Местные грунты как материал для покрытий простейшего типа
Низкая стоимость автомобильных дорог с покрытиями простейшего типа достигается в результате применения местного грунта в качестве основного материала для их строительства. Для обширной территории России характерно большое разнообразие природно-климатических условий, включая грунтовые, поэтому иногда для обеспечения проезда автомобилей достаточно выровнять поверхность грунтового основания. Это относится к редким по применению в практике дорожного строительства грунтам, классифицированным по ГОСТ 25100-95 как скальные.
Таблица 21.1
Классификация покрытий дорожных одежд низшего типа
| Материал | Назначение покрытия | Наименьшая толщина слоя, см | Расположение слоя | Интенсивность движения, авт./сут | Дорожно-климатические зоны |
| Покрытия из грунта естественного оптимального состава | |||||
| Грунт из боковых резервов или карьеров | Покрытие для дорог V технической категории | 20-25 | На всю ширину одной толщины | До 100 | Без ограничений |
| Покрытия из грунта, улучшенного до оптимального состава добавками карьерных песка или глины | |||||
| Грунт земляного полотна: глинистый (песчаный) улучшенный смешением на дороге (в карьере) | Покрытие для дорог V технической категории | 20-25 | На всю ширину проезжей части, одной толщины (серповидного профиля) | До 100 | Без ограничений |
| Покрытия из грунта, укреплённого крупнозернистыми минеральными материалами | |||||
| Улучшенный по видам добавок (см. табл. 21.4) | Покрытие для дорог V технической категории, устроенное методом смешения на дороге | 20-25 | На всю ширину проезжей части, одной толщины (серповидного профиля) | До 150 | Без ограничений |
| Составы: а) щебень 50-70 %; грунт 50-30 %; б) щебень 65 %; песок среднезернистый 24 %; суглинок 11 % | Покрытие для дорог V технической категории из грунтощебня | 15-25 | На всю ширину проезжей части | До 200 | IV-V |
| Улучшенный по видам добавок (см. табл. 21.4) | Покрытие для дорог V технической категории с россыпью минеральных мате__ риалов за 2-3 приёма | 15-20 | На всю ширину проезжей части | До 50 | IV-V |
По данным проф. Ю.М. Васильева (Хархута Н.Я., Васильев Ю.М. Прочность, устойчивость и уплотнение грунтов земляного полотна автомобильных дорог. - М.: Транспорт, 1975. - 288 с.) наиболее часто при строительстве автомобильных дорог (до 80 % от общего протяжения сети) применяют связные грунты II класса - природные дисперсные (с механическими и водно-коллоидными структурными связями), по виду - глинистые (табл. 21.2).
Специфические свойства связных грунтов (гидрофильность, прочность, водонепроницаемость, набухание) в значительной мере определяют условия движения автомобилей по сезонам года. Прочность несвязных грунтов в меньшей степени зависит от влажности, однако проезд автомобилей по ним затруднён из-за образования колеи и большого сопротивления движению. Образование колеи в покрытии наблюдают при уменьшении содержания в песке пылеватых и глинистых частиц, а также если песок однороден по зерновому составу. Поэтому эффективное применение широко распространённых природных дисперсных грунтов в качестве материала для устройства покрытия связано с улучшением его прочностных свойств посредством специальных мероприятий.
Таблица 21.2
Класс природных дисперсных грунтов по ГОСТ 25100-95
| Класс | Группа | Под-группа | Тип | Вид | Разновидность | |
| Дисперсные (с механическими и водно-коллоидными структурными связями) | Связные | Осадочные | Минеральные | Силикатные. Карбонатные. Железистые. Полиминеральные | Глинистые грунты | Выделяются по: гранулометрическому составу (крупнообломочные грунты и пески); числу пластичности и гранулометрическому составу (глинистые грунты и илы); степени неоднородности гранулометрического состава (пески); показателю текучести (глинистые грунты); относительной деформации набухания без нагрузки (глинистые грунты); относительной деформации просадочности (глинистые грунты); коэффициенту водонасыщения (крупнообломочные грунты и пески); коэффициенту пористости (пески); степени плотности (пески); коэффициенту выветрелости (крупнообломочные грунты); коэффициенту истираемости (крупнообломочные грунты); относительному содержанию органического вещества (пески и глинистые грунты); степени разложения (торфы); степени зольности (торфы); степени засоленности; относительной деформации пучения; температуре |
| Органоминеральные | Илы. Сапропели. Заторфованные грунты. | |||||
| Органические | Торфы и др. | |||||
| Несвязные | Минеральные | Силикатные. Карбонатные. Полиминеральные. | Пески. Крупнообломочные грунты |
Существует несколько классификаций методов искусственного улучшения или коренного изменения свойств грунтов, основанных на учёте различных признаков. В соответствии с назначением и видом строительства методы укрепления грунтов можно объединить в три основные группы: химические, физико-химические и физико-механические (табл. 21.3).
Группа химических методов включает способы, основанные на введении в грунт неорганических и органических вяжущих, а также различных синтетических полимерных смол холодного отверждения [98]. Характер изменения свойств грунтов при этом сводится, в первую очередь, к значительному увеличению прочности, водо- и морозостойкости, улучшению водопроницаемости грунтов в результате изменения состава и структурных связей.
Физико-химические методы укрепления грунтов применяют для снижения водопроницаемости, пылимости, пучинистости, улучшения уплотняемости в результате изменения поверхности минеральных частиц и прежде всего их обменной способности. Способы этой группы методов наиболее эффективны при улучшении свойств суглинков и глин различного состава и генезиса.
Улучшение инженерно-геологических свойств грунтов без существенного изменения их полидисперсной структуры можно достичь при помощи физико-механических методов (размельчение, перемешивание, уплотнение, введение гранулированных добавок, кольматация, осушение грунтов и пр.).
Применение перечисленных методов технической мелиорации грунтов находит широкое применение в практике строительства автомобильных дорог и носит во многих случаях комплексный характер. Например, для обеспечения устойчивости, водопроницаемости, ликвидации просадочности и пучинистости природных дисперсных грунтов технологией строительства земляного полотна и слоев дорожных одежд наряду с другими обязательными операциями предусматривают механическое укрепление. Основным видом воздействия в этом случае служит механическая энергия динамических и статических нагрузок уплотнения, вибрации, взрывов, давления, разряжения, гравитационного поля.
Улучшение свойств укреплённых грунтов в покрытиях простейшего типа связывают с изменением их состава и структуры. В укреплённом материале могут сформироваться три основных типа структур, которые впервые были выделены акад. П.А. Ребиндером - кристаллизационная, коагуляционная и конденсационная.
Классификация методов искусственного улучшения свойств связных грунтов (по Л.В. Гончаровой, Г.И. Баннику)
Таблица 21.3
| Группа грунтов | Связные пластичные (высокодисперсные) грунты с межчастичными (водно-коллоидными) связями | ||||
| Тип грунтов | Лёссовые (лёссы, лёссовидные супеси и суглинки) | Глинистые (супеси, суглинки, глины) | Органогенные (почвы, торфяники, илы) | ||
| Некоторые характеристики и свойства грунтов | Просадочность, водопроницаемость, пылимость, пучинистость | Деформируемость, набухаемость, размокание, пучинистость | Деформируемость, высокое увлажнение, текучесть | ||
| Основные группы методов | Вид воздействия на грунты | Характер изменения свойств грунтов | Характеристика водопроницаемости (коэффициент фильтрации, м/сут) | ||
| 10,0-10-3 | 1,0-10-6 | 10-3-10-6 | |||
| Химические | Химические реакции | Увеличение прочности, водо- и морозостойкости, уменьшение водопроницаемости | Смолизация | Битуминизация | |
| Силикатизация | Известкование | ||||
| Цементация | |||||
| Фосфатирование | |||||
| Физико-химические | Физико-химические обменные реакции, адсорбция электролитов и ПАВ | Снижение водопроницаемости, пучинистости, улучшение уплотняемости | Регулирование грансостава | ||
| Глинованием | Пескованием | ||||
| Агрегирование обработкой ПАВ и электролитами | |||||
| Гидрофилизация | |||||
| Гидрофобизация | |||||
| Физико-механические | механические | Динамические и статические нагрузки, взрыв, вибрация, разряжение, гравитация | Увеличение плотности, снижение водопроницаемости, просадочности, пучинистости | Механическое уплотнение динамическими и статическими нагрузками | |
| Сейсмическое уплотнение | |||||
| Виброуплотнение | |||||
| физические | Физические поля: электрическое, магнитное, тепловое отрицательных температур | Увеличение прочности и морозостойкости, устранение просадочности | Нагрев и обжиг | ||
| Электроосмотическое воздействие | |||||
| Электрохимическое воздействие |
Основными процессами, приводящими к образованию новых структурных связей в грунтах, являются: при химических методах укрепления - гидратация и гидролиз цементных зёрен, твердение продуктов гидратации и их новообразований, полимеризация и поликонденсация синтетических веществ; при физико-химических методах - ионный обмен, адгезия вяжущих, необратимая коагуляция частиц, адсорбция, диспергация, кристаллизация и др.; при физико-механических методах - разупрочнение, упрочнение, электроосмос, электрофорез, спекание, плавление и др. (Укреплённые грунты. (Свойства и применение в дорожном и аэродромном строительстве/В.М.Безрук, ИЛ. Гурячков, Т.М. Луканина и др. - М.: Транспорт, 1982. - 321 с.)
Качество упрочнения грунтов находится в сложной функциональной зависимости от свойств минерального заполнителя, применяемых реагентов и добавок, а также от соблюдения регламента производства работ [98].