Определение коэффициента фильтрации песка: мелкого, среднего, крупного

Важным показателем при выборе является коэффициент фильтрации песка (Кф). Этот показатель обозначает скорость движения воды через его поры при установленном градиенте напора, который обычно равняется единице. Измерение значения происходит в м/сут или м/с. Фильтрация песка обычно находится в таких пределах:

• Мелкий — 2-10 м/сут.
  
• Средний — 10-25 м/сут.
  
• Крупный — 25-75 м/сут.
  

Водопроницаемость песка дополнительно зависит от вида и количества примесей, содержащихся в нем. Они способны как повышать, так и понижать значение. Для проведения расчетов используется вода, поскольку свойства и особенности других жидкостей также ведут к изменению показателей.

Коэффициент фильтрации является количественной характеристикой водопроницаемости песка. Она указывает на скорость фильтрации потока жидкости при определенном градиенте напора. Измерение проводится в метрах в сутки или метрах в секунду. Для определения показателя находят отношение скорости фильтрационного потока к гидравлическому градиенту.
Расчет коэффициента фильтрации песка дает понимание того, насколько быстро вода пройдет через слой песчаного покрытия. Показатель зависит от следующих факторов:

1. Гранулометрический состав. Чем больше будут размеры частиц, тем выше Кф.
   
2. Коэффициент пористости. Увеличение пористости ведет к усилению фильтрации.
   
3. Структуры порового пространства. При плохом упорядочивании частиц фильтрация замедляется.
   
4. Степень уплотнения. Плотные слои ведут к снижению Кф.
   
5. Температура воды. Нагревание воды ведет к уменьшению вязкости, соответственно происходит повышение фильтрационной способности песка.
   

Важно учесть чистоту песка при проведении расчетов. Глинистые и пылевые включения снижают показатели Кф, поскольку задерживают воду. Поэтому часто происходит предварительную очистку, особенно от глины. Просеянный и мытый песок приближен по характеристикам к речному или морскому. Они, как и кварцевые пески, имеют минимум загрязнений. Итоговые показатели коэффициента фильтрации песка учитываются при выборе материала для проведения разных работ.

Определение коэффициента фильтрации песка проводят специалисты с использованием специального оборудования. В определенных ситуациях возможно применение и других методов — полевых и расчетных. В целом, для определения показателей Кф применяют такие подходы:

• Лабораторные методы (согласно ГОСТ 25584-2016). Проводятся с использованием специального оборудования, в котором моделируется процесс фильтрации с возможностью задать градиент напора. Точный метод, который обеспечивает лучшие результаты.
  
• Полевые методы. Определение Кф в натуральных условиях посредством опытных фильтрационных скважин, откачкой воды, а также методом лизиметров.
  
• Расчетные методы. Предусматривают использование эмпирических формул. Например, формула Козени-Кармана, Головачева и т.д.
  

Для точного подсчета Кф в лабораторных условиях предварительно находят значения еще двух параметров песка. Это показатели максимальной плотности и оптимальной влажности, которые указаны в ГОСТ 22733-2016.

Расчет коэффициента фильтрации песка необходим для определения возможности использования материала для разных задач. В частности, этот параметр учитывается при строительстве дорог, фундаментов, экологических изысканиях, водоснабжении, а также при организации систем дренажа. Также Кф важен при расчете фильтрующей способности песка, когда материал планируют применять в качестве естественного фильтра.

В процессе проектирования инженерных сооружений, систем дренажа, водозаборов, а также иных объектов важно учесть коэффициент фильтрации песков. Требования и нормы относительно значений регламентируются ГОСТ 25100-2020, а также ГОСТ 8735-88. Также при проведении исследований уделяется внимание нормативам, предусмотренным ГОСТ 25584-2016. Это дает возможность получить достоверную информацию, необходимую для корректного выполнения дальнейших работ. При проведении инженерных расчетов дополнительно учитывают коэффициент запаса как одно из важных значений для точности итоговых данных.

Коэффициент фильтрации мелкозернистого песка составляет 2-10 м/сут. Подобные характеристики делают возможным его применение для создания строительных растворов, а также территорий, где нет необходимости в значительном дренаже. Допускается применение в строительстве дорог. Такой песок имеет низкую водопроницаемость и обладает склонностью к капиллярному поднятию влаги. Коэффициент фильтрации мелкого песка сильно зависит от чистоты песчаного материала, поскольку даже небольшое наличие примесей существенно снижает показатели.

Коэффициент фильтрации песка средней крупности составляет 10-25 м/сут. Это делает возможным его применение в бетонных смесях, а также при проведении дорожного строительства. Возможно применение в качестве материала при организации дренажных систем. Этому способствует достаточно эффективное пропускание воды. В дорожном строительстве песок с подобными свойствами применяется как фильтрующий элемент. Коэффициент фильтрации среднего песка активно применяется в строительстве и организации территорий, а также в некоторых иных ситуациях.