Уплотнение грунта — искусственное изменение свойств последнего в строительных целях, не несущее коренных преобразований его физико-химического состояния; заключается во взаимном перемещении частиц грунта, результатом которого является возрастание числа контактов частиц между собой вследствие перераспределения их под воздействием приложенных к нему механических усилий. Представляет собой один из способов технической мелиорации.
Механизм уплотнения грунта
Уплотнение грунтов протекает обычно как вытеснение из них жидкой (воды) и газообразной фазы (воздуха), следствием чего становится сближение твердых частиц; грунт, состоящий из 3-х фаз, переходит в близкое к двухфазной системе — грунтовой массе; максимальное уплотнение приводит к содержанию воздуха в грунте не более трех-пяти процентов. Наиболее эффективное уплотнение возможно при оптимальной влажности для каждого типа грунтов.
Уплотнение грунтов можно схематически представить в качестве процесса увеличения количества контактов между частицами в силу их перемещения и попадания более мелких частиц в полости между крупными. Происходит это под воздействием прилагаемых извне к грунту усилий. В процессе этого грунт обретает остаточную деформацию, характеризующуюся степенью уплотнения, оцениваемой плотностью грунта — весом объемным его скелета, который определяется по формуле.
Период начала уплотнения грунта характеризуется сокращением объема его пор, а также сближением грунтовых частиц между собой, осуществляющееся в дальнейшем с уменьшающейся интенсивностью. В результате наступает период, когда применение дополнительных усилий вызывает лишь упругую деформацию грунта, не влекущую ощутимого изменения объема.
Во время уплотнения ставится задача достижения заданной проектом плотности грунта, чтобы уменьшить величину и неравномерность последующей просадки основания. Уплотнение грунта — один из эффективных способов повысить водонепроницаемость.
Уплотнение грунта в необходимых случаях — одна из важнейших строительных операций, так как от него в значительной степени будет зависеть долговечность и качество возводимого сооружения. Получило распространение уплотнение в железнодорожном, автодорожном и гидротехническом строительстве. Применяется оно, как правило, при производстве работ вертикальной планировки застраиваемых территорий, для устройства подсыпок под полы сооружений, засыпке траншей коммуникационных. Рекомендуется уплотнение грунтов во время подготовки оснований под сооружения и здания, возводимые на неоднородных грунтах, просадочных и насыпных грунтах, а, равно, на слабых водонасыщенных грунтах.
Производить работы по уплотнению желательно в период, когда влажность почвы близка к оптимальной, т. к. в противном случае грунт необходимо соответственно подсушивать, увлажнять, либо же применять более мощное механизированное грунтоуплотняющее оборудование.
Укаткой уплотнение грунта производится в основном во время возведения насыпей железных и автомобильных дорог, в строительстве гидротехническом и при выполнении работ по вертикальной планировке. Эффективность применяемого данного уплотнения грунта катками кулачковыми во многом будет зависеть от качества их очистительных приспособлений. Катки самоходные с металлическими гладкими вальцами ограниченной проходимости используются, когда уже произвелось предварительное уплотнение. Катки вибрационные обладают сравнительно небольшим весом, однако, производят уплотнение, сравнимое с аналогичным при использовании катков тяжелых.
Применение подобных катков в сравнении с катками обычными, со статической укаткой, ведет к снижению расхода металла в производстве грунтоуплотняющих машин, снижению мощностей двигателей и уменьшению расходов горючего во время их эксплуатации. Машины трамбующие, в отличие от катков, грунты уплотняют в стесненных условиях. Они используются как при уплотнении связных, так и несвязных грунтов.
Техника и оборудование для уплотнения грунта
Существует большой набор легкого оборудования для уплотнения грунта, используемого при выполнении маломасштабных работ либо в ограниченном пространстве. Вибротрамбовки, ручные двухвальцовые катки, виброплиты и траншейные катки уплотнители служат дополнением к большим машинам в условиях, когда применение последних затруднено из-за стесненности маневрирования.
Можно перечислить множество примеров вспомогательных и второстепенных работ, выполняемых машинами малыми, и в значительной степени именно они определяют срок службы и качество сооружаемого объекта. Серьезность предъявляемых требований к материалам и качеству уплотнения велика настолько, насколько она применима к крупномасштабным работам.
Виброплиты уплотняющие и малые вибрационные катки применяют для уплотнения насыпей, слоев основания и подстилающих, а также покрытий асфальтобетонных на мелких объектах, при объеме работ, варьирующемся от устранения выбоины до обработки площади в несколько тысяч квадратных метров. Такие же машины применяются в условиях стесненного пространства, на ремонтных работах и при реконструкции. Виброплиты легкие используют при уплотнении грунтов крупнозернистых в тонких слоях. Слои более толстые, как и грунты полусвязные, требуют более тяжелых плит. Когда виброплиты снабжены системами орошения, они могут быть использованы для уплотнения малых площадей покрытия асфальтобетонного.
Виброплиты, края основания которых загнуты, весьма просты в использовании и подходят для уплотнения в узких пространствах. На большей площади вроде стоянок и тротуаров, с целью уплотнения грунтов и покрытия асфальтобетонного, применяются широко двухвальцовые ручные катки или вибрационные тандемные катки.
Виды грунтоуплотняющих работ
Засыпки стен и полов подвалов, перекрытий
Полы нижних этажей и перекрытия, с целью предотвращения осадки, нуждаются в хорошем уплотнении материалов основания и засыпки. При ограниченном доступе к зонам производства работ оптимальным выбором являются для этой цели виброплиты с задним и передним ходом (реверсивные). Для уплотнения тонкого слоя и для выравнивания и уплотнения поверхности применяют более легкие машины. Они обычно применяются для работ по уплотнению засыпки вдоль стен подвалов и фундаментов.
Траншейные работы
В сооружениях траншейного типа добавочное давление на дренаж и трубы оказывает недостаточно уплотненная засыпка. Равномерное уплотнение уменьшает давление у исключает деформацию. Особенно это важно для окружающих водопропускные стальные трубы грунтов.
Машины легкие уплотняющие широко используют в траншеях, чтобы уплотнить основания под трубы. Больше всего для подобных работ подходят траншейные катки или виброплиты с весом свыше 100 кг.
Уплотнение фундамента насыпного над трубами, с целью предотвращения возможности просадок, особенно актуально в траншеях, проходящих под зданиями, улицами и дорогами. Для этого оптимально подходят вибтрамбовки и виброплиты. Трамбовки используются на связных материалах и в стесненных местах.
Траншейные уплотнители имеют систему дистанционного управления. Неровности на поверхности, встречающиеся часто на стыках насыпи дорожной с полотном моста, представляют, как правило, места недостаточного уплотнения. Для доведения до необходимой плотности материала насыпи используют виброплиты реверсивные массой не менее четырехсот килограммов.
Земляные фундаменты и дамбы
Качественное уплотнение материала насыпи дамбы нужно для достижения максимальной водонепроницаемости конструкции дамбы в целом. Поверхностное покрытие дамбы бывает в некоторой степени неровным, с целью его выравнивания насыпной материал надо укладывать тонкими слоями. Поскольку в насыпи используют довольно часто полусвязные или связные материалы, для уплотнения их пользуются виброплитами массой не менее четырехсот килограммов или трамбовками.
Области применения данного типа работ
Уплотнение грунтов осуществляется для достижения их заданной плотности, снижения неравномерности и величины последующей осадки земляных сооружений и оснований. Уплотнение грунтов увеличивает прочность последних, уменьшает фильтрационную способность и сжимаемость.
Очень плодотворно уплотнение грунтов во время подготовки оснований на просадочных, водонасыщенных глинистых и неоднородных насыпных грунтах.
