Сыпучие строительные материалы, а также грунты, под воздействием разнообразных физических факторов, могут подвергаться процессам компактации или разрыхления. При этом их плотность может изменяться в значительном диапазоне, достигая нескольких десятков процентов. Если интересует информация о «коэффициенте уплотнения песка», то такая характеристика может быть важной при оценке свойств данного сыпучего материала в строительных и геотехнических задачах.
Необходимость уплотнения грунта
Качество уплотнения грунта оказывает прямое влияние на несущую способность материала, уровень его водонепроницаемости. Увеличение интенсивности воздействия на 1% вызывает усиление прочности сырья на 10-20%. Некачественное уплотнение может вызвать просадку грунта, что станет причиной дорогостоящего ремонта сооружения, увеличения расходов на его содержание.
Трамбовка грунтов бывает вибрационной и статической. В первом случае вибрация образуется благодаря движению эксцентрикового груза: частицы в результате ударов обретают максимально плотное состояние, воздействие проникает в толщу материала. Данный способ повсеместно распространен ввиду высокого качества результата. Статистическое уплотнение производится под собственным весом, здесь верхний слой препятствует трамбовке нижних, что не всегда уместно во время строительных работ. К данной процедуре привлекаются катки, функционирующие на пневматических шинах либо гладких вальцах.
Песок может достигнуть максимальной плотности либо в абсолютно водонасыщенном, либо в полностью сухом состоянии. Но этот материал проявляет высокие дренирующие свойства, благодаря которым достаточная утрамбовка может быть выполнена при любом проценте содержания влаги. Но здесь нужно учитывать, что примеси ухудшают способность к выводу воды, материал становится более пластичным, что сказывается и на способности к уплотнению.
Области применения трамбовки
Чаще всего методика используется в дорожных работах, при возведении фундаментов зданий, во время прокладки железных дорог, в ходе строительства портов и аэропортов.
Для оптимизации несущей способности автодорожного полотна и продления его эксплуатационного ресурса практикуется уплотнение всех прослоек, начиная с насыпи. Основание и подстилка отвечают за жесткость дорожного «пирога», поэтому их трамбовке уделяется особое внимание.
При строительстве железных дорог важно обеспечить полотну устойчивость к высоким нагрузкам, с этой целью обустраивается максимально плотная насыпь.
Качество фундамента определяет срок службы и устойчивость построек, добросовестность его исполнения особенно важна в зонах с непрочными грунтами. Песок в совокупности с другими сыпучими материалами здесь используется для создания дренажной подушки, к ее формированию в обязательном порядке привлекается уплотнительная спецтехника.
В отношении крупных инфраструктурных проектов, таких как порты и аэропорты, предъявляются повышенные требования к качеству используемых материалов. В подобных условиях трамбовка применяется не только в ходе возведения зданий и инфраструктурных объектов, но и при обустройстве взлетно-посадочных полос, причалов.
Проверка уплотнения и ее основная цель
Вычисление и учет интенсивности уплотнения оправданы не только в узких отраслях строительства, точные данные нужны во всех областях хозяйственной и коммерческой деятельности, связанных с применением песка. Коэффициент уплотнения значим в отношении всех сыпучих материалов, в частности, для грунта, песка, гравия.
Наиболее точный метод проверки уплотнения – весовой, но он не получил широкого распространения из-за отсутствия в общем доступе оборудования, способного измерить массу больших объемов сырья. Альтернативный вариант – объемный учет, но в этом случае появляется необходимость в вычислении уплотнения на всех стадиях использования песка: после добычи, при хранении, во время транспортировки, на объекте конечного потребителя.
Сметный учет
Объем материалов на строительство вносят в сметный калькулятор с учетом уплотнения. Применяется коэффициент относительного уплотнения и разрыхления (коэффициент расхода).
Расход песка с требуемым коэффициентом уплотнения при обратной засыпке от 0,9 до 1,0, рассчитывается с учетом относительного коэффициента уплотнения от 1,0 до 1,1 соответственно, для шлаков 1,13–1,47.
Коэффициент относительного уплотнения для горных пород при плотности 1,9 – 2,2 г/см куб, равен 0,85–0,95.
Значение показателя коэффициента уплотнения
Потребность в определении точных показателей плотности песка появляется в ходе его транспортировки, заполнения емкостей и котлованов, трамбовки, расчета пропорций для замешивания строительных растворов. Коэффициент уплотнения – это базовый учитываемый показатель, он иллюстрирует:
- уменьшение объемов материала по итогам транспортировки;
- степень соответствия укладываемых прослоек отраслевым нормативам.
Коэффициент уплотнения песка выглядит как нормативное число, отражающее степень уменьшения общего объема материала в процессе транспортировки и укладки, сопровождающейся трамбовкой. Если использовать упрощенную формулу, его рассчитывают как отношение массы, характерной для конкретного объема (имеются в виду показатели по результатам снятия проб), к лабораторному эталонному параметру. Последний зависит от размера фракций и вида наполнителей, он находится в пределах 1,05-1,52. Применительно к строительному песку значение коэффициента составляет 1,15, он важен при составлении сметы материалов.
Реальный объем привезенного песка находят посредством умножения показателя уплотнения в ходе транспортировки на полученные результаты обмера. Диапазон допустимых рамок обязательно прописывается в договоре, регламентирующем покупку материала.
Распространены обратные ситуации, когда для проверки поставщика планируемый объем доставленного песка делят на коэффициент уплотнения и сверяют с реальными показателями. В частности, 50 кубометров песка утрамбуются в кузове так, что по факту будет доставлено на объект 43,5 кубометров.
Порядок производства работ
Сыпучие материалы во время строительства укладываются на величину, равную произведению размера самых крупных частиц, умноженному на 1,5. Один слой укладки должен быть не менее 10 см.
Песок должен увлажняться в случае отсыпки основания насухо.
Расход воды зависит от температурных условий.
Методы уплотнения грунта при устройстве оснований из ПГС:
- уплотнение поверхностного слоя тяжелыми трамбовками;
- применение вибрационных машин;
- использование трамбовок;
- глубинное гидровиброуплотнение.
Контроль плотности при трамбовке производят на величину 1/3 уплотняемого слоя, на толщину не менее 8 см.
Коэффициенты уплотнения
Средний коэффициент естественного уплотнения сыпучих смесей имеет значение 1,2, т. е. объем уплотненной смеси уменьшится в 1,2 раза.
По ГОСТу максимальный коэффициент уплотнения отсева при транспортировке равен 1,1.
Коэффициенты уплотнения при строительных работах приведены в СНиП «Земляные сооружения, основания и фундаменты» таблица 6. Песок имеет k=0,92÷0,98.
При дорожном строительстве, коэффициенты к материалам применяются согласно СНиП «Автомобильные дороги». Для ПГС оптимального состава с маркой щебня 800 коэффициент запаса уплотнения принимается 1,25–1,3. При марке щебня 600÷300 — коэффициент запаса будет 1,1–1,5. Коэффициент запаса шлака принимается 1,3–1,5.
Объемы материалов в смете закладывают с учетом приведенных коэффициентов.
Приборы для измерения плотности грунта
При послойной укладке грунта, контролируется плотность каждого уровня. С помощью плотномера или пенетрометра можно проверить трамбовку песка на стройке.
Плотномер электромагнитный — электронный прибор, измеряющий плотность посредством электромагнитного излучения. Он способен выдать характеристики гранулометрии, влажности, определить пределы пластичности и текучести.
Динамический электронный плотномер грунта работает под динамической нагрузкой от удара равным 5 кг. Прибор определяет модуль упругости, нагрузки, деформации.
Пенетрометр — механический прибор, определяет плотность на основании прилагаемого давления. Результат измерений отображается на шкале прибора.
Нормативные значения
Коэффициент уплотнения песка представляет собой зависимость массы, характерной для определенного объема контрольного образца (иначе – плотности) к принятому эталонному стандарту.
Лабораторные исследования позволяют получить эталонные параметры плотности, эти характеристики закладываются в основу оценочных работ, цель которых – определение качества сданного заказа, его приверженности отраслевым требованиям. Нормативными документами, в которых прописаны общепринятые эталонные рамки, считаются:
- ГОСТ 8736-93,
- ГОСТ 25100-95,
- ГОСТ 7394-85,
- СНиП 2.05.02-85.
Дополнительные сведения и ограничения указываются в проектной документации. Как видно из данных таблицы, коэффициент уплотнения находится в рамках 0,95-0,98 от стандартного значения.
Нормативы для типичных видов работ
| Сущность манипуляций | Принятый коэффициент уплотнения |
| Восстановление дорожных траншей в зоне инженерных коммуникаций | |
| Обратная засыпка траншеи | 0,98 |
| Заполнение пазух | 0,98 |
| Вторичное заполнение котлована | 0,95 |
В качестве номинала используется твердая структура, обладающая известными значениями влажности и рыхлости. Объемный вес определяется как взаимозависимость массы содержащихся в песке твердых частиц и потенциальной массы смеси, в которой вода могла бы занять весь объем грунта.
Для вычисления плотности речного, карьерного, строительного сырья берутся пробы вещества и направляют на лабораторные исследования. Во время изысканий песок подвергают уплотнению водой до тех пор, пока он не достигнет указанной в нормативах степени влажности.
Лабораторные исследования
Коэффициент уплотнения принято рассчитывать на основании данных лабораторных испытаний, в ходе которых массу щебня подвергают трамбовке и проверке на различных приспособлениях. Здесь существует несколько методов: замещение объемов (ГОСТ 28514-90); стандартное послойное уплотнение щебня (ГОСТ 22733-2002); экспресс-методы с использованием одного из трех типов плотномеров: статического, водобаллонного либо динамического.
Результаты получают либо сразу же, либо по истечении 1-4 дней, в зависимости от того, какой способ для исследования выбран. Стоимость одной пробы стандартного испытания составляет 2500 рублей. Всего необходимо провести не меньше пяти таких проб. Если данные нужны срочно, например, в течение дня, используют экспресс-методы по итогам отбора минимум 10 точек. Стоимость каждой точки составляет 850 рублей. Кроме того, придется оплатить выезд лаборанта на место – еще около 3 тысяч рублей. Однако без точных данных на строительстве крупных объектов не обойтись. Кроме того, солидной строительной организации необходимо наличие официальных документов, которые подтверждают соблюдение подрядчиком требований проекта.
Факторы, влияющие на уровень уплотнения
Песок не всегда целенаправленно подвергается трамбовке, часто она происходит в процессе транспортировки. Принимая во внимание переменные показатели, становится сложным расчет количества материала на выходе, так как приходится опираться на все манипуляции и воздействия, которым подвергалось сырье.
Коэффициент уплотнения зависит от следующих факторов:
- длительность маршрута перемещения;
- способ транспортировки (количество физических соприкосновений с неровными поверхностями, чем их больше, тем сильнее трамбуется материал);
- объем примесей – посторонние компоненты могут уменьшить или увеличить вес партии, плотность чистого песка наиболее близка к эталонным показателям;
- объем впитавшейся влаги.
Песок проверяют сразу после поступления. Если партия весит менее 350 тонн, достаточно 10 проб, 350-700 тонн – делают до 15 заборов, от 700 тонн – изымают 20 проб. Их направляют в исследовательские лаборатории: эта мера позволяет осуществлять контроль соответствия качества сырья по нормативным документам.
Коэффициент относительного уплотнения
Это отношение плотности частиц после хранения или добычи к плотности, характерной для сырья, которое было привезено к конечному потребителю. Зная норму, указанную производителем, можно вычислить конечный коэффициент без организации дополнительных исследований.
На момент добычи
Плотность сырья здесь зависит от глубины разрабатываемых залежей, типа котлована, климатической зоны. Указанные в таблице основания позволяют рассчитать конечные параметры материала с учетом сопутствующего воздействия на грунт.
В процессе трамбовки и вторичной засыпки
Обратной (или вторичной) засыпкой называют процедуру заполнения уже вырытого котлована после того, как будут окончены работы или завершено строительство. Как правило, для заполнения котлована используют грунт, также оптимальными для этой цели характеристиками обладает кварцевый песок. Сопутствующее действие – трамбовка, необходимая для усиления прочности покрытия. К уплотнению засыпанного сырья привлекают виброплиты и виброштампы, отличающиеся по производительности и весу.
Таблица выше иллюстрирует пропорциональную зависимость уплотнения от метода трамбовки. Все виды механического воздействия оказывают влияние преимущественно на верхние слои. При извлечении песка структура карьера становится более рыхлой, поэтому плотность сырья может уменьшиться, для отслеживания изменений регулярно организуются лабораторные проверки.
В ходе транспортировки
Перемещение сыпучих материалов сопряжено с рядом сложностей, так как в процессе перевозки больших партий изменяется плотность ресурсов. Как правило, доставку осуществляют автомобильным или железнодорожным транспортом, она сопровождается интенсивным встряхиванием груза (перевозка на судах, в свою очередь, оказывает щадящее воздействие). В подобных условиях на плотность также повлияют атмосферные осадки, перепады температур, возрастание давления на нижние слои.
В лабораторных условиях
Для исследования используют 30 г сырья из аналитического запаса, его просеивают и тщательно высушивают, чтобы получить постоянное значение веса. Приведенный к комнатной температуре материал перемешивают и делят на 2 части.
Образцы взвешивают, соединяют с дистиллированной водой, кипятят для удаления воздуха и остужают. Все операции сопровождаются замерами, на основе полученных данных рассчитывают относительный коэффициент уплотнения.
Вне зависимости от условий изменения характеристик сырья при производстве испытаний учитывают ряд обстоятельств:
- изначальные свойства песка – величина фракций, прочность на сжатие, слеживаемость;
- насыпной вес – плотность, характерная для естественной среды происхождения;
- погодные условия, сопровождающие перевозку;
- максимально возможная плотность, выявляемая в лабораторных условиях;
- тип используемого транспорта – автомобильный, железнодорожный, морской, речной.
Все данные, связанные с коэффициентом относительного уплотнения, прописываются в проектной, технической документации. Данная методика сравнения качеств материала подразумевает использование регулярных поставок: сведения будут корректны лишь при заказе песка у одного производителя, здесь не допустимы изменения в переменных. Важно, чтобы транспортировка осуществлялась одинаковым способом, были сохранены технические характеристики карьера, практиковалась хотя бы примерно схожая длительность хранения сырья на складе.
Технические виды строительных смесей
ПГС — смесь из песка и гравия. Используется для строительных работ. Состав смеси регламентируется ГОСТом 23735-2014.
ЩПС — смесь из щебня, гравия, песка естественной добычи. Производится по ГОСТу 25607-2009.
ЩПС из дробленых бетонов — изготавливаются по техническому регламенту ГОСТа 32495-2013.
В оценке качества смесей учитывают:
- общие показатели составного материала;
- свойства песка;
- свойства щебня, гравия.
Сыпучие материалы проверяют по плотности, прочности, содержанию пыли и сора, включениям опасных веществ.
Происхождение и пути добычи строительных смесей
Песчано-гравийные смеси добывают из гравийно-песчаных, валуйно-гравийно-песчаных пород.
В состав ПГС входят:
- песок крупностью 0,05–5 мм;
- гравий 5–70 мм;
- валуны свыше 70 мм.
Наличие гравия колеблется от 10-90% от общей массы.
Производят два вида песчано-гравийной смеси:
- природная смесь, добываемая и поставляемая без переработки;
- обогащенная смесь добывается природным путем, обогащается добавкой или извлечением песчано-гравийной составляющей.
Добычу ПГС производят из оврагов, озер и морей. Морской материал самый чистый. В остальных могут быть примеси из глины, известняка, сора.
В состав ЩПС естественного происхождения входит щебень основной (40–80 мм, 80–120 мм) и расклинивающей фракции (5–20 мм, 5–40 мм).
Дробимость щебня из осадочных пород, а также щебня из изверженных пород имеет марку 400 и 600 соответственно.
ЩПС из дробленого бетона, железобетона включает:
- неорганическую щебеночную дробь крупностью от 5 мм;
- неорганический песок, получаемый из дробимого бетонного щебня.
Материалы являются дробимыми остатками при разрушении бетонных или железобетонных строительных конструкций.
Сколько нужно песка для засыпки фундамента?
Для определения количества песка, необходимого для засыпки фундамента, следует учитывать глубину засыпки и площадь фундамента. Обычно для засыпки фундамента используется песок с крупностью зерен 0,63-5 мм.
Для расчета количества песка следует использовать формулу: объем песка = площадь фундамента x глубину засыпки x коэффициент уплотнения.
Коэффициент уплотнения песка зависит от его влажности и может составлять от 1,3 до 1,7. Среднее значение коэффициента уплотнения принимается равным 1,5.
Например, для фундамента площадью 50 кв.м. и глубиной засыпки 30 см необходимо:
объем песка = 50 x 0,3 x 1,5 = 22,5 кубических метров.
Таким образом, для засыпки фундамента площадью 50 кв.м. и глубиной засыпки 30 см понадобится около 22,5 кубических метров песка.
