Степень уплотнения щебня при строительстве дорог

Сыпучие строительные материалы, а также грунты при различных физических воздействиях могут разрыхляться или уплотняться. При этом плотность их колеблется в достаточно большом интервале — до нескольких десятков процентов. В строительстве часто применяются 2 относительные величины — коэффициент уплотнения при транспортировке Кут и коэффициент уплотнения грунта (основания) Ку. По сути они отражают одно и то же явление — изменение объема вследствие уменьшения пористости, но рассчитываются и применяются по-разному.

Характеристики плотности строительных материалов

Если в карьере горные породы находятся в плотном монолитном состоянии, то при добыче они разрыхляются, становятся более пористыми. Сырье проходит множество манипуляций — выемку, промывку, просеивание с распределением на фракции, хранение. При отгрузке материалы опять рыхлятся, а при перевозке трамбуются. На завершающей стадии они укладываются в конструкцию и еще раз уплотняются. На протяжении всего процесса изменяется влажность, что неизбежно отражается на плотности.

Определение степени уплотнения к/о грунтов

Сыпучие материалы — щебень, песок, песчано-гравийная смесь ПГС и т.д. — состоят из отдельных зерен, между которыми есть пустоты. При разработке, погрузке и выгрузке твердый скелет разрыхляется, объем пор и пустот увеличивается.

Рыхлонасыпанное состояние материала характеризуется насыпной плотностью, то есть соотношением массы и объема, ей занимаемого:

Измеряется она путем взвешивания стандартного мерного сосуда объемом 5-50 дм³ без предварительного уплотнения. Размер тары выбирается исходя из наибольшей крупности частиц. В процессе испытаний сразу можно найти пустотность как отношение объема пустот ко всему объему материала.

Она определяется в %. Так, насыпная плотность песка составляет 1600 кг/м³, щебня 1310-1400 кг/м³, ПГС — 1340-1500 кг/м³ (в зависимости от размера фракций). В рыхлом состоянии между частицами сохраняется некоторый объем воздуха. Пустотность песка, щебня и ПГС соответственно 30-45%, 20-50% и 30-50%.

Если убрать все поры из материала, то получится сплошной монолит. Его плотность называется истинной. Она намного больше насыпной: у песка это 2500-3000 кг/м³, щебня — 2700-3100 кг/м³, ПГС 2500-3100 кг/м³. Это величина неизменная, она необходима для вычисления пористости материала.

Истинная плотность определяется опытным путем. Сырье измельчается в порошок, затем находится его масса и объем (по объему вытесненной из сосуда воды). По формуле ρ=m/V рассчитывается удельный вес материала без пор и пустот.

Для чего используется коэффициент уплотнения

Эта безразмерная величина позволяет определить, насколько фактическая плотность отличается от насыпной или максимальной:

• при перевозке коэффициент согласовывается между заказчиком и поставщиком, отгружающим сырье из карьера, со склада или завода;
• при устройстве основания под какое-либо сооружение Ку задается проектом как отношение к максимальной плотности грунта.

Это 2 разных сценария, соответственно, расчет ведется совершенно по-разному.

Коэффициент уплотнения транспортировки Кут

При перевозке за счет вибрации более мелкие частицы перемещаются вниз, заполняют пустоты между крупными зернами. Соответственно, объем груза уменьшается, а плотность увеличивается.

Приемка нерудных материалов, как правило, производится по объему или массе. Чтобы избежать неприятных сюрпризов при получении груза, нужно учитывать неизбежную усадку при транспортировке.

Если материалы принимаются по объему, проводится обмер поставки, то есть размер наполненной части ж/д вагона или автомобиля. Затем полученное значение умножается на коэффициент Кут.

Поведение материала во время транспортировки и складской переработки зависит от гранулометрического состава, влажности, способности слеживаться при хранении, абразивности частиц, а также вида транспорта и климатической зоны. Согласно ГОСТ 9757-90 коэффициент уплотнения песка и других нерудных материалов должен быть согласован с изготовителем, но принимается не более 1,15, т.е. потеря объема не должна быть выше 15%. Кут всегда больше единицы, поскольку рассчитывается как отношение первоначального объема материала к его к объему после перевозки.

Если приемка проводилась по массе, весовые единицы пересчитываются в насыпной объем делением на насыпную плотность по формуле:

Поставщиком отгружено 6 м³ песка в кузов грузового автомобиля. После доставки объем естественно уменьшился. При измерении установлено, что он равен 4,8 м³. Требуется определить, была ли недопоставка.

Умножаем 4,8 на Кут=1,15. Получаем V=4,8х1,15=5,52 м³. Налицо недогруз 0,8 м³.

Если приемка ведется по массе, после взвешивания автомобиль с песком масса материала объемом 6 м³ (при стандартной насыпной плотности 1600 кг/м³) должна составлять m=6х1600=9600 кг.

Нормативными считаются технологические потери при перевозке железнодорожным, автомобильным или водным транспортом без перегрузок, по массе не более:

• щебня, гравия, шлака — 1,15-1,24% ;
• песка, ПГС, отсева, керамзита — 1,2-1,34%.

С перегрузками из одного транспорта в другой для всех материалов норма потерь — 1,50-1,54%. Если не хватает больше, поставщик допустил недогруз, что является уже поводом для предъявления претензии заказчиком.

Как рассчитать потребность в материалах с учетом коэффициента уплотнения

Для любых строительных работ необходимо как можно точнее определить расход материалов. Например, проводится устройство щебеночной подготовки толщиной 20 см на площади 100 кв.м.

Находим объем подушки:

С учетом при укладке коэффициента уплотнения щебня 0,98 и при транспортировке 1,15 находим необходимый объем материала, который должен отпустить поставщик из карьера:

Учитывая стандартный объем кузова КамАЗа 6 м³ нам нужно заказать 4 машины.

Коэффициент уплотнения грунта

При устройстве оснований и фундаментов важной характеристикой является плотность грунта. Она определяет его несущую способность, поведение под нагрузкой, склонность к просадкам.

Плотность грунта зависит от минералогического состава, пористости и влажности. Самые плотные сложены из гранитных, базальтовых или кремниевых пород. Их удельный вес свыше 3000 кг/м³. Наименьшая плотность у торфяников и насыпных грунтов — не более 700-900 кг/м³.

Коэффициент уплотнения — это безразмерная величина, равная отношению фактической плотности грунта к его максимальной плотности:

Физический смысл Ку легко понять, если представить сначала монолитную глыбу, а затем ее в уже в измельченном, но уплотненном виде. Соотношение плотностей одного и того же вещества, но в разном состоянии, и есть коэффициент уплотнения. В отличие от Кут, который всегда больше единицы, Ку не может быть больше 1, поскольку в числителе стоит фактическая плотность материала с порами, а в знаменателе — без воздушных пустот.

Максимальная плотность грунта: способ определения по ГОСТ 22733-2016

Испытания проводятся в лабораторных условиях с помощью специальной трамбующей установки. Суть их состоит в следующем:

1. На строительной площадке отбирается грунт естественной влажности. В образце должно быть не более 25% твердых частиц крупнее 2 мм, отсутствовать промерзание и переувлажнение.
2. В форму помещаются порции грунта, которые затем трамбуются на установке за 3 приема по 40 ударов.
3. Измеряется вес 1 л утрамбованной массы, определяется плотность.
4. Затем влажность увеличивается ступенями по 2%, проводится аналогичный цикл испытаний.
5. По результатам строится график зависимости плотности от влажности. В точке перегиба фиксируется максимальное значение ρmax при оптимальной влажности.

Определение наибольшей плотности грунта позволяет понять, при каком значении ρ усадка под фундаментом будет наименьшей. В условиях стройплощадки максимальное значение плотности достигнуть вряд ли удастся. Поэтому вводится коэффициент, который помогает установить, насколько фактическая плотность основания приближена к максимально возможной.

Ку задается проектом. Он рассчитывается в зависимости от нагрузки и обычно составляет 0,96-0,98. Это означает, что при уплотнении грунта или песчаной подушки плотность будет чуть меньше максимальной с небольшим отклонением 2-4%.

Определение Ку в лабораториях или полевых условиях

Имея на руках проект с заданным коэффициентом уплотнения ПГС, песка или грунта, необходимо установить, соответствует ли фактическая плотность основания нужному значению. Для этого используются различные методики.

С помощью отбора проб

Этот способ наиболее точный, но не очень скоростной. Требуется участие лаборатории, поскольку на стройплощадках сложно организовать благоприятные условия для измерений.

Для опытов используются режущие кольца известного объема. Без нарушения структуры материала производится отбор проб и дальнейшее их взвешивание.

Отобранный в нескольких точках участка грунт упаковывается в герметичную тару и отправляется на исследование. После получения результатов взвешивания определяется зависимость плотности грунта от влажности и рассчитывается фактический коэффициент уплотнения в каждой точке отбора. После оценки степени подготовки грунта выносится решение о продолжении или прекращении работ по трамбовке грунта.

Динамическим плотномером (пенетромером)

Измерения применяются в качестве экспресс-метода, позволяющего оценить степень уплотнения основания в полевых условиях. Динамический плотномер представляет собой заостренный стальной стержень с ручкой и ударной площадкой. На нем подвижно закреплен груз определенной массы.

Плотномер устанавливается вертикально на основание. Затем груз поднимается и сбрасывается на ударную площадку. При этом стержень постепенно погружается в грунт. Количество ударов подсчитывается.

После того как наконечник полностью опустится ниже поверхности, по специальной таблице определяется коэффициент уплотнения. Если он меньше требуемого проектом, производится дополнительная трамбовка. Если Ку соответствует нужному значению, основание готово к дальнейшим работам.

Для уплотнения используются виброплиты, ручные и автоматические трамбовки. Чем ближе коэффициент Ку к единице, тем меньше в грунте пустот, соответственно выше плотность.

Электромагнитный метод

При таком способе плотность грунта на стройплощадке сравнивается с ранее установленной в лабораторных условиях. Измерения проводятся специальным прибором, инициирующий электрическое поле. Он передает электромагнитный импульс, который проходит через грунт и фиксируется датчиком, а по изменению значения определяется плотность.

Для испытаний на участке выбирается не менее 5 точек, расположенных по принципу клеверного листа. Большую погрешность дают влажность, крупные твердые включения, неоднородность почвы. Измерения проводятся относительно долго по сравнению с другими вариантами, где результат можно получить за один сеанс.

Метод штампа

При этом способе определяется динамический модуль упругости грунта, который находится в прямой зависимости от его плотности. Прибор состоит из нагрузочной плиты, тензодатчика усилий, штанги с грузом и упругим элементом, акселерометра и электронного блока.

При сбрасывании груза на площадку он, благодаря силе упругости, возвращается в исходное положение. Параметры взаимодействия считываются и обрабатываются электронным блоком. По результатам испытаний определяется модуль упругости, деформации и нагрузка. Информация представляется в графическом или численном виде на дисплее. Плотномер может архивировать и отправлять данные в ПК, что создает предпосылки для более детальной обработки и планирования строительства.

Прямой метод замещения объема

Согласно стандарту ГОСТ 28514-90 плотность грунта может измеряться с помощью пескозагрузочного аппарата или цилиндра с резиновым баллоном. Перед испытаниями в лабораторных условиях определяется плотность песка, в опытах она будет образцом для сравнения.

Для проведения испытаний на уплотненном основании выбирается лунка диаметром 100 мм. В нее из установленного сверху пескобака засыпается песок. Объем загрузки вычисляется по шкале на баке. Далее измеряется вес вынутого грунта. При известных параметрах среды (в данном случае песка) плотность грунта рассчитывается по формуле:

ρ=m*ρ0/m0, где ρ0 и m0 — плотность и масса песка, наполняющего лунку.

В методике с резиновым баллоном в качестве среды используется вода, которая заливается внутрь аппарата. Баллон помещается в вырытую лунку, заполняется водой. По количеству потраченной воды определяется объем грунта. Далее, измерив вес пробы, можно найти искомую плотность и коэффициент уплотнения.

Этот метод можно использовать, если количество твердых крупных частиц превышает 25%. Это щебеночные и гравийные основания, а также подушки из смесей ЩПС или ПГС.

Способы увеличения плотности грунта

Характеристики грунта зависят от его состава и влажности. Если его плотность очень низкая, налицо склонность к деформациям и просадкам. Это сильносжимаемые торф, ил, сапропели, пластичные глины и т.д. В большинстве случаев они не используются в качестве оснований для строительства. Требуется повышение их прочностных свойств, которое решается различными методами:

• инъектированием закрепляющих растворов;
• термической обработкой (обжигом);
• электрохимическим способом;
• армированием;
• установкой шпунтовых ограждений;
• фильтрующей пригрузкой;
• механическими методами.

При недостаточной поверхностной плотности грунта проводится уплотнение верхнего слоя трамбовками, катками, площадочными вибраторами. Глубинное уплотнение производится с помощью устройства свай, вибрации, замачивания, направленных взрывов. При большой влажности сначала понижается уровень грунтовых вод, затем проводится предварительное обжатие.

Заключение

Коэффициент уплотнения — важный показатель, который позволяет охарактеризовать состояние материалов после различных манипуляций. При транспортировке он помогает прогнозировать уменьшение объема, а при трамбовке — изменение плотности. Показатель зависит от гранулометрического состава, пористости частиц, влажности и интенсивности механического воздействия.

Источник: vdomishke.ru

Уплотнение щебня коэффициент СНИП: как проверить плотность отсева щебеночного основания

Щебень сегодня является самым практичным, дешевым, эффективным, а соответственно и распространенным материалов. Его добывают при помощи измельчения горной породы, чаще всего сырье получают при помощи взрывных работ в карьерах. При этом порода разрушается на различные по размеру куски, а от фракции сильно зависит и коэффициент уплотнения щебня.

Фракция

Гранитный щебень является наиболее распространенным вариантом, потому что обладает высоким уровнем устойчивости к температурным воздействиям и практически не поглощает воду. Прочность гранита соответствует всем техническим требованиям. Наиболее популярные фракции гранита:

• мелкозернистый – 5-15 мм;

• мелкий – 5-20 мм;

• среднем мелкий – 5-40 мм;

• средний – 20-40 мм;

• крупный – 40-70 мм.

Каждая разновидность имеет различные сферы применения, преимущественно используется мелкая фракция шлака для:

• формирование опалубки, фундамента;

• приготовление балластных слоев, которые необходимы для ЖД путей и дорог;

• добавляется в строительные смеси.

На основании чего выбирать относительное уплотнение

Коэффициент уплотнения сильно зависит от различных показателей и характеристик материала, обязательно следует учитывать:

• средняя плотность, обычно устанавливается производителем, но в целом колеблется в пределах от 1,4 до 3 г/см³. Это один из ключевых параметров, используемых в расчетах;
• лещадность для прогнозирования плоскости щебня;
• фракционная сортировка, меньше размер зерна – больше плотность;
• устойчивость материала к морозам, зависит от породы;
• радиоактивность щебня. Первый класс можно использовать везде, а второй только для загородных дорог.

Разновидности и характеристики

Для строительства могут использоваться различные виды щебня, ассортимент сегодня достаточно большой, но и свойства также значительно отличаются.

В зависимости от типа породы выделяют следующие основные сырьевые группы:

• гравийный;
• известняковый;
• гранитный;
• вторичный.

Гранитная порода наиболее прочная, так как это материал, который остается после остывания магмы. В связи с высокой прочностью породы, ее сложно обрабатывать. Производится на основании ГОСТ 8267-93.

Широкое распространение приобрел щебень 5-20 мм, так как может применяться практически для всех видов строительства.

Гравийная разновидность более сыпучая, соответственно коэффициент уплотнение щебня более высокий. Добывается при измельчении горных пород, из-за этого более дешевый материал, но и менее прочный.

Известняковый вариант – это остатки осадочной горной породы.

Материал является одним из достаточно дешевых вариантов, так как приготовляется из известняка, но и качественные характеристики невысокие.

Вторичный щебень – это отходы от строительных работ, то есть остатки асфальта, кирпича, бетона и т.д.

Естественно, что такой щебень самый дешевый, а часто его можно достать бесплатно.

Качественные параметры значительно ниже остальных групп, поэтому используется только в сооружениях, которые не предоставляют высоких требований к прочности.

Более подробно о характеристиках щебня смотрите на видео:

Зачем знать коэффициент уплотнения по ГОСТу

Коэффициент уплотнения регулируется СНИП, а также ГОСТ, где указывается соответствующие, рекомендуемые параметры плотности.

Благодаря значениям можно определить насколько можно уплотнить щебень, то есть уменьшить физический объем материала.

При этом трамбовка происходит намеренно (например, виброплитой) и ненамеренно (при перевозке). Преимущественно значение колеблется в пределах 1,05-1,52.

Нормативные документы указывают коэффициент уплотнения песка, щебня по ГОСТу:

• смесь песка и гравия – 1,2;
• песок – 1,15;
• керамзит – 1,15;
• щебень из гравия – 1,1;
• грунт – 1,1 (1,4).

На практике существует несколько причин для определения коэффициента:

• используется для расчета необходимого количества закупаемых материалов. Благодаря такому подходу исключаются дополнительные расходы на приобретение лишнего щебня или партийную закупку;
• также цифра используется, чтобы, когда произойдет уплотнение щебня виброплитой, узнать на сколько сядет уровень.

Формула определения необходимого количества материала имеет следующий вид:

Объем предназначенной к заполнению формы (м3) * удельную массу (кг/м3) * коэффициент уплотнения

Подставив числа можно достоверно определить количество задействованного материала, но нужно учесть некоторые нежелательные воздействия: остатки шлака на месте рассыпания, возможно немного меньший вес довезенного материала. Поэтому следует рассчитывать с небольшим зазором.

Есть специальные таблицы с усредненной информацией по весу гравия в зависимости от фракции. Для примера 0-5 мм щебня в 1 м3 приблизительно 1,5 т, а рассчитать коэффициент уплотнения щебня 40 70 можно, учитывая приблизительную массу в 1,47 т/м3.

Практическое определение количества материала

В реалиях жизни можно определить коэффициент таким путем:

• замерять размер бортов грузового автомобиля;
• определить общий объем щебня;
• результаты следует просто умножить на стандартный коэффициент уплотнения для соответствующей фракции с учетом трамбовки при перевозке;
• благодаря такому расчету легко определить реальное количество привезенного щебня

Коэффициент уплотнения (запас прочности) по таблице СНИП

Нормальное значение уплотнения щебня представляется в виде таблицы СНИП. Существует определенная формула, благодаря которой можно рассчитать коэффициент уплотнения, важнейшим условием является фракция. Итак, рассмотрим насыпную плотность материала:

Фракция, мм	Насыпная плотность
	Гранитный щебень	Гравийный щебень
0-5	1500
5-10	1430	1410
5-20	1400	1390
20-40	1380	1370
40-70	1350	1340

Для получения более достоверных данных можно взвесить определенный объем щебня, затем провести расчет на основании формулы:

Вес = масса / объем.

Затем необходимо укатать смесь в такое состояние, которое будет использоваться на площадке, затем замеряется площадь. Выполняется расчет снова, по той же самой формуле. Таким образом получается 2 цифры: плотность до трамбовки и после.

Необходимо разделить полученные цифры и определить коэффициент относительного уплотнения щебня.

Если пробы имеют одинаковый вес, можно элементарно высчитать соотношение обоих объемов, цифра должна быть такая же.

Коэффициент уплотнения щебня по СНИП не дает жестких норм необходимого уровня трамбовки, но есть рекомендованные нормы и незначительный разброс в зависимости от минерального состава материала. Данный параметр указывает на возможность уменьшения объема щебня при сохранении той же массы.

Уплотнение происходит при определенных условиях, воздействии извне. Коэффициент уплотнения щебня (Ку) описывает таблица СНИП. Числовое значение поставляется в виде пропорции между лабораторно созданными пробами материала и обычной плотности.

Документом (ГОСТ 8269.0–97) нормируется несколько основных методов использования исчислений:

• соотношение истинной плотности к натуральной породе;
• средняя плотность к горной породе;
• плотность насыпи и количества пустоты в ней.

Щебень имеет определенные классификации и отмечаются соответствующей маркировкой, которая описывается в ГОСТ 8267-93. В частности, этот стандарт фиксирует методику определения коэффициента. Преимущественно показатель содержится на этикетке продукта или в сопроводительной, технической документации.

Предприятие заказывает исследование в специальных лабораториях, где на определение показателя необходимо 3 дня. С выездом на место проведения работы могут производиться пробы, но он будут стоить существенно больше. В среднем показатель находится в пределах 1,1-1,3.

Технология уплотнения грунта катком или виброплитой при помощи щебня

Преимущественно щебень используется для уплотнения верхнего слоя грунта. Предварительно проводится исследование почвы, бурят отверстие на 50-70 см вглубь, затем определяется наличие грунтовых вод, состава, типа грунта.

После прохождения тестов, в случае нормального состояния поверхности, можно использовать засыпку при помощи щебня.

Технология уплотнения грунта щебнем в промышленных условиях включает в себя использование крупногабаритной техники: бульдозеров, тракторов, экскаваторов, в небольших, домашних условиях, может применяться и обычная лопата. Также необходимо определить водянистость почвы, возможно ее придется увлажнить или наоборот подсушить.

После формирования котлована, засыпают щебнем и при помощи виброплиты или катка уплотняют его. Следует учитывать, что слой станет меньше после трамбовки. Рекомендуется делать углубление на 50 см, засыпая поверхность щебнем, но может потребоваться и другая глубина.

Трамбовка продолжается до тех пор, пока почва не перестает оседать, иначе фундамент обречен на крошение. Проверка уплотнения щебня может проводиться при помощи того же оборудования, определяя, есть ли движение в верхнем слое.

Уплотнение грунта щебнем нормируется документами СНИП, которые указывают количество и плотность насыпи. При этом важную роль играет уплотнение грунта, а затем уже совместно со щебнем.

Преимущественно процедура трамбовки сначала производится в вырытом котловане до засыпания материала, чтобы предотвратить продавливание грунта.
Подробно об уплотнении грунта щебнем смотрите в видео.

Цемент действительно можно назвать главной составляющей частью большинства зданий и сооружений. Перейдя по ссылке узнаете, как правильно развести цемент.

Сегодня плиточный клей широко применяется во время ремонта, с его помощью можно клеить самые разнообразные материалы. Тут все о его составе.

Для отделки фасада и стен домов и самых разных сооружений стали часто использовать декоративную штукатурку Короед. Здесь все о технологии ее нанесения.

Расценка на процедуру уплотнения может сильно колебаться в зависимости от компании подрядчика, качества и типа щебня, но особенно сильно зависит от удаленности участка стройки, а также сложности условий.

В некоторых случаях требуется повышенная плотность насыпи, когда окружающие условия склонны к разрушению фундамента, например, болотистые места, повышенная влажность, риск оползней и т.д.

Насыпная плотность для расклинцовки и других видов строительства

Достаточно часто нужно узнать плотность щебня насыпи после транспортировки в автомобиле. Эта процедура может быть полезна для определения необходимого устройства для трамбовки, количества бетона и его состава, для расклинцовки.

Рассчитать плотность насыпи можно на основании простой процедуры:

• необходимо подготовить пустой сосуд для наполнения щебнем и взвешивания, необходимо определить его вес;
• наполнить тару щебнем и взвесить;
• необходимо определить чистую массу материала, то есть отнять от веса наполненного сосуда, его собственную массу;
• разделить вес на объем сосуда.

При закладке фундамента необходимо четко достичь коэффициента уплотнения уставленного в нормативных документах. Иначе это чревато аварийностью и быстрым разрушение постройки, при чем данное замечание касается всех видов строительства.

После проведения мероприятия трамбовки необходимо замерять и проконтролировать плотность. Это можно сделать при помощи простого расчета, определить массу и объем засыпанного щебня и толщину слоя. Таким образом можно узнать, на сколько уменьшился объем материала после трамбовки.

Существует и специальное оборудование для определения эффективности трамбовки – плотномер.

Хорошим инструментов выступает БПД-КМ, который указывает фактическую плотность. Предназначение оборудования – это слежение за качеством и уровнем уплотнения грунта, гравия, щебенки.

При этом прибор весьма точный, расход в показаниях не превышает 0,01 г/ см³. В основании определения плотности прибором лежит методика описанная в документе ГОСТ 28514–19.

Заключение

Качественная процедура уплотнения предоставляет возможность исключить вероятность повреждений и деформации сооружения на долгий промежуток времени.

Следует обратить внимание, что если разделить плотность после трамбовки на изначальную, то цифра всегда получается несколько выше единицы – это коэффициент, который указывает запас прочности, то есть возможность уплотнения.

Цифра может использоваться в случаях, когда необходимо узнать количество щебня для проведения определенной работы, в основном засыпании подушки. Обратное исчисление показывает на сколько уплотнился материал, по сравнению с первоначальным значением, цифра меньше 1.

Источник: strmaterials.com