Максимальная плотность грунта: расчеты

Грунты - фундамент любого строительства. Как правильно определить максимальную плотность грунта на участке для принятия верных технических решений по фундаментам? Ответы в этой статье.

Плотность грунта - основные понятия

Плотность грунта - это физическая характеристика, показывающая отношение массы грунта к его объему с учетом влажности и пористости. Она выражается в единицах измерения кг/м3 или г/см3.

Формула для расчета плотности грунта:

Типичные значения плотности грунта кг м3:

• Пески - 1500-1700
• Суглинки - 1700-2000
• Глины - 1900-2200
• Известняки - 2600-2800

На плотность влияют: состав и структура грунта, влажность, пористость.

Виды плотности грунта

Общая плотность - отношение массы грунта с естественной влажностью к объему с порами. Характеризует грунт в природном сложении.

Плотность твердой фазы - отношение массы твердых частиц к их объему. Постоянна для одного вида грунта.

Плотность сухого грунта (скелета) - отношение массы высушенного грунта с ненарушенной структурой к объему без учета пор.

Максимальная плотность грунта - максимально возможное уплотнение грунта в лабораторных условиях при оптимальной влажности.

Значение плотности в строительстве

Знание плотности грунта имеет большое практическое значение при проектировании и строительстве сооружений:

• Расчет осадки фундаментов
• Оценка несущей способности основания
• Подбор грунта для возведения насыпей
• Определение устойчивости откосов

От показателя плотности зависит выбор типа фундамента. При низких значениях используют свайные фундаменты, при высоких - ленточные или отдельно стоящие.

Также по плотности грунтов судят об их однородности на площадке строительства.

Методы определения плотности грунта

Для определения плотности используют как лабораторные, так и полевые методы.

К лабораторным относят:

1. Весовой метод
2. Пикнометрический метод
3. Радиоизотопный гамма-метод

К полевым методам относят:

• Зондирование
• Испытания пенетрометром
• Штамповые испытания

Выбор метода зависит от вида и состояния грунта, требуемой точности результата.

Отбор и подготовка образцов грунта

Для корректного определения плотности важно правильно отобрать и подготовить образцы грунта. Из скважин или из шурфов отбирают ненарушенные монолиты грунта объемом не менее 100 см3. Образцы упаковывают в полиэтилен или герметичную тару для предотвращения потерь влаги.

В лаборатории образцы очищают от посторонних включений, взвешивают с точностью до 1 г, измеряют геометрические размеры для расчета объема. При необходимости определяют влажность высушиванием.

Весовой метод определения плотности

Весовой метод заключается в определении отношения массы образца грунта к его объему. Массу находят взвешиванием, объем вычисляют по размерам образца либо методом гидростатического взвешивания.

Погрешность весового метода составляет 2-5%. Он хорошо подходит для монолитных грунтов правильной геометрической формы.

Пикнометрический метод

Сущность пикнометрического метода в определении плотности грунта по вытесненному им объему жидкости измеренной плотности (чаще воды) в пикнометре - сосуде известного объема.

Метод обеспечивает высокую точность, погрешность составляет 1-2%. Он применим для любых дисперсных и связных грунтов.

Гамма-метод определения плотности

Гамма-метод основан на зависимости ослабления потока гамма-излучения от плотности вещества. Источник излучения и детектор помещают на поверхности грунта, измеряют ослабление излучения и вычисляют плотность.

Данный экспресс-метод обеспечивает возможность определения плотности на глубину до 2 м с погрешностью 3-7%.

Выбор метода определения плотности грунта

Выбор метода зависит от вида грунта, требуемой точности результата, наличия оборудования.

Весовой метод применяют для монолитных грунтов правильной формы. Пикнометрический – универсален для всех типов. Гамма-метод позволяет оперативно оценить плотность на глубину до 2 метров.

Сущность максимальной плотности грунта

Максимальная плотность - это наибольшая плотность, которую можно получить в лабораторных условиях при оптимальной влажности путем уплотнения грунта в цилиндре или приборе Проктора.

Оптимальная влажность соответствует наибольшей плотности грунта после уплотнения. При меньшей или большей влажности плотность будет ниже максимально достижимого значения.

Значение максимальной плотности в дорожном строительстве

В дорожной отрасли показатель максимальной плотности грунтов используют:

• Для подбора оптимальной влажности уплотняемого грунта
• Для оценки степени уплотнения и контроля качества работ
• В расчетах прочности и модуля деформации грунтового основания

Чем выше достигнутая плотность при строительстве насыпи, тем больше ее несущая способность и долговечность.

Стандартные методы определения максимальной плотности

Существует два основных метода определения максимальной плотности в лаборатории:

1. Метод уплотнения в стандартном цилиндре
2. Метод уплотнения в приборе Проктора

Оба метода основаны на уплотнении грунта при различной влажности с определением плотности образцов после компактирования.

Влияние оптимальной влажности при уплотнении грунтов

Влажность грунта оказывает существенное влияние на эффект уплотнения. Как правило, с увеличением влажности до некоторого предела плотность возрастает.

После превышения оптимального значения влажности максимально достижимая плотность начинает снижаться из-за вытеснения воздуха и нарушения структуры грунта.

Достижимость максимальной плотности в рабочих условиях

В лаборатории при идеальных условиях всегда можно достичь максимальных показателей плотности грунта.

Однако на практике, при работе с большими объемами в реальных условиях, достичь таких же результатов сложно по ряду причин:

• Неоднородность исходного грунта по влажности и плотности
• Сложность обеспечения оптимальной влажности по всему объему
• Недостаточное количество проходов уплотняющей техники

Для повышения качества уплотнения применяют предварительное рыхление, увлажнение, перемешивание грунта. Контроль плотности и влажности ведут по всей глубине уплотняемого слоя с корректировкой режимов для получения требуемого результата.

Оптимальная влажность песчаных и глинистых грунтов

Оптимальные влажность и максимальная плотность различаются для грунтов разного состава:

• Для песков оптимальная влажность составляет 10-12%, для супесей 12-15%
• Для суглинков оптимальная влажность достигает 14-20%, для глин 18-25%

Поэтому увлажнение и последующее уплотнение грунта ведут с учетом его гранулометрического состава для получения планируемой плотности.

Контроль качества работ по уплотнению грунтов

Для контроля качества уплотнения измеряют фактическую плотность грунта после проходов техники и сравнивают с требуемой величиной.

Отбор проб производят не менее чем в трех точках на 1000 м2 уплотненной площади. Расхождение среднего значения плотности с требуемым не должно превышать 5%.