Ущільнення грунту є одним з найбільш важливих і відповідальних технологічних процесів, які застосовуються при будівництві земляного полотна, майданчиків різного призначення, грунтових подушок, в тому числі і під фундамент, різних земляних споруд, підготовки основи під заливку підлог, будівництві автомобільних і залізних доріг, злітно- посадочних смуг, прокладання вулиць і спорудженні дамб.
Від якості ущільнення грунту залежить:
- його стійкість,
- несуча здатність,
- пружність,
- схильність температурних деформацій.
Грунти без ущільнення неоднорідні. У них можуть бути порожнечі, ділянки більшої і меншої щільності, накопичують під впливом механічних навантажень залишкові деформації, що з часом призводить до просідання земляного полотна, його деформації і утворення нерівностей та ям на проїжджій частині дороги. При ущільненні грунту всього лише на 1% його міцність і стійкість до навантажень зростає на 10%, а то і на 15%.
До того ж проведення робіт по ущільненню грунту дає великий економічний ефект. Їх вартість становить в середньому 3-5% від загальних витрат на будівництво, а отриманий результат в кілька разів збільшує термін служби споруди, його надійність і міцність.
Поняття ущільнення грунту
Ущільненням ґрунту називається процес штучного перетворення його властивостей без істотної зміни фізичних або хімічних характеристик, в ході якого відбувається переміщення частинок грунту, що приводить до збільшення кількості контактів між ними в одиниці об'єму.
При ущільненні грунт стає більш міцним і щільним, а його несуча здатність зростає в кілька разів. При цьому зменшується здатність грунту до фільтрації і розмивання, а також схильність просідання при сезонних коливаннях температур.
Провести ущільнення грунту можна тільки при його зволоженні. При цьому рівень вологості для кожного виду ґрунту підбирається індивідуально, залежно від його фізичних і хімічних властивостей.
Так, наприклад, ущільнення піску можливо при рівні його вологості 14-23% (в залежності від фракції піску). Тому піщані ґрунти попередньо рясно змочують.
Вибір способу ущільнення грунту багато в чому залежить від його типу та фізико-хімічних характеристик.
При класифікації грунтів враховується однорідність їх складу, міцність і надійність зв'язків між окремими частинками грунту, їх розмір і форма, здатність до поглинання вологи і схильність розмивання потоками води. Крім того враховується вік гірських порід, що складають грунт і їх геологічне походження.
При проведенні земляних робіт використовують таку класифікацію грунтів:
Скельні грунти, що представляють собою щільні гірські породи, покриті тонким шаром грунту. Найчастіше скельні грунти сформовані з граніту, базальту, пісковика, доломіту і вапняку. Вони відрізняються високою міцністю, стійкістю до навантажень, перепадів температур і впливу вологи.
Напівскельні грунти складаються з тих же гірських порід, що і скельні грунти, але характеризуються наявністю великої кількості тріщин і розломів, що знижують їх рівень міцності.
Крупноуламкові грунти, що складаються з уламків і шматків гірських порід різної величини. Їх характерною особливістю є низький рівень стисливості і високий ризик розмивання потоками води
Піщані грунти, що складаються з сипучих пісків. Їх характерною особливістю є водопроникність і схильність розмивання, а також здатність до ущільнення у вологому стані.
Глинисті грунти, що складаються з глини без домішки піску. Їх характерною особливістю є здатність до набухання при зволоженні, схильність розмивання потоками води і спучування при замерзанні. Ущільнюються глинисті грунти погано.
Суглинки, що складаються з глини і піску, кількість якого може досягати 90%. Суглинки схильні до розмивання і набухають при контакті з водою.
Пилуваті грунти або так звані «пливуни»: найбільш складний вид грунту, що характеризується низькою здатністю до ущільнення, рухливістю і схильністю до розмивання
Всі перераховані види грунтів мають природне, природне походження. Однак в будівництві часто доводиться використовувати так звані штучні грунти, серед яких розрізняють насипні і поліпшені підстави.
Насипні підстави влаштовують з використанням гравію, щебеню, піску, будівельного сміття, шлаку, «порожніх» гірських порід і відходів промислового виробництва.
Покращені підстави формують з пухких, малосвязанних грунтів, цементуючи їх або скріплюючи різними іншими способами з використанням рідкого скла, бітуму і т.д.
Способи ущільнення грунту
Залежно від виду грунту і його технічних характеристик використовують різні способи ущільнення грунта.Существует три способи ущільнення грунту:
При необхідності їх комбінують.
трамбування грунту
Трамбуванням називається один із способів механічного впливу на грунт, при якому відбувається його ущільнення, що супроводжується видаленням пустот і повітряних порожнин. Основна перевага трамбування полягає в можливості ущільнення шарів грунту великої товщини при різних рівнях вологості. Однак застосовувати трамбування при ущільненні занадто вологих ґрунтів небезпечно: можна отримати зворотний результат.
Трамбування застосовують для ущільнення великоуламкових, грудкуватих грунтів, різних насипів, а також грунтів, доступ до яких обмежений або обмежений.
Для трамбування використовується різна техніка і пристосування, наприклад, вільно падаючі з висоти 2-6 метром трамбувальні плити, вагою від 2 до 15 тонн або вантажі циліндричної форми з плоским дном, вага яких також становить кілька тонн. Одержуваний при цьому результат (ступінь ущільнення) залежить від виконаної роботи, яка визначається як добуток ваги застосовуваної плити, висоти скидання і їх кількості
Така трамбування проводиться за допомогою спеціальної техніки (тракторів, навантажувачів, підйомників і т.д.) і називається важкою.
При виконанні невеликих обсягів робіт може застосовуватися ручна трамбування грунту, виконувана за допомогою спеціальних інструментів, званих «товкачем», які, в свою чергу, поділяються на «легкі», вагою до 30 кг, і «важкі», вага яких становить 80 кг і більше. «Товкачки» можуть бути механічними і ручними.
Виконувати трамбування грунту можна в будь-який час року, але взимку хороші результати можна отримати тільки з використанням важкої трамбування.
укочування грунту
Укочуванням називають спосіб механічного впливу, що застосовується для ущільнення піщаних, великоуламкових і глинистих ґрунтів на вільних ділянках великої площі, де є всі необхідні умови для маневрування застосовуваних при цьому машин і механізмів.
Укочування проводиться пошарово: спочатку ущільнюється один шар, потім насипається і ущільнюється наступний шар грунту.
Ступінь ущільнення грунту при укоченні залежить від рівня його вологості і застосовуваних для роботи механізмів. При цьому використовуються спеціальні катки, автомашини, навантажені скрепери і трактори. Вибирають обладнання для укочування грунту в залежності від його виду, а також в залежності від продуктивності та ваги машин і механізмів.
Роботи по укоченні грунту проводять в декілька етапів. Спочатку виконують попередню укочування, яка також називається «подкаткой», використовуючи при цьому легкі катки або трактори. Потім проводять досвідчені роботи і визначають оптимальний рівень ущільнення грунту. На підставі отриманих результатів розраховують кількість проходок використовуваної для роботи техніки.
вібрація
Вібрація або вібраційне ущільнення є одним з найбільш ефективних способів механічного впливу на грунт, при якому досягається максимальний рівень контакту між його частинками і повністю видаляються порожнечі.
Ще одна перевага вібрації полягає в можливості досягнення високого глибинного ефекту ущільнення грунту при порівняно невеликій кількості проходок. Ні за яких інших способах ущільнення цей ефект досягти неможливо.
Вібраційне ущільнення виконується за допомогою вібруючого механізму, заснованого на обертанні ексцентрикового вантажу. При цьому одночасно створюється динамічна і статична навантаження на грунт.
Вібрація можна назвати універсальним методом ущільнення грунтів. Спочатку воно рекомендувалося лише для піщаних і великоуламкових грунтів, але з розвитком техніки, яка застосовується для вібрації, цей спосіб став широко використовуватися для ущільнення глин і суглинків.
