Уплотнение почв: Уплотнение почвы — каковы причины и как этого избежать?

Содержание

Уплотнение почвы — каковы причины и как этого избежать?

Уплотнение почвы приводит к сдавливанию пор, которые должны проводить воду и воздух. Это препятствует росту корней и вызывает недостаток кислорода. Результатом уплотненности почвы может стать серьезное снижение урожайности.

Уплотнение грунта по определению означает, что плотность почвы увеличивается, когда она сжимается. Иными словами, почва сжимается и каждый литр почвы весит больше, когда поры сжаты. Это легче понять и оценить, наблюдая за следом колеса трактора на рыхлой почве во влажных условиях.

Угнетение корней

Уплотнение почвы влияет на рост корней, ограничивая его, и оказывает механическое сопротивление развитию корней двумя способами:

Уплотнение уменьшает количество и размер крупных пор. В результате число пор с диаметром, большим диаметра корней – в которых корни растут свободно, без механического сопротивления – уменьшается.
Уплотнение увеличивает механическую прочность почвы путем сдавливания её частиц.

Ограничение водопропускной способности

Уплотнение почвы ограничивает движение воды вниз. Это приводит к насыщению водой верхних слоёв, которое, в свою очередь, может вызвать недостаток кислорода в зоне корней, как показано на рисунке. Кроме того, интенсивность аэрации почвы влияет на доступность питательных веществ, таких как азот и марганец. В анаэробных условиях денитрификация может привести к серьезной потере азота путем выхода оксида азота и газообразного азота в атмосферу. Уплотнение почвы тем самым уменьшает доступность азота в почве.

Необходимый воздух: приблизительные значения для воздушной пористости: более 25% воздушных пор означает хорошую аэрацию, 10-25% может привести к некоторым ограничениям в определенных условиях, менее 10% воздушных пор – показатель дефицита кислорода.

Меры предотвращения

Во избежание уплотнения почвы необходимо применять меры, способствующие улучшению структуры почвы в будущем. Они включают в себя дренаж, известкование, укрытие почвы растительным покровом и поддержка поступления органического вещества извне. Эти методы уменьшают ее уплотненность.

Севооборот и обработка почвы также критично влияют на ее уплотненность. Наиболее опасной является обработка влажной почвы. Сухая земля может переносить большие нагрузки, в то время как увлажненная под таким же давлением уже уплотняется. Благодаря большей площади соприкосновения, достигающейся шириной колес или спаренными колесами, уменьшается их давление. Количество проходов, как показано на рисунке ниже, также важно, как и сохранение наименьшего общего веса техники.

Испытания в хозяйстве Оннестад, Швеция, 2000 г. показали, как уплотнение почвы перед весенним севом влияет на доходность различных культур (ячмень, пшеница, овес, сахарная свёкла, горох). Опыт включал в себя разное количество проходов техники с тяжелым грузом по полю перед посевом.

Посев без уплотнения
Посев с 1 проходом пустой техники
Посев с одним проходом наполненной цистерны
Посев с 3 проходами такой же цистерной

Результаты показывают, что урожайность яровой пшеницы, ячменя и овса повысилась после небольшого уплотнения, т. е. посева с одним проходом. Однако для сахарной свёклы и гороха после этого урожайность уменьшилась. Когда уплотнение почвы за счет количества проходов увеличивалось – урожайность культур падала. Наиболее негативно воспринял это горох, который очень чувствителен к недостатку кислорода.

Словарь:

Поры — почвенные поры – это полости, каналы и трещины в почве, которые заполняются либо водой, либо воздухом, в зависимости от текущей влажности.

Денитрификация — это процесс, протекающий в почве при низкой концентрации кислорода, в результате которой денитрифицирующая бактерии превращают доступные растениям нитраты (NO₃) в азот (N₂). Если денитрификация не завершена, образуется оксид азота (N₂O), являющийся сильным парниковым газом.

Уплотнение почвы. Биология уплотненных почв

Причины уплотнения почв

Уплотнение почвы является распространенной и постоянной проблемой для большинства аграриев. Тяжелые сельскохозяйственные машины могут создавать постоянное уплотнение подпочвы. Было обнаружено, что это приводит к:

ограничению роста корней;
плохой аэрации корневой зоны;
плохому дренажу, что уменьшает аэрацию и приводит к уменьшению кислорода в корневой зоне.

Решения проблем с уплотнением

Обработка подпочвы может решить проблемы с уплотнением. Глубокорыхлители обычно работают на глубинах 30-45 см, уменьшая уплотнение рыхлением и увеличивая инфильтрацию воды и аэрацию. Рыхление, как правило, повышает урожайность, но только временно, так как со временем происходит повторное уплотнение в связи с движением тяжелой техники.

Некоторые ноу-тилл поля не требуют рыхления подпочвы, для других таких полей рыхление дает увеличение урожайности, особенно если движение тяжелой техники происходит постоянно. Если рыхление удаляет уплотнение, то движение техники должно быть контролируемым, иначе уплотнение будет образовываться снова.

Дополнительное уплотнение может произойти, если почва влажная. В супесчаных почвах уплотнение образуется со временем. Два основных фактора влияющих на уплотнение – это воздействие осадков и сила тяжести. На действие осадков приходится 70-90 процентов всего повторного уплотнения (за счет фильтрации воды через почву и действия силы тяжести). Стоимость топлива, рабочая сила, специальная техника и время работ делают процедуры по уменьшению уплотнения дорогостоящей операцией. Рыхление в сухих условиях требует еще больше топлива.

Низкое содержание органического вещества — последствия

Низкое содержание органического вещества делает почву более восприимчивой к уплотнению. Органические остатки на поверхности уменьшают последствия уплотнения. Поверхностные органические остатки способны сжиматься подобно губке, а затем возвращаться назад к своей нормальной форме. Усиленное движение техники будет разрушать органические остатки, а обработка ускорит разложение органического вещества.

Содержание органических остатков в почвенном профиле может быть даже важнее, чем поверхностные органические остатки. Органическое вещество (остатки растений) скрепленные с глинистыми частицами защищают от уплотнения. Органическое вещество связывает микроагрегаты и макроагрегаты.

За последние сто лет обработка почвы уменьшила органическое вещество более чем на 60%, что означает, что примерно 40% всех запасов органического углерода остаются доступными (Доклад международной группы экспертов по изменению климата, 1996, 2004). Органический углерод обеспечивает энергию для почвенных микробов, это хранилище для питательных веществ, которое способствует рециркуляции питательных веществ. Гумус является наиболее стабильной формой углерода и связывает микрочастицы грунта вместе в микроагрегаты. Гумус не растворим в воде, он более устойчив к обработке и разложению, чем активный углерод.

Активный углерод и его значение

Активный углерод (растительные сахариды и полисахариды) потребляется микробами для получения энергии. Активный углерод восстанавливают с помощью обработки почвы. Он является частью клея, который связывает микроагрегаты в макроагрегаты. Пористость и аэрация, инфильтрация воды, а также структура почвы увеличивают урожайность при нулевой обработке в системах с постоянным присутствием покровной культуры. Повышение макроагрегатов почвы улучшает ее структуру и снижает объемную плотность, сохраняя частицы от уплотнения.

Формирование микроагрегатов и макроагрегатов

Микроагрегаты

Микроагрегаты – это частички размером 20-250 мкм, которые состоят из глинистых и илистых микроструктур, частиц органического вещества, остатков растений и грибов. Эти частички достаточно стабильны в размерах. Корни и микробы комбинируются с почвенными микроагрегатами для формирования макроагрегатов.

Макроагрегаты

Макроагрегаты в свою очередь комбинируются в основном с грибами, волокнами корней и полисахаридами; они менее устойчивы, чем микроагрегаты. Макроагрегаты по размеру больше чем 250 мкм и именно они образуют структуру почвы. Уплотненные почвы, как правило, содержат больше микроагрегатов, чем макроагрегатов.

Гломалин

Гломалин (вещество, выполняющее функции клея и склеивающее частички между собой) цементирует микроагрегаты вместе для формирования макроагрегатов и улучшения структуры почвы. В его состав входит гликопротеин (аминокислотный полисахарид), который образуется путем объединения белков от микоризных грибов с сахарами от корней растений. Он защищает агрегаты от действия микроорганизмов, оставляя их неповрежденными.

Что нужно для производства гломалина

Для того чтобы гломалин (клей) производился, растения и микоризные грибы должны существовать в почве вместе. Производство гломалина должно быть непрерывно, так как он легко потребляется бактериями и других микроорганизмами почвы. Бактерии лучше развиваются в распаханных почвах, потому что они более выносливы и по размерам меньше чем грибы.

Грибы живут дольше и нуждаются в более стабильных условиях, чтобы выжить. Грибы растут лучше при нулевой обработке почвы с постоянным источником углерода и хорошей покровной культурой. Поскольку грибы не так хорошо растут в пропашных почвах, соответственно в них образуется меньше гломалина и образуются меньше макроагрегатов. Меньшее количество макроагрегатов связано с плохой структурой и уплотнением почвы.

Таким образом, уплотнение грунта является биологической проблемой, связанной с сокращением производства полисахаридов и гломалина в почве, а также с отсутствием микоризных грибов в почве.

Влияние активности корней

Также на производство гломалина напрямую влияет активность корней. В типичном севообороте кукуруза-соя активные корни присутствуют только треть времени. Добавление покровных культур увеличивает производство полисахаридов и гломалина, а также увеличивает микоризные популяции грибов в связи со стабильным источником питания.

Поверхностная и подпочвенная обработки могут устранить уплотнение грунта, но временно. Обработка почвы увеличивает содержание кислорода в почве, при этом уменьшается производство гломалина и аминокислотных полисахаридов за счет снижения выделений корнями растений и микоризных грибов. Соответственно, уплотнение почвы является результатом отсутствия активных корней, а также отсутствия микоризных грибов производящих гломалин.

Частота производства гломалина

В почве с хорошей структурой производство гломалина происходит каждые 5-7 дней, который обволакивает и склеивает почвенный частицы. Разрушенные почвы содержат меньше грибов и больше бактерий, и соответственно больше микроагрегатов, чем макроагрегатов. Тяжелая техника (машины) соединяет микроагрегаты вместе, при этом они могут связываться вместе химически, уплотняя почву. Образование макроагрегатов улучшает структуру почвы, таким образом, уплотнение грунта может быть сведено к минимуму. Таким образом, уплотнение почвы имеет биологическую составляющую.

Обработка почвы разрушает макроагрегаты, превращая их в микроагрегаты, поглощая кислород и выпуская диоксид углерода.

Культивация почв — последствия

Культивация почв и проливные дожди способствуют распаду макроагрегатов, которые образуют структуру почвы. Фермеры, использующие тяжелое дискование или вспашку разрушают структуру почвы разбивая макроагрегаты, и тем самым теряют из почвы гломалин, полисахариды и углерод. Более 90% углерода в почве связано с минеральной фракцией (Джастроу и Миллер, 1997). Гломалин и полисахариды потребляются популяциями бактерий, которые размножаются при высоком уровне кислорода в почве и наличии питательных веществ от органического вещества. Как результат, такая почва состоит в основном из микроагрегатов и комков уплотненной почвы. Почвы, состоящие в основном из микроагрегатов, предотвращают инфильтрацию воды, в связи с отсутствием макропор в почве; таким образом, вода имеет тенденцию к скоплению на поверхности почвы.

Важность имитации естественной (природной) системы

Сельскохозяйственная система, которая сочетает в себе непрерывное использование покровных культур с постоянной долгосрочной ноу-тилл технологией – это система, которая точно имитирует естественную, природную систему и должна сама восстанавливать структуру и продуктивность почвы. Такая система защищает почву от уплотнения в пяти основных направлениях:

Во-первых, поверхность почвы действует как губка, для лучшего противодействия весу тяжелой техники.
Во-вторых, корни растений создают пустоты и макропоры в почве. Таким образом, воздух и вода могут продвигаться через почву. Корни растений действуют как биологический клапан для регулировки количества кислорода, который поступает в почву. Почва нуждается в кислороде для нормального дыхания корней и для поддержки аэробных микробов в почве.
В-третьих, корни растений являются пищей для микроорганизмов (особенно для грибов) и для представителей почвенной фауны, которые в процессе жизнедеятельности роют почву и таким образом защищают почву от уплотнения.
В-четвертых, органические остатки, образующиеся после распада растений, животных и микроорганизмов, легче и имеют меньшую плотность, чем частицы глины, ила и песка. Средняя объемная плотность органического вещества почвы около 0,3-0,6 кг/м3, а средняя плотность почвы – 1,4-1,6 кг/м3. Поэтому добавление органических остатков в почву снижает плотность почвы.
В-пятых, уплотнение почвы уменьшается путем объединения микроагрегатов в макроагрегаты. Микроагрегатные частицы почвы (глина, ил, частицы органического вещества) удерживаются вместе с помощью гумуса или остатков более старых фракций органического вещества, которые устойчивы к разложению.

Что такое ком?

Многие фермеры жалуются, что их почва комковатая и на ней трудно работать. Кирпичи и керамическая черепица получаются, если взять мокрую глину из почвы и нагревать её, а затем высушить. Когда фермеры возделывают землю, они выполняют по сути те же процессы: подвергают глину почвы воздействию солнечного света, нагревают её и сушат, пока она не становится жесткой и не превращается в ком. Обработка почвы окисляет почву и приводит к увеличению микробному разложению органических остатков. Органические остатки удерживают глинистые частицы от химического связывания. Глинистые почвы, которые находятся под защитой органических остатков и остаются влажными, сопротивляются образованию комков, потому что влага и органические остатки физически разделяют частицы глины.

Органические остатки действуют как губка, поглощая воду и питательные вещества. Комья действуют как кирпичи, противодействуя водопоглощению, что делает почву уплотненной и жесткой.

Создание структуры почвы

Создание структуры почвы происходит на подобие того, как строится дом. Мать Природа – это архитектор, а растения и микробы – плотники. Каждый дом должен начинается с хорошего фундамента: кирпичи (в почве – глина, песок и ила) и цемент (в почве – катионы кальция, магния и калия). Когда снаружи дом уже оформлен, деревянные брусья различных размеров, стропила и доски используются для создания внутренних комнат (как корни разного размера в почве). Таким образом, создается структура почвы – пространство, где находятся жители: растения, микробы и различная почвенная фауна.

Стены и полки в доме удерживаются вместе гвоздями различных размеров (гумус) и шурупами (органические остатки на глинистых частицах). Дом имеет фигурные скобки для стабильности (азот и сера) и крышу, для контроля температуры и влажности. В почве, глубокий слой поверхностных остатков контролирует поступление кислорода и инфильтрацию воды. Крыша защищает дом и регулирует температуру, также как и остатки на поверхности почвы сохраняют температуру почвы в удобном диапазоне для её жителей (микробы и корни растений). Корневые выделения образуют полисахариды и гломалин, для изолирования частиц грунта и склеивания макроагрегатов. Если крыша на доме разрушится, то влага и холодный воздух могут попасть в дом, разрушая древесину и растворяя клей.

При обработке почве органические вещества очень быстро разлагаются. При этом образуется большое количество кислорода и влаги, которые разрушают клей (полисахариды и гломалин). Также избыток кислорода в почве (от обработки почвы) стимулирует рост бактерий; они потребляют полисахариды в качестве пищи, разрушая структуру почвы. Таким образом, макроагрегаты превращаются в микроагрегаты и почва уплотняется.

Каждый домовладелец знает, что дома нуждаются в регулярном обслуживании. В почве корни и микробы (особенно грибные) являются плотниками, которые поддерживают их дом, постоянно производя клей (полисахариды и гломалин), которые удерживают дом вместе. Регулярная обработка действует как торнадо или ураган, уничтожая структурную целостность дома и убивая его жителей. Обработка почвы окисляет органические вещества в почве, уничтожая корни и активное органическое вещество, в результате чего структура почвы разрушается. Активные корни и макроагрегаты создают пористость почвы для перемещения воздуха и воды через почву. Идеальное значение для пористости 50-60% от общего объема почвы, а в уплотненных почвах пористость почвы может быть уменьшена до 30-40% от общего объема почвы.

Статью о биологии уплотненных почв можно прочитать здесь

Теги: анализ грунта лаборатории

Популярные запросы

Уплотнение почвы | Расширение UMN

Дом
Растениеводство
Почва и вода
Управление почвой и здоровье
уплотнение почвы

Краткие факты

Проблемы уплотнения почвы в Миннесоте нарастают, поскольку резко увеличились как годовые осадки, так и размер сельскохозяйственного оборудования.

Влажные почвы особенно подвержены уплотнению. Тяжелая техника и почвообрабатывающие орудия усиливают повреждение структуры почвы, уменьшая поровое пространство и еще больше ограничивая объем почвы и воды.

Улучшение структуры почвы — лучшая защита от ее уплотнения. Хорошо структурированная почва удерживает и проводит воду, питательные вещества и воздух, необходимые для здоровой корневой деятельности растений.

Что такое уплотнение?

Уплотнение почвы происходит, когда частицы почвы сжимаются вместе, уменьшая поровое пространство между ними (рис. 1). Сильно уплотненные грунты содержат мало крупных пор, меньший общий объем пор и, следовательно, большую плотность.

Уплотненная почва имеет пониженную скорость как инфильтрации воды, так и дренажа. Это происходит потому, что большие поры более эффективно перемещают воду вниз через почву, чем более мелкие поры.

Кроме того, в уплотненных грунтах замедляется газообмен, что повышает вероятность проблем, связанных с аэрацией. Наконец, в то время как уплотнение почвы увеличивает прочность почвы — способность почвы сопротивляться перемещению приложенной силы — уплотненная почва также означает, что корни должны прилагать большую силу, чтобы проникнуть в уплотненный слой.

Рисунок 1: Влияние уплотнения на поровое пространство.

Уплотнение почвы изменяет размер пор, их распределение и прочность почвы. Одним из способов количественной оценки изменения является измерение объемной плотности. По мере уменьшения порового пространства в почве объемная плотность увеличивается. Почвы с более высоким процентным содержанием глины и ила, которые, естественно, имеют больше порового пространства, имеют более низкую объемную плотность, чем более песчаные почвы.

Мифы об уплотнении почвы

Существует два широко распространенных мифа об уплотнении почвы:

Циклы замораживания-оттаивания уменьшают большую часть уплотнения почвы, создаваемого техникой.
О каком бы уплотнении не позаботилась Мать-природа, глубокая обработка почвы или рыхление сделают это.

Причины уплотнения

Существует несколько сил, естественных и техногенных, которые уплотняют почву (рис. 3). Эта сила может быть большой, например, от трактора, комбайна или почвообрабатывающего орудия, или она может исходить от чего-то такого маленького, как капля дождя. Ниже перечислены причины уплотнения почвы.

Рисунок 3: Уменьшение роста корней из-за уплотнения от ударов дождевых капель, обработки почвы и следов от колес.

Это, безусловно, естественная причина уплотнения, и мы видим его в виде почвенной корки (обычно толщиной менее 1/2 дюйма на поверхности почвы), которая может препятствовать появлению всходов (рис. 4). Роторное рыхление часто может облегчить эту проблему.

Рисунок 4: Почвенная корка.

Движение колес, без сомнения, является основной причиной уплотнения почвы (рис. 5). С увеличением размера фермы время для своевременного выполнения этих операций часто ограничено.

Масса тракторов увеличилась с менее чем трех тонн в 1940-х годах до примерно 20 тонн сегодня для больших полноприводных агрегатов. Это вызывает особую озабоченность, поскольку весенняя посадка часто проводится до того, как почва станет достаточно сухой, чтобы выдержать тяжелое посадочное оборудование.

Рисунок 5: Движение колес.

Последствия уплотнения

Рисунок 7: Хорошо агрегированная почва.
Рисунок 8: Влага сохраняется дольше в уплотненной колеи справа.

W структура кур и поры уменьшаются, в почве меньше воздуха и влаги. Это состояние отрицательно влияет на все фазы растениеводства, включая прорастание семян, появление всходов, рост корней, а также поглощение питательных веществ и воды (рис. 10).

Рисунок 10: Рост корней ограничен уплотненной почвой.

Уплотнение почвы увеличивает ее плотность. Корни менее способны проникать в почву и, как правило, мелкие и деформированные.

Поскольку их рост ограничен, они менее способны использовать почву для получения питательных веществ и влаги. Дефицит азота и калия является наиболее распространенным явлением (рис. 11). Это приводит к дополнительной потребности в удобрениях и увеличивает производственные затраты.

Вы можете уменьшить неблагоприятные последствия уплотнения, применяя удобрения таким образом, чтобы улучшить доступ к корням растений. Это может включать раздельное внесение азота или групповое внесение фосфора и калия.

Рисунок 11: Листья кукурузы с дефицитом азота.

Таблица 1: Влияние уплотнения почвы на высоту кукурузы

Лечение	Высота растения кукурузы: через шесть недель после посадки	Высота растений кукурузы: при сборе урожая
Без уплотнения	28,8 дюйма (a)	114,3 дюйма (ab)
Годовое уплотнение шин флотации	26,4 дюйма (ab)	108,7 дюйма (abc)
Ежегодное уплотнение дорожных шин	22,5 дюйма (в)	102,4 дюйма (в)

Соберите початки с неторгуемого ряда.
Соберите початки с сильно загруженного ряда.

Как справиться с уплотнением почвы

Одним из наиболее важных факторов снижения способности почвы к уплотнению является держание подальше от почвы, когда она влажная. К сожалению, это не всегда возможно, так как часто ограничивает возможности выездной работы. Хотя уплотнение не может быть устранено, его следует контролировать.

Рисунок 20: Полевой охват обычными ежегодными полевыми операциями.
Рис. 21: Полевое покрытие в условиях контролируемого движения.

Таблица 2: Приблизительные нагрузки на ось для полевого оборудования

Полевое оборудование	Осевая нагрузка
Цистерна для навозной жижи (4200 галлонов)	10-12 тонн на ось
Цистерна для навозной жижи (7200 галлонов)	17-18 тонн на ось
Комбайн класса 9 (590 л. с., мощность 360 бушелей)	20 тонн на ось
Комбайн 12-рядный (полный с головкой)	24 тонны на ось
Тележка для зерна (720 бушелей, полная, 1 ось)	22 тонны на ось
Тележка для зерна (1200 бушелей, полная, 1 ось)	35-40 тонн на ось
Тележка для зерна (2000 бушелей, полная, 1 ось)	70-76 тонн на ось
Terra-Gator (задняя ось)	12-18 тонн на ось
Трактор 4WD (200 л.с., передний мост)	7,5 т на ось
Трактор 4WD (325 л. с., передний мост)	13 тонн на ось
Трактор 4WD (530 л.с., передний мост)	18 тонн на ось

Таблица 3: Влияние различных осевых нагрузок на износ дорожного покрытия

Тип	Оси	Количество проходов до отказа: 6 дюймов бетона на портландцементе (PCC)	Количество проходов до отказа: 7 дюймов PCC*
5-осный тягач-полуприцеп (80 000 фунтов)	1 одинарный/2 тандема	12 000	135 000
7-осный тягач-полуприцеп (96 000 фунтов)	1 одинарный/2 тандема	78 000	175 000
Тележка для зерна (875 бушелей, 57 000 фунтов, 20% на тягаче)	Одноместный	<10	<30
Зерновоз (650 бушелей, 42 000 фунтов, 20% на тягаче)	Одноместный	<30	270
Комбайн: пустой (32 000 фунтов с кукурузной приставкой)	2 одинарных (1 шина на асфальте): 26 000 спереди и 6 000 сзади	887 000	1 980 000
Комбайн на 240 бушелей (46 000 фунтов с кукурузной приставкой)	2 одинарных (1 шина на асфальте): 36 000 спереди и 10 000 сзади	100 000	456 000
Малый пропашной трактор (18 000 фунтов)	2 одинарных: 11 000 спереди и 7 000 сзади	1 525 000	3 410 000
Резервуары для жидкого навоза (7 500 галлонов, 71 000 фунтов)	2 тандема	<10	<30

Джоди ДеДжонг-Хьюз, преподаватель дополнительного образования

Отзыв в
2018

Поделиться этой страницей:

Обзор страницы

Уплотнение почвы: методы, значение и последствия

Что такое уплотнение почвы?

Уплотнение грунта — это практика применения механического усилия уплотнения для уплотнения грунта за счет уменьшения пустотного пространства между частицами грунта. Уплотнение происходит, когда частицы сжимаются вместе, чтобы уменьшить пространство между ними. Сильно уплотненные почвы содержат очень мало пространств, что приводит к тому, что почва имеет более высокий удельный вес. Максимальная плотность достигается при оптимальном содержании влаги, или сокращенно ОМЦ.

Процесс уплотнения снижает вероятность оседания после строительства здания, проезжей части, взлетно-посадочной полосы или автостоянки. Усадка может привести к преждевременному разрушению дорожного покрытия, дорогостоящему обслуживанию или ремонту.

Зачем необходимо уплотнение почвы?

Уплотнение грунта необходимо для повышения несущей способности и жесткости естественного состояния или химически модифицированного грунта. Уплотнение увеличивает прочность почвы на сдвиг за счет добавления трения из-за сцепления частиц. Будущая осадка грунтов уменьшается за счет увеличения жесткости и устранения пустот, создающих уплотненный грунт. Удаление пустот снижает вероятность оседания, сжатия или расширения почвы, а также уменьшает просачивание воды, которое может привести к пагубным свойствам почвы усадки и набухания. Свойства усадки/набухания нарушают структуру дорожного покрытия, что приводит к преждевременному разрушению конструкции дорожного покрытия.

Вернитесь к работе с меньшими простоями.

Получить предложение.

Какие факторы влияют на уплотнение почвы?

Тип почвы

Различные типы почвы по-разному реагируют на уплотнение. Почвы классифицируются по размеру их частиц и, в некоторых категориях почв, по их критическим значениям содержания воды или пределам Аттерберга. Хорошо гранулированные грунты, содержащие широкий спектр частиц, предпочтительнее использовать в строительстве, потому что их можно легко уплотнить, что устраняет пустоты за счет блокировки частиц и сопротивления поглощению влаги, что позволяет грунту выдерживать более тяжелые нагрузки как очень плотный грунт. Плохо отсортированные грунты содержат узкий диапазон размеров частиц и менее пригодны для строительных целей из-за того, что грунту не хватает прочности на сдвиг, не связанной с несцепленными частицами из-за их сходных размеров.

Содержание влаги

Содержание воды играет очень важную роль в уплотнении почвы. Максимальная плотность в сухом состоянии достигается только тогда, когда содержание воды находится на идеальном уровне. Эта точка известна как оптимальное содержание влаги или OMC. Оптимальное содержание влаги и максимальная плотность в сухом состоянии определяются в лаборатории и затем используются в качестве целевых показателей для операций на месте. Если почва слишком сухая, можно использовать водовозы для разбрасывания воды, чтобы поднять содержание воды в допустимом диапазоне оптимального содержания влаги. И наоборот, чрезмерно влажные почвы создают свой собственный набор проблем. С недавними дождями, весенними оттепелями или почвами, которые удерживают влагу, можно справиться несколькими способами.

Ожидание теплых и сухих погодных условий является естественным способом высушить почву, но может занять много времени и часто неэффективно из-за (дополнительных) ненастных погодных условий.
Дисковое оборудование, помогающее аэрировать почву, может уменьшить количество влаги, но этот метод также открывает почву для поглощения еще большего количества влаги в случае дополнительных дождей. Более того, дискование обычно уменьшает влажность только до 5% и только на относительно небольшой глубине.
Вырезать и заполнить, также известный как удаление и замена, является популярным вариантом, но это дорого и требует много времени. Карьеры становятся все более дефицитными, а затраты на утилизацию продолжают расти.
Наиболее эффективным вариантом является химическая сушка. Портландцемент можно использовать для осушения почвы, но реагенты на основе извести считаются наиболее эффективным химическим выбором. Реагенты на основе извести содержат большое количество доступного оксида кальция, достигающее 94-96 процентов. Оксид кальция химически соединяется с водой, образуя гидроксид кальция. Проще говоря, когда известь находится вокруг воды, она ее поглощает. Это экзотермическая реакция, которая высушивает дополнительную влагу в виде пара. Портландцемент, в принципе, почти не будет содержать свободной извести, так как СаО будет объединяться с образованием других минеральных фаз.

Типы уплотнителей

Катки для уплотнения почвы бывают разных типов с различными опциями, такими как одинарные или двойные вальцы, вибрационные механизмы или бульдозерные отвалы.

Гладкие катки используют статическое давление, иногда в сочетании с вибрацией и ударами, для уплотнения почвы. Гладкие катки — не единственный тип используемого уплотнителя, но, скорее всего, они используются на заключительном этапе уплотнения, чтобы обеспечить гладкую поверхность для строительства.

Кулачковые и трамбовочные катки используют манипулятивное усилие для разрыва естественных связей между частицами для лучшего уплотнения, особенно в связных грунтах. У них конические ножки, поэтому они не распушивают почву, что снижает способность почвы поглощать дополнительную влагу в случае дождя.

При небольших и средних работах по уплотнению грунта пневматические катки используют расположенные в шахматном порядке резиновые шины с переменным давлением, когда необходимо герметизировать поверхность измельченного гранулированного материала.

В закрытых зонах для уплотнения грунта можно использовать трамбовку.

Толщина подъема

Уплотнение грунта иногда включает уплотнение нескольких подъемов или слоев грунта до тех пор, пока не будет достигнута общая желаемая толщина. Стабильность каждого подъемника зависит от того, что находится под ним, поэтому уплотнение каждого слоя имеет решающее значение и должно контролироваться. Установление правильной толщины подъема важно для нахождения баланса между слишком маленькими или слишком большими слоями. Слишком большой подъем может привести к плохому уплотнению и снижению устойчивости, тогда как слишком маленький подъем приведет к чрезмерным затратам и времени. Толщина подъема обычно составляет от 8 до 14 дюймов в зависимости от технических характеристик.

Контактное давление

Контактное давление между грунтом и оборудованием, используемым для уплотнения, также важно учитывать. Контактное давление зависит от общего веса уплотняющего оборудования и площади почвы, с которой контактирует оборудование. Чем выше контактное давление, тем больше достигается уплотнение.

Скорость прокатки

При обсуждении скорости уплотнения грунта необходимо учитывать дихотомию. Более высокая скорость уплотнения позволит уплотнить большую площадь. Однако при слишком быстром уплотнении может не хватить времени для возникновения необходимых деформаций. В этом случае потребуются дополнительные проходы для завершения процесса уплотнения. Часто считается необходимым снизить скорость движения оборудования, особенно при использовании вибрационного оборудования. Более низкие скорости вибрационного оборудования дают больше времени для дополнительных вибраций в заданной точке, что приводит к лучшему уплотнению. Уплотнительное оборудование обычно имеет скорость движения от 5 до 15 миль в час. Гладкие вальцы обычно движутся со скоростью от 5 до 7 миль в час, а кулачковые катки — со скоростью от 5 до 15 миль в час. Пневматические катки могут работать со скоростью почти 15 миль в час.

Количество проходов катком

На высоком уровне количество проходов, необходимых для достижения желаемого уплотнения, зависит от контактного давления и скорости оборудования. Также важны такие факторы, как тип почвы, уровень влажности, толщина подъема и тип уплотнителя. Как правило, более легкая часть оборудования, имеющая меньший контакт с почвой, потребует большего количества проходов по той же почве для достижения желаемой плотности по сравнению с более тяжелым оборудованием с большей площадью контакта. Однако есть момент, когда больший вес и/или более низкая скорость движения будут иметь убывающую отдачу. Очень медленная работа тяжелого катка не обязательно является самым эффективным вариантом. Как правило, тестовый участок можно использовать для определения рисунка ролика, который работает для упомянутой выше переменной.

Как классификация почвы влияет на ее уплотнение?

Размер частиц и критические значения содержания воды играют большую роль в уплотнении почвы. Различные типы почвы по-разному реагируют на усилия по уплотнению. Типы почв классифицируются по размеру их частиц, а в мелкозернистых почвах — по их пределам Аттерберга. Размер частиц определяют в лаборатории путем отделения репрезентативной пробы на нескольких ситах или ситах размером от 4,75 мм (4 меш) до 0,075 мм (200 меш). Распределение почвенных частиц бывает хорошо градуированным, плохо градуированным или прерывистым. Хорошо отсортированные грунты, которые содержат широкий спектр частиц, предпочтительны в строительстве, потому что они легко уплотняются, устраняя пустоты, сцепляя частицы и сопротивляясь поглощению влаги, что позволяет почве выдерживать более тяжелые нагрузки как очень плотный грунт. Грунты с плохой градацией содержат узкий диапазон размеров частиц и менее подходят для строительных целей, поскольку прочность на сдвиг не связана с несцепляющимися частицами из-за их одинаковых размеров. Гэп-грунты содержат разрыв в общем распределении зерен по размерам.

Почвы подразделяются на две основные категории: крупнозернистые и мелкозернистые.

Крупнозернистые грунты на 50% или более крупнее 0,075 мм (200 меш)

Крупнозернистые грунты можно разделить на две подгруппы: гравий или песок.
Если 50% образца крупнее 4,75 мм, грунт классифицируется как гравий.
Если 50% пробы имеет размер от 4,75 мм до 0,075 мм, она классифицируется как песок.

Мелкозернистые почвы имеют 50% или более частиц размером менее 0,075 мм.

Мелкозернистые почвы также можно разделить на две части: ил и глину. Частицы ила больше, чем частицы глины, размер которых составляет менее 2 микрон.
Однако формальное различие связано с содержанием воды и определяется пределами Аттерберга для почвы.
Пределы Аттерберга — это критические значения содержания воды в почве, которые являются пределами жидкости и пластичности.
Предел текучести — это содержание воды, при котором мелкозернистые грунты начинают проявлять свойства жидкости, т. е. способность течь подобно жидкости.
Точно так же предел пластичности — это содержание воды, при котором грунт начинает проявлять пластические свойства, т. е. способность к повторной формовке без растрескивания.
Эти пределы используются для определения индекса пластичности почвы или диапазона содержания воды, при котором почва проявляет пластические свойства, что является важным геотехническим показателем.

Какие существуют методы уплотнения грунта?

Существует несколько методов уплотнения почвы. Все методы предполагают воздействие статической и/или динамической силы наряду с манипулированием почвой. Статическая сила использует давление веса для физического и непрерывного уплотнения почвы. Манипуляции, такие как разминание или подрезание почвы чередующимися движениями, могут уплотнять почву на большей глубине. В сочетании с давлением и манипулированием динамическая сила может быть применена путем добавления вибрационного механизма. В методах вибрационного уплотнения используются различные амплитуды (количество перемещений по оси) и частоты (скорость движения) для приложения усилия в переменных направлениях, обычно с использованием вращающегося груза, для нанесения быстрых ударов по поверхности. Это перестраивает частицы почвы, поэтому уплотнение происходит не только в верхних слоях, но и в более глубоких слоях почвы. Еще одним динамическим методом уплотнения грунта является ударное уплотнение падающим грузом. Этот метод способен уплотнять почву и на большей глубине.

Как происходит уплотнение почвы?

Уплотнение почвы достигается за счет статической или динамической силы и манипуляций с почвой. Статическая сила использует собственный вес машин для оказания непрерывного давления вниз для увеличения уплотнения за счет сжатия верхней части почвы. Динамическая сила использует движение в виде вибрации или падающего веса в сочетании со статической нагрузкой машины для увеличения плотности почвы. Манипуляции путем замешивания и стрижки помогают уплотнить почву на большей глубине.

Как провести испытание на уплотнение почвы?

Для определения степени уплотнения можно использовать несколько методов испытаний на уплотнение. Предварительные испытания на месте на площадке проекта важны для понимания того, какие условия присутствуют изначально. Тестирование песчаного конуса, использование баллонного плотномера или трубки Шелби — все это жизнеспособные варианты, но чаще всего для проверки уплотнения в полевых условиях используется датчик ядерной плотности (ASTM D6938-08a). Лабораторные методы обычно включают уплотнение почвы в формы для получения плотности почвы. Например, испытание на плотность влаги (обычно называемое испытанием Проктора) (D698 и D1557) определяет уплотнение грунта в форме определенного объема с использованием стандартного веса с определенной высоты.