Строительство слоев из щебеночно-песчаных и других смесей
Строительство слоев из щебеночно (гравийно)-песчаных смесей. При проектировании щебеночных и гравийных покрытий и оснований из плотных смесей применяемые материалы должны отвечать требованиям ГОСТ 25607-94 и ГОСТ 3344-83. Рекомендуемые зерновые составы смесей приведены в табл. 15.12.
Таблица 15.12
| № смеси | Максимальный размер зерен, мм | Содержание частиц, % | |||
| крупнее, мм | мельче, мм | ||||
| 2,5 | 0,16 | 0,05 | |||
| Смеси для покрытий ГОСТ 25607-94 | |||||
| С1 | 45-70 | 55-80 | 8-25 | 7-20 | |
| С2 | 25-50 | 35-65 | 10-35 | 8-25 | |
| Смеси для оснований ГОСТ 25607-94 | |||||
| С3 | 120 (70) | 65-85 | 75-90 | 0-5 | 0-5 |
| С4 | 80 (70) | 65-85 | 75-90 | 0-5 | 0-5 |
| С5 | 80 (70) | 40-75 | 50-85 | 5-10 | 0-5 |
| С6 | 70-85 | 75-85 | 3-7 | 0-5 | |
| С7 | 60-85 | 70-95 | 3-10 | 3-8 | |
| С6 | 40-60 | 55-70 | 5-10 | 0-4 | |
| Смесь из неактивных и слабоактивных шлаков ГОСТ 3344-83 | |||||
| С1 | 65-85 | - | 5-10 | - | |
| С2 | 40-75 | - | 5-10 | - | |
| С4 | 70-85 | - | 5-10 | - | |
| С6 | 40-60 | - | 5-10 | - |
Марки по прочности и морозостойкости щебня и гравия, входящих в состав смесей согласно СНиП 2.05.02-85, должны соответствовать требованиям табл. 15.13.
В гравийный материал марки Др 12 и выше, содержащий более 50 % зерен с гладкой поверхностью, рекомендуется добавлять щебень (щебень из гравия) в количестве не менее 25 % по массе для лучшей его уплотняемости и повышения несущей способности покрытия.
В щебне из изверженных и метаморфических пород марок 800 и выше и осадочных пород марок 600 и выше для щебеночных покрытий дорог IV, V категорий содержание зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой форм не должно превышать 15 % по массе, а для оснований дорог I-III категорий - 35%.
Таблица 15.13
| Свойства каменных материалов | Для покрытия | Для оснований | |||
| категория автомобильной дороги | |||||
| IV | V | I, II | III | IV, V | |
| Марка по прочности на раздавливание щебня в цилиндре в водонасыщенном состоянии, не ниже, для: | |||||
| изверженных пород | |||||
| осадочных пород | |||||
| гравия и щебня из гравия | |||||
| шлаков фосфорных, черной и цветной металлургии | |||||
| Марка по истираемости не ниже | ИIII | ИIII | 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 величины модуля упругости слоя из щебеночных и гравийных смесей, влияния максимальной крупности материала, зернового состава смеси и количества мелкозернистых частиц в Союздорнии были проведены эксперименты на различных щебеночно-песчаных и гравийно-песчаных смесях. Из указанных материалов готовили смеси разных зерновых составов, рекомендованных ГОСТ 25607-94 и ГОСТ 3344-83, и других составов, используемых в дорожном строительстве. В результате экспериментов, проведенных по стандартной методике, были рассчитаны модули упругости слоев из щебеночно-песчаных и гравийно-песчаных материалов и сгруппированы по типам применяемых смесей, представленные в табл. 15.14.
Таблица 15.14
| Материал слоя | Расчетные значения модуля упругости, Е, МПа | ||
| назначение смесей | номер смеси и максимальная крупность зерен щебня, мм | при щебне | при гравии |
| Для покрытий (ГОСТ 25607-94) | С1 - 40 С2 - 20 | ||
| Для оснований (ГОСТ 25607-94) | С3 - 60 С4 - 80 С5 - 40 С6 - 20 С7 - 20 | ||
| Из неактивных и слабоактивных и шлаков (ГОСТ 3344-83) | С1 - 70 С2 - 70 С4 - 40 C6 - 20 | - - - - |
Слой 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. Максимальная толщина уплотняемого слоя должна составлять значения, приведенные 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.
Подобранный щебеночный материал может быть получен: непосредственно с предприятия-поставщика (карьера); путем смешения необходимых компонентов в специальной смесительной установке на промбазе строительной организации; смешением автогрейдером необходимого количества компонентов в заданном соотношении непосредственно на дороге.
Для получения подобранного щебеночного материала путем смешения на дороге на готовый нижележащий слой основания вывозят и распределяют ровным слоем необходимое количество более крупного материала, затем к нему добавляют последовательно более мелкие материалы. Спланированные материалы перемешивают автогрейдером до образования однородной смеси, которую затем распределяют по всей ширине дороги, поливают и укатывают.
В качестве мелкой (мельче 5 мм) составляющей подобранного щебеночного материала можно использовать отсевы дробления или природный песок. В отдельных случаях для устройства основания можно применять известняковый щебень фракций 5-40 мм или 5-7 мм, в котором частиц мельче 5 мм обычно содержится 5-10 %. В процессе уплотнения этот щебень дробится, что увеличивает количество таких частиц до требований норм. Уплотнение щебня в данном случае целесообразно производить только вибрационными катками. Возможность использования щебня фракций 5-40 и 5-70 мм определяют по результатам пробного уплотнения с отбором и анализом проб готового основания. Уплотнение подобранного щебеночного материала осуществляют катками любого типа в соответствии со СНиП 3.06.03-85 от края к середине с перекрытием следа. Общее минимальное количество проходов катков различного типа по одному следу приведено в табл. 15.15.
Таблица 15.15
| Каток | Рекомендуемая марка катка | Количество проходов |
| Гладковальцовый статического действия | ДУ-93 | |
| С пневматическими вальцами | ДУ-100 | |
| С комбинированными вальцами | ДУ-64, ДУ-99 | |
| С вибрационными вальцами | ДУ-63, ДУ-98 |
Для уменьшения трения между щебенками при укатке производят в летнее время полив уплотняемого слоя водой, ориентировочный расход 25-35 л/м2.
В процессе строительства должен осуществляться контроль качества материалов и устраиваемого слоя, который подразделяется на входной, операционный и приемочный. При входном контроле качество материала (щебня) оценивается 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. 15.16.
Таблица 15.16
| Зерновой состав, полные остатки на ситах, мм | Содержание пылевато- глинистых частиц, % массы | Прочность | Морозостойкость | ||||||
| менее 5 | потери массы, % | марка | потери массы, % | марка | |||||
| По ГОСТ 25607-94 | До 5 | До 20 | До 10 | ||||||
При входном контроле в каждой партии (700 м3) контролируют прочность, морозостойкость, зерновой состав, содержание пылевато-глинистых частиц (ПГЧ). При операционном контроле на каждые 8000 м2 контролируют зерновой состав и ПГЧ. Результаты контроля фиксируются в лабораторном журнале. При операционном и приемочном контроле качества устраиваемого слоя проверяются высотные отметки, ровность, поперечный уклон, ширина, толщина слоя и качество уплотнения. Объем, периодичность и требования аналогичны приведенным в п. 15.2.
Стабилизация слоя из щебеночно-песчано-грунтовых смесей. В последние годы в США, Канаде, Австралии, Мексике, ЮАР рекламируются основания дорожных одежд без вяжущих из различных местных материалов, обработанных специальными жидкими стабилизаторами, такими как Роудбонд (Рб), Перма-Зум (P-ZIIX), ионный стабилизатор грунта (ИСС-2500), стабилизатор грунта (СГ) и РРП.
Следует отметить, что метод обработки материалов стабилизаторами не нов. Так, ещё в 50-60 гг. прошлого века в СССР проводились аналогичные исследования В.М. Безруком, И.И. Черкасовым и Л.Л. Марковым с использованием для обработки грунтов различных высокомолекулярных материалов-полимеров, например, диотадецилдиметиламмоний хлоридов, который по принципу взаимодействия с материалом близок к зарубежным стабилизаторам. Однако, как показывает анализ отечественной научно-технической литературы, эффективность и надежность стабилизации грунтов недостаточно изучена и дальнейшие исследования не проводились.
Стабилизаторы отличаются между собой составом. Роудбонд - это растворимая в воде эмульсия на основе сульфированного масла; Перма-Зум - органический материал, содержащий протеин (белки, состоящие только из аминокислот); ИСС - органический материал, получаемый на основе комбинированной серной и буферной кислот.
Главная функция этих стабилизаторов заключается в химическом изменении поверхности частиц, обеспечивающих возможность уменьшить количество воды, снизить силы сцепления между частицами грунта, что создает условия для повышения степени уплотнения материала и в дальнейшем недопущения его переувлажнения. Эти стабилизаторы (концентраты, поставляемые фирмами), свободно растворяются в холодной воде, как правило, разбавляются в цистерне поливомоечной машины в соотношении 1:500. Расход концентрата стабилизатора ориентировочно 0,1-0,3 см3 (г) на 1 кг обрабатываемого материала.
Обработка гравийно (щебёночно)-песчано-грунтовых смесей стабилизаторами по данным фирм позволяет создавать прочные, водоустойчивые конструкции, которые могут заменять традиционные дорожные конструкции.
Применение стабилизаторов уменьшает оптимальную влажность, набухание, усадку, пылеобразование, уплотняющее усилие, толщину конструктивных слоев, трудоемкость, затраты на строительство, затраты на содержание. Применение стабилизаторов увеличивает плотность материала, несущую способность, прочность при сжатии и сдвиге, водонепроницаемость слоя.
Технология строительства оснований, обработанных стабилизаторами, не требует специального оборудования или машин. Оценивать качество дорожных оснований, обработанных стабилизаторами, рекомендуется по величине несущей способности, характеризуемой модулем упругости устраиваемого слоя.
С целью изучения влияния различных, как зарубежных (П-3, Рб, СГ, РРП, ИСС), так и отечественных (СДБ, ЛСТ, РОГ) стабилизаторов-пластификаторов на характеристики обработанных ими материалов и выявления возможности и целесообразности их использования в дорожном строительстве России с учетом специфических климатических условий нашей страны Союздорнии совместно с Росдорнии провел специальные исследования. Анализ результатов проведенных к настоящему времени исследований по изучению свойств материалов, обработанных различными стабилизаторами, показал, что эффективность использования стабилизаторов целесообразно оценивать по повышению показателей плотности и несущей способности, по снижению оптимальной влажности и набухания в процессе капиллярного водонасыщения.
Установлено, что для каждого вида стабилизатора необходимо найти оптимальную его дозировку для обработки материалов, при которой возможно получение обработанного материала с наибольшими показателями плотности и несущей способности для конкретного материала. Обобщенные данные по влиянию обработки смесей стабилизаторами на их показатели приведены в табл. 15.17.
Таблица 15.17
| Показатели | Величина показателя смеси, содержащей чистую воду или раствор стабилизатора | |
| вода | стабилизатор | |
| Оптимальный расход 1 %-ного раствора стабилизатора, см3 (г) на 1 кг смеси | - | 30,0 |
| Параметры при оптимальной влажности | ||
| Плотность скелета, г/см3 | 2,27 | 2,30 |
| Оптимальная влажность смеси, % | 6,0 | 4,5 |
| Модуль упругости, МПа | ||
| Параметры после водонасыщения | ||
| Максимальная влажность смеси, % | 8,0 | 7,1 |
| Плотность скелета, г/см3 | 2,23 | 2,24 |
| Модуль упругости, МПа |
Сравнительный анализ свойств материалов, обработанных оптимальным количеством зарубежных стабилизаторов, и материалов, обработанных оптимальным количеством отечественных стабилизаторов-пластификаторов, при оптимальных влажностях показывает, что применение стабилизаторов приводит к увеличению плотности на 1-6 %, повышению модуля упругости на 8-29 %, оптимальная влажность смесей уменьшается на 8-15 %.
Следует отметить также, что показатели плотности и модуля упругости после капиллярного водонасыщения снижаются как у материалов со стабилизаторами, так и у материалов без них. Однако это снижение более значительно у материалов на чистой воде, что говорит о положительном влиянии стабилизатора и о целесообразности его применения в дорожном строительстве. Однако при применении стабилизаторов для сохранения полученных характеристик материалов необходимо применять специальные меры по недопущению попадания воды в построенную конструкцию.
На основе результатов исследований, проведённых в Союздорнии совместно с Росдорнии, и результатов обследований построенных экспериментальных участков разработаны «Рекомендации», в которых установлены требования и предлагается использовать различные стабилизаторы для обработки гравийно (щебёночно)-песчаных смесей с содержанием гравия (щебня) 30-75 % и содержанием пылевидных и глинистых частиц в пределах 5-13 %, имеющих число пластичности не более 14. Основания из таких смесей рекомендуется устраивать на дорогах III-V категорий в III-V дорожно-климатических зонах в I и II типах местности по условиям увлажнения.
Для определения возможности и эффективности применения предлагаемых стабилизаторов с конкретными материалами необходимо сравнить эффективность (техническую и экономическую) использования предлагаемых стабилизаторов в конкретных условиях.