В геотехнической инженерии уплотнение почвы — это процесс, при котором напряжение, приложенное к почве, вызывает уплотнение, поскольку воздух вытесняется из пор между зернами почвы. Когда прикладывается напряжение, вызывающее уплотнение из-за вытеснения воды (или другой жидкости) между зернами почвы, происходит консолидация , а не уплотнение. Обычно уплотнение является результатом сжатия почвы тяжелой техникой , но оно также может произойти из-за прохождения, например, ног животных.
В почвоведении и агрономии уплотнение почвы обычно представляет собой комбинацию инженерного уплотнения и консолидации, поэтому может происходить из-за недостатка воды в почве, причем приложенное напряжение представляет собой внутреннее всасывание из-за испарения воды [1], а также из-за проход ног животных. Затронутые почвы становятся менее способными поглощать осадки , что приводит к увеличению стока и эрозии . Растениям трудно переносить уплотненную почву, поскольку минеральные зерна прижимаются друг к другу, оставляя мало места для воздуха и воды, которые необходимы для роста корней . Роющие животные также считают эту среду враждебной, поскольку в более плотную почву труднее проникнуть. Способность почвы восстанавливаться после такого типа уплотнения зависит от климата, минералогии и фауны. Почвы с высокой способностью к усадке и набуханию , такие как вертисоли , быстро восстанавливаются после уплотнения при переменных условиях влажности (засушливые периоды сжимают почву, вызывая ее растрескивание). Но глины, такие как каолинит , которые не растрескиваются при высыхании, не могут восстановиться после уплотнения самостоятельно, если в них не живут наземные животные, такие как дождевые черви — примером является серия почв Сесила .
Прежде чем уплотнять грунты в полевых условиях, необходимо провести некоторые лабораторные испытания для определения их инженерных свойств. Среди различных свойств решающее значение имеют максимальная плотность в сухом состоянии и оптимальное содержание влаги, которые определяют необходимую плотность для уплотнения в полевых условиях. [2]
Уплотнение грунта является важной частью строительного процесса. Он используется для поддержки структурных объектов, таких как фундаменты зданий, дороги, пешеходные дорожки и земляные подпорные конструкции, и это лишь некоторые из них. Для данного типа почвы некоторые свойства могут считаться более или менее желательными, чтобы они работали адекватно в конкретных обстоятельствах. В общем, предварительно выбранный грунт должен иметь достаточную прочность, быть относительно несжимаемым , чтобы будущая осадка не была значительной, быть устойчивым к изменению объема при изменении содержания воды или других факторов, быть прочным и безопасным от разрушения, а также обладать надлежащей проницаемостью . [3]
Когда участок подлежит засыпке или обратной засыпке, почва укладывается слоями, называемыми подъемниками. Способность первых слоев наполнителя правильно уплотняться будет зависеть от состояния покрываемого природного материала. Если неподходящий материал оставить на месте и засыпать, он может в течение длительного периода времени сжиматься под тяжестью земляной насыпи, вызывая образование трещин в насыпи или в любой конструкции, поддерживаемой насыпью. [4] Чтобы определить, выдержит ли естественная почва первые слои насыпи, можно проверить участок. Проверка заключается в использовании тяжелого строительного оборудования для его перекатывания по участку заливки и наблюдения за выявленными отклонениями. На эти области будет указывать развитие колейности , перекачивания или переплетения грунта. [5]
Чтобы обеспечить достаточное уплотнение грунта, в спецификациях проекта будет указана требуемая плотность грунта или степень уплотнения, которая должна быть достигнута. Эти спецификации обычно рекомендуются инженерами -геотехниками в отчете по инженерно-геологическим работам.
Тип почвы , то есть гранулометрический состав, форма почвенных зерен, удельный вес твердых веществ почвы, а также количество и тип присутствующих глинистых минералов, оказывает большое влияние на максимальный сухой вес единицы и оптимальное содержание влаги. [6] Это также оказывает большое влияние на то, как следует уплотнять материалы в конкретных ситуациях. Уплотнение осуществляется с помощью тяжелой техники. В песках и гравии оборудование обычно вибрирует, вызывая переориентацию частиц почвы в более плотную конфигурацию. В илах и глинах часто используют овчинный каток для создания небольших зон интенсивного сдвига , вытесняющего воздух из почвы.
Определение адекватного уплотнения осуществляется путем определения плотности грунта на месте и сравнения ее с максимальной плотностью, определенной в ходе лабораторных испытаний. Наиболее часто используемый лабораторный тест называется тестом на уплотнение Проктора , и существует два разных метода получения максимальной плотности. Это стандартные и модифицированные тесты Проктора; модифицированный Проктор используется чаще. Для небольших плотин стандартный Проктор по-прежнему может быть эталоном. [5]
Хотя почву под конструкциями и тротуарами необходимо уплотнять, после строительства важно разуплотнить участки, подлежащие благоустройству, чтобы могла расти растительность .
Существует несколько способов достижения уплотнения материала. Некоторые методы более подходят для уплотнения почвы, чем другие, тогда как некоторые методы подходят только для определенных почв или почв в определенных условиях. Некоторые из них больше подходят для уплотнения непочвенных материалов, таких как асфальт . Как правило, наиболее эффективны те, которые могут прикладывать значительные сдвиговые и сжимающие напряжения.
Доступные методы можно разделить на:
Строительные установки, доступные для уплотнения, чрезвычайно разнообразны и описаны в другом месте .
Уплотнители грунта используются для проведения методов испытаний, охватывающих лабораторные методы уплотнения, используемые для определения взаимосвязи между содержанием формовочной воды и удельным весом сухого грунта. Грунт, помещенный в качестве инженерной насыпи, уплотняется до плотного состояния для получения удовлетворительных инженерных свойств, таких как прочность на сдвиг, сжимаемость или проницаемость. Кроме того, грунты фундамента часто уплотняют для улучшения их инженерных свойств. Лабораторные испытания на уплотнение обеспечивают основу для определения процентного содержания воды при уплотнении и формовании, необходимого для достижения требуемых инженерных свойств, а также для контроля строительства, чтобы гарантировать достижение требуемого уплотнения и содержания воды. Такие методы испытаний, как EN 13286-2, EN 13286-47, ASTM D698, ASTM D1557, AASHTO T99, AASHTO T180, AASHTO T193, BS 1377:4, предусматривают процедуры испытаний на уплотнение грунта. [7]
