Строительство слоев из щебеночных материалов
Строительство щебеночных слоев методом заклинки. При проектировании щебеночных покрытий и оснований, устраиваемых методом заклинки, применяют щебень по ГОСТ 8267-93, ГОСТ 3344-83, фракций 40-70 мм в качестве основного материала, и фракций 10-20 и 5-10 мм в качестве расклинивающего с суммарным расходом последнего 25 м3/1000 м2. При устройстве оснований для расклинки допускается применение фракции 5-20 мм и смесей № 12 и 13 по ГОСТ 25607-94.
Марки по прочности и морозостойкости каменных материалов должны соответствовать требованиям табл. 15.1. Прочность расклинивающего материала может быть на марку ниже основного. Слои оснований из щебня карбонатных пород марок 400 и ниже допускается устраивать без использования расклинивающего материала.
Таблица 15.1
| Свойства каменных материалов | Для покрытий | Для оснований | ||
| категория автомобильной дороги | ||||
| IV | V | I-III | IV, V | |
| Марка по прочности на раздавливание в цилиндре в водонасыщенном состоянии, не ниже: | ||||
| щебня из изверженных пород | ||||
| из осадочных пород | ||||
| из шлаков фосфорных, черной и цветной металлургии | ||||
| щебня и гравия | ||||
| Марка по истираемости | ИII | ИIII | ИIII | ИIV |
| Марка по морозостойкости для районов со среднемесячной температурой воздуха наиболее холодного месяца, °С | ||||
| от 0 до -5 | - | |||
| от -5 до -15 | ||||
| от -15 до -30 | ||||
| ниже -30 |
Для уточнения модулей упругости щебеночных оснований, устраиваемых методом заклинки, в Союздорнии были проведены эксперименты на материалах различного генезиса и прочности. При этом использовали легкоуплотняемый известняковый щебень с маркой по прочности 400-800, трудноуплотняемый гранитный щебень с маркой по прочности 1000-1200, щебень шлаковый с маркой по прочности 600-1000.
Результаты исследований показали, что трудноуплотняемый щебень - это, как правило, щебень из изверженных и метаморфических магматических пород марки 1000 и более, щебень из гравия прочностью 800 и более и шлаки остеклованной структуры. Легкоуплотняемый щебень - это щебень из изверженных и метаморфических пород марки прочности менее 1000, щебень из гравия прочностью менее 800, шлаки пористой структуры, щебень из осадочных пород.
Для заклинки использовали мелкий щебень, песчано-гравийную и щебеночную смесь. Результаты работ приведены в табл. 15.2.
Таблица 15.2
| Материал конструктивного слоя и материал для расклинки | Модуль упругости, МПа | |
| слоя из легкоуплот- няемого щебня | слоя из трудноуплот- няемого щебня | |
| Щебень фракционированный 40-80 мм с заклинкой: | ||
| фракционированным мелким щебнем размером 10-20 и 5-10 мм | ||
| отсевами дробления | 300-350 | 200-250 |
| известняковой мелкой смесью или активным мелким шлаком | ||
| мелким высокоактивным шлаком | ||
| асфальтобетонной смесью |
Результаты испытаний, приведенные в табл. 15.2, показывают влияние на модуль упругости качества основного щебня, а также характеристики расклинивающей фракции. Данные табл. 15.2 наиболее полно и точно характеризуют несущую способность оснований, устраиваемых по методу заклинки, из различных материалов, применяемых в практике дорожного строительства.
Наряду со стандартными фракциями щебня в практике строительства применяется щебень других фракций. Модули упругости слоя из таких материалов приведены в табл. 15.3. Основание укладывается на готовый и принятый в установленном порядке нижележащий слой дорожной одежды. Минимальная толщина распределяемого слоя должна в 1,5 раза превышать размер наиболее крупных частиц щебня. Максимальные толщины уплотняемого слоя приведены в табл. 15.4.
Таблица 15.3
| Основная фракция щебня, мм | 70-40 | 70-20 | 60-25 | 40-20 | 40-20 |
| Расклинивающая фракция щебня, мм | 5-20 | 5-10 | 5-10 | 5-10 | 5-20 |
| Модуль упругости, МПа |
Таблица 15.4
| Каток | Масса катка, т | Толщина слоя, см |
| С гладкими вальцами | 10 и более | |
| На пневмошинах | 15 и более | |
| Вибрационный и комбинированный | До 10 | |
| Вибрационный и комбинированный | 16 и более |
Объем каменного материала для устройства основания в насыпном виде определяется с учетом коэффициента запаса на уплотнение 1,2-1,4, и уточняется пробной укаткой на первом этапе строительства.
Щебеночное основание устраивают в два этапа:
распределение основного щебня проектной толщиной с учетом коэффициента запаса расхода на уплотнение и его уплотнение;
распределение расклинивающего щебня и окончательное уплотнение основания.
Распределение основного - крупного - щебня производят укладчиком или автогрейдером с обеспечением требуемой ровности. Распределение мелкого - расклинивающего - щебня рекомендуется производить навесным на самосвал щебнераспределителем мелкого щебня типа T-224-I или БД-130, используемым для устройства поверхностной обработки. Уплотняют щебень катками любого типа от края к середине с перекрытием следа. Общее минимальное количество проходов катков по одному следу приведено к табл. 15.5.
Таблица 15.5
| Каток | Рекомендуемая марка катка | Минимальное количество проходов на этапах уплотнения | |
| Гладковальцовый статистического действия | ДУ-93 | ||
| С пневматическими шинами | ДУ-100 | ||
| С комбинированными вальцами | ДУ-64, ДУ-99 | ||
| С вибрационными вальцами | ДУ-63, ДУ-98 |
Для уменьшения трения между щебенками и ускорения взаимозаклинивания при укатке следует производить в летнее время полив щебня водой, ориентировочный расход 15-25 л/м2 для 1-го этапа, 10-12 л/м2 для 2-го этапа. В процессе строительства должен осуществляться контроль качества материалов и устраиваемого слоя.
Укрепление слоя из низкомарочного щебня его гидрофобизацией. Одним из наиболее распространенных местных каменных материалов являются материалы из осадочных карбонатных пород. Щебень, получаемый из этих месторождений, характеризуется значительным разнообразием прочности. Распространение, основные карьеры и характерные колебания прочности горной породы приведены в табл. 15.6.
Таблица 15.6
Районы распространения каменных материалов из осадочных карбонатных пород
| Экономический район | Карьер | Прочность материала месторождения, % | ||
| прочный, > 60 МПа | средний, 30-60 МПа | слабый, < 30 МПа | ||
| Северо-западный | Кикеринский, Псковстройматериалы | 8,7 58,0 | 63,6 20,0 | 27,7 22,0 |
| Центральный | Калужский Мышегский Муратовский Караблинский Рождественский Алексинский | 67,3 64,7 69,8 60,0 54,7 57,4 | 14,2 - - 12,6 22,3 18,6 | 18,5 35,3 30,2 27,4 23,0 24,0 |
| Центрально-Черноземный | Елецкий Хмельницкий Ольшанский Задонский Лавский | 68,4 67,0 56,5 59,0 70,5 | 16,0 15,7 22,5 17,0 12,5 | 15,6 17,3 21,0 24,0 17,0 |
| Северный Кавказ | Жирновский Быстрогорский Апанасовский | 72,6 66,5 62,7 | 10,4 18,5 17,3 | 17,0 15,0 20,0 |
| Волго-Вятский | Кировский | 57,5 | 24,5 | 18,0 |
| Поволжский | Кам-Исмагилово Сокский Чапаевский Ново-Тарьяльский | 79,0 32,1 53,0 74,4 | 4,0 55,9 30,0 8,6 | 17,0 12,0 17,0 17,0 |
| Уральский | Саткинский | 88,3 | 5,7 | 6,0 |
Материал с маркой прочности ниже 400 имеет, как правило, недостаточную для дорожных конструкций морозостойкость. Это исключает возможность применения широко распространенного известнякового щебня в дорожных одеждах.
В результате работ, проведенных в Союздорнии, МАДИ, Гипродорнии и других организациях предложено обрабатывать щебень различными гидрофобизирующими жидкостями. Как показали результаты исследований, обработка щебня гидрофобизаторами уменьшает его водопоглощение и увеличивает морозостойкость до марок, которые могут найти применение в дорожных одеждах. В качестве гидрофобизаторов могут найти применение петролатум, жидкий битум, отработанное моторное масло, кремнийорганические жидкости ГКЖ-10 и ГКЖ-11.
Обработка петролатумом малопрочного щебня в течение 0,5-5,0 мин позволила снизить водопоглощение с 14 до 1,5 %, потери при испытании в полочном барабане - с 78 до 26-36 %, повысить морозостойкость до Мрз 100 по сравнению с показателями малопрочного необработанного петролатумом щебня.
Значительный эффект проявляется при обработке щебня 10 %-ной концентрацией раствора ГКЖ при времени обработки не менее 5 мин. При этом показатель водопоглощения снижается с 6 до 2 %, морозостойкость повышается с 15 (необработанный щебень) до 75-100 циклов (обработанный щебень), водостойкость увеличивается в 2 раза.
Значительное улучшение свойств обработанного гидрофобизатором щебня дает возможность рекомендовать его при условии щадящей технологии уплотнения для устройства слоев основания автомобильных дорог III-V категорий. Для увеличения сроков службы основания следует обеспечивать соответствующий водоотвод. Аналогичные результаты получены при обработке малопрочного известнякового щебня отработанным машинным маслом в количестве 3-5 % массы щебня. Обобщенные результаты проведенных работ представлены в табл. 15.7.
Таблица 15.7
| Обрабатываемый щебень | Применяемые гидрофобизаторы | Повышение марки морозо- стойкости щебня после обработки |
| Марка прочности 200-400 Марка морозостойкости 10-15 | Петролатум, ГКЖ-10, ГКЖ -11, отработанное масло, жидкий битум, нефтяной гудрон | на 1-3 марки |
Для устройства оснований из низкомарочного щебня (М 200-М 400), обработанного гидрофобизаторами, рекомендуется использовать фракцию 40-70 мм или 20-70 мм. Заклинка мелким щебнем такого материала не требуется.
Работы по устройству слоя основания включают выполнение следующих основных операций: разбивка в плане и высотных отметок устраиваемого основания; завоз и распределение щебня по нижележащему слою. В случае укладки щебня на песчаный подстилающий слой работы по распределению щебня ведут «от себя»; розлив гидрофобизирующей жидкости; уплотнение слоя.
Минимальная толщина распределяемого слоя должна в 1,5 раза превышать размер наиболее крупных частиц щебня. Максимальные толщины уплотняемого слоя приведены в табл. 15.4.
Объем каменного материала для устройства слоя в насыпном виде определяется с учетом коэффициента запаса на уплотнение 1,2-1,4 и уточняется пробной укаткой на первом этапе строительства.
Розлив гидрофобизирующей жидкости производится по распределенному слою щебня. Уплотнение щебеночного слоя осуществляют катками любого типа в соответствии со СНиП 3.06.03-85 от края к середине с перекрытием следа. Общее минимальное количество проходов катков по одному следу приведено в табл. 15.8.
Таблица 15.8
| Каток | Рекомендуемая марка катка | Количество проходов |
| Гладковальцовый статического действия | ДУ-93 | |
| С пневматическими шинами | ДУ-100 | |
| С комбинированными вальцами | ДУ-64, ДУ-99 | |
| С вибрационными вальцами | ДУ-63, ДУ-98 |
Качество уплотнения щебеночного основания проверяют путем контрольного прохода гладко-вальцового катка массой 10-13 т по всей длине построенного участка. После прохода катка на поверхности слоя не должны оставаться следы и возникать волны перед вальцом, а положенная под валец щебенка должна раздавливаться.
Щебеночные слои с пропиткой верхней части неорганическими вяжущими. На основе работ, проведенных в Союздорнии, МАДИ и других организациях, в практике дорожного строительства используется новый тип основания - щебеночное, обработанное в верхней части пескоцементной смесью. Основными преимуществами, обусловившими широкое внедрение этой конструкции, являются:
плавно убывающий модуль упругости по глубине слоя в соответствии с уменьшением напряжения в конструкции от колеса автомобиля, обосновывающий возможность уменьшить расход вяжущего по глубине слоя;
повышенная по сравнению с щебеночными основаниями несущая способность (модуль упругости), позволяющая снизить толщину конструкции (уменьшить ее материалоемкость на 10-20 %);
уменьшенный на 10-20 % расход цемента по сравнению с пескоцементными основаниями;
возможность использования менее прочных местных каменных материалов по сравнению с щебеночными основаниями;
повышенная несущая способность в раннем возрасте по сравнению с пескоцементным основанием из-за каркасности материала, что обеспечивает пропуск построечного транспорта без деформации конструкции;
возможность стадийного строительства: вывозка щебня зимой и окончательное устройство оснований летом, что, в свою очередь, приводит к уменьшению потребности в автомобильном транспорте в летнее время;
возможность использовать дешевые смесительные установки небольшой производительности для скоростного строительства оснований или полностью отказаться от смесительных установок при обработке щебеночного слоя одним вяжущим без песка, например, гранулированным шлаком, активной золой уноса, активным фосфогипсом.
Несущая способность конструкции щебеночного основания, обработанного в верхней части неорганическими вяжущими, характеризуемая средним модулем упругости слоя Еср, зависит от величины модуля упругости Е1 и прочности Р верхней, обработанной части слоя, и модуля упругости нижней, необработанной части слоя Е2, а также их толщины (h1 - толщина верхней части слоя, h - общая толщина слоя). Результаты определения среднего модуля упругости приведены в табл. 15.9.
Результаты расчетов показывают, что модуль упругости возрастает, а общая толщина конструкции уменьшается при увеличении глубины пропитки слоя вяжущим и росте модуля упругости верхней обработанной части слоя, то есть при увеличении марки применяемого пескоцемента или другого вяжущего.
В случае сохранения постоянной общей толщины слоя при увеличении глубины пропитки от 0,25 до 0,75 толщины слоя требуемая прочность пескоцемента может быть уменьшена с 10 до 4 МПа, а расход цемента - с 18 до 10 % по массе пескоцементной смеси.
При сохранении одной глубины пропитки слоя толщину последнего можно уменьшить, например, с 21 до 15 см при увеличении прочности пескоцемента с 4 до 10 МПа. Для устройства слоя целесообразно использовать щебень фракции 40-70 и 70-120 мм.
Таблица 15.9
Величина среднего модуля упругости слоя Еср, МПа
| h1/h | Е2, МПа | Отношение Е1 (МПа)/марка прочности Р | ||
| 800/75 | 600/60 | 400/40 | ||
| 0,25 | ||||
| 0,50 | ||||
| 0,75 | ||||
Как правило, для строительства оснований применяют известняковый щебень, имеющий более широкое распространение и, следовательно, меньшую дальность транспортировки к объекту строительства. При строительстве оснований на дорогах I-II категорий минимальная марка прочности щебня 600, на дорогах III категории - 400 и IV-V - 200.
В зависимости от климатических условий и категории дороги к щебню предъявляются различные требования по морозостойкости: максимальная - Мрз 50, минимальная - Мрз 15.
Для получения требуемого модуля упругости верхней обработанной части слоя, зависящего от прочности при сжатии щебеночно-пескоцементного материала, в щебень вводят пескоцемент определенной прочности от 4 до 10 МПа; расход цемента 10-18 % массы смеси. Для повышения пластичности смеси и уменьшения расхода цемента на 10-20 % в смесь целесообразно вводить поверхностно-активные вещества: СДБ ориентировочно 0,5-1,5 %, ЩСПК в пределах 1,5-2,5 % массы цемента. Вместо цемента может быть использовано шлаковое вяжущее на основе шлаков черной металлургии или зольное вяжущее на основе зол уноса ТЭЦ. В качестве активаторов шлаков и зол наибольшее применение находит также цемент. Ориентировочный расход шлака или золы 10-20 %, цемента 4-10 % массы смеси. Высокоактивные шлаки и золы можно применять в чистом виде (без цемента) для обработки верхней части щебеночного слоя. В этом случае отпадает необходимость в смесительных установках.
Расход пескоцемента зависит от глубины пропитки и пустотности щебня. При изменении глубины пропитки от 5 до 15 см расход пескоцемента составляет 2,5-9,0 м3 на 100 м2 поверхности щебеночного слоя.
При устройстве щебеночных (гравийных) оснований, обработанных не на полную глубину пескоцементной смесью методом пропитки (вдавливанием), целесообразно применять пескоцементную смесь с влажностью на 20-40 % больше или меньше оптимальной влажности. Пескоцементную смесь вводят в щебеночный слой вибрацией или давлением. Щебень укладывают и планируют распределителем или автогрейдером и увлажняют водой из расчета 3-10 л/м2. При необходимости для обеспечения проезда построечного транспорта щебень прикатывают гладковальцовым катком массой 6-8 т за 1-2 прохода по одному следу. Приготовленную в установке пескоцементную смесь распределяют по поверхности щебня укладчиком.
Пропитку щебеночного слоя на глубину до 5 см осуществляют 2-3 проходами катка на пневматических шинах; пропитку щебеночного слоя на глубину до 7 см осуществляют методом вибрации профилировщиком с вибробрусом. При использовании метода вибрации и давления для пропитки на глубину до 10 см применяют вибрационный каток (1-2 прохода по одному следу). Окончательное уплотнение основания после пропитки щебеночного слоя смесью осуществляют катками на пневматических шинах за 12-16 проходов. После окончательного уплотнения за построенным основанием осуществляют уход.
Контроль качества. Контроль качества материалов и устраиваемого слоя подразделяется на входной, операционный и приемочный.
При входном контроле качество в каждой поставляемой партии (700 м3) материала (щебня) оценивается лабораторией по паспортам или собственными испытаниями на соответствие требованиям ГОСТа и проекта. Особое внимание уделяется прочности, морозостойкости, зерновому составу и загрязненности материала. Результаты контроля фиксируются в лабораторном журнале. Пример записи в журнале результатов определения физико-механических свойств щебня приведен в табл. 15.10.
Таблица 15.10
| Зерновой состав, полные остатки на ситах, мм | Содержание пылевато-глинистых частиц, % массы | Прочность | Морозостойкость | ||||
| D | 0,5 (D ± d) | d | потери массы, % | марка | потери массы, % | марка | |
| 0-20 | 40-60 | 70-85 | до 5 | до 20 | до 10 |
Примечание. D - максимальный размер зерна щебня, d - минимальный размер щебня
При операционном контроле качества материала на каждых 8000 м2 устраиваемого слоя проверяется соответствие ГОСТу и проекту зернового состава материала и его загрязненности. Результаты контроля фиксируются в лабораторном журнале. При операционном контроле качества устраиваемого слоя проверяются: высотные отметки, ровность, поперечный уклон, ширина, толщина слоя и качество уплотнения. Качество уплотнения щебеночного основания проверяют путем контрольного прохода гладко-вальцового катка массой 10-13 т по всей длине построенного участка. После прохода катка на поверхности слоя не должны оставаться следы и возникать волны перед вальцом, а положенная под валец щебенка должна раздавливаться. Результаты контроля фиксируются в лабораторном журнале. Оценка всех показателей должна проводиться не реже чем через 100 м. Требования СНиП 3.06.03-85 к сдаваемому участку приведены в табл. 15.11.
Таблица 15.11
| №°п/п | Показатель | Величина показателя |
| Отклонения от проектной ширины | 90 % замеров до ± 10 см | |
| Отклонения от проектной толщины | 90 % замеров до ± 10 мм | |
| Отклонения от проектного поперечного уклона | 90 % замеров до ± 0,005 | |
| Ровность (просветы под 3 метровой рейкой) | 90 % замеров до 5 мм | |
| Уплотнение | Отсутствие следа от прохода катка | |
| Отклонение высотной отметки | 90 % замеров до ± 10 мм (± 50 мм) |
Примечание: Цифры в скобках - при использовании машин без следящих систем
При приемочном контроле качества данные испытаний, замеров оформляются в вышеуказанных документах; при необходимости проводятся дополнительные контрольные испытания и замеры.
При наличии отклонений параметров от допусков, превышающих требования ГОСТа, СНиП и проекта, в журнале производства работ делают специальную запись для последующего устранения отмеченных недостатков до приемки готового слоя.