Классификация грунтов по степени морозного пучения

Группа грунтов	Название грунта по пучинистости	Наименование грунта по гранулометрическому составу	Тип местности по условиям увлажнения	Среднее значение, Кпуч, %
I	Непучинистые	Песок гравелистый, крупный и средней крупности с содержанием частиц мельче 0,05мм. менее 2%	2-3	1,0
То же, но с содержанием частиц мельче 0,05мм. менее 15%, а также песок мелкий с содержанием частиц 0,05мм. менее 2%	2-3	1,0
II	Слабо-пучинистые	Песок мелкий с содержанием частиц мельче 0,05мм. менее 15%, а также супесь легкая и легкая крупная.		1-2
То же и супесь легкая крупная (без супеси легкой).	2-3	1-2
Песок пылеватый, супесь пылеватая, суглинок легкий, тяжелый, тяжелый пылеватый, глины.		2-4
III	Пучинистые	Супесь легкая, суглинки легкие и тяжелые, глины.	2-3	4-7
Супесь тяжелая пылеватая, суглинок легкий, глины.		4-7
IV	Сильно пучинистые	Песок пылеватый, супеси пылеватые, суглинок тяжелый пылеватый.	2-3	7-10
V	Чрезмерно пучинистые	Супесь тяжелая пылеватая, суглинок легкий пылеватый.	2-3	Более 10

Для того чтобы избежать образования пучин, рабочий слой земляного полотна в насыпях и выемках на глубине 1,2м. от поверхности цементобетонных и на глубине 1м. от поверхности асфальтобетонных покрытий во II дорожно-климатической зоне и на глубине 1 и 0,8м. соответственно в III дорожно-климатической зоне должен состоять из непучинистых или слабопучинистых грунтов (группа I или II).

Замена пучинистых грунтов непучинистыми

Замену пучинистого грунта земляного полотна в насыпях начинают со снятия растительного слоя с обочин и откосов. Затем разрушают и послойно снимают дорожную одежду и транспортируют материалы в штабели или на место переработки. После этого разрыхляют верхний слой насыпи рыхлителями; бульдозерами или скреперами снимают грунт и перемещают грунт в отвал или погрузчиками грузят в транспортные средства.

Дренирующий грунт доставляется самосвалами из карьера и послойно отсыпается с уплотнением до рабочей отметки. При этом соблюдаются требования продольного сопряжения перестраиваемого пучинистого участка с неперестраиваемым.

Улучшение свойств грунта земляного полотна

Для этого применяют преимущественно неорганические вяжущие материалы – цемент, негашеную известь, шлаки, золы уноса и др. Содержание этих вяжущих определяется по влажности грунта и обычно составляет 2-5% по массе грунта. Толщина, обрабатываемого вяжущим, слоя зависит от группы грунта по пучинистости и может составлять 6-14см. для III группы пучинистости и до 20-30см. для V и VI групп.

Укрепление грунтов может осуществляться без разрушения дорожной одежды. Для этого с поверхности дороги пробуривают сетку скважин на всю глубину рабочего слоя, в которую под давлением закачивают цементный, цементо-известковый или раствор другого вяжущего.

Регулирование водного режима земляного полотна

Зачастую значительно снизить вероятность образования пучин удается за счет прекращения поступления в тело земляного полотна атмосферной влаги. Для этого достаточно устроить надежный поверхностный водоотвод с гидроизоляцией обочин и откосов.

В случаях, когда причиной образования пучин является несоблюдение требований к возвышению поверхности покрытия над расчетным уровнем грунтовых вод или длительно стоящих поверхностных вод самым простым способом устранения пучинообразования является увеличение высоты насыпей до величин, соответствующих этим требованиям.

Если поднять рабочую отметку земляного полотна не представляется возможным в силу различных причин, то регулирование водного режима может осуществляться устройством: дренажей различного назначения (водопонижающих – для понижения уровня грунтовых вод (рис.2.1.); перехватывающих – для перехвата грунтовых вод с верховой стороны; мелкого заложения – для осушения слоев основания дорожной одежды); капиллярно- прерывающих прослоек, предотвращающих капиллярное поднятие воды; гидроизолирующих прослоек, полностью устраняющих увлажнение грунта земляного полотна.

Траншейный (водопонижающий) дренаж применяют только в сложных случаях, когда уровень грунтовых вод оказывает существенное влияние на влажность грунта рабочего слоя земляного полотна. Обычно это третий тип местности по условиям увлажнения с расположением уровня грунтовых вод не глубже 1-1,5м. от поверхности на участках невысоких насыпей земляного полотна. Траншейный дренаж может быть подкюветным или прикромочным, односторонним и двусторонним. При устройстве траншейного дренажа часто используют геотекстиль и водонепроницаемый рулонный материал, которыми обматывают проволочные каркасы.

Рис.2.1. Конструкции земляного полотна с траншейным (водопонижающим) дренажом:

а, б – подкюветные двухсторонний и односторонний дренажи; в, г – прикромочные двусторонний и односторонний дренажи; ∆Н – величина понижения уровня грунтовых вод.

Работы выполняют в таком порядке:

· разработка грунта в траншеях одноковшовым экскаватором с обратной лопатой или экскаватором-драглайн;

· подготовка, раскатка и укладка рулонов синтетического нетканого материала в траншею;

· установка каркаса с креплением геоматериала скрепками вокруг каркаса;

· укладка щебеночного или гравийного слоя;

· укладка трубы дренажной керамической, если не применяется каркас;

· засыпка щебеночным или гравийным материалом;

· засыпка траншеи грунтом;

· послойноеуплотнение трамбовками.

Гораздо чаще устраивают дренажи мелкого заложения, когда дренажная труба укладывается в ровик вдоль кромки проезжей части для сбора воды из дренирующего слоя и осушения верхней части земляного полотна. Это может быть комбинированный прикромочный дренаж, комбинированный плоскостной дренаж или поперечные дренажи мелкого заложения.

Гидроизоляцию земляного полотна применяют для предотвращения поступления влаги в тело земляного полотна; (атмосферных осадков через обочины, грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод), воды из кюветовпридлительном стоянии поверхностных вод, грунтовых вод при промерзании или для прерывания капиллярного поднятия грунтовых вод.

В качестве гидроизолирующих прослоек могут быть применены:

§ термопластики (безосновные резинобитумные рулонные материалы), такие как изол, бризол, борулин, гидроизоляционный материал на основе полиизобутилена и др.;

§ пленки (полимерные безосновные рулонные материалы), к ним относятся полиэтиленовая поливинилхлоридная и полиамидная пленки, а также пленка армадор – 2;

§ основные рулонные материалы, к которым относятся гидроизол, рубероид, стеклорубероид;

§ слои из горячих битумоминеральных смесей толщиной 3-3,5см. и др.

Возможно применение тканых и нетканых синтетических материалов, обработанных битумом до их полной водонепроницаемости путем создания на поверхности синтетического материала сплошной пленки битума.

Местоположение гидроизолирующей прослойки выбирают в зависимости от источника поступления влаги (рис.2.2.).

Технология работ по устройству гидроизолирующих прослоек зависит от конструкции дорожной одежды и местоположения гидроизолирующей прослойки.

Если в процессе реконструкции гидроизолирующая прослойка укладывается только на ширину обочин, то снимается грунт с обочин до поверхности песчаного слоя, выравнивается и уплотняется песчаный слой, затем укладывается прослойка, а потом отсыпается и уплотняется грунт на присыпной обочине.

Гидроизолирующая прослойка может укладываться на поверхность старого разрушенного покрытия. В этом случае предварительно должен быть выполнен ямочный ремонт старого покрытия и при необходимости уложен выравнивающий слой. Затем укладываются гидроизолирующая прослойка и слои усиления дорожной одежды.

Регулирование теплового режима земляного полотна осуществляют главным образом путем устройства морозозащитных и теплоизолирующих слоев.

Морозозащитные слои – это слои дорожной одежды и верхней части земляного полотна из зернистых материалов, таких как щебень, песчано-гравийные смеси, шлаки, непучинистые грунты I группы, а также грунты, укрепленные вяжущими и гидрофобизированные.

Рис.2.2. Конструкции земляного полотна с гидроизолирующими прослойками (ГП):

а – гидроизоляция обочин; б - гидроизоляция дорог с переходным типом покрытия; I – серповидный профиль; II – полукорытный профиль; в – гидроизоляция нижней части насыпи при длительном стоянии поверхностных вод; г – то же при близком уровне грунтовых вод.

Теплоизолирующие слои – это слои дорожной одежды из материалов с более эффективными теплозащитными свойствами, чем у грунтов и обычных дорожно-строительных материалов. К таким материалам относятся:

§ полимерные материалы (пенопласты);

§ легкие бетоны, в которых содержатся пористые заполнители (керамзит, аглопорит, гранулы полистирола, измельченный пенопласт);

§ металлургические шлаки;

§ золошлаковые смеси, обработанные и необработанные вяжущим;

§ композиции из местных материалов или грунтов, легких заполнителей и вяжущих, приготовленных способом смешения как в установке, так и на полотне дороги;

§ битумоминеральные смеси обычные или с легкими заполнителями.

Коэффициент теплопроводности таких материалов не должен превышать 0,6Вт/мК, коэффициент морозного пучения не более 1%. Кроме того, образцы из этих материалов должны обладать достаточной прочностью.

Теплоизолирующие слои из пенопласта устраивают редкоиз-завысокой его стоимости.

Для предохранения земляного полотна от значительного промерзания устраивают дорожные одежды теплоизолирующего типа, гораздо чаще используют слои изукрепленных цементом или битумом местных материалов, грунтов или отходов промышленности с добавкой легких заполнителей (рис.2.3.).

Рис.2.3. Конструкция дорожной одежды с теплоизолирующими слоями:

а – из укрепленных материалов и грунтов с легкими заполнителями; б – то же с трубчатыми дренами; в – с морозозащитным слоем из битумоминеральной смеси; 1 – покрытие; 2 – основание; 3 – укрепительная полоса; 4 – укрепление обочин; 5 – песчаный дренирующий слой; 6 – засев трав; 7 – теплоизолирующий слой; 8 –трубчатая дрена; 9 – выпуск; 10 – морозозащитный слой.

В качестве легких заполнителей чаще всего используют шлаки, аглопоритовый щебень или песок, керамзит и др.

Для предохранения земляного полотна от промерзания со стороны обочин теплоизолирующий слой должен быть шире проезжей части на 0,8-1,0м. с каждой стороны. На концах участка с теплоизолирующим слоем в продольном направлении дороги на протяжении 3-5м. толщину теплоизолирующего слоя постепенно уменьшают, чтобы избежать резкого перехода от одной конструкции к другой и предупредить возможность появления трещин в местах сопряжения.

Технология устройства теплоизолирующих слоев из материалов, укрепленных цементом, или битумоминеральных материалов почти не отличается от технологии устройства слоев дорожной одежды из этих материалов. Отличие состоит в том, что в случае применения в качестве легкого заполнителя керамзита, аглопорита или перлита уплотнение слоев производят только легкими или средними катками.

Для расчета толщины дорожных одежд на реконструируемых участках дорог необходимо располагать такими характеристиками грунтов, как:

§ модуль упругости "Е_о";

§ сцепление "С";

§ угол внутреннего трения "φ";

§ удельный избыток воды "g", поступающей в корыто из грунта при оттаивании;

§ относительный коэффициент морозного пучения "К_пуч";

§ глубина промерзания грунта "z".