Все об уплотнении песка: сущность и цели, проверка, расчет коэффициента, нормативные значения

Все об уплотнении песка: сущность и цели, проверка, расчет коэффициента, нормативные значения

Необходимость уплотнения песка

Особенность песка как породы заключается в его рыхлости, при этом неважно, будет ли он в сухом или влагонасыщенном состоянии. Кроме того, он отличается хорошей водопропускной способностью (в среднем – 7 метров в сутки для мелкозернистого, 25 метров в сутки – для крупнозернистого). Эти факторы вызывают такие явления, как:

• усадка – проседание песчаной массы под собственным весом или под давлением постройки, транспорта и т. д.;

• просадка – потеря объема из-за вымывания, разрушения частиц глины и слабых пород, разложения органических примесей

• вспучивание – поднятие песка грунтовыми или атмосферными водами.

И если для насыпных дорожек и площадок это не имеет значения, то для подушек под магистраль или фундамент подобные явления крайне нежелательны. Очевидно, что проседающее или вспучивающееся дорожное покрытие или основание дома отнюдь не способствую надежности конструкции и в дальнейшем могут послужить причиной ее разрушения. Таким образом получается, что главной целью уплотнения песка являются:

• обеспечение устойчивости и прочности песчаного основания;

• достижение оптимальных показателей влажности;

• снижение риска деформационных процессов в грунте или конструкции.

Надежное сцепление обеспечивается за счет перераспределения песчинок и более плотного смыкания их друг с другом. При этом предпочтение отдается обогащенному горному или дробленному песку, так как его зерна обладают неровными гранями с шероховатой поверхностью, поэтому их адгезивные свойства (сцепляемость) выше, чем у окатанного речного или морского песка.

Область применения трамбовки

Уплотнение песка требуется везде, где от его устойчивости и прочности зависит качество дальнейших работ – в жилом, промышленном, военном строительстве, при прокладке дорожных полотен. Однако можно выделить несколько областей применения трамбовки песка, где надежность уплотнения имеет первостепенное значение:

• Автодорожное строительство. Это могут быть проселочные, городские дороги, высокопоточные магистрали и различные шоссе. Для создания прочного, долговечного грунтового, бетонного или асфальтового покрытия каждый слой дорожного полотна, включая песчаную отсыпку, обязательно утрамбовывают. Это позволяет равномерно распределить весовую и вибрационную нагрузку по всей площади дороги. Если уплотнение было произведено некачественно, подвижки грунта и песчаного массива приведут к разрушению остальных слоев покрытия.

• Железные дороги. Железнодорожные пути всегда подвергаются колоссальным нагрузкам из-за высокой интенсивности движения грузовых, пассажирских и технических составов. Насыпь для железных дорог делают многослойной, с обязательной массивной подушкой из песка. Она служит для гашения сильных вибраций, дренажа и фильтрации грунтовых и атмосферных вод, а также для предотвращения эрозии прилегающего грунта.

• Аэродромы и порты. Развитие технологий и международные отношений приводит к тому, что ежегодно возрастает пассажирский и грузовой поток, проходящий через воздушные или морские пути. Многие старые объекты инфраструктуры не справляются, что приводит к быстрому выходу площадок из строя. Поэтому при реконструкции или строительстве новых сооружений, обустройства взлетно-посадочных полос и причалов утрамбовке песка уделяется много внимания.

• Возведение фундаментов. Основание любого здания – это несущий элемент конструкции, который служит для устойчивости и распределения нагрузки по всей площади. В сейсмонеустойчивых регионах фундамент выполняет функции сейсмической защиты. То есть от качества закладки основания зависит срок службы постройки. Поэтому утрамбовка песка производится в соответствие с самыми строгими требованиями и применением уплотнительной спецтехники.

Для лучшего понимания, насколько важно уплотнение песка, приведем такой пример. При увеличении интенсивности уплотнительных работ всего лишь на 1% прочность утрамбовываемой массы возрастает на 10-20%. В зависимости от того, где используется песок – на малом и крупном объекте, для каких целей (для строительства забора или нового цеха), финансовых возможностей производителя работ, определяются способы и оборудование для трамбования.

Способы трамбовки песка

Существует несколько классификаций трамбовки любых грунтов – песка, почвы, щебня. По способу проведения можно выделить два основных:

• Ручной. Речь идет о применении небольших инструментов, причем они могут быть как фабричного производства, так и сделанными самостоятельно (обычное бревно или брус с квадратным основанием). Главной движущей силой является сам человек. Разумеется, качество и скорость работ будут низкими и подойдут лишь для обработки небольших площадей: при возведении фундамента для дачного дома, кирпичного забора, прокладки дорожек или отсыпки площадок.

• Механизированный. Для трамбовки используется специальная техника как малогабаритная (виброноги, виброплощадки), так и крупная – разнообразные катки и вибрационные машины. Способ применяется для работы на больших объектах, так где требуется уплотнять песок, укладываемый в несколько слоев, каждый из которых может составлять от 25 до 70 см.

Кроме того, различают виды трамбовки по принципу действия – статическая и вибрационная. В первом случае уплотнение песка производится под воздействием веса инструмента. При этом верхние слои, подвергаясь давлению, образуют эффект «распора», заклинивая частицы между собой и препятствую трамбовке нижних слоев. Такой тип характерен для ручного инструмента, а также для некоторых видов спецтехники, например, для катков на пневматических шинах или с гладкими вальцами.

Оборудование, работающее по вибрационному типу, оснащается эксцентриковым грузом. Вращаясь, он создает ударную вибрацию, которая передается от верхних к нижним слоям песка. При этом трение между частицами уменьшается, и они легко перераспределяются в максимально плотный конгломерат. Таким образом вибрационные машины добиваются уплотнения глубоких слоев, что невозможно для статического оборудования.

Коэффициент уплотнения песка

Особенность сыпучих материалов, в том числе и песка, заключается в их способности давать усадку под воздействием собственного веса при хранении, а также из-за вибраций и тряски во время транспортировки. Приведем простой пример: поставщик отгрузил покупателю 50 кубометров песка. Но по прибытии объем продукции составил всего 43.5 кубометра. Вот для таких случаев, кроме насыпной плотности материала, необходимо знать и коэффициент его уплотнения. По ГОСТ 7394-85 этот показатель у песка для строительных работ равен 1.15. Умножив объем 43.5 на число 1.15 мы получим те самые 50 кубических метров песка, которые отгрузил поставщик.

Таким образом, коэффициент уплотнения песка – это нормативный показатель, который может составлять от 1.05 до 1.52. Для обратной засыпки (при заполнении фундаментов и котлованов) этот показатель варьируется от 0.95 до 0.98-1. Число зависит от фракции, состава и качества песка, получают его в лабораторных условиях, а потом используют как эталон для вычисления усадки материала определенного объема и соответствия плотности утрамбовываемого песка действующим стандартам и нормативам (ГОСТ 8736-93, ГОСТ 25100-95, СНиП 2.05.02-85 и т. д.).

Проверка уплотнения песка

Главная цель проверки уплотнения песка – контроль качества работ по трамбовке. Можно выделить два вида проверки:

• косвенный, с помощью экспресс-методов, которые позволят определить физико-механические характеристики материала и получить коэффициент уплотнения;

• прямой – испытания проб в лабораторных условиях.

Разумеется, лабораторные исследования необходимы и дают более точные результаты, однако у них есть и недостатки – высокая стоимость и длительность проверок. Поэтому на месте часто используют косвенные способы и только сравнивают полученные данные с лабораторными (кроме максимальной плотности, сюда входят гранулометрический состав, влажность, пластичность и т. д.). 

Для измерений могут использовать следующее оборудование:

• электромагнитные плотномеры (фиксируют сопротивление материала для вычисления его плотности);

• динамические электронные плотномеры (определяют динамический модуль упругости методом штампа);

• пенетрометры (измеряют силу реакционного сопротивления при нагрузке).

Так как плотность песка зависит от многих факторов, то коэффициент уплотнения вычисляют на каждой стадии действий с этим материалом – при добыче, хранении, перевозке и при выгрузке на строительной площадке. Проверяют показатель весовым или объемным методом, в зависимости от имеющегося оборудования.

Факторы, влияющие на степень уплотнения песка

С момента добычи песка в карьере или путем дробления до его утрамбовки проходит немало времени, что приводит к изменениям в его составе, свойствах и плотности. На последнюю сильное влияние оказывают следующие факторы:

• Количественный и качественный состав примесей (глинистые и пылевые частицы, зерна слабых пород, остатки органических веществ). Самой близкой к эталонным параметрам является плотность обогащенного или чистого песка.

• Объем впитавшейся влаги. Чем выше влажность, тем ниже коэффициент уплотнения.

• Способ перевозки – грузовым, железнодорожным или водным транспортом. Разница в вибрационном и ударном воздействии сказывается на степени усадки материала.

• Длительность маршрута. Чем дольше длится транспортировка, тем плотнее спрессовывается песок.

При трамбовке песка с помощью спецтехники материал насыпают частями, то есть используется послойное уплотнение. Машины обрабатывают каждый слой не менее 12-30 раз, в зависимости от вида работ и модуля крупности песка. В таком случае решающее значение будет иметь лишь состав и количество примесей, так как они могут сделать песок слишком пластичным, что ухудшает уплотнение нижних слоев.