Испытания песчаных грунтов. Контроль качества уплотнения

Не только погодные условия в Санкт-Петербурге и Ленинградской области можно назвать капризными, но и местные грунты. Они отличаются повышенной влажностью из-за частых дождей, подземных течений и заболоченности. Они имеют мягкопластичную консистенцию, а значит в большей степени подвержены деформации. К тому же уровень грунтовых вод и степень промерзания почвы колеблются из года в год. Эти факты говорят о том, какое важное значение для строительства в регионе имеет подготовка основания для свай и фундамента. Для этого, чаще других, на стройках используют методику отсыпки участка более плотными песчаными грунтами и песком. А раз они укладываются искусственным образом, то на площадке следует проводить испытания песчаных грунтов, чтобы удостоверится в их качественном уплотнении.

1. Чем песчаный грунт отличается от песка. Виды песчаных грунтов и их особенности
2. Зачем нужен контроль качества укладки и уплотнения грунтов. Как производят отбор образцов
3. Методы определения плотности песчаных грунтов. Контроль качества уплотнения
   • Метод режущего кольца
   • Другие методы

Чем песчаный грунт отличается от песка. Виды песчаных грунтов и их особенности

Перепутать песок и пескогрунт сложно даже неспециалисту. Песок имеет более однородную, чистую консистенцию. В качественном песке должно быть не более 5-7% мелких частиц глины и пыли. Тогда как пескогрунт песок в себя включает. А еще имеет до 2/3 иных составляющих: почвы, глину, обломки породы, мелкие камни.

Но, несмотря на всю свою чистоту, строить из песка гораздо сложнее. Вспомните хотя бы детские эксперименты на пляже или в песочнице. Первый же дождь смывал песчаный замок почти до основания. Но стоило добавить в его состав камешков и глины, и хрупкие стены держались гораздо лучше. Благодаря многочисленным примесям, пескогрунт лучше сохраняет форму и имеет более высокий коэффициент трения. А посему лучше подходит для предварительных черновых работ, а именно для создания насыпей и отсыпок. Кстати, он еще и гораздо дешевле песка.

Однако, пескогрунты весьма разнообразны, поэтому при выборе нужно уделять внимание таким характеристикам, как:

• Плотность. Она влияет на несущую способность и сопротивляемость нагрузкам. Оптимальным для строительства считается плотный пескогрунт, который залегает на глубине ниже полутора метров. Ему отдают предпочтение в строительных работах, поскольку он уже достаточно и естественно уплотнен под многолетним давлением верхнего слоя почвы. Если для отсыпки используется пескогрунт средней плотности, взятый с глубины до полутора метров, ему потребуется дополнительное искусственное уплотнение.
• Влажность, которая зависит от естественных условий, но ее необходимо рассчитать по определенной формуле.
• Структура. Крупнозернистые грунты предпочтительнее, потому что они прочнее. Наличие крупных частиц в составе песчаного грунта говорит о том, что влага будет уходить из него естественным образом, а значит такой грунт будет меньше подвержен деформации при замерзании и оттаивании.

Согласно ГОСТ 25100 – 2011, пескогрунты делится на пять различных видов по крупности частиц и составу. Это позволяет определить его эксплуатационные характеристики и корректно использовать при строительстве.

Название	Размер крупинок	% песка	Характеристики	Использование
Гравелистый	от 2 мм	около 25%	Высокие несущие свойства, не подвержен влиянию влаги и вспучиванию, считается самым надежным	Под все виды фундаментов
Крупный	от 0,5 мм	не более 50%	Хорошие несущие свойства, почти без изменений пропускает влагу, не подвергается осадочным явлениям	Под все виды фундаментов
Средней крупности	от 0,25 мм	50% и более	Несущая способность снижается при насыщении влагой, которую он плохо пропускает	Подходит для строительства, но с учетом особенностей
Мелкий	от 0,1 мм	около 75%	Пониженная несущая способность и повышенная насыщаемость влагой	При строительстве потребуются обязательные гидроизоляционные мероприятия
Пылеватый	менее 0,1 мм	Более 75%	Плохие дренажные качества, повышенная впитываемость влаги, сильно изменяется в объемах при замерзании	Фундамент придется делать ниже уровня промерзания слоев грунта

Зачем нужен контроль качества укладки и уплотнения грунтов. Как производят отбор образцов

Итак, именно песчаный грунт чаще других используют при строительстве земляного полотна автомобильных и железных дорог, засыпке новых котлованов и обратной засыпке траншей и пазух (граней) фундаментов, в ходе реконструкционных или ремонтных работ. Отметим, что в данных целях, ни в коем случае, нельзя применять:

• пылеватые пески и легкие супеси;
• жирные глины;
• меловые, тальковые, трепельные грунты;
• торф, ил, песок с примесью ила, илистые суглинки;
• засоленные грунты.

Но даже песчаный грунт, имеющий необходимые для работ характеристики, требует правильной укладки и уплотнения для обеспечения устойчивости будущей насыпи, а значит и фундамента здания или дорожного покрытия.

Качество производимых работ по укладке и уплотнению грунта, а точнее соответствие его плотности и влажности техническим требованиям и проектным параметрам, должны систематически проверять специалисты строительной лаборатории. Они могут произвести проверку качества грунтов в карьерах и выемках с целью подтверждения возможности их использования для отсыпки. Далее, уже в ходе работ по отсыпке и уплотнению, они осуществят испытание пробного уплотнения, чтобы проверить его соответствие проекту и дать рекомендации по количеству ударов грунтоуплотняющих машин. В лаборатории также помогут при освидетельствовании скрытых работ и приемке выполненных работ.

В ходе обследований также проверяют:

• соответствие состава грунта проектным параметрам;
• наличие в отсыпанном слое торфа, древесины, корней и строительного мусора;
• фактическую толщину отсыпанного слоя требуемой и соответствие способу уплотнения;
• подготовку поверхности ранее уплотненного слоя для отсыпки следующего;
• а также соответствие количества мерзлого грунта в зимний период.

Таким образом качество уплотненного слоя будет полностью подтверждено независимой организацией, а значит будет иметь дополнительную гарантию.

Образцы для исследований отбирают из шурфов глубиной 0,5 м и более по сетке, которую наносят на местности. Отбор должен быть равномерным, чтобы убедиться в качестве укладки и уплотнения под разными частями будущего здания или сооружения.

Обычно сетку наносят:

• на дорожной насыпи – на расстоянии 20-30 м с обеих сторон проезжей части;
• на вертикальных насыпях – в шахматном порядке через 20—40 м;
• в засыпаемых траншеях пробы берут по оси траншеи;
• при обратных засыпках граней – в линейном порядке, не дальше 0,2 м от них;
• при строительстве гидротехнических сооружений – забор производят и в карьере, и в насыпи.

Количество проб должно соответствовать объему работ, характеристикам грунта и местным условиям. Данные о взятых пробах: дате, расстоянии от оси здания и номера цилиндров, заносят в полевой журнал контроля.

Прямые методы определения плотности песчаных грунтов. Контроль качества уплотнения

Вернемся еще раз к местным грунтам. С их капризностью можно справиться только одним способом – вынуть из котлована грунт неподходящий для строительства и засыпать подходящий. А после принудительным образом уплотнить искусственно отсыпанный грунт, т.е. буквально выжать из него весь лишний воздух и влагу. В этом случае его осадка в дальнейшем исключается или будет незначительной, не оказывающей влияния на прочность здания или сооружения. Можно сказать, что это местная строительная аксиома, которую используют в 98% случаев, за исключением легких зданий и конструкций, которые возводят на сваях без фундамента.

Раз грунты уплотняются искусственным образом: трамбованием, укаткой или вибрированием, значит требуется их проверка на оптимальную плотность и соответствие проектному решению.  Контроль качества уплотнения ведется с привлечением специалистов строительной лаборатории в ходе грунтоуплотнительных работ и является одним важных исследований в ходе оперативного контроля земляных работ.

Самым простым, надежным и эффективным, а значит распространенным методом полевого исследования плотности песчаных грунтов является метод режущего кольца.

Метод режущего кольца

Метод режущего кольца чаще всех прочих применяют для испытания песчаных грунтов (в т. ч. мерзлых) в полевых условиях. Его еще называют метод определения плотности грунта путем отбора монолитных образцов.

Он не требует сложного оборудования и выполняется достаточно оперативно, что является безусловным плюс и позволяет не приостанавливать строительный процесс на период проведения исследований. Метод применяется к грунтам, легко поддающимся резке: песчаным и глиняным.

Методика позволяет определить плотность грунта, чтобы подтвердить готовность уплотненного участка и его соответствие нормативам и проекту, или скорректировать работы по дальнейшему уплотнению.

Согласно ГОСТа 25100-2020, необходимое оборудование для проведения исследования, действительно очень простое:

• кольцо-пробоотборник;
• кольцо-насадка;
• лабораторные весы;
• штангенциркуль;
• нож;
• ударник в виде молотка или винтовой пресс;
• пластинки с гладкой поверхностью;
• плоская лопатка;
• вазелин или другая смазка.

Кольца-пробоотборники изготавливают из стали с антикоррозионным покрытием или из других материалов, не уступающих по твердости и коррозионной стойкости. Их диаметр подбирают в соответствии с исследуемым грунтом.

Итак, ход испытаний:

1. Взвесьте кольцо без грунта и пластинки.
2. Измерьте внутренний объем кольца штангенциркулем.
3. Смажьте внутреннюю поверхность режущего кольца-пробоотборника вазелином или другой смазкой.
4. Выровняйте поверхность исследуемого участка.
5. Вдавливайте режущее кольцо вертикально в грунт, пока поверхность грунта не окажется на 3-5 мм выше края кольца. В случае высокой сопротивляемости грунта, используйте молоток или пресс для погружения до нужного уровня.
6. После заполнения кольца грунтом, обрежьте грунт снаружи кольца плоской лопаткой, чтобы образец было проще извлечь.
7. Извлеките образец из грунта, срежьте излишки грунта с обоих торцов кольца и закройте торцы гладкой пластинкой.
8. Взвесьте кольцо с грунтом и пластинками.
9. Вычислите плотность грунта по формуле

, где масса грунта с кольцом и пластинками минус масса кольца минус масса пластинок умножить на внутренний объем кольца.

10. Занесите результаты испытания в журнал, сравните с нормативами и данными проекта.
11. В случае несоответствия, дайте рекомендации по дальнейшему уплотнению.

Другие методы

Название метода	Сущность метода
Динамическое зондирование	Динамический плотномер погружают в грунт под действием ударной нагрузки зонда, свободно падающего с заданной высоты, и замеряют показатели сопротивления грунта внедрению инструмента.
Статическое зондирование	Статический плотномер погружают в грунт под действием статической вдавливающей нагрузки и замеряют показатели сопротивления грунта внедрению инструмента, рассчитывая их по величине прилагаемого усилия в ходе заглубления.
Штамповые испытания	Плоский или винтовой металлический штамп вдавливают в грунт, моделируя реальную нагрузку, чтобы получить данные о характеристиках сжимаемости грунта. Чаще применяется для расчета его деформации.
Электромагнитный метод	Электромагнитная установка настраивается под критерии грунта после тестирования проб в лаборатории. Затем электрическое поле через пластину пропускают в грунт и датчик фиксирует величину сопротивления.