Уплотнение грунтов и контроль степени уплотнения: Контроль качества работ по уплотнению грунта

Контроль качества работ по уплотнению грунта

Категория:

   Механизация земляных работ

Публикация:

   Контроль качества работ по уплотнению грунта

Читать далее:

Контроль качества работ по уплотнению грунта

При устройстве грунтовой подсыпки под полы, обратных засыпках котлованов и траншей, возведении земляного полотна автомобильных и железных дорог постоянно контролируют соответствие производимых работ проекту и требованиям технических условий, качество подготовки оснований, степень уплотнения и влажность грунта.

За качеством работ по укладке и уплотнению грунта следует вести систематические контрольные наблюдения, организуемые силами строительной организации, представителями технического надзора заказчика и лицами, инспектирующими строительство.

Непосредственное осуществление контроля за плотностью и влажностью грунта, уложенного в насыпь или траншею, возлагается на полевую грунтовую лабораторию.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

На полевую грунтовую лабораторию также возлагаются:
а) проверка качества грунтов в выемках, карьерах и резервах с целью установления возможности их использования для отсыпки насыпей;
б) проведение пробного уплотнения грунта с целью уточнения требуемого количества ударов (проходок) грунтоуплотняющих машин по одному и тому же следу, а также толщины отсыпаемого слоя;
в) участие в освидетельствовании скрытых работ и их приемке.

При контроле укладки грунта проверяют: – качество выполненных работ по подготовке основания; – соответствие состава грунта принятому в проекте; – наличие в отсыпанном слое растительных и гумусированных грунтов, торфа, древесины, корней и сильно минерализованных переувлажненных и засоренных строительным мусором грунтов; – толщину отсыпаемого слоя; – соответствие толщины слоя отсыпаемого грунта принятому способу уплотнения; – количество проходок или ударов уплотняющих механизмов по уложенному слою; – соответствие типа и массы грунтоуплотняющего оборудования установленной норме; – подготовку поверхности ранее уплотненного слоя для отсыпки на него последующего слоя.

В процессе подготовки оснований проверяют тщательность очистки поверхности основания от растительного слоя, удаление линз и прослоек сильно засоленных грунтов или илистых отложений и т. д.

Отбор образцов для определения состава и плотности грунтов, оснований производят из шурфов на глубину 0,5 м и более по сетке, определяемой местными условиями в зависимости от литологического состава грунтов.

Величину отсыпаемого слоя проверяют с помощью мелких шурфов, замеряя его толщину или погружая металлический стержень (щуп) в свежеотсыпанный слой до уплотненной поверхности предыдущего слоя.

В зимнее время года дополнительно проверяют выполнение условий относительно количества мерзлого грунта, допускаемого при возведении насыпи или при засыпке траншей.

Для насыпей с нормируемой плотностью грунта основным критерием качества выполняемых работ является соответствие фактической плотности уложенного грунта требуемой.

Основными методами определения плотности скелета грунта, уложенного в сооружение, являются: – для глинистых и песчаных грунтов — взятие проб уложенного грунта с ненарушенной структурой металлическими цилиндрами или режущими кольцами и определение массы и влажности грунта; – для грунтов гравелисто-галечниковых и мелкозернистых с включением крупных фракций — взятие проб с нарушенной структурой из шурфа с последующим замером объема шурфа (путем засыпки его сухим песком), определением массы и влажности образца грунта.

Наряду с широко распространенным определением плотности грунта по плотности его скелета в последнее время получает распространение метод, основанный на использовании изотопов.

Распределение проб в плане и по высоте при устройстве грунтовых подсыпок под полы, обратной засыпке, котлованов и траншей, возведении земляного полотна должно быть равномерным, с тем чтобы этими пробами была обеспечена проверка степени плотности всех слоев грунта в различных частях сооружения.

Число отбираемых проб для проверки плотности скелета уплотненного грунта устанавливается в каждом конкретном случае в зависимости от характера и объема работ, характеристики грунта и местных условий.

Ориентировочно порядок отбора проб принимают следующий: – на дорожной насыпи пробы берут на расстоянии 20… 30 м с обеих сторон проезжей части; – на насыпях вертикальной планировки пробы отбирают в шахматном порядке через 20…40 м; – в засыпаемых траншеях пробы берут по оси траншеи; – в обратных засыпках пазух и около граней сооружения пробы отбирают на расстоянии от них не более 0,2 м; – в гидротехнических сооружениях (плотинах, дамбах) пробы отбираются в карьерах и насыпи.

При толщине уплотняемого слоя до 30 см пробы отбирают из его средней части, при большей толщине производят отбор двух проб по высоте слоя. При линейных работах пробы рекомендуется отбирать в шахматном порядке.

Место отбора проб должно фиксироваться замером расстояний от осей сооружения или других разбивочных знаков. При отборе проб в полевую книжку записывают: дату отбора пробы, пикет, расстояние от оси сооружения, номер цилиндра. При отборе проб уплотненного грунта необходимо обеспечить сохранность структуры и плотность грунта, которые он имеет в насыпи. В случае недоуплотнения грунта надо выяснить причины и принять меры к доведению плотности до требуемой проектом.

Недоуплотнение грунта может быть вызвано нарушением правил производства работ и неправильным использованием механизмов; недостаточной работой уплотняющего механизма.

Доуплотиение грунта достигается увеличением числа проходок (ударов) уплотняющих машин при обеспечении требуемой влажности грунта.

Сводку результатов лабораторных определений плотности и влажности грунта составляют за каждую смену. Кроме того, в сводке отмечают замеченные во время отбора проб и проверки уплотнения грунта недостатки, касающиеся состава и влажности грунта, порядка его отсыпки и уплотнения.

Если грунт подвергали доуплотнению и отбирали повторные пробы, то в итоговый журнал вносят величины плотности и влажности, полученные после отбора повторных проб.

Методы лабораторных испытаний плотности грунтов, уложенных в тело насыпей, определяются ГОСТ 22733—77.

Контролировать качество уплотнения грунтов можно следующими наиболее распространенными методами: стандартным, режущими кольцами, радиоизотопными, зондированием, вдавливанием штампа, парафинированием, методом лунок.

Выбор того или другого метода зависит от оснащенности лаборатории оборудованием, характера сооружения, объема возводимой насыпи и их классности.
Методом стандартного уплотнения определяют оптимальную влажность и максимальную стандартную плотность с помощью прибора СоюздорНИИ.

Метод режущих колец при определении плотности скелета грунтов в насыпях основан на определении плотности влажного грунта в объеме металлического кольца вместимостью 300…400 см3 (d/h=l), вдавленного в уплотненный слой, и влажности этого грунта.

В условиях полевых лабораторий метод режущих колец из-за простоты является наиболее приемлемым и распространенным.

В настоящее время получили наибольшее распространение в строительной практике радиоизотопные методы, так как грунтовые полевые лаборатории на крупных земляных сооружениях были оснащены приборами, в которых используется поглощение и рассеяние гамма-излучения и нейтронов.

Метод статического и динамического зондирования как один из видов контроля степени уплотнения грунтов в насыпях и обратных засыпках является наиболее оперативным и простым из всех существующих методов контроля.

Метод вдавливания штампа применяют для определения прочности грунтовых оснований. В частности, этот метод широко используют для контроля качества уплотнения грунтов оснований под полы промышленных зданий и под фундаменты.

Метод парафинирования применяют преимущественно при контроле за уплотнением грунта в зимних условиях.

Метод лунок используют при укладке обратных засыпок из щебенистых крупнообломочных грунтов или из грунта с мерзлыми комьями.

Качество уложенного в теле насыпи грунта можно считать допустимым, если число контрольных проб с плотностью грунта, отклоняющейся от заданной проектом, не превышает 10% общего числа контрольных проб, взятых на участке, и плотность скелета грунта в пробах должна быть не более чем на 0,5 г/см3 ниже плотности требуемой (минимальной).

На просадочных грунтах при уплотнении их тяжелыми трамбовками качество работ можно также определять путем контрольного определения отказа в любой точке котлована под фундаменты. Уплотнение признается удовлетворительным, если понижение отметки основания под действием удара трамбовки не превышает величины установленного отказа. Контрольное определение отказа производят двумя ударами трамбовки при сбрасывании ее с высоты, принятой при производстве работ, но не менее 4 м. Если по данным контрольного трамбования замеренная величина отказа окажется больше принятой, производят дополнительное трамбование. Контрольное трамбование выполняется трамбовкой с такой же массой, которая применялась при трамбовании грунта. Контрольное трамбование производят после дополнительного уплотнения разрыхленного поверхностного слоя грунта.

Рекламные предложения:

Читать далее: Подготовка скальных и мерзлых грунтов к разработке

Категория: — Механизация земляных работ

Главная → Справочник → Статьи → Форум

Контроль плотности оснований насыпных грунтов

Степень уплотнения земляного сооружения оценивается величиной коэффициента уплотнения. Стандартный метод оценки степени уплотнения по ГОСТ 22733 предусматривает обязательный отбор образца грунта с помощью кольца‚ его взвешивание‚ определение влажности путем высушива-ния при 105 °С в термостате в течение 6–8 часов. Затем в лаборатории необходимо выполнить процедуру стандартного уплотнения предварительно высушенного и измельченного грунта с определением оптимальной влажности и максимальной плотности сухого грунта.

В итоге значения коэффициента уплотнения грунта и его влажность могут быть получены минимум через сутки. Поэтому для оперативного контроля степени уплотнения земляных сооружений широко применяются ускоренные методы динамического и статического зондирования грунта.

В методических указаниях рассмотрены методы динамического зондирования грунта с помощью динамического плотномера Д-51 и забивного зонда Л33, статического зондирования грунта с помощью статического плотномера ПСГ-1.

Динамическое зондирование − процесс погружения зонда в грунт под действием ударной нагрузки с измерением показателей сопротивления грунта внедрению зонда.Статическое зондирование − процесс погружения зонда в грунт под действием статической вдавливающей нагрузки с измерением показателей сопротивления грунта внедрению зонда.

 

1.1. Сущность метода

Метод основан на определении сопротивления грунта погружению зонда с коническим наконечником под действием последовательно возрастающего количества ударов груза постоянной массы, свободно падающего с заданной высоты.

Определение степени уплотнения грунтов методом динамического зондирования следует производить с помощью динамического плотномера при глубине контроля до 30 см и забивного зонда при глубине контроля более 30 см от поверхности земляного сооружения.

Груз прибора массы 2,5 кг имеет возможность перемещаться относительно стержня и наносить удар по буртику при свободном падении с высоты H = 400 мм.

По числу ударов, необходимых для заглубления в грунт нижней части стержня, имеющего диаметр Ø 11,4 мм и длину Sz = 100 мм, оценивают прочность испытуемого грунта

Для решения задачи о вычислении напряжений в контакте плоского торца стержня с грунтом примем гипотезу о возникновении под плоским торцом стержня грунтового конусообразного тела, угол у которого при вершине конуса равен углу трения грунта по грунту. В этом случае коэффициент трения скольжения грунта по грунту равен тангенсу угла трения

Существующая классификация грунтов по категориям прочности, основанная на числе ударов динамического плотномера, может быть дополнена значениями напряжений в грунте на наклонных площадках грунтового конусообразного тела, возникающего под плоским торцем стержня, при этом нормальные напряжения в грунте на горизонтальных площадках равны удвоенным нормальным напряжениям на наклонных площадках. 

1.2. Область применения динамического плотномера Д-51

Динамический плотномер Д-51 предназначен для текущего контроля плотности песчаных и глинистых грунтов при оперативном контроле качества уплотнения земляного полотна без отбора проб грунта, а также при определении плотности грунтов земляных сооружений. Плотность грунта оценивается по величине удельного сопротивления грунта забивке конусного наконечника на глубину до 30 см от поверхностного слоя.

Плотномер неприменим для зондирования грунтов, содержащих более 25 % твердых частиц крупнее 2 мм, а также мерзлых и переув-лажненных грунтов.

1.3. Выполнение контроля плотности

1.3.1. Контроль плотности грунта

Испытания с помощью динамического плотномера производят в следующем порядке. Определяется разновидность грунта по ГОСТ 25100 на основании определения полного зернового и микроагре-гатного состава по ГОСТ 12536 для несвязных грунтов и число пластичности по ГОСТ 5180 для связных разновидностей грунтов.

В местах определения степени уплотнения грунта поверхность контролируемого слоя земляного сооружения зачищают и выравнивают на площадке размером 50×50 см. На выровненное место строго вертикально устанавливают прибор и последовательными ударами свободно падающего молота погружают стержень с наконечником на глубину 20 см, число ударов при этом не учитывается.

При оценке степени уплотнения глинистых грунтов параллельно определяют влажность грунта на глубине от 20 до 30 см по ГОСТ 5180 или с помощью влагомера ВИМС-2.

Коэффициент уплотнения грунта Kу устанавливается по графикам по осредненному значению количества ударов – для песка без определения влажности, для глинистых грунтов после определения относительной влажности грунта.

1.3.2. Контроль плотности связных грунтов методом двойного зондирования

При контроле уплотнения глинистых грунтов без проведения параллельного измерения влажности применяют метод двойного зондирования. В этом случае глинистый грунт испытывают в двух состояниях: исходном и после дополнительного уплотнения. Первое зондирование выполняют для исходного состояния уложенного грунта на глубину 30 см, фиксируя при этом число ударов, необходимое для погружения конуса на глубину от 20 до 30 см. После этого рядом с точкой зондирования в теле насыпи с помощью бура или пробоотборника устраивают скважину диаметром 10 см и глубиной 25 см. Затем на направляющую штангу вместо стержня с конусом навинчивают штамп диаметром 100 мм.

На дно скважины устанавливают штамп трамбовки и производят доуплотнение нижележащего грунта 40 ударами груза.

Вынутый из скважины грунт укладывают обратно слоями толщиной 5 см и уплотняют 40 ударами груза на каждый слой до тех пор, пока скважина не будет заполнена грунтом. После выравнивания грунта над скважиной штамп заменяют на стержень c конусом и производят зондирование грунта по оси скважины на глубину 30 см и фиксируют число ударов, необходимое для погружения конуса на глубину от 20 до 30 см.

По результатам двух зондирований вычисляют отношение n1/n2 и по графику устанавливают коэффициент уплотнения грунта.

1.4. Легкий забивной зонд Л 33

Легкий забивной зонд предназначен для определения механических свойств грунтов, а также позволяет обеспечить оперативный полевой контроль качества возведения грунтовых сооружений, экспресс-оценку свойств естественного основания, исследовать изменения свойств основания под действующими объектами в процессе их эксплуатации. Его преимуществом является возможность испытания 14 песчаных и других структурно-неустойчивых грунтов, отобрать монолиты из которых практически невозможно.

1.4.1. Необходимое оборудование

Легкий динамический зонд Л33, конус, лом, измерительная ли-нейка, отвес, уровень.

1.4.2. Выполнение

Динамическое зондирование следует выполнять последовательной забивкой зонда в грунт свободно падающим молотом (h-50 см) с фиксаци-ей числа ударов при погружении зонда на глубину 10 см при обеспечении необходимой точности измерения глубины зондирования (± 0,5 см).

Зондирование следует производить непрерывно до достижения заданной глубины или до резкого уменьшения величины скорости погружения зонда (менее 2−3 см за 10 ударов). Перерывы в забивке допускаются только для наращивания штанг. Зондирование следует выполнять, применяя постоянную частоту ударов (в среднем 1 удар за 2 с).

При глубине зондирования более 1 м следует применять теряемый ко-нический наконечник, который крепится к штанге с помощью шплинта из мягкой проволоки диаметром 2−3 мм.

Сборку, установку зонда и зондирование выполняют два студента. В выбранной точке зондирования на поверхности грунта намечается ломом лунка.

После присоединения к штанге теряющегося конуса зонд устанавливается в точке зондирования, вертикальность установки проверяется отвесом.

На поверхность грунта, рядом с зондом (10−20 см), устанавливается подставка с линейкой. Отсчеты снимаются по линейке и по одной из меток на штанге зонда, нанесенные с интервалом 10 см. В журнал испытаний записываются отметка устья скважины и заглубление конуса до начала зондирования. За нулевую отметку принимают поверхность грунта.

При зондировании зонд удерживается в вертикальном положении одним студентом, другой поднимает молот по направляющей на высоту 50 см и опускает в верхней точке, позволяя молоту свободно падать и наносить удар по станине.

При проведении работ первый студент фиксирует перемещение меток на штангах относительно линейки, второй считает удары.

При достижении величины погружения зонда, равном принятому залогу – 10 см, зондирование прекращается и данные записываются в журнал (коли-чество ударов за залог).

В случае интенсивного погружения зонда в слабых грунтах (менее 4-х ударов на 10 см) после первых пробных ударов высоту поднятия молота можно уменьшить в два раза, т.е. до 25 см, что должно быть зафиксировано в журнале и учтено при обработке результатов.

В процессе зондирования необходимо постоянно контролировать и корректировать вертикальность погружения набора штанг, для чего при нара-щивании очередной штанги на погружаемый зонд необходимо повернуть с 16

помощью штангового ключа всю колонку штанг вокруг своей оси по часовой стрелке. Затруднения при повороте, возникающие вследствие трения штанг о грунт, необходимо учитывать при обработке результатов.

При значительном сопротивлении повороту штанг, вызванных искривлением скважины, зонд надлежит извлечь из грунта и попытаться повторить заново, при необходимости выполнить рихтовку штанг.

При попадании под конус зонда природных или техногенных включений сначала можно сделать попытку преодолеть их сопротивление за счет увеличения энергии ударов, сбрасывая молот с приложением усилий на него. Если это не дает результата, то на малых глубинах делается попытка пробивки включения ломом, а на больших – разбуривание ручным буром. Во всех случаях после преодоления включения заново фиксируется глубина нахождения конуса зонда. В случае, если указанные меры не принесли результатов, выбирается новая точка зондирования.

При извлечении зонда штанги выбиваются вверх, при этом срезается фиксатор конуса. Конус теряется, и набор штанг легко извлекается из грунта.

После окончания испытаний, а также до выезда на площадку необходимо произвести проверку установки на прямолинейность и степень износа штанг.

Проверка выполняется путем сборки звеньев зонда в отрезки длиной не менее 3 м. При этом отклонение от прямой линии в любой плоскости не должно превышать 5 мм на 3 м по всей длине проверяемого отрезка зонда.

Уменьшение высоты конуса наконечника зонда при максимальном его износе не должно превышать 5 мм, а диаметр 0,3 мм.

Результаты зондирования, отношение количества ударов в залоге к глубине погружения конуса за залог фиксируются в журнале динамического зондирования.

По результатам испытаний определяют условное динамическое сопротивление грунта.

Результаты зондирования оформляют в виде непрерывного ступенчатого графика изменения по глубине значения условного динамического сопротивления грунтов с последующим осреднением графика и вычислением средневзвешенных показателей зондирования для каждого слоя земляного сооружения.

2.1. Сущность метода

В основе метода лежит сопротивление грунта при внедрении ко-нического наконечника под действием статической нагрузки.

Применяются различные приборы для измерения прочности грунтов. Принцип работы одного из таких приборов основан на измерении силы и глубины внедрения конуса в грунт.

Для статического зондирования грунтов применяют конус с углом образующей при вершине ϕ = 300 и диаметром основания d=36 мм.

Задачу о погружении конуса можно отнести к контактной задаче, в которой при внедрении конуса зависимость внешней силы от перемещения называется нелинейной вследствие увеличения площадки контакта по мере возрастания силы.

Плотномер допускается к применению на любых грунтах, содержащих не более 15 % твердых включений крупностью свыше 2 мм.

При использовании плотномера для текущего и приемочного контроля плотности грунта не менее 1/3 измерений из общего количества необходимо проводить стандартным весовым методом с отбора проб грунта кольцами.

2.3. Выполнение контроля плотности

2.3.1. Контроль уплотнения грунта

Испытания с помощью статического плотномера производят в следующем порядке. Определяется разновидность грунта по на основании определения полного зернового и микроагрегатного состава по для несвязных грунтов и число пластичности по для связных разновидностей грунтов.

В зависимости от установленного вида грунта при сборке плотномера используется конус (для несвязных грунтов) или усеченный конус (для связных грунтов) с ограничительной шайбой, установленной на него при завинчивании в рабочий стержень.

На месте измерения выбирается площадка размером не менее 20х20 см. Верхний переуплотненный или разрыхленный слой на глу-бину 3−5 см снимается, основание зачищают и выравнивают.

Фиксирующую кнопку, расположенную на тыльной части дина-мометра, сдвигают налево от «0». Рабочий стержень ставят верти-кально к измеряемой поверхности и, нажимая на рукоять динамомет-ра плавно с постоянной скоростью, погружают наконечник в грунт до упора ограничительной муфты (или шайбы – при усеченном конусе) в поверхность грунта. Время его заглубления на всю длину должно со-ставлять примерно 10−12 с. После чего плотномер извлекают из грунта, а показания на шкале динамометра записывают в журнал.

Пенетрацию повторяют на каждом месте 3−5 раз, при этом рас-стояние между точками измерения должно составлять не менее 12−15 см. За расчетную величину усилия принимают их среднеарифметическое значение. Показатели, отличающиеся от среднего более чем на 30 %, не учитываются.

Перед каждым последующим замером показание стрелки сбрасывается перемещением фиксирующей кнопки на «0».

По полученному значению силы пенетрации по графику соответствующего вида грунта определяется достигнутый коэффициент уплотнения для несвязных и слабосвязных разновидностей грунтов.

В последнем случае для установления коэффициента уплотнения необходимо определить влажность грунта по или с помощью влагомера ВИМС-2.

В случае, когда наконечник плотномера упирается при измерении в какое-либо препятствие, что хорошо чувствуется при нажиме на рукоять, пенетрометр извлекают из грунта и зондирование повторяют на новом месте.

Если наблюдается резкое расхождение между значениями коэффициента уплотнения Ку, полученными плотномером СПГ-1 и методом режущего кольца по, следует провести дополнительную тарировку прибора на данном виде грунта с составлением нового графика зависимости.

2.3.2. Тарировка зонда

Отбирается проба грунта массой 15−20 кг. Определяются вид грунта, оптимальная влажность и максимальная плотность методом стандартного уплотнения по.

Тарировку производят при оптимальной влажности грунта в формах диаметром 20 см и высотой 30 см по 3−4 точкам. Плотность достигается уплотнением грунта под прессом в три слоя до степеней 0,90, 0,95, 098 и 1,00 Ку. В каждом случае делается 4−5 проколов пенетрометром и вычисляется среднее значение Pq. По окончании рабо-ты строится график зависимости Ку от Pq. Полученный график при-меняется при контроле степени уплотнения данного вида грунта в сооружении.

3. ГРАДУИРОВКА ПРИБОРОВ

Для оценки степени уплотнения земляного сооружения по результатам измерений методами статического и динамического зондирования необходимо установить зависимости выходных характеристик приборов от характеристик уплотнения (ρd, Ку).

В качестве этих зависимостей используют: градуировочные графики для конкретного вида грунта, применяемого при устройстве земляного сооружения; обобщенные корреляционные зависимости, связывающие плотность сухого грунта или коэффициент уплотнения с выходными характеристиками приборов.

Градуировку приборов следует производить для каждой разно-видности грунта, применяемого при возведении земляного сооружения.

Отбор грунта следует производить перед началом или в процессе проведения работ. Масса средней пробы грунта, отбираемого для испытаний, должна составлять не менее 10 кг при градуировке пенетро-метра и не менее 65−70 кг при градуировке динамического плотномера и забивного зонда.

Перед градуировкой приборов необходимо определить оптимальную влажность и максимальную плотность грунтов методом стандартного уплотнения.

Подготовку образцов для градуировки или выбор участков следует производить исходя из условия однородности по плотности, влажности и составу грунта. Допускается использовать для градуировки образцы грунта с коэффициентом вариации средних значений: коэффициента уплотнения − не более 0,025; весовой влажности − не более 0,1 для песчаных грунтов и 0,05 − для пылевато-глинистых грунтов.

До начала испытаний грунты в воздушносухом состоянии измельчают (только связные грунты), тщательно перемешивают и готовят образцы для испытаний при трех-четырех различных значениях влажности.

Для изготовления образцов грунт насыпают в форму и послойно уплотняют минимально требуемым числом ударов по одному следу. В приборе стандартного уплотнения и в форме для градуировки пенетрометра грунт следует уплотнять в три слоя, в форме для градуировки динамического плотномера и забивного зонда − в восемь слоев. При уплотнении последнего (верхнего) слоя на форму сверху необходимо надевать насадку. После окончания уплотнения насадку снимают и выступающий грунт осторожно срезают ножом по верхней кромке формы.

При уплотнении грунтов в форме диаметром 30 см после каждого удара трамбовки меняют ее местоположение по слою в шахматном порядке. При этом для выполнения «одного удара по одному следу» необходимо сделать 4 удара трамбовкой.

Для определения плотности сухого грунта форму с грунтом взвешивают и с нижней и верхней частей образца отбирают пробы грунта на влажность. Плотность сухого грунта определяют по ГОСТ 5180.

3.1. Градуировка динамического плотномера Д-51 и забивного зонда Л 33 в лабораторных условиях

Динамический плотномер устанавливают строго вертикально на зачищенную поверхность грунта в центре формы. Конический наконечник плотномера забивают в грунт и фиксируют количество ударов, необходимых для погружения наконечника на участке зондирования от 20 до 30 см.

3.2. Градуировка динамического плотномера и забивного зонда в полевых условиях

Градуировку приборов необходимо совмещать с пробным (опытным) уплотнением грунтов, выполняемым для уточнения тол-щины уплотняемого слоя, количества проходов уплотняющих средств по одному следу и оптимальной влажности грунта.

Градуировку приборов следует производить для каждого вида грунта, используемого при влажности строительства земляного сооружения. Перед градуировкой надлежит определить оптимальную и максимальную плотности грунтов методом стандартного уплотнения.

Пробное уплотнение грунта производят по методике, приведенной в Руководстве.

Отбор проб уплотненного грунта следует осуществить в зоне однородного уплотнения в соответствии с диаграммой проходов уплотняющей машины по ширине опытной площадки из средней части уплотняемого слоя. Рядом с этими точками проводят испытания градуируемых приборов.

Отбор проб и испытание приборами производят перед началом работы основной уплотняющей машины, а затем через каждые 4 прохода по одному следу.

По результатам проведенных испытаний строят зависимости плотности сухого грунта или коэффициента уплотнения грунта от выходных характеристик градуируемых приборов и влажности. Характер этих зависимостей аналогичен зависимостям, получаемым при градуировке в лабораторных условиях.

3.3. Методика построения градуировочных графиков

Для песчаных грунтов, содержащих менее 3−5 % глинистых частиц, влажность в пределах значений, указанных в таблице, практически не влияет на характер зависимости плотности сухого грунта или коэффициента уплотнения Ку от выходных характеристик П приборов, с помощью которых производят контроль качества уплотнения земляного сооружения. При большем содержании глинистых частиц влияние влажности на характер зависимости будет значительнее. В этом случае на графике можно провести несколько осредняющих прямых (или кривых) для каждого значения влажности. Градуировочные графики для таких грунтов строят так же, как и для глинистых грунтов.

Для глинистых грунтов градуировочные графики строят в виде зависимости. На горизонтальной оси откладывают значения плотности ρd, на вертикальной − соответствующие значения выходных характеристик при данном значении влажности W. Для каждого значения влажности получают отдельную кривую.

II.4. Контроль качества укладки и уплотнения грунтов

При выполнении земляных работ грунт следует укладывать в сооружение с той плотностью, которая принята в проекте.

Достигнутое уплотнение грунта оценивают коэффициентом уплотнения, определяемым по формуле

,

где K — коэффициент уплотнения;

γ₀ — удельный вес грунта, полученный после уплотнения, кН/м

3;

γ_c — заданный удельный вес грунта, кН/м³.

За качеством работ по укладке и уплотнению грунта должны систематически наблюдать работники грунтовой лаборатории, которые проверяют качество грунтов в выемках, карьерах и резервах с целью возможного их использования на отсыпке насыпей, проводят пробное уплотнение грунтов для уточнения требуемого количества ударов (проходов) грунтоуплотняющих машин и толщины отсыпаемого слоя грунта, участвуют в освидетельствовании скрытых работ и в их приемке. Все данные, характеризующие степень уплотнения грунта и толщину слоев, должны заносить в журнал контроля за уплотнением, который хранится на строительстве.

Отбор образцов из оснований для установления состава и плотности грунтов производят из шурфов на глубине 0,5 м и более по сетке, разбиваемой по месту и в зависимости от литологического состава пород.

Таблица II-12

Данные для определения числа контрольных проб

Грунты	Характеристика грунтов	Объем уложенного грунта на одну контрольную пробу
Глинистые и песчаные без крупных включений	Объемная масса и влажность Прочие характеристики грунта (для сооружений I и II класса)	100—200 м3 20—50 тыс. м3
Гравелисто-галечные и мелкозернистые (с исключением крупных фракций)	Объемная масса и влажность Гранулометрический состав Прочие характеристики грунта (для сооружений I и II класса)	200—400 м3 1—2 тыс. м3 20—50 тыс. м3

Отбор проб должен быть равномерным с тем, чтобы была обеспечена проверка степени плотности всех слоев грунта в различных частях сооружения. Количество отбираемых проб зависит от характера и объема работ, характеристики грунта и местных условий (табл. II-12). Контрольные пробы грунта отбирают:

• – на дорожной насыпи на расстоянии 20 м с обеих сторон проезжей части;
• – на насыпях вертикальной планировки в шахматном порядке через 20—40 м;
• – в обратных засыпках пазух, возле граней сооружения не дальше чем в 0,2 м от них.

При устройстве песчаных подушек особое внимание уделяют уплотнению песка в углах котлована или траншеи. Во время уплотнения грунта трамбующей машиной ведут наблюдения за выполнением требований, предъявляемых к высоте подъема трамбующего снаряда в момент сбрасывания, правильному расположению следов и количеству ударов. В процессе уплотнения грунта катками и передвижными виброплитами наблюдают за расположением следов и количеством проходов. Причины недоуплотнения грунта выясняют в каждом отдельном случае и принимают меры к доведению его до необходимой плотности.

На просадочных грунтах приемку работ по поверхностному уплотнению грунтов тяжелыми навесными трамбующими плитами производят после дополнительного уплотнения разрыхленного слоя грунта у поверхности. Уплотнение считается удовлетворительным, если понижение отметки основания под действием удара навесной трамбующей плиты не превышает величины установленного отказа.

В зимнее время дополнительно должны проверять количество мерзлых комьев грунта, допускаемое в насыпь или при засыпке траншей, температуру воздуха и грунта, количество осадков, направление и скорость ветра. Кроме того, наблюдают за состоянием насыпи во время строительства и в весенне-летний период до полного ее оттаивания.

Наиболее распространенным методом контроля за уплотнением грунта является метод режущих колец, основанный на взятии проб уплотненного грунта для определения массы и влажности его. Новейшим методом определения физических характеристик грунта и в том числе его плотности является радиоизотопный. Измерение плотности грунта этим методом производят на основании «тарировочной зависимости между интенсивностью гамма-излучения и плотностью грунта.

НИИ оснований и подземных сооружений Госстроя СССР совместно с центральным трестом изысканий Госстроя РСФСР разработали передвижную радиоизотопную установку «Бузонкар», смонтированную на шасси автомобиля УАЗ-452. Установка обладает высокой производительностью и мобильностью. При ее использовании отпадает необходимость в отборе, перевозке, хранении и обработке проб и рытье шурфов. С помощью установки можно измерять плотность грунта на глубине 10—15 м. Тем же институтом разработаны переносные радиоизотопные приборы РПГ-36 и РВГ-36 для определения плотности и влажности грунтов в скважинах глубиной до 30 м без отбора образцов.

Кроме указанных выше способов исследования свойств грунтов наиболее распространенными являются: зондирование и испытания грунтов методом пробных нагрузок штампами.

Для текущего послойного контроля плотности грунтов на глубину до 2 м применяется легкий пенетрометр ДИИТ-4, а на глубину 5—6 м — пенетрометр ДИИТ-3. Пенетрометр ДИИТ-4 состоит из одного звена цельнотянутой трубки диаметром 12 мм, наконечника диаметром 20 мм, навинченного на трубу, шабота, приваренного к трубке, груза ограничителя и фиксатора. Наконечник имеет угол заострения 30°. Длина пенетрометра 2 м, вес его (без молота) 15 Н.

Пенетрометр забивается в грунт молотом весом 32 Н, который поднимается вручную каждый раз на высоту 50 см, и, свободно падая, ударяет по шаботу. На трубе пенетрометра нарезаются штрихи через 10 см начиная от основания конуса. Устройство прибора ДИИТ-3 и принцип измерения им плотности грунтов аналогичны прибору ДИИТ-4. Разница лишь в размерах приборов и в весе падающего груза (вес груза ДИИТ-3 — 100 Н).

Оценка плотности отдельных слоев грунта производится по числу ударов молота на дециметр погружения стержня.

Контроль качества работ при уплотнении грунта

При проведении земельных работ особенное внимание уделяется плотности грунта. Он должен выдерживать повышенные нагрузки, только тогда сооружение сможет прослужить в течение многих лет, и не возникнет проблем в процессе его эксплуатации.

Но не всегда эти работы проводятся качественно, а данный факт может негативно повлиять на дальнейшее использование объектов. Строительная лаборатория готова определить основные параметры, провести изучение почвы и предоставить достоверные результаты.

Если вам потребовались профессиональные услуги, то следует обратиться в «Центр независимых строительных экспертиз». Компания выполнит требующиеся исследования, предложит свою помощь всем заинтересованным клиентам. Лабораторные испытания проводятся в максимально короткие сроки и при привлечении профессионалов.

Способы уплотнения

Для уплотнения грунта может использоваться несколько методов, в зависимости от его основных свойств. Наиболее распространенные способы:

• Вибрирование.
• Трамбование.
• Укатка.

Вибрирование подходит только для песчаных почв, которые имеют минимальное сцепление между частицами. Используется специальная машина с виброплитой, рабочие выполняют несколько проходов по поверхности. Повышается плотность основания, оно может полноценно использоваться для дальнейшего строительства.

Трамбование применяется для пластичных почв со связанной структурой. Тяжелые плиты сбрасываются на участок с высоты 1-2 метров, за счет этого достигается уплотнение. Существуют специальные машины для проведения работ, они оснащены несколькими плитами для трамбования земли.

Укатка – достаточно популярный и распространенный способ, он позволяет обеспечить быструю и качественную обработку больших площадей. Для уплотнения используются катки различного типа, они выполняют от 4 до 12 проходов по участку. С помощью этого метода можно создать надежное основание для сооружения объекта, исключить дальнейшие проблемы.

Достигнуть требующихся параметров можно путем постепенной укладки грунта и его разравнивания специализированной техникой. Рабочие чередуют слои, проводят их дополнительную подготовку, за счет этого достигаются необходимые характеристики.

Технология выполнения всегда разрабатывается с учетом типа грунта, его особенностей, связующей способности и плотности. Важно подобрать оптимальное время для проведения работ, недопустимо осуществлять их в дождь.

Как проверить качество

Строительная лаборатория может использовать несколько способов для оценки качества выполненных работ, среди них:

• Отбор проб при помощи режущих колец.
• Радиоизотопные методы.
• Статическое и динамическое зондирование.
• Вдавливание штампа в поверхность.
• Выполнение лунок.
• Парафирование.

На лабораторные испытания отправляется сразу несколько образцов из разных участков, такой способ позволит получить максимально точную информацию и оценить параметры плотности. Приемлемое качество можно определить в том случае, если отклонения найдены не более чем в 10 процентах проб, а все остальные полностью соответствуют стандартам.

Подходящий вариант оценки подбирается индивидуально. Эксперты учитывают тип почвы, особенности будущего объекта и другие параметры. Поэтому всегда обращайтесь за помощью только к профессионалам, они смогут выполнить весь комплекс испытаний и предоставить точные данные.

Основные способы

Особенной популярностью пользуется метод режущих колец, он зарекомендовал себя с лучшей стороны, позволяет получить наиболее точные данные. При помощи специального устройства происходит отбор проб из участка. Специалисты собирают материалы в шахматном порядке, а расстояние между точками должно составлять не менее 20 метров.

Все образцы отправляются в лабораторию на исследование, сотрудники проводят измерение их массы, объема, влажности путем высушивания. Эти параметры позволяют выявить плотность и количество влаги, оценить качество выполнения подготовительных работ.

Радиоизотопный способ набирает популярность среди профессионалов, он требует намного меньше времени для получения результатов. Специалисты изучают распространение гамма-излучения и процент его поглощения, а эти показатели позволяют оценить плотность почвы.

Другие варианты оценки

Нередко специалисты применяют статические и динамическое зондирование. Оно выполняется под постоянными или переменными нагрузками, зонд постепенно входит в почву. По скорости его продвижения и прилагаемой силе можно установить плотность верхних слоев.

Парафирование используется достаточно редко, обычно его применяют для мерзлых грунтов. В некоторых случаях этот способ показывает высокую эффективность и позволяет оценить основные характеристики при низких температурах. С этой же целью используется метод лунок, он применяется и для гравийных смесей.

Вдавливание штампа помогает выявить только прочность верхних или глубинных слоев. Как вы поняли, каждый вариант имеет определенные преимущества и недостатки, поэтому профессионалы должны тщательно подходить к выбору подходящего варианта.

Современная строительная лаборатория располагает требующимся оборудованием для использования всех возможных методик обследования. За счет этого повышается точность предоставляемых результатов, а вы сможете получить объективную информацию о характеристиках основания.

Почему так важно выполнить проверку?

От качества подготовки основания напрямую зависит дальнейшая эксплуатация здания. Проводимые работы должны подвергаться тщательному контролю со стороны заказчика и исполнителя, только тогда можно исключить возникновение нарушений.

Но фирмы не имеют собственных специалистов и оснащения для проверки степени уплотнения. Многие недооценивают важность этого этапа, именно от него зависит срок службы объекта. Рыхлый грунт усаживается под сильными нагрузками, в результате сооружение медленно погружается в землю. Происходит постепенная деформация конструкций и их разрушение, а устранить дефекты бывает крайне проблематично.

Единственный способ решения этой проблемы― пригласить экспертную организацию на объект. Специалисты отберут пробы, проведут лабораторные испытания, предоставят вам результаты. При отсутствии отклонений вы сможете полноценно использовать основание для строительства. Если будет выявленная недостаточная плотность грунта, то потребуется выполнить еще несколько проходов специализированными машинами.

Проведение испытаний

«Центр независимых строительных экспертиз» готов провести испытания и определить характеристики грунтовых оснований. Наша компания ответственно подходит к каждому обращению, тщательно подготавливается к выполнению всего спектра работ, справляется с любыми задачами.

Сотрудники оперативно прибудут на объект, отберут материалы и определят требующиеся параметры. По окончании обследования эксперты подготовят заключение, укажут выявленные показатели, соответствие нормативам и итоговое решение. Обратившись к профессионалам, вы сможете доверить проведение всех испытаний экспертам, они возьмут на себя обязанности по контролю.

Приборы операционного контроля при дорожном строительстве

Н.В. Величутин, ООО «СКБ Стройприбор»

Для увеличения срока службы автомобильных дорог требуются не только новые технологии, но и средства операционного контроля технологических операций проводимых при их строительстве. В настоящее время в ООО «СКБ Стройприбор» выпускается большое разнообразие средств контроля, которые могут применять не только дорожные лаборатории, но и строительные организации. Многие новые отечественные приборы по своим метрологическим характеристикам не только приблизились к зарубежным аналогам, но и по некоторым позициям превзошли их.

Дорожное основание вместе с земляным полотном и подстилающим слоем служат своеобразной опорой или фундаментом для асфальтобетонного покрытия. От того как будет выполнено дорожное основание зависит, будет ли дорожная одежда прочной или после непродолжительной эксплуатации появится колейность, просадки, трещины и прочие дефекты.

В дорожном строительстве России степень уплотнения песчаных и глинистых грунтов нормируют на основе некоторой эталонной зависимости «влажность грунта при уплотнении — плотность сухого грунта», получаемой опытом на стандартное уплотнение. При нормировании плотности удобнее пользоваться коэффициентом уплотнения, т.к. коэффициент уплотнения является безразмерной величиной и не зависит от состава грунта.

Для определения коэффициента уплотнения грунта применяется метод сравнения плотности выемки грунта с плотностью того же грунта, полученной в лабораторном приборе стандартного уплотнения. ООО «СКБ Стройприбор» выпускает стационарный, полуавтоматический прибор стандартного уплотнения ПСУ-МГ4. Прибор позволяет значительно ускорить получения стандартных характеристик грунта, т.к. в нем уплотнение грунта проводится одновременно в двух формах. В ПСУ-МГ4 имеется счетчик количества ударов (индикация количества ударов на дисплее), после окончания цикла уплотнения прибор автоматически отключается. 

Для сплошного контроля качества уплотнения грунта можно использовать экспресс-метод основанный на увеличении удельного сопротивления пенетрации с увеличением плотности грунта. В ООО «СКБ Стройприбор» выпускаются пенетрометры статического действия с помощью которого можно косвенно определить механические свойства грунта такие как угол внутреннего трения, модуль упругости, коэффициент уплотнения, плотность (для песчаных грунтов). Для измерения усилия пенетрации в ПСГ-МГ4  применяется тензометрический датчик силы. Для компенсации веса пенетрометра перед проведением измерения предусмотрена автоподстройка нуля. Вдавливание пенетрометра в грунт проводится плавно в течении 5 ÷ 10 секунд на глубину до 75 мм. Для уменьшения погрешности измерения в приборе применяется статистическая обработка измеряемого усилия при внедрении наконечника в грунт.

Перед проведением измерений пенетрометр необходимо настроить (откалибровать) на том типе грунта по которому в дальнейшем будет проводиться контроль. Для песчаных грунтов усилие пенетрации слабо зависит от влажности поэтому для таких грунтов можно построить и ввести в память прибора зависимость удельное сопротивление пенетрации – плотность грунта. В прибор можно ввести четыре таких зависимости для крупного, среднего, мелкого и пылеватого песка. Удельное сопротивление пенетрации глин и суглинков зависит не только от плотности, но и от влажности в связи с чем перед проведением измерений для таких грунтов необходимо определить максимальное усилие пенетрации после уплотнения такого грунта в приборе стандартного уплотнения.  

Наиболее сложным в отношении определения коэффициента уплотнения являются щебеночное основание, так как необходимо знать максимальную плотность щебня значение которой невозможно получить без специальных виброустановок.  Для контроля качества уплотнения щебеночных оснований или оснований из крупнообломочного грунта можно использовать такие его характеристики как модуль упругости.

Для измерения модуля упругости (модуля динамической деформации или несущей способности) грунтового и щебеночного основания дорожного полотна в ряде стран используются малогабаритные установки динамического нагружения. Установка динамического нагружения снабжается подвижным грузом, при сбрасывании которого на амортизатор возникает динамическое усилие, которое через круглый штамп воздействует на контролируемую поверхность. В измерителе модуля упругости ООО «СКБ Стройприбор» ПДУ-МГ4 (и его модификациях) модуль упругости определяется исходя как из измеренной деформации дорожного основания, так и измеренной силе действующей на круглый штамп. Применение в приборе двух датчиков (датчика силы и датчика перемещения), а также удлиненной направляющей с перемещаемым механизмом фиксации груза позволяет регулировать силу удара и значительно расширить диапазон определения модуля упругости. Применение корректного расчета существенно уменьшило разницу в показаниях при определении модуля упругости статическим и динамическим методами.

Для измерения криогенных свойств грунта (пучинистость грунта) фирмой ООО «СКБ Стройприбор» серийно выпускаются приборы УПГ-МГ4.01/Н «ГРУНТ». К прибору можно подключить от одного до шести термоконтейнеров. Использование нескольких термоконтей-неров значительно сокращает время проведения измерений. Прибор предназначен для проведения испытаний грунта в стационарных условиях и имеет режим непрерывной регистрации процесса испытаний. Все процессы по выдержке и замораживанию грунта ведутся в автоматическом режиме и не требуют вмешательства оператора до окончания измерений.

Для измерения теплопроводности мерзлых и талых грунтов, а так же для определения начала температуры замерзания грунта в ООО «СКБ Стройприбор» разработан прибор ИТП-МГ4 «Грунт». Прибор работает в стационарных условиях, все измерения проводятся в автоматическом режиме.

Немаловажное значение при укладке асфальтобетонного покрытия имеет качество уплотнения. Для измерения плотности асфальтобетона в ООО «СКБ Стройприбор» разработан и изготавливается серийно плотномер асфальтобетона ПА-МГ4.  Основная трудность, с которой столкнулись при разработке данного прибора это присутствие воды на асфальтобетонном покрытии. Ёмкостный датчик в качестве чувствительного элемента был исключен сразу. Хотя применение ёмкостного датчика и позволяет получить большую точность при измерении плотности, но наличие воды существенно искажает результаты измерений, так как диэлектрическая проницаемость воды 80 существенно выше диэлектрической проницаемости асфальтобетонной смеси 4 ¸ 6. Кроме того такой прибор необходимо будет калибровать под конкретный материал, возникнет потребность в постоянной установке «нуля», при наличии воды показания будут существенно завышены.

В приборе удалось решить проблему определения наличия воды в асфальтобетоне и ввести компенсацию влажности на показания плотности с применением радиоволнового метода измерения. Прибор работает на двух частотах, имеет две передающих и одну приемную антенну, которые позволяют проводить зондирование асфальтобетонной смеси на глубину до 20 и до 150 мм. В отличие от приборов с емкостными датчиками, где основным параметром является частота, в плотномере ПА-МГ4 измерение проводится по четырем параметрам.

В приборе нет процедуры установки нуля. Имеется всего лишь одна базовая зависимость. И самое основное — прибор может измерять плотность асфальтобетона с погрешностью 2,5% без предварительной калибровки практически  на любых типах асфальтобетонов с любым материалом заполнителя (исключение составляет асфальтопесчаная смесь, и другие смеси типа Г). В приборе проводится коррекция результатов измерения в зависимости от температуры асфальтобетонной смеси и даже от температуры окружающего воздуха. Прибор имеет несколько режимов измерения: непрерывный и одиночный, а так же режим измерения с усреднением. В процессе измерения на дисплее плотномера отображаются: плотность асфальтобетонной смеси; коэффициент уплотнения; температура и влажность покрытия. В отличие от зарубежных аналогов в ПА-МГ4 измерения выполняются в более широком частотном диапазоне, что позволяет точнее определять влажность покрытия и как следствие повысить точность в определении плотности асфальтобетона с учетом корректировки на влажность.

Для определения качества битума на предприятии выпускаются пенетрометр АПН-360МГ4 и прибор  ИКШ-МГ4.
Пенетрометр АПН-360МГ4 предназначен для определения глубины проникания иглы (пенетрации) в испытуемый образец при заданных нагрузке и температуре по ГОСТ 11501-78 в соответствии с МИ2418. Пенетрометр обеспечивает автоматическую регистрацию глубины проникания иглы и времени испытаний. Процесс испытаний отображается на графическом дисплее. Остановка процесса испытаний – автоматическая, с занесением результата в память прибора. Прибор оснащен пузырьковым уровнем, регулировочными ножками, подъемным столом, подсветкой иглы.

Прибор ИКШ-МГ4 предназначен для определения тем­пературы размягчения нефтебитумов по ГОСТ 11506-73 в соответствии с МИ 2418.Прибор обеспечивает автоматический нагрев образцов с заданной скоростью, фиксацию и запоминание температуры размягчения. Равномерность нагрева по высоте (в объеме) обеспечивается механической мешалкой. Процесс испытания отображается на дисплее. Остановка испытаний – автоматическая, с занесением результата в память прибора.
Все приборы оснащены функцией передачи данных на ПК.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что для получения высококачественного дорожного полотна необходим постоянный инструментальный контроль как при устройстве грунтового и щебеночного основания, так и при укладке асфальтобетонного покрытия. Приборы позволяющие проводить оперативный контроль с требуемыми метрологическими характеристиками имеются.

Все публикации
Архив по годам: 2006; 2008; 2013; 2015; 2016; 2018; 2019; 2020;

Методы экспресс-контроля качества строительства автомобильных дорог. Часть первая. Уплотнение грунтов земляного полотна



В публикации выполнен обзор и анализ приборов и оборудования экспресс оценки модуля упругости, калифорнийского числа несущей способности и твердости грунтов, оцениваемой глубиной проникновения конуса динамических пенетрометров от одного удара. Анализ работ предшественников позволит разработать математические модели, связывающие коэффициент уплотнения грунта с коэффициентом увлажнения при испытании различными приборами, установками динамического нагружения, динамическими конусными пенетрометрами российского и зарубежного производства, измерителем жесткости грунта GeoGauge. В работе авторы описывают методику экспериментальных исследований, включающую лабораторные работы и натурные испытания. Применение результатов исследования позволит сгущать сетку контроля коэффициента уплотнения, за счет чего повысится надежность испытаний и однородность степени уплотнения. Это приведет к повышению ровности покрытий и обеспечению требуемого уровня потребительских свойств автомобильной дороги на более продолжительном временном отрезке эксплуатации.

Ключевые слова: коэффициент уплотнения, коэффициент увлажнения, экспресс оценка степени уплотнения, динамический пенетрометр, установка динамического нагружения, измеритель жесткости грунта.

От качества уплотнения грунтов земляного полотна зависят показатели их прочности и деформируемости. В результате при правильно запроектированной дорожной одежде грунты работают в стадии уплотнения [1], претерпевая остаточные деформации, которые относительно числа, приложенных нагрузок носят затухающий характер [2, 3] и связаны с напряжениями линейной зависимостью [4]. Таким образом, степень уплотнения грунта оказывает влияние на ровность покрытия, к которой нормативные документы выдвигают строгие требования, а в работах специалистов [5–8], ограничения по глубине неровностей еще более строгие. Ровность покрытий обуславливает важнейшие потребительские свойства автомобильных дорог: скорость, безопасность и удобство движения, вследствие чего научные исследования, направленные на обеспечения качества уплотнения грунтов актуальны. Кроме того, в работах, выполненных в области разработки способов расчета пластических деформаций и грунтов [9–12], предполагается, что степень уплотнения грунтов и щебеночных материалов обеспечена. Несоответствие коэффициента уплотнения, значениям, закладываемым при расчете остаточных деформаций [9–12] приводит к тому, что фактические значения параметров деформируемости грунтов и материалов оказываются меньше величин, используемых при проектировании конструкции по ровности. Такое же замечание можно сделать по отношению к методам расчета земляного полотна по сопротивлению сдвигу [13–20]. В этом случае, если фактическая величина коэффициента уплотнения окажется меньше, заложенной в расчетах [13–20], то параметры грунтов, используемые в условиях пластичности для проектирования дорожной конструкции, будут иметь значения меньше фактических. Это так же приведет к тому, что запроектированная дорожная одежды будет иметь недостаточную жесткость для данных условий эксплуатации.

Критерием качества уплотнения является степень уплотнения грунта, она характеризуется величиной коэффициента уплотнения и должна соответствовать требованиям строительных правил. Режим и объем контроля, а также предельные отклонения коэффициента уплотнения от требуемых значений регламентируются строительными правилами. В нижних технологических слоях насыпей высотой более трех метров коэффициент уплотнения контролируют в поперечниках, расположенных на расстоянии не более 50 м, а в других конструкциях поперечного профиля не реже, чем через 200 м. В верхнем технологическом слое земляного полотна не зависимо от конструкции его поперечного профиля степень уплотнения проверяют через каждые 50 м. При ширине земляного полотна до 20 м из поперечника отбирают три пробу, одну берут по оси сооружения, а две другие отбирают на расстоянии 1,5–2 м от бровки. При ширине — более 20 м в пределах поперечника берут еще две дополнительные пробы из промежутков между осью и бровкой. Безусловна, что для повышения надежности контроля коэффициента уплотнения целесообразно сгущение сетки контроля, то есть уменьшение шага отбора проб по длине и увеличение точек контроля в пределах одного поперечника. Точные методы определения плотности, регламентируемые государственными стандартами обладают высокой трудоемкостью отбора проб и требуют значительных затрат времени на лабораторное определение плотности и влажности грунта. Поэтому возникает острая необходимость в развитии методов экспресс оценки степени уплотнения грунтов, выполняемой непосредственно на строительном объекте.

Большая экспериментальная работа по исследованию влияния влажности и степени уплотнения грунтов на показатели механических свойств выполнена В. М. Сиденко, О. Т. Батракова и Ю. А. Покутнева [21]. В результате получены эмпирические формулы, связывающие модуль упругости, сцепление и угол внутреннего трения с относительной влажностью и коэффициентом уплотнения грунта. Эти формулы приведены в табл. 1 [9]. Известно, что с увеличением плотности сухого грунта показатели прочности и деформируемости грунтов возрастают. В количественном отношении зависимость показателей механических свойств грунтов от коэффициента уплотнения и влажности можно представить эмпирическими формулами В. М. Сиденко, О. Т. Батракова и Ю. А. Покутнева [21], которые приведены в табл. 1.

Таблица 1

Формулы для расчета параметров прочности идеформируемости (Примечание W— относительная влажность, определяемая отношением влажности грунта Wе квлажности на границе текучести Wт (W=Wе/ Wт)

Вид грунта	Показатель прочности или деформируемости	Формула
Суглинки и глины	Штамповый модуль упругости, МПА
	Сцепление, МПа
	Угол внутреннего трения, о
Супеси легкие не пылеватые	Штамповый модуль упругости, МПА
	Сцепление, МПа
	Угол внутреннего трения, о
Супеси крупные	Штамповый модуль упругости, МПА

Анализируя данные табл. 1 отметим, что можно решить обратную задачу, то есть получить формулы для расчета коэффициента уплотнения через измеренные параметры прочности и относительную влажность грунта. При контроле степени уплотнения целесообразно сгущение сетки контроля, то есть уменьшения расстояния между определением плотности грунта и коэффициента уплотнения. Сгущение сетки контроля дает преимущество, связанное с возможностью выявление мест с неоднородным уплотнение то есть с резко отличающимися коэффициентами уплотнения. Наличие таких участков негативно сказывается на ровности покрытий. Связано это с тем, что грунт с более высоким коэффициентом уплотнения испытывает остаточные деформации меньшей величины, по сравнению с грунтом с меньшей степенью уплотнения. Как известно [22] глубина неровности в рассматриваемой точке покрытия обусловлена разностью остаточных деформаций в этой точке и точке с наименьшей деформацией. Поэтому устранение участков с неоднородным уплотнением в процессе строительство земляного полотна позволяет уменьшить интенсивность деградации ровности покрытия при эксплуатации дороги.

В настоящее время разработано большое количество приборов для экспресс оценки параметров прочности и деформируемости грунта. Обзор и анализ таких приборов выполнен в работах [23–25]. На рис. 1 приведены установки динамического нагружения (УДН), предназначенные для измерения осадок и вычисления штампового модуля упругости грунта.

Рис. 1. Установки динамического нагружения для измерения осадки и определения модуля упругости: а — ПДУ-МГ4.01 «Удар», б — ZFG-3000

Методика измерений и обработки данных подробно описывается в руководствах пользователя, которые снабжены корреляционными таблицами, связывающими кратковременные модули со статическим модулем и коэффициентом уплотнения.

Отметим, что большинство таким приборов производятся за рубежом и сопровождаются импортным программным обеспечением, в котором коэффициент уплотнения вычисляется по отношению плотности сухого грунта к его максимальной плотности. Определяемой максимальной плотности за рубежом выполняют соответствующим типу грунта тестом (А, В или С) стандартным или модифицированным методом Р. Проктора. Методику этого эксперимента можно изучить по материалам работы [26].

В РФ для этого эксперимента применяют метод стандартного уплотнения. Эти методы имеют отличия, как по методике проведения испытания, так и по оборудованию. Поэтому максимальная плотность грунта, определяемая по методам РФ, США и стран Евросоюза различная. Эта требует уточнения коэффициентов уплотнения, которые показывают зарубежные УДН или оборудование, работающее на импортном программном обеспечении.

При вычислении модуля упругости грунтового основания применяют представление Ж. Буссинеска, которое считается общепринятым. Вместе с тем для вычисления напряжений при расчете осадок используют совершенно другие решения, например при расчете осадок от круглого штампа применяют решение [27], недостатки которого описываются в работе [3]. Поэтому наряду с решением [27] для расчета главных напряжений можно применить способ, найденный в работах [28–30]. После расчета напряжений и вычисления по измеренной осадке модуля упругости коэффициент уплотнения можно рассчитать по обобщающей зависимости:

,(1)

где A, B и C — комплексные коэффициенты, зависящие от параметров грунта, характеризующих его вид и разновидность, и прибора с помощью которого выполнено экспериментальное определение модуля упругости (деформации) грунта.

При контроле качества уплотнения грунтов удобно оперировать не относительной влажностью, а оптимальной влажностью Wо или коэффициентом увлажнения kувл. Эти параметры можно вычислить по формулам

(2)

где  — коэффициент перехода от оптимальной влажности к влажности на границе текучести, определяемый отношением их значений, установленных экспериментально по методам изложенных ГОСТ.

Несмотря на то, что известны ориентировочные значения параметров грунта, используемых в формулах (2), при контроле качества они определяются экспериментально с периодичностью 1 раз на 2000 м3 грунта.

Используя зависимости (2) в выражении (3), получим формулу:

(3)

Зависимость (3) является обобщающей моделью расчета коэффициента уплотнения по вычисленному с использованием осадок, измеренных УДН, модулю упругости.

Задачами дальнейшего исследования автора является определение параметров A, B и C модели (3). Для этого необходимо выполнить экспериментальные испытания с применением различных установок динамического нагружения, определив для каждой из них свои коэффициенты A, B и C. По результатам этой работы предполагается формирование базы данных.

Литература:

1. Александров А. С. Расчет пластических деформаций материалов и грунтов дорожных при воздействии транспортной нагрузки // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. Строительство. — 2009. — № 2. — с. 3–11.

2. Wichtmann T., Niemunis A. Triantafyllidis Th. Strain accumulation in sand due to drained cyclic loading: on the effect of monotonic and cyclic preloading (Miner’s rule) // Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 2010. Vol.30, № 8, Pp.736–745.

3. Александров А. С. Совершенствование расчета дорожных конструкций по сопротивлению сдвигу. Ч. 1. Состояние вопроса: монография. — Омск: СибАДИ, 2015. — 292 с.

4. Семенова Т. В., Гордеева С. А., Герцог В. Н. Определение пластических деформаций материалов, используемых в дорожных конструкциях // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. — 2012. — № 4(37). — с. 247–254.

5. Золотарь И. А. К определению остаточных деформаций в дорожных конструкциях при многократных динамических воздействиях на них подвижных транспортных средств / И. А. Золотарь. — Санкт-Петербург: Изд-во ВАТТ, 1999. — 31 с.

6. Александров А. С. Критерии расчета дорожных конструкций по ровности, допускаемые и предельные неровности // Вестник гражданских инженеров. — 2008. — № 4. — с. 97- 104.

7. Герцог В. Н., Долгих Г. В., Кузин В. Н. Расчет дорожных одежд по критериям ровности. Часть 1. Обоснование норм ровности асфальтобетонных покрытий // Инженерно-строительный журнал. — 2015. — № 5(57) — с. 45–57.

8. Александров А. С., Гордеева С. А., Шпилько Д. Н. О допускаемых и предельных значениях неровностей асфальтобетонных покрытий дорожных одежд жесткого типа //Автомобильная промышленность. — 2011. — № 2. — с. 31–35.

9. Семенова Т. В., Герцог В. Н. Пластическое деформирование материалов с дискретной структурой в условиях трехосного сжатия при воздействии циклических нагрузок // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. — 2013. — № 1(29). — с. 68- 73.

10. Александров А. С., Киселева Н. Ю. Пластическое деформирование гнейс- и диабаз материалов при воздействии повторяющихся нагрузок // Известия высших учебных заведений. Строительство. — 2012. — № 6. — с. 49–59.

11. Александров А. С. Пластическое деформирование гранодиоритового щебня и песчано-гравийной смеси при воздействии трехосной циклической нагрузки // Инженерно-строительный журнал. — 2013. — № 4(39) — с. 22–34.

12. Александров А. С. Применение теории наследственной ползучести к расчету деформаций при воздействии повторных нагрузок: монография. — Омск: СибАДИ, 2014. — 152 с.

13. Калинин А. Л. Применение модифицированных условий пластичности для расчета безопасных давлений на грунты земляного полотна. // Инженерно-строительный журнал — 2013. № 4(39). — с. 35–45.

14. Александров А. С., Долгих Г. В., Калинин А. Л. Применение критерия Друкера-Прагера для модификации условий пластичности // Наука и техника в дорожной отрасли. — 2013. № 2. — с. 26–29.

15. Болдырев Г. Г. Методы определения механических свойств грунтов. Состояние вопроса / Г. Г. Болдырев — Пенза: ПГУАС, 2008. — 696 с.

16. Александров А. С., Калинин А. Л. Совершенствование расчета дорожных конструкций по сопротивлению сдвигу. Часть 1. Учет деформаций в условии пластичности Кулона-Мора // Инженерно-строительный журнал. — 2015. № 7(59). — с. 4–17.

17. Александров А. С., Долгих Г. В., Калинин А. Л. О допускаемых давлениях на грунты земляного полотна и слои дорожной одежды // Наука и техника в дорожной отрасли. — 2012. № 2. — с. 10- 13.

18. Александров А. С. Совершенствование расчета дорожных конструкций по сопротивлению сдвигу. Ч. 2. Предложения: монография. — Омск: СибАДИ, 2015. — 262 с.

19. Чусов В. В. Перспективы применения эмпирических условий пластичности грунтов и определение их параметров при трехосных испытаниях грунтов Вестник ВолГАСУ. — 2015. № 4(61). — с. 49–57.

20. Александров А. С., Долгих Г. В. Калинин А. Л. Модификация критериев прочности сплошной среды для расчета грунтов земляного полотна по сопротивлению сдвигу // В сборнике: Архитектура. Строительство. Транспорт. Технологии. Инновации Материалы Международного конгресса ФГБОУ ВПО «СибАДИ». — Омск: СибАДИ, 2013. — с. 228–235.

21. Сиденко В. М. Дорожные одежды с парогидроизоляционными слоями / В. М. Сиденко, О. Т. Батраков, Ю. А. Покутнев. — М.: Транспорт, 1984. — 144 с.

22. Александров А. С. Моделирование деформационных процессов, протекающих в связных грунтах // Наука и техника в дорожной отрасли. — 2002. — № 4. — с. 16–19.

23. Александрова Н. П., Троценко Н. А. Применение измерителя жесткости грунта GeoGauge для оценки качества уплотнения при операционном контроле // Вестник СибАДИ, 2014, № 3 — с. 40–47.

24. Семенова Т. В., Долгих Г. В., Полугородник Б. Н. Применение Калифорнийского числа несущей способности и динамического конусного пенетрометра для оценки качества уплотнения грунта // Вестник СибАДИ, 2014, № 1 — с. 59–66.

25. Александрова Н. П., Семенова Т. В., Стригун К. Ю. Совершенствование методов экспресс оценки качества уплотнения грунтов земляного полотна строительства автомобильных дорог / Н. П. Александрова, // Вестник СибАДИ. — 2015. — № 4. — с. 46–57.

26. Александрова Н. П., Семенова Т. В., Долгих Г. В.Методы определения максимальной плотности грунтов земляного полотна автомобильных дорог[Электронный ресурс]: учебно-методическое пособие — Электрон. дан. − Омск: СибАДИ, 2015. — Режим доступа: http://bek.sibadi.org/fulltext/ESD53.pdf, свободный после авторизации. — Загл. с экрана.

27. Ahlvin R. G., Ulery H. H. Tabulated Values for Determining the Complete Pattern of Stresses, Strains and Deflections Beneath a Uniform Load on a Homogeneous Half Space, Bull.342, Highway Research Record, pp. 1–13, 1962.

28. Александров А. С. Один из путей расчета минимальных главных напряжений в грунтах земляного полотна / А. С. Александров // В сборнике:Архитектура. Строительство. Транспорт. Технологии. ИнновацииМатериалы Международного конгресса ФГБОУ ВПО «СибАДИ». — Омск, СибАДИ, 2013. — с. 217–228.

29. Александрова Н. П. Модифицированные модели для расчета главных напряжений в грунте земляного полотна // В сборнике:Архитектура. Строительство. Транспорт. Технологии. ИнновацииМатериалы Международного конгресса ФГБОУ ВПО «СибАДИ». Омск, 2013. — с. 236–246.

30. Александров А. С., Александрова Н. П., Долгих Г. В. Модифицированные модели для расчета главных напряжений в дорожных конструкциях из дискретных материалов // Строительные материалы. — 2012. — № 10. — с. 14–17.

О коэффициенте уплотнения грунтов

Грунты применяются в строительстве в качестве материалов для создания оснований зданий и сооружений. В основном грунты в своем природном состоянии по своим свойствам не отвечают требованиям, обеспечивающим качественное проведение строительных работ. Одним из наиболее широко применяемых методом преобразования естественного грунта – является его уплотнение различными методами. При уплотнении грунта происходит уменьшение его пористости, то есть растет количество контактов между частицами грунта. Это приводит к повышению прочности грунтового основания и уменьшению его сжимаемости, что ведет к уменьшению просадок грунта и сооружений после завершения строительных работ.

Уплотнение грунтов проводят слоями одинаковой высоты, в зависимости от метода уплотнения. Заложенная в ППР степень уплотнения грунта достигается при оптимальной влажности грунтов, для это требуется следить за условиями уплотнения, при не соблюдении этих условий повышается количество проходок уплотняющего оборудования, что ведет к увеличению затрат на получение требуемого уплотнения.

Для определения степени уплотнения грунта применяю коэффициент уплотнения. Для этого на начальных этапах строительство отбирают пробу грунта, и определяют значение максимально возможного уплотнения данного вида грунта; определение это показателя возможно если при рассеве через сито с отверстиями размером 5 мм проходит более 70% от все массы необходимой пробы, если реология грунта не соответствует этому требованию, то определения максимальной плотности в лабораторных условиях невозможно, а следовательно и определения коэффициента уплотнения тоже, возможно только определение плотности грунта в скелете.

Непосредственно на самом объекте проведения работ производится отбор проб уплотненного грунта из каждого слоя уплотнения, для определение плотности грунта в скелете и последующих расчетов коэффициента уплотнения.

Метод режущего кольца в основном применяется для мерзлых немерзлых глинистых грунтов, немерзлых и сыпучемерзлых песчаных грунтов. Метод заключается во вдавливании режущего кольца определенного объема в грунт при последующем извлечении заполненного кольца из уплотненного грунта. Далее в условиях лаборатории определяют влажность уплотненного грутна, плотность грунта в состоянии естественной влажности и рассчитывают плотность грунта в скелете и ,если возможно то, коэффициент уплотнения.

Способ определения плотности грунтов  методом замещения объема применяется в полевых условиях при невозможности провести испытания при помощи метода режущего кольца, так как имеет определённые погрешности. Он заключается в определении отношения массы выемки пробы грунта из уплотненного слоя к его объему, который замещают однородной средой с известными показателями.

Аккредитованная испытательная лаборатория ООО «Центр качества» оказывает услуги по определению коэффициента грунтов, со стоимостью можно ознакомится на этой странице или обратится по телефону 8 (343) 374-04-09.

Назад

Важность контроля степени насыщения при уплотнении почвы

Abstract

При обычном уплотнении насыпью сухая плотность ρ _d и содержание воды w регулируются по отношению к ( ρ _d ) _max и w _opt определяется лабораторными испытаниями на уплотнение с использованием репрезентативной пробы при определенном уровне энергии уплотнения CEL. Хотя CEL и фактический тип почвы существенно влияют на значения ( ρ _d ) _max и w _opt , они неизбежно изменяются в данном проекте земляных работ, в то время как CEL в полевых условиях может не соответствовать значению, используемому в лабораторные испытания на уплотнение.Контроль уплотнения, основанный на жесткости уплотненного грунта в поле, имеет такой недостаток, что при увлажнении жесткость падает в большей степени, поскольку степень насыщения уплотненного грунта, S _r , становится ниже оптимальной степени насыщения ( S _r ) _opt определяется как S _r , когда (ρ _d ) _max получается для данного CEL. Для сравнения, значение ( S _r ) _opt и ρ _d / ( ρ _d ) _max vs. S _r — ( S _r ) _opt Взаимосвязь уплотненного грунта довольно нечувствительна к изменениям в CEL и типе грунта, в то время как прочность и жесткость непропитанного и замоченного уплотненного грунта контролируется ρ _d и « S _r в конце уплотнения». Предлагается контролировать не только w и ρ _d , но также S _r , так что S _r становится ( S _r ) _opt и ρ _d становится достаточно большим, чтобы обеспечить свойства почвы, требуемые при проектировании.

Ключевые слова

Степень уплотнения

Степень насыщения

Плотность в сухом состоянии

Уплотнение грунта

Влажность

Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

© 2016 Автор (ы). Опубликовано Elsevier Ltd.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Уплотнение почвы | UMN внутренний номер

Рисунок 24: Тракторы с гусеницами (фон) и шинами.

Любое оборудование, будь то гусеницы или шины, может создавать уплотнение.Выбор оборудования, обеспечивающего наименьшее уплотнение, зависит от нескольких факторов.

Тракторы

Припаркованный гусеничный трактор оказывает давление на почву приблизительно от 4 до 8 фунтов на квадратный дюйм в зависимости от ширины, длины и веса трактора. Этот фунт на квадратный дюйм изменяется в зависимости от расположения роликов промежуточных колес, жесткости пружины в точках крепления, жесткости гусеницы, динамической передачи веса при нагрузке на дышло и т. Д. (Рисунок 24).

Радиальные шины оказывают давление на 1-2 фунта выше, чем их надлежащее давление в шинах.Например, если радиальная шина накачана до 6 фунтов на квадратный дюйм, шина оказывает давление на почву от 7 до 8 фунтов на квадратный дюйм. Это давление также зависит от размера проушины, жесткости шины и нагрузки на дышло.

Старые модели диагональных шин, накачанных до 6–8 фунтов на квадратный дюйм, не могут эффективно работать и легко изнашиваются при таком низком давлении в шинах. Следовательно, они должны быть накачаны до 20-25 фунтов на квадратный дюйм.

Как управлять уплотнением почвы

Чтобы сохранить уплотнение почвы в зоне плуга, поддерживайте радиальное давление в шинах около 10 фунтов на квадратный дюйм.В зависимости от размера шин вам, возможно, придется добавить сдвоенные шины для достижения этой цели. Проконсультируйтесь с вашим местным дилером по шинам, чтобы определить надлежащее давление в шинах.

Исследование: Тракторное уплотнение

Рисунок 25: Уплотнение почвы полноприводными и гусеничными тракторами при различных тяговых нагрузках. Исследование

Iowa показало, что небольшие тракторы, оборудованные гусеницами или радиальными шинами, создают уплотнение в верхних слоях на 5–8 дюймов. Однако ниже этой глубины эффект уплотнения был незначительным.

На рис. 25 показана корреляция между давлением в шинах и уплотнением почвы по результатам исследования, проведенного Университетом штата Огайо. Эффект уплотнения измерялся на глубине 20 дюймов на илистом суглинке (ширина шин составляла примерно 28 дюймов) для четырех различных сценариев. Они сравнили

• Трактор John Deere 8870 с сдвоенными баками 710 / 70R38, правильно накачанными до 6 и 7 фунтов на квадратный дюйм (спереди и сзади)
• Тот же трактор John Deere с шинами, накачанными до 24 фунтов на кв. Дюйм
• Cat Challenger 65 с резиновыми гусеницами 24 дюйма
• Cat Challenger 75 с резиновыми гусеницами 36 дюймов

По физическим свойствам почвы трактор с правильно накачанными шинами был признан лучшим, за ним следуют 36-дюймовые и 24-дюймовые гусеницы.Наибольшее уплотнение вызвал трактор с чрезмерно накачанными шинами. Относительный рейтинг был одинаковым для автомобилей без груза и с буксируемым грузом (40-футовый культиватор).

Комбайны

Рисунок 26: Уменьшение пористости почвы по глубине при разном давлении почвы.

Общая нагрузка на ось тяжелого полевого оборудования, такого как зерновозы или комбайны, практически одинакова независимо от того, используются ли в оборудовании гусеницы или шины. Гусеницы улучшают тягу и управляемость в поле, но зерновоз 25 тонн на ось по-прежнему создает уплотнение под поверхностью, независимо от того, есть ли у него гусеницы или шины.

Исследование: уплотнение комбайна

Другой исследовательский проект в Огайо тестировал зерновоз на 1200 бушелей в сравнении с комбайном John Deere 9600 с другим расположением гусениц. Сдвоенные шины зернового прицепа, безусловно, вызывали наихудшее уплотнение. Результаты (Рисунок 26), от наихудшего до наименьшего уплотнения: 90 · 107.

1. Зерновоз с двойными шинами.

2. Комбайн с одинарными шинами 30.5L32 при давлении 34 фунта на квадратный дюйм.

3. Комбайн с полугусеничной системой со средним psi 10.

4. Комбайн с двумя шинами 18.4R38 при давлении 26 фунтов на квадратный дюйм.

5. Комбайн с широкими шинами 68×50.0-32 с избыточным давлением 24 фунта на квадратный дюйм.

6. Комбайн с такими же широкими шинами при правильном давлении 15 фунтов на квадратный дюйм.

Обратите внимание, что среднее расчетное давление на грунт полугусеницы составляло около 10 фунтов на квадратный дюйм, но оно давало результаты, которые, по-видимому, делают его равным шине с давлением от 26 до 30 фунтов на квадратный дюйм. В основном это происходит из-за направленного вниз давления со стороны направляющих колес.Исследователи предположили, что чем ниже давление накачки, тем лучше для пористости почвы.

Уплотнение почвы: методы, значение и эффекты

Что такое уплотнение грунта?

Уплотнение почвы — это практика приложения механического уплотняющего усилия для уплотнения почвы за счет уменьшения пустот между частицами почвы. Уплотнение происходит, когда частицы прижимаются друг к другу, чтобы уменьшить пространство между ними. Сильно уплотненные почвы содержат очень мало места, что приводит к увеличению удельного веса почвы.Максимальная плотность достигается при оптимальном содержании влаги, или сокращенно OMC.

Процесс уплотнения снижает вероятность оседания после строительства здания, проезжей части, взлетно-посадочной полосы или автостоянки. Заселение может привести к преждевременному разрушению покрытия, дорогостоящему техническому обслуживанию или ремонту.

Почему необходимо уплотнение почвы?

Уплотнение грунта необходимо для увеличения несущей способности и жесткости естественного (естественного) или химически модифицированного грунта.Уплотнение увеличивает прочность грунта на сдвиг за счет увеличения трения от сцепления частиц. Дальнейшее оседание грунта уменьшается за счет увеличения жесткости и устранения пустот, создающих уплотненный грунт. Удаление пустот снижает вероятность оседания, усадки или расширения почвы и уменьшает просачивание воды, что может привести к ухудшению свойств усадки и набухания почвы. Свойства усадки / набухания ухудшают структуру дорожного покрытия, что приводит к преждевременному разрушению конструкции дорожного покрытия.

Какие факторы влияют на уплотнение почвы?

Тип почвы

Различные типы грунта по-разному реагируют на уплотнение. Почвы классифицируются по размеру частиц и, в некоторых категориях почв, по их критическим значениям содержания воды или предельным значениям Аттерберга. Хорошо сортированные гранулированные грунты, содержащие широкий спектр частиц, предпочтительны для строительных работ, поскольку их можно легко уплотнить, тем самым устраняя пустоты за счет сцепления частиц и сопротивления влагопоглощению, что позволяет почве выдерживать более тяжелые нагрузки в виде очень плотного грунта.Плохо сортированный грунт содержит узкий диапазон размеров частиц и менее подходит для строительных целей из-за того, что грунту не хватает прочности на сдвиг, не связанной с несвязанными частицами из-за их одинакового размера.

---

Возвращайтесь к работе с меньшим временем простоя.

Получить расценки.

---

Содержание влаги

Содержание воды играет очень важную роль в уплотнении почвы. Максимальная плотность в сухом состоянии достигается только при идеальном уровне содержания воды.Эта точка известна как оптимальное содержание влаги или OMC. Оптимальное содержание влаги и максимальная плотность в сухом состоянии определяются в лаборатории и затем используются в качестве целевых показателей для операций на объекте. Если почва слишком сухая, можно использовать автоцистерны для распределения воды, чтобы поднять ее содержание в приемлемом диапазоне оптимального содержания влаги. И наоборот, чрезмерно влажные почвы создают свой собственный набор проблем. Недавние дожди, весеннее таяние или почва, которая удерживает влагу, можно обработать разными способами.

• Ожидание в теплой и сухой погоде — это естественный способ высушить почву, но он может занять много времени и часто неэффективен из-за (дополнительных) ненастных погодных условий.
• Дисковое оборудование для аэрации почвы может уменьшить количество влаги, но этот метод также открывает почву для поглощения еще большего количества влаги в случае дополнительных дождей. Более того, дискование обычно снижает влажность только до 5% и только на относительно небольших глубинах.
• Вырезать и заполнить, также известное как удаление и замена, — популярный вариант, но он дорог и требует много времени.Карьеры становятся все более редкими, а затраты на утилизацию продолжают расти.
• Самый эффективный вариант — химическая сушка. Портландцемент можно использовать для сушки почвы, но реагенты на основе извести — самый эффективный химический выбор. Реагенты на основе извести содержат большое количество доступного оксида кальция, достигающее 94-96 процентов. Оксид кальция химически соединяется с водой, образуя гидроксид кальция. Проще говоря, когда известь находится рядом с водой, она поглощает ее. Это экзотермическая реакция, при которой дополнительная влага высыхает в виде пара.Портландцемент, в принципе, почти не будет содержать свободной извести, поскольку CaO будет объединяться с образованием других минеральных фаз.

Типы уплотнителей

Катки для уплотнения почвы

бывают разных стилей с различными опциями, такими как одинарные или двойные барабаны, вибрационные механизмы или бульдозерные отвала.

• Гладкие катки используют статическое давление, иногда в сочетании с вибрацией и ударами, для уплотнения почвы. Гладкие катки — не единственный используемый тип уплотнителя, но, скорее всего, они используются на заключительном этапе уплотнения, чтобы обеспечить гладкую поверхность для строительства.

• Ролики с подушечками и трамбовкой используют управляющую силу для разрыва естественных связей между частицами для лучшего уплотнения, особенно в связных грунтах. У них конические ножки, поэтому они не взлохмачивают почву, уменьшая способность почвы впитывать дополнительную влагу в случае дождя.

• На малых и средних работах по уплотнению почвы пневматические катки используют шахматные резиновые шины с переменным давлением там, где поверхность гранулированных базовых материалов с лопастями должна быть уплотнена.

• В закрытых зонах можно использовать трамбовку для уплотнения почвы.

Толщина подъема

Уплотнение почвы иногда включает уплотнение нескольких подъемов или слоев почвы до достижения общей желаемой толщины. Стабильность каждого подъемника зависит от того, что находится под ним, поэтому уплотнение каждого слоя имеет решающее значение и должно контролироваться. Установка правильной толщины подъема важна, чтобы найти баланс между слишком маленькими или слишком большими слоями.Слишком большой подъем может привести к плохому уплотнению и ухудшению устойчивости, тогда как слишком маленький подъем может привести к чрезмерным затратам и времени. Толщина подъемника обычно составляет от 8 до 14 дюймов в зависимости от технических характеристик.

Контактное давление

Контактное давление между почвой и оборудованием, используемым для уплотнения, также важно понимать. Контактное давление зависит от общего веса уплотнительного оборудования и площади почвы, с которой оно контактирует.Чем выше контактное давление, тем большее уплотнение достигается.

Скорость прокатки

При обсуждении скорости уплотнения почвы следует учитывать дихотомию. Более высокая скорость уплотнения позволит уплотнить большую площадь. Однако, если уплотнение проводится слишком быстро, может не хватить времени для необходимых деформаций. В этом случае для завершения процесса уплотнения потребуются дополнительные проходы. Часто считается, что необходима более низкая скорость движения оборудования, особенно при использовании вибрационного оборудования.Более низкие скорости вибрационного оборудования дают больше времени для дополнительных вибраций в данной точке, что приводит к лучшему уплотнению. Машины для уплотнения обычно имеют скорость движения от 5 до 15 миль в час. Гладкие барабанные катки обычно перемещаются от 5 до 7 миль в час, а ролики с подушечками — от 5 до 15 миль в час. Пневматические катки могут работать со скоростью почти 15 миль в час.

Количество роликовых проходов

На высоком уровне количество проходов, необходимое для достижения желаемого уплотнения, зависит от контактного давления и скорости оборудования.Также важны такие факторы, как тип почвы, уровень влажности, толщина подъема и тип уплотнителя. Как правило, более легкому оборудованию, которое имеет меньший контакт с почвой, потребуется большее количество проходов по той же почве для достижения желаемой плотности по сравнению с более тяжелым оборудованием с большей площадью контакта. Однако есть момент, когда больший вес и / или более низкая скорость движения будут иметь меньшую отдачу. Очень медленная эксплуатация тяжелого катка — не всегда самый эффективный вариант.Как правило, тестовая часть может использоваться для определения шаблона роликов, который работает для указанной выше переменной.

Как классификация почв влияет на уплотнение почвы?

Размер частиц и критические значения воды играют большую роль в уплотнении почвы. Различные типы грунта по-разному реагируют на усилия по уплотнению. Типы почв классифицируются по размеру частиц, а в мелкозернистых почвах — по предельным значениям Аттерберга. Размер частиц определяется в лаборатории путем разделения репрезентативной пробы на серии сит или сит, начиная от 4.От 75 мм (4 ячейки) до 0,075 мм (200 меш). Распределение частиц почвы либо хорошее, либо плохое, либо неравномерное. Грунты с хорошей сортировкой, содержащие широкий спектр частиц, предпочтительны в строительстве, потому что они легко уплотняются, устраняя пустоты, сцепляя частицы и сопротивляясь поглощению влаги, позволяя почве выдерживать более тяжелые нагрузки как очень плотный грунт. Плохо сортированные грунты содержат узкий диапазон размеров частиц и менее подходят для строительных целей, поскольку прочность на сдвиг не связана с несвязанными частицами из-за их одинакового размера.Щелевые почвы содержат разрыв в общем распределении размеров зерен.

Почвы делятся на два основных подразделения: крупнозернистые и мелкозернистые.

• Крупнозернистые почвы на 50% или более имеют размер более 0,075 мм (200 меш),
  • Крупнозернистые почвы можно разделить на две части: гравий или песок.
  • Если 50% образца больше 4,75 мм, почва классифицируется как гравий.
  • Если 50% образца находится в диапазоне от 4,75 мм до 0,075 мм, он классифицируется как песок.
• Мелкозернистые почвы на 50% или более имеют размер менее 0,075 мм.
  • Мелкозернистые почвы также можно разделить на две части: илы и глины. Частицы ила больше, чем частицы глины, которые имеют размер менее 2 микрон.
  • Однако формальное различие связано с содержанием воды и определяется пределами Аттерберга почвы.
  • Пределы Аттерберга — это критические значения содержания воды в почве, которые представляют собой пределы жидкости и пластичности.
  • Предел жидкости — это содержание воды, при котором мелкозернистый грунт начинает проявлять жидкие свойства, то есть способность течь как жидкость.
  • Точно так же предел пластичности — это содержание воды, при котором грунт начинает проявлять пластические свойства, то есть способность к повторной формовке без образования трещин.
  • Эти пределы используются для определения индекса пластичности почвы или диапазона содержания воды, в котором почва проявляет пластические свойства, что является ценным геотехническим показателем.

Какие методы используются для уплотнения почвы?

Есть несколько методов уплотнения почвы. Все методы включают статическое и / или динамическое воздействие наряду с манипуляциями с почвой. Статическая сила использует давление груза на физически и непрерывно уплотняющую почву. Манипуляции, такие как замешивание или попеременное измельчение почвы, могут уплотнять почву на большей глубине. В сочетании с давлением и манипуляциями можно применить динамическую силу, добавив вибрирующий механизм.В методах вибрационного уплотнения используются разные амплитуды (величина движения по оси) и частоты (скорость движения) для приложения силы в чередующихся направлениях, обычно с помощью вращающегося груза, чтобы наносить быстрые удары по поверхности. Это переупорядочивает частицы почвы, поэтому уплотнение происходит не только в верхних слоях, но и в более глубоких слоях почвы. Другой динамический метод уплотнения грунта — ударное уплотнение падающим грузом. Этот метод позволяет уплотнять почву и на больших глубинах.

Как уплотняется почва?

Уплотнение почвы достигается за счет статической или динамической силы и манипуляций с почвой. Статическая сила использует собственный вес машин для приложения непрерывного давления вниз для увеличения уплотнения за счет сжатия верхнего слоя почвы. Динамическая сила использует движение в виде вибрации или падающего груза в сочетании со статической нагрузкой машины для увеличения плотности почвы. Мешалки и стрижки помогают уплотнять почву на большей глубине.

Как вы проводите испытание на уплотнение почвы?

Для определения степени уплотнения можно использовать несколько методов испытаний на уплотнение. Предварительные испытания на месте на объекте проекта важны для понимания того, какие условия присутствуют на начальном этапе. Испытание песчаным конусом, использование баллонного плотномера или трубки Шелби — все это жизнеспособные варианты, но чаще всего для проверки уплотнения в полевых условиях используется датчик ядерной плотности (ASTM D6938-08a). Лабораторные методы обычно включают уплотнение почвы в формы для получения плотности почвы.Например, тест на плотность влаги (обычно называемый тестами Проктора) (D698 и D1557) определяет уплотнение почвы в форме определенного объема с использованием стандартизированного веса с указанной высоты. Эти требования требуют контролируемого и воспроизводимого усилия уплотнения и обеспечивают максимальную плотность и оптимальную влажность почвы.

Что означает 95-процентное уплотнение?

95-процентное уплотнение означает, что почва была уплотнена до 95 процентов возможной плотности почвы за счет уплотняющих усилий.Максимальная плотность в сухом состоянии, наряду с оптимальным содержанием влаги, определяется в лаборатории и обеспечивает целевой уровень уплотнения в полевых условиях. 95 процентов часто используется в качестве целевого порога уплотнения, чтобы гарантировать, что строительные объекты возводятся на твердой платформе. Порог уплотнения будет предоставлен инженером-проектировщиком и будет основан на несущей способности, необходимой для обеспечения устойчивости конструкции при окончательной нагрузке.

Испытание на уплотнение почвы | Geoengineer.org

Введение

Уплотнение грунта — это процедура, при которой грунт подвергается механическому воздействию и уплотняется.Почва состоит из твердых частиц и пустот, заполненных водой и / или воздухом. Более подробное объяснение трехфазной природы почв дается в Почва как трехфазная система . Под воздействием нагрузки частицы почвы перераспределяются в массе почвы, и объем пустот уменьшается, что приводит к уплотнению. Механическое напряжение может быть приложено замешиванием, динамическими или статическими методами. Степень уплотнения определяется количественно путем измерения изменения удельного веса сухой почвы γ _d .

В рамках инженерных приложений уплотнение особенно полезно, поскольку оно приводит к:

• увеличению прочности грунтов
• A снижению сжимаемости грунтов
• A снижению проницаемости грунтов

Эти факторы имеют решающее значение для конструкций и инженерных сооружений, таких как земляные плотины, насыпи, опоры тротуаров или опоры фундаментов.

Степень уплотнения зависит от свойств почвы, типа и количества энергии, обеспечиваемой процессом уплотнения, а также от влажности почвы.Для каждой почвы существует оптимальное количество влаги, при котором она может испытывать максимальное сжатие. Другими словами, для данного уплотняющего усилия грунт достигает своего максимального веса сухой единицы ( γ _{d, max} ) при оптимальном уровне влажности ( w _opt ).

Сжимаемость относительно сухой почвы увеличивается по мере добавления к ней воды. То есть для уровней содержания воды сухой или optimu м (w _opt ) вода действует как смазка, позволяя частицам почвы скользить относительно друг друга, что приводит к более плотной конфигурации.За пределами определенного уровня содержания воды ( влажный из оптимального , w> w _opt ) избыток воды в почве приводит к увеличению порового давления воды, которое раздвигает частицы почвы. Типичная корреляция между сухой единицей веса и содержанием воды представлена ​​на рис. 1 . Также стоит отметить, что, как можно увидеть на , рис. 2, , для данного грунта наивысшая прочность достигается только в сухом или оптимальном состоянии (, рис. 2а, ), а самая низкая гидравлическая проводимость достигается только во влажном состоянии. оптимума ( Рисунок 2b ).Влияние уплотняющего усилия на максимальный вес сухой единицы (γ _{d, max} ) и оптимальный уровень содержания воды (w _opt ) можно наблюдать на Рис. 4 . С увеличением уплотняющего усилия γ _{d, max} увеличивается, а w _opt уменьшается. То есть меньшего содержания воды достаточно для насыщения более плотного образца.

Рисунок 1 : Влияние содержания воды на массу сухой единицы во время уплотнения почвы

Рисунок 2 : Влияние содержания воды на почву а) прочность и б) гидропроводность

Проктор Испытание на уплотнение

Самым распространенным лабораторным испытанием на уплотнение почвы является испытание на уплотнение Проктора.

Тест Проктора был изобретен в 1930-х годах Р. Р. Проктором, полевым инженером Бюро водоснабжения и водоснабжения в Лос-Анджелесе, Калифорния. Процесс, имитирующий процессы уплотнения на месте, обычно выполняемые при строительстве земляных дамб или насыпей, является наиболее распространенным лабораторным испытанием, проводимым для определения сжимаемости грунтов.

Тип уплотнения и энергия, обеспечиваемая для данного объема почвы, являются стандартными, и, таким образом, испытание фокусируется на изменении содержания влаги в образце для определения оптимального содержания влаги (w _opt ).

Стандартный тест Проктора включает цилиндрическую форму объемом 0,95 литра, в которую грунт помещается и уплотняется в 3 слоя. Каждый слой сжимается 25-кратным падением груза весом 2,5 кг с высоты 30 сантиметров.

Модифицированная версия теста была представлена ​​после Второй мировой войны, в 1950-х годах, когда тяжелая техника могла приводить к более высокому уплотнению. В новом подходе цилиндрическая форма осталась прежней, однако падающий вес увеличен до 4,5 кг, а высота падения — до 45 сантиметров.Кроме того, грунт уплотняется в 5 слоев по 25 ударов в каждом слое.

Испытание проводится для 5 значений влажности, чтобы получить оптимальное содержание воды (w _opt ), для которого значение веса сухой единицы является максимальным (γ _{d, max} ).

Испытательное оборудование

Оборудование, используемое для проведения испытания, включает:

• цилиндрическую пресс-форму диаметром 10 сантиметров, снабженную основанием и воротником
• трамбовку Proctor весом 2,5 кг или 4,5 кг в зависимости от того, стандарт модифицированного теста проведен
• No.4 Сито
• Стальная линейка
• Контейнеры для влаги
• Градуированный цилиндр
• Смеситель
• Контролируемая печь
• Металлический поддон и совок

Типичные цилиндрические формы для уплотнения и трамбовки показаны на рис. 3 .

Рисунок 3 : Формы Проктора и трамбовки (ASTM / AASHTO) от Контрольная группа (для получения дополнительной информации нажмите здесь )

Процедура испытания

Процедура испытания на уплотнение Проктора состоит из выполните следующие действия:

1. Получите около 3 кг почвы.
2. Пропустите почву через сито № 4.
3. Взвесьте массу грунта и форму без манжеты (Ш _м ).
4. Поместите почву в миксер и постепенно добавляйте воду, чтобы достичь желаемого содержания влаги (w).
5. Нанесите смазку на воротник.
6. Удалите почву из миксера и поместите ее в форму в 3 или 5 слоев в зависимости от используемого метода (Стандартный Проктор или Модифицированный Проктор). Для каждого слоя запустите процесс уплотнения с 25 ударами на слой.Капли наносятся вручную или механически с постоянной скоростью. Грунтовая масса должна заполнять форму и доходить до воротника, но не более чем на 1 сантиметр.
7. Осторожно снимите воротник и срежьте почву, выступающую над формой, заостренной прямой кромкой.
8. Взвесьте плесень и содержащий почву (W).
9. Выдавите почву из формы с помощью металлического экструдера, убедившись, что экструдер и форма находятся на одной линии.
10. Измерьте содержание воды в верхней, средней и нижней части образца.
11. Снова поместите почву в миксер и добавьте воды для достижения более высокого содержания воды w.

Расчеты

Во-первых, содержание воды при уплотнении ( w ) образца почвы рассчитывается с использованием среднего значения трех полученных измерений (верхняя, средняя и нижняя часть массы почвы).

Затем вес сухой единицы ( γ _d ) рассчитывается следующим образом:

где: W = вес формы и масса почвы (кг)

W _м = вес формы (кг)

w = содержание воды в почве (%)

V = объем формы (м ³ , обычно 0.033m ³ )

Эту процедуру следует повторить еще 4 раза, учитывая, что выбранное содержание воды будет как ниже, так и выше оптимального. В идеале выбранные точки должны быть хорошо распределены, причем 1-2 из них близки к оптимальной влажности.

Производные веса сухих единиц вместе с соответствующим содержанием воды нанесены на диаграмму вместе с кривой нулевых пустот, линией, показывающей корреляцию сухой массы единиц с содержанием воды при условии, что почва насыщена на 100%.Независимо от того, сколько энергии подводится к образцу, уплотнить его за пределами этой кривой невозможно. Кривая нулевых пустот рассчитывается следующим образом:

где: G _S = удельный вес частиц почвы (обычно G _S ~ 2,70)

γ _W = удельный вес насыщенного грунта (кН / м ³ )

Типичные кривые, полученные на основе стандартных и модифицированных тестов Проктора, а также кривая нулевых воздушных пустот представлены на рис. 4 .

Рис. 4 : Типичные кривые, полученные с помощью стандартного и модифицированного тестов Проктора. Также показана кривая с нулевыми воздушными пустотами

Уплотнение

Уплотнение

Уплотнение — это процесс, который приводит к увеличению грунта на плотность или удельный вес , сопровождающееся уменьшением объема воздуха на . Обычно не меняется в содержании воды. Степень уплотнения измеряется по массе сухой единицы и зависит от содержания воды и усилия уплотнения (вес молота, количество ударов, вес катка, количество проходов).Для данного уплотняющего усилия максимальный вес сухой единицы достигается при оптимальном содержании воды .

---

Уплотнение

Назначение и процессы уплотнения

Уплотнение — это процесс увеличения плотности почвы и удаления воздуха, обычно с помощью механических средств. Размер отдельных частиц почвы не меняется, вода не удаляется.

Целенаправленное уплотнение предназначено для повышения прочности и жесткости пачкаться.Может произойти последовательное (или случайное) уплотнение и, следовательно, оседание. из-за вибрации (сваи, движение и т. д.) или собственного веса насыпи.

---

Цели уплотнения и процессы

Уплотнение как строительный процесс

Уплотнение применяется при строительстве дорожных оснований, взлетно-посадочных полос, земляных дамб, насыпи и армированные земляные стены. В некоторых случаях для подготовки уровня может использоваться уплотнение. поверхность для строительства.

Грунт укладывается слоями, обычно толщиной от 75 до 450 мм. Каждый слой уплотняется до указанного стандарта с использованием катков, вибраторов или трамбовок.

См. Также Типы уплотнительных установок и Технические условия и контроль качества

---

Цели уплотнения и процессы

Объекты уплотнения

Уплотнение может применяться для улучшения свойств существующий грунт или в процессе укладки насыпи.Основные цели:

• увеличивает прочность на сдвиг и, следовательно, подшипник вместимость
• увеличить жесткость и, следовательно, уменьшить будущее поселок
• уменьшает коэффициент пустотности и проницаемость, тем самым уменьшая возможное морозное пучение

---

Цели уплотнения и процессы

Факторы, влияющие на уплотнение

На достижимую степень уплотнения влияет ряд факторов:

• Характер и тип почвы, т.е.е. песок или глина, градуировка, пластичность
• Содержание воды во время уплотнения
• Условия площадки, например погода, тип участка, толщина слоя
• Компактное усилие: тип установки (вес, вибрация, количество проходов)

---

Цели уплотнения и процессы

Типы уплотнительных установок

Строительный транспорт, особенно на гусеничном ходу транспортных средств, также используется.

В Великобритании. дополнительную информацию можно получить в Министерстве транспорта и в справочниках по методы гражданского строительства.

---

Типы уплотнительных установок

Каток гладкий

• Самоходные или буксируемые стальные катки массой от 2 до 20 тонн
• Подходит для: песчаников и гравия с хорошей фракцией.
  илов и глин с низкой пластичностью.
• Непригодно для: однородных песков; илистые пески; мягкие глины

---

Типы уплотнительных установок

Решетка роликовая

• Буксируемые агрегаты с рулонами стержней 30-50 мм с промежутками 90-100 мм
• Диапазон масс от 5 до 12 тонн
• Подходит для: мелкозернистых песков; мягкие породы; каменистые почвы с мелкой фракцией
• Непригодно для: однородных песков; илистые пески; очень мягкие глины

---

Типы уплотнительных установок

Ролик овчинный

• Также известен как «трамбующий ролик»
• Самоходные или буксируемые агрегаты с полым барабаном с выступающими булавовидными ножками
• Диапазон масс от 5 до 8 тонн
• Подходит для: мелкозернистых почв; песок и гравий с мелкими частицами> 20%
• Непригоден для: очень крупных почв; равномерный гравий

---

Типы уплотнительных установок

Каток с пневмошинами

• Обычно контейнер на двух осях с колесами с резиновыми шинами.
• Колеса выровнены для создания катящейся колеи на всю ширину.
• Статические нагрузки добавляются для получения массы 12-40 тонн.
• Подходит для: самых крупных и мелких почв.
• Непригодно для: очень мягкой глины; сильно изменчивый почвы.

---

Типы уплотнительных установок

Виброплита

• Диапазон от машин с ручным управлением до более крупных комбинаций катков
• Подходит для: большинства почв с низким и средним содержанием мелочи
• Непригоден для: больших объемов работ; мокрый глинистый почвы

---

Типы уплотнительных установок

Трамбовка силовая

• Также называется «траншейный тампер»
• Пневматический трамбовщик с ручным управлением
• Подходит для: засыпки траншей; работать в закрытых помещениях
• Не подходит для: больших объемов работ

---

Уплотнение

Лабораторные испытания на уплотнение

Изменения уплотнения в зависимости от содержания воды и усилия уплотнения сначала устанавливаются в лаборатории.Затем указываются целевые значения для сухой плотности и / или содержания воздушных пустот, которые должны быть достигнуты на месте.

---

Лабораторные испытания на уплотнение

Отношение сухой плотности / влажности

Целью испытания является определение максимальной сухой плотность, которая может быть достигнута для данной почвы стандартным количеством уплотняющее усилие. Когда серия образцов грунта уплотняется при разных График содержания воды обычно показывает отчетливый пик.

• Максимальная плотность в сухом состоянии достигается при оптимальном содержании воды
• Кривая построена с осями сухой плотности и содержания воды, а контрольные значения — это значения, считанные:
  r _d (макс.) = максимальная плотность в сухом состоянии
  w _opt = оптимальное содержание воды
• Получены разные кривые для разных уплотняющие усилия

---

Плотность в сухом состоянии / содержание воды отношение

Пояснение к форме кривой

Для глин
Недавно выкопанные и обычно насыщенные комки глинистой почвы имеют относительно высокую прочность на сдвиг без дренажа при низком содержании воды и их трудно уплотнять.В виде увеличивается содержание воды, комки ослабевают и размягчаются и, возможно, легче уплотняются.

Для грубых почв
материал ненасыщен и приобретает прочность за счет всасывания поровой воды, которая собирает при контактах зерна. По мере увеличения содержания воды всасывание и, следовательно, эффективные напряжения уменьшаются. Почвы слабеют, и поэтому легче уплотняется.

Для обоих
При относительно высокое содержание воды, уплотненный грунт почти насыщен (почти все воздуха был удален), и поэтому уплотняющее усилие действует на недренированную нагрузку. и поэтому объем пустот не уменьшается; по мере увеличения содержания воды уплотняемая плотность достигнутое будет уменьшаться, при этом содержание воздуха останется почти постоянным.

---

Плотность в сухом состоянии / содержание воды отношение

Выражения для расчета плотности

Уплотненный образец взвешивают для определения его массы: M (граммы)
Объем формы: V (мл)
Подвыборки взяты в определить содержание воды: Вт
Расчеты:

Рабочий пример

Образец уплотненного грунта был взвешен со следующими результатами:
Масса = 1821 г Объем = 950 мл Содержание воды = 9.2%
Определите насыпную и сухую плотность.

Насыпная плотность r = 1821/950 = 1,917 г / мл или Mg / m

Плотность в сухом состоянии r _d = 1,917 / (1 + 0,092) = 1,754 мг / м

---

Лабораторные испытания на уплотнение

Плотность в сухом состоянии и воздушные пустоты

Полностью насыщенная почва не содержит воздуха. На практике даже довольно влажная почва будет иметь небольшое содержание воздуха.

Максимальная плотность в сухом состоянии определяется как содержанием воды, так и содержанием воздушных пустот.Кривые для различного содержания воздушных пустот могут быть добавлены к графику r _d / w, используя следующее выражение:

Содержание воздушных пустот, соответствующее максимальной плотности в сухом состоянии и оптимальному содержанию воды, можно считать по графику r _d / w или рассчитать по выражению (см. Рабочий пример).

Рабочий пример

Определите плотность сухого образца уплотненного грунта при содержании воды 12%, с нулевым, 5% и 10% содержанием воздушных пустот.(G _с = 2,68).

---

Лабораторные испытания на уплотнение

Эффект повышенного уплотняющего усилия

Усилие уплотнения будет больше при использовании на стройплощадке более тяжелого катка. или более тяжелая трамбовка в лаборатории. С большим усилием уплотнения:

• максимальное увеличение сухой плотности
• оптимальное содержание воды уменьшается
• Содержание воздушных пустот практически не изменилось.

---

Лабораторные испытания на уплотнение

Влияние типа почвы

• Хорошо гранулированный гранулированный грунт можно уплотнять до более высокой плотности, чем однородные или илистые почвы.
  
• Глины с высокой пластичностью могут иметь содержание воды более 30% и достигать аналогичная плотность (и, следовательно, прочность), что и более низкая пластичность с содержание воды ниже 20%.
  
• По мере увеличения процента мелких частиц и пластичности почвы уплотнение кривая становится более пологой и, следовательно, менее чувствительной к содержанию влаги.Точно так же максимальная плотность в сухом состоянии будет относительно низкой.

---

Лабораторные испытания на уплотнение

Интерпретация лабораторных данных

Во время теста собираются данные:

1. Объем формы (В)
2. Масса формы (M _o )
3. Удельный вес зерна почвы (G _s )
4. Масса плесени + уплотненный грунт — для каждого образца (M)
5. Содержание воды в каждом образце (мас.)

Сначала рассчитываются плотности (r _d ) для образцов с разные значения содержания воды, тогда кривая r _d / w построены вместе с кривыми воздушных пустот.

Максимальная плотность в сухом состоянии и оптимальное содержание воды считываются с графика.

Содержание воздуха при оптимальном содержании воды либо считывается, либо рассчитано.

---

Интерпретация лаборатории данные

Пример данных, собранных во время теста

При типичном испытании на уплотнение могли быть собраны следующие данные:
Масса формы, M _o = 1082 г
Объем формы, V = 950 мл
Удельный вес зерен почвы, G _с = 2.70

Масса плесени + грунт (г)	2833	2979	3080	3092	3064	3027
Содержание воды (%)	8,41	10,62	12,88	14,41	16,59	18,62

Метод определения содержания воды см. В описании и классификации почв

.

---

Интерпретация лабораторных данных

Расчетная плотность и кривая плотности

Используемые выражения:

Насыпная плотность, r (Мг / м)	1.84	2,00	2,10	2,12	2,09	2,05
Содержание воды, w	0,084	0,106	0,129	0,144	0,166	0,186
Плотность в сухом состоянии, r d (Мг / м)	1,70	1,81	1,86	1.851	1,79	1,73

---

Интерпретация лаборатории данные

Кривые воздушных пустот

Используемое выражение:

Содержание воды (%)	10	12	14	16	18	20
r d когда A v = 0%	2.13	2,04	1,96	1,89	1,82	1,75
r d когда A v = 5%	2,02	1,94	1,86	1,79	1,73	1,67
r d когда A v = 10%	1,91	1,84	1,76	1.70	1,64	1,58

Оптимальное содержание воздушных пустот для — это значение, соответствующее максимальной плотности в сухом состоянии (1,86 мг / м3) и оптимальному содержанию воды (12,9%).

---

Уплотнение

Технические условия и контроль качества

Достигаемая на строительной площадке степень уплотнения в основном зависит от:

Компактное усилие: тип установки + количество проходов

Содержание воды: можно увеличить, если сухо, и наоборот

Тип почвы: повышенная плотность с хорошо структурированными почвами; мелкие почвы имеют более высокое содержание воды
Конечный результат Спецификации требуют предсказуемых условий
Спецификации метода являются предпочтительными в Великобритании.

---

Спецификация и контроль качества

Технические характеристики конечного результата

Целевые параметры указаны на основании результатов лабораторных исследований:

Оптимальный рабочий диапазон содержания воды, т. Е. 2%
Оптимальный допуск по содержанию воздушных пустот, т. Е. 1,5%

Для почв более влажных, чем w _opt , можно использовать цель A _v , например
10% для насыпных земляных работ
5% за важную работу

Метод конечного результата не подходит для очень влажных или изменчивых условий.

---

Спецификация и качество контроль

Технические характеристики метода

Уточнена процедура участка с указанием:

• вид растения и его масса
• максимальная толщина слоя и количество проходов.
  Этот тип спецификации больше подходит для почв более влажных, чем w _opt , или для условий местности. переменные — это часто бывает в Великобритании. Департамент транспорта публикует широко используемую спецификацию метода для использования в Великобритании.

---

Уплотнение

Значение влажности

Это процедура, разработанная Исследовательской лабораторией дорог с использованием только одного образца, что позволяет ускорить и упростить лабораторные испытания на уплотнение. Определяется минимальное усилие уплотнения для почти полного уплотнения. Грунт, помещенный в форму, уплотняется ударами трамбовки высотой 250 мм; проникающая способность после каждого удара измеряется.

---

Значение состояния влажности

Аппарат и размеры

Цилиндрическая форма с проницаемой опорной пластиной:

внутренний диаметр = 100 мм, внутренняя высота не менее 200 мм

Трамбовка плоская:

диаметр торца = 97 мм, масса = 7.5 кг, высота свободного падения = 250 мм

Грунт:

1,5 кг через сито 20 мм

---

Значение состояния влажности

Методика испытаний и график

• Сначала на поверхность почвы опускается трамбовка. и позволял проникать под собственным весом
• Затем трамбовку устанавливают на высоту 250 мм и упал на землю
• Глубина проникновения измеряется до 0.1 мм
• Высота трамбовки сбрасывается на 250 мм, и повторяется до тех пор, пока не прекратится дальнейшее проникновение, или пока не произойдет 256 капель
• Изменение проникновения ( Dp ) регистрируется между заданное количество ударов ( n ) и что для 4n ударов
• Построен график Dp / n и линия, проведенная через самый крутой участок.
• Значение влажности (MCV) определяется по формуле пересечение этой линии и специальная шкала

---

Значение состояния влажности

Пример графика и определение MCV

После нанесения Dp на количество ударов n, проводится линия через самый крутой участок.

Пересечение этой линии и линия проникновения 5 мм дают MCV

Определяющее уравнение: MCV = 10 log B
(где B = количество ударов, соответствующих 5 мм пробитию)

На примере графика здесь указано MCV, равное 13.

---

Значение состояния влажности

Значение MCV в земляных работах

Тест MCV является быстрым и дает воспроизводимые результаты, которые хорошо коррелируют с техническими характеристиками.В связь между MCV и содержанием воды в почве близка к прямой, за исключением сильных переуплотненные глины. желаемое значение недренированной прочности или сжимаемости может быть связано с ограничение содержания воды, и поэтому MCV можно использовать в качестве контрольного значения после калибровки MCV по сравнению с w для почвы. An приблизительная корреляция между MCV и прочностью на сдвиг без дренажа была предложена Парсонс (1981).

Log с _u = 0,75 + 0,11 (MCV)

Важность контроля степени насыщения при уплотнении почвы, связанная с проектированием структуры почвы

При типичном обычном уплотнении насыпью плотность в сухом состоянии ρd и содержание воды w контролируются относительно справочных значений (ρd) max и wopt, определенных стандартными лабораторными испытаниями на уплотнение с использованием репрезентативной пробы при определенном уплотнении. уровень энергии, КЕЛ.Хотя CEL и тип грунта существенно влияют на (ρd) max и wopt, они неизбежно, иногда в значительной степени, изменяются в данном проекте земляных работ, в то время как полевое CEL может не соответствовать значению, используемому в лабораторных испытаниях на уплотнение. Контроль уплотнения, основанный только на показателе прочности / жесткости уплотненного грунта, имеет такой недостаток, что при фиксированном значении ρd этот показатель может значительно увеличиваться, поскольку степень насыщения, Sr, уплотненного грунта становится ниже оптимальной степени уплотнения. насыщение (Sr) opt, определяемое как Sr, когда (ρd) max получается для данного CEL.Для сравнения, значение (Sr) opt и унифицированная кривая уплотнения с точки зрения зависимости ρd / (ρd) max от Sr- (Sr) opt для уплотненного грунта довольно нечувствительны к изменениям в CEL и типе грунта. Кроме того, CBR (непропитанный и пропитанный), прочность на неограниченное сжатие, модуль упругости сдвига и обрушение при погружении уплотненного грунта, а также сопротивление циклическому недренированному сдвигу и коэффициент гидравлической проводимости насыщенного грунта контролируются параметрами ρd и «Sr при конец уплотнения ».В качестве стандартного метода предлагается управлять значениями w и ρd таким образом, чтобы Sr становилось (Sr) opt, в то время как ρd становилось достаточно большим, чтобы обеспечить свойства грунта, требуемые при проектировании, полностью используя имеющиеся CEL. Утверждается, что контроль уплотнения, поддерживающий Sr больше определенного значения (или коэффициент пустотности va ниже определенного значения) без контроля ρd, актуален как упрощенный метод только в том случае, если Sr контролируется таким образом, чтобы он стал (Sr) opt, при этом всегда сохраняя CEL достаточно высок, чтобы обеспечить требуемые при проектировании свойства почвы.

• URL записи:
• URL записи:
• Наличие:
• Дополнительные примечания:
  • © 2018 Elsevier Ltd. Все права защищены. Аннотация перепечатана с разрешения Elsevier.
• Авторов:
  • Тацуока, Фумио
  • Gomes Correia, Антониу
• Дата публикации: 2018

Язык

Информация для СМИ

Предмет / указатель терминов

Информация для подачи

• Регистрационный номер: 01675861
• Тип записи: Публикация
• Файлы: TRIS
• Дата создания: 2 июля 2018 15:13

Влияние уплотнения почвы

Введение

Угроза уплотнения почвы сегодня больше, чем в прошлом, из-за резкого увеличения размеров сельскохозяйственного оборудования (рис. 1).Поэтому производители должны уделять уплотнению почвы больше внимания, чем раньше. В этом информационном бюллетене мы обсудим последствия уплотнения почвы и кратко определим способы его предотвращения или смягчения.

Рис. 1. Вес трактора резко увеличился с 1950-х годов. Соун Б. Д. и Ван Оуверкерк. 1998. «Уплотнение почвы: глобальная угроза устойчивому землепользованию». Достижения в геоэкологии 31: 517-525.

Влияние уплотнения на урожайность

Влияние уплотнения почвы на корма

Влияние дорожного движения на люцерну и травяной дерново является комбинацией уплотнения почвы и повреждения древостоя.В недавнем исследовании, проведенном в Висконсине и Айове, были зарегистрированы ежегодные потери урожая люцерны до 37 процентов из-за нормального движения на полях. На основе этой работы был инициирован многосторонний проект, чтобы лучше понять потери урожая из-за трафика люцерны. Потери доходности колеблются от 1 до 34 процентов (Рисунок 2). Повреждение насаждений люцерны намного больше через 5 дней после скашивания, чем через 2 дня после скашивания, что свидетельствует о важности своевременной уборки силоса или сена с поля.

Рисунок 2.Потери урожая из-за прохождения люцерны через 2 и 5 дней после обрезки. Сто процентов делянок шесть раз обкатили трактором мощностью 100 л.с. Ундерсандер, Д. 2003. Личное сообщение.

Воздействие уплотнения почвы на вспаханные почвы

Обработка почвы часто проводится для удаления колеи, и фермеры предполагают, что она заботится об уплотнении почвы. Таким образом, фермеры становятся беспечными и игнорируют условия влажности почвы для движения транспорта и другие важные принципы предотвращения уплотнения почвы, полагая, что они всегда могут решить проблему с помощью обработки почвы.

Важно различать уплотнение верхнего и нижнего слоев почвы. Исследования показали, что обработка почвы может смягчить последствия уплотнения верхнего слоя почвы на песчаных почвах в течение 1 года. Однако на более тяжелых почвах требуется больше проходов обработки и повторяющиеся циклы замораживания-сушки, чтобы смягчить эффекты уплотнения поверхности. Таким образом, уплотнение верхнего слоя почвы снижает урожайность на этих почвах, несмотря на обработку почвы. Поскольку большинство почв Пенсильвании содержат значительное количество глины в поверхностных горизонтах, уплотнение верхнего слоя почвы может снизить урожайность даже при обработке почвы.

Уплотнение грунта ниже глубины нормальной обработки почвы. Исследования показывают, что уплотнение грунта не снижается циклами замораживания-оттаивания и увлажнения-сушки на любом типе почвы. В рамках международного исследования, которое включало обработку почвы после уплотнения, средние потери урожайности в первый год составили примерно 15 процентов, хотя результаты менялись от года к году и от участка к участку (рис. 3). Считалось, что эта потеря в первый год в первую очередь связана с остаточным эффектом уплотнения верхнего слоя почвы.Без повторного уплотнения потери урожая снизились примерно до 3 процентов через 10 лет после уплотнения. Окончательную потерю урожая, которая, скорее всего, возникла из-за уплотнения грунта, можно считать постоянным. Эффекты уплотнения грунта обусловлены использованием высоких осевых нагрузок (10 тонн и более) на влажной почве и наблюдаются на всех типах почв (включая песчаные почвы).

Рис. 3. Относительная урожайность на уплотненной почве по сравнению с неуплотненной почвой с отвальной вспашкой. Сто процентов полей в нескольких местах в северных широтах было четыре раза обкатано с 10-тонной осевой нагрузкой и накачанными шинами 40 фунтов на квадратный дюйм.Hakansson, I. и R.C. Reeder. 1994. «Уплотнение почвы транспортными средствами с высокой осевой нагрузкой — степень, устойчивость и реакция растений». Исследование обработки почвы 29: 277-304.

Обработка почвы также может привести к образованию почвообрабатывающего поддона. Наиболее вредный вид обработки почвы — это отвальная вспашка с одним колесом (или лошадью) в борозде, что вызывает прямое уплотнение почвы. Пахота с отвалом на земле, безусловно, предпочтительнее этой практики. Однако даже в этом случае отвальный плуг может вызвать уплотнение непосредственно под плугом.Диск — еще одно приспособление, которое может вызвать образование такой посуды. В наших исследованиях в Пенсильвании мы также наблюдали образование плугов на молочных фермах, которые использовали чизельный плуг (рис. 4).

Рис. 4. Сопротивление проникновению на молочной ферме PA, где для подготовки поля использовалось долото / диск. Чуть ниже глубины чизельной вспашки был обнаружен поддон.

Для подготовки семенного ложа в уплотненной почве требуется больше операций по обработке почвы и больше мощности. Это приводит к усиленному измельчению почвы и общему ухудшению структуры почвы, что делает почву более чувствительной к повторному уплотнению.Следовательно, уплотнение может вызвать порочную спираль обработки почвы, которая ухудшает почву (рис. 5) и приводит к увеличению выбросов парниковых газов, углекислого газа, метана и закиси азота из-за повышенного расхода топлива и более медленного просачивания воды. Потери аммиака также увеличиваются из-за уменьшения инфильтрации уплотненной почвы. Увеличение стока вызовет усиление эрозии и потерь питательных веществ и пестицидов в поверхностные воды. В то же время снижение просачивания через почвенный профиль ограничивает возможность пополнения запасов грунтовых вод из уплотненных почв.Таким образом, эта порочная спираль уплотнения / обработки почвы представляет собой экологическую угрозу с последствиями, выходящими за рамки отдельного поля.

Рис. 5. Динамика современных животноводческих ферм может легко привести к нисходящей спирали деградации почвы между уплотнением и обработкой почвы.

Влияние уплотнения почвы на производство сельскохозяйственных культур по нулевой технологии

У технологии нулевой обработки много преимуществ по сравнению с обработкой почвы — снижение трудозатрат, снижение затрат на оборудование, меньший сток и эрозия, повышенная засухоустойчивость сельскохозяйственных культур и более высокое содержание органических веществ и биологическая активность.Более высокое содержание органического вещества и биологическая активность при нулевой обработке почвы делают почву более устойчивой к ее уплотнению. Одно исследование очень хорошо это иллюстрирует (Рисунок 6). Верхний слой почвы с полей с длительной нулевой и традиционной обработкой почвы подвергался стандартной уплотнительной обработке при различной влажности. «Тест на плотность по Проктору» используется для определения максимальной уплотняемости почвы. Обычная почва для обработки почвы может быть уплотнена до максимальной плотности 1,65 г / см ³ , что считается ограничением для корней для этой почвы.Почву с нулевой обработкой почвы можно было уплотнить только до 1,40 г / см ³ , что не считается ограничивающим фактором для корней. Таким образом, уплотнение верхнего слоя почвы не будет проблемой на полях с нулевой обработкой почвы. Повышенная твердость почв для нулевой обработки почвы делает их более доступными, а поля для нулевой обработки почвы со временем могут стать лучше осушаемыми.

Рис. 6. Поверхность долговременной почвы с нулевой обработкой почвы не может быть уплотнена до такой же плотности, как почва с традиционной обработкой, из-за более высокого содержания органических веществ. Томас, Г.В., Г.Р. Хаслер и Р. Л. Блевинс. 1996. «Влияние органического вещества и обработки почвы на максимальное уплотнение почвы с помощью теста Проктора». Почвоведение 161: 502-508.

При этом уплотнение все еще может иметь значительное негативное влияние на продуктивность почв с нулевой обработкой почвы. В нашем собственном исследовании мы наблюдали снижение урожайности на 30 бушелей в засушливый 2002 год и снижение урожайности на 20 бушелей во влажный 2003 год (Рисунок 7). Согласно исследованиям, проведенным в Кентукки, урожай кукурузы на чрезвычайно уплотненной почве с нулевой обработкой почвы в первый год после уплотнения составил всего 2 процента от урожая на неуплотненной почве (рис. 8).Примечательно, что урожайность вернулась (без обработки почвы) до 85 процентов на второй год после уплотнения и стабилизировалась примерно на 93 процентах после этого. Это показывает устойчивость почв для нулевой обработки почвы за счет биологических факторов, но также показывает, что уплотнение может привести к очень значительным краткосрочным и долгосрочным потерям урожая при нулевой обработке почвы.

Рис. 7. Уплотнение почвы может привести к значительным потерям урожая при нулевой обработке почвы. Сто процентов поля было уплотнено 30-тонным навозным грузовиком с накачанными шинами на 100 фунтов на квадратный дюйм.(Испытание штата Пенсильвания в округе Центр.)

Рис. 8. Снижение урожайности кукурузы из-за сильного уплотнения верхних 12 дюймов почвы с длительной нулевой обработкой почвы в Кентукки. Мердок, Л. 2002. Личное общение.

Влияние уплотнения почвы на состояние почвы и сельскохозяйственных культур

В этом разделе мы рассмотрим влияние уплотнения почвы на физические, химические и биологические свойства почвы, а также на рост и здоровье сельскохозяйственных культур.

Плотность почвы

Самым прямым следствием уплотнения почвы является увеличение объемной плотности почвы.Насыпная плотность — это масса высушенного в печи почвы в стандартном объеме почвы, часто выражаемая в граммах на кубический сантиметр (г / см3). Оптимальная насыпная плотность почв зависит от текстуры почвы (Таблица 1). Когда объемная плотность превышает определенный уровень, рост корней ограничивается. Здесь следует сделать осторожность в отношении влияния обработки почвы на насыпную плотность. Почвы с нулевой обработкой почвы часто имеют более высокую насыпную плотность, чем недавно обработанные почвы. Однако из-за более высокого содержания органических веществ в верхнем слое почвы и большей биологической активности структура почвы с нулевой обработкой почвы может быть более благоприятной для роста корней, чем структура культивируемой почвы, несмотря на более высокую насыпную плотность.

9033

Таблица 1. Идеальная насыпная плотность и плотность, ограничивающая корень.

Текстура почвы	Ideal Насыпная плотность	Насыпная плотность ограничивает рост корней
	—— г / см 3 ——
USDA. 1999. Руководство по набору для проверки качества почвы. Институт качества почвы Министерства сельского хозяйства США. Вашингтон, округ Колумбия
Песок, суглинистый песок	<1,60	> 1.80
Суглинок, суглинок	<1,40	> 1,80
Суглинок супесчаный, суглинок	<1,40	> 1,75
Ил, 1,3 906 суглинок 1,75
Суглинок илистый суглинок	<1,40	> 1,65
Глина песчанистая, илистая глина	<1,10	> 1,58
Глина	<1.10	> 1,47

Пористость

Из-за увеличения насыпной плотности пористость грунта уменьшается. На крупные поры (так называемые макропоры), необходимые для движения воды и воздуха в почве, в первую очередь влияет уплотнение почвы. Исследования показали, что большинству корней растений для роста требуется более чем 10-процентная пористость, заполненная воздухом. Количество дней с адекватным процентом заполненной воздухом пористости будет сокращено из-за уплотнения, что отрицательно скажется на росте и функции корня.Важно отметить, что обработка уплотненных почв делает их более восприимчивыми к повторному уплотнению. В одном исследовании общая пористость и макропористость пастбища сравнивалась с пористостью плуга в пахотной почве. В одном случае чаша плуга никогда не разбивалась из-за образования грунта, тогда как в другом случае чаша плуга была разбита, но поддон восстановился после многих лет нормальной работы на поле и обработки почвы. Результаты демонстрируют уменьшение крупных пор в поддоне плуга и худшее состояние повторно уплотненного поддона плуга (Рисунок 9).Почва с длительной нулевой обработкой почвы, не подвергавшаяся уплотнению, будет в таком же состоянии, как и пастбищная почва.

Рис. 9. Общая пористость и макропористость были значительно уменьшены в исходной и загрунтованной, но впоследствии повторно уплотненной плуге по сравнению с неуплотненным пастбищем. По материалам Kooistra, M.J. и O.H. 1994. «Уплотнение грунта в голландских морских супесях: методы рыхления и эффекты». Исследование обработки почвы 29: 237-247.

Сопротивление проникновению

Проникновение корней ограничено, если корни сталкиваются с большим сопротивлением.Исследования полностью нарушенной почвы, уплотненной до разной плотности, показали, что рост корней линейно уменьшается с сопротивлением проникновению, начиная с 100 фунтов на квадратный дюйм, пока рост корней полностью не прекращается при 300 фунтах на квадратный дюйм (Рисунок 10). Сопротивление проникновению является лучшим индикатором влияния уплотнения почвы на рост корней, чем объемная плотность, поскольку результаты можно интерпретировать независимо от текстуры почвы. Более подробную информацию о сопротивлении проникновению можно найти в разделе «Диагностика уплотнения почвы с помощью пенетрометра» (тестер уплотнения грунта).

Рис. 10. Взаимосвязь между сопротивлением проникновению и проникновением корня. По материалам Тейлора, Х. М., Г. М. Роберсона и Дж. Дж. Паркера. 1966. «Соотношение прочности почвы-проникновения корней для средне- и крупнозернистых почвенных материалов». Почвоведение 102: 18-22.

Структура почвы

Уплотнение почвы разрушает структуру почвы и приводит к более массивной структуре почвы с меньшим количеством естественных пустот (Рисунок 11). В пастбищной почве (похожей на почву с нулевой обработкой почвы, которая не обрабатывалась в течение длительного времени) структура почвы очень хорошо развита из-за воздействия повышенного содержания органического вещества и тонкой корневой системы трав.Даже под дождем такая почва не смывается, потому что агрегаты очень стабильны и инфильтрация высока. Поры можно увидеть под верхним слоем почвы из-за воздействия почвенных животных, таких как дождевые черви и корни. Однако на вспаханной почве с плугом структура верхнего слоя почвы намного слабее. Капли дождя, попадая на поверхность, быстро образуют уплотнение, которое при высыхании превращается в корку. Инфильтрация на этой почве будет быстро уменьшаться. На глубине обработки почвы образовался очень плотный поддон, а на глубине вспашки видно несколько пор, созданных почвенными животными и разложившимися корнями.Глубокая обработка поддона плуга помогает, но не улучшает структуру почвы (Рисунок 11). Для улучшения структуры почвы необходимо стимулирование биологической активности почвы за счет уменьшения обработки почвы и увеличения поступления органических веществ.

1. Сильно развитая структура, крошка
2. Слабо развитая структура, крошка
3. Почвенный материал с множеством старых корневых каналов и каналов дождевых червей
4. Слабо развитая структура, комковатая
5. Плуг, уплотненный, мало каналов корня или дождевых червей
6. Почва материал с корневыми каналами
7. Сломанный поддон плуга с большими воздушными карманами
8. Слабо развитая структура

Рисунок 11.Уплотнение почвы повреждает структуру почвы, а обработка почвы мало способствует ее улучшению. По материалам Kooistra, M.J. и O.H. Boersma. 1994. «Уплотнение грунта в голландских морских супесях: методы рыхления и эффекты». Исследование обработки почвы 29: 237-247.

Биота почвы

Почва содержит огромное количество организмов. Их можно разделить на микро-, мезо- и макрофауну (мелкую, среднюю и крупную). Бактерии и грибы — важная микрофауна почвы, которая питается органическими веществами или живыми растениями.На акре луга содержится 0,5-1 тонна бактерий и 1-2 тонны биомассы грибов. В той же почве содержится примерно 10 тонн живых корней трав и 40 тонн «мертвого» органического вещества. Большинство бактерий и грибов выполняют полезные функции, такие как разложение растительных остатков, высвобождение питательных веществ и образование агрегатов. Некоторые бактерии, такие как ризобии, обеспечивают растения азотом. Некоторые грибы живут в симбиозе с корнями растений, облегчая усвоение неподвижных питательных веществ, таких как фосфор и калий.Лишь некоторые бактерии и грибки имеют отрицательные эффекты (например, болезни растений). Бактерии и грибы лежат в основе пищевой сети почвы (рис. 12). Они питаются другими организмами, такими как простейшие, нематоды и членистоногие (некоторые нематоды питаются корнями растений), которые питаются более крупными почвенными животными. Наличие большего разнообразия почвенных организмов помогает держать «плохих» насекомых под контролем, потому что хищников тоже может быть много.

Рис. 12. Почвенная пищевая сеть. Предоставлено Службой охраны природных ресурсов Министерства сельского хозяйства США.

Уплотнение почвы влияет на среду обитания почвенных организмов за счет уменьшения размера пор и изменения физической среды почвы. Самые мелкие организмы, такие как бактерии и грибки, могут жить в порах, которые сложно уплотнить. Даже простейшие очень малы и вряд ли будут напрямую затронуты уплотнением. С другой стороны, количество нематод, скорее всего, уменьшится за счет уплотнения почвы, поскольку их поровое пространство может быть уменьшено. Это может повлиять как на «плохих» (питающихся корнями), так и «хороших» (питающихся грибами и бактериями) нематод.Поскольку уплотнение может уменьшить популяцию нематод, питающихся грибами и бактериями, вполне возможно, что популяция бактерий увеличивается с уплотнением, поскольку количество хищников уменьшается.

Другой эффект уплотнения почвенной биоты является косвенным. Из-за более медленного просачивания воды в уплотненную почву могут возникать длительные периоды насыщения. Некоторые почвенные организмы затем начинают использовать нитраты вместо кислорода, и происходит денитрификация. Некоторые анаэробные бактерии выделяют сероводород (запах тухлых яиц, типичный для болот).Этот газ токсичен для многих растений. В целом разложение органического вещества в уплотненных почвах будет происходить медленнее, и будет происходить меньшая биологическая активность.

Более крупные почвенные животные (мезо- и макрофауна) также страдают от уплотнения почвы. Не роющие животные, такие как клещи, коллемболы и личинки мух, будут испытывать особые трудности при жизни в уплотненной почве. Роющие животные, такие как дождевые черви, термиты, муравьи и жуки, могут лучше защищаться, но все равно будут страдать от негативных последствий.В исследовании, проведенном в Австралии, уплотнение влажной почвы 10-тонной осевой нагрузкой уменьшило общую численность макрофауны. Количество дождевых червей уменьшилось с 166 000 до 8 000 на акр из-за сильного уплотнения (Таблица 2). Уплотнение сухой почвы 6-тонной осевой нагрузкой не оказало отрицательного воздействия на макрофауну. В почвах с высокой насыпной плотностью было уменьшено количество туннелей для земляных червей, что указывает на снижение активности дождевых червей (рис. 13).

Таблица 2. Влияние уплотнения почвы на количество дождевых червей в Австралии (в среднем за 5 лет).

Обработка уплотнением	Земляные черви (кол-во на акр)
По материалам Рэдфорда, Б.Дж., А.С. Уилсон-Раммени, Г. Б. Симпсона, К. Л. Белла и М. А. Фергюсона. 2001. «Уплотненная почва влияет на популяции почвенной макрофауны в полузасушливой среде в центральном Квинсленде». Биология и биохимия почвы 33: 1, 869-1, 872.
Без уплотнения	166,000
Ежегодное уплотнение влажной почвы при нагрузке на ось 10 тонн	8000
Ежегодное уплотнение влажная почва при нагрузке на ось 6 т первый год	100000

Рисунок 13.Уплотнение почвы сокращает проход земляных червей. Раштон, С. П. 1986. «Влияние уплотнения почвы на Lumbricus terrestris и его возможные последствия для населения на землях, восстановленных в результате открытой добычи угля». Педология 29: 85-90.

Почвенные организмы чрезвычайно важны для продуктивности почвы и экологических функций, особенно при нулевой обработке почвы. Поэтому снижение биологической активности из-за уплотнения вызывает большую озабоченность. К счастью, более высокая биологическая активность в почвах с нулевой обработкой также помогает им быстрее восстанавливаться после уплотнения, чем пахотные почвы.Однако, чтобы гарантировать высокую продуктивность почвы, необходимо избегать ее уплотнения.

Инфильтрация и просачивание воды

Уплотнение почвы вызывает уменьшение крупных пор (называемых макропорами), что приводит к гораздо более низкой скорости инфильтрации воды в почву, а также к снижению насыщенной гидравлической проводимости. Насыщенная гидравлическая проводимость — это движение воды через почву, когда почва полностью насыщена водой. Ненасыщенная гидравлическая проводимость — это движение воды в почве, которая не насыщена.Ненасыщенная гидравлическая проводимость иногда увеличивается из-за уплотнения. Ненасыщенная гидравлическая проводимость важна, когда вода должна перейти к корням. Таким образом, уплотненные почвы иногда не так чувствительны к засухе, как неуплотненные почвы — если предположить, что корневая система одинакового размера в обоих случаях, что обычно не так. Как правило, чистый эффект уплотнения заключается в том, что посевы легче повреждаются засухой из-за небольшой корневой системы.

В эксперименте на пастбищах объем макропор уплотненной почвы был вдвое меньше, чем объем неуплотненной почвы (Таблица 3).Резко снизились воздухопроницаемость и скорость инфильтрации. Результатом будет уменьшенная аэрация и повышенный сток.

DouglasТ. и К. Э. Кроуфорд. 1993. «Реакция травы райграса на движение колес и внесенный азот». Наука о травах 48: 91-100.

Таблица 3. Влияние уплотнения на объем макропор, воздухопроницаемость и скорость инфильтрации при исследовании пастбищ.

Уплотнение	Объем макропор (футы 3 / фут 3 )	Воздухопроницаемость (мм 2 )	Скорость инфильтрации (дюйм / час)
Неуплотненный	0,119	55	1,06
Уплотненный	0,044	1	0,25

степень уплотнения будет высока, так как степень уплотнения будет

почва комковатая и грубая. Подготовка посевного ложа к измельчению комьев включает несколько проходов трактором по полю.Это уменьшит шероховатость поверхности, но уплотненная почва, которая была обработана, имеет более крупные агрегаты, чем та же почва, которая не была уплотнена. Таким образом, степень инфильтрации может быть достаточно высокой в ​​уплотненной почве сразу после обработки почвы. Воздействие капель дождя на поверхность почвы и последующие поездки по полю во многом сводят на нет это очевидное преимущество. Это видно в поле в виде застаивания воды в колее колес (Рисунок 14, см. Следующую страницу). На этих следах колес обычно начинается сток и эрозия, особенно если они проходят вверх и вниз по склону.

Рис. 14. Уплотнение почвы снижает инфильтрацию.

Рост корней

Рост корней в уплотненных почвах ограничен, поскольку корни могут развивать максимальное давление, выше которого они не могут расширяться в почве. Как упоминалось выше, максимальное сопротивление проникновению (измеренное стандартным конусным пенетрометром), которое могут преодолеть корни, составляет 300 фунтов на квадратный дюйм. Во многих случаях корни могут прорасти через трещины и трещины, поэтому полное отсутствие роста корней маловероятно.Вместо этого корни будут концентрироваться в областях над или рядом с уплотненными зонами в почве (Рисунок 15). Помимо эффекта сопротивления проникновению, корни также страдают от повышенных анаэробных условий в уплотненных почвах. Снижение роста корней ограничивает такие функции корней, как закрепление растений и поглощение воды и питательных веществ. Кроме того, было обнаружено, что уплотнение почвы снижает клубенькообразование бобовых культур, таких как соя, что может ограничивать азотное питание этих культур.

Рисунок 15.В неуплотненной почве (слева) корни занимают больший объем почвы, чем в уплотненной (справа). По материалам Keisling, T. К., Дж. Т. Бэтчелор, О.А. Портье. 1995. «Морфология корней сои в почвах с почвообрабатывающими лотками и без них в нижнем течении долины реки Миссисипи». Журнал питания растений 18: 373-384.

Поглощение питательных веществ

Уплотнение почвы влияет на усвоение питательных веществ. На азот в результате уплотнения воздействуют разными способами: (1) более слабый внутренний дренаж почвы приведет к большим потерям в результате дентрификации и меньшей минерализации органического азота; (2) потери нитратов при выщелачивании уменьшатся; (3) потеря органического азота (в органическом веществе) и азотных удобрений, вносимых с поверхности, может увеличиться; и (4) диффузия нитратов и аммония к корням растений будет медленнее в уплотненных влажных почвах, но быстрее — в сухих.Во влажном умеренном климате — как в Пенсильвании — уплотнение почвы в первую очередь увеличивает потери от денитрификации и снижает минерализацию азота. В одном исследовании на супесчаных песках во влажном умеренном климате минерализация азота снизилась на 33 процента, а степень денитрификации увеличилась на 20 процентов во влажный год. В исследовании с райграсом необходимо было более чем вдвое увеличить количество азота в уплотненной почве, чтобы добиться того же выхода сухого вещества (рис. 16). Таким образом, уплотнение приводит к менее эффективному использованию азота и необходимости вносить больше при том же потенциале урожайности.

Рис. 16. Кривая азотной реакции райграса на суглинке в Шотландии в уплотненной и неуплотненной почве. Для достижения той же урожайности в 2 тонны / акр необходимо было внести вдвое больше азота. Дуглас, Дж. Т. и К. Э. Кроуфорд. 1993. «Реакция травы райграса на движение колес и внесенный азот». Наука о травах 48: 91-100.

Уплотнение сильно влияет на поглощение фосфора, потому что фосфор очень неподвижен в почве. Для усвоения фосфора необходимы обширные корневые системы.Поскольку уплотнение снижает рост корней, поглощение фосфора в уплотненной почве затруднено (Рисунок 17). Поглощение калия будет затронуто так же, как и фосфор.

Рис. 17. Поглощение и концентрация фосфора в зерне и соломе снижаются из-за уплотнения почвы. Lipiec, J., and W. Stepniewski. 1995. «Влияние систем уплотнения почвы и обработки почвы на поглощение и потери питательных веществ». Исследование обработки почвы 35: 37-52.

Управление уплотнением почвы

Основная цель этого информационного бюллетеня состояла в том, чтобы рассмотреть влияние уплотнения почвы на свойства почвы и рост сельскохозяйственных культур.Уплотнение почвы увеличивает плотность почвы, уменьшает пористость (особенно макропористость) и приводит к увеличению сопротивления проникновению и ухудшению структуры почвы. Эта деградация усиливается, когда обработка почвы используется для разрушения уплотненной почвы. Биота почвы страдает от уплотнения. Например, количество дождевых червей и их активность снизятся в уплотненных почвах; инфильтрация и просачивание воды в уплотненных почвах медленнее; рост корней будет подавлен из-за уплотнения почвы, что приведет к снижению поглощения неподвижных питательных веществ, таких как фосфор и калий; и увеличение потерь азота можно ожидать из-за продолжительных периодов насыщения в уплотненных почвах.Таким образом, необходимо ограничение уплотнения почвы. Ниже приведены несколько советов по управлению уплотнением. Более подробная информация доступна в информационном бюллетене «Как избежать уплотнения почвы».

• Избегайте перемещения влажной почвы. Уплотнять можно только влажную почву. Поля не должны передаваться, если они не превышают лимит пластичности или влажнее. Чтобы проверить, находится ли почва на пределе пластичности, для начала возьмите горсть почвы. Если вы легко можете сделать мяч, месив эту почву, условия не подходят для движения по полю.Искусственный дренаж может помочь увеличить количество дней движения на плохо дренированной почве.
• Не допускайте нагрузки на ось ниже 10 тонн. Уплотнение грунта вызвано нагрузкой на ось и в основном носит постоянный характер. Чтобы избежать уплотнения грунта, поддерживайте осевые нагрузки ниже 10 тонн на ось, предпочтительно менее 6 тонн на ось.
• Уменьшите контактное давление, используя плавающие шины, двойные гусеницы или гусеницы. Уплотнение верхнего слоя почвы вызвано высоким контактным давлением. Чтобы уменьшить контактное давление, необходимо распределить нагрузку на большую площадь.Это можно сделать за счет снижения внутреннего давления. Основное правило гласит, что давление в шинах такое же, как и контактное давление. Шины, накачанные до 100 фунтов на квадратный дюйм, такие как шины для грузовых автомобилей, не должны находиться в поле. Чтобы иметь возможность нести груз при низком давлении в шине, необходимы шины большего размера или несколько, отсюда и необходимость во флотационных шинах и двойных шинах. Шины большого диаметра также помогают увеличить след от шин. Гусеницы помогают распределить нагрузку на большой площади, но наличие нескольких осей под гусеницами необходимо, чтобы избежать резких скачков давления.Гусеницы имеют преимущество перед двойным уменьшением контактного давления без увеличения площади обрабатываемого поля.
• Уменьшите площадь проезжей части за счет увеличения ширины полосы и ширины транспортного средства или за счет уменьшения количества поездок. Уменьшите площадь поля, подверженного движению, за счет увеличения ширины валка разбрасывателя навоза или расстояния между колесами, чтобы отдельные колесные колеи располагались более широко. Использование крупногабаритного оборудования и нулевой обработки почвы может сократить количество поездок по полю.Очень многообещающий подход — использовать постоянные полосы движения и никогда не использовать тяжелую технику в зоне между полосами движения. Недостатком такого подхода является необходимость регулировки расстояния между колесами на всей тяжелой технике.
• Повышение содержания органического вещества в почве и ее жизнеспособности. Почва с высоким содержанием органических веществ и почвенными организмами более устойчива к уплотнению и может лучше восстанавливаться после небольшого повреждения уплотнением. Чтобы увеличить содержание органических веществ, возвращайте растительные остатки в почву, выращивайте покровные культуры в межсезонье и используйте компост и навоз.Управляйте для максимальной производительности, чтобы оптимизировать попадание органических веществ в почву. Уменьшите потери органических веществ за счет предотвращения эрозии почвы и использования нулевой обработки почвы. Эти методы также помогут повысить биологическую активность почвы.
• Экономно используйте обработку почвы. Обработку почвы следует использовать с осторожностью, чтобы уменьшить уплотнение, когда никакие другие средства не могут быть использованы. Производители должны избегать попадания в порочную спираль уплотнения / обработки почвы, как объяснялось ранее. Если проводится какая-либо обработка почвы, постарайтесь оставить как можно больше растительных остатков на поверхности почвы, чтобы защитить их от эрозии и использовать их в качестве источника пищи для определенных почвенных организмов, таких как дождевые черви.Предпочтительна неинверсионная обработка почвы. По возможности проводите обработку почвы только в посевной зоне. Есть две разные точки зрения относительно полезности дробления под поверхностью почвы. Одна школа мысли заключается в том, что желательно максимальное дробление, чтобы обеспечить максимальное количество каналов для проникновения воды, аэрации и проникновения корней. Недостатком этого подхода является то, что почва более подвержена уплотнению после обработки почвы, следовательно, необходимо ограничить движение транспорта после обработки почвы.Вторая школа мысли способствует созданию широко расставленных щелей для проникновения корней, проникновения воды и воздухообмена в прочной почвенной матрице. Твердая почва между прорезями будет поддерживать движение по полю, и прорези останутся нетронутыми.