Уплотнение грунта способы уплотнения

Уплотнение грунта, песка и щебня

Уплотнение строительных материалов (грунтов) производится для увеличения их прочностных характеристик и избежания осадок в процессе эксплуатации. Уплотнение происходит за счет приложения статической или вибрационной силы на уплотняемый материал. Наибольшее распространение уплотнение получило в дорожном строительстве, возведении насыпей и дамб, фундаментных и ландшафтных работах.

Качество уплотнения каменной отсыпки, грунтов и асфальтобетона напрямую связано с несущей способностью материала и его водонепроницаемостью. Причем увеличение степени уплотнения на 1% ведет к увеличению прочности материала на 10-20%.

Некачественное уплотнение ведет к последующим усадкам грунтов, что значительно увеличивает стоимость содержания или приводит к дорогостоящему ремонту.

Области применения уплотнения

Вот список областей, где уплотнение используется наиболее часто:

• Автодорожное строительство
• Железные дороги
• Фундаменты зданий
• Аэропорты и порты

Автомобильные дороги

Разнообразие современных автомобильных дорог очень большое: начиная от грунтовых проселочных дорог, заканчивая многополосными магистралями с асфальтобетонным покрытием.

Вне зависимости от типа дороги, для увеличения несущей способности полотна и увеличения срока службы необходимо использовать уплотнение всех слоев дороги, включая насыпь.

Дорога возводится двумя способами – на насыпи или в выемке. Дорожная одежда состоит из подстилающего слоя, слоя основания и финальных слоев покрытия. Основная ее задача – равномерно распределять давление от поверхностных нагрузок по всему земляному полотну.

Максимальное давление возникает на поверхности, поэтому требование к качеству материала и его уплотнению максимальны для слоев покрытия – асфальту или асфальтобетону.

Слой основания обеспечивает жесткость слоям покрытия, поэтому требования к его уплотнению также велики. Обычно для этих слоев используется щебень или каменная отсыпка.

Железные дороги

Во всем мире железные дороги обеспечивают большую часть грузового трафика. Значительная часть таких перевозок занимает транспортировка крайне тяжелых материалов, таких как руда и уголь. Поэтому способность противостоять нагрузкам критически важна для железной дороги. А этого невозможно добиться без качественного уплотнения железнодорожной насыпи.

Фундаменты зданий

Устойчивость и срок службы любых типов построек напрямую зависят от качества фундамента. Особенно это важно в местах, где отсутствуют прочные грунты.

Возведение качественной дренажной подушки под основание зданий проблематично выполнить без использования уплотнительной техники.

Крупные инфраструктурные проекты: порты и аэропорты

В современном мире грузооборот аэропортов и морских портов вырос многократно. Чтобы справится с этим потоком грузов – значительно возросла интенсивность движения судов и самолетов, а следовательно выросли нагрузки на взлетные полосы и причалы. На данных объектах требования к качеству работ и используемых материалов максимальны. Стандарты по уплотнению всех подстилающих слоев и слоев покрытия значительно выше, чем на прочих объектах.

Способы уплотнения

Существуют два способа уплотнения грунтов и асфальтных покрытий: статическое и вибрационное воздействие.

Статическое уплотнение

Статическое уплотнительное оборудование для воздействия на уплотняемый материал использует только собственный вес. Чтобы изменить силу воздействия на поверхность необходимо либо изменить массу, либо площадь контакта.

Такой тип оборудования не обеспечивает уплотнение материала на достаточную глубину, т.к. при нем возникает эффект «распора» между частицами верхнего слоя материала, что препятствует уплотнению нижележащих частиц.

К такому типу оборудования относятся статические катки с гладкими вальцами и катки на пневматических шинах.

Вибрационное уплотнение

Вибрационное уплотнительное оборудование использует комбинацию статического и динамического воздействия. Вибрация создается за счет вращения эксцентрикового груза. Вибрационные удары передается частицами материала между собой, что приводит к уменьшению трения между ними и взаимному движению. Что в свою очередь позволяет частицам переупаковываться в максимально плотное состояние. По сравнению со статическим, вибрационное уплотнение воздействует на материал на гораздо большую глубину. Изначально данный способ уплотнения использовался только для несвязных грунтов (песок, щебень и т.п.), однако со временем появилась вибрационное оборудование и для уплотнения глинистых грунтов и асфальта.

Эффективность воздействия вибрационного оборудования признана во всем мире, и на текущий момент данный способ уплотнения является доминирующим на рынке.

Влияние влажности грунта на его уплотнение

Любые грунты состоят из трех элементов: твердые частицы, воздух и вода. Во время уплотнения почти все грунты достигают максимальной плотности при определенном оптимальном содержании в них воды.

Таким образом, сухой грунт плохо поддается уплотнению, а влажный грунт становится мягким и его легче утрамбовать.

Однако, чем выше содержание воды в грунте, тем ниже его плотность. Максимальная плотность достигается при оптимальном содержании влаги в грунте, что обычно является промежуточным состоянием между абсолютно сухим и полностью влажным.

Для определения оптимальной влажности для грунта используют лабораторный анализ по ГОСТ 22733-2002 (Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности).

Степень уплотнения чистого песка и щебня (без содержания примесей) почти не зависит от содержания в них влаги, и могут быть максимально утрамбованы как в сухом, так и водонасыщенном состоянии.

Уплотнение различных типов грунтов

В зависимости от используемого уплотняемого материала выбираются соответствующие способы и оборудование для уплотнения.

Песок и щебень

Как уже упоминалось ранее, песок и щебень достигают своей максимальной плотности в абсолютно сухом или полностью водонасыщенном состоянии. Но так как данные материалы обладают отличными дренирующими свойствами, достаточная плотность достижима при любом содержании влаги в материале.

Но при использовании щебня и песка с содержанием примесей, дренирующие свойства заметно ухудшаются и материал становится пластичным, что затрудняет его уплотнение. В таких случаях необходимо производить уплотнение при оптимальном содержании влаги.

При уплотнении песка и щебня с низким содержанием примесей может возникнуть небольшая проблема – материал пытается выпучиться сзади вальца катка или виброплиты, тем самым плотность верхнего слоя снижается. Но при послойном уплотнении данный нюанс не играет большого значения, т.к. нижележащий слой уплотняется при обработке верхнего слоя.

Для уплотнения песка и щебня подойдет любое вибрационное оборудование: вибротрамбовки, виброплиты и виброкатки. Вес оборудования влияет на высоту трамбуемого слоя.

Скальная порода

Отсыпка из скальной породы применяется в качестве насыпей в дорожном строительстве, при сооружении платин и дамб, а также при возведении взлетных полос и морских портов. Валуны из скальной породы могут достигать размеров до 1,5 метров и обладают значительной прочностью.

Первичная укладка скальных пород производится бульдозерами, они образуют довольно ровную поверхность. Для дальнейшего уплотнения используют вибрационные катки тяжелого и среднего класса.

Пылеватые грунты

На качество уплотнения пылеватых грунтов сильно влияет степень содержания в них влаги. Для качественного уплотнения подобного грунта, уровень влажности не должен сильно отличаться от оптимального. При большом содержании влаги в пылеватом грунте и при воздействии вибрации такой грунт становится текучим, что сильно снижает возможность его качественного уплотнения.

Пылеватые грунты с оптимальной влажностью обладают низкой вязкостью, поэтому их можно уплотнять более толстыми слоями, чем песок. Для их уплотнения идеально подходят вибрационные катки среднего и тяжелого класса, либо тяжелые виброплиты.

Глина и суглинки

Глину и грунты, содержащие большое количество глины, часто используют в дорожном строительстве при возведении насыпей. Качество уплотнения глины меняется в зависимости от содержания в ней воды. При низком содержании влаги она становится твердой, а при высоком содержании очень пластичной. Поэтому при уплотнении подобных грунтов оптимальная влажность материала является существенным фактором.

Для уплотнения глины используют вибрационные катки с гладкими либо кулачковыми вальцами. Кулачковые – когда влажность ниже оптимальной, а гладкие вальцы – при повышенной влажности. Глубина слоя выбирается в пределах от 20 до 40 см. Толщина уплотняемого слоя влажной глины может быть больше, чем сухой.

При существенном отклонении уровня влажности от оптимального могут быть использованы бороны и фрезы для увлажнения или проветривания грунта.

Источник

Технология уплотнения грунта

Процедура повышения плотности осуществляется путём приложения механических усилий для перераспределения частиц материала. Подобное действие осуществляется при возведении земляных дамб, насыпей, прокладывании железных и автомобильных дорог, улиц и магистралей, а также при закладке фундаментов зданий и целом ряде других строительных мероприятий. Технология уплотнения грунта во всех этих случаях соответствует установленным нормам.

Повышение плотности грунтового слоя на 1% обеспечивает увеличение несущей способности укладываемого поверх него асфальто- и цементо-бетона на 10-15%. Неправильное и недостаточное проведение подобных работ, напротив, приводит к осадкам и иным разрушительным последствиям.

Степень уплотнения грунта в каждом конкретном случае зависит от ряда факторов:

• типа обрабатываемого материала;
• уровня его влажности;
• применяемого способа воздействия;
• объёма прикладываемой энергии.

После проведения процедуры поверхность в меньшей степени подвержена сжиманию и различным деформациям.

Способы уплотнения грунтов

Придание материалу необходимой плотности осуществляется методом укатки, трамбовки и вибрирования. Оптимальным является сочетание сразу нескольких подходов, либо соединение одного из способов с рабочим действием (например, передвижение действующего устройства).

Способы уплотнения грунтов также определяются применением разных типов оборудования:

Используется собственная масса механизмов. Регуляция степени воздействия происходит через корректировку веса или размера функционирующей площади устройств. Действие статических машин направлено преимущественно на поверхностное уплотнение грунтов, а на глубине их влияние ощущается мало.

Механизм действует за счёт вращательных движений эксцентрикового груза. Устройства данной группы обеспечивают сочетание нагрузок динамического и статического типа (вибрация и волны сжатия). Степень уплотнения грунта на глубине гораздо значительнее, чем в случае статического воздействия. Машины данного типа подходят для оказания воздействия на крупноблочные и глинистые породы, песок, гравий и асфальтобетон. Вибрационные механизмы в общем числе занимают больше 2/3 всего рынка подобного оборудования.

«Обеспечить необходимую степень уплотнения грунта не выйдет, если подстилающая прослойка отличается зыбкостью и податливостью.»

Виды катков для уплотнения грунта

Катки отличаются тем, что их рабочий орган представляет собой перекатывающийся по рабочей поверхности валец. Существует несколько разновидностей таких механизмов.

Вид катка	Краткое описание
Прицепной вибрационный	Может весить от 3 до 15 тонн. Подходит для большей части работ.
Статический трёхвальцовый	Вес – от 8 до 15 тонн. Два вальца работают на приводе, один занимает ведомое положение (в новейших моделях ведущими являются все три элемента). Устройство оснащено жёсткой рамой. Оказываемое усилие корректируется водной пригрузкой.
Самоходный вибрационный с одним катком	Приводные пневматические колёса, один вибрационный валец. Некоторые модели оснащены элементами-кулачками («пэдфут»), что обеспечивает значительную эффективность при работе с глинистыми породами и глубинное уплотнение грунтов. По массе может достигать от 3 до 17 тонн.
Ручной двухвальцовый	Облегчённый механизм без особых свойств, но достаточно распространённый. Весит от 4 до 10 центнеров.
На пневматических шинах.	Количество шин может колебаться от 7до 11, они выстроены таким образом, чтобы перекрывать следы друг друга. Возможно введение песочного или водного пригруза. Исходный вес от 10 до 35 тонн.
Вибрационный тандемный	Вибрацией и приводом оснащены оба вальца. Применяется для воздействия на подстилающие слои и покрытия из асфальтобетона (2-15 тонн, но есть и лёгкая разновидность, весом до 2-х тонн).
Статический с трамбующим воздействием	Есть кулачковые вальцы (4 штуки), имеет сравнительно высокую скорость передвижения (при весе 15-30 тонн), особенно часто используется на дорожных одеждах связного типа.

Виды плит для уплотнения грунта

Плиты отличаются наличием плоского рабочего органа, который может оказывать вибрационное воздействие и передвигаться по поверхности обрабатываемой площади. Обычно их используют, чтобы обеспечить послойное уплотнение грунтов (СНиП 3.02.01-87) из несвязных крупно- и мелкозернистых материалов.

Тяжесть плиты рассматривается как её основной параметр. По массе такие элементы бывают:

• лёгкими (до 5 центнеров);
• средними (5-15 центнеров);
• тяжёлыми (боле 15 центнеров).

Также их различают по принципу работы:

• одномассные (колебания исходят от всей плиты, вес до 1 центнера);
• двухмассные (активно действует только нижняя часть рабочего элемента, а верхняя повышает общий уровень давления и является местом размещения двигателя, что в целом снижает инерционные потери);
• виброударные (рабочим органом является вибромолот, опирающийся на раму посредством пружин).

Большая часть вибрационных плит на данный момент относится к числу самоходных.

Технология уплотнения грунта, используя выше перечисленные машины

Чтобы степень уплотнения грунта соответствовала необходимым параметрам, его предварительно разравнивают бульдозерами и аналогичным оборудованием. Также чрезмерно сухой грунтовый материал увлажняют, а слишком влажный – осушают.

Воздействие осуществляется в пределах отдельного участка («захватки»). Его размер определяется фронтом работ, которые должны быть выполнены, пока сохраняется оптимальная влажность грунта. При повышении плотности в области фундаментных пазух и траншей показано применение вибрационных плит, пневмо- и электротрамбовки (толщина укладываемых слоёв 0,15-0,25 м). Самоходные виброплиты используются при уплотнении засыпки под пол.

Если требуется уплотнить крупную насыпь (то есть речь идёт о больших площадях), то лучше воспользоваться прицепными, кулачковыми или гладкими самоходными катками. Уместны будут различные способы уплотнения грунтов c помощью круговых трамбовочных механизмов.

Технология уплотнения грунта щебнем

Один из вариантов подготовки участка к строительным работам — уплотнение грунта щебнем. Технология проведения данной процедуры обладает своей спецификой. Щебневая подушка позволяет увеличить несущую способность зданий, уменьшая нагрузку, предназначенную для фундамента.

Конкретная сфера применения материала зависит от его фракции:

• мелкая – садовые дорожки, незначительные (декоративные) элементы;
• средняя (2-4 см) – создание подушки под фундаментом и железобетонными конструкциями;
• крупная (4-7 см) – обустройство дорожного полотна, отсыпка площадок при условии текучести материала.

Уплотнение грунта щебнем производится с использованием тяжёлых катков, а также вибрационной трамбовки и плит, значительно ускоряющих процесс в целом.

При возведении небольших зданий для подушки используется щебень мелких фракций, а её толщина составляет 10-50 см. В качестве отсыпки поочерёдно используется щебень и песок крупных или средних фракций. Формирование берёт на себя роль выравнивающего элемента, поэтому щебень необходимо утрамбовывать как можно тщательнее. На песочных подушках рекомендуется использовать ручные трамбовки для уплотнения грунта.

Ленточный монолитный фундамент поддерживается слоем среднефракционного щебня. Правильно выполненная подушка, кроме своей основной функции, способна обеспечить теплоизоляцию и дренаж, что продлевает эксплуатационный срок здания. При обустройстве трубопроводов используется обратная засыпка грунта с послойным уплотнением.

Проведения испытания после уплотненного грунта

Уплотнение грунтов и контроль степени уплотнения производится в соответствии со всеми нормами СНиП и ГОСТа. Отслеживание осуществляется как в процессе работ, так и после и завершения.

Степень уплотнения грунта фиксируется через сопоставление плотности образцов взятых на участке с оптимальными показателями плотности, демонстрируемыми материалом данного типа при стандартной обработке. Плотность исследуемого образца определяют коэффициентом уплотнения «К». Испытания грунтов после уплотнения осуществляет генеральный подрядчик и технадзор заказчика.

Сноска из СНИП про уплотнение грунтов

СНиП 3.02.01-87 «Земляные сооружения, основания и фундаменты»

1. «Опытное уплотнение следует выполнять в соответствии с рекомендуемым приложением 4 по программе, учитывающей гидрогеологические условия площадки, предусмотренные проектом средства уплотнения, сезон производства работ и другие факторы, влияющие на технологию и результаты работ».
2. «После уплотнения грунта на опытном участке надлежит определить плотность и влажность уплотненного грунта на двух горизонтах, соответствующих верхней и нижней части уплотненного слоя по ГОСТ 22733-77» (Приложение 4).

В июле 2003-го года ГОСТ 22733-77 был заменён на ГОСТ 22733-2002.

Протокол уплотнения грунта (образец)

Акт на уплотнения грунта:

Техника безопасности

Основными источниками сведений по технике безопасности, при проведении работ по повышению плотности грунтов, являются следующие документы:

• СНиП III-4-80 «Техника безопасности в строительстве»;
• СНиП 3.02.01-87 «Земляные сооружения, основания и фундаменты»;
• ВСН 52-96 «Инструкция по производству земляных работ в дорожном строительстве и при устройстве подземных инженерных сетей».

Заключение

Технология уплотнения грунта связана с большим количеством тонкостей: применение подходящего оборудования для воздействия на определённые материалы, учёт влажности, контроль качества, составление документации и так далее.

В ходе работ необходимо ориентироваться на ЕНиР, уплотнение грунта щебнем и результаты иных операций должны соответствовать всем установленным там нормам и расценкам.

Источник