В геотехнической инженерии уплотнение почвы — это процесс, при котором приложенное к почве напряжение 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, то происходит консолидация , а не уплотнение. Обычно уплотнение является результатом сжатия почвы тяжелой техникой , но оно также может происходить из-за прохождения, например, ног животных.
В почвоведении и агрономии уплотнение почвы обычно представляет собой комбинацию как инженерного уплотнения, так и консолидации, поэтому может происходить из-за недостатка воды в почве, при этом приложенное напряжение представляет собой внутреннее всасывание из-за испарения воды [ 1] , а также из-за прохождения ног животных. Пораженные почвы становятся менее способными поглощать осадки , тем самым увеличивая сток и эрозию . Растения испытывают трудности в уплотненной почве, потому что минеральные зерна спрессованы, оставляя мало места для воздуха и воды, которые необходимы для роста корней . Роющие животные также считают ее враждебной средой, потому что более плотная почва более трудна для проникновения. Способность почвы восстанавливаться после этого типа уплотнения зависит от климата, минералогии и фауны. Почвы с высокой способностью к усадке-набуханию , такие как вертисоли , быстро восстанавливаются после уплотнения, где условия влажности изменчивы (засушливые периоды сжимают почву, заставляя ее трескаться). Однако глины, такие как каолинит , которые не растрескиваются при высыхании, не могут самостоятельно восстановиться после уплотнения, если в них не обитают наземные животные, например дождевые черви , — примером может служить серия почв Сесила .
Прежде чем грунты можно будет уплотнить в полевых условиях, необходимо провести некоторые лабораторные испытания для определения их инженерных свойств. Среди различных свойств, максимальная плотность в сухом состоянии и оптимальное содержание влаги являются жизненно важными и определяют требуемую плотность для уплотнения в полевых условиях. [2]
Уплотнение грунта является важной частью процесса строительства. Оно используется для поддержки структурных объектов, таких как фундаменты зданий, дороги, пешеходные дорожки и подпорные сооружения для земли, и это лишь некоторые из них. Для определенного типа грунта определенные свойства могут оказаться более или менее желательными для адекватной работы в конкретных обстоятельствах. В целом, предварительно выбранный грунт должен иметь достаточную прочность, быть относительно несжимаемым , чтобы будущая усадка не была значительной, быть устойчивым к изменению объема при изменении содержания воды или других факторов, быть долговечным и защищенным от износа, а также обладать надлежащей проницаемостью . [3]
Когда область должна быть заполнена или засыпана, почва укладывается слоями, называемыми подъемами. Способность первых слоев засыпки быть должным образом уплотненной будет зависеть от состояния покрываемого природного материала. Если неподходящий материал оставить на месте и засыпать, он может сжиматься в течение длительного периода под тяжестью земляной засыпки, вызывая трещины осадки в засыпке или в любой конструкции, поддерживаемой засыпкой. [4] Чтобы определить, выдержит ли естественная почва первые слои засыпки, область можно проверить прокаткой. Проверка прокаткой заключается в использовании тяжелого строительного оборудования для прокатки по месту засыпки и наблюдении за прогибами, которые будут выявлены. Эти области будут обозначены развитием колеи , откачки или плетения почвы. [5]
Для обеспечения адекватного уплотнения почвы в проектных спецификациях будет указана требуемая плотность почвы или степень уплотнения, которая должна быть достигнута. Эти спецификации обычно рекомендуются инженером -геотехником в отчете по геотехническому проектированию.
Тип почвы , то есть распределение размера зерен, форма зерен почвы, удельный вес твердых частиц почвы, а также количество и тип присутствующих глинистых минералов, оказывает большое влияние на максимальный сухой удельный вес и оптимальное содержание влаги. [6] Он также оказывает большое влияние на то, как материалы должны быть уплотнены в данных ситуациях. Уплотнение осуществляется с использованием тяжелого оборудования. В песках и гравии оборудование обычно вибрирует, чтобы вызвать переориентацию частиц почвы в более плотную конфигурацию. В иле и глинах часто используется каток с овечьими лапами , чтобы создать небольшие зоны интенсивного сдвига , который вытесняет воздух из почвы.
Определение адекватного уплотнения выполняется путем определения плотности грунта на месте и сравнения ее с максимальной плотностью, определенной лабораторным испытанием. Наиболее часто используемым лабораторным испытанием является испытание на уплотнение по Проктору , и существует два различных метода получения максимальной плотности. Это стандартные испытания по Проктору и модифицированные испытания по Проктору; модифицированный тест по Проктору используется чаще. Для небольших плотин стандартный тест по Проктору все еще может быть эталоном. [5]
В то время как почву под конструкциями и тротуарами необходимо уплотнять, после строительства важно разуплотнить участки, подлежащие благоустройству, чтобы обеспечить возможность роста растительности .
Существует несколько способов уплотнения материала. Некоторые из них больше подходят для уплотнения грунта, чем другие, в то время как некоторые методы подходят только для определенных грунтов или грунтов в определенных условиях. Некоторые из них больше подходят для уплотнения негрунтовых материалов, таких как асфальт . Как правило, наиболее эффективны те, которые могут прикладывать значительные сдвиговые и компрессионные напряжения.
Доступные методы можно классифицировать следующим образом:
Строительное оборудование, доступное для уплотнения, чрезвычайно разнообразно и описано в другом месте .
Грунтовые уплотнители используются для выполнения методов испытаний, которые охватывают лабораторные методы уплотнения, используемые для определения соотношения между содержанием формовочной воды и сухим удельным весом грунтов. Грунт, размещенный в качестве инженерной засыпки, уплотняется до плотного состояния для получения удовлетворительных инженерных свойств, таких как прочность на сдвиг, сжимаемость или проницаемость. Кроме того, грунты фундаментов часто уплотняются для улучшения их инженерных свойств. Лабораторные испытания на уплотнение обеспечивают основу для определения процента уплотнения и содержания формовочной воды, необходимых 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, предоставляют процедуры испытаний на уплотнение грунта. [7]
