Коэффициент уплотнения грунта — это соотношение между фактической плотностью грунта в насыпи и его максимальной плотностью (определяемой в лаборатории). Максимальная плотность устанавливается при максимальном уплотнении скелета грунта при его оптимальной влажности. Методика определения — ГОСТ 22733-2016 «Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности». Согласно ГОСТ 22733-2016, коэффициент уплотнения определяют для грунтов природного и техногенного происхождения.
Важно: коэффициент уплотнения применим к мелкозернистым грунтам. Для крупнообломочных грунтов контролируют разравнивание слоя и отметки, а не «коэффициент» в классическом смысле.
Что такое плотность и коэффициент уплотнения?
Плотность сухого грунта — базовый параметр, измеряемый в лаборатории и на объекте. Коэффициент уплотнения показывает, насколько фактическая плотность близка к максимально достижимой. Например, КУ = 0,93 означает 93% от максимума.
В практике важны: фактическая плотность, коэффициент уплотнения, а также модуль деформации и статический модуль упругости для оценки пригодности основания под дороги, фундаменты, аэродромы.
Формула:
КУ = ФП / МП, где ФП — фактическая плотность сухого грунта; МП — максимальная плотность.
Чем выше коэффициент, тем меньше пористость и выше прочность и устойчивость к деформациям. Контроль КУ — обязательная часть подготовки основания. В проектировании учитывают также естественное уплотнение, модуль деформации E, статический модуль упругости и др.
Определение коэффициента уплотнения на объекте. Методы
Метод режущего кольца (не допускается при содержании фракций > 40 мм по ГОСТ 22733-2016) применяется для определения плотности грунта.
Порядок работ:
- Измеряют геометрию и массу пронумерованных колец.
- Рассчитывают объём каждого кольца.
- Вдавливают/забивают кольцо в грунт заподлицо.
- Извлекают, закрывают торцы пластинами, транспортируют в лабораторию.
- Срезают выступы, рассчитывают ρ по стандартной формуле.
- Оформляют протокол.
Набор режущих колец для отбора грунта
Процесс забивания режущего кольца в грунт
Процесс забивания режущего кольца в грунт
Отобранное кольцо со срезанными бортиками
Метод лунки (замещения объёма)
При содержании > 15% частиц крупнее 2 мм, а также для каменных и мёрзлых грунтов применяют ГОСТ 28514-90 «Определение плотности грунтов методом замещения объёма».
Суть: из слоя выбирают пробу, объём лунки определяют замещением однородной средой известной плотности, плотность грунта получают как m/V.
Краткий порядок:
- Выкапывают углубление кубической формы ~30×30×30 см.
- Извлечённый материал взвешивают.
- Лунку изолируют плёнкой и заполняют жидкостью; измеряют объём.
- Плотность = масса пробы / объём заполнителя.
- Не повреждать кромки лунки, чтобы не завысить объём.
Лунка для определения плотности методом замещения объёма
Определение плотности методом замещения объёма
Испытания штампами позволяют определить относительную деформацию просадки глинистых грунтов, давление просадки и модуль деформации минеральных и органо-минеральных оснований.
Для статических штамповых испытаний толщу грунта последовательно нагружают, увеличивая нагрузку на «блин». Методология — ГОСТ 20276.1-2020.
Нагрузочная плита округлой формы равномерно передаёт давление на поверхность. Диаметр плиты выбирают под тип покрытия (грунт, щебень и т. п.). Методы измерения прогиба делят на статические и динамические.
Определение коэффициента уплотнения динамическим плотномером (штампом)
Динамический модуль упругости характеризует работу основания при кратковременных нагрузках (транспорт, вибрации). Экспресс-оценку выполняют лёгким дефлектомером с падающим грузом: прибор наносит удар, измеряет отклик и рассчитывает динамический модуль.
Процедура проста: установить прибор, выполнить серию ударов, получить мгновенные результаты; далее оформить протокол.
- Установка «блина» диаметром 300 мм на поверхность. Для глинистых и суглинистых грунтов КУ корректно определяют статическим методом.
- Серия ударов: 3 предварительных + 3 рабочих.
- Фиксация результатов на экране/чеке.
- Оформление протокола.
ИМПУЛЬС-1Д
Испытание непосредственно на объекте
Определение коэффициента уплотнения статическим плотномером (штампом) по ГОСТ Р 59866-2022, ОДМ 218.6.1.005-2021 и ГОСТ 20276.1-2020
Статический модуль упругости описывает работу основания при постоянных нагрузках (например, под фундаментом или покрытием).
Статический штамп — круглая плита, на которую шагами увеличивают нагрузку, параллельно измеряя осадки. По диаграмме «нагрузка-осадка» получают требуемые модули.
Испытание статическим штампом УПОР-1
Результаты испытаний статическим штампом
На объекте всё чаще используют статический штамп как наиболее достоверный способ оценки деформационных характеристик. Процедура длительнее экспресс-метода: на одну точку может уходить 40 минут и более, зато только по этим данным корректно судить о достаточности уплотнения для дальнейших работ (сдача котлована, готовность основания под асфальтобетон и т. п.). На основе статических данных рассчитывают корректирующие коэффициенты для динамических методов. В ходе нагружения датчик линейных перемещений фиксирует осадки.
По диаграмме «нагрузка/осадка» вычисляют:
- модуль общей деформации Ev1;
- модуль упругой деформации Ev2;
- их отношение k = Ev2/Ev1 как показатель упруго-прочностных свойств;
- модуль деформации E.
Методика статических штамповых испытаний (пример для УПОР-1):
- Установка штампа на подготовленное основание. Поверхность выравнивают тонким слоем раствора, чтобы исключить перекосы.
- Подготовка пригруза и реперной измерительной системы. Снимают исходные показания.
- Первичное нагружение с выдержкой до критерия условной стабилизации.
- Последующее ступенчатое нагружение с фиксацией Ev1 и Ev2; разгрузка и контрольные отсчёты.
- Построение графиков и расчёт модуля деформации; оформление протокола.
Типы штампов:
- круглый, диаметр 300 мм;
- круглый, диаметр 600 мм;
- круглый, диаметр 762 мм.
Нагрузочная плита диаметром 300 мм
Выбор диаметра зависит от глубины контролируемого слоя. Чем больше диаметр, тем глубже зона влияния.
Ориентировочно: штамп 300 мм — глубина влияния 0,5–0,7 м; штамп 762 мм — до ~1,5 м.
Метод измерения упругого прогиба прогибомером
Испытания выполняют статическим нагружением колесом автомобиля; также используют метод кратковременного нагружения. Наиболее распространён длиннобазовый рычажный прогибомер с точностью ±0,02 мм.
Длиннобазовый рычажный прогибомер
Порядок испытаний:
- Установить прогибомер на полосе наката, щуп — между скатами сдвоенного колеса задней оси. Нагрузка 30–50 кН.
- Установить клиновидную подкладку так, чтобы её наклонная поверхность контактировала со штоком индикатора.
- Выдержка до стабилизации исходного отсчёта i0.
- Автомобиль отъезжает вперёд не менее чем на 5 м, снимают отсчёт i.
- Вычисляют упругий прогиб l; оформляют протокол.
Длиннобазовый прогибомер
Согласно СП 78.13330.2012 оптимальный коэффициент уплотнения — 0,94–0,98. В соответствии со СП 45.13330.2012 для безопасной эксплуатации объектов показатель должен быть не ниже 0,95. Конкретные требования уточняют в проектной и рабочей документации.
Высокий КУ означает повышенную плотность и улучшенные механические свойства основания, что критично для долговечности дорог и зданий. Контроль перед началом строительства предотвращает деформации и преждевременные разрушения.
