Определение коэффициента уплотнения грунта

Коэффициент относительного уплотнения грунта – это безразмерная величина, являющаяся показателем отношения установленной нормативными требованиями к строительному искусственному или естественному основанию плотности частиц сухого грунта в составе насыпи, к его объёмному весу, который номинально берётся в расчёт объёма данной насыпи. Ниже подробно описываются методики нахождения данного показателя, необходимые для проведения дальнейших инженерных расчётов при проектировании объекта капитального строительства.

Как определяется коэффициент уплотнения грунта

Определение коэффициента уплотнения грунта – это относительно простая процедура, которая подразумевает подстановку известных параметров в следующую формулу с целью последующего расчёта искомой величины:

K_у = r_n / r_{n, max}, где

r_n – плотность скелета грунта в составе насыпи, отношение массы вещества, с учётом всех пор, воды в них и других примесей к объёму, который он занимает или вытесняет, принимается в практических расчётах.

r_{n, max} – это плотность частиц грунта за вычетом пористости и влаги в данных порах к номинальному объёму, занимаемому данным материалом, принимается в теоретических расчётах, определяется во время лабораторных испытаний, эмпирическим методом.

K_у – искомая величина, необходимая для определения коэффициента уплотнения грунта.

Зачем требуется определение коэффициента уплотнения грунта

Определение коэффициента уплотнения грунта требуется при проектировании объекта капитального строительства для достижения следующих целей:

• Обязательное оформление изыскательской документации, отчёта о проведении инженерно-геологических изысканий, которые являются одним из предпроектных этапов и входят в состав ИРД.
• Обоснования возможности возведения объекта капитального строительства на рассматриваемом участке, с учётом его объёмно-планировочных характеристик и конструктивных особенностей.
• Принятие решения об обеспечении требуемой несущей способности основания под фундамент, либо о необходимости его замены.
• Помощь в оформлении корректной проектной документации, согласно требованиям нормативов.
• Определение фактической прогнозируемой осадки основания под давлением проектируемого здания.
• Коэффициент уплотнения грунта позволяет определить разность осадок, если под подошвой проектируемого сооружения залегают грунты с различными физико-механическими характеристиками, а также крен здания, что влияет на особенности конструктивной схемы армирование и прогнозирование трещин, либо концентрацию напряжений в отдельных узлах несущего каркаса.

Особенности процесса

Определение максимальной плотности грунта, а также коэффициента уплотнения отличается наличием следующих особенностей:

• Каждая насыпь из частиц материала имеет поры, которые заполняются воздухом, либо водой.
• Когда производится разработка котлована, структура грунта нарушается, пористость увеличивается, что способствует возрастанию рыхлости основания.
• Коэффициент относительного уплотнения грунта позволяет определить, какая степень трамбовки требуется для достижения необходимой несущей способности основания, и этот показатель является ключевым при проектировании фундаментов под здание.
• Данные параметр влияет на структуру, толщину, количество слоёв и степень трамбовки грунтовой, песчано-гравийной подушки под проектируемое сооружение.

Методы исследования

На практике применяется 3 следующих базовых метода определения коэффициента уплотнения грунта:

• Весовой – сложная лабораторная процедура, требующая наличия специализированного оборудования и навыков лаборанта, в связи с чем, применяется редко.
• Метод режущего кольца.
• Метод исследования статическим Пенетрометром.

Две последних методики расчёта коэффициента уплотнения основания подробно описываются далее.

Метод режущего кольца

• Берётся стальное кольцо в виде цилиндра, для которого известны диаметр и высота образующей.
• Кольцо погружается под давлением в грунт.
• Учитывая, что геометрические параметры кольца известны, объём сыпучего материала внутри него находится автоматически.
• Отрезанное от общего объёма количество материала извлекается из кольца.
• Образец взвешивается на лабораторных весах для получения его точной массы, за вычетом веса стального цилиндра.
• Полученная масса делится на объём образца внутри цилиндра, что даёт численное значение его плотности.
• Вычисленная плотность делится на объёмный вес, согласно табличным значениям из нормативной документации для грунтового сования рассматриваемого типа.

Пример проверки уплотнения грунта в образце:

• r_{n, max} = 2050 кг/м³.
• Диаметр цилиндра d = 80 мм = 0,08 м, радиус, r = 40 мм = 0.04 м.
• Высота образующей цилиндра h = 40 мм = 0,04 м.
• Масса образца после взвешивания составляет m = 400 г = 0.40 кг.
• K_у = r_n / r_{n, max}.
• Объём цилиндра, V = pr²h = 3.14 х 0.04² х 0.04 = 3.14 х 0.0016 х 0.04 = 0.002 м³.
• r_n = m / V = 0.4 x 0.0002 = 2000 кг/м³.
• K_у = r_n / r_{n, max} = 2000 / 2050 = 0.976.

Показатель относительного коэффициента уплотнения образца составляет 0.976.

Метод исследования статическим Пенетрометром (например, ПСГ-МГ4)

На лабораторном приборе имеются клавиши управления, которые включают в себя 5 различных кнопок. Каждая из клавиш несёт за собой конкретную функцию – обесточивание или включение прибора в работу, переключение режимов. Данное устройство для определения коэффициента уплотнения основания поддерживает 3 режима вычислений:

1. Режим К:

• Вычисление коэффициента уплотнения образца, K_у.
• Нахождение модуля упругости, Е.
• Нахождение угла внутреннего трения, f.
• Нахождение удельного сцепления частиц основания, с.
• Определение относительной влажности основания.

2. Режим Е – нахождение модуля упругости сыпучего материала, Е.
3. Режим P_m – особый режим, позволяющий рассчитать показатель удельного сопротивления денитрации материала.

Прибор фиксируется в точке, для которой нужно определить искомую величину максимальной плотности и относительного коэффициента уплотнения. Необходимые параметры вычисляются автоматически, после чего пользователь получает возможность скопировать результат в память ПК или сохранить его на внутренней карте памяти устройства.

Результаты работ

Рассчитанная величина коэффициента уплотнения грунтового основания ложится в основу отчёта об инженерно-геологических изысканиях. Данный показатель сравнивается с нормативными требованиями, после чего инженер делает вывод о необходимости уплотнения основания или его полной, частичной замены.

Стоимость работ

Стоимость работ по вычислению перечисленных выше расчётных параметров составляет от 150 до 550 руб. за каждую искомую величину, определяется индивидуально, после анализа проектных данных или отчёта об инженерно-геологических изысканиях, выезда на объект. Конечная цена работ рассчитывается в смете, которая бесплатно составляется представителями нашей компании.

Каким должен быть коэффициент уплотнения грунта?

Теоретически, коэффициент уплотнения грунтового основания варьируется в пределах от 0 до 1. Однако, согласно СП 45.13330.2012, для обеспечения безопасной эксплуатации проектируемого или строящегося объекта капитального строительства, данный параметр должен быть не менее, чем 0,95.

Ответы на частые вопросы

Ниже приводятся ответы на наиболее часто задаваемые вопросы заказчиков, обрезающихся в нашу компанию.

В чём измеряется коэффициент уплотнения?

Данная величина является безразмерной, так как, согласно формуле, показатель плотности делится на величину плотности, из-за чего единицы измерения сокращаются.

Нужна ли поверка лабораторного оборудования для определения коэффициента?

Да, поверка лабораторного оборудования должна проводиться не реже, чем 1 раз в 12 месяцев с получением соответствующего сертификата для расчёта точных результатов.

Как оформляется отчёт о проведённых лабораторных испытаниях с целью определения коэффициента?

Данная величина является промежуточной, вспомогательной, она записывается в таблице, подставляется в формулы для дальнейших вычислений и сравнивается с нормативными показателями, на основании которых делается итоговый вывод о пригодности насыпи для строительства и размещения на ней проектируемого здания.