Контроль плотности оснований насыпных грунтов

Степень уплотнения земляного сооружения оценивается величиной коэффициента уплотнения. Стандартный метод оценки степени уплотнения по ГОСТ 22733 предусматривает обязательный отбор образца грунта с помощью кольца‚ его взвешивание‚ определение влажности путем высушива-ния при 105 °С в термостате в течение 6–8 часов. Затем в лаборатории необходимо выполнить процедуру стандартного уплотнения предварительно высушенного и измельченного грунта с определением оптимальной влажности и максимальной плотности сухого грунта.

В итоге значения коэффициента уплотнения грунта и его влажность могут быть получены минимум через сутки. Поэтому для оперативного контроля степени уплотнения земляных сооружений широко применяются ускоренные методы динамического и статического зондирования грунта.

В методических указаниях рассмотрены методы динамического зондирования грунта с помощью динамического плотномера Д-51 и забивного зонда Л33, статического зондирования грунта с помощью статического плотномера ПСГ-1.

Динамическое зондирование − процесс погружения зонда в грунт под действием ударной нагрузки с измерением показателей сопротивления грунта внедрению зонда.

Статическое зондирование − процесс погружения зонда в грунт под действием статической вдавливающей нагрузки с измерением показателей сопротивления грунта внедрению зонда.

1.1. Сущность метода

Метод основан на определении сопротивления грунта погружению зонда с коническим наконечником под действием последовательно возрастающего количества ударов груза постоянной массы, свободно падающего с заданной высоты.

Определение степени уплотнения грунтов методом динамического зондирования следует производить с помощью динамического плотномера при глубине контроля до 30 см и забивного зонда при глубине контроля более 30 см от поверхности земляного сооружения.

Груз прибора массы 2,5 кг имеет возможность перемещаться относительно стержня и наносить удар по буртику при свободном падении с высоты H = 400 мм.

По числу ударов, необходимых для заглубления в грунт нижней части стержня, имеющего диаметр Ø 11,4 мм и длину Sz = 100 мм, оценивают прочность испытуемого грунта

Для решения задачи о вычислении напряжений в контакте плоского торца стержня с грунтом примем гипотезу о возникновении под плоским торцом стержня грунтового конусообразного тела, угол у которого при вершине конуса равен углу трения грунта по грунту. В этом случае коэффициент трения скольжения грунта по грунту равен тангенсу угла трения

Существующая классификация грунтов по категориям прочности, основанная на числе ударов динамического плотномера, может быть дополнена значениями напряжений в грунте на наклонных площадках грунтового конусообразного тела, возникающего под плоским торцем стержня, при этом нормальные напряжения в грунте на горизонтальных площадках равны удвоенным нормальным напряжениям на наклонных площадках. 

1.2. Область применения динамического плотномера Д-51

Динамический плотномер Д-51 предназначен для текущего контроля плотности песчаных и глинистых грунтов при оперативном контроле качества уплотнения земляного полотна без отбора проб грунта, а также при определении плотности грунтов земляных сооружений. Плотность грунта оценивается по величине удельного сопротивления грунта забивке конусного наконечника на глубину до 30 см от поверхностного слоя.

Плотномер неприменим для зондирования грунтов, содержащих более 25 % твердых частиц крупнее 2 мм, а также мерзлых и переув-лажненных грунтов.

1.3. Выполнение контроля плотности

1.3.1. Контроль плотности грунта

Испытания с помощью динамического плотномера производят в следующем порядке. Определяется разновидность грунта по ГОСТ 25100 на основании определения полного зернового и микроагре-гатного состава по ГОСТ 12536 для несвязных грунтов и число пластичности по ГОСТ 5180 для связных разновидностей грунтов.

В местах определения степени уплотнения грунта поверхность контролируемого слоя земляного сооружения зачищают и выравнивают на площадке размером 50×50 см. На выровненное место строго вертикально устанавливают прибор и последовательными ударами свободно падающего молота погружают стержень с наконечником на глубину 20 см, число ударов при этом не учитывается.

При оценке степени уплотнения глинистых грунтов параллельно определяют влажность грунта на глубине от 20 до 30 см по ГОСТ 5180 или с помощью влагомера ВИМС-2.

Коэффициент уплотнения грунта Kу устанавливается по графикам по осредненному значению количества ударов – для песка без определения влажности, для глинистых грунтов после определения относительной влажности грунта.

1.3.2. Контроль плотности связных грунтов методом двойного зондирования

При контроле уплотнения глинистых грунтов без проведения параллельного измерения влажности применяют метод двойного зондирования. В этом случае глинистый грунт испытывают в двух состояниях: исходном и после дополнительного уплотнения. Первое зондирование выполняют для исходного состояния уложенного грунта на глубину 30 см, фиксируя при этом число ударов, необходимое для погружения конуса на глубину от 20 до 30 см. После этого рядом с точкой зондирования в теле насыпи с помощью бура или пробоотборника устраивают скважину диаметром 10 см и глубиной 25 см. Затем на направляющую штангу вместо стержня с конусом навинчивают штамп диаметром 100 мм.

На дно скважины устанавливают штамп трамбовки и производят доуплотнение нижележащего грунта 40 ударами груза.

Вынутый из скважины грунт укладывают обратно слоями толщиной 5 см и уплотняют 40 ударами груза на каждый слой до тех пор, пока скважина не будет заполнена грунтом. После выравнивания грунта над скважиной штамп заменяют на стержень c конусом и производят зондирование грунта по оси скважины на глубину 30 см и фиксируют число ударов, необходимое для погружения конуса на глубину от 20 до 30 см.

По результатам двух зондирований вычисляют отношение n1/n2 и по графику устанавливают коэффициент уплотнения грунта.

1.4. Легкий забивной зонд Л 33

Легкий забивной зонд предназначен для определения механических свойств грунтов, а также позволяет обеспечить оперативный полевой контроль качества возведения грунтовых сооружений, экспресс-оценку свойств естественного основания, исследовать изменения свойств основания под действующими объектами в процессе их эксплуатации. Его преимуществом является возможность испытания 14 песчаных и других структурно-неустойчивых грунтов, отобрать монолиты из которых практически невозможно.

1.4.1. Необходимое оборудование

Легкий динамический зонд Л33, конус, лом, измерительная ли-нейка, отвес, уровень.

1.4.2. Выполнение

Динамическое зондирование следует выполнять последовательной забивкой зонда в грунт свободно падающим молотом (h-50 см) с фиксаци-ей числа ударов при погружении зонда на глубину 10 см при обеспечении необходимой точности измерения глубины зондирования (± 0,5 см).

Зондирование следует производить непрерывно до достижения заданной глубины или до резкого уменьшения величины скорости погружения зонда (менее 2−3 см за 10 ударов). Перерывы в забивке допускаются только для наращивания штанг. Зондирование следует выполнять, применяя постоянную частоту ударов (в среднем 1 удар за 2 с).

При глубине зондирования более 1 м следует применять теряемый ко-нический наконечник, который крепится к штанге с помощью шплинта из мягкой проволоки диаметром 2−3 мм.

Сборку, установку зонда и зондирование выполняют два студента. В выбранной точке зондирования на поверхности грунта намечается ломом лунка.

После присоединения к штанге теряющегося конуса зонд устанавливается в точке зондирования, вертикальность установки проверяется отвесом.

На поверхность грунта, рядом с зондом (10−20 см), устанавливается подставка с линейкой. Отсчеты снимаются по линейке и по одной из меток на штанге зонда, нанесенные с интервалом 10 см. В журнал испытаний записываются отметка устья скважины и заглубление конуса до начала зондирования. За нулевую отметку принимают поверхность грунта.

При зондировании зонд удерживается в вертикальном положении одним студентом, другой поднимает молот по направляющей на высоту 50 см и опускает в верхней точке, позволяя молоту свободно падать и наносить удар по станине.

При проведении работ первый студент фиксирует перемещение меток на штангах относительно линейки, второй считает удары.

При достижении величины погружения зонда, равном принятому залогу – 10 см, зондирование прекращается и данные записываются в журнал (коли-чество ударов за залог).

В случае интенсивного погружения зонда в слабых грунтах (менее 4-х ударов на 10 см) после первых пробных ударов высоту поднятия молота можно уменьшить в два раза, т.е. до 25 см, что должно быть зафиксировано в журнале и учтено при обработке результатов.

В процессе зондирования необходимо постоянно контролировать и корректировать вертикальность погружения набора штанг, для чего при нара-щивании очередной штанги на погружаемый зонд необходимо повернуть с 16

помощью штангового ключа всю колонку штанг вокруг своей оси по часовой стрелке. Затруднения при повороте, возникающие вследствие трения штанг о грунт, необходимо учитывать при обработке результатов.

При значительном сопротивлении повороту штанг, вызванных искривлением скважины, зонд надлежит извлечь из грунта и попытаться повторить заново, при необходимости выполнить рихтовку штанг.

При попадании под конус зонда природных или техногенных включений сначала можно сделать попытку преодолеть их сопротивление за счет увеличения энергии ударов, сбрасывая молот с приложением усилий на него. Если это не дает результата, то на малых глубинах делается попытка пробивки включения ломом, а на больших – разбуривание ручным буром. Во всех случаях после преодоления включения заново фиксируется глубина нахождения конуса зонда. В случае, если указанные меры не принесли результатов, выбирается новая точка зондирования.

При извлечении зонда штанги выбиваются вверх, при этом срезается фиксатор конуса. Конус теряется, и набор штанг легко извлекается из грунта.

После окончания испытаний, а также до выезда на площадку необходимо произвести проверку установки на прямолинейность и степень износа штанг.

Проверка выполняется путем сборки звеньев зонда в отрезки длиной не менее 3 м. При этом отклонение от прямой линии в любой плоскости не должно превышать 5 мм на 3 м по всей длине проверяемого отрезка зонда.

Уменьшение высоты конуса наконечника зонда при максимальном его износе не должно превышать 5 мм, а диаметр 0,3 мм.

Результаты зондирования, отношение количества ударов в залоге к глубине погружения конуса за залог фиксируются в журнале динамического зондирования.

По результатам испытаний определяют условное динамическое сопротивление грунта.

Результаты зондирования оформляют в виде непрерывного ступенчатого графика изменения по глубине значения условного динамического сопротивления грунтов с последующим осреднением графика и вычислением средневзвешенных показателей зондирования для каждого слоя земляного сооружения.

2.1. Сущность метода

В основе метода лежит сопротивление грунта при внедрении ко-нического наконечника под действием статической нагрузки.

Применяются различные приборы для измерения прочности грунтов. Принцип работы одного из таких приборов основан на измерении силы и глубины внедрения конуса в грунт.

Для статического зондирования грунтов применяют конус с углом образующей при вершине ϕ = 300 и диаметром основания d=36 мм.

Задачу о погружении конуса можно отнести к контактной задаче, в которой при внедрении конуса зависимость внешней силы от перемещения называется нелинейной вследствие увеличения площадки контакта по мере возрастания силы.

Плотномер допускается к применению на любых грунтах, содержащих не более 15 % твердых включений крупностью свыше 2 мм.

При использовании плотномера для текущего и приемочного контроля плотности грунта не менее 1/3 измерений из общего количества необходимо проводить стандартным весовым методом с отбора проб грунта кольцами.

2.3. Выполнение контроля плотности

2.3.1. Контроль уплотнения грунта

Испытания с помощью статического плотномера производят в следующем порядке. Определяется разновидность грунта по на основании определения полного зернового и микроагрегатного состава по для несвязных грунтов и число пластичности по для связных разновидностей грунтов.

В зависимости от установленного вида грунта при сборке плотномера используется конус (для несвязных грунтов) или усеченный конус (для связных грунтов) с ограничительной шайбой, установленной на него при завинчивании в рабочий стержень.

На месте измерения выбирается площадка размером не менее 20х20 см. Верхний переуплотненный или разрыхленный слой на глу-бину 3−5 см снимается, основание зачищают и выравнивают.

Фиксирующую кнопку, расположенную на тыльной части дина-мометра, сдвигают налево от «0». Рабочий стержень ставят верти-кально к измеряемой поверхности и, нажимая на рукоять динамомет-ра плавно с постоянной скоростью, погружают наконечник в грунт до упора ограничительной муфты (или шайбы – при усеченном конусе) в поверхность грунта. Время его заглубления на всю длину должно со-ставлять примерно 10−12 с. После чего плотномер извлекают из грунта, а показания на шкале динамометра записывают в журнал.

Пенетрацию повторяют на каждом месте 3−5 раз, при этом рас-стояние между точками измерения должно составлять не менее 12−15 см. За расчетную величину усилия принимают их среднеарифметическое значение. Показатели, отличающиеся от среднего более чем на 30 %, не учитываются.

Перед каждым последующим замером показание стрелки сбрасывается перемещением фиксирующей кнопки на «0».

По полученному значению силы пенетрации по графику соответствующего вида грунта определяется достигнутый коэффициент уплотнения для несвязных и слабосвязных разновидностей грунтов.

В последнем случае для установления коэффициента уплотнения необходимо определить влажность грунта по или с помощью влагомера ВИМС-2.

В случае, когда наконечник плотномера упирается при измерении в какое-либо препятствие, что хорошо чувствуется при нажиме на рукоять, пенетрометр извлекают из грунта и зондирование повторяют на новом месте.

Если наблюдается резкое расхождение между значениями коэффициента уплотнения Ку, полученными плотномером СПГ-1 и методом режущего кольца по, следует провести дополнительную тарировку прибора на данном виде грунта с составлением нового графика зависимости.

2.3.2. Тарировка зонда

Отбирается проба грунта массой 15−20 кг. Определяются вид грунта, оптимальная влажность и максимальная плотность методом стандартного уплотнения по.

Тарировку производят при оптимальной влажности грунта в формах диаметром 20 см и высотой 30 см по 3−4 точкам. Плотность достигается уплотнением грунта под прессом в три слоя до степеней 0,90, 0,95, 098 и 1,00 Ку. В каждом случае делается 4−5 проколов пенетрометром и вычисляется среднее значение Pq. По окончании рабо-ты строится график зависимости Ку от Pq. Полученный график при-меняется при контроле степени уплотнения данного вида грунта в сооружении.

3. ГРАДУИРОВКА ПРИБОРОВ

Для оценки степени уплотнения земляного сооружения по результатам измерений методами статического и динамического зондирования необходимо установить зависимости выходных характеристик приборов от характеристик уплотнения (ρd, Ку).

В качестве этих зависимостей используют: градуировочные графики для конкретного вида грунта, применяемого при устройстве земляного сооружения; обобщенные корреляционные зависимости, связывающие плотность сухого грунта или коэффициент уплотнения с выходными характеристиками приборов.

Градуировку приборов следует производить для каждой разно-видности грунта, применяемого при возведении земляного сооружения.

Отбор грунта следует производить перед началом или в процессе проведения работ. Масса средней пробы грунта, отбираемого для испытаний, должна составлять не менее 10 кг при градуировке пенетро-метра и не менее 65−70 кг при градуировке динамического плотномера и забивного зонда.

Перед градуировкой приборов необходимо определить оптимальную влажность и максимальную плотность грунтов методом стандартного уплотнения.

Подготовку образцов для градуировки или выбор участков следует производить исходя из условия однородности по плотности, влажности и составу грунта. Допускается использовать для градуировки образцы грунта с коэффициентом вариации средних значений: коэффициента уплотнения − не более 0,025; весовой влажности − не более 0,1 для песчаных грунтов и 0,05 − для пылевато-глинистых грунтов.

До начала испытаний грунты в воздушносухом состоянии измельчают (только связные грунты), тщательно перемешивают и готовят образцы для испытаний при трех-четырех различных значениях влажности.

Для изготовления образцов грунт насыпают в форму и послойно уплотняют минимально требуемым числом ударов по одному следу. В приборе стандартного уплотнения и в форме для градуировки пенетрометра грунт следует уплотнять в три слоя, в форме для градуировки динамического плотномера и забивного зонда − в восемь слоев. При уплотнении последнего (верхнего) слоя на форму сверху необходимо надевать насадку. После окончания уплотнения насадку снимают и выступающий грунт осторожно срезают ножом по верхней кромке формы.

При уплотнении грунтов в форме диаметром 30 см после каждого удара трамбовки меняют ее местоположение по слою в шахматном порядке. При этом для выполнения «одного удара по одному следу» необходимо сделать 4 удара трамбовкой.

Для определения плотности сухого грунта форму с грунтом взвешивают и с нижней и верхней частей образца отбирают пробы грунта на влажность. Плотность сухого грунта определяют по ГОСТ 5180.

3.1. Градуировка динамического плотномера Д-51 и забивного зонда Л 33 в лабораторных условиях

Динамический плотномер устанавливают строго вертикально на зачищенную поверхность грунта в центре формы. Конический наконечник плотномера забивают в грунт и фиксируют количество ударов, необходимых для погружения наконечника на участке зондирования от 20 до 30 см.

3.2. Градуировка динамического плотномера и забивного зонда в полевых условиях

Градуировку приборов необходимо совмещать с пробным (опытным) уплотнением грунтов, выполняемым для уточнения тол-щины уплотняемого слоя, количества проходов уплотняющих средств по одному следу и оптимальной влажности грунта.

Градуировку приборов следует производить для каждого вида грунта, используемого при влажности строительства земляного сооружения. Перед градуировкой надлежит определить оптимальную и максимальную плотности грунтов методом стандартного уплотнения.

Пробное уплотнение грунта производят по методике, приведенной в Руководстве.

Отбор проб уплотненного грунта следует осуществить в зоне однородного уплотнения в соответствии с диаграммой проходов уплотняющей машины по ширине опытной площадки из средней части уплотняемого слоя. Рядом с этими точками проводят испытания градуируемых приборов.

Отбор проб и испытание приборами производят перед началом работы основной уплотняющей машины, а затем через каждые 4 прохода по одному следу.

По результатам проведенных испытаний строят зависимости плотности сухого грунта или коэффициента уплотнения грунта от выходных характеристик градуируемых приборов и влажности. Характер этих зависимостей аналогичен зависимостям, получаемым при градуировке в лабораторных условиях.

3.3. Методика построения градуировочных графиков

Для песчаных грунтов, содержащих менее 3−5 % глинистых частиц, влажность в пределах значений, указанных в таблице, практически не влияет на характер зависимости плотности сухого грунта или коэффициента уплотнения Ку от выходных характеристик П приборов, с помощью которых производят контроль качества уплотнения земляного сооружения. При большем содержании глинистых частиц влияние влажности на характер зависимости будет значительнее. В этом случае на графике можно провести несколько осредняющих прямых (или кривых) для каждого значения влажности. Градуировочные графики для таких грунтов строят так же, как и для глинистых грунтов.

Для глинистых грунтов градуировочные графики строят в виде зависимости. На горизонтальной оси откладывают значения плотности ρd, на вертикальной − соответствующие значения выходных характеристик при данном значении влажности W. Для каждого значения влажности получают отдельную кривую.

Контроль качества работ при уплотнении грунта

При проведении земельных работ особенное внимание уделяется плотности грунта. Он должен выдерживать повышенные нагрузки, только тогда сооружение сможет прослужить в течение многих лет, и не возникнет проблем в процессе его эксплуатации.

Но не всегда эти работы проводятся качественно, а данный факт может негативно повлиять на дальнейшее использование объектов. Строительная лаборатория готова определить основные параметры, провести изучение почвы и предоставить достоверные результаты.

Если вам потребовались профессиональные услуги, то следует обратиться в «Центр независимых строительных экспертиз». Компания выполнит требующиеся исследования, предложит свою помощь всем заинтересованным клиентам. Лабораторные испытания проводятся в максимально короткие сроки и при привлечении профессионалов.

Способы уплотнения

Для уплотнения грунта может использоваться несколько методов, в зависимости от его основных свойств. Наиболее распространенные способы:

• Вибрирование.
• Трамбование.
• Укатка.

Вибрирование подходит только для песчаных почв, которые имеют минимальное сцепление между частицами. Используется специальная машина с виброплитой, рабочие выполняют несколько проходов по поверхности. Повышается плотность основания, оно может полноценно использоваться для дальнейшего строительства.

Трамбование применяется для пластичных почв со связанной структурой. Тяжелые плиты сбрасываются на участок с высоты 1-2 метров, за счет этого достигается уплотнение. Существуют специальные машины для проведения работ, они оснащены несколькими плитами для трамбования земли.

Укатка – достаточно популярный и распространенный способ, он позволяет обеспечить быструю и качественную обработку больших площадей. Для уплотнения используются катки различного типа, они выполняют от 4 до 12 проходов по участку. С помощью этого метода можно создать надежное основание для сооружения объекта, исключить дальнейшие проблемы.

Достигнуть требующихся параметров можно путем постепенной укладки грунта и его разравнивания специализированной техникой. Рабочие чередуют слои, проводят их дополнительную подготовку, за счет этого достигаются необходимые характеристики.

Технология выполнения всегда разрабатывается с учетом типа грунта, его особенностей, связующей способности и плотности. Важно подобрать оптимальное время для проведения работ, недопустимо осуществлять их в дождь.

Как проверить качество

Строительная лаборатория может использовать несколько способов для оценки качества выполненных работ, среди них:

• Отбор проб при помощи режущих колец.
• Радиоизотопные методы.
• Статическое и динамическое зондирование.
• Вдавливание штампа в поверхность.
• Выполнение лунок.
• Парафирование.

На лабораторные испытания отправляется сразу несколько образцов из разных участков, такой способ позволит получить максимально точную информацию и оценить параметры плотности. Приемлемое качество можно определить в том случае, если отклонения найдены не более чем в 10 процентах проб, а все остальные полностью соответствуют стандартам.

Подходящий вариант оценки подбирается индивидуально. Эксперты учитывают тип почвы, особенности будущего объекта и другие параметры. Поэтому всегда обращайтесь за помощью только к профессионалам, они смогут выполнить весь комплекс испытаний и предоставить точные данные.

Основные способы

Особенной популярностью пользуется метод режущих колец, он зарекомендовал себя с лучшей стороны, позволяет получить наиболее точные данные. При помощи специального устройства происходит отбор проб из участка. Специалисты собирают материалы в шахматном порядке, а расстояние между точками должно составлять не менее 20 метров.

Все образцы отправляются в лабораторию на исследование, сотрудники проводят измерение их массы, объема, влажности путем высушивания. Эти параметры позволяют выявить плотность и количество влаги, оценить качество выполнения подготовительных работ.

Радиоизотопный способ набирает популярность среди профессионалов, он требует намного меньше времени для получения результатов. Специалисты изучают распространение гамма-излучения и процент его поглощения, а эти показатели позволяют оценить плотность почвы.

Другие варианты оценки

Нередко специалисты применяют статические и динамическое зондирование. Оно выполняется под постоянными или переменными нагрузками, зонд постепенно входит в почву. По скорости его продвижения и прилагаемой силе можно установить плотность верхних слоев.

Парафирование используется достаточно редко, обычно его применяют для мерзлых грунтов. В некоторых случаях этот способ показывает высокую эффективность и позволяет оценить основные характеристики при низких температурах. С этой же целью используется метод лунок, он применяется и для гравийных смесей.

Вдавливание штампа помогает выявить только прочность верхних или глубинных слоев. Как вы поняли, каждый вариант имеет определенные преимущества и недостатки, поэтому профессионалы должны тщательно подходить к выбору подходящего варианта.

Современная строительная лаборатория располагает требующимся оборудованием для использования всех возможных методик обследования. За счет этого повышается точность предоставляемых результатов, а вы сможете получить объективную информацию о характеристиках основания.

Почему так важно выполнить проверку?

От качества подготовки основания напрямую зависит дальнейшая эксплуатация здания. Проводимые работы должны подвергаться тщательному контролю со стороны заказчика и исполнителя, только тогда можно исключить возникновение нарушений.

Но фирмы не имеют собственных специалистов и оснащения для проверки степени уплотнения. Многие недооценивают важность этого этапа, именно от него зависит срок службы объекта. Рыхлый грунт усаживается под сильными нагрузками, в результате сооружение медленно погружается в землю. Происходит постепенная деформация конструкций и их разрушение, а устранить дефекты бывает крайне проблематично.

Единственный способ решения этой проблемы― пригласить экспертную организацию на объект. Специалисты отберут пробы, проведут лабораторные испытания, предоставят вам результаты. При отсутствии отклонений вы сможете полноценно использовать основание для строительства. Если будет выявленная недостаточная плотность грунта, то потребуется выполнить еще несколько проходов специализированными машинами.

Проведение испытаний

«Центр независимых строительных экспертиз» готов провести испытания и определить характеристики грунтовых оснований. Наша компания ответственно подходит к каждому обращению, тщательно подготавливается к выполнению всего спектра работ, справляется с любыми задачами.

Сотрудники оперативно прибудут на объект, отберут материалы и определят требующиеся параметры. По окончании обследования эксперты подготовят заключение, укажут выявленные показатели, соответствие нормативам и итоговое решение. Обратившись к профессионалам, вы сможете доверить проведение всех испытаний экспертам, они возьмут на себя обязанности по контролю.

Уплотнение

Уплотнение

• Цели и процессы уплотнения
• Лабораторные испытания на уплотнение
• Спецификация и контроль качества
• Значение условия влажности

Уплотнение – это процесс, который приводит к увеличению объема почвы. плотность или удельный вес , сопровождающийся уменьшением объема воздуха. Обычно содержание воды не изменяется. Степень уплотнения измеряется массой сухой единицы и зависит от содержания воды и усилия уплотнения (вес молотка, количество ударов, вес катка, количество проходов). При заданном усилии уплотнения максимальный сухой удельный вес приходится на оптимальное содержание воды .

уплотнение

Цели и процессы уплотнения

• Уплотнение как процесс строительства
• Цели уплотнения
• Факторы, влияющие на уплотнение
• Типы установок уплотнения

Уплотнение – это процесс увеличения плотности почвы и удаления воздуха, обычно механическими средствами.
Размер отдельных частиц почвы не меняется, вода не удаляется.

Целенаправленное уплотнение предназначено для повышения прочности и жесткости
земля. Может произойти последующее (или случайное) уплотнение и, следовательно, оседание.
из-за вибрации (свай, движения и т. д.) или собственного веса насыпного заполнителя.

Цели уплотнения
и обрабатывает

Уплотнение как процесс строительства

Уплотнение применяется при строительстве оснований дорог, взлетно-посадочных полос, земляных дамб,
насыпи и армированные земляные стены. В некоторых случаях для подготовки уровня можно использовать уплотнение.
поверхность для строительства.

Грунт укладывается слоями, обычно толщиной от 75 мм до 450 мм. Каждый слой уплотняется до
указанному стандарту с использованием катков, вибраторов или трамбовок.

См. также Типы уплотнительных установок и
Спецификация и контроль качества

Цели уплотнения
и обрабатывает

Цели уплотнения

Уплотнение может применяться для улучшения свойств
существующей почве или в процессе размещения насыпи. Основные цели заключаются в следующем:

• повысить прочность на сдвиг и, следовательно, подшипник
  емкость
• повысить жесткость и, следовательно, уменьшить
  урегулирование
• уменьшают пористость и, следовательно, проницаемость, тем самым уменьшая потенциальное морозное пучение

Цели уплотнения
и обрабатывает

Факторы, влияющие на уплотнение

На степень уплотнения, которая может быть достигнута, влияет ряд факторов:

• Природа и тип почвы, т. е. песок или глина, сортность, пластичность
• Содержание воды во время уплотнения
• Местные условия, напр. погода, тип местности, толщина слоя
• Усилие уплотнения: тип установки (вес, вибрация,
  количество проходов)

Цели уплотнения
и обрабатывает

Типы уплотнительных установок

• Каток с гладкими колесами
• Сетчатый ролик
• Каток с овчиной
• Каток с пневматическими шинами
• Виброплита
• Силовая трамбовка

Строительный транспорт, особенно гусеничный
транспортных средств, также используется.

В Великобритании.
дополнительную информацию можно получить в Департаменте транспорта и справочниках по
методы строительства гражданских объектов.

Типы уплотнительных установок

Каток с гладкими колесами

• Самоходные или буксируемые стальные катки грузоподъемностью от 2 до 20 тонн
• Подходит для: хорошо отсортированных песков и гравия
  алевритов и глин с низкой пластичностью
• Не подходит для: однородных песков; илистые пески; мягкие глины

Типы установок уплотнения

Сетчатый ролик

• Буксируемые агрегаты с рулонами прутков диаметром 30–50 мм с промежутками между ними 90–100 мм
• Диапазон масс от 5 до 12 тонн
• Подходит для: хорошо просеянных песков; мягкие породы; каменистые почвы с мелкими фракциями
• Не подходит для: однородных песков; илистые пески; очень мягкие глины

Типы уплотнительных установок

Ролик для овечьей лапки

• Также известен как «подбивочный валик»
• Самоходные или буксируемые установки с полым барабаном, оснащенным выступающими булавовидными опорами
• Масса от 5 до 8 тонн
• Подходит для: мелкозернистых почв; песок и гравий с содержанием мелких частиц >20%.
• Не подходит для: очень грубых почв; однородный гравий

Типы уплотнительных установок

Каток с пневматическими шинами

• Обычно двухосный контейнер с колесами на резиновых шинах.
• Колеса выровнены так, чтобы получилась катящаяся гусеница по всей ширине.
• Постоянные грузы добавляются для получения массы 12-40 тонн.
• Подходит для: большинства грубых и мелких почв.
• Не подходит для: очень мягкой глины; очень изменчивый
  почвы.

Типы уплотнительных установок

Виброплита

• Ассортимент от машин с ручным управлением до более крупных комбинаций катков
• Подходит для: большинства почв с содержанием мелких частиц от низкого до среднего
• Не подходит для: больших объемов работ; мокрый глинистый
  почвы

Типы уплотнительных установок

Силовая трамбовка

• Также называется «трамбовка траншей».
• Ручной пневматический трамбовщик
• Подходит для: обратной засыпки траншей; работа в закрытых помещениях
• Не подходит для: больших объемов работ

Уплотнение

Лабораторные испытания на уплотнение

• Соотношение сухой плотности и содержания воды
• Плотность в сухом состоянии и содержание воздушных пор
• Эффект повышенного усилия уплотнения
• Влияние типа почвы
• Интерпретация лабораторных данных

Изменение степени уплотнения в зависимости от содержания воды и усилия уплотнения впервые установлено в лаборатории.
Затем указываются целевые значения для сухой плотности и/или содержания воздушных пустот, которые должны быть достигнуты на месте.

Лабораторные испытания на уплотнение

Зависимость сухой плотности от содержания воды

• Пояснение формы кривой
• Выражения для расчета плотности

Целью испытания является установление максимального сухого
плотность, которая может быть достигнута для данного грунта при стандартном количестве
уплотняющее усилие. При уплотнении серии образцов грунта с разной
содержание воды на графике обычно показывает отчетливый пик.

• Максимальная плотность в сухом состоянии достигается при оптимальном содержании воды
• Кривая построена с осями плотности в сухом состоянии и содержания воды, контрольными значениями являются значения, считанные из:
  
  r _d (макс.) = максимальная плотность в сухом состоянии
  
     w _опция =
  оптимальное содержание воды
• Для разных
  уплотняющие усилия

Сухая плотность / содержание воды
отношение

Объяснение формы кривой

Для глин
Недавно выкопанные и обычно насыщенные куски глинистой почвы
имеют относительно высокую прочность на сдвиг в недренированном состоянии при низком содержании воды и плохо поддаются уплотнению. Как
увеличивается содержание воды, комки ослабевают и размягчаются и, возможно, легче уплотняются.

Для грубых почв

материал ненасыщен и получает прочность за счет всасывания поровой воды, которая собирает
на контактах с зерном. С увеличением содержания воды подсосы и, следовательно, эффективные напряжения уменьшаются. Почва ослабевает,
и поэтому легче уплотняется.

Для обоих
При относительно
высокое содержание воды, уплотненная почва почти насыщена (почти все
воздуха было удалено) и, таким образом, уплотняющее усилие в действительности оказывает недренированную нагрузку
и поэтому объем пустоты не уменьшается; по мере увеличения содержания воды уплотненная плотность
достигнутое, уменьшится, а содержание воздуха останется почти постоянным.

Сухая плотность / содержание воды
отношение

Выражения для расчета плотности

Уплотненный образец взвешивают для определения его массы:
М

(граммы)

Объем формы:
В (мл)

Подвыборки берутся в
определить содержание воды: Вт

Расчеты:

Рабочий пример

Взвешивание образца уплотненного грунта дало следующие результаты:

Масса = 1821 г Объем = 950 мл Содержание воды = 9,2%

Определите объемную и сухую плотность.

Насыпная плотность r = 1821 / 950 = 1,917 г/мл или

мг/м

Плотность в сухом состоянии r _d = 1,917 / (1+0,092)
= 1,754 мг/м

Лабораторные испытания на уплотнение

Плотность в сухом состоянии и содержание воздушных пор

Полностью насыщенная почва не содержит воздуха. На практике даже довольно влажная почва будет иметь небольшое содержание воздуха.

Максимальная сухая плотность контролируется как содержанием воды, так и содержанием воздушных пустот. Кривые для различного содержания воздушных пустот можно добавить к графику r _d / w, используя это выражение:

Содержание воздушных пор, соответствующее максимальной плотности в сухом состоянии и оптимальному содержанию воды, можно определить по r 9.0273 d /w график или вычисляется из выражения (см. рабочий пример).

Рабочий пример

Определите сухую плотность образца уплотненного грунта при содержании воды 12%,
с содержанием воздушных пустот 0, 5% и 10%. (G _с = 2,68).

Лабораторные испытания на уплотнение

Эффект повышенного усилия уплотнения

Усилие уплотнения будет больше при использовании на месте более тяжелого катка.
или более тяжелая трамбовка в лаборатории. С большим уплотняющим усилием:

• увеличивается максимальная плотность в сухом состоянии
• оптимальное содержание воды снижается
• содержание воздушных полостей практически не меняется.

Лабораторные испытания на уплотнение

Влияние типа почвы

• Хорошо просеянные зернистые грунты можно уплотнять до более высокой плотности, чем
  однородные или пылеватые почвы.
• Глины с высокой пластичностью могут иметь содержание воды более 30% и достигать
  такие же плотности (и, следовательно, прочности), что и более низкая пластичность с
  содержание воды ниже 20%.
• По мере увеличения % мелкозернистости и пластичности грунта уплотнение
  кривая становится более плоской и, следовательно, менее чувствительной к влаге.
  В равной степени максимальная плотность в сухом состоянии будет относительно низкой.

Лабораторные испытания на уплотнение

Интерпретация лабораторных данных

• Пример данных, собранных во время теста
• Расчетные плотности и график r _d / ш кривая
• Кривые воздушных пустот

В ходе теста собираются данные:

1. Объем формы (V)
2. Масса формы (M _или )
3. Удельный вес зерна почвы (G _s )
4. Масса плесени + уплотненного грунта — за каждый образец (М)
5. Содержание воды в каждом образце (w)

Сначала рассчитываются плотности (r _d ) для образцов с
различные значения содержания воды,
тогда r _d / w кривая
построены вместе с кривыми воздушных пустот.

Максимальная плотность в сухом состоянии и оптимальное содержание воды считываются с графика.

Содержание воздуха при оптимальном содержании воды либо считывается, либо
вычислено.

Интерпретация лаборатории
данные

Пример данных, собранных во время теста

При типичном испытании на уплотнение могут быть собраны следующие данные:

Масса формы, М _или = 1082 г

Объем формы, V = 950 мл

Удельный вес зерен почвы, Г _с = 2,70

Метод определения содержания воды см. в описании и классификации почв

Интерпретация лабораторных данных

Расчетные плотности и кривая плотности

Используемые выражения:

Насыпная плотность, г (мг/м)	1,84	2,00	2. 10	2.12	2,09	2,05
Содержание воды, w	0,084	0,106	0,129	0,144	0,166	0,186
Плотность в сухом состоянии, г d (мг/м)	1,70	1,81	1,86	1,851	1,79	1,73

Интерпретация лаборатории
данные

Кривые воздушных пустот

Используемое выражение:

Оптимальное содержание воздушных пустот – это значение, соответствующее максимальной сухой плотности (1,86 мг/м) и оптимальному содержанию воды (12,9%).

уплотнение

Спецификация и контроль качества

• Характеристики конечного результата
• Спецификации метода

Достижимая степень уплотнения на месте зависит в основном от:

Оптимизация уплотнения почвы и другие стратегии

По-видимому, существует конфликт между техническими требованиями по уплотнению почвы до высокой плотности для улучшения ее инженерных свойств, таких как повышенная прочность и снижение сжимаемости, и агротехническими потребностями поддерживать почву в относительно рыхлом состоянии для улучшить его способность поддерживать растительность. Этот конфликт или противоречие, будучи реальным, был неправильно понят и преувеличен. Цели уплотнения с инженерной точки зрения часто затемняются таким образом, что это затрудняет достижение потребностей роста растений. Кроме того, растительность может успешно выращиваться в уплотненной почве в условиях, далеких от идеальных, при соблюдении определенных ограничений и мер предосторожности.

Цель этой статьи — представить информацию, которая может помочь инженерам и другим специалистам в принятии решений относительно уплотнения почвы, чтобы сбалансировать потребности роста растений с инженерными требованиями. Этот баланс необходим для успешной установки и внедрения биоинженерных стабилизационных обработок растительности и почвы. Можно использовать несколько подходов, которые позволяют уплотнить почву до относительно высокой плотности, сохраняя при этом растительный покров. Кроме того, можно использовать ряд других стратегий, позволяющих сосуществовать как инженерным, так и растениеводческим потребностям.

Цель уплотнения

Уплотнение можно определить как процесс уплотнения за счет удаления воздушных пустот, когда к грунту прикладывается внешнее напряжение. Целью уплотнения с инженерной точки зрения является , а не увеличение плотности почвы. Увеличение плотности почвы является результатом или следствием уплотнения, но не целью. Плотность используется в качестве цели в инженерных спецификациях по уплотнению грунта, но также и содержание формовочной воды, тип уплотнения, добавки и усилие уплотнения. Целью уплотнения является изменение инженерных свойств грунта в желаемом направлении. Соответствующие технические или физические свойства включают прочность, сжимаемость, объемную стабильность (потенциал усадки-набухания), гидравлическую проводимость и эрозионную способность. В целом эти свойства изменяются в благоприятную сторону с увеличением плотности почвы. Однако есть важные исключения: (1) набухание (пучение) в глинистых грунтах имеет тенденцию увеличиваться при более высокой плотности, и (2) прочность может значительно снижаться в уплотненных влажных глинистых грунтах от оптимальной до высокой плотности (явление, называемое «переуплотнением»). »).

Влияние уплотнения почвы на ее прочность, сжимаемость, гидравлическую проводимость и стабильность объема было тщательно исследовано (Lambe and Whitman 1969; Seed and Chan 1959). Кроме того, широкое распространение получил ряд стандартизированных процедур испытаний и методов определения степени уплотнения. Р. Р. Проктор в 1930-х годах разработал один из первых и до сих пор наиболее широко используемых тестов — Стандартный тест на уплотнение. Процедура включает уплотнение почвы в стандартизированной форме с помощью молотка весом 5,5 фунтов, который 25 раз бросают с высоты 12 дюймов. Совсем недавно было разработано так называемое модифицированное испытание на уплотнение, в котором используется более высокая удельная подводимая энергия (примерно в четыре раза больше, чем при стандартном испытании на уплотнение) для более точного моделирования усилия уплотнения, которое может быть достигнуто с помощью современных уплотняющих установок. Плотность, которая может быть достигнута при использовании этой фиксированной энергии уплотнения, зависит как от текстурного состава почвы, так и от ее влажности во время испытания. На рис. 1 показана типичная кривая уплотнения или соотношение плотности влаги. Плотность обычно выражается в единицах сухой массы, сухой массы твердых веществ на единицу объема. Плотность в сухом состоянии связана с удельным весом или плотностью во влажном состоянии следующим уравнением:

Более высокая плотность достигается, когда частицы почвы упаковываются ближе друг к другу. Максимальная плотность достигается при так называемом оптимальном содержании воды, которое зависит от типа почвы и усилия уплотнения. В оптимальном случае смазывающий эффект воды смеси позволяет частицам грунта легче переориентироваться во время процедуры уплотнения, что приводит к более плотной упаковке и более высокой плотности. При еще более высоком содержании влаги эффект смазки компенсируется разбавлением, и плотность в сухом состоянии снижается. Для любого заданного текстурного состава почвы и усилий по уплотнению существует максимальная плотность в сухом состоянии, которая может быть достигнута при оптимальном уровне влажности, как схематически показано на рисунке 1.9.0046

Фактические кривые уплотнения для различных типов грунтов с использованием стандартного теста AASHTO (проктора) показаны на рис. 2. Классификация/состав этих грунтов описана в табл. 1. Как правило, уплотненные гранулированные грунты имеют плотность в сухом состоянии в диапазоне от от 115 до 135 фунтов/фут ³ по сравнению с глинистыми и илистыми почвами, которые колеблются от 85 до 115 фунтов/фут ³ Соответствующее оптимальное содержание влаги составляет порядка 10-12% для зернистых почв и 15 от % до 20% для илистых и глинистых грунтов, уплотненных стандартным тестом Проктора, как показано на рисунке 2.

Максимальная плотность представляет собой не грунт, в котором не осталось пустого пространства, а грунт, в котором достигается максимально плотное уплотнение для данных условий уплотнения. Точка 100% насыщения называется «линия насыщения» или кривая «нулевых воздушных пустот» (рис. 1). Это условие не может быть достигнуто, если почва не будет полностью насыщена с самого начала, и редко, если вообще достигается, при обычных операциях уплотнения.

Как правило, в инженерной практике земляные насыпи, являющиеся частью планировки площадки и не связанные с несущей способностью, должны быть уплотнены до 90% от стандартной максимальной плотности по Проктору в сухом состоянии. Несущие грунты и другие специализированные наполнители требуют более высоких уровней уплотнения, включая уплотнения, которые превышают значения, полученные по стандартному тесту Проктора. Типичные требования к уплотнению (сухая плотность) для различных инженерных применений приведены в таблице 2.

Технические свойства уплотненного грунта

Ключевые переменные, влияющие на инженерные свойства грунта во время уплотнения, включают следующее:

• Плотность (обычно выражается в единицах «сухого» веса)
• Содержание воды (содержание воды для литья или смеси во время уплотнения)
• Уплотняющее усилие (затраты энергии на единицу объема почвы)
• Тип уплотнения (статическое, динамическое или перемешивание)
• Добавки (цемент, известь и т. д.)

Степень насыщения или содержание воды в глинистой почве во время уплотнения, возможно, является самой важной переменной, которая определяет инженерные свойства уплотненного материала (Lambe 1958). Влияние формовочной влажности и уплотняющего усилия на гидравлическую проводимость уплотненного илисто-глинистого грунта показано в табл. содержание выше оптимального (влажный от оптимального) обычно имеет относительно низкую гидравлическую проводимость. Более высокое содержание формовочной воды также значительно снижает гидравлическую проводимость на влажной стороне оптимума, даже компенсируя эффект снижения плотности в сухом состоянии (или более высокого коэффициента пустотности).

Результаты, представленные в Таблице 3, показывают, что грунт, уплотненный до одинаковой степени уплотнения на влажной стороне оптимума с использованием одного и того же метода уплотнения, но при различном формовании содержании воды, может иметь совершенно разные физические свойства. Это происходит из-за того, что грунт, уплотненный влажным по сравнению с оптимальным сухим (см. Рисунок 1), обычно имеет различную текстуру или внутреннюю структуру пор и распределение пор по размерам. Почвы, уплотненные на сухой стороне оптимального содержания воды, как правило, имеют более открытую структуру и большее распределение более крупных пор. Соответственно, уплотнение на сухой стороне может привести к гидравлической проводимости на несколько порядков выше, чем уплотнение на мокрой стороне, даже если грунт уплотнен до той же плотности или степени уплотнения (см. Таблицу 3). Этот факт следует всегда иметь в виду при оценке оптимальных условий уплотнения для удовлетворения потребностей роста растений в сравнении с техническими требованиями.

Влияние уплотнения почвы на рост растений

Уплотнение почвы может влиять на рост растений различными способами, как положительными, так и отрицательными. Агрономы обычно рекомендуют минимальное уплотнение почвы, чтобы не препятствовать росту и развитию сельскохозяйственных культур и местных растений. В почве должно оставаться достаточно взаимосвязанных пустот, чтобы обеспечить хранение и прохождение воздуха и воды в почве. Некоторая степень уплотнения необходима после посадки или вставки черенков, чтобы закрыть большие пустоты и обеспечить достаточную плотность почвы для надлежащего роста растений. Слишком большое пустое пространство может привести к плохому контакту и высыханию семени или вырезанию его из окружающей почвы.

Последствия уплотнения были тщательно изучены агрономами, которые обеспокоены снижением продуктивности почвы, связанным с современным сельским хозяйством, методами ведения лесного хозяйства и проездом оборудования, которое со временем имеет тенденцию к уплотнению почвы. Голдсмит и др. (2001) дают хороший обзор этих воздействий как на обычные насаждения, так и на установки биоинженерии почвы. В целом результаты показывают, что высокие плотности, заданные инженерами для механической прочности, имеют тенденцию либо уменьшать, либо эффективно останавливать развитие корней. В зависимости от вида растений и почвенных условий Goldsmith et al. приводят доказательства ограничений роста, которые включают (1) ограничение роста корней, (2) резкое сокращение длины всех корней или главного корня и (3) отсутствие проникновения корней в уплотненные почвы. Эти авторы приходят к выводу, что предельная или «пороговая» объемная плотность, по-видимому, существует для каждого типа почвы или гранулометрического состава, выше которой рост растений резко ограничивается. Они также предполагают, что эти предельные плотности могут использоваться в качестве инструмента прогнозирования или управления.

Объемная плотность, ограничивающая рост растений

Несколько исследований подтверждают концепцию ограничивающей рост объемной плотности (GLBD) для данного гранулометрического состава или типа почвы. Daddow and Warrington (1983) рассчитали GLBD для 80 различных структур почвы, используя уравнение регрессии. Затем они нанесли GLBD на текстурный треугольник Министерства сельского хозяйства США (USDA), чтобы найти линии изоплотности, ограничивающие рост, как показано на рисунке 3.

Другие исследователи пытались связать объемную плотность с такими факторами, как проникновение корней, прочность почвы и уплотнение (таблица 4). Как отмечалось ранее, несвязанные грунты с хорошей градацией имеют тенденцию достигать более высокой максимальной плотности в сухом состоянии, чем связные грунты. Кроме того, несвязные грунты имеют более высокую критическую сухую плотность, чем связные грунты. Коппин и Ричардс (1990) согласны с тем, что критическая плотность в сухом состоянии зависит от механического состава почвы, и предлагают значения около 87 фунтов/фут для глинистых почв и 106 фунтов/фут для песчаных почв. Эти пороговые значения находятся в пределах интервалов, представленных в таблице 4.

Глины содержат больше пор, чем песчаные почвы, но имеют гораздо меньший средний размер пор. Распределение пор по размерам определяет пропускание воды, а не общую пористость. Песчаные почвы имеют крупные поры, а глинистые — мелкие, которые медленно пропускают воду. Однако почвы с мелкими порами более эффективно удерживают и удерживают влагу. Оптимальные условия возникают, когда имеется достаточно больших пор для легкого прохождения воды, но также и достаточно мелких пор для удержания и хранения воды. Поэтому растения лучше себя чувствуют на хорошо уплотненных однородных песчаных почвах с относительно низкой пористостью (высокой относительной плотностью) или на хорошо отсортированных песках, где присутствует достаточное количество мелких частиц (илов и глин), обеспечивающих удержание влаги. Обратное верно для глин. Высокопористые (низкая относительная плотность) глинистые почвы обеспечивают лучшую инфильтрацию и передачу воды растениям, чем сильно уплотненные (высокая относительная плотность) глинистые почвы, и в то же время обеспечивают хорошее удержание и хранение влаги. Крайне важно еще раз подчеркнуть важность уплотнения для структуры почвы и распределения пор по размерам в глинистых почвах. Помните, что уплотнение на влажной стороне оптимума может снизить гидравлическую проводимость (и водопроницаемость) глинистого грунта на несколько порядков, даже если грунт уплотнен до той же сухой плотности или относительной степени уплотнения.

В целом данные литературы свидетельствуют о том, что уплотнение от 80% до 85% от максимальной плотности в сухом состоянии по Стандарту Проктора обеспечивает многие стабилизирующие преимущества уплотнения почвы, не ставя под угрозу жизнеспособность развития и роста растительности. GLBD или критическая насыпная плотность в сухом состоянии могут быть легко сравнены со стандартной максимальной плотностью в сухом состоянии по Проктору. Критическая сухая плотность для каждого типа почвы, представленного в таблице 1 и на рисунке 2, может быть определена путем построения графика почв на рисунке 3. Степень уплотнения, пригодная для роста корней, рассчитывается путем деления критической сухой плотности на максимальную сухую плотность для каждого тип почвы. Коэффициенты уплотнения, рассчитанные таким образом в соответствии с GLBD, варьируются от 82% до 9%.1% от стандартной плотности по Проктору, в среднем 84% (Goldsmith et al. 2001).

Восстановление растительности и рост растений в каньоне
Проект насыпи (справа, в центре фотографии) в
Голливудских холмах

Однако это ограничение может варьироваться в зависимости от конкретной почвы и условий участка. Например, Хорст Шор (1980, 1992), который был пионером и разработал «классификацию рельефа» как способ создания устойчивых и визуально привлекательных склонов, определил и успешно восстановил растительность на склонах, уплотненных до 90% относительное уплотнение. Его проект заполнения каньона над водохранилищем в Голливуде, штат Калифорния, является хорошим примером. Растительность на склоне в этом месте прижилась и процветала на почве, уплотненной до 90% от стандарта Проктора, как показано на фотографии (рис. 4). Шор фактически указал на перестройку, а затем уменьшил поверхность склона, чтобы обеспечить достижение этой степени уплотнения. Частично причина успеха восстановления растительности заключается в форме и топографии склонов (он избегает плоских, однородных склонов). Он также уделяет особое внимание дренажу и соответствию типа используемой растительности ее местоположению и местоположению на склоне.

Баланс между потребностями в росте растений и технической стабильностью

Ограничение увеличения плотности или степени уплотнения до некоторого заданного порогового значения, безусловно, является важной стратегией для балансировки роста растений и требований в технической стабильности. Однако можно использовать и другие стратегии. Кроме того, как объяснялось ранее, не только плотность и степень уплотнения определяют характер водопроницаемости глинистого грунта. Другие стратегии включают контроль содержания формовочной воды во время уплотнения, модификацию поверхности, смешивание почвы, модификацию поверхности и топографическую модификацию (классификация рельефа и восстановление растительности).

Контроль содержания формовочной воды

Почвы, уплотненные на сухой стороне оптимального содержания воды, как правило, имеют более открытую структуру и большее распределение более крупных пор. Уплотнение на сухой стороне может привести к гидравлической проводимости на несколько порядков выше, чем уплотнение на мокрой стороне, даже для двух идентичных грунтов, уплотненных до одинаковой плотности в сухом состоянии или относительной степени уплотнения. Кроме того, статическое уплотнение, которое вызывает меньшую деформацию сдвига, чем замешивание (или ударное уплотнение), и приводит к меньшему изменению структуры пор почвы, также приводит к более высокой гидравлической проводимости и лучшему водопроницанию. Соответственно, столько же внимания следует уделять способу уплотнения, чем просто относительной степени уплотнения, если целью является максимальный рост растений и достижение инженерной стабильности.

Модификация поверхности

Прорастание и укоренение травы в
вмятинах шипов на поверхности склона
след, пройденный бульдозером

Лучшее укоренение растений и начальный рост могут быть достигнуты, если поверхность почвы механически модифицируется либо путем контурной борозды, скарификации, дискования , ходьба по дорожкам, ямки, разрывы, долбление или впечатывание земли. Эти обработки превращают гладкие, герметичные поверхности почвы с низкой скоростью инфильтрации в микрошероховатые, макропористые поверхности, которые лучше способны быстро обмениваться водой и воздухом на границе раздела воздух-земля. Они имеют тенденцию разрыхлять поверхностные слои и образовывать небольшие углубления, в которых могут скапливаться семена и вода, что способствует прорастанию и укоренению. Описания и спецификации для этих различных механических обработок были выпущены Службой охраны природных ресурсов (USDA 2000). На фотографии (Рисунок 5) показан пример закладки и роста травы в выемках шипов, образованных при проходке гусениц бульдозером. Ходьба по дорожке также помогает закрепить мульчу, нанесенную на поверхность. Скарификация, рыхление и т. д. ослабляют и первоначально увеличивают риск некоторой поверхностной эрозии и шелушения, но этот первоначальный риск необходимо сопоставлять с лучшей долгосрочной защитой, которую обеспечивает сильный, хорошо укоренившийся растительный покров. Кроме того, первоначальную поверхностную эрозию можно свести к минимуму или контролировать с помощью гидравлически применяемых почвенных вяжущих, волокнистой мульчи, покрытий для предотвращения эрозии и таких биоинженерных обработок почвы, как использование живых фашинов (Грей и Сотир 19).96).

Смешивание почвы и искусственная градация

Смешивание почвы влечет за собой добавление в почву крупных несвязных частиц для улучшения водопропускных свойств, обеспечения уплотнения и обеспечения хорошего роста растений. К этому подходу часто прибегают лесоводы, которым приходится сталкиваться с противоречивыми требованиями роста растений и инженерной стабильности. Уличные деревья обычно выращивают в почве, которая должна быть сильно уплотнена, чтобы обеспечить устойчивость прилегающим тротуарам, проезжей части и зданиям. Эта же почва должна быть способна приспосабливаться к росту, очень часто в далеко не идеальных условиях. Одним из способов решения этой проблемы является использование типа почвы, называемой «структурной». Этот тип почвы позволяет уплотнить зернистую часть до высокой относительной плотности, обеспечивая при этом достаточное поровое пространство для размещения необходимых мелких частиц и корней растений в межзерновых пустотах. Митчелл (1993) описывает способы фактического вычисления относительных пропорций зернистых твердых частиц и мелких частиц (глины и ила) для достижения этой цели.

Другой вариант структурного грунта (LASN 2001), который использовался в уличных насаждениях, состоит из четырех-пяти частей щебня, смешанного с торфяным грунтом. Камень варьируется в диаметре от 0,5 до 1,5 дюймов. Почва состоит на 25% из ила или глины, на 25% из органического вещества и на 50% из мелкого песка. Стабилизатор почвы (клей растительного происхождения или гидрогель) смешивают, чтобы почва прилипла к щебню. Соотношение составляет 30 грамм стабилизатора грунта на 100 кг грунта и 500 кг щебня. Подготовка этого структурного грунта включает в себя разбрасывание породы и смешивание стабилизатора грунта и грунта с породой.

Специально разработанные почвенные смеси также могут быть добавлены на поверхность не только для улучшения роста и укоренения растений, но и для минимизации стока и эрозии. Хорошим примером является недавняя разработка почвы на органической основе (Durant 2001), которая имитирует текстуру и микробиологию естественного верхнего слоя почвы на глубине от 12 до 36 дюймов и остается стабильной на склонах 1:1 или более крутых. Сообщается, что эта почвенная смесь не подверглась эрозии, образованию борозд или оползней во время тестового моделирования с интенсивными дождями на крутых склонах. Органическая почвенная смесь содержит необходимые бактерии, грибы и микоризу, которые способствуют энергичному росту растений и помогают модифицировать нижележащую уплотненную минеральную почву и сделать ее более благоприятной для роста растений в долгосрочной перспективе.

Топографическая модификация (классификация рельефа)

Классификация рельефа (Шор, 1992; Шор и Грей, 1995) влечет за собой изменение топографии поверхности и дренажа, чтобы склоны были устойчивы к эрозии и массовому истощению.