Уплотнение грунта представляет собой один из наиболее значимых этапов в строительном производстве, оказывающий определяющее влияние на эксплуатационные характеристики и долговечность возводимых объектов. Ввиду геологической неоднородности и разнообразия типов грунтов, характерных для Ростовской области, работы по испытанию уплотнения требуют применения различных подходов. Настоящая статья посвящена рассмотрению существующих методов испытания уплотнения грунтов, анализу специфических особенностей грунтов региона, выявлению их просадочных характеристик, определению глубины просадочных толщ и изучению особенностей инженерно-геологических условий городов Ростовской области.
Важность данного вопроса обусловлено исследованиям в области геотехники [1]. Недостаточное уплотнение приводит к снижению несущей способности грунта на 20-40% и повышает риск возникновения осадок.
Геологические условия Ростовской области
Ростовская область, расположенная в южной части Российской Федерации, характеризуется сложным геологическим строением и разнообразием ландшафтных условий, что обусловливает широкую вариативность типов грунтов, слагающих ее территорию.
Песчаные грунты, характеризующиеся высокой проницаемостью, преобладают в поймах рек и прибрежных зонах водоемов. Данные грунты обладают достаточной несущей способностью, однако требуют особого внимания в процессе уплотнения, особенно в условиях потенциального затопления.
Суглинки, распространенные в пределах лесостепной зоны, пригодны для строительства, однако могут вызывать затруднения в связи с высокой степенью влагонасыщения.
Суглинки и глины являются типичными грунтами для Ростова-на-Дону, Батайска, Шахт, Новочеркасска, Волгодонска и других городов Ростовской области. Глинистые грунты характеризуются значительными просадочными деформациями, что требует разработки специальных проектных решений.
Согласно научным исследованиям [2], увеличение влажности глинистых грунтов приводит к существенному снижению их прочностных характеристик и увеличению сжимаемости.
Сложно выделить районы, где абсолютно нет просадочных грунтов. Как правило, в пределах любого района встречаются участки с различными типами грунтов и разными свойствами.
Однако, можно указать районы, где вероятность обнаружения просадочных грунтов значительно ниже, чем в других частях области. Обычно это связано с геологическим строением и близостью коренных пород к поверхности. К таким районам можно отнести Северо-западные участки Ростовской области: Миллеровский, Чертковский, частично Верхнедонской. На этих территориях ближе к поверхности залегают более древние, коренные породы (песчаники, известняки), что уменьшает вероятность залегания мощных толщ просадочных грунтов. Однако, даже здесь в поймах рек, балках и других понижениях рельефа могут встречаться локальные участки с просадочными грунтами.
Строительство фундаментов на просадочных грунтах является более сложным и экономически затратным. Известно, что грунты I типа по просадочности проявляют просадку только при дополнительной нагрузке и замачивании, а грунты II типа – проседают даже под собственным весом при замачивании, что делает их более опасными для строительства, а стоимость возведения зданий и сооружений более дорогостоящим.
На основании архивных данных можно выделить следующие закономерности наличия глинистых грунтов, относящихся ко II типу грунтовых условий по просадочности и подверженные значительным деформациям:
· тиерритория города Волгодонск. В основном остальная территория города относится ко II типу грунтовых условий по просадочности с величиной просадки от собственного веса более 5 см и мощностью просадочной толщи до 10–25 м.
· территория Савдянского сельского поселения в Заветинском районе. К востоку от хутора Мамонкин встречаются участки со II типом грунтовых условий по просадочности, при мощности просадочной толщи более 10–12 м. Грунтовые воды на таких участках находятся на глубине более 12 м.
· территория, примыкающая к юго-восточной части посёлка Российский. Здесь встречаются просадочные суглинки II типа просадочности, подземные воды залегают на глубине около 10–20 м.
· Мясниковсковский район с. Чалтырь, мощность просадочных грунтов достигает 17 м, а грунтовые условия характеризуются II типом просадочности.
Методы испытания уплотнения грунта
Выбор метода испытания уплотнения грунта определяется особенностями конкретного строительного проекта и типом грунта, слагающего основание. Определение коэффициента уплотнения проводят прямыми методами — отбирают образцы из толщины исследуемого слоя и далее исследуют их в испытательном центре и косвенными — приборами для контроля плотности основания непосредственно на объекте.
Метод режущего кольца. Предназначен для дисперсных грунтов. Позволяет определить среднюю плотность грунта. Параллельно с испытаниями на максимальную плотность грунта при оптимальной влажности позволяет определить фактический коэффициент уплотнения. Основан на измерении соотношений массы к объему в пробоотборнике (кольце).
Данный метод не допускается выполнять при наличии фракций более 40 мм по ГОСТ 22733—2016. Для отбора проб чаще всего использую комплект колец ПГ-200 (Рис. 1,2).
Метод замещения объема. Если в грунте содержится более 15% частиц размером более 2 мм (это могут быть обломочные или окатанные частицы, замёрзшие комья и так далее), а также при создании насыпей из каменных материалов, рекомендуется контролировать уплотнение грунта с помощью метода замещения объёма, описанного в ГОСТ 28514-90 «Определение плотности грунтов методом замещения объёма».
Метод заключается в установлении отношения массы пробы грунта к его объему при условии, что из слоя конструкции отбирают пробу необходимого объема, которую замещают однородной средой с известной плотностью.
Динамическим плотномером (штампом). Определение коэффициента уплотнения динамическим плотномером — это определение динамического модуля упругости при помощи легкого дефлектомера с падающим грузом и использование ранее изученных закономерностей взаимосвязи полученных значений и размером коэффициента уплотнения. Распространенным прибором для данных испытаний является ZORN ZFG, представленный на Рисунке 2.
Определение коэффициента уплотнения статическим плотномером (штампом). Статический штамп — это прибор, который используется для измерения статического модуля упругости грунтов. Он представляет собой круглую плиту, которую устанавливают на поверхность грунта и постепенно увеличивают нагрузку на неё. С помощью датчиков измеряются деформации грунта под нагрузкой, на основе которых рассчитывается статический модуль упругости. Применение данного метода регламентируется ГОСТ Р 59866-2022, ОДМ 218.6.1.005-2021 и ГОСТ 20276.1-2020.
Метод измерения упругого прогиба прогибомером. Испытания проводят методом статического нагружения колесом автомобиля. При линейных испытаниях измерения упругого прогиба выполняют как методом статического, так и кратковременного нагружения. Для измерения обратимых прогибов методом статического нагружения используют прогибомеры.
Специфика уплотнения грунта в Ростовской области
Уплотнение грунтов в Ростовской области требует детального учета их специфических свойств. Песчаные грунты, характеризующиеся высокой водопроницаемостью, позволяют интенсифицировать процесс уплотнения, однако могут подвергаться потере влаги, необходимой для достижения оптимальных значений плотности. Суглинки и глинистые грунты с высокой просадочностью требуют строгого контроля влажности. Учет климатических особенностей региона с сезонными колебаниями влажности является определяющим фактором при выборе технологии уплотнения.
Наибольшая сложность выполнения строительных работ по уплотнению грунта состоит в поддержании оптимальной влажности, часто, в пределах ±2% от оптимального значения, что достаточно сложно в климатических условиях Ростовской области.
На основании практического опыта работы Научно-строительной лаборатории, с учетом климатических факторов, характеризующихся сезонными колебаниями температуры и переменным режимом увлажнения можно выделить следующие рекомендации по уплотнению грунта:
1. Определять максимальную плотность и оптимальную влажность каждый уплотняемый грунта.
2. Устанавливать границы оптимальных значений влажности уплотняемого грунта в зависимости от проектных и нормативных требований по его уплотнению.
3. Контролировать значения влажности при выполнении строительных работ. В случае переувлажнения, либо пересушивания грунта не производить строительные работы.
4. Выполнять пробное уплотнение грунта на строительной площадке с отработкой технологии. Данная работа включает в себя подбор техники и методов уплотнения. Например, вибрация, в некоторых случаях, может негативно влиять на уплотнение грунта, либо наоборот, без неё будет сложно добиться нужных показателей. Также бывает, что при толщине уплотняемого слом, размером скажем 300 мм, не всегда удается добиться требуемого уплотнения.
Заключение
Испытание уплотнения грунта в условиях строительства Ростовской области требует применения специализированных методов и технических решений, обусловленных сложными геологическими условиями и просадочными свойствами грунтов. Успешное решение данной задачи, с использованием предложенных рекомендаций по уплотнению грунта, является залогом безопасности и долговечности возводимых зданий и сооружений.
Список литературы
1. Foundation analysis and design / Joseph E. Bowles
2. Справочник геотехника. Основания, фундаменты и подземные сооружения /
Под общей редакцией В. А. Ильичева, Р. А. Мангушева – 2016г.
3. ГОСТ 22733-2016. Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности и оптимальной влажности.
4. ГОСТ 5180-2015. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик.
5. ГОСТ 25100-2011. Грунты. Классификация.
6. СП 11-105-97. Инженерно-геологические изыскания для строительства.
Клименко М.Ю., ктн, доцент