыпка фундамента выполняется глиной, которая в строительных документах именуется грунтом 2-ой категории. Обычная почва здесь в не подойдет, также не стоит брать для этой цели чернозем. Песчано-гравийная смесь, щебень или обычный песок не подойдут для засыпки пазух. Причина заключается в том, что эти материалы обладают слабой гидроизоляцией, как результат, устойчивость фундамент снизится.

Что касается засыпки и уплотнения щебнем или песком, то она используется на участках, где уровень грунтовых вод слишком высок для обычной глины. При помощи песка можно сделать дренаж фундамента будущей постройки. Также песком можно засыпать основание в том случае, если водопроницаемости почвы на участке, где ведется строительство, не ниже, чем у песка.

Засыпка котлована

Когда выбраны подходящие материалы и определен примерный план работ, остается только поместить наполнитель в котлован и пазухи. Чтобы работа была выполнена качественно, необходимо учитывать следующие моменты:

• После засыпки обязательным пунктом будет качественная трамбовка грунта. Разумеется, что лучше всего с этой работой справятся механические инструменты. Вам стоит задуматься о покупке или аренде виброплиты или специального инструмента для трамбовки. На отбойные молотки продают насадки для трамбовки.
• Проверьте, чтобы глина, которая будет использована для засыпки, не была слишком сухой или влажной. В некоторых случаях глину приходится разбавлять или наоборот сушить.
• Когда засыпка пазух и котлована полностью завершена, необходимо положить отмостку по всему периметру основания. Этот элемент используется для того, чтоб поверхностные воды не разрушили конструкцию.

Засыпка пазух

После строительства фундамента остаются инженерные сооружения, которые тоже необходимо засыпать. Выполняется эта работа для того, чтобы основание дома было максимально прочным и устойчивым. Засыпка траншеи выполняется по следующей схеме:

1. На дно траншеи необходимо положить слой щебня в пределах 10-15 см. Поверх нужно засыпать траншею песком слоем в 30-40 см. Выполнять эти работы нужно до монтажа трубопровода. Поверх песочной подушки необходимо заранее положить плиты под колодцы, которые понадобятся при монтаже трубопровода.
2. Когда песчаная подушка уже утрамбована в траншею, можно начинать монтаж трубопровода. Рекомендуем сразу ставить в конструкцию регулирующую и запорную арматуру.
3. Следующий шаг – изготовление шахт колодцев. Эти элементы лучше всего делать из бетонных колец или стандартной кирпичной кладки.
4. Засыпать траншею можно только после полной проверки качества монтажа колодец. Вам нужно будет насыпать слой песка в 30-40 см поверх трубы. Подушку можно трамбовать с помощью спецтехники или своими руками.
5. Далее в траншею до полного заполнения сливают грунт, очищенный от органики. Он должен идти слоями по 50-70 см.
6. Финальный этап – это засыпка грунта поверх контура. В итоге должен получиться 20-сантиметровый «холм», который выступает поверх земли. О нем можно не переживать, ведь уже осенью грунтовый холм уйдет вниз.

rfund.ru

таблица снип, при трамбовке, при обратной засыпке и гост 7394 85

Коэффициент уплотнения необходимо определять и учитывать не только в узконаправленных сферах строительства. Специалисты и обычные рабочие, выполняющие стандартные процедуры использования песка, постоянно сталкиваются с необходимостью определения коэффициента.

Коэффициент уплотнения активно используется для определения объема сыпучих материалов, в частности песка,но тоже относится и к гравию, грунту. Самый точный метод определения уплотнения – это весовой способ.

Широкое практическое применение не обрел из-за труднодоступности оборудования для взвешивания больших объемов материала или отсутствия достаточно точных показателей. Альтернативный вариант вывода коэффициента – объемный учет.

Единственный его недостаток заключается в необходимости определения уплотнения на разных стадиях. Так рассчитывается коэффициент сразу после добычи, при складировании, при перевозке (актуально для автотранспортных доставок) и непосредственно у конечного потребителя.

Факторы и свойства

Коэффициент уплотнения – это зависимость плотности, то есть массы определенного объема, контролируемого образца к эталонному стандарту.

Эталонные показатели плотности выводятся в лабораторных условиях. Характеристика необходима для проведения оценочных работ о качестве выполненного заказа и соответствии требованиям.

Для определения качества материала используются нормативные документы, в которых прописано эталонные значения. Большинство предписаний можно найти в ГОСТ 8736-93, ГОСТ 7394-85 и 25100-95 и СНиП 2.05.02-85. Дополнительно может оговариваться в проектной документации.

В большинстве случаев коэффициент уплотнения составляет 0,95-0,98 от нормативного значения.

«Скелет» - это твердая структура, которая имеет некоторые параметры рыхлости и влажности. Объемный вес обычно рассчитывается на основании взаимозависимости массы твердых частиц в песке, и той, которую бы приобрела смесь, если бы вода занимала всё пространство грунта.

Лучшим выходом для определения плотности карьерного, речного, строительного песка является проведение лабораторных исследований на основании нескольких проб взятых у песка. При обследовании грунт поэтапно уплотняют и добавляют влагу, это продолжается до достижения нормированного уровня влажности.

После достижения максимальной плотности определяется коэффициент.

Коэффициент относительного уплотнения

Выполняя многочисленные процедуры по добыванию, транспортировке, хранению, очевидно, что насыпная плотность несколько меняется. Это связано с трамбовкой песка при перевозке, длительное нахождение на складе, впитывание влаги, изменение уровня рыхлости материала, величины зерен.

В большинстве случаев проще обойтись относительным коэффициентом – это отношение между плотностью «скелета» после добычи или нахождения на складе к той, которую он приобретает доходя до конечного потребителя.

Зная норму какой характеризуется плотность при добыче, указывается производителем, можно без проведения постоянных обследований определять конечный коэффициент грунта.

Информация об этом параметре должна быть указана в технической, проектной документации. Определяется путем расчетов и соотношения начальных и конечных показателей.

Такой метод подразумевает регулярные поставки от одного производителя и отсутствие изменений в каких-либо переменных. То есть транспортировка происходит одинаковым методом, карьер не изменил свои качественные показатели, длительность пребывания на складе приблизительно одинаковая и т.д.

Для выполнения расчетов необходимо учитывать такие параметры:

• характеристики песка, основными считаются прочность частиц на сжатие, величина зерна, слеживаемость;
• определение максимальной плотности материала в лабораторных условиях при добавлении необходимого количества влаги;
• насыпной вес материала, то есть плотность в естественной среде расположения;
• тип и условия транспортировки. Наиболее сильная утряска у автомобильного и железнодорожного транспорта. Песок менее подвергается уплотнению при морских доставках;
• погодные условия при перевозке грунта. Нужно учитывать влажности и вероятность воздействия со стороны минусовых температур.

Во время добычи

В зависимости от типа котлована, уровня добычи песка, его плотность также изменяется. При этом важное значение играет климатическая зона, в который проводятся работы по добыче ресурса. Документами определяется следующие коэффициенты в зависимости от слоя и региона добычи песка.

В дальнейшем на этом основании можно рассчитать плотность, но нужно учесть все воздействия на грунт, которые меняют его плотность в одном или другом направлении.

При трамбовке и обратной засыпке

Обратная засыпка – это процесс заполнения котлована, предварительно вырытого, после возведения необходимых строений или проведения определенных работ. Обычно засыпается грунтом, но кварцевый песок используется также часто.

Трамбовка считается необходимым процессом при этом действии, так как позволяет вернуть прочность покрытию.

Для выполнения процедуры необходимо иметь специальное оборудование. Обычно используется ударные механизмы или те, что создают давление.

В строительстве активно применяются виброштамп и вибрационная плита различного веса и мощности.

Коэффициент уплотнения также зависит от трамбовки, она выражена в виде пропорции. Это необходимо учитывать, так как при увеличении уплотнения одновременно уменьшается объемная площадь песка.

Стоит учитывать, что все виды механического, наружного уплотнения способны воздействовать только на верхний слой материала.

Основные виды и способы уплотнения и их влияние на верхние слои грунта представлены в таблице.

Для определения объема материала для засыпки необходимо учесть относительный коэффициент уплотнения. Это связано с изменением физических свойств котлована после вырывания песка.

При заливке фундамента необходимо знать правильные пропорции песка и цемента. Перейдя по ссылке ознакомитесь с пропорциями цемента и песка для фундамента.

Цемент является специальным сыпучим материалом, который по своему составу представляет минеральной порошок. Тут о различных марках цемента и их применении.

При помощи штукатурки увеличивают толщину стен, из за чего увеличивается их прочность. Здесь узнаете, сколько сохнет штукатурка.

Извлекая карьерный песок тело карьера становится более рыхлым и поэтапно плотность может несколько уменьшаться. Необходимо проводить периодические проверки плотности с помощью лаборатории, особенно при изменении состава или расположения песка.

Более подробно о уплотнении песка при обратной засыпке смотрите на видео:

При транспортировке

Транспортировка сыпучих материалов имеет некоторые особенности, так как вес достаточно большой и наблюдается изменение плотности ресурсов.

В основном песок транспортируют при помощи автомобильного и железнодорожного транспорта, а они вызывают встряхивание груза.

Перевозка автомобилем

Постоянные вибрационные удары на материалы воздействуют на него подобно уплотнению от виброплиты. Так постоянное встряхивание груза, возможное воздействие дождя, снега или минусовых температур, увеличенное давление на нижний слой песка – все это приводит к уплотнению материала.

Причем длина маршрута доставки имеет прямую пропорцию с уплотнением, пока песок не дойдет до максимально возможной плотности.

Морские доставки меньше подвержены влиянию вибраций, поэтому песок сохраняет больший уровень рыхлости, но некоторая, небольшая усадка все равно наблюдается.

Для расчета количества строительного материала необходимо относительный коэффициент уплотнения, который выводится индивидуально и зависит от плотности в начальной и конечной точке, умножить на требуемый объем, внесенный в проект.

В условиях лаборатории

Необходимо взять песок из аналитического запаса, порядка 30 г. Просеять сквозь сито с решеткой в 5 мм и высушить материал до приобретения постоянного значения веса. Приводят песок к комнатной температуре. Сухой песок следует перемешать и разделить на 2 равные части.

Далее необходимо взвесить пикнометр и заполнить 2 образца песком. Далее в таком же количестве добавить в отдельный пикнометр дисциллированной воды, приблизительно 2/3 всего объема и снова взвесить. Содержимое перемешивается и укладывается в песчаную ванну с небольшим наклоном.

Для удаления воздуха необходимо прокипятить содержимое 15-20 минут. Теперь необходимо охладить до комнатной температуры пикнометр и отереть. Далее доливают до отметки дисциллированной воды и взвешивают.

P = ((m – m1)*Pв) / m-m1+m2-m3, где:

• m – масса пикнометра при заполнении песком, г;
• m1 – вес пустого пикнометра, г;
• m2 – масса с дисциллированной водой, г;
• m3 – вес пикнометра с добавлением дисциллированной воды и песка, при этом после избавления от пузырьков воздуха
• Pв – плотность воды

При этом проводится несколько замеров, исходя из количества предоставленных проб на проверку. Результаты не должны быть с расхождением более 0,02 г/см3. В случае большого расхода полученных данных выводится средне арифметическое число.

Смета и подсчеты материалов, их коэффициентов – это основная составляющая часть строительства любых объектов, так как помогает понять количество необходимого материала, а соответственно затраты.

Для правильного составления сметы необходимо знать плотность песка, для этого используется информация предоставленная производителем, на основании обследований и относительный коэффициент уплотнения при доставке.

Из-за чего изменяется уровень уплотнения

Песок проходит через трамбовку, не обязательно специальную, возможно в процессе перемещения. Посчитать количество материала полученного на выходе достаточно сложно, учитывая все переменные показатели. Для точного расчета необходимо знать все воздействия и манипуляции, проведенные с песком.

Конечный коэффициент уплотнения зависит от разнообразных факторов:

• способ перевозки, чем больше механических соприкосновений с неровностями, тем сильнее уплотнение;
• длительность маршрута, информация доступна для потребителя;
• наличие повреждений со стороны механических воздействий;
• количество примесей. В любом случае посторонние компоненты в песке придают ему больший или меньший вес. Чем чище песок, тем ближе значение плотности к эталонному;
• количество попавшей влаги.

Сразу после приобретения партии песка, его следует проверить.

Нужно взять пробы:

• для партии менее 350 т – 10 проб;
• для партии 350-700 т – 10-15 проб;
• при заказе выше 700 т – 20 проб.

Полученные пробы отнести в исследовательское учреждение для проведения обследований и сравнения качества с нормативными документами.

Заключение

Необходимая плотность сильно зависит от типа работ. В основном уплотнение необходимо для формирования фундамента, обратной засыпки траншей, создания подушки под дорожное полотно и т.д. Необходимо учитывать качество трамбовки, каждый вид работы имеет различные требования к уплотнению.

В строительстве автомобильных дорог часто используется каток, в труднодоступных для транспорта местах используется виброплита различной мощности.

Так для определения конечного количества материала нужно закладывать коэффициент уплотнения на поверхности при трамбовке, данное отношение указывается производителем трамбовочного оборудования.

Всегда учитывается относительный показатель коэффициента плотности, так как грунт и песок склонны менять свои показатели исходя из уровня влажности, типа песка, фракции и других показателей.

strmaterials.com

Коэффициент на уплотнение и потери при засыпке котлована

При использовании расценки ТЕР 01-02-061-01 "Засыпка вручную траншей, пазух котлованов и ям, группа грунтов: 1" возможно ли использовать коэффициент уплотнения песка и коэффициент на потери? Было письмо Минрегиона от 18 августа 2009 № 26720-ИП/08. Оно еще действует? И относится ли оно к ТЕР 01-02-061-01?

1. В составе работ норм (расценок) табл. 01-02-061 "Засыпка вручную траншей, пазух котлованов и ям" Сборника ГЭСН (ФЕР, ТЕР)-2001-01 "Земляные работы" говорится о засыпке вручную траншей, пазух котлованов и ям ранее выброшенным грунтом (а не песком) с разбивкой комьев и трамбованием. Единица измерения в нормах (расценках) - 100 м3 грунта. Учитывая гот факт, что в составе работ учтено трамбование, а также то, что в составе работ и названии таблицы 1 § Е2-1-58 Сборника Е2 "Земляные работы" четко записано, что нормы времени и расценки даются на 1 м3 грунта по обмеру в засыпке, можно сделать однозначный вывод о том, что затраты в нормах (расценках) 01-02-061 даются на 100 м3 грунта в плотном теле.

Если же Вы для засыпки используете песок, то при составлении локальной сметы в дополнение к расценке ТЕР 01-02-061-01 нужно учесть стоимость песка. Так как в норме (расценке) ТЕР 01-02-061-01 учтен грунт в плотном теле, а песок завозят на строительную площадку в разрыхленном состоянии, то расход песка должен быть принят с учетом коэффициентов уплотнения 1,12 или 1,18 согласно п. 2.1.13. Технической части Сборника ГЭСН-2001-01 (ред. 2008-2009 г.г.).

По поводу учета потерь песка при засыпке траншей и котлованов вручную, можно сказать, что в п. 1.1.9. Технической части Сборника ГЭСН-2001-01 (ред. 2008-2009 г.г.) приведена цифра потерь в 1,5% при обратной засыпке траншей и котлованов, но при перемещении грунта бульдозером. Применять указанный процент потерь песка при засыпке траншей и пазух котлованов вручную оснований нет.

Комментарий редакции к письму Минрегиона:

По первому абзацу данного письма о норме 01-02-033-1 "Засыпка пазух котлованов спецсооружений дренирующим песком" Сборника ГЭСН-2001-01 "Земляные работы" (ред. 2008-2009 г.г.) сообщаем, что письмо относится к норме 01-02-033-1 и к остальным нормам, в том числе к нормам табл. 01-02-061-01, отношения не имеет. Письмом Минрегиона применение повышающих коэффициентов расхода материалов не предусмотрено. Разработчики нормы подтвердили, что единица измерения - 10м3 песка в плотном геле. В составе материалов нормы 01-02-033-1 учтен "Песок для строительных работ природный", который на практике доставляется на строительную площадку в разрыхленном состоянии. Налицо явная ошибка. При использовании данной нормы объем песка должен быть принят с учетом коэффициентов уплотнения 1,12 или 1,18 согласно п. 2.1.13. Технической части Сборника ГЭСН-2001-01 (ред. 2008-2009 г.г.).

Во втором абзаце приведенного письма Минрегиона сказано, что при засыпке траншей и пазух котлованов непросадочными материалами (песок, ПГС, щебень) коэффициент к расходу материалов не применяется, что также является ошибкой. Следует отметить, что данная ошибка исправлена письмом от 17.06.2010 № 2996-08/ИП (извлечения из указанного письма приведены ниже):

Если соответствующими действующими нормативными документами предусмотрено, что засыпка траншей, проходящих под автомобильными дорогами, проездами, тротуарами должна выполняться на всю ее глубину малосжимаемыми местными материалами (песок, гравий, щебень, ПГС) с послойным уплотнением, то объем (расход) указанных материалов определяется по проектным данным в уплотненном состоянии.

smetnoedelo.ru

Коэффициент относительного уплотнения грунта

Подготавливаясь к строительным или дорожным работам, осуществляются различные действия по выявлению характеристик почвы, грунта и важным параметром является коэффициент уплотнения грунта. Выполнение специальных задач для выявления характеристик земли позволяет точно определить технические данные и показатели территории обработки для выполнения соответствующих строительных и дорожных работ. Какой коэффициент уплотнения грунта должен быть для конкретного вида земельных работ? Для этих целей используются специальные расчётные нормативы, регламентные положения и стандарты надзорных ведомств.

Определение по техническим стандартам

Коэффициент уплотнения грунта является условным безразмерным показателем или величиной, который по своей сути ведёт отсчёт из реального соотношения данных плотности имеющегося вещества\ к плотности почвы max(условный показатель максимума грунта). Если мы посмотрим на землю, как на объективный тип материала, то заметим, что его структура имеет микроскопические видимые и невидимые поры, заполненные естественным воздухом или обработанный влагой. Учитывая закон уплотнения сжимаемости грунта, в процессе выработки пор становится очень много, и рыхлость является основным показателем, где общая насыпная характеристика плотности будет значительно меньшим показателем, чем коэффициент уплотнения грунта в утрамбованном виде. Этот важнейший параметр необходимо учитывать при возведении земляных подушек под основание фундамента объекта, а также при проведении дорожных работ. Если не производить трамбовку почвы, то в будущем имеет место появления риска усадки здания, дефектов на готовом дорожном полотне.

Ниже приведена таблица, исходя из которой, можно оперировать данными при расчёте коэффициента уплотнения грунта по таблице СНИП.

«При проведении расчёта и определения уплотнения коэффициента грунта, нужно помнить, что для насыпной категории плотность будет меньше, чем для аналогичных характеристик утрамбованной почвы.»

Методика расчёта

При проведении строительных работ не следует избегать данных параметров, особенно для подготовки песчаной или земляной подушки под основание строящегося объекта. Непосредственный параметр коэффициент уплотнения грунта будет фиксирован в диапазоне расчёта от 0 до коэффициента 1, например, для подготовки бетонного типа фундамента, показатель должен быть >0,98 коэффициентного балла от расчётной нагрузки.

Для каждой категории земляного полотна имеется свой уникальный показатель определения коэффициента уплотнения грунта по ГОСТ исходя из оптимальных характеристик влажности материала, в результате которого можно добиться максимальных характеристик уплотнения. Для более точных определений данных используется лабораторный метод расчёта, поэтому, каждая строительная или дорожная компания в обязательном порядке должны иметь собственную лабораторию.

Реальная методика, позволяющая ответить на вопрос как рассчитать коэффициент уплотнения грунта измеряется только после того, как будет произведена процедура трамбовки прямо на месте. Специалисты и эксперты в области строительства называют данный метод, как система режущих колец. Попробуем разобраться, как определить коэффициент уплотнения грунта по данному методу.

• В землю забивается определённого диаметра лабораторное кольцо из металла и ведомой длины сердечник;
• Внутри кольца фиксируется материал, который потом взвешивается на весах;
• Далее высчитываем массу используемого кольца, и перед нами имеется масса готового материала для расчёта;
• Далее имеющийся показатель разделим на известный объем металлического кольца - в результате имеем фиксированную плотность материала;
• Делим фиксированную плотность вещества на табличный показатель максимальной плотности.
• В итоге имеем готовый результат стандартного уплотнение грунта ГОСТ 22733-2002.

В принципе, это и есть стандартный метод расчёта, который используется строителями и дорожниками при выявлении коэффициента относительного уплотнения грунта согласно общепринятым нормам и стандартам по расчёту.

Технические регламенты и стандарты

Стандартный закон уплотнения грунта мы знаем еще со времён школьной парты, но данную методику используют только при проведении производственных работ в строительной и дорожной сфере. В 2013-2014 годах произошла актуализация данных расчёта по СНиП, где уплотнение грунта ЕНИР указано в соответствующих пунктах регламентного положения 3.02.01-87, а также в части методики применения для производственных целей СП 45.13330.2012.

Типологии определения характеристик материала

Коэффициент уплотнения грунта предусматривает применение нескольких типологий, главной целью которых является формирование окончательной процедуры технологического вывода кислорода из каждых слоёв почвы, учитывая соответствующую глубину трамбовки. Так, для выявления коэффициента уплотнения грунта при обратной засыпке используют как поверхностный метод расчёта, так и универсальную глубинную систему исследования. Эксперт при выборе методики расчёта должен определить первоначальный характер почвы, а также конечную цель трамбовки. Реальный коэффициент динамичности при ударном уплотнении грунтов может быть определён при помощи использования специальной техники, например - пневматический тип катка. Общая типология метода определения параметров вещества определяется следующими методами:

• Статический;
• Вибрационный вариант;
• Технологически ударный метод;
• Комбинированная система.

Зачем нужно определять коэффициент уплотнения почвы?

Частично некоторые из вышеперечисленных методик используется в частном домостроении, но как показывает практика, необходимо обратиться к специалистам, чтобы можно было избежать ошибок при возведении фундамента. Высокая нагрузка несущих конструкций на некачественную трамбовку материала может со временем вылиться в серьёзную проблему, например, усадка дома будет иметь существенный характер, что приведёт к неминуемому разрушению строения.

В промышленных масштабах трамбовка является обязательным условием, и лабораторная методика определения параметров коэффициентов для уплотнения вещества является необходимым условием соблюдения технического задания и паспорта объекта строительства или дорожного полотна. Помните одну простую вещь, если вы используете в производственном цикле земляной материал, то лучшим вариантом будет применение материала с наивысшими показателями максимальной плотности вещества.

Есть еще один существенный момент, который влияет на расчёты, это географическая привязка. В данном случае необходимо учитывать характер почвы местности исходя из данных геологии, а также рассматривая погодные и сезонные характеристики поведения почвы.

Дата публикации:

Сентябрь 12, 2017

похожие статьи

ospetstehniki.ru

ТР 145-03 «Технические рекомендации по производству земляных работ в дорожном строительстве при устройстве подземных инженерных сетей при обратной засыпке котлованов, траншей, пазух»

ПРАВИТЕЛЬСТВО МОСКВЫ

КОМПЛЕКС АРХИТЕКТУРЫ, СТРОИТЕЛЬСТВА, РАЗВИТИЯ И РЕКОНСТРУКЦИИ ГОРОДА ГУП «НИИМосстрой»

Москва- 2004

«Технические рекомендации по производству земляных работ в дорожном строительстве при обратной засыпке котлованов, траншей, пазух разработаны кандидатами технических наук Л.В. Городецкий, Р.И. Бега, ведущим инженером В.Ф. Деминым, (лаборатория дорожного строительства ГУП «НИИМосстрой»), Л.И. Зинченко (ООО «Оптим инжиниринг»).

Технические рекомендации распространяются на производство земляных работ при строительстве магистральных и внутриквартальных дорог, при устройстве подземных инженерных сетей в г. Москве, а также на работы при обратной засыпке котлованов, траншей, пазух и др.

2.1. УСТРОЙСТВО НАСЫПЕЙ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА ДОРОГ

2.1.1. Грунты, применяемые для возведения насыпей, должны обеспечивать прочность и устойчивость земляного полотна дорожной одежды.

2.1.2. Для возведения насыпей должны применяться грунты, состояние которых под влиянием природных факторов практически не изменяется или изменяется незначительно и не влияет на прочность и устойчивость земляного полотна. К ним следует отнести применяемые в г. Москве песчаные грунты, за исключением мелких недренирующих и пылеватых песков, (табл. 2.1) и супеси легкие крупные (табл. 2.2).

2.1.3. Глинистые грунты допускается применять для отсыпки нижней части насыпи. Они подразделяются на виды и разновидности с учетом их зернового состава и пластичности (см. табл. 2.2). В случае расхождения вида грунта, устанавливаемого по содержанию песчаных частиц и по числу пластичности, следует принимать наименование грунта, соответствующее числу пластичности.

2.1.4. Верхнюю часть земляного полотна на 1,2 м от поверхности цементобетонного покрытия и на 1,0 м от поверхности асфальтобетонного покрытия следует сооружать из непучинистых или слабопучинистых грунтов (песчаные и легкие супесчаные грунты).

При отсутствии таких грунтов необходимо производить укрепление верхнего слоя грунта земляного полотна или устраивать морозозащитные слои.

2.1.5. При возведении насыпей из неоднородных грунтов отсыпка должна производиться послойно в следующем порядке: менее дренирующие грунты укладываются в нижнюю часть насыпи, более дренирующие в верхние слои. В отдельных случаях для защиты насыпи от воздействия грунтовых вод в нижней её части устраиваются отдельные слои из хорошо дренирующих грунтов или укладываются водонепроницаемые материалы.

Таблица 2.1

Таблица 2.2

х) Для супесей легких крупных учитывается содержание частиц размером 2 - 0,25 мм.

2.1.6. Влажность песчаных и глинистых грунтов, укладываемых в насыпь и подлежащих уплотнению, должна быть оптимальной (Wo) или близкой к ней. Если естественная влажность применяемых глинистых грунтов окажется ниже 0,9 Wo и песков менее 4 %, необходимо производить увлажнение их до получения оптимальной влажности.

2.1.7. Максимальная допустимая влажность грунтов (Wпр.), применяемых для устройства насыпи, при которой будет обеспечена требуемая плотность, может быть определена по формуле:

Wпр. = Ку · Wo,

где Ку - коэффициент «переувлажнения» принимаемый по табл. 2.3;

Wo - оптимальная влажность в % для данного грунта.

Таблица 2.3

2.1.8. Для устройства насыпей могут быть применены также отходы промышленных предприятий (шлаки, горелые формовочные земли, золошлаковые смеси). Слои насыпи, в которые могут укладываться отходы, зависят от их состава, местных условий и определяются проектом.

2.2. Обратная засыпка траншей и котлованов.

2.2.1. Обратные засыпки выполняются из глинистых, песчаных и крупнообломочных грунтов. Могут применяться отходы промышленности (шлаки, золы, щебень).

Грунты обратных засыпок условно подразделяются на связные (содержание глинистых частиц более 12 %), малосвязные (4 - 11 %) и несвязные (менее 3 %).

2.2.2. Выбор вида грунта для засыпки траншей производится в зависимости от расположения траншей на городской территории:

Засыпка траншей в пределах проезжей части дорог с усовершенствованными покрытиями капитального типа должна выполняться из песчаных или крупнообломочных грунтов;

Засыпка траншей, расположенных вне проезжей части (на газонах, скверах), производится грунтами, вынутыми из траншей, или другими местными грунтами (связными или малосвязными), не содержащими древесных остатков и гниющих включений.

При наличии указанных грунтов на месте строительства следует отдавать предпочтение песчаным, гравийным и щебеночным грунтам.

2.2.3. Оценка строительных свойств грунтов производится по их основным физико-механическим характеристикам, указанным в табл. 2.4.

2.2.4 Местные суглинистые грунты труднее поддаются уплотнению по сравнению с песчаными и крупнообломочными грунтами, но после уплотнения при оптимальной влажности обладают одинаковой величиной морозных деформаций с окружающим грунтом и достаточной несущей способностью.

2.2.5. Применение для обратных засыпок пылеватых грунтов нежелательно, так как вследствие плохой уплотняемости они имеют низкую плотность и при промерзании склонны к пучению.

2.2.6. Песчаные и глинистые грунты с повышенным содержанием органических веществ (более 3 - 5 %) и водорастворимых солей (более 0,3 % по массе) нельзя использовать для устройства обратных засыпок.

Таблица 2.4

Примечания:

1. В таблице знак «плюс» обозначает необходимость иметь соответственную характеристику, знак «минус» - характеристика не требуется.

2. К крупнообломочным грунтам относятся несцементированные грунты, содержащие более 50 % по массе частиц размером более 2 мм.

3. Объемная масса крупнообломочных и песчаных грунтов определяется при рыхлом и плотном состоянии.

3.1. Основные типы выпускаемых отечественной промышленностью машин для выполнения земляных работ и рекомендуемых для применения в Московском строительстве приведены в приложениях 5 - 13.

3.2. Освоение строительного объекта начинается с вертикальной планировки территории, которая заключается в улучшении существующего рельефа; создании спланированной поверхности, отвечающей требованиям благоустройства; обеспечении по улицам и дорогам продольных уклонов, допустимых для движущегося транспорта; отводе поверхностного стока и прокладке подземных сетей без излишнего их заглубления.

3.3. Вертикальную планировку можно производить экскаваторами, в т.ч. одноковшовыми экскаваторами с гидромолотами, бульдозерами и бульдозерами-рыхлителями, автогрейдерами, скреперами. Средства механизации выбирают в зависимости от времени года, типа земляного полотна, его вертикальных отметок, способа производства работ, дальности перемещения гру

files.stroyinf.ru

ТР 73-98 Технические рекомендации по технологии уплотнения грунта при обратной засыпке котлованов, траншей, пазух, ТР (Технические рекомендации) от 24 сентября 1998 года №73-98

Дата введения 1999-01-01

РАЗРАБОТАНЫ НИИМосстроемВНЕСЕНЫ Управлением развития ГенпланаУТВЕРЖДЕНЫ Первым заместителем руководителя Комплекса перспективного развития города В.Е.Басиным 24 сентября 1998 года"Технические рекомендации по технологии уплотнения грунта при обратной засыпке котлованов, траншей, пазух" разработаны кандидатами технических наук В.М.Гольдиным, Л.В.Городецким, инженером В.Ф.Деминым (лаборатория дорожного строительства НИИМосстроя) при участии Мосстройлицензии.В Технических рекомендациях обобщен опыт строительных организаций ХК "Главмосстроя", АО "Мосинжстроя" по уплотнению грунта при засыпке котлованов, траншей, пазух, а также разрытий проезжей части дороги.Технические рекомендации согласованы с АО "Мосинжстрой" трестом Гордорстрой, проектным институтом "Мосинжпроект".

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.3. Уплотнение грунта следует производить в соответствии со СНиП 3.02.01-87 "Земляные сооружения, основания и фундаменты" и ВСН 52-96 "Инструкция по производству земляных работ в дорожном строительстве и при устройстве подземных инженерных сетей".

1.4. Характеристики, термины и определения грунтов используются в соответствии с ГОСТ 25100-95 "Грунты. Классификация".

2. ТЕХНОЛОГИЯ УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТА ПРИ ОБРАТНОЙ ЗАСЫПКЕ КОТЛОВАНОВ

2.1. Разрешение на обратную засыпку грунтом котлованов дается комиссией, состоящей из производителя работ, заказчика и автора проекта, одновременно с составлением акта на скрытые работы.

2.2. Требуемая плотность грунта при засыпке котлованов назначается проектом на основании данных исследования грунта методом стандартного уплотнения, при котором устанавливается его оптимальная влажность и максимальная плотность, которая должна быть не менее 0,95.

2.3. Для определения основных свойств грунта необходимо руководствоваться техническим заключением Мосгоргеотреста об инженерно-геологических условиях участка строительства.

2.4. Уплотнение грунта следует производить, когда его естественная влажность является оптимальной. В таблице 2.1 приводятся оптимальные влажности грунтов и допустимые отклонения влажности (коэффициент "переувлажнения").

Таблица 2.1

Определять естественную влажность грунтов следует по ГОСТ 5180-84.

2.5. При недостаточной влажности связных грунтов (содержание глинистых частиц более 12%) их следует увлажнять в местах разработки, а увлажнять несвязные грунты (содержание глинистых частиц менее 3%) можно и в отсыпаемом слое. При избыточной влажности грунта следует производить его подсушивание.

2.6. Засыпку грунта или песка под основание полов по дну готового котлована подземной части здания осуществляют стреловыми кранами, оборудованными грейферами, с разравниванием грунта по дну котлована и уплотнением трамбовками.

2.7. Машины и механизмы для уплотнения грунтов следует выбирать с учетом свойств и состояния уплотняемого грунта (влажности, однородности, гранулометрического состава), требуемой степени уплотнения, объемов работ и темпов их выполнения (п.2.9, табл.4.1). Расстановка машин для обратной засыпки котлованов производится в соответствии с проектом производства работ по строительству конкретного здания.

2.8. Обратная засыпка котлованов производится стреловыми кранами, оборудованными грейферами, экскаваторами типа ЭО-2621В-3, ЭО-3123, ЭО-4225 и др. послойно.

2.9. Уплотнение засыпаемого грунта в котлованах производится гидромолотами типа СП-62, СП-71, "РАММЕР", виброплитами ДУ-90, ДУ-91, электротрамбовками ИЭ-4502А. На рис.2.1 представлена схема засыпки грунта под полы в подвале здания.

Рис.2.1. Схема засыпки грунта под полы в подвале здания

Рис.2.1. Схема засыпки грунта под полы в подвале здания:

а) сборные фундаменты, б) свайные фундаменты;

1 - сборный фундамент с установленной колонной; 2 - зона уплотнения грунта ручными электротрамбовками;3 - зона уплотнения грунта механическими трамбовками; 4 - стена здания; 5 - железобетонный ростверк;6 - забитая свая. В - принимать по табл.3.1

2.10. Средняя толщина отсыпаемого слоя грунта при применении гидромолотов и виброплит должна быть для: песка - 70 см; супеси и суглинков - 60 см; глины - 50 см. При применении электротрамбовок типа ИЭ-4502А толщина отсыпаемого слоя должна быть не более 25 см.

2.11. Для достижения плотности уплотняемого грунта до К=0,95 время уплотнения по одному следу гидромолотами должно быть 15 секунд. При применении виброплит и электротрамбовок число проходов (ударов) должно быть 3-4. Каждый последующий проход (удар) уплотняющей машины должен перекрывать след предыдущей на 10-20 см.

2.12. Выполненные работы по уплотнению грунта предъявить авторскому и техническому надзорам и составить акт на скрытые работы.

3. ТЕХНОЛОГИЯ УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТА ПРИ ОБРАТНОЙ ЗАСЫПКЕ ПАЗУХ

3.1. До начала обратной засыпки грунтом пазух должны быть закончены следующие работы: монтаж конструкций подземной части зданий; уборка строительного мусора; гидроизоляция; дренаж.

3.2. Требуемая плотность песчаного грунта при засыпке пазух должна быть не менее K=0,98.

3.3. Засыпка пазух производится послойно экскаваторами, экскаваторами-планировщиками, бульдозерами. При этом толщина слоя для песка должна быть не более 70 см; для супеси и суглинка - 60 см, для глины - 50 см.

3.4. Уплотнение засыпаемого грунта в пазухах осуществляется гидромолотами типа СП-62, СП-71, "РАММЕР", виброплитами ДУ-90, ДУ-91.

3.5. Для достижения плотности уплотняемого грунта до K=0,98 время уплотнения по одному следу должно быть 20 секунд.

3.6. Грунт уплотняют, начиная с зон возле конструкций здания, а затем двигаются в направлении к краю откоса, при этом каждый последующий проход трамбующей машины должен перекрывать след предыдущей на 10-20 см (рис.3.1).

Рис.3.1. Схема обратной засыпки пазухи котлована

Рис.3.1. Схема обратной засыпки пазухи котлована:

1 - отмостка; 2 - стена здания; 3 - вертикально установленная керамзитобетонная плита;4 - зона уплотнения грунта вручную; 5 - фундаментная плита; 6 - горизонтально уложеннаякерамзитобетонная плита; 7 - дренажная труба; 8 - граница засыпки дренажа песком;9 - слои грунта, уплотняемые легкими механическими трамбовками; п.п. - пол подвала; - толщина отсыпаемого слоя грунта принимается до 0,25 м

Примечание. Керамзитобетонные плиты могут быть заменены полимерными материалами согласно ВСН 35-95 "Инструкция по технологии применения полимерных фильтрующих оболочек для защиты подземных частей зданий и сооружений от подтопления грунтовыми водами".

3.7. При работе по уплотнению грунта вблизи конструкций возводимого здания, мест ввода коммуникаций и других труднодоступных мест должны применяться электротрамбовки типа ИЭ-4505, ИЭ-4502А. При этом толщина отсыпаемого слоя должна быть не более 25 см и количество проходов - не менее 4.

3.8. Отметки верхнего слоя уплотняемого грунта должны строго соответствовать проекту.

Таблица 3.1

docs.cntd.ru

Коэффициент уплотнения песка при трамбовке: ГОСТ 7394-85, СНИП

Для чего нужен коэффициент уплотнения песка, и какое значение играет этот показатель в строительстве, знает, наверное, каждый строитель и те, кто непосредственно связан с этим нерудным материалом. Физический параметр имеет специальное значение, которое выражается через значение Купл. Параметр вычисления необходим для того, чтобы можно было прямо на месте сопоставить фактическую плотность материала на определённой площади участка с требуемыми значениями, которые прописаны в нормативных актах. Таким образом, коэффициент уплотнения песка по ГОСТ 7394 85, это важнейший параметр, на основании которого оценивается требуемое качестве подготовки к работам на строительных объектах с использованием сыпучих не рудных веществ.

Основные понятия коэффициента уплотнения

Согласно общепринятым формулировкам коэффициент уплотнения песка является значением плотности, который характерен для конкретного типа грунта на определённой площади участка к такому же значению материала, который перенос стандартные режимы уплотнения в лабораторных условиях. В конечном итоге, именно эта цифра используется при оценке качества итоговых строительных работ. Помимо вышеприведённого технического регламента, для определения коэффициента уплотнения песка при трамбовке используют ГОСТ 8736-93 , а также по ГОСТ 25100-95.

Вместе с этим нужно помнить, что в рабочем процессе и производстве каждый тип материала может иметь свою уникальную плотность, которая влияет на основные технические показатели, и коэффициент уплотнения песка по таблице СНИП указана в соответствующем технологическом регламенте СНИП 2.05.02-85 в части Таблицы № 22. Этот показатель является важнейшим при расчёте, и в основных проектных документациях указывают данные значения, которые в диапазоне расчёта проекта составляют от 0,95 до 0,98.

Как меняется параметр плотности песка?

Не имея представления, что такое требуемый коэффициент уплотнения песка, то в процессе строительства будет трудно рассчитать необходимое количество материала для конкретного технологического процесса работы. В любом случае потребуется узнать, как оказали влияние на состояние материала, различные манипуляции с нерудным веществом. Самый сложный параметр расчёта, как признают строители, это коэффициент уплотнения песка при строительстве дороги СНИП. Не имея чётких данных, невозможно проделать качественную работу в дорожном строительстве. Основные факторы, которые влияют на конечный результат показаний материала, являются:

• Способ транспортировки вещества, начиная от начального пункта;
• Длина маршрута следования песка;
• Механические характеристики, влияющие на качество песка;
• Наличие сторонних элементов и вкраплений в материал;
• Попадание воды, снега и прочих осадков.

Таким образом, заказывая песок, вам необходимо досконально проверить коэффициент уплотнения песка лабораторным путём.

Особенности расчёта обратной засыпки

Для расчёта данных берётся так называемый «скелет грунта», это условная часть структуры вещества, при определённых параметрах рыхлости и влажности. В процессе расчёта учитывается условный объёмный вес рассматриваемого «скелета грунта», учитывается расчет соотношения объёмной массы твёрдых элементов, где присутствовала бы вода, которая бы занимала весь массовый объем, занятый грунтом.

Для того чтобы определить коэффициент уплотнения песка при обратной засыпке придётся провести лабораторные работы. В данном случае будет задействована влага, которая в свою очередь будет достигать необходимый критерий показания для условия оптимальной влажности материала, при котором будет достигнута максимальная плотность нерудного вещества. При обратной засыпке (например, после вырытого котлована), необходимо задействовать трамбовочные устройства, которые под определенным давлением позволяют добиться необходимой плотности песка.

Какие данные учитываются в процессе расчёта Купл?

В любой проектной документации на объект строительства или возведении дорожного полотна указывается коэффициент относительного уплотнения песка, который необходим для качественной работы. Как видно, технологическая цепочка доставки нерудного материала- от карьера прямо на строительную площадку меняется в ту или иную сторону, в зависимости от природных условий, методов транспортировки, хранения материала и т.д. строители знают, чтобы определить требуемое количество необходимого объёма песка на конкретную работу, потребуется искомый объем умножить на величину Купл, указанную в проектной документации. Извлечение материала из карьера приводит к тому, что вещество имеет характеристики разрыхления и естественное уменьшение весовой плотности. Это немаловажный фактор потребуется учитывать, например, при транспортировке вещества на дальние расстояния.

В лабораторных условиях производится математический и физический расчет, который в конечном итоге покажет требуемый коэффициент уплотнения песка при транспортировке, в том числе:

• Определение прочности частиц, слеживаемость материала, а также крупность зерен - используется физико-механический метод расчёта;
• При помощи лабораторного определения выявляется параметр относительной влажности и максимальной плотности нерудного материала;
• В условиях естественного расположения, опытным путём определяется насыпной вес вещества;
• Для условий транспортировки используют дополнительную методику расчёта коэффициента плотности вещества;
• Учитываются климатические и погодные характеристики, а также влияние отрицательных и положительных параметров температуры окружающей среды.

«В каждой проектной документации на выполнение строительных и дорожных работ, эти параметры обязательны для ведения учета и принятия решения об использовании песка в производственном цикле.»

Параметры уплотнения при проведении производственных работ

В любой рабочей документации вы столкнётесь с тем, что будет указан коэффициент вещества в зависимости от характера проведения работ, так, ниже приведены коэффициенты расчёта для некоторых вид производственных работ:

• Для обратной засыпки котлована- 0,95 Купл;
• Для засыпки режима пазух- 0,98 Купл;
• Для обратной засыпки траншейных ям- 0,98 Купл;
• Для восстановительных работ везде оборудования подземных инженерных сетей, расположенных возле проезжей части дорожного полотна- 0,98Купл-1,0 Купл.

Исходя из вышеперечисленных параметров, можно сделать вывод, что процесс трамбовки в каждом конкретном случае, будет иметь индивидуальные характеристики и параметры, при этом будет задействована различная техника и трамбовочное оборудование.

«Перед проведением строительных и дорожных работ, необходимо детально изучить документацию, где в обязательном порядке будет указываться плотность песка для производственного цикла.»

Нарушение требований Купл, приведёт к тому, что вся работа будет признана некачественной, и не соответствовать ГОСТ и СНиП. Надзорные ведомства в любом случае смогут выявить причину дефекта и низкого качества проведения работ, где были не соблюдены требования по уплотнению песка при проведении конкретного участка производственных работ.

Видео. Проверка уплотнения песка

Дата публикации.

Обязательное уплотнение грунта, щебня и асфальтобетона в дорожной отрасли является не только составной частью технологического процесса устройства земляного полотна, основания и покрытия, но и служит фактически главной операцией по обеспечению их прочности, устойчивости и долговечности.

Раньше (до 30-х годов прошедшего столетия) реализация указанных показателей грунтовых насыпей тоже осуществлялась уплотнением, но не механическим или искусственным путем, а за счет естественной самоосадки грунта под воздействием, в основном, его собственного веса и, частично, движения транспорта. Возведенную насыпь оставляли, как правило, на один–два, а в некоторых случаях и на три года, и только после этого устраивали основание и покрытие дороги.

Однако начавшаяся в те годы быстрая автомобилизация Европы и Америки потребовала ускоренного строительства обширной сети дорог и пересмотра методов их устройства. Существовавшая тогда технология возведения земляного полотна не соответствовала возникшим новым задачам и стала тормозом в их решении. Поэтому появилась потребность в разработке научно-практических основ теории механического уплотнения земляных сооружений с учетом достижений механики грунтов, в создании новых эффективных грунтоуплотняющих средств.

Это в те годы стали изучать и учитывать физико-механические свойства грунтов, оценивать их уплотняемость с учетом гранулометрического и влажностного состояния (метод Проктора, в России – метод стандартного уплотнения), были разработаны первые классификации грунтов и нормы на качество их уплотнения, стали внедряться методы полевого и лабораторного контроля этого качества.

Основным грунтоуплотняющим средством до указанного периода являлся гладковальцовый статический каток прицепного или самоходного типа, пригодный только для прикатки и выравнивания приповерхностной зоны (до 15 см) отсыпанного слоя грунта, да еще ручная трамбовка, применявшаяся главным образом на уплотнении покрытий, при ремонте выбоин и для уплотнения обочин и откосов.

Эти простейшие и малоэффективные (с точки зрения качества, толщины прорабатываемого слоя и производительности) уплотняющие средства стали вытесняться такими новыми средствами, как пластинчатые, ребристые и кулачковые (вспомнили изобретение 1905 г. американского инженера Фитцджеральда) катки, трамбующие плиты на экскаваторах, многомолотковые трамбующие машины на гусеничном тракторе и гладковальцовом катке, ручные взрыв-трамбовки («лягушки-попрыгушки») легкие (50–70 кг), средние (100–200 кг) и тяжелые (500 и 1000 кг).

В это же время появились первые грунтоуплотняющие вибрационные плиты, одна из которых фирмы «Лозенгаузен» (впоследствии фирма «Вибромакс») была достаточно крупной и тяжелой (24–25 т вместе с базовым гусеничным трактором). Ее виброплита площадью 7,5 м 2 располагалась между гусеницами, а двигатель мощностью 100 л.с. позволял вращать вибровозбудитель с частотой 1500 кол/мин (25 Гц) и перемещать машину со скоростью около 0,6–0,8 м/мин (не более 50 м/ч), обеспечивая производительность примерно 80–90 м 2 /ч или не более 50 м 3 /ч при толщине уплотняемого слоя около 0,5 м.

Более универсальным, т.е. способным уплотнять различные типы грунтов, в том числе связные, несвязные и смешанные, показал себя метод трамбования.

К тому же при трамбовании легко и просто можно было регулировать силовое уплотняющее воздействие на грунт за счет изменения высоты падения трамбующей плиты или трамбующего молотка. Вследствие этих двух достоинств метод ударного уплотнения в те годы стал наиболее востребованным и распространенным. Поэтому количество трамбующих машин и устройств множилось.

Уместно отметить, что и в России (тогда СССР) тоже понимали важность и необходимость перехода к механическому (искусственному) уплотнению дорожных материалов и налаживанию производства уплотняющей техники. В мае 1931 г. в мастерских г. Рыбинска (сегодня ЗАО «Раскат») был выпущен первый отечественный самоходный дорожный каток.

После завершения второй мировой войны совершенствование техники и технологии уплотнения грунтовых объектов пошло с не меньшим энтузиазмом и результативностью, чем в довоенное время. Появились прицепные, полуприцепные и самоходные пневмоколесные катки, ставшие на определенный период времени основным грунтоуплотняющим средством во многих странах мира. Их вес, в том числе единичных экземпляров, варьировался в довольно широких пределах – от 10 до 50–100 т, но большинство выпускавшихся моделей пневмокатков имело нагрузку на шину 3–5 т (вес 15–25 т) и толщину уплотняемого слоя, в зависимости от требуемого коэффициента уплотнения, от 20–25 см (связный грунт) до 35–40 см (несвязный и малосвязный) после 8–10 проходов по следу.

Одновременно с пневмокатками развивались, совершенствовались и приобретали все большую популярность, особенно в 50-е годы, вибрационные грунтоуплотняющие средства – виброплиты, гладковальцовые и кулачковые виброкатки. Причем, со временем на смену прицепным моделям виброкатков пришли более удобные и технологичные для выполнения линейных земляных работ самоходные шарнирно-сочлененные модели или, как их назвали немцы, «вальцен-цуг» (тяни-толкай).

Гладковальцовый виброкаток CA 402
фирмы DYNAPAC

Каждая современная модель грунтоуплотняющего виброкатка, как правило, имеет два исполнения – с гладким и кулачковым вальцом. При этом некоторые фирмы изготавливают к одному и тому же одноосному пневмоколесному тягачу два отдельных взаимозаменяемых вальца, а другие предлагают покупателю катка вместо целого кулачкового вальца всего лишь «насадку-обечайку» с кулачками, легко и быстро закрепляемую поверх гладкого вальца. Есть также фирмы, разработавшие подобные гладковальцовые «насадки-обечайки» для монтажа поверх кулачкового вальца.

Следует особо отметить, что сами кулачки на виброкатках, особенно после начала их практической эксплуатации в 1960 г. , претерпели существенные изменения в своей геометрии и размерах, что благотворно отразилось на качестве и толщине уплотняемого слоя и снизило глубину взрыхления приповерхностной зоны грунта.

Если раньше кулачки «шипфут» были тонкими (опорная площадь 40–50 см 2) и длинными (до 180–200 мм и более), то современные их аналоги «пэдфут» стали более короткими (высота в основном 100 мм, иногда 120–150 мм) и толстыми (опорная площадь около 135–140 см 2 с размером стороны квадрата или прямоугольника около 110–130 мм).

По закономерностям и зависимостям механики грунтов увеличение размеров и площади контактной поверхности кулачка способствует росту глубины эффективного деформирования грунта (для связного грунта она составляет 1,6–1,8 размера стороны опорной площадки кулачка). Поэтому слой уплотнения суглинка и глины виброкатком с кулачками «пэдфут» при создании надлежащих динамических давлений и с учетом 5–7 см глубины погружения кулачка в грунт стал составлять 25–28 см, что и подтверждают практические измерения. Такая толщина слоя уплотнения соизмерима с уплотняющей способностью пневмоколесных катков весом не менее 25–30 т.

Если к этому добавить существенно большую толщину уплотняемого слоя несвязных грунтов виброкатками и более высокую их эксплуатационную производительность, станет понятно, почему прицепные и полуприцепные пневмоколесные катки для уплотнения грунтов стали постепенно исчезать и сейчас практически не выпускаются или выпускаются редко и мало.

Таким образом, в современных условиях основным грунтоуплотняющим средством в дорожной отрасли подавляющего большинства стран мира стал самоходный одновальцовый виброкаток, шарнирно-сочлененный с одноосным пневмоколесным тягачом и имеющий в качестве рабочего органа гладкий (для несвязных и малосвязных мелкозернистых и крупнозернистых грунтов, в том числе скально-крупнообломочных) или кулачковый валец (связные грунты).

Сегодня в мире имеется более 20 фирм, выпускающих около 200 моделей таких грунтоуплотняющих катков различных типоразмеров, отличающихся друг от друга общим весом (от 3,3–3,5 до 25,5–25,8 т), весом вибровальцового модуля (от 1,6–2 до 17–18 т) и своими габаритами. Есть также некоторое различие в устройстве вибровозбудителя, в параметрах вибрации (амплитуда, частота, центробежная сила) и в принципах их регулирования. И конечно перед дорожником могут возникать, как минимум, два вопроса – как правильно выбрать подходящую модель подобного катка и как наиболее эффективно с ее помощью осуществить качественное уплотнение грунта на конкретном практическом объекте и с наименьшими издержками.

При решении таких вопросов следует предварительно, но достаточно точно установить те преобладающие типы грунтов и их состояние (гранулометрический состав и влажность), для уплотнения которых подбирается виброкаток. Особенно, или в первую очередь, следует обратить внимание на наличие в составе грунта пылеватых (0,05–0,005 мм) и глинистых (меньше 0,005 мм) частиц, а также на относительную его влажность (в долях оптимального ее значения). Эти данные дадут первые представления об уплотняемости грунта, возможном способе его уплотнения (чисто вибрационный или силовой виброударный) и позволят остановить свой выбор на виброкатке с гладким или кулачковым вальцом. Влажность грунта и количество пылеватых и глинистых частиц существенным образом влияют на прочностные и деформационные его свойства, а, следовательно, и на необходимую уплотняющую способность выбираемого катка, т.е. его способность обеспечить требуемый коэффициент уплотнения (0,95 или 0,98) в слое отсыпки грунта, задаваемом технологией устройства земляного полотна.

Большинство современных виброкатков работает в определенном виброударном режиме, выраженном в большей или меньшей степени в зависимости от их статического давления и вибрационных параметров. Поэтому уплотнение грунта, как правило, происходит под воздействием двух факторов:

• вибраций (колебаний, сотрясений, шевелений), вызывающих снижение или даже разрушение сил внутреннего трения и небольшого сцепления и зацепления между частицами грунта и создающих благоприятные условия для эффективного смещения и более плотной переупаковки этих частиц под воздействием собственного веса и внешних сил;
• динамических сжимающих и сдвигающих усилий и напряжений, создаваемых в грунте кратковременными, но частоударными нагружениями.

В уплотнении сыпучих несвязных грунтов основная роль принадлежит первому фактору, второй служит лишь положительным дополнением к нему. В связных грунтах, в которых силы внутреннего трения незначительны, а физико-механические, электрохимические и водно-коллоидные сцепления между мелкими частицами существенно выше и являются преобладающими, главным действующим фактором служит сила давления или напряжения сжатия и сдвига, а роль первого фактора становится второстепенной.

Исследованиями российских специалистов по механике и динамике грунтов в свое время (1962–64 гг.) было показано, что уплотнение сухих или почти сухих песков при отсутствии внешней их пригрузки начинается, как правило, при любых слабых вибрациях с ускорениями колебаний не менее 0,2g (g – земное ускорение) и завершается практически полным их уплотнением при ускорениях около 1,2–1,5g.

Для тех же оптимально влажных и водонасыщенных песков диапазон эффективных ускорений несколько выше – от 0,5g до 2g. При наличии внешней пригрузки с поверхности или при нахождении песка в зажатом состоянии внутри грунтового массива его уплотнение начинается лишь с некоторого критического ускорения, равного 0,3–0,4g, с превышением которого процесс уплотнения развивается более интенсивно.

Примерно в то же время и почти точно такие же результаты на песках и гравии были получены в экспериментах фирмы «Dynapac», в которых с помощью лопастной крыльчатки было показано также, что сопротивление сдвигу этих материалов в момент их вибрирования может снижаться на 80–98%.

На основании таких данных можно построить две кривые – изменения критических ускорений и затухания действующих от виброплиты или вибровальца ускорений грунтовых частиц с удалением от поверхности, где располагается источник колебаний. Точка пересечения этих кривых даст интересующую глубину эффективного уплотнения песка или гравия.

Рис. 1. Кривые затухания ускорения колебаний
частиц песка при уплотнении катком ДУ-14

На рис. 1 показаны две кривые затухания ускорений колебаний частиц песка, зафиксированные специальными датчиками, при его уплотнении прицепным виброкатком ДУ-14 (Д-480) на двух рабочих скоростях. Если принять для песка внутри грунтового массива критическое ускорение 0,4–0,5g, то из графика вытекает, что толщина прорабатываемого слоя таким легким виброкатком составляет 35–45 см, что неоднократно подтверждено полевым контролем плотности.

Недостаточно или плохо уплотненные сыпучие несвязные мелкозернистые (песчаные, песчано-гравийные) и даже крупнозернистые (скально-крупнообломочные, гравийно-галечниковые) грунты, уложенные в земляное полотно транспортных сооружений, довольно быстро обнаруживают свою низкую прочность и устойчивость в условиях различного рода сотрясений, ударов, вибраций, которые могут возникать при движении тяжелого грузового автомобильного и железнодорожного транспорта, при работе всевозможных ударных и вибрационных машин по забивке, например, свай или виброуплотнению слоев дорожных одежд и т.п.

Частота вертикальных колебаний элементов дорожной конструкции при проезде грузового автомобиля на скорости 40–80 км/ч составляет 7–17 Гц, а одиночный удар трамбующей плиты весом 1–2 т по поверхности грунтовой насыпи возбуждает в ней как вертикальные с частотой от 7–10 до 20–23 Гц, так и горизонтальные колебания с частотой, составляющей около 60% от вертикальных.

В недостаточно устойчивых и чувствительных к вибрациям и сотрясениям грунтах такие колебания способны вызывать деформации и заметные осадки. Поэтому не только целесообразно, но и необходимо их уплотнять вибрационными или любыми другими динамическими воздействиями, создавая в них колебания, сотрясения и шевеление частиц. И совершенно бессмысленно уплотнять такие грунты статической укаткой, что довольно часто можно было наблюдать на серьезных и крупных автодорожных, железнодорожных и даже гидротехнических объектах.

Многочисленные попытки уплотнить пневмоколесными катками маловлажные одноразмерные пески в насыпях железных и автомобильных дорог и аэродромов в нефтегазоносных районах Западной Сибири, на белорусском участке автодороги Брест–Минск–Москва и на других объектах, в Прибалтике, Поволжье, Республике Коми и Ленинградской обл. не давали требуемых результатов по плотности. Лишь появление на этих стройках прицепных виброкатков А-4 , А-8 и А-12 помогло справиться с этой острой в свое время проблемой.

Еще нагляднее и острее по своим неприятным последствиям может оказаться ситуация с уплотнением сыпучих крупнозернистых скально-крупнооблочных и гравийно-галечниковых грунтов. Устройство насыпей, в том числе высотой 3–5 м и даже более, из таких прочных и устойчивых к любым погодно-климатическим проявлениям грунтов с добросовестной их укаткой тяжелыми пневмоколесными катками (25 т), казалось бы, не давало серьезных поводов для беспокойства строителям, к примеру, одного из карельских участков федеральной автомобильной дороги «Кола» (Санкт–Петербург–Мурманск) или «знаменитой» в СССР железнодорожной Байкало-Амурской магистрали (БАМ).

Однако сразу же после пуска их в эксплуатацию стали развиваться неравномерные локальные просадки неправильно уплотненных насыпей, составившие в отдельных местах автодороги 30–40 см и исказившие до «пилообразного» с высокой аварийностью общий продольный профиль железнодорожного полотна БАМа.

Несмотря на схожесть общих свойств и поведения мелкозернистых и крупнозернистых сыпучих грунтов в насыпях, их динамическое уплотнение следует выполнять разными по весу, габаритам и интенсивности вибровоздействий вибрационными катками.

Одноразмерные пески без примесей пыли и глины очень легко и быстро переупаковываются даже при незначительных сотрясениях и вибрациях, но они обладают незначительным сопротивлением сдвигу и очень низкой проходимостью по ним колесных или вальцовых машин. Поэтому уплотнять их следует легкими по весу и крупными по габаритам виброкатками и виброплитами с малым контактным статическим давлением и средним по интенсивности вибрационным воздействием, чтобы не снижалась толщина уплотняемого слоя.

Использование на одноразмерных песках среднего А-8 (вес 8 т) и тяжелого А-12 (11,8 т) прицепных виброкатков приводило к чрезмерному погружению вальца в насыпь и выдавливанию песка из-под катка с образованием перед ним не только вала грунта, но и перемещающейся за счет «бульдозерного эффекта» сдвиговой волны, заметной глазу на расстоянии до 0,5–1,0 м. В итоге приповерхностная зона насыпи на глубину до 15–20 см оказывалась разрыхленной, хотя плотность нижележащих слоев имела коэффициент уплотнения 0,95 и даже выше. У легких виброкатков разрыхленная приповерхностная зона может понизиться до 5–10 см.

Очевидно можно, а в ряде случаев и целесообразно, на таких одноразмерных песках использовать средние и тяжелые виброкатки, но имеющие прерывистую поверхность вальца (кулачковую или решетчатую), что позволит улучшить проходимость катка, уменьшить сдвиг песка и снизить до 7–10 см разрыхляемую зону. Об этом свидетельствует успешный опыт автора по уплотнению насыпей из таких песков зимой и летом в Латвии и Ленинградской обл. даже статическим прицепным катком с решетчатым вальцом (вес 25 т), обеспечившим толщину уплотняемого до 0,95 слоя насыпи до 50–55 см, а также положительные результаты уплотнения этим же катком одноразмерных барханных (мелких и полностью сухих) песков в Средней Азии.

Крупнозернистые скально-крупнообломочные и гравийно-галечниковые грунты, как показывает практический опыт, тоже успешно уплотняются виброкатками. Но вследствие того, что в их составе имеются, а иногда и преобладают крупные куски и глыбы размером до 1,0–1,5 м и более, сдвинуть, расшевелить и переместить которые, обеспечивая тем самым требуемые плотность и устойчивость всей насыпи, не так-то легко и просто.

Поэтому на таких грунтах должны использоваться крупные, тяжелые, прочные и с достаточной интенсивностью виброударного воздействия гладковальцовые виброкатки весом прицепной модели или вибровальцового модуля у шарнирно-сочлененного варианта не менее 12–13 т.

Толщина прорабатываемого слоя таких грунтов подобными катками может достигать 1–2 м. Практикуются же такого рода отсыпки в основном на крупных гидротехнических и аэродромных стройках. В дорожной отрасли они встречаются редко, и поэтому дорожникам нет особой надобности и целесообразности приобретать гладковальцовые катки с весом рабочего вибровальцового модуля тяжелее 12–13 т.

Куда важнее и серьезнее для российской дорожной отрасли является задача уплотнения мелкозернистых смешанных (песок с тем или иным количеством примесей пыли и глины), просто пылеватых и связных грунтов, чаще встречающихся в повседневной практике, чем скально-крупнообломочные и их разновидности.

Особенно много хлопот и неприятностей возникает у подрядчиков с пылеватыми песками и с чисто пылеватыми грунтами, довольно широко распространенными во многих местах России.

Специфика этих непластичных малосвязных грунтов состоит в том, что при высокой их влажности, а таким переувлажнением «грешит» в первую очередь Северо-Западный регион, под влиянием движения автотранспорта или уплотняющего воздействия виброкатков они переходят в «разжиженное» состояние вследствие низкой их фильтрационной способности и возникающего повышения порового давления при избытке влаги.

С понижением влажности до оптимальной такие грунты сравнительно легко и хорошо уплотняются средними и тяжелыми гладковальцовыми виброкатками с весом вибровальцового модуля 8–13 т, для которых уплотняемые до требуемых норм слои отсыпки могут составлять 50–80 см (в переувлажненном состоянии толщины слоев понижаются до 30–60 см).

Если в песчаных и пылеватых грунтах появляются заметное количество глинистых примесей (не менее 8–10%), они начинают проявлять значительную связность и пластичность и по своей способности к уплотнению приближаются к глинистым грунтам, которые совсем плохо или вообще не поддаются деформированию чисто вибрационным способом.

Исследованиями профессора Хархуты Н. Я. показано, что при уплотнении таким способом практически чистых песков (примесей пыли и глины менее 1%) оптимальная толщина слоя, уплотняемого до коэффициента 0,95, может доходить до 180–200% от минимального размера контактной площадки рабочего органа вибромашины (виброплита, вибровалец с достаточными контактными статическими давлениями). С повышением содержания в песке указанных частиц до 4–6% оптимальная толщина прорабатываемого слоя сокращается в 2,5–3 раза, а при 8–10% и более достичь коэффициента уплотнения 0,95 вообще невозможно.

Очевидно, в таких случаях целесообразно или даже необходимо переходить на силовой способ уплотнения, т.е. на использование современных тяжелых виброкатков, работающих в виброударном режиме и способных создавать в 2–3 раза более высокие давления, чем, например, статические пневмоколесные катки с давлением на грунт 6–8 кгс/см 2 .

Чтобы происходило ожидаемое силовое деформирование и соответствующее уплотнение грунта, создаваемые рабочим органом уплотняющей машины статические или динамические давления должны быть как можно ближе к пределам прочности грунта на сжатие и сдвиг (около 90–95%), но и не превышали его. Иначе на контактной поверхности появятся трещины сдвигов, выпоры и другие следы разрушения грунта, которые к тому же будут ухудшать условия передачи в нижележащие слои насыпи необходимых для уплотнения давлений.

Прочность связных грунтов зависит от четырех факторов, три из которых относятся непосредственно к самим грунтам (гранулометрический состав, влажность и плотность), а четвертый (характер или динамичность прикладываемой нагрузки и оцениваемый скоростью изменения напряженного состояния грунта или, с некоторой неточностью, временем действия этой нагрузки) относится к воздействию уплотняющей машины и реологическим свойствам грунта.

Кулачковый виброкаток
фирмы BOMAG

С увеличением содержания глинистых частиц прочность грунта возрастает до 1,5–2 раз по сравнению с песчаными грунтами. Реальная влажность связных грунтов является очень важным показателем, влияющим не только на прочность, но и на их уплотняемость. Наилучшим образом такие грунты уплотняются при так называемом оптимальном содержании влаги. С превышением реальной влажностью этого оптимума снижается прочность грунта (до 2 раз) и существенным образом понижается предел и степень возможного его уплотнения. Наоборот, с уменьшением влажности ниже оптимального уровня предел прочности резко возрастает (при 85% от оптимальной – в 1,5 раза, а при 75% – до 2 раз). Вот почему так трудно уплотнять маловлажные связные грунты.

По мере уплотнения грунта растет и его прочность. В частности, по достижении в насыпи коэффициента уплотнения 0,95 прочность связного грунта повышается в 1,5–1,6 раза, а при 1,0 – в 2,2–2,3 раза по сравнению с прочностью в начальный момент уплотнения (коэффициент уплотнения 0,80–0,85).

У глинистых грунтов, обладающих выраженными реологическими свойствами вследствие их вязкости, динамическая прочность на сжатие может возрасти в 1,5–2 раза при времени их нагружения 20 мсек (0,020 сек), что соответствует частоте приложения виброударной нагрузки 25–30 Гц, а на сдвиг – даже до 2,5 раз по сравнению со статической прочностью. При этом динамический модуль деформации таких грунтов повышается до 3–5 раз и более.

Это свидетельствует о необходимости прикладывать к связным грунтам более высокие уплотняющие давления динамического характера, чем статического, чтобы получить одну и ту же деформацию и результат уплотнения. Очевидно поэтому некоторые связные грунты можно было эффективно уплотнять статическими давлениями 6–7 кгс/см 2 (пневмокатки), а при переходе на их трамбование потребовались динамические давления порядка 15–20 кгс/см 2 .

Такое различие обусловлено разной скоростью изменения напряженного состояния связного грунта, при росте которой в 10 раз его прочность повышается в 1,5–1,6 раза, а в 100 раз – до 2,5 раз. У пневмоколесного катка скорость изменения контактных давлений во времени составляет 30–50 кгс/см 2 *сек, у трамбовок и виброкатков – около 3000–3500 кгс/см 2 *сек, т.е. повышение составляет 70–100 раз.

Для правильного назначения функциональных параметров виброкатков в момент их создания и для управления технологическим процессом выполнения этими виброкатками самой операции уплотнения связных и других разновидностей грунтов крайне важно и необходимо знать не только качественное влияние и тенденции изменения пределов прочности и модулей деформации этих грунтов в зависимости от их грансостава, влажности, плотности и динамичности нагрузки, но и иметь конкретные значения этих показателей.

Такие ориентировочные данные по пределам прочности грунтов с коэффициентом плотности 0,95 при статическом и динамическом их нагружении установлены профессором Хархутой Н. Я. (табл. 1).

Таблица 1
Пределы прочности (кгс/см 2) грунтов с коэффициентом уплотнения 0,95
и оптимальной влажностью

Уместно отметить, что с повышением плотности до 1,0 (100 %) динамическая прочность на сжатие некоторых высокосвязных глин оптимальной влажности возрастет до 35–38 кгс/см 2 . При снижении же влажности до 80% от оптимальной, что может быть в теплых, жарких или засушливых местах ряда стран, их прочность может достигать еще больших значений – 35–45 кгс/см 2 (плотность 95%) и даже 60–70 кгс/см 2 (100%).

Конечно, уплотнять подобные высокопрочные грунты можно только тяжелыми виброударными кулачковыми катками. Контактных давлений гладковальцовых виброкатков даже для обычных суглинков оптимальной влажности будет явно недостаточно, чтобы получить требуемый нормативами результат уплотнения.

До недавнего времени оценка или расчет контактных давлений под гладким или кулачковым вальцом статического и вибрационного катка производились очень упрощенно и приближенно по косвенным и не очень обоснованным показателям и критериям.

На основе теории колебаний, теории упругости, теоретической механики, механики и динамики грунтов, теории размерностей и подобия, теории проходимости колесных машин и изучения взаимодействия вальцового штампа с поверхностью уплотняемого линейно-деформируемого слоя асфальтобетонной смеси, щебеночного основания и грунта земляного полотна получена универсальная и довольно простая аналитическая зависимость для определения контактных давлений под любым рабочим органом катка колесного или вальцового типа (пневмошинное колесо, гладкий жесткий, обрезиненный, кулачковый, решетчатый или ребристый валец):

σ o – максимальное статическое или динамическое давление вальца;
Q в – весовая нагрузка вальцового модуля;
R o – общая сила воздействия вальца при вибродинамическом его нагружении;
R o = Q в K d
E o – статический или динамический модуль деформации уплотняемого материала;
h – толщина уплотняемого слоя материала;
В, Д – ширина и диаметр вальца;
σ p – предел прочности (разрушения) уплотняемого материала;
K d – коэффициент динамичности

Более подробная методология и пояснения к ней изложены в аналогичном сборнике-каталоге «Дорожная техника и технология» за 2003 г. Здесь уместно лишь указать, что в отличие от гладковальцовых катков при определении полной осадки поверхности материала δ 0 , максимальной динамической силы R 0 и контактного давления σ 0 у кулачковых, решетчатых и ребристых катков используется эквивалентная гладковальцовому ширина их вальцов, а у пневмоколесных и обрезиненных катков – эквивалентный диаметр.

В табл. 2 представлены результаты расчетов по указанной методике и аналитическим зависимостям основных показателей динамического воздействия, в том числе контактных давлений, гладковальцовых и кулачковых виброкатков ряда фирм с целью анализа их уплотняющей способности при отсыпке в земляное полотно одного из возможных типов мелкозернистых грунтов слоем 60 см (в рыхлом и плотном состоянии коэффициент уплотнения равен соответственно 0,85–0,87 и 0,95–0,96, модуль деформации Е 0 = 60 и 240 кгс/см 2 , и значение реальной амплитуды колебаний вальца тоже соответственно a = A 0 /A ∞ = 1,1 и 2,0), т.е. все катки имеют одинаковые условия для проявления своих уплотняющих способностей, что придает результатам расчета и их сравнения необходимую корректность.

ЗАО «ВАД» имеет в своем парке целую гамму исправно и эффективно работающих грунтоуплотняющих гладковальцовых виброкатков фирмы «Dynapac», начиная от самого легкого (СА152D ) и кончая самым тяжелым (СА602D ). Поэтому было полезно получить расчетные данные для одного из таких катков (СА302D ) и сравнить с данными аналогичных и близких по весу трех моделей фирмы Hamm, созданных по своеобразному принципу (за счет увеличения пригруза колеблющегося вальца без изменения его веса и других показателей вибрации).

В табл. 2 представлены также некоторые наиболее крупные виброкатки двух фирм (Bomag , Orenstein and Koppel ), в том числе кулачковые их аналоги, и модели широко использовавшихся ранее на автодорожных и гидротехнических стройках СССР (России) прицепных виброкатков (А-8, А-12, ПВК-70ЭА ).

Таблица 2

Анализ данных табл. 2 позволяет сделать некоторые выводы и заключения, в том числе практического плана:

• создаваемые глаковальцовыми виброкатками, в том числе среднего веса (СА302D, Hamm 3412 и 3414 ), динамические контактные давления заметно превосходят (на подуплотненных грунтах в 2 раза) давления тяжелых статических катков (пневмоколесного типа весом 25т и более), поэтому они способны достаточно эффективно и с приемлемой для дорожников толщиной слоя уплотнять несвязные, малосвязные и легкие связные грунты;
• кулачковые виброкатки, в том числе наиболее крупные и тяжелые, по сравнению со своими гладковальцовыми аналогами, могут создавать в 3 раза более высокие контактные давления (до 45–55 кгс/см 2), и поэтому они пригодны для успешного уплотнения высокосвязных и достаточно прочных тяжелых суглинков и глин, включая их разновидности с пониженной влажностью; анализ возможностей этих виброкатков по контактным давлениям показывает, что есть определенные предпосылки несколько повысить эти давления и увеличить толщину слоев связных грунтов, уплотняемых крупными и тяжелыми их моделями, до 35–40 см вместо сегодняшних 25–30 см;
• опыт фирмы «Hamm» по созданию трех различных виброкатков (3412, 3414 и 3516) с одинаковыми вибрационными параметрами (масса колеблющегося вальца, амплитуда, частота, центробежная сила) и разной общей массой вибровальцового модуля за счет пригруза рамы следует признать интересным и полезным, но не на все 100% и прежде всего с точки зрения незначительной разницы создаваемых вальцами катков динамических давлений, например, у 3412 и 3516; но зато у 3516 время пауз между импульсами нагружения сокращается на 25–30%, увеличивая время контакта вальца с грунтом и повышая кпд передачи энергии последнему, что способствует прониканию в глубь грунта более высокой плотности;
• на основе сравнения виброкатков по их параметрам или даже по результатам практических испытаний некорректно, да и вряд ли справедливо, утверждать, что этот каток вообще лучше, а другой – плохой; каждая модель может быть хуже или, наоборот, хороша и пригодна для конкретных своих условий применения (тип и состояние грунта, толщина уплотняемого слоя); приходится только сожалеть, что до сих пор не появились образцы виброкатков с более универсальными и регулируемыми параметрами уплотнения для использования в более широком диапазоне типов и состояний грунтов и толщин отсыпаемых слоев, что могло бы избавить дорожника от необходимости приобретать набор грунтоуплотняющих средств разных типов по весу, габаритам и уплотняющей способности.

Некоторые из сделанных выводов могут показаться не такими уж новыми и даже уже известными из практического опыта. В том числе, и о бесполезности применения гладковальцовых виброкатков на уплотнении связных грунтов, особенно маловлажных.

Автор в свое время отрабатывал на специальном полигоне в Таджикистане технологию уплотнения лангарского суглинка, укладываемого в тело одной из самых высоких плотин (300 м) теперь уже действующей Нурекской ГЭС. В состав суглинка входили от 1 до 11% песчаных, 77–85% пылеватых и 12–14% глинистых частиц, число пластичности было 10–14 , оптимальная влажность – около 15,3–15,5%, естественная влажность составляла всего 7–9%, т.е. не превышала 0,6 от оптимального значения.

Уплотнение суглинка производ илось разными катками, в том числе специально созданным для этой стройки очень крупным прицепным виброкатком ПВК-70ЭА (22т, см. табл. 2), имевшим достаточно высокие вибрационные параметры (амплитуда 2,6 и 3,2 мм, частота 17 и 25 Гц, центробежная сила 53 и 75 тс). Однако из-за низкой влажности грунта требуемое уплотнение 0,95 этим тяжелым катком удалось получить только в слое не более 19 см.

Более эффективно и успешно этим катком, а также А-8 и А-12 выполнялось уплотнение сыпучих гравийно-галечниковых материалов, укладываемых слоями до 1,0–1,5 м.

По измеренным напряжениям специальными датчиками, помещаемыми в насыпь на различную глубину, построена кривая затухания этих динамических давлений по глубине грунта, уплотняемого тремя указанными виброкатками (рис. 2).

Рис. 2. Кривая затухания экспериментальных динамических давлений

Несмотря на довольно значительные различия в общем весе, габаритах, параметрах вибрации и контактных давлениях (различие доходило до 2–2,5 раз) значения экспериментальных давлений в грунте (в относительных единицах) оказались близкими и подчиняющимися одной закономерности (пунктирная кривая на графике рис. 2) и аналитической зависимости, показанной на том же графике.

Интересно, что точно такая же зависимость присуща экспериментальным кривым затухания напряжений при чисто ударном нагружении грунтового массива (трамбующая плита диаметром 1 м и весом 0,5–2,0т). И в том и другом случае показатель степени α остается неизменным и равным или близким 3/2. Изменяется только коэффициент K в соответствии с характером или «остротой» (агрессивностью) динамической нагрузки от 3,5 до 10. При более «остром» нагружении грунта он больше, при «вялом» – меньше.

Этот коэффициент K служит как бы «регулировщиком» степени затухания напряжений по глубине грунта. При высоком его значении напряжения быстрее снижаются, с удалением от поверхности нагружения и толщина прорабатываемого слоя грунта уменьшается. С уменьшением K характер затухания становится более плавным и приближающимся к кривой затухания статических давлений (на рис. 2 у Буссинэ α = 3/2 и K = 2,5). В этом случае в глубь грунта как бы «проникают» более высокие давления и толщина слоя уплотнения возрастает.

Характер импульсных воздействий виброкатков не очень сильно варьируется, и можно предположить, что значения K будут в пределах 5–6. А при известном и близком к стабильному характере затухания относительных динамических давлений под виброкатками и определенных значениях необходимых относительных напряжений (в долях предела прочности грунта) внутри грунтовой насыпи можно, с достаточной долей вероятности, устанавливать толщину слоя, в котором действующими там давлениями будет обеспечена реализация коэффициента уплотнения, например, 0,95 или 0,98.

Практикой, пробными уплотнениями и многочисленными исследованиями ориентировочные значения таких внутригрунтовых давлений установлены и представлены в табл. 3.

Таблица 3

Существует также упрощенный прием определения толщины уплотняемого слоя гладковальцовым виброкатком, по которому каждая тонна веса вибровальцового модуля способна обеспечить примерно следующую толщину слоя (при оптимальной влажности грунта и нужных параметрах виброкатка):

• пески крупные, средние, ПГС – 9–10 см;
• пески мелкие, в том числе с пылью – 6–7 см;
• супеси легкие и средние – 4–5 см;
• легкие суглинки – 2–3 см.

Заключение. Современные гладковальцовые и кулачковые виброкатки являются эффективными грунтоуплотняющими средствами, способными обеспечить требуемое качество возводимого земляного полотна. Задача дорожника состоит в грамотном осмыслении возможностей и особенностей этих средств для правильного ориентирования при их выборе и практическом применении.

Все документы, представленные в каталоге, не являются их официальным изданием и предназначены исключительно для ознакомительных целей. Электронные копии этих документов могут распространяться без всяких ограничений. Вы можете размещать информацию с этого сайта на любом другом сайте.

Государственный дорожный научно - исследовательский институт ФГУП

«СОЮЗДОРНИИ»

МЕТОДИКА

ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА

ОТНОСИТЕЛЬНОГО

УПЛОТНЕНИЯ

ПЕСКОВ

Москва 2001

Посвящена определению коэффициента относительного уплотнения песков.

Разработана на основе теоретического анализа, обобщения опыта проектирования и строительства земляных сооружений, результатов полевых и лабораторных исследований.

Дан дифференцированный подход к расчету коэффициента относительного уплотнения в зависимости от различных факторов.

Приведены примеры определения этого показателя.

Исходными данными для проектирования уплотнения грунтов, а также для проектирования оснований и фундаментов на уплотненных грунтах являются: необходимая степень уплотнения грунтов, деформационные и прочностные характеристики уплотненных грунтов, расчетные их сопротивления.

Необходимая степень уплотнения грунтов устанавливается в зависимости: от назначения уплотненных грунтов и нагрузок, передаваемых на них от фундаментов и других конструкций; от возможностей изменения температурно-влажностного режима уплотненного грунта; от диапазона изменения природной влажности грунтов, используемых для возведения обратных засыпок; от принятых и возможных технологических схем производства работ по отсыпке уплотняемого грунта и применяемого грунтоуплотняющего оборудования; от климатических условий производства работ; от производственных возможностей строительных организаций и пр. .

Для определения необходимой степени уплотнения грунтов с учетом приведенных выше факторов выполняется комплекс лабораторных исследований, включающий изучение уплотняемости грунтов (стандартное уплотнение), а также прочностных и деформационных характеристик уплотненных до различной степени плотности грунтов. По результатам стандартного уплотнения (см. рис. 13.2) определяются максимальная плотность ρ d.max , оптимальная влажность ω 0 , а также плотность сухого грунта при уплотнении его до различного коэффициента уплотнения и соответствующие диапазоны допускаемого изменения влажности.

По данным сдвиговых и компрессионных испытаний уплотненных до различной степени плотности грунтов строятся графики зависимости сцепления, угла внутреннего трения и модуля деформации от плотности грунта или от коэффициента уплотнения грунтов (рис. 13.3). На основе этих графиков в соответствии с необходимыми значениями сцепления, угла внутреннего трения и модуля деформации уплотненных грунтов назначается требуемая степень уплотнения грунтов.

Рис. 13.3. Зависимости с, φ (а ) и E (б ) от коэффициента уплотнения и плотности сухого уплотненного грунта

При отсутствии данных описанных выше исследований необходимые значения степени уплотнения грунтов принимаются по табл. 13.2.

ТАБЛИЦА 13.2. НЕОБХОДИМАЯ СТЕПЕНЬ УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТОВ

При возможном изменении температурно-влажностного режима уплотненных грунтов за счет их периодического промерзания и оттаивания приведенные в табл. 13.2 значения k com целесообразно повышать на 0,01—0,02.

Модули деформации грунтов, уплотненных до различной степени плотности, должны приниматься, как правило, по результатам испытания их штампами. При отсутствии данных непосредственных испытаний значения модулей деформации допускается принимать по табл. 13.3.

Коэффициент изменчивости сжимаемости уплотненных грунтов α com , обусловливаемый различной степенью уплотнения, переменной влажностью, неоднородностью состава грунта и представляющий собой отношение максимального значения модуля деформации к его возможному минимальному значению, допускается принимать: α com = 1,2 при k com = 0,92, α com = 1,35 при k com = 0,95 и α com = 1,5 при k com = 0,98.

ТАБЛИЦА 13.3. НОРМАТИВНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ МОДУЛЕЙ ДЕФОРМАЦИИ НЕКОТОРЫХ ВИДОВ УПЛОТНЕННЫХ ГРУНТОВ

Прочностные характеристики уплотненных до различной степени плотности грунтов определяются путем испытания их на срез в условиях завершенной консолидации с получением зависимости сцепления с и угла внутреннего трения φ от коэффициента уплотнения. Для предварительных расчетов нормативные значения прочностных характеристик уплотненных лессовых грунтов рекомендуется принимать по табл. 10.4.

Расчетные сопротивления уплотненных грунтов определяются с учетом прочностных характеристик грунтов и размеров фундаментов. При отсутствии прочностных характеристик, а также для предварительного назначения размеров фундаментов допускается пользоваться условными значениями расчетных сопротивлений R 0 уплотненных насыпных грунтов (табл. 13.4).

ТАБЛИЦА 13.4. РАСЧЕТНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ОСНОВАНИЯ ИЗ УПЛОТНЕННЫХ ГРУНТОВ

Руководство по устройству обратных засыпок котлованов с подготовкой оснований под технологическое оборудование и полы на просадочных грунтах