Адрес офиса:

г. Москва,ул. Наметкина, д.1 к.3

Время работы:
Пн-Пт: с 10 до 19
Почта для связи:
Консультации ежедневно с 8:00 до 20:00

Влажность грунта

Picture of Черенков Евгений Викторович
Черенков Евгений Викторович

Выпускник Российского Университета Дружбы Народов (РУДН) по специальности поиски и разведка месторождений полезных ископаемых

Оглавление

Влажность грунта – это процентное содержание воды в образце грунтового основания. Данный показатель определяется на основании полевых или лабораторных испытаний, от него зависит пригодность грунта к размещению на нём объекта капитального строительства с проектными параметрами. После определения влажности грунта, проектировщик принимает решение о необходимости строительного водопонижения, устройства дренажных систем или выполнении других инженерно-технологических мероприятий. Данный параметр является неотъемлемой частью отчёта об инженерно-геологических испытаниях на площадке строительства. Ниже подробно описывается типы влажности почвы, а также базовые методы определения этого параметра разными доступными способами.

Типы влажности

Согласно научным исследованиям последних лет, на практике выделяется несколько типов влажности грунтов, каждый из которых подробно описывается далее.

Весовая влажность

Самый явный показатель степени влажности грунта, который подразумевает отношение веса воды в образце к массе сухих частиц в основании. Данный параметр может рассчитываться не только в естественных условиях, но также и в дополнительно увлажнённых или подсушенных почвах.

Формула определения весовой влажности:

W = mw / md, где

W – искомая величина, показатель весовой влажности основания.

mw – масса влажного образца.

md – масса частиц сухого образца.

Результат расчёта может быть выражен в долях от единицы, от 0, то есть, полностью сухой грунт, до бесконечности, гипотетическая величина абсолютно влажного основания, например, для торфяных почв, либо в %, и, в таком случае, полученный параметр умножается на 100%.

Данный параметр часто используется для точного расчёта относительной влажности грунта.

Объёмная влажность

Данный параметр представляет собой отношение между объёмом водной среды, содержащейся в грунтовом основании в естественных условиях и объёмов каждой из трёх возможных агрегатных состояний почвы – твёрдого, жидкого или газообразного, рассчитывается по следующие формуле:

Wv = Vw / Vtoi, где

Wv – искомый параметр, объёмная влажность почвы

Vw – объём воды в порах грунтового основания.

Vtoi – общий объём материала.

Также, как и в предыдущем случае, данная величина Wv выражается в безразмерном числе от 0, но всегда меньше 1, так как значение не может превышать 100%. Допускается также умножить полученный показатель на 100%, чтобы получить значение Wv в %-ном выражении.

Следует также учесть, что существует взаимосвязь между объёмной и весовой влажностью, которая выражается следующей формулой:

Wv x rw = W x rd,

где Wv – объёмная влажность.

W – весовая влажность.

rw – объёмный вес воды в порах грунта.

rd – объёмный вес скелета из твёрдых частиц грунта.

Учитывая зависимость данных показателей, они также всегда учитываются при расчёте относительной влажности грунтового основания.

Относительная влажность

Данный параметр также часто называется степенью водонасыщенности, либо показателем влажности грунтового основания. Этот параметр как поры в структуре почвы заполнены водой и определяется по следующей формуле:

Sr = Wn / n.

Wn = W x rd.

n = e x rw, где

Sr – искомый показатель, относительная влажность грунта.

Wn – объёмная влажность почвы.

W – весовая влажность почвы.

n – показатель пористости почвы.

е – показатель коэффициента пористости грунтового основания.

rw – объёмный вес воды в порах грунта.

rd – объёмный вес скелета из твёрдых частиц грунта.

Согласно данному расчёту и экспериментальному способу определения относительной влажности, данный показатель характеризует следующие параметры:

Если Sr определяется в пределах от 0 до 0,5, это означает, что водой заполнены до 50% пор в скелете грунта, то есть, такая почва считается маловлажной.

В случае, если Sr составляет от 0,5 до 0,8, заполняемость пор определяется от 50% до 80%, и грунт является влажными.

Если Sr свыше 0,8, то есть, водой заполнены более 80% пор, то такая почва называется влагонасыщенной.

Следует учесть, что относительная влажность грунта, прежде всего, применима к песчаным и крупнообломочным породам, так как в пластичной почве, лёссовом или глинистом основании располагается множество зарытых микроскопических пор, куда ограничен доступ воды, и показатель относительной влажности здесь не может отобразить всю полноту картины.

Именно на основании относительной влажности, определяется степень сжимаемости грунтового основания, что позволяет быстро рассчитать осадку основания под воздействием массы капитального сооружения. Данный параметр незаменим при формировании отчёта об инженерно-геологических изысканиях, а также при разработке начальной стадии проектной документации.

Гигроскопическая влажность

Показатель гигроскопической влажности – это такой параметр влагонасыщения и процентного содержания водяных паров в грунтовом основании, который определяется при высушивании образца под воздействием температуры до 105 – 107 оС. Это означает, что даже в высушенном состоянии, параметр гигроскопической влажности будет отличен от нуля, так как на частицах грунта, в зависимости от их размеров и удельной площади поверхности, осаждается конденсат из атмосферы, что всегда увлажняет рассматриваемый материал.

Таким образом, гигроскопическая влажность предоставляет необходимые сведения о способности грунта поглощать влагу из воздуха, а также о гранулометрической структуре материла. Здесь важно также определить количество связанной влаги в почве, потому что вода, конденсируемая из воздуха, реагирует с твёрдыми частицами скелета основания, когда осаждается на их поверхности.

Оптимальная влажность

Показатель оптимальной влажности грунта – это способность грунта максимально уплотняться под воздействием внешней нагрузки для достижения требуемой проектной прочности, несущей способности. Данный параметр может быть определён только на лабораторных стендах, когда пробу грунтового основания поэтапно насыщают водой с одновременным трамбованием на гидравлическом прессе или на трёхосновом компрессионном устройстве.

По мере уплотнения влагонасыщенного грунта, оформляется графическая кривая, которая в идеальном виде представляет собой дугу с постоянной кривизной. Таким образом, при первоначальном сжатии, структура грунта становится более плотной, а затем показатель объёмного веса начинает подать. Момент, когда при конкретном показателе влагонасыщения, грунт обретает максимальную плотность, называется оптимальной влажностью его структуры.

В случае работы с песчаными, гравелистыми или крупнообломочными грунтами, не обладающими нужной степенью пластичности, данная зависимость выражается несколько в ином виде – основание трамбуется до тех пор, пока поры не сокращаются и на поверхности образца не начинает появляться свободная вода, что по-научному называется точкой отжатия. Для таких грунтов оптимальной влажностью является показатель давления на поверхность основания, который на 1% или 2% ниже, чем точка отжатия.

Согласно эмпирическим исследованиям в лабораторных условиях, оптимальным показателем влажности считаются следующие значения для различных типов грунтового основания:

Щебень – от 3% до 5%.

Дресва – от 5% до 7%.

Крупнозернистый гравелистый песок – от 4% до 6%.

Крупнозернистый песок – от 6% до 8%.

Среднезернистый песок – от 8% до 10%.

Мелкие и пылеватые пески – от 10% до 14%.

Супеси – от 9% до 15%.

Лёгкие суглинистые почвы – от 12% до 16%.

Тяжёлые суглинистые почвы – от 16% до 22%.

Глинистые почвы – от 18% до 26%.

Далеко не для каждого грунтового основания определяется степени влажности грунта в естественном состоянии, которая является оптимальной. Таким образом, когда на объект доставляется искусственное грунтовое основание, используемое в качестве подстилающей песчано-гравийной подушки, влага из него испаряется, и перед трамбовкой, такая почва требует дополнительного увлажнения, чтобы добиться максимальной плотности будущего несущего основания.

Допустимая влажность

Данный параметр является частью оптимальной влажности, при которой грунт подвергается уплотнению под внешними нагрузками до предельно допустимого показателя, зависящего от коэффициента уплотнения структуры материала.

Показатели допустимой влажности для разных типов грунтового основания подробно приводятся ниже:

Пески пылеватые, супеси лёгкие с крупным гранулометрическим составом – от 0.85 до 1,6.

Пылеватые лёгкие супеси с предельно малыми частицами – от 0,85 до 1,6.

Плотные пылеватое тяжёлые супеси, лёгкие пластичные суглинки – от 0,9 до 1,5.

Тяжёлые суглинистые почвы и глины – от 0,09 до 1,3.

Рассматриваемые показатели выражаются в долях от оптимальной влажности, то есть, являются безразмерными величинами, при коэффициенте уплотнения от 0,9 до 1,0.

Влажность на границе раскатывания

Данный параметр определяется только для глин, суглинков или пластичных супесей, которые обладают вяжущими свойствами и способны раскатываться без нарушения связной структуры. Показатель влажности на границе раскатывания определятся, когда структура грунтового основания, при её насыщении водой, начинает менять форму после приложения нагрузки, а, после снятия давления, сохраняют новую структуру данного материала.

Влажность на границе текучести

Данный показатель влажности незаменим при исследовании свойств пластичности глин. Когда влажность глинистой почвы возрастает, структура становится текучей, твёрдые частицы пребывают во взвешенном состоянии при добавлении большого количества воды. Такой грунт даёт осадку под действием гравитационных сил и более не способен удерживать форму. Когда образец при увеличении начинает достигать такого состояния, это называется пределом текучести, и количество воды, в таком случае, является показателем влажности для данного состояния материала.

Влажность набухания

Все глинистые грунты при добавлении влаги начинают увеличиваться в объёме, или набухать. Параметр влажности набухания – это объём воды, который нужно добавить в структуру грунтового основания для начала его увеличения в объёме в ёмкости с жёсткими боковыми стенками.

Чтобы имитировать работу увлажнённого глинистого грунта в составе несущего основания под фундаментом капитального сооружения, пробу в сосуде подвергают нагружению в верхней части. Таким образом, инженер имеет возможность провести полное обследование поверхности грунта во время паводкового периода, а также принять верное решение о необходимости устройства дренажной системы или организации строительного водопонижения при помощи зумпфов или иглофильтров.

Влажность на пределе усадки

Показатель водонасыщения грунта всегда оказывает влияние на величину усадки структуры материала. Прежде всего, под давлением, влага удаляется из мелких пор, потом из средних и крупных пустот, что влияет на скорость усадки структуры. Однако, во время уменьшения в объёме, часть воды остаётся в грунте, а на определённом этапе, вне зависимости от величины давления, изменение в объёме прекращается полностью.

То количество влаги, которое остаётся в порах грунтового основания, когда под давлением усадка прекращается, называется влажностью на пределе усадки.

Методы определения влажности

На практике существуют следующие способы определения влажности почвы, перед началом проектирования и возведения капитального сооружения:

С помощью влагомера.

Метод высушивания проб до постоянной массы.

Определение гигроскопической влажности.

Определение влажности мёрзлого грунта.

Определение влажности влагомером.

Определение влажности на границе раската.

Определение влажности на границе текучести.

Все перечисленные методику определения степени влажности грунта подробно описываются ниже.

Влагомер (полевые испытания)

Самым простым способом определения степени водонасыщения основания является использование электронного влагомера, когда откалиброванный прибор, оснащённый чувствительным щупом, погружается в почву, после чего на его экране высвечиваются фактические показатели влажности, которые просто копируются в отчётные таблицы и используются при дальнейших расчётах несущей способности.

Метод высушивания проб до постоянной массы

Данная методика подразумевает наличие следующего лабораторного оборудования и материалов:

Проба основания с массой до 15 – 20 г.

Полностью сухой стакан, очищенный от любых следов загрязнения.

Специальный шкаф-дегидратор.

Весы с аналитической шкалой.

На весах взвешивается пустой стакан, накрытый крышкой. Далее, стакан заполняется образцами грунта, после чего, без крышки, он ставится в дегидратор, на котором выставляется температура от 105 до 107 оС. На финальном этапе, сухой грунт взвешивается повторно для определения степени водонасыщения.

Время сушки грунтов составляют от 3 до 5 часов, в зависимости от их структуры. После проведения исследований, полеченные показатели подставляются в формулу, приведённую выше.

Определение гигроскопической влажности

Для исследований потребуется тот же набор лабораторного оборудования, что описывается выше. Грунт высушивается в дегидраторе, после чего он растирается в пыль и процеживается через сито с перфорацией 1 мм. После этого, образец должен пребывать в покое, на протяжении от 1 до 3 часов на воздухе, чтобы максимально насытиться влагой из атмосферы.

Полученную пробу пересыпают в стакан и определяют её массу. Затем, грунт высушивается в дегидраторе и снова взвешивается. На финальном этапе, согласно формуле, описанной выше, определяется степень влажности почвы.

Определение влажности мёрзлого грунта

Мёрзлые грунты имеют особую структуру, в которых влага может находиться как в кристаллизованном, так и в жидком состоянии. Чаще всего, влажность в таких грунтах превышает стандартные параметры и может приближаться к состоянию полного водонасыщения.

На практике используются следующие типы параметров влажности таких мёрзлых грунтов:

Общая, сформированная из ледяного массива и водной массы.

В порах между кристаллизованной водой.

Учитывается объём замёрзшей воды.

Учитывается объём льда в грунтовом основании.

Учитывается количество льда в пустотах.

Главный показатель – это суммарная влажность, которая вычисляется эмпирическим способом, с остальные, более сложные и специфические показатели рассчитываются по сложным формулам.

Определение влажности влагомером

В условиях площадки строительства влажность рекомендуется определять специальным электронным влагомером. Данный прибор с датчиком-щупом длиной до 200 мм, как правило, позволяет определить, как абсолютную, так и относительную влажность.

Главная сложность заключается в том, что устройство должно подлежать калибровке и может выдавать некорректные результаты при сбое настроек.

Определение влажности на границе раската

Чтобы определить параметр влажности данным способом, потребуется образец глинистого грунта с массой 300 г, который растирается и процеживается через сито с перфорацией 1 мм. Частички перекладываются в закрытый сосуд и оставляются до 2 часов в таком состоянии. Далее, пробы нужно опять растереть и просеять.

Порошок, который по консистенции напоминает цемент, увлажняется чистой водой и замешивается в однородную пасту. Субстанция вручную раскатывается на стекле, либо на другой плоской глянцевой поверхности до тех пор, пока не получится шнурок с диаметром около 3 мм и длиной до 100 – 120 мм.

Далее, шнур снова скатывается в шарик, после чего опять раскатывается. Процедура должна быть зациклена и повторяться ровно столько раз, чтобы образец начал распадаться на отдельные составляющие с массой по 15 – 25 г. После этого, нужно определить пластичность и степень влажности данного грунта влагомером или другим способом, описанным выше.

Определение влажности на границе текучести

Начало определения плотности повторяет предыдущую методику. Для испытаний потребуется лабораторное оборудование со стальным конусом, подвешенным на нитях и закреплённым на штативе. Конус постепенно начинает опускаться в пластичную пасту, таким образом, чтобы его острый конец начал погружаться в структуру материала со скоростью для 10 мм за 5 секунд. Когда это происходит, определяется влажность полученной пасты методом высушивания пробы или поверенным влагомером с электронным дисплеем.

От чего зависит водопроницаемость грунтов?

Водопроницаемость грунтового основания зависит от следующих обязательных параметров:

Тип материала.

Коэффициент пористости.

Степень естественной влажности.

давление. Оказываемое на образец.

Наличие свободной воды в условиях Залыгина сования.

Плотность образцов.

Условия работы грунта под гагаркой от фундамента

Высота уровня пожду горновых вод на площадке строительства.

У вас остались
вопросы?

Задайте вопросы о видах работы, стоимости услуг и т.д.

Консультации ежедневно с 8:00 до 20:00
Оставьте заявку

Наши менеджеры свяжутся с Вами
в течение 15 минут для уточнения деталей