Уплотнение грунтов и контроль степени уплотнения: Определение степени уплотнения грунта | МагнусМост

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/м³;

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.

Смородинов М. И. Справочник по общестроительным работам. Основания и фундаменты

• Предыдущая
• Следующая
• Содержание

Контроль качества работ по уплотнению грунта

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:

Дополнительные материалы по теме:

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.

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; 2021; 2022;

Особенности уплотнения грунтов вибрационными катками

Для начала немного теории. Как известно, грунт – это многокомпонентная и многообразная геологическая система, включающая горные породы, почвы, техногенные образования и т. д. В отличие от асфальтобетонных смесей, которые имеют более или менее стабильные компоненты, состав грунтов может быть очень разным.

Единой системы классификации грунтов в мире не существует. В России действует ГОСТ 25100–2011, в котором грунты подразделяются на три основных класса: скальные, дисперсные и мерзлые. Каждый класс включает множество типов и десятки подвидов. Там же приводятся основные показатели свойств грунтов и их разновидности. В США для целей дорожного строительства применяется система, разработанная Американской ассоциацией служащих государственных автодорог и транспорта (AASHTO). Группы и подгруппы в ней объединены в две основные категории: зернистые и пылевато-глинистые материалы. Французская система классификации делит грунты на классы и подклассы на основе механических свойств, включая гранулометрический состав и пластичность. Основное влияние на свойства большинства грунтов оказывает количество содержащейся в них влаги. В практических целях важно знать, как реагирует грунт на действие внешних сил. Для этой цели профессионалы выделяют связные, полусвязные и несвязные грунты.

При строительстве дорожных оснований уплотнение грунта играет важнейшую роль. От качества работ по уплотнению зависит способность конструкции дорожной одежды сохранять прочность в течение всего срока службы. В грунтах, обладающих низкой плотностью, под воздействием транспортных нагрузок накапливаются остаточные деформации и возникают просадки, что со временем приводит к нарушению ровности проезжей части дорог. Чем плотнее грунт, тем меньше вероятность морозного пучения из-за изменения влажности грунта под воздействием осадков. То же самое касается и строительных объектов. Если на стадии строительства не удается обеспечить качественное уплотнение, расходы на ремонт за время эксплуатации объекта могут превысить первоначальные расходы на его сооружение. По сути своей, процесс уплотнения состоит в вытеснении воздуха из пор грунта, отжатия свободной воды и уменьшения слоя связанной воды, что достигается механическим воздействием уплотняющей техники. Для каждого вида грунта существует своя оптимальная влажность, при которой можно достичь максимальной степени уплотнения. Для песчаных грунтов оптимальная влажность составляет 4–12%, а для глинистых – 9–22%.

Вибрационное уплотнение грунтов – это очень сложный процесс. Общее уплотняющее усилие находится под влиянием более чем 30-ти факторов. Необходимо учитывать такие характеристики грунта, как размер и твердость частиц, текстура, начальная плотность, содержание влаги, толщина слоя, степень уплотнения подстилающего слоя. Конструкция катка также важна для динамики уплотнения. Влияние оказывают размер рамы, рабочий вес, колесная база, распределение массы на передний и задний вальцы. Производители должны также правильно подобрать диаметр и ширину вальца, амортизаторы, массу эксцентриков и их расположение относительно оси вальца. Оператору во время работы необходимо контролировать амплитуду, частоту и скорость движения катка. Использование систем автоматического регулирования скорости для обеспечения баланса между скоростью и частотой может помочь в достижении равномерного уплотнения. Цель вибрационного уплотнения состоит в том, чтобы обеспечить максимальное действие сил на материал. Это возможно при условии, что все составляющие «работают» с полной отдачей.

При вибрационном уплотнении достигаются более высокая плотность и больший глубинный эффект, чем при статическом уплотнении, а заданное уплотнение достигается за меньшее число проходов. При работе виброкатка грунт уплотняется неравномерно – степень уплотнения изменяется в зависимости от глубины. Обычно прилегающий к поверхности грунт уплотняется в меньшей степени, средний слой имеет максимальную степень уплотнения, а грунт, лежащий ниже, также уплотняется меньше. Путем изменения рабочих параметров можно изменять глубину зоны максимального уплотнения, но все равно грунт будет уплотняться не в равной степени. Для уплотнения связных глинистых грунтов применяются вальцы с кулачками прямоугольной или овальной формы. Чтобы использовать кулачки только по необходимости (на каменных грунтах они не нужны), на гладкий валец надевается кулачковый бандаж, монтаж которого можно провести в полевых условиях – он займет не более двух часов.

Процедура определения значения коэффициента уплотнения грунта, с помощью которого происходит контроль качества работ, занимает до двух суток, а результаты носят точечный характер. Поэтому в реальной ситуации, в условиях дефицита времени, выполнение работ по уплотнению происходит зачастую с применением другого метода – метода проб и ошибок. Машинисты катков полагаются на свой опыт и субъективные ощущения, чтобы понять, достаточно или недостаточно уплотнен грунт. Критерий отсутствия следа и волны перед вальцом при контрольном проходе катка также не всегда позволяет получить объективную картину. Кроме того, связь между модулями упругости материалов слоев при проектировании и значениями коэффициентов уплотнения при строительстве отсутствует. В итоге заказчик не имеет возможности проконтролировать соблюдение заложенных требований, а при работе на каменной отсыпке вообще не может определить, насколько она уплотнена.

Установленные на современные катки электронные системы измерения в корне меняют эту ситуацию. Они в реальном времени снабжают операторов данными о степени уплотнения. Такая система может предупредить о наличии под землей скрытых объектов, способных повлиять на качество уплотнения. При наличии на катке системы глобальной навигации (ГЛОНАСС, GPS) можно также получить карту распределения плотности по всему участку, что дает возможность провести не точечный, а сплошной контроль качества уплотнения каждого слоя.

Рассмотрим некоторые модели катков, которые обладают всеми возможностями для качественного уплотнения грунта.

Немецкая компания Bomag не нуждается в представлении. Линейка этого производителя включает около шестидесяти моделей самоходных грунтовых виброкатков. Нечасто производители включают в свои линейки грунтовые катки массой 3–5 т. У Bomag такие машины есть. Суперкомпактный дизайн позволяет использовать грунтовые катки BW 124 и BW 145 на небольших строительных площадках, где особенно важными являются высокая маневренность и мобильность. Несмотря на небольшие размеры катки обладают хорошими рабочими характеристиками. В машины заложена способность преодолевать крутые подъемы, что позволяет использовать их на рельефных поверхностях. Высокая сила тяги позволяет дополнительно оборудовать их специальным отвалом, с помощью которого грунт равномерно распределяется по поверхности. Помимо стандартных функций поднятия и опускания отвал может поворачиваться и наклоняться под определенным углом. Поднятие и опускание отвала осуществляется с помощью ножной педали, поворот и наклон – посредством ручного рычага.

Для средних и крупных объектов подойдут машины BW 211, BW 212, BW 213 и BW 215 массой 10–15 т. Их герметичный корпус предохраняет рабочие узлы и агрегаты от повреждений и образования загрязнений. Четырехступенчатые топливные фильтры не допускают попадания в двигатель неочищенного топлива. Катки оборудованы системой Bomag Evib Meter (BEM), которая обеспечивает непрерывное определение и отображение значения динамической жесткости грунта Evib (МН/м²) и информируют оператора о данном параметре. Более высокое значение Evib означает более высокий параметр жесткости грунта и соответственно более качественное уплотнение. Система состоит из двух акселерометров, контроллера и дисплея. При достижении максимального уровня уплотнения оператор оповещается специальным значком на дисплее.

Bomag BW 332 (масса 33 т, ширина уплотняемой полосы 2,4 м) с полигональным вальцом – самый мощный не только в линейке, но и в мире. Толщина эффективного уплотнения у него доходит до 4 м. Полигональный валец представляет собой три аксиально смежных восьмиугольных элемента равной ширины, которые расположены в шахматном порядке. По бокам приварены два кольца, которые облегчают движение катка по твердой поверхности и предотвращают его заваливание, в случае когда средний элемент попадает на острую грань. Особенность уплотняющего эффекта при работе полигонального вальца заключается в постоянном изменении направления действующих сил благодаря его специфической форме. Регулировка амплитуды производится с помощью системы Variocontrol бесступенчато от 0 до 3,3 мм при частоте 26 Гц.

Широкая линейка грунтовых катков Hamm новой серии 3000 (включает около сорока моделей) выпускается с единой кабиной для всех машин массой от 5 до 25 т и обеспечивает возможность подбора машины для любых задач. Сиденье с подлокотниками и двумя джойстиками превращает процесс управления катком в увлекательное занятие. Панель приборов очень информативна и отображает обороты двигателя, уровень топлива, температуру и уровень масла гидравлики, уровень охлаждающей жидкости, давление масла в двигателе, состояние воздушного фильтра, частоту, скорость движения, работу системы орошения и, конечно, циферблат системы контроля уплотнения HCM. Грунтовые катки с технологией VIO совмещают в одном вальце системы вибрации и осцилляции. При этом оператор вручную может выбрать предпочтительный тип уплотнения даже во время движения катка. Наиболее часто применяют подобные катки в городских условиях, вблизи зданий, в сложных условиях на песчаных грунтах. Система микропроцессорного управления Hammtronic оптимизирует функции машины и обеспечивает экономичное использование ее ресурсов. Работа системы незаметна со стороны, но при этом она значительно увеличивает производительность, снижает потребление дизельного топлива на 30–50% и в то же время продлевает жизненный цикл машины. Hammtronic управляет приводом хода, предотвращая проскальзывание колес, и дает возможность преодолевать подъем до 70%. Система вибрации и скорость движения катка регулируются электронной системой управления оборотами двигателя для улучшения результатов уплотнения и меньшего расхода топлива. Параметры выводятся на дисплей оператора. Специально разработанный трехточечный шарнир обеспечивает курсовую устойчивость и комфорт при вождении.

Пятое поколение грунтовых катков Atlas Copco (Dynapac) включает около двадцати моделей и отличается повышенным вниманием к рабочему месту оператора. Гнутая форма стекол кабины обеспечивает снижение шума. Кабина катка очень просторна внутри, а рабочее место, наоборот, предельно компактно. Кресло с подлокотниками совмещено с рукояткой хода и кнопочными переключателями. Весь модуль управления с рулевой колонкой и сиденьем оператора свободно вращается внутри кабины на 180°, что полезно при движении задним ходом. Обзор из кабины позволяет оператору видеть любой предмет выше 1 м на расстоянии не более 1 м от катка. Плотномер с функцией активного управления системой вибрации автоматически уменьшает амплитуду, когда степень уплотнения близка к заданной, а при достижении полного уплотнения отключает вибратор и посылает сигнал на дисплей. Таким образом, предотвращается «двойной отскок» или пере­уплотнение, которые могут привести к разрушению машины.

Работа системы оптимизации уплотнения Atlas Copco (Dynapac) основана на показаниях датчика жесткости грунта, который установлен на вальце. Сигнал от датчика идет на процессор, который регулирует амплитуду вверх или вниз в зависимости от состояния уплотняемой поверхности. Система CompBase позволяет правильно подобрать машины и составить технологическую карту работ по уплотнению. При пробуксовке катка оператор может изменять скорость движения буксующего модуля (вальца или заднего моста). При выборе в качестве опции системы с автоматической блокировкой дифференциала при пробуксовке подключается электронная система межмостовой блокировки. За счет увеличения массы переднего модуля (у современных машин она может составлять до двух третей от общей массы катка) повышается уплотняющий потенциал машины. Валец катков Atlas Copco (Dynapac) изготавливается из износостойкой стали большой толщины. В зависимости от модели грунтовые катки Atlas Copco (Dynapac) создают линейную нагрузку от 25 и до 65 кг/см. Такие параметры в комбинации с высоким значением амплитуды, составляющей от 1,8 до 2,1 мм, позволяют добиться уплотнения каменной отсыпки на глубине до 2 м.

Серия ASC от Ammann состоит из семи машин массой от 5 до 25 т. На первом месте, как и у других производителей, стоит комфорт оператора. Через зад­нее стекло кабины открывается широкий обзор благодаря низкому капоту. Такая конфигурация стала возможной с применением конструкции без заднего моста. Задние колеса приводятся в действие с помощью двух гидромоторов, размещение которых позволяет опустить двигатель. Таким образом, центр тяжести также смещается вниз. Система измерения и контроля ACE автоматически бесступенчато регулирует амплитуду и частоту в соответствии с характером грунта. По мере уплотнения уменьшается амплитуда и увеличивается частота. Заранее установленные рабочие скорости обеспечивают оптимальное соотношение с частотой вибрации. Передний и зад­ний модули катка статически и динамически сбалансированы. Технику Ammann можно приобрести в компании «Универсал-Спецтехника» (Москва), которая имеет 40 филиалов по всей России.

Катки для уплотнения грунта Atlas Weycor включают пять моделей массой от 7100 до 13 800 кг и отличаются просторной кабиной ROPS с панорамным обзором и низкой посадкой для снижения общей высоты машины. Управление производится одним джойстиком с пятью кнопками для маневрирования, изменения направления движения и управления виброузлом. Кабина установлена на специальных подшипниках, которые гасят вибрацию. Особая форма стекол способствует снижению уровня шума, а заднее стекло оборудовано еще и подогревом. Активация функции ECO Speed обеспечивает уплотняющее действие вальца одновременно с понижением расхода топлива. Гидравлическая система при этом работает в обычном режиме, а обороты двигателя понижаются.

В стандартную комплектацию входит задний мост с автоматической блокировкой дифференциала, 4-ступенчатый гидростатический привод, который автоматически обеспечивает максимальное непрерывное тяговое усилие на различных типах грунтов, и отопитель кабины. Режим сверхмодуляции гидромотора хода позволяет преодолевать уклон до 48%. В качестве опций производитель предлагает кондиционер, кулачковый бандаж, плотномер с дисплеем или выводом на принтер. Датчик ускорения плотномера устанавливается на недемпфированной части вальца. Вся информация наглядно отображается на съемном жидкокристаллическом дисплее, который можно при необходимости переносить на соседние машины. Датчик фиксирует колебания вальца, на основании которых рассчитывается величина текущего относительного уплотнения. Таким образом, оператор постоянно обладает информацией о степени уплотнения, амплитуде, частоте и скорости. Одновременно устройство отображает среднюю величину уплотнения, увеличение степени уплотнения после каждого прохода, кривую уплотнения текущего прохода и точку нахождения машины на уплотняемом участке. В России авторизированным дистрибьютором Atlas Weyhausen GmbH, которая производит данную продукцию, является ООО «ДСТ-Маркет» (Москва).

В последние годы растет импорт в Россию китайских грунтовых катков массой до 14 т. В основном это катки с механической коробкой передач и непривод­ным вальцом. Такие машины достаточно эффективны на сухих и малосвязных грунтах, для которых они и создавались, но их использование на влажных связных материалах может вызывать значительную пробуксовку зад­него модуля. В силу конструктивных особенностей ни ручная, ни автоматическая блокировка дифференциала на них не предусмотрена, а механическая передача не выдерживает повышенных нагрузок, возникающих при пробуксовке, и шестерни бортового редуктора быстро разрушаются.

К чести китайской компании XGMA (эксклюзивный дистрибьютор в России – «НТК Форклифт», Москва), в Россию под этой маркой поставляются полноценные машины с полным приводом для уплотнения грунта – семь моделей массой от 10 до 20 т. Они комплектуются двигателями Dongfeng Cummins с турбонаддувом, гидронасосоми Bosch Rexroth и гидромотором Sauer Danfoss для системы привода хода. Привод вибратора осуществляется с помощью гидронасоса и гидромотора Permco, для вибровала используются подшипники SKF.

Крупнейший российский производитель ЗАО «Раскат» предлагает шесть моделей грунтовых катков новой серии RV от 11 до 21 т, которые изготавливаются с применением импортных комплектующих ведущих мировых производителей: двигатель Deutz, гидравлика Sauer-Danfoss, планетарные редукторы Bonfiglioli и Bondioli Pavesi, а также старую модель ДУ-85. На катках RV применена высокоэффективная амортизация вальца и кабины. Безопасность работы обеспечивается встроенной системой защиты при опрокидывании (ROPS), блокировкой запуска двигателя при включенных гидроприводах, тремя функционирующими независимо друг от друга тормозными системами: рабочей, стояночной и резервной. Катки оборудованы пневматическими шинами с протектором, который обеспечивает повышенную проходимость.

Другой ведущий российский производитель с 15-летним опытом работы – Завод «Дорожных машин» (г. Рыбинск) предлагает новую серию дорожных катков для уплотнения грунта весом 12, 14 и 16 т. Главным отличием данных моделей является использование на колесной оси привода хода мостов Carraro (Италия), адаптированных под установку гидромотора, как импортного, так и отечественного производства. Данный мост, разработанный специально для дорожных катков, за счет использования функции блокировки дифференциала исключает пробуксовывание при работе на склоне и рыхлом грунте, а использование кулачкового бандажа или делителя потока между приводом вальца и приводом моста позволяет этой серии грунтовых катков работать практически «на болоте». Вторым отличием является 4-опорный виброузел, в котором используются подшипники немецкого или японского производства, а также новая система смазки. Рабочее место оператора спроектировано в соответствии со стандартами по эргономике, кабина комплектуется системой кондиционирования и отопления. Чтобы каток мог работать даже в суровых зимних условиях, предусмотрена установка предпускового подогревателя и системы подогрева гидропривода. По желанию потребителя в качестве опции может быть установлена система контроля степени уплотнения грунта, а также система дистанционного контроля режимов работы катка (Глонасс/ GPS).

Белорусский холдинг «АМКОДОР» предлагает 12-тонную грунтовую модель 6712, которая выпускается уже давно. Из новинок «АМКОДОРа» можно отметить 16-тонный грунтовый каток 6811 с электронным табло, которое отображает скорость движения, частоту колебаний вибратора, степень уплотнения грунта. В конструкции виброузла грунтовых катков «АМКОДОР» применяются два эксцентрика, что способствует равномерному распределению усилия по всей рабочей поверхности вальца. Грунтовые катки нового поколения – 6710 и 6620 с современным дизайном и компоновкой узлов находятся в разработке и готовятся к выпуску.

Запланированное к 2020 г. удвоение объемов строительства дорог в России потребует значительного количества новой современной техники. Грунтовые катки будут играть важнейшую роль в этом проекте, ведь от их работы зависит качество основания будущих дорог. Отечественные производители имеют хорошую возможность усилить свои позиции за счет действующего приоритета для отечественной продукции и потеснить мировых лидеров на нашем рынке. Для этого им придется как минимум наращивать объемы производства и следовать в русле современных технологий, а значит, без импортных комплектующих все равно не обойтись.

Please enable JavaScript to view the comments powered by Disqus.

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.

Основные термины (генерируются автоматически): коэффициент уплотнения, динамическое нагружение, земляное полотно, модуль упругости, внутреннее трение, коэффициент увлажнения, относительная влажность, сгущение сетки контроля, уплотнение грунтов, штамповый модуль упругости.

Уплотнение почвы | Расширение UMN

1. Дом
2. Растениеводство
3. Почва и вода
4. Управление почвой и здоровье
5. уплотнение почвы

Краткие факты

Проблемы уплотнения почвы в Миннесоте нарастают, поскольку резко увеличились как годовые осадки, так и размер сельскохозяйственного оборудования.

Влажные почвы особенно подвержены уплотнению. Тяжелая техника и почвообрабатывающие орудия усиливают повреждение структуры почвы, уменьшая поровое пространство и еще больше ограничивая объем почвы и воды.

Улучшение структуры почвы — лучшая защита от ее уплотнения. Хорошо структурированная почва удерживает и проводит воду, питательные вещества и воздух, необходимые для здоровой корневой деятельности растений.

Что такое уплотнение?

Уплотнение почвы происходит, когда частицы почвы сжимаются вместе, уменьшая поровое пространство между ними (рис. 1). Сильно уплотненные грунты содержат мало крупных пор, меньший общий объем пор и, следовательно, большую плотность.

Уплотненная почва имеет пониженную скорость как инфильтрации воды, так и дренажа. Это происходит потому, что большие поры более эффективно перемещают воду вниз через почву, чем более мелкие поры.

Кроме того, в уплотненных грунтах замедляется газообмен, что повышает вероятность проблем, связанных с аэрацией. Наконец, в то время как уплотнение почвы увеличивает прочность почвы — способность почвы сопротивляться перемещению приложенной силы — уплотненная почва также означает, что корни должны прилагать большую силу, чтобы проникнуть в уплотненный слой.

Рисунок 1: Влияние уплотнения на поровое пространство.

Уплотнение почвы изменяет размер пор, их распределение и прочность почвы. Одним из способов количественной оценки изменения является измерение объемной плотности. По мере уменьшения порового пространства в почве объемная плотность увеличивается. Почвы с более высоким процентным содержанием глины и ила, которые, естественно, имеют больше порового пространства, имеют более низкую объемную плотность, чем более песчаные почвы.

Мифы об уплотнении почвы

Существует два широко распространенных мифа об уплотнении почвы:

1. Циклы замораживания-оттаивания уменьшают большую часть уплотнения почвы, создаваемого техникой.
2. О каком бы уплотнении не позаботилась Мать-природа, глубокая обработка почвы или рыхление сделают это.

|

Причины уплотнения

Существует несколько сил, естественных и техногенных, которые уплотняют почву (рис. 3). Эта сила может быть большой, например, от трактора, комбайна или почвообрабатывающего орудия, или она может исходить от чего-то такого маленького, как капля дождя. Ниже перечислены причины уплотнения почвы.

Рисунок 3: Уменьшение роста корней из-за уплотнения от ударов дождевых капель, обработки почвы и следов от колес.

Это, безусловно, естественная причина уплотнения, и мы видим его в виде почвенной корки (обычно толщиной менее 1/2 дюйма на поверхности почвы), которая может препятствовать появлению всходов (рис. 4). Роторное рыхление часто может облегчить эту проблему.

Рисунок 4: Почвенная корка.

Движение колес, без сомнения, является основной причиной уплотнения почвы (рис. 5). С увеличением размера фермы время для своевременного выполнения этих операций часто ограничено.

Масса тракторов увеличилась с менее чем трех тонн в 1940-х годах до примерно 20 тонн сегодня для больших полноприводных агрегатов. Это вызывает особую озабоченность, поскольку весенняя посадка часто проводится до того, как почва станет достаточно сухой, чтобы выдержать тяжелое посадочное оборудование.

Рисунок 5: Движение колес.

Последствия уплотнения

|

Рисунок 7: Хорошо агрегированная почва. Рисунок 8: Влага сохраняется дольше в уплотненной колеи справа.

W структура кур и поры уменьшаются, в почве меньше воздуха и влаги. Это состояние отрицательно влияет на все фазы растениеводства, включая прорастание семян, появление всходов, рост корней, а также поглощение питательных веществ и воды (рис. 10).

Рисунок 10: Рост корней ограничен уплотненной почвой.

Уплотнение почвы увеличивает ее плотность. Корни менее способны проникать в почву и, как правило, мелкие и деформированные.

Поскольку их рост ограничен, они менее способны использовать почву для получения питательных веществ и влаги. Дефицит азота и калия является наиболее распространенным явлением (рис. 11). Это приводит к дополнительной потребности в удобрениях и увеличивает производственные затраты.

Вы можете уменьшить неблагоприятные последствия уплотнения, применяя удобрения таким образом, чтобы улучшить доступ к корням растений. Это может включать раздельное внесение азота или групповое внесение фосфора и калия.

Рисунок 11: Листья кукурузы с дефицитом азота.

Таблица 1: Влияние уплотнения почвы на высоту кукурузы

Лечение	Высота растения кукурузы: через шесть недель после посадки	Высота растений кукурузы: при сборе урожая
Без уплотнения	28,8 дюйма (a)	114,3 дюйма (ab)
Годовое уплотнение шин флотации	26,4 дюйма (ab)	108,7 дюйма (abc)
Ежегодное уплотнение дорожных шин	22,5 дюйма (в)	102,4 дюйма (в)

Соберите початки с неторгуемого ряда. Соберите початки с сильно загруженного ряда.

Как справиться с уплотнением почвы

Одним из наиболее важных факторов снижения способности почвы к уплотнению является держание подальше от почвы, когда она влажная. К сожалению, это не всегда возможно, так как часто ограничивает возможности выездной работы. Хотя уплотнение не может быть устранено, его следует контролировать.

|

Рисунок 20: Полевой охват обычными ежегодными полевыми операциями. Рис. 21: Полевое покрытие в условиях контролируемого движения.

Таблица 2: Приблизительные нагрузки на ось для полевого оборудования

Полевое оборудование	Осевая нагрузка
Цистерна для навозной жижи (4200 галлонов)	10-12 тонн на ось
Цистерна для навозной жижи (7200 галлонов)	17-18 тонн на ось
Комбайн класса 9 (590 л. с., мощность 360 бушелей)	20 тонн на ось
Комбайн 12-рядный (полный с головкой)	24 тонны на ось
Тележка для зерна (720 бушелей, полная, 1 ось)	22 тонны на ось
Тележка для зерна (1200 бушелей, полная, 1 ось)	35-40 тонн на ось
Тележка для зерна (2000 бушелей, полная, 1 ось)	70-76 тонн на ось
Terra-Gator (задняя ось)	12-18 тонн на ось
Трактор 4WD (200 л.с., передний мост)	7,5 т на ось
Трактор 4WD (325 л. с., передний мост)	13 тонн на ось
Трактор 4WD (530 л.с., передний мост)	18 тонн на ось

Таблица 3: Влияние различных осевых нагрузок на износ дорожного покрытия

Тип	Оси	Количество проходов до отказа: 6 дюймов бетона на портландцементе (PCC)	Количество проходов до отказа: 7 дюймов PCC*
5-осный тягач-полуприцеп (80 000 фунтов)	1 одинарный/2 тандема	12 000	135 000
7-осный тягач-полуприцеп (96 000 фунтов)	1 одинарный/2 тандема	78 000	175 000
Тележка для зерна (875 бушелей, 57 000 фунтов, 20% на тягаче)	Одноместный	<10	<30
Зерновоз (650 бушелей, 42 000 фунтов, 20% на тягаче)	Одноместный	<30	270
Комбайн: пустой (32 000 фунтов с кукурузной приставкой)	2 одинарных (1 шина на асфальте): 26 000 спереди и 6 000 сзади	887 000	1 980 000
Комбайн на 240 бушелей (46 000 фунтов с кукурузной приставкой)	2 одинарных (1 шина на асфальте): 36 000 спереди и 10 000 сзади	100 000	456 000
Малый пропашной трактор (18 000 фунтов)	2 одинарных: 11 000 спереди и 7 000 сзади	1 525 000	3 410 000
Резервуары для жидкого навоза (7 500 галлонов, 71 000 фунтов)	2 тандема	<10	<30

Джоди ДеДжонг-Хьюз, преподаватель дополнительного образования

Отзыв в 2018

Поделиться этой страницей:

Обзор страницы

Уплотнение почвы: методы, значение и последствия

Что такое уплотнение почвы?

Уплотнение грунта — это практика применения механического усилия уплотнения для уплотнения грунта за счет уменьшения пустотного пространства между частицами грунта. Уплотнение происходит, когда частицы сжимаются вместе, чтобы уменьшить пространство между ними. Сильно уплотненные почвы содержат очень мало пространств, что приводит к тому, что почва имеет более высокий удельный вес. Максимальная плотность достигается при оптимальном содержании влаги, или сокращенно ОМЦ.

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

 

Зачем необходимо уплотнение почвы?

Уплотнение грунта необходимо для повышения несущей способности и жесткости естественного состояния или химически модифицированного грунта. Уплотнение увеличивает прочность почвы на сдвиг за счет добавления трения из-за сцепления частиц. Будущая осадка грунтов уменьшается за счет увеличения жесткости и устранения пустот, создающих уплотненный грунт. Удаление пустот снижает вероятность оседания, сжатия или расширения почвы, а также уменьшает просачивание воды, которое может привести к пагубным свойствам почвы усадки и набухания. Свойства усадки/набухания нарушают структуру дорожного покрытия, что приводит к преждевременному разрушению конструкции дорожного покрытия.

 

Какие факторы влияют на уплотнение почвы?

 

Тип почвы

Различные типы почвы по-разному реагируют на уплотнение. Почвы классифицируются по размеру их частиц и, в некоторых категориях почв, по их критическим значениям содержания воды или пределам Аттерберга. Хорошо гранулированные грунты, содержащие широкий спектр частиц, предпочтительнее использовать в строительстве, потому что их можно легко уплотнить, что устраняет пустоты за счет блокировки частиц и сопротивления поглощению влаги, что позволяет грунту выдерживать более тяжелые нагрузки как очень плотный грунт. Плохо отсортированные грунты содержат узкий диапазон размеров частиц и менее пригодны для строительных целей из-за того, что грунту не хватает прочности на сдвиг, не связанной с несцепленными частицами из-за их сходных размеров.

 

---

Вернитесь к работе с меньшими простоями.


Получить предложение.

---

 

Содержание влаги

Содержание воды играет очень важную роль в уплотнении почвы. Максимальная плотность в сухом состоянии достигается только тогда, когда содержание воды находится на идеальном уровне. 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 месте. Если почва слишком сухая, можно использовать водовозы для разбрасывания воды, чтобы поднять содержание воды в допустимом диапазоне оптимального содержания влаги. И наоборот, чрезмерно влажные почвы создают свой собственный набор проблем. С недавними дождями, весенними оттепелями или почвами, которые удерживают влагу, можно справиться несколькими способами.

• Ожидание теплых и сухих погодных условий является естественным способом высушить почву, но может занять много времени и часто неэффективно из-за (дополнительных) ненастных погодных условий.
• Дисковое оборудование, помогающее аэрировать почву, может уменьшить количество влаги, но этот метод также открывает почву для поглощения еще большего количества влаги в случае дополнительных дождей. Более того, дискование обычно уменьшает влажность только до 5% и только на относительно небольшой глубине.
• Вырезать и заполнить, также известный как удаление и замена, является популярным вариантом, но это дорого и требует много времени. Карьеры становятся все более дефицитными, а затраты на утилизацию продолжают расти.
• Наиболее эффективным вариантом является химическая сушка. Портландцемент можно использовать для осушения почвы, но реагенты на основе извести считаются наиболее эффективным химическим выбором. 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 вокруг воды, она ее поглощает. Это экзотермическая реакция, которая высушивает дополнительную влагу в виде пара. Портландцемент, в принципе, почти не будет содержать свободной извести, так как СаО будет объединяться с образованием других минеральных фаз.

 

Типы уплотнителей

Катки для уплотнения почвы бывают разных типов с различными опциями, такими как одинарные или двойные вальцы, вибрационные механизмы или бульдозерные отвалы.

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

 

 

• Кулачковые и трамбовочные катки используют манипулятивное усилие для разрыва естественных связей между частицами для лучшего уплотнения, особенно в связных грунтах. У них конические ножки, поэтому они не распушивают почву, что снижает способность почвы поглощать дополнительную влагу в случае дождя.

 

 

• При небольших и средних работах по уплотнению грунта пневматические катки используют расположенные в шахматном порядке резиновые шины с переменным давлением, когда необходимо герметизировать поверхность измельченного гранулированного материала.

 

 

• В закрытых зонах для уплотнения грунта можно использовать трамбовку.

 

 

 

Толщина подъема

Уплотнение грунта иногда включает уплотнение нескольких подъемов или слоев грунта до тех пор, пока не будет достигнута общая желаемая толщина. Стабильность каждого подъемника зависит от того, что находится под ним, поэтому уплотнение каждого слоя имеет решающее значение и должно контролироваться. Установление правильной толщины подъема важно для нахождения баланса между слишком маленькими или слишком большими слоями. Слишком большой подъем может привести к плохому уплотнению и снижению устойчивости, тогда как слишком маленький подъем приведет к чрезмерным затратам и времени. Толщина подъема обычно составляет от 8 до 14 дюймов в зависимости от технических характеристик.

 

Контактное давление

Контактное давление между грунтом и оборудованием, используемым для уплотнения, также важно учитывать. Контактное давление зависит от общего веса уплотняющего оборудования и площади почвы, с которой контактирует оборудование. Чем выше контактное давление, тем больше достигается уплотнение.

 

Скорость прокатки

При обсуждении скорости уплотнения грунта необходимо учитывать дихотомию. Более высокая скорость уплотнения позволит уплотнить большую площадь. Однако при слишком быстром уплотнении может не хватить времени для возникновения необходимых деформаций. В этом случае потребуются дополнительные проходы для завершения процесса уплотнения. Часто считается необходимым снизить скорость движения оборудования, особенно при использовании вибрационного оборудования. Более низкие скорости вибрационного оборудования дают больше времени для дополнительных вибраций в заданной точке, что приводит к лучшему уплотнению. Уплотнительное оборудование обычно имеет скорость движения от 5 до 15 миль в час. Гладкие вальцы обычно движутся со скоростью от 5 до 7 миль в час, а кулачковые катки — со скоростью от 5 до 15 миль в час. Пневматические катки могут работать со скоростью почти 15 миль в час.

 

Количество проходов катком

На высоком уровне количество проходов, необходимых 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 легкая часть оборудования, имеющая меньший контакт с почвой, потребует большего количества 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 убывающую отдачу. Очень медленная работа тяжелого катка не обязательно является самым эффективным вариантом. Как правило, тестовый участок можно использовать для определения рисунка ролика, который работает для упомянутой выше переменной.

 

Как классификация почвы влияет на ее уплотнение?

Размер частиц и критические значения содержания воды играют большую роль в уплотнении почвы. Различные типы почвы по-разному реагируют на усилия по уплотнению. Типы почв классифицируются по размеру их частиц, а в мелкозернистых почвах — по их пределам Аттерберга. Размер частиц определяют в лаборатории путем отделения репрезентативной пробы на нескольких ситах или ситах размером от 4,75 мм (4 меш) до 0,075 мм (200 меш). Распределение почвенных частиц бывает хорошо градуированным, плохо градуированным или прерывистым. Хорошо отсортированные грунты, которые содержат широкий спектр частиц, предпочтительны в строительстве, потому что они легко уплотняются, устраняя пустоты, сцепляя частицы и сопротивляясь поглощению влаги, что позволяет почве выдерживать более тяжелые нагрузки как очень плотный грунт. Грунты с плохой градацией содержат узкий диапазон размеров частиц и менее подходят для строительных целей, поскольку прочность на сдвиг не связана с несцепляющимися частицами из-за их одинаковых размеров. Гэп-грунты содержат разрыв в общем распределении зерен по размерам.

 

 

Почвы подразделяются на две основные категории: крупнозернистые и мелкозернистые.

• Крупнозернистые почвы имеют 50% или более крупнее 0,075 мм (200 меш),
  • Крупнозернистые почвы можно разделить на две подгруппы: гравий или песок.
  • Если 50% образца крупнее 4,75 мм, грунт классифицируется как гравий.
  • Если 50% пробы имеет размер от 4,75 мм до 0,075 мм, она классифицируется как песок.
• Мелкозернистые почвы имеют 50% или более частиц размером менее 0,075 мм.
  • Мелкозернистые почвы также можно разделить на два подразделения: ил и глину. Частицы ила больше, чем частицы глины, размер которых составляет менее 2 микрон.
  • Однако формальное различие связано с содержанием воды и определяется пределами Аттерберга для почвы.
  • Пределы Аттерберга — это критические значения содержания воды в почве, которые являются пределами жидкости и пластичности.
  • Предел текучести — это содержание воды, при котором мелкозернистые грунты начинают проявлять свойства жидкости, т. е. способность течь подобно жидкости.
  • Точно так же предел пластичности — это содержание воды, при котором грунт начинает проявлять пластические свойства, т. е. способность к повторной формовке без растрескивания.
  • Эти пределы используются для определения индекса пластичности почвы или диапазона содержания воды, при котором почва проявляет пластические свойства, что является важным геотехническим показателем.

 

Какие существуют методы уплотнения грунта?

Существует несколько методов уплотнения почвы. Все методы предполагают воздействие статической и/или динамической силы наряду с манипулированием почвой. Статическая сила использует давление веса для физического и непрерывного уплотнения почвы. Манипуляции, такие как разминание или подрезание почвы чередующимися движениями, могут уплотнять почву на большей глубине. В сочетании с давлением и манипулированием динамическая сила может быть применена путем добавления вибрационного механизма. В методах вибрационного уплотнения используются разные амплитуды (количество перемещений по оси) и частоты (скорость движения) для приложения силы в переменных направлениях, обычно с использованием вращающегося груза, для нанесения быстрых ударов по поверхности. Это перестраивает частицы почвы, поэтому уплотнение происходит не только в верхних слоях, но и в более глубоких слоях почвы. Еще одним динамическим методом уплотнения грунта является ударное уплотнение падающим грузом. Этот метод способен уплотнять почву и на большей глубине.

 

Как происходит уплотнение почвы?

Уплотнение почвы достигается за счет статической или динамической силы и манипуляций с почвой. Статическая сила использует собственный вес машин для оказания непрерывного давления вниз для увеличения уплотнения за счет сжатия верхней части почвы. Динамическая сила использует движение в виде вибрации или падающего веса в сочетании со статической нагрузкой машины для увеличения плотности почвы. Манипуляции путем замешивания и стрижки помогают уплотнить почву на большей глубине.

 

Как провести испытание на уплотнение почвы?

Для определения степени уплотнения можно использовать несколько методов испытаний на уплотнение. Предварительные испытания на месте на площадке проекта важны для понимания того, какие условия присутствуют изначально. Тестирование песчаного конуса, 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, испытание на плотность влаги (обычно называемое испытанием Проктора) (D698 и D1557) определяет уплотнение грунта в форме определенного объема с использованием стандартного веса с определенной высоты. Эти требования обеспечивают контролируемое и воспроизводимое усилие уплотнения и обеспечивают максимальную плотность и оптимальную влажность почвы.

 

Что означает 95-процентное уплотнение?

95-процентное уплотнение означает, что почва уплотнена до 95 процентов от возможной плотности почвы за счет усилий по уплотнению. Максимальная плотность в сухом состоянии, наряду с оптимальным содержанием влаги, определяется в лаборатории и служит ориентиром для уплотнения в полевых условиях. 95 процентов часто используется в качестве целевого порога уплотнения, чтобы гарантировать, что строительные объекты возводятся на прочной платформе. Порог уплотнения будет предоставлен инженером-проектировщиком и будет основан на несущей способности, необходимой для того, чтобы конечная нагрузка была структурно стабильной.

Уплотнение почвы и его контроль на участке

1. Общие положения

Уплотнение – это уплотнение почвы, осуществляемое за счет приложения механического усилия или энергии, которое удаляет заполненные воздухом пустоты. Почвенные частицы движутся вдоль друг друга и приходят в повышенно-плотное состояние. Уплотнение зависит от двух свойств (i) массы сухой единицы и (ii) оптимального содержания влаги, при котором может быть получен максимально возможный удельный вес сухой массы определенного типа почвы.

2. Значение контроля на площадке свойств уплотнения

Многие проекты гражданского строительства требуют модификации и укрепления грунтового материала, используемого в фундаменте и/или используемого в качестве строительного материала. Они могут включать слои фундамента здания, любые конструкционные или вторичные засыпки, уплотнение и укрепление основания насыпи (плотин или автомобильных дорог) и строительных материалов. Повышение несущей способности и прочности на сдвиг, получение целевых свойств проницаемости и контролируемой сжимаемости после строительства являются основными целями уплотнения грунта, и эти улучшенные свойства грунта после уплотнения играют жизненно важную роль в долговечности и сроке службы проектов, в которых используются зоны насыпи грунта. .

3. Лабораторное измерение свойств уплотнения

Для определения свойств уплотнения грунта в основном используются два лабораторных испытания, при этом каждое испытание имеет свою собственную процедуру и применение. Это: (i) Стандартный тест Проктора ASTM D 698 (ii) Модифицированный тест Проктора ASTM D 1557. Свойства уплотнения, определенные в результате этих испытаний, используются для контроля свойств уплотнения любого грунта во время строительства.

над рисунком показывает кривую характеристик уплотнения конкретного типа почвы, т. е. кривую значений содержания влаги «ω» в зависимости от массы сухой единицы «γd» для различных испытаний, проведенных в двух типах испытаний, описанных ранее. Кривая показывает, что γd увеличивается до некоторого увеличения ω. Любое дальнейшее увеличение содержания влаги не приводит к увеличению массы сухой единицы. Это связано с тем, что затем влага начинает замещать частицы почвы и снижает плотность почвенной массы.

4. Факторы, влияющие на уплотнение

(i)                Количество влаги.

(ii)             Тип почвы, т. е. мелкозернистая и крупнозернистая почвы имеют разный максимальный сухой удельный вес и оптимальное содержание влаги при тестировании с использованием одного и того же стандарта испытаний.

(iii)            Усилие уплотнения «E».

Эта энергия уплотнения различна для двух стандартных лабораторных испытаний, и, следовательно, разные «Е» для одного грунта могут давать разные свойства уплотнения.

5. Контроль уплотнения связных/мелкозернистых грунтов

Связные/мелкозернистые грунты уплотняются для различных целей. Одним из них является сооружение непроницаемой или полунепроницаемой зоны в земляном ядре или земляно-каменно-набросных плотинах. Контроль уплотнения этих почв в полевых условиях достигается путем использования и достижения целевого «Коэффициента уплотнения» в процентах или просто «Относительного уплотнения» R.C.

Где          γdmax лаборатория связных грунтов по ASTM D-698,

γd поле связных грунтов по    i. ASTM D 1556, метод песчаного конуса ИЛИ,

                                                                ii. ASTM D 2167, Метод с резиновым баллоном    OR,

                                                                 iii. ASTM D 2937, Метод приводного цилиндра     OR,

                                                                         iv. ASTM D 6938, Метод ядерной плотности

6. Контроль уплотнения несвязных/крупнозернистых грунтов

Несвязные/крупнозернистые грунты уплотняются для различных целей. Одним из них является устройство свободной дренирующей или водопроницаемой зоны в земляном ядре или грунтово-каменно-набросных плотинах и/или насыпи основного тела, обеспечивающей поддержку других зон насыпи в насыпных дамбах. Контроль уплотнения этих почв в полевых условиях достигается путем использования и достижения целевого «индекса плотности» в процентах или просто «относительной плотности» R.D., который представляет собой отношение минимальной и максимальной лабораторных плотностей к плотности, достигнутой в полевых условиях.

Где  γdmax лаборатория несвязных грунтов по ASTM D-4253,

             γdmin лаборатория несвязных грунтов по ASTM D-4254,

γd поле несвязных грунтов по i. ASTM D 4914, Метод замены песка           OR,

                                                      ii. ASTM D 5030, Метод замены воды

ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ: Вышеупомянутый пост основан на изучении литературы, указанной ниже. Пост не является академическим/не исследовательским, и читатель (будь то студент или профессионал) должен проверить самостоятельно, намерен ли он следовать моим взглядам. Этот пост не следует копировать в другое место.

ССЫЛКИ:

1.     «ПРИНЦИПЫ ГЕОТЕХНИЧЕСКОЙ ИНЖЕНЕРИИ», Бараха М. Дас, Седьмое издание, Cengage Learning, Стэмфорд, США.

2. ASTM D 1556, Метод песчаного конуса

3. ASTM D 2167, Метод резинового баллона

4. ASTM D 2937, метод привода цилиндра

5. ASTM D 6938, метод ядерной плотности

6. D. DTM D D 6938, метод ядерной плотности

6. 4253, Лабораторная максимальная плотность несвязных грунтов.

7.     ASTM D 4254, Лабораторная минимальная плотность и относительная плотность несвязных грунтов.

8.     ASTM D 4914, Плотность крупнозернистых грунтов методом замещения песка на месте.

9.     ASTM D 5030, Плотность крупнозернистых грунтов на месте методом замены воды.

10. Номер стандарта проектирования USBR. 13, глава 10 «Строительство насыпи», этап 4, май 2012 г.

 

Последствия уплотнения почвы

Введение

Угроза уплотнения почвы сегодня выше, чем в прошлом, из-за резкого увеличения размера фермы оборудования (рис. 1). Поэтому производители должны уделять больше внимания уплотнению почвы, чем раньше. В этом информационном бюллетене мы обсудим последствия уплотнения почвы и кратко укажем, как его избежать или смягчить.


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

Влияние уплотнения на урожайность

Влияние уплотнения почвы на корма

Воздействие дорожного движения на люцерну и дернину представляет собой комбинацию уплотнения почвы и повреждения насаждения. В недавнем исследовании, проведенном в Висконсине и Айове, были зафиксированы ежегодные потери урожая люцерны до 37 процентов из-за нормального полевого движения. На основе этой работы был инициирован межгосударственный проект, чтобы лучше понять потери урожая из-за торговли люцерной. Потери урожая варьировались от 1 до 34 процентов (рис. 2). Повреждения насаждений люцерны намного больше через 5 дней после скашивания, чем через 2 дня после скашивания, что свидетельствует о важности своевременности уборки силоса или сена с поля.


Рисунок 2. Потери урожая из-за перевозки люцерны через 2 и 5 дней после укоса. Сто процентов участков шесть раз обкатывались 100-сильным трактором. Андерсандер, Д. 2003. Личное общение.

Воздействие уплотнения почвы на обрабатываемые почвы

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

Важно различать уплотнение верхнего и нижнего слоя почвы. Исследования показали, что обработка почвы может смягчить последствия уплотнения верхнего слоя почвы на песчаных почвах за 1 год. Однако на более тяжелых почвах требуется больше проходов обработки и повторных циклов сублимационной сушки, чтобы смягчить последствия поверхностного уплотнения. Следовательно, последствия уплотнения верхнего слоя почвы снижают урожайность на этих почвах, несмотря на обработку почвы. Поскольку большинство почв в Пенсильвании содержат значительное количество глины в своих поверхностных горизонтах, уплотнение верхнего слоя почвы, вероятно, снизит урожайность даже при обработке почвы.

Уплотнение подпочвы ниже глубины обычных операций по обработке почвы. Исследования показывают, что циклы замораживания-оттаивания и увлажнения-высыхания не уменьшают уплотнение подпочвы на любом типе почвы. В международных исследованиях, включавших обработку почвы после уплотнения, средние потери урожая в первый год составили примерно 15 процентов, хотя результаты варьировались от года к году и от участка к участку (рис. 3). Считалось, что эта потеря за первый год в первую очередь является результатом остаточных эффектов 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, произошла из-за уплотнения грунта, можно считать постоянной. Эффекты уплотнения грунта связаны с применением высоких осевых нагрузок (10 т и более) на влажный грунт и наблюдаются на всех типах грунтов (в том числе на песчаных).


Рис. 3. Относительная урожайность на уплотненной почве по сравнению с неуплотненной почвой при отвальной вспашке. Сто процентов полей в нескольких местах в северных широтах были обкатаны четыре раза с 10-тонной нагрузкой на ось и накачанными шинами 40 фунтов на квадратный дюйм. Хаканссон И. и Р. К. Ридер. 1994. «Уплотнение грунта транспортными средствами с высокой нагрузкой на ось — степень, устойчивость и реакция урожая». Исследование обработки почвы 29: 277-304.

Обработка почвы также может привести к образованию борозд. Наиболее вредной формой обработки почвы является отвальная вспашка одним колесом (или конем) в борозде, вызывающая прямое уплотнение почвы. Вспашка с отвалом на суше, безусловно, предпочтительнее этой практики. Однако даже в этом случае плуг с отвалом может вызвать уплотнение непосредственно под плугом. Диск — еще один инструмент, который может вызвать образование такой кастрюли. В нашем исследовании в Пенсильвании мы также наблюдали образование плугов на молочных фермах, которые использовали чизельный плуг (рис. 4).


Рис. 4. Сопротивление проникновению на молочной ферме в Пенсильвании, где для подготовки поля использовались долото/дискование. Чуть ниже глубины чизельной вспашки обнаружен поддон.

Для подготовки семенного ложа в уплотненной почве требуется больше операций по обработке почвы и больше мощности. Это приводит к повышенному пылеобразованию почвы и общему ухудшению ее структуры, что делает почву более чувствительной к повторному уплотнению. Таким образом, уплотнение может привести к порочной спирали обработки почвы, которая ухудшает почву (рис. 5) и приводит к увеличению выбросов углекислого газа, метана и закиси азота, вызывающих парниковый эффект, из-за увеличения расхода топлива и замедления просачивания воды. Потери аммиака также увеличиваются из-за уменьшения инфильтрации в уплотненной почве. Увеличение стока вызовет усиление эрозии и потерь питательных веществ и пестицидов в поверхностные воды. В то же время уменьшение просачивания через почвенный профиль ограничивает возможность пополнения запасов подземных вод из уплотненных почв. Таким образом, эта порочная спираль уплотнения/обработки почвы представляет собой угрозу для окружающей среды, последствия которой выходят за пределы отдельного поля.


Рисунок 5. Динамика современных животноводческих ферм может легко привести к нисходящей спирали деградации почвы от уплотнения и обработки почвы.

Влияние уплотнения почвы на растениеводство при нулевой обработке почвы

У нулевой обработки почвы есть много преимуществ по сравнению с обработкой почвы: меньшие трудозатраты, меньшие затраты на оборудование, меньший сток и эрозию, повышенная засухоустойчивость культур, более высокое содержание органических веществ и биологическая активность. Более высокое содержание органического вещества и биологическая активность при нулевой обработке делают почву более устойчивой к уплотнению почвы. Одно исследование очень хорошо это иллюстрирует (рис. 6). Верхний слой почвы с полей с длительной нулевой и традиционной обработкой почвы подвергался стандартной обработке уплотнением при различном содержании влаги. «Тест плотности Проктора» используется для определения максимальной уплотняемости почвы. Обычный пахотный грунт можно было уплотнить до максимальной плотности 1,65 г/см 9 . 0668 3 , который считается лимитирующим для этой почвы. Почву без обработки можно было уплотнить только до 1,40 г/см ³ , что не считается ограничением для корней. Таким образом, уплотнение верхнего слоя почвы будет меньше беспокоить на полях с нулевой обработкой почвы. Повышенная твердость почв для нулевой обработки делает их более доступными, а поля с нулевой обработкой со временем могут лучше дренироваться.


Рисунок 6. Поверхность долговременной нулевой обработки почвы нельзя уплотнить до такой же плотности, как при традиционной обработке почвы, из-за более высокого содержания органического вещества. Томас, Г.В., Г.Р. Хаслер и Р.Л. Блевинс. 1996. «Влияние органического вещества и обработки почвы на максимальную уплотняемость почв с использованием теста Проктора». Почвоведение 161:502-508.

При этом уплотнение почвы может оказывать существенное негативное влияние на продуктивность почвы без обработки почвы. В наших собственных исследованиях мы наблюдали снижение урожайности на 30 бушелей в засушливом 2002 году и на 20 бушелей во влажном 2003 году (рис. 7). В исследовании, проведенном в Кентукки, урожайность кукурузы на чрезвычайно уплотненной почве с нулевой обработкой составляла всего 2 процента от урожайности на неуплотненной почве в первый год после уплотнения (рис. 8). Примечательно, что урожайность восстановилась (без обработки почвы) до 85% на второй год после уплотнения и стабилизировалась на уровне примерно 9%.3 процента после этого. Это показывает устойчивость почв при нулевой обработке почвы из-за биологических факторов, но также показывает, что уплотнение может привести к очень значительным краткосрочным и долгосрочным потерям урожая при нулевой обработке.


Рисунок 7. Уплотнение почвы может привести к значительным потерям урожая при нулевой обработке почвы. Сто процентов поля было утрамбовано 30-тонным грузовиком для перевозки навоза с накачанными шинами 100 фунтов на квадратный дюйм. (Испытания в штате 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.В. 2002. Личное сообщение.

Влияние уплотнения почвы на почву и здоровье 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

Наиболее прямым эффектом уплотнения почвы является увеличение объемной плотности почвы. Насыпная плотность — это масса высушенной в печи почвы в стандартном объеме почвы, часто выражаемая в граммах на кубический сантиметр (г/см3). Оптимальные объемные плотности почв зависят от механического состава почвы (табл. 1). Всякий раз, когда объемная плотность превышает определенный уровень, рост корней ограничивается. Здесь необходимо сделать предостережение в отношении влияния обработки почвы на объемную плотность. Непахотные почвы часто имеют более высокую объемную плотность, чем недавно обработанные почвы. Однако из-за более высокого содержания органического вещества в пахотном слое и большей биологической активности структура нулевой обработки почвы может быть более благоприятной для роста корней, чем структура окультуренной почвы, несмотря на более высокую объемную плотность.

Таблица 1. Идеальная и предельная объемная плотность.

Soil Texture	Ideal bulk density	Bulk density restricts root growth
	—— g/cm 3 ——
USDA. 1999. Руководство по тестированию качества почвы. Институт качества почвы Министерства сельского хозяйства США. Вашингтон, округ Колумбия
Песок, супесь	< 1,60	> 1,80
Песчаные суглинки, суглинки	< 1,40	> 1,80
Песчаные суглинки, суглинки	< 1,40	> 1,75
Ил, пылеватый суглинок	< 1,30	> 1,75
Суглинок пылеватый	< 1,40	> 1,65
Песчаные глины, пылеватые глины	< 1,10	> 1,58
Глина	< 1,10	> 1,47

Пористость

За счет увеличения насыпной плотности снижается пористость грунта. Крупные поры (называемые макропорами), необходимые для движения воды и воздуха в почве, в первую очередь подвержены уплотнению почвы. Исследования показали, что большинству корней растений требуется, чтобы пористость, заполненная воздухом, составляла более 10 процентов, чтобы процветать. Количество дней с адекватным процентом заполненной воздухом пористости будет уменьшено из-за уплотнения, что отрицательно скажется на росте и функционировании корней. Важно отметить, что обработка уплотненных почв делает их более восприимчивыми к повторному уплотнению. В одном исследовании общую пористость и макропористость пастбища сравнивали с пористостью плуга в пахотной почве. В одном случае корпус плуга никогда не разрушался при рыхлении, тогда как в другом случае корпус плуга был разбит, но восстановился после многих лет нормального движения по полю и обработки почвы. Результаты иллюстрируют уменьшение крупных пор в корпусе плуга и наихудшее состояние повторно уплотненного корпуса плуга (Рисунок 9). ). Долговременная нулевая обработка почвы, которая не подвергалась уплотнению, будет в том же состоянии, что и пастбищная почва.


Рисунок 9. Общая пористость и макропористость были значительно снижены в исходной и заглубленной, но впоследствии повторно уплотненной пахотной чаше по сравнению с неуплотненным пастбищем Адаптировано из Kooistra, M.J., and O.H. Boersma. 1994. «Уплотнение подпочвенных слоев морских суглинков в Нидерландах: методы разрыхления и последствия». Исследование обработки почвы 29: 237-247.

Сопротивление проникновению

Проникновение корней ограничено, если корни сталкиваются с большим сопротивлением. Исследования на полностью нарушенной почве, утрамбованной до различной плотности, показали, что рост корней уменьшается линейно с сопротивлением проникновению, начиная с 100 фунтов на квадратный дюйм, пока рост корней полностью не прекращается при 300 фунтов на квадратный дюйм (рис. 10). Сопротивление проникновению является лучшим показателем влияния уплотнения почвы на рост корней, чем объемная плотность, поскольку результаты можно интерпретировать независимо от текстуры почвы. Дополнительную информацию о сопротивлении проникновению можно найти в Диагностике уплотнения почвы с помощью пенетрометра (тестер уплотнения почвы).


Рисунок 10. Взаимосвязь между сопротивлением проникновению и проникновением корня. Адаптировано из Taylor, HM, GM Roberson и JJ Parker. 1966. «Соотношение прочности почвы и проникновения корней для почвенных материалов со средней и крупной текстурой». Почвоведение 102:18-22.

Структура почвы

Уплотнение почвы разрушает структуру почвы и приводит к образованию более массивной структуры почвы с меньшим количеством естественных пустот (Рисунок 11). В пастбищной почве (подобной нулевой, длительное время не обрабатывавшейся) структура почвы очень хорошо развита за счет воздействия повышенного содержания органического вещества и тонкой корневой системы трав. Даже под воздействием осадков такая почва не смоется, потому что заполнители очень стабильны, а инфильтрация высока. Поры можно увидеть под верхним слоем почвы из-за действия почвенных животных, таких как дождевые черви и корни. Однако в обрабатываемой почве с плугом структура верхнего слоя почвы значительно слабее. Капли дождя, попадая на поверхность, быстро образуют уплотнение, которое при высыхании превращается в корку. На этой почве инфильтрация быстро уменьшится. Ниже глубины вспашки образовался очень плотный поддон, а ниже глубины вспашки видны немногочисленные поры, созданные почвенными животными и разложившиеся корни. Рыхление плуга помогает, но не улучшает структуру почвы (Рисунок 11). Для улучшения структуры почвы необходимо стимулировать биологическую активность почвы за счет сокращения обработки почвы и увеличения внесения органического вещества.

1. Сильно развитая структура, крошка
2. Структура слаборазвитая, крошка
3. Почвенный материал с большим количеством старых корней и каналов дождевых червей
4. Структура слаборазвитая, комковатая
5. Плуг, уплотненный, с несколькими каналами для корней или дождевых червей
6. Почвенный материал с корневыми каналами
7. Сломанный плуг с несколькими большими воздушными карманами
8. Слаборазвитая структура

Рисунок 11. Уплотнение почвы повреждает структуру почвы, и обработка почвы мало что дает для ее улучшения. Адаптировано из Kooistra, MJ, и OH Boersma. 1994. «Уплотнение подпочвенных слоев морских суглинков в Нидерландах: методы разрыхления и последствия». Исследование обработки почвы 29: 237-247.

Почвенная биота

Почва содержит огромное количество организмов. Их можно разделить на микро-, мезо- и макрофауну (мелкую, среднюю и крупную). Бактерии и грибы составляют важную микрофауну почвы, которая живет на органическом веществе или на живых растениях. На акре пастбища содержится 0,5–1 т биомассы бактерий и 1–2 т биомассы грибов. В той же почве содержится примерно 10 тонн живых корней травы и 40 тонн «мертвого» органического вещества. Большинство бактерий и грибов выполняют полезные функции, такие как разложение растительных остатков, выделение питательных веществ и образование агрегатов. Некоторые бактерии, такие как ризобии, обеспечивают растения азотом. Некоторые грибы живут в симбиозе с корнями растений, способствуя поглощению неподвижных питательных веществ, таких как фосфор и калий. Лишь немногие бактерии и грибы оказывают негативное воздействие (например, болезни растений). Бактерии и грибы находятся в нижней части пищевой цепи почвы (рис. 12). Они питаются другими организмами, такими как простейшие, нематоды и членистоногие (некоторые нематоды питаются корнями растений), которыми питаются более крупные почвенные животные. Наличие большего разнообразия почвенных организмов помогает держать под контролем «плохих» насекомых, потому что хищников также может быть много.


Рисунок 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. Мельчайшие организмы, такие как бактерии и грибки, могут жить в порах, которые нелегко уплотнить. Даже простейшие очень малы и вряд ли будут затронуты непосредственно уплотнением. С другой стороны, количество нематод, скорее всего, уменьшится из-за уплотнения почвы, потому что их поровое пространство может уменьшиться. Это может повлиять как на «плохих» (питающихся корнями), так и на «хороших» (питающихся грибами и бактериями) нематод. Поскольку уплотнение может уменьшить популяцию нематод, питающихся грибами и бактериями, вполне возможно, что популяция бактерий увеличивается при уплотнении, поскольку хищников становится меньше.

Еще одно влияние уплотнения на почвенную биоту является косвенным. Из-за более медленного просачивания воды в уплотненной почве могут возникать длительные периоды насыщения. Затем некоторые почвенные организмы начинают использовать нитраты вместо кислорода, и происходит денитрификация. Некоторые анаэробные бактерии выделяют сероводород (с характерным для болот запахом тухлых яиц). Этот газ токсичен для многих растений. В целом в уплотненных почвах разложение органического вещества будет происходить медленнее, и будет проявляться меньшая биологическая активность.

Более крупные почвенные животные (мезо- и макрофауна) также страдают от уплотнения почвы. Нероющим животным, таким как клещи, ногохвостки и личинки мух, будет особенно трудно жить 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 с нагрузкой на ось в 10 тонн уменьшило общую численность макрофауны. Количество дождевых червей уменьшилось со 166 000 до 8 000 на акр из-за сильного уплотнения (таблица 2). Уплотнение сухого грунта с нагрузкой на ось 6 т не оказало негативного влияния на макрофауну. Создание туннелей дождевыми червями было уменьшено в почвах с высокой объемной плотностью, что указывает на снижение активности дождевых червей (рис. 13).

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

Уплотнительная обработка	Дождевые черви (число на акр)
Адаптировано из Radford, B.J., A.C.Wilson-Rummenie, G.B. Simpson, K.L. Bell и M.A. Ferguson. 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 влажного грунта при нагрузке на ось 10 тонн	8000
Ежегодное уплотнение влажного грунта при нагрузке на ось 6 тонн	20 000
Ежегодное уплотнение сухой почвы при нагрузке на ось 6 тонн	220 000
Уплотнение только в первый год	110 000
Глубокая обработка почвы после уплотнения в первый год	100 000


Рис. 13. Уплотнение почвы уменьшает прокладывание туннелей дождевыми червями. Раштон, С.П., 1986. «Влияние уплотнения почвы на Lumbricus terrestris и его возможные последствия для населения на землях, рекультивированных 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 нулевых почв также помогает им быстрее восстанавливаться после уплотнения, чем обработанные 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 значительному снижению скорости инфильтрации воды в почву, а также снижению насыщенной гидравлической проводимости. Насыщенная гидравлическая проводимость — это движение воды через почву, когда почва полностью насыщена водой. Ненасыщенная гидравлическая проводимость – это движение воды в ненасыщенной почве. Ненасыщенная гидравлическая проводимость иногда увеличивается из-за уплотнения. Ненасыщенная гидравлическая проводимость важна, когда вода должна двигаться к корням. Таким образом, уплотненные почвы иногда не так чувствительны к засухе, как неуплотненные почвы, при условии, что корневая система в обоих случаях имеет одинаковый размер, что обычно не так. Как правило, чистый эффект уплотнения заключается в том, что посевы легче повреждаются засухой из-за маленькой корневой системы.

В эксперименте на пастбищах объем макропор уплотненной почвы был вдвое меньше, чем у неуплотненной почвы (табл. 3). Воздухопроницаемость и скорость инфильтрации резко снизились. Результатом будет снижение аэрации и увеличение стока.

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

Уплотнение	Объем макропор (фут 3 /фут 3 )	Воздухопроницаемость (мм 2 )	Скорость инфильтрации (дюйм/ч)
Дуглас, Дж. Т. и К. Э. Кроуфорд. 1993. «Реакция травы райграса на движение колес и внесенный азот». Наука о травяных кормах 48: 91-100.
Неуплотненный	0,119	55	1,06
Уплотненный	0,044	1	0,25

Если почва обрабатывается после уплотнения, скорость инфильтрации будет высокой, поскольку почва комковатая и грубая. Предпосевная подготовка к разбиванию комьев включает несколько проходов трактором по полю. Это уменьшит шероховатость поверхности, но уплотненная почва, которая была вспахана, имеет более крупные агрегаты, чем та же почва, которая не была уплотнена. Таким образом, скорость инфильтрации в уплотненной почве сразу после обработки может быть еще достаточно высокой. Действие капель дождя на поверхность почвы и последующие поездки по полю уничтожают большую часть этого очевидного преимущества. В поле это видно по застаиванию воды в следах от колес (Рисунок 14, см. следующую страницу). Обычно сток и эрозия начинаются в этих следах от колес, особенно если они движутся вверх и вниз по склонам.


Рисунок 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 почвах. Как упоминалось выше, максимальное сопротивление проникновению (измеренное с помощью стандартного пенетрометра с конусом), которое могут преодолеть корни, составляет 300 фунтов на квадратный дюйм. Во многих случаях трещины и трещины будут доступны для роста корней, поэтому полное отсутствие роста корней маловероятно. Вместо этого корни будут концентрироваться в областях выше или рядом с зонами уплотнения в почве (рис. 15). Помимо эффекта сопротивления проникновению, корни также страдают от повышенных анаэробных условий в уплотненных почвах. Уменьшение роста корней ограничит функции корней, такие как закрепление растений и поглощение воды и питательных веществ. Кроме того, было обнаружено, что уплотнение почвы уменьшает образование клубеньков у бобовых культур, таких как соя, что может ограничивать азотное питание этих культур.


Рис. 15. Корни занимают больший объем почвы в неуплотненной почве (слева), чем в уплотненной почве (справа). Адаптировано из Кейслинг, Т. К., Дж.Т. Бэтчелор и О.А. Портье. 1995. «Морфология корней сои в почвах с культиваторами 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. Уплотнение влияет на азот несколькими способами: (1) плохой внутренний дренаж почвы вызовет большие потери при дендрификации и меньшую минерализацию органического азота; (2) потери нитратов при выщелачивании уменьшатся; (3) могут увеличиться потери органического азота (в органическом веществе) и азотных удобрений, вносимых на поверхность; и (4) диффузия нитратов и аммония к корням растений будет медленнее во влажных уплотненных почвах, но быстрее в сухих. Во влажном умеренном климате, как в Пенсильвании, уплотнение почвы в первую очередь увеличивает потери при денитрификации и снижает минерализацию азота. В одном исследовании суглинистого песка во влажном умеренном климате минерализация азота снизилась на 33 процента, а скорость денитрификации увеличилась на 20 процентов во влажный год. В исследовании с райграсом норма азота должна была быть увеличена более чем в два раза на уплотненной почве для достижения такого же выхода сухого вещества (рис. 16). Таким образом, уплотнение приводит к менее эффективному использованию азота и необходимости вносить больше азота при том же потенциале урожайности.


Рисунок 16. Кривая отклика райграса на азот на суглинистой почве в Шотландии в уплотненной и неуплотненной почве. Для достижения той же урожайности в 2 т/акр необходимо было вносить более чем в два раза больше азота. Дуглас, Дж. Т. и К. Э. Кроуфорд. 1993. «Реакция травы райграса на движение колес и внесенный азот». Наука о травяных кормах 48: 91-100.

Уплотнение сильно влияет на поглощение фосфора, поскольку фосфор очень неподвижен в почве. Для поглощения фосфора необходима обширная корневая система. Поскольку уплотнение снижает рост корней, поглощение фосфора в уплотненной почве подавляется (рис. 17). Поглощение калия будет затронуто почти так же, как и фосфора.


Рисунок 17. Поглощение и концентрация фосфора в зерне и соломе снижаются из-за уплотнения почвы. Липец, Дж., и В. Степневски. 1995. «Влияние систем уплотнения почвы и обработки почвы на поглощение и потерю питательных веществ». Исследование обработки почвы 35:37-52.

Борьба с уплотнением почвы

Основной целью этого информационного бюллетеня было рассмотрение влияния 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 деградации структуры почвы. Эта деградация усиливается, когда обработка почвы используется для разрушения уплотненных почв. Почвенная биота страдает от уплотнения. Например, количество и активность дождевых червей будут снижены в уплотненных почвах; инфильтрация и просачивание воды медленнее в уплотненных грунтах; рост корней будет подавлен из-за уплотнения почвы, что приведет к уменьшению поглощения неподвижных питательных веществ, таких как фосфор и калий; и можно ожидать повышенных потерь азота из-за длительных 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 «Избежание уплотнения почвы».

• Избегайте перевозки влажной почвы. Уплотнять можно только влажную почву. Поля не должны использоваться для торговли людьми, если они находятся на уровне или выше предела влажности пластика. Чтобы проверить, находится ли почва на пределе пластичности, начните с горсти почвы. Если вы можете легко сделать шар, замешивая эту почву, условия не оптимальны для движения в поле. Искусственный дренаж может помочь увеличить количество дней, пригодных для движения транспорта, на плохо дренированной почве.
• Нагрузка на ось не должна превышать 10 тонн. Уплотнение грунта вызвано нагрузкой на ось и в основном является постоянным. Чтобы избежать уплотнения грунта, поддерживайте нагрузку на ось ниже 10 тонн на ось, а предпочтительно ниже 6 тонн на ось.
• Уменьшите контактное давление, используя шины повышенной проходимости, двойные шины или гусеницы. Уплотнение верхнего слоя почвы вызвано высоким контактным давлением. Чтобы уменьшить контактное давление, нагрузку необходимо распределить по большей площади. Этого можно добиться за счет снижения инфляционного давления. Эмпирическое правило гласит, что давление в шинах равно контактному давлению. Шины, накачанные до 100 фунтов на квадратный дюйм, например, шины для грузовых автомобилей, не должны находиться на поле. Чтобы иметь возможность перевозить груз при низком давлении в шинах, необходимы шины большего размера или несколько, отсюда и потребность в шинах повышенной проходимости и двойных шинах. Шины большого диаметра также помогают увеличить пятно контакта. Гусеницы помогают распределить нагрузку на большую площадь, но наличие нескольких осей под гусеницами необходимо, чтобы избежать резких скачков давления. Гусеницы имеют преимущество перед двойниками в снижении контактного давления без увеличения площади проезжей части поля.
• Уменьшить площадь проезжей части за счет увеличения полосы захвата и ширины транспортного средства или уменьшения количества поездок. Уменьшите площадь поля, подверженного транспортным потокам, за счет увеличения ширины захвата разбрасывателей навоза или расстояния между колесами, чтобы колеи отдельных колес располагались шире. Использование более крупного оборудования и нулевой обработки почвы может сократить количество поездок по полю. Очень перспективным подходом является использование постоянных полос движения и никогда не движение тяжелой техники по территории между полосами. Недостатком такого подхода является необходимость регулировки расстояния между колесами на всей тяжелой технике.
• Увеличивает содержание органического вещества в почве и жизнь почвы. Почва с высоким содержанием органического вещества и процветающими почвенными организмами более устойчива к уплотнению и лучше восстанавливается после небольшого повреждения от уплотнения. Для увеличения содержания органического вещества возвращайте растительные остатки в почву, выращивайте покровные культуры в межсезонье, используйте компост и навоз. Управляйте максимальной производительностью, чтобы оптимизировать поступление органических веществ в почву. Сокращение потерь органического вещества за счет предотвращения эрозии почвы и использования нулевой обработки почвы. Эти методы также помогут увеличить биологическую активность в почве.
• Экономно используйте обработку почвы. Обработку почвы следует использовать с осторожностью, чтобы уменьшить уплотнение, когда никакие другие средства не могут быть использованы. Фермеры должны избегать попадания в порочную спираль уплотнения/обработки почвы, как объяснялось ранее. Если производится какая-либо обработка почвы, постарайтесь оставить на поверхности почвы как можно больше растительных остатков, чтобы защитить ее от эрозии и использовать в качестве источника пищи для определенных почвенных организмов, таких как дождевые черви. Предпочтение отдается неинверсионной обработке почвы. По возможности производить обработку почвы только в посевной зоне. Есть две разные школы мысли относительно полезности дробления под поверхностью почвы. Одна точка зрения состоит в том, что желательно максимальное разрушение, чтобы обеспечить максимальное количество каналов для инфильтрации воды, аэрации и проникновения корней. Недостатком такого подхода является то, что почва после обработки почвы более подвержена уплотнению, отсюда необходимость ограничения движения транспорта после обработки почвы. Вторая школа мысли способствует созданию широко расположенных щелей для проникновения корней, инфильтрации воды и воздухообмена в прочной почвенной матрице. Твердая почва между прорезями обеспечит поддержку полевого движения, и прорези останутся неповрежденными. Однако при этом подходе для исследования корней будет доступен меньший объем почвы, в отличие от первого. Глубина компактного слоя должна определять глубину обработки почвы. Глубина обработки должна быть установлена ​​на дюйм или два ниже уплотненного поддона, если таковой имеется. Если уплотненного поддона нет, нет смысла проводить глубокую обработку почвы.

Подготовлено Сьордом В. Дукером, доцентом кафедры управления почвенными ресурсами.

Выявление и управление уплотнением почвы при выращивании сельскохозяйственных культур – Командные корма для животных

Причины уплотнения почвы

Необходимость своевременного и эффективного проведения полевых работ вновь вызвала обеспокоенность по поводу влияния уплотнения почвы на производительность. Сегодняшний фермер обрабатывает большее количество гектаров и вынужден своевременно выполнять операции. Оборудование для уборки и уборки навоза и даже тракторы стали намного крупнее, чем всего несколько лет назад. Операции часто приходится проводить, когда почва влажная. Эти факторы стали проблемой на крупных молочных фермах и других животноводческих фермах, где необходимо частое и обильное внесение навоза.

Как правило, почвы на 50 % состоят из твердых веществ и на 50 % из пористого пространства, при этом около половины порового пространства заполнено водой. Почвы легче всего уплотняются, когда содержание воды в почве равно или чуть выше ее полевой вместимости. Давление от колесного движения и обработки почвы уплотняют почву, сначала уменьшая количество и размер более крупных пор за счет перераспределения почвенных агрегатов. Большие нагрузки могут разрушить саму структуру почвы. Полученный грунт имеет большую плотность и меньшую пористость. Поры, особенно большие, важны для движения воды и воздуха. Потенциал уплотнения увеличивается по мере увеличения содержания глины в почве, однако песчаные почвы могут уплотняться, особенно если частицы песка имеют разный размер.

Объемная плотность, определяемая как масса почвы на единицу объема, является одним из показателей уплотнения почвы. В таблице 1 показана объемная плотность грунта за три года после уплотнения грунта 14-тонным транспортным средством. Это поле было утрамбовано по всей площади весной и слегка обработано перед посевом люцерны. Изменение объемной плотности заметно ниже пахотного слоя и практически не меняется в течение трех лет. Это говорит о том, что уплотнение может происходить в недрах почвы и что его последствия носят долгосрочный характер и не устраняются быстро естественными факторами, такими как замерзание и оттаивание или увлажнение и высыхание.

Диагностика уплотнения

Признаки и симптомы уплотнения можно обнаружить, исследуя реакцию почвы и сельскохозяйственных культур на движение колес. Уплотненные почвы имеют несовершенный дренаж, что приводит к заболачиванию и увеличению стока. Там, где структура разрушена, почва будет массивной и комковатой. Горизонтальный или плитчатый тип строения может развиваться и в верхнем слое почвы. Потеря структуры разрушает естественные поры и каналы, важные для движения воды и воздуха, и, как следствие, увеличение прочности почвы препятствует пролиферации корней.

Эффекты уплотнения также проявляются при росте растения. Неравномерный рост в высоту является обычным явлением, когда одно кажется нормальным, а соседнее растение низкорослым. Корневая система будет деформирована, так что горизонтальное развитие будет происходить в ограничительном слое. Дефицит питательных веществ, особенно калия, может развиться в ответ на плохую аэрацию почвы. Уплотнение почти всегда приводит к потере урожая. Величина потери урожая часто связана с возникновением условий водного стресса в течение вегетационного периода.

Обычным оценочным устройством является пенетрометр, стержень с коническим наконечником, прикрепленный к датчику, который вдавливается в почву с постоянной скоростью. Он измеряет сопротивление проникновению и в некоторой степени имитирует среду, в которой будет находиться растущий корень. Простые пенетрометры нажимаются вручную и имеют циферблат, который переводит силу в зеленую, желтую и красную зоны. Усовершенствованные устройства имеют механический привод и датчики, которые можно калибровать для измерения и регистрации сопротивления в единицах давления. Содержание влаги в почве оказывает значительное влияние на сопротивление проникновению. Рекомендуется проводить измерения, когда почва находится в состоянии полевой влажности. Объемная плотность почвы является полезным показателем уплотнения, и ее измерение позволяет рассчитать пористость. У большинства фермеров или консультантов по растениеводству нет соответствующих инструментов для проведения такого измерения.

Не существует критического уровня любого измерения почвы, которое универсально определяет степень уплотнения почвы, которая приведет к снижению урожайности. Сопротивление проникновению, как указывалось ранее, сильно зависит от содержания влаги в почве и, очевидно, будет очень высоким, если измерения будут производиться в сухих условиях. Объемная плотность не зависит от влажности, а зависит от механического состава почвы. Рекомендуется проводить любые измерения для сравнительного сравнения областей, где возможно уплотнение, и где оно маловероятно. Например, сравните разворотную полосу с участком в основной части поля или гусеничный участок с негусеничным участком. Часто полезно раскопать почву, чтобы изучить структуру почвы и оценить распределение корней растений. Обязательно отмечают глубину, на которой происходит уплотнение, для определения глубины ограничительного слоя. Знание местоположения и размера этого слоя определит, сможет ли глубокая обработка почвы удалить уплотнение.

Исследование уплотнения почвы

Эффект уплотнения изучался автором в нескольких местах в Висконсине. Поскольку уплотнение оказывает такое глубокое воздействие на почву, его последствия меняются от года к году в зависимости от погодных условий. Исследование кукурузы проводилось в Арлингтоне с 1988 по 1990 год. Этот период включал засушливый год и два года, которые можно считать нормальными. В табл. 2 приведены урожайность кукурузы за эти годы и месячная сумма осадков за июнь-август. Понятно, что в засушливый год урожай снижался. Урожайность была примерно такой же в обычные годы, если почва не была уплотнена, но резко снизилась в 19 лет.90 на уплотненных участках. Это снижение, вероятно, является результатом дефицита влаги, вызванного ослабленной корневой системой и относительно небольшим количеством осадков, выпавших в июле, когда кукуруза опылялась.

В другом исследовании изучалась взаимосвязь плодородия калия и урожайности кукурузы на илисто-глинистой почве Кевауни недалеко от Ошкоша. Результаты этого исследования показаны в Таблице 3. Две обработки уплотнения включали одно, когда движение было ограничено междурядными участками с помощью небольшого оборудования, и другое, когда вся площадь участка была уплотнена с помощью 19тонн комбайна. Почвенный тест К был скорректирован либо до оптимальной, либо до высокой категории, и удобрение ряда К применялось на половине участков. Уплотнение значительно снижает урожайность. Некоторая часть потери урожая была компенсирована внесением K-удобрений, но наилучшие урожаи были получены, когда почва не уплотнялась, а культура удобрялась адекватно.

Аналогичное исследование было проведено на Арлингтонской сельскохозяйственной исследовательской станции на илистых суглинках Плано, в ходе которого изучалось влияние уплотнения перед прямым посевом люцерны и внесения калиевых удобрений. Уплотнение при производстве кормов может быть значительным, особенно при внесении навоза перед прямым посевом. В таблице 4 показано снижение урожайности, связанное с уплотнением, в течение всего срока жизни насаждения люцерны (год посева плюс три года сена). Большая часть потерь урожая приходится на год посева и первого укоса. Как и в случае с кукурузой, была обнаружена реакция на калиевую фертильность. Считается, что уменьшение пористости, вызванное уплотнением, снижает доступ кислорода к корням, ограничивая дыхание корней и тем самым ограничивая поглощение калия. Внесение калийных удобрений поддерживает более высокий уровень калия на границе корней и почвы и, по-видимому, способствует поглощению калия в ограниченных условиях.

Снижение уплотнения

По возможности следует избегать уплотнения почвы. Такие методы, как ограничение операций на влажных почвах, снижение веса груза, когда это возможно, и контроль движения будут иметь большое значение для ограничения уплотнения и поддержания продуктивности почвы. Добавление дополнительных шин (двойных) распределит вес автомобиля по большей площади, но, скорее всего, не уменьшит уплотнение. Фактически, двойные машины могут стимулировать работу на более влажных почвах и уплотнять больший объем почвы. Контролируйте трафик, ограничивая такие методы, как «погоня за комбайном» с зерновозами или вождение зерновозов или грузовиков-медсестер для внесения навоза или удобрений на поля.

Часто глубокая обработка почвы или глубокое рыхление рассматриваются при серьезных проблемах с уплотнением почвы. Некоторые фермеры обычно используют недропользование в качестве основной обработки почвы. Рыхление почвы можно проводить различными орудиями обработки почвы, эффект которых зависит от состояния почвы, глубины обработки почвы и используемого орудия. Четырехлетнее исследование на ферме, проведенное недавно в округе Манитовок, показало, что рыхление с относительно узким прямым стержнем дает более высокие урожаи, чем агрессивное параболическое орудие, разрушающее весь объем почвы. Возможно, прочность почвы была сведена к минимуму при использовании более агрессивного орудия, а почвенные условия после обработки были менее благоприятными. Различия в урожайности были значительными в течение трех из четырех лет. Эта реакция была специфичной для участка, поскольку аналогичные исследования, проведенные в других местах, не показали реакции на заглубление.

Перед принятием решения о заглублении важно диагностировать наличие уплотнения и зафиксировать глубину ограничительного слоя. Если производится рыхление, оно должно проводиться на 1-2 дюйма ниже слоя. Другие соображения, связанные с рыхлением, включают:

• Некоторые операции по рыхлению закапывают слишком много растительных остатков и могут повлиять на планирование сохранения
• Рыхление, которое переворачивает почву, может привести к выходу на поверхность глины и менее плодородной почвы
• Возможно, придется собрать больше камней
• Для тяги большинства глубокорыхлителей требуется 40-50 л. с. на стойку
• Всегда включайте необработанные контрольные полоски, чтобы определить, полезно ли замачивание

Резюме

Проблема уплотнения почвы будет оставаться проблемой в современном сельском хозяйстве. Руководствуйтесь здравым смыслом, чтобы избежать возникновения уплотнения. Уменьшите нагрузку, держитесь подальше от влажной почвы и контролируйте движение. Поддерживайте плодородие почвы, особенно в отношении калия.  Используйте комплексное стартовое удобрение для кукурузы и обязательно пополняйте запасы калия, удаляемого культурой, для люцерны. Ищите симптомы уплотнения и физически идентифицируйте наличие ограничительного слоя перед проведением работ по углублению почвы. Не злоупотребляйте почвой осенью, ожидая, что перезимовочное состояние исправит ее уплотнение.

---

Управление уплотнением почвы | Digital Ag

Главная  //  Precision Ag  //  Направления исследований  //  Управление уплотнением почвы

Обзор

Уплотнение почвы  – это уменьшение объема почвы из-за ее механической плотности и пористости или ее увеличение. стресс или вызванный естественным путем. Передвижение по полям с использованием техники в настоящее время является основным фактором, способствующим уплотнению почвы из-за чрезмерной нагрузки машины/орудия на почву. Структура и текстура почвы, а также состояние почвы (влажная или сухая) влияют на уровень уплотнения, вызванного машинами и орудиями. Факторы нагрузки на машину могут включать нагрузки на ось, конфигурацию колес или гусениц, а также частоту нагрузки. Подсчитано, что 75-80% уплотнения почвы происходит за первый проход. Важно понимать оба поверхностное уплотнение и подпочвенное/глубокое уплотнение и их влияние на урожайность.

Программа цифрового сельского хозяйства Университета штата Огайо направлена ​​на завершение исследований и расширение деятельности в области уплотнения почвы. Особое внимание в программе уделяется изучению уплотнения рядков сеялок (гусеничных и колесных тракторов и сеялок) и изучению потенциала использования меньшего оборудования для ограничения нагрузки при сохранении эффективности и рентабельности.