чем делают уплотнение грунта
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:
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.
Уплотнение грунтов: назначение, описание процесса, основные этапы, техника и оборудование
Уплотнение грунта представляет собой совокупность технологических операций, которые осуществляются для решения строительных задач, и как правило, приводят к изменению свойств грунта, но не к полному преобразованию его физико-химического состояния.
Уплотнение ставит цель добиться определенной проектной плотности основания, чтобы сократить размер и неровность ее дальнейшей просадки под воздействием нагрузок. Уплотнение грунта требуется при строительстве железнодорожных, автодорожных и гидротехнических объектов. При создании каналов и водохранилищ уплотняют поверхность их дна и откосы, чтобы уменьшить фильтрующие способности грунтов и сократить утечки содержимого хранилищ. Еще оно успешно применяется для формирования подсыпок под полы или засыпке траншей коммуникаций.
Процесс уплотнения
Суть состоит в том, что сам грунтовые частицы подвергаются внешним механическим воздействиям, в результате чего они перемещаются и увеличивается число их контактов друг с другом, что помогает более мелким оказываться в полостях между крупными. В свою очередь происходит вытеснение жидкости и воздуха. Хорошо уплотненное грунтовое основание должно содержать не более 3-5% воздушных фаз. Уплотнять каждый тип и слой следует при оптимальной влажности.
В начале процесса уплотнения происходит уменьшение объема пор и сближение грунтовых частиц. Но в последующем интенсивность деформаций снижается. В итоге наступает момент, когда приложение новых усилий создает только упругую деформацию грунта, которая не влечет значительного изменения объема. Стоит заметить, что при расчете требований к уплотнению, учитываются нагрузки, которым будут подвергаться земные слои.
Уплотнение грунтов нужно проводить на стадии подготовки оснований под фундаменты различных построек, которые сооружаются на неоднородных просадочных, насыпных или на слабых водонасыщенных грунтах, а еще ключевую роль для устойчивости зданий играют методы. Особое внимание уделяется несущей способности и деформативной устойчивости. Уплотнять лучше в тот момент, когда уровень влажности почвы является оптимальным, иначе поверхность придется увлажнять или подсушивать, или использовать мощную уплотняющую технику, что приведет к дополнительным затратам.
Оборудование и техника
Основными методами уплотнения основания являются: трамбовка, вибрирование, намыв, замачивание, сейсмоуплотнение и так далее. Довольно практично применение грунтовых свай. Есть огромный перечень легкого оборудования, помогающего уплотнять грунты, эксплуатируемое при производстве маломасштабных работ или в стесненных пространствах. К их числу относятся:
Все технические средства бывают статическими, ударными и вибрационными. По способу перемещения они подразделяются на самоходные и прицепные.
Виброплиты и малые вибрационные катки используют, чтобы уплотнять слои основания, насыпей и асфальтовых покрытий. На немалых площадях, например, предназначенных для автостоянок и тротуаров, уплотнять основания под асфальтовое покрытие помогают вибрационные тандемные катки или двухвальцовые ручные катки.
Для связных и малосвязных грунтов нужно использовать укатку тяжелыми катками, то есть воздействие статической нагрузкой, и трамбование ударами тяжелых плит. Уплотнять несвязные лучше посредством укатки с вибрацией и заливкой водой.
Укатка уплотнения грунта ведется, как правило, при формировании насыпей для автодорог и железнодорожных сетей, при создании гидротехнических сооружений и осуществлении вертикальных планировок площадок.
Как и чем уплотнить грунт
От того, насколько хорошо уплотнен грунт, зависит не только его несущая способность, но и упругость, устойчивость к влиянию температурных деформаций. Сама по себе земля под будущие постройки неоднородна. В ней могут образовываться пустоты, зоны повышенной и пониженной плотности. Если не выполнить уплотнение и сразу приступить к постройке, то под влиянием механических нагрузок начнутся деформации, а они повлекут за собой проседания. В итоге на дорогах появятся ямы, а постройки также начнут быстрее разрушаться. Если уплотнить грунт даже на 1%, то его прочностные характеристики и устойчивость к механическим нагрузкам возрастет до 10-15%. Поэтому важно выполнить эту процедуру любым из доступных методов.
Что представляет собой уплотнение грунта
Так принято называть искусственный процесс улучшения характеристик грунта, но без какого-либо изменения его химических свойств. В ходе уплотнения частицы почвы перемещаются, между ними создается лучший контакт, а значить и происходит уплотнение. Такая площадка для будущего строительства обладает высокой несущей способностью. Одновременно с этим грунт меньше размывается и просаживается.
Уплотнение направлено на то, чтобы вытеснить из почвы больше жидких газообразных составляющих и добиться твердого состояния грунтовой массы с объемом воздуха до 3-5%.
Независимо от метода уплотнения, всегда выполняется предварительное увлажнение грунта (показатель влажности определяется в зависимости от типа почвы). Например, чтобы уплотнить песок, необходимо, чтобы его влажность была в пределах 14-23%. Соответственно потребуется боле обильное смачивание. Если речь идет о суглинке, то этот показатель должен быть 12-18%. Для глины оптимальный уровень влажности составляет 16-26%, а для супеси – 9-15%.
Особенности грунтов
При выборе способа уплотнения почвы, нужно учесть тип грунта. Существует определенная классификация:
Это природные грунты, но также есть искусственные разновидности. Например, к ним относятся насыпные основания из гравия, песка, щебня. Также в них может содержаться строительный мусор, шлак и прочее.
Методы уплотнения грунта
Исходя из разновидности грунта применяется несколько способов уплотнения.
Трамбование
Это механический метод воздействия, в ходе которого из почвы удаляются пустоты, а также воздушные полости. Главным преимуществом данного способа является возможность работы с большой толщиной пласта. Но трамбование не рекомендуется использовать, если почва слишком влажная. В противном случае может получить обратный эффект и только разрыхлить грунт.
Полезно! Трамбование наиболее эффективно при уплотнении крупнообломочного грунта, насыпи.
Трамбовку можно выполнить самостоятельно, используя стальную трубу или увесистое бревно. На нем необходимо закрепить квадратное основание. Принцип такой утрамбовки прост – под прямым углом совершает удары по почве. Однако эффективность такого уплотнения низкая, а для того, чтобы обработать большой участок потребуется много сил и времени.
Также используются плиты, вес которых доходит до 15 тонн. Глубина уплотнения грунта в этом случае будет зависеть не только от веса, но и от площади плиты (чем она больше, тем глубже будет эффект), контактирующей с грунтом. Но для применения такого оборудования потребуется тяжелая техника, поэтому в строительстве данный метод используется не так часто.
Укатка
Для укатки грунта применяются катки большого веса. На них достаточно многократно проехать по участку и он быстро утрамбуется за счет веса оборудования. Но есть один минус – регулировать нагрузку можно только за счет выбора катков разной массы, или при увеличении контактной площади.
Укатка выполняется в несколько этапов. Сначала нужно выполнить подкатку. Для этого в ходе опытных работ необходимо определить необходимый уровень уплотнения почвы. Только после получения результатов можно определить какой именно вид техники лучше применить.
Полезно! Так как машины такого типа обычно берут в аренду, важно правильно определить вид требуемого катка.
Разновидности катков для уплотнения
Катки отличаются в зависимости от типа рабочего органа – перекатывающегося вальца:
Если у катка гладкая поверхность, то его можно использовать для любого типа грунта. Кулачковые модели больше эффективны при работе с глинистыми почвами. При весе машины от 10 до 25 тонн глубина уплотнения грунта доходит до 30 см. Если нужно уплотнить до 50 см, то лучше отдавать предпочтение более тяжелому оборудованию, до 50 тонн. При уплотнении до 50 см потребуется самой дорогой и тяжелый тип машин, весом до 100 тонн.
Вибрирование
Для уплотнения используют специальные вибрирующие механизмы (как правило, представляют собой вращающийся эксцентриковый груз). В ходе работ на грунт оказывается не просто механическое воздействие, а комбинируется статическая и динамическая нагрузка. Благодаря быстрым ударам по поверхности почвы, по ней передается вибрация, которая заставляет сдвигаться частицы нижележащего грунта.
За счет вибрирования можно достигнуть более высокой плотности и большей глубины уплотнения. При этом требуется меньше подходов, а значит можно добиться и значительной экономии времени. Вибрация подходит для любого типа почвы. Более 70% работ выполняется именно с таким оборудованием. Соответственно, это универсальный метод, хотя первоначально вибрирование использовали исключительно при работе с песчаными или крупноблочными грунтами. Но техника приобрела популярность, поэтому были созданы более современные устройства для работы также и с суглинками, глинами и прочими «сложными» почвами.
При правильном выборе оборудования или спецмашины, нужно также учитывать особенности выполнения работ.
Частые ошибки при уплотнении и выбора метода трамбовки
Перед выполнением уплотнения нужно учесть несколько нюансов, а точнее ошибок:
Полезно! Чтобы проверить, достаточно ли грунт уплотнен, необходимо проткнуть землю небольшим прутом арматуры. Если он свободно проходит в грунт, то уплотнения недостаточно. Особенно внимательно нужно проверять труднодоступные места (например, углы).
Соответственно, уплотнение грунта является обязательным этапом строительства. Подробнее о нем можно прочитать в СНиП 3.02.01-87, а также ГОСТ 22733-2002.
8 ошибок при уплотнении грунта
Может показаться, что уплотнение грунта – локальная и неважная тема, на самом деле значительный пласт ошибок при строительстве дома проистекает из ошибок при возведении фундамента, а качество фундамента напрямую зависит от качества уплотнения грунта. Рассмотрим, какие ошибки допускают при проведении этих работ.
Зачем уплотнять грунт?
Чтобы осознать масштаб проблемы, нужно понять значение процедуры уплотнения грунта. Так как грунт не относится к строительным материалам, то мы невольно перестаем учитывать его в процессе строительства. Грунт подвержен осадке, усадке, просадке, набуханию и другим процессам, которые могут вызвать деформацию основания и нанести вред всему дому.
На все эти процессы в равной степени влияет правильное уплотнение.
Местный грунт не уплотняют
Эту ошибку допускают, когда под фундамент или в обратной засыпке используют не привозной песок, а грунт, который был извлечен при рытье котлована или траншеи. Часто люди полагают, что родной грунт и так уплотнен, поэтому считают, что если походить по нему или несколько раз проехаться на тракторе, то он достигнет необходимой плотности. На самом деле такое представление является строительным мифом.
Когда подготавливается котлован или траншея из нее изымается часть грунта, нарушая целостность почвы. За многолетнюю историю земли грунт на нашем участке уплотнился, но при копке он разуплотняется. Если родной грунт возвращают в обратную засыпку или в качестве подушки под фундамент, то его плотность оказывается ниже, чем у почвы вокруг.
Дополняет негативную картину коэффициент фильтрации, который отображает скорость прохождения влаги через почву. Вода стремится проникнуть в зону с наименьшим коэффициентом фильтрации, поэтому мы получаем под отмосткой или домом прослойку из просадочного грунта.
Коэффициент фильтрации у разных типов грунта
Не используются специализированное оборудование
Недостаточно просто походить по земле, чтобы почва уплотнилась. Тут требуется использовать специализированные инструменты или технику.
Так как подобную технику берут в аренду, то нужно правильно ее назвать, это иногда бывает сложно из-за большого количества названий. Например, виброплощадкой обычно называют плиту, а вибротрамбовкой – ногу, еще строители иногда называют ногу шлеп-ногой. Нога применима для узких траншей, плита – для уплотнения подушки под фундамент.
Уплотнение одним слоем
В этом случае весь объем песка сразу засыпают в пазухи фундамента или в котлован, а потом пытаются выровнять. Из описания вибротехники становится понятно, что она способна уплотнять только слои грунта определенной толщины. Если говорить о ручном уплотнении, то слой грунта должен быть еще тоньше. Оптимальными величинами для механизированной обработки считаются слои 15 – 20 см.
Если уплотнять слой грунта толщиной в 40 см, то вибрации не пройдут весь слой целиком. В результате фундамент дома будет располагаться на рыхлой подушке.
Сухой грунт
Сухой грунт сложно уплотнить, поэтому перед началом работ его следует увлажнить. Для каждого типа грунта есть своя оптимальная влажность для уплотнения.
Щебень и крошку невозможно уплотнить
Это утверждение является мифом, из-за которого щебень и крошку не уплотняют совсем. Для этих материалов уплотнение тоже является необходимым. При уплотнении между частями засыпки становится меньше воздуха. Если говорить о газобетонной крошке, то в ней частицы острыми краями цепляются друг за друга. В результате этого получается плотное основание.
Исключением является керамзит, он действительно плохо уплотняется из-за округлой формы гранул, но при этом его редко используют в качестве основания под ответственные конструкции.
Места выхода коммуникаций не уплотняют
Коммуникации могут заходить в дом через стенки фундамента, тогда они находятся в зоне уплотнения обратной засыпки. Также с уплотнением грунта над коммуникациями можно столкнуться при устройстве полов по грунту. В этих местах использование виброплиты затруднительно, потому что всегда есть опасность повредить трубу. Часто из-за этого в этих местах решают не уплотнять грунт. Правильнее все же провести уплотнение, для этого можно воспользоваться ручной трамбовкой.
Уплотненный грунт должен быть не только над коммуникациями, но и под ними. Подробнее про ошибки, связанные с прокладкой коммуникаций через фундамент читайте в статье (ссылка).
Послойный контроль
Уплотнение можно условно отнести к скрытым работам, которые нельзя будет проверить на дальнейших этапах строительства, поэтому важно проверять качество уплотнения. Проверку можно провести своими силами, для этого потребуется небольшой пруток арматуры. Если он входит в землю без усилия, то значит грунт уплотнен недостаточно. Особое внимание следует уделить зонам в углах задания и узким местам.
Углы без уплотнения
Эта ошибка встречается часто, когда делают подушку под полы по грунту после заливки фундамента. Если работы ведутся с использованием виброплиты, то она по габаритам может не проходить в углы. В этом случае на помощь опять приходит ручная трамбовка.
Качественное уплотнение грунта является необходимым условием для отсутствия проблем с фундаментом в дальнейшем