Технология строительства простейших покрытий из искусственно улучшенных грунтов
Для улучшения физико-механических свойств грунта применяют местные материалы или отходы промышленности. Добавление таких материалов, иногда называемых скелетными, экономически оправдано, когда их стоимость достаточно низкая, а источники поставок расположены вблизи строящейся дороги.
Характеристика крупнозернистых минеральных материалов, применяемых для улучшения природных дисперсных грунтов при строительстве простейших покрытий автомобильных дорог, приведена в табл. 21.4 (Строительство автомобильных дорог: Справочник инженера дорожника / В.А. Бочин, М.И. Вейцман, ИЛ. Колкер, Е.Ф. Левицкий. - М.: Транспорт, 1969. - 496 с).
Улучшение грунтов скелетными добавками осуществляют в следующей последовательности:
подбирают состав плотной смеси из имеющихся в распоряжении крупнозернистых материалов;
определяют количество глинистого грунта, достаточное для связывания скелетной части смеси;
тщательно перемешивают составляющие и уплотняют композицию в слое покрытия.
При подборе составов оптимальных смесей учитывают местные климатические условия, результаты исследований водно-физических свойств глинистых грунтов, а также теоретических построений предельных кривых, выражающих зависимость пористости от количества и размера фракций в композиции.
Для приближённых расчётов при улучшении глинистого грунта добавками грубодисперсного заполнителя, можно воспользоваться результатами исследований проф. Н.Н.Иванова, приведёнными в табл. 21.5.
Таблица 21.4
Характеристика скелетных материалов
| Материал для улучшения грунтовых дорог | Требования к материалу | Толщина слоя, см | Коэффициент уплотнения | Особенности применения |
| Гравийные и песчано-гравийные карьерные материалы | По составу близкий к оптимальному | 1,3 | Наиболее распространённый и удобный материал для улучшения свойств связных грунтов | |
| Отходы карьеров и щебёночных заводов: | 1,2 | Материал, применение которого обеспечивает высокие эксплуатационные показатели покрытий | ||
| известняковые породы | То же | |||
| другие виды пород | То же | 1,3 | Отходы карьеров можно применять без сортировки | |
| Шлаки металлургические (основные и кислые) | Не менее 60 % частиц крупнее 5 мм, наибольший размер - 75 мм | 1,3 | Шлаки, подверженные известковому распаду, рекомендовано применять в нижних слоях покрытий | |
| Горелые породы | Небольшое содержание частиц размером менее 1 мм | 1,35-1,4 | Материал обладает высокой истираемостью, рекомендован в нижние слои | |
| Шлаки котельные | Несгоревшего угля не более 30 % | 1,4-1,7 | При насыщении водой материал размокает, рекомендован при обеспеченном водоотводе в смеси, содержащей 15-20 % суглинков | |
| Мел, опоки, ракушка | Желательна однородность размеров зёрен (для нижнего слоя - 75 мм, для верхнего - 50 мм) | 1,3-1,6 | В верхних слоях желательно применять менее истираемые материалы. Для уменьшения истирания ракушку поливают | |
| Дресва | Не пригодна для применения дресва со значительным содержанием слабых зёрен и при наличии каолина | 1,4-1,5 | До употребления дресву следует испытать на морозостойкость. Дресва хорошего качества - технологичный материал для улучшения связных грунтов | |
| Отходы заводов силикатного кирпича | Содержание до 45 % извести | 1,5 | Для укрепления песчаных грунтов. Добавка силикатной крошки 50 % и цемента 2-3 % по массе для придания композиции водоустойчивости |
Таблица 21.5
Составы оптимальных смесей для строительства простейших покрытий автомобильных дорог
| № смеси | Массовая доля зёрен и частиц, %, проходящих через сито, мм | Массовая доля частиц, мельче 0,071 мм | Свойства смеси, прошед- шей сито 0,5 мм | ||||||||
| 50-75 | 0,5 | предел те- кучести, % | число пла- стичности, % | ||||||||
| Верхний слой покрытия | |||||||||||
| 60-90 | - | 45-75 | 40-65 | 20-50 | - | 15-30 | 7-12 | ||||
| - | 90-100 | - | 65-80 | 50-70 | 35-55 | - | 20-40 | 8-15 | |||
| 90-100 | - | 55-75 | 35-65 | - | 25-45 | 8-18 | |||||
| 90-100 | 70-85 | 45-75 | - | 25-55 | 8-20 | £35 | 4-8 | ||||
| 90-100 | 60-80 | - | 35-55 | 10-25 | |||||||
| 80-100 | 60-80 | 40-70 | 20-35 |
Для расчёта необходимого количества песка при улучшении связных грунтов можно также воспользоваться формулой В.И. Бируля:
К = (F1 - Fо)×100/{F1 - (F2 - j)}, где (21.1)
К - необходимая по массе добавка песка, %;
Fo - верхний предел пластичности оптимальной смеси, %;
F1 - верхний предел пластичности улучшаемого связного грунта, %;
F2 - верхний предел пластичности песчаного грунта (нижний предел текучести), %;
j = 8 - поправка за счёт трения стандартного конуса о зёрна песка, %.
Из формулы 21.1 следует, что чем выше значение F2, тем большее количество песка требуется для получения оптимальной смеси. Поэтому при улучшении глинистых грунтов целесообразно применять крупно- и среднезернистые пески.
Для укрепления тонкодисперсных грунтов наряду со скелетными материалами допускают применение композиций, включающих компоненты различного гранулометрического состава, например, смесей, содержащих пылеватые и песчаные частицы. Теоретическое обоснование наилучшего соотношения частиц различной крупности в оптимальном грунте было установлено Н.Н. Ивановым и В.В. Охотиным. Ориентировочно в оптимальной смеси должно быть 7-14 % глинистых, 15-35 % пылеватых и не менее 55 % песчаных частиц.
Толщину слоев дорожной одежды из связных грунтов, улучшенных скелетными добавками, можно назначить руководствуясь данными табл. 21.6.
Обобщённый перечень операций по устройству покрытий из грунтов оптимального состава и грунтов, укреплённых крупнозернистыми материалами, приведён в табл. 21.7.
Таблица 21.6
Толщина слоев простейших покрытий в зависимости от вида грунта и климатических условий
| Грунт земляного полотна | Дорожно-климатическая зона | |||
| II | III | IV | V | |
| Толщина одежды, см | ||||
| Пылевато-суглинистый и пылеватый супесчаный | 25-35 | 22-25 | 18-20 | |
| Глинистый и суглинистый | 20-30 | 18-22 | 14-15 | |
| Мелкосупесчаный и мелкопесчаный | 15-20 | 13-18 | 11-13 | 10-12 |
Таблица 21.7
Технологическая последовательность выполнения операций по строительству простейших покрытий
| № п/п | Рабочие операции | Машины | Фронт работ, м | Назначение по- крытия по табл. 21.1 | ||||
| Подготовка верха земляного полотна | Грейдеры, автогрейдеры | + | + | + | + | + | ||
| Перемещение грунта из притрассовых резервов на земляное полотно | То же | + | + | + | + | - | ||
| Транспортирование грунта оптимального состава из карьеров на земляное полотно | Автомобили-самосвалы | + | - | - | - | - | ||
| Рыхление поверхности или подготовка валика из грунта земляного полотна | Грейдеры или автогрейдеры | - | + | + | + | + | ||
| Транспортирование песка, глины или крупнозернистых материалов на земляное полотно | Автомобили-самосвалы | - | + | + | + | - | ||
| Подготовка валика из смеси материалов | Автогрейдеры | - | + | + | + | - | ||
| Транспортирование смеси оптимального состава, приготовленной в карьере (взамен операций 2, 3, 5, 6, 9) на земляное полотно | Автомобили-самосвалы | - | + | - | + | - | ||
| Введение добавок хлористого кальция, извести или цемента | Автоцистерны, распределители цемента | + | + | + | + | + | ||
| Перемешивание добавок всех видов с глинистым грунтом | Фрезы, автогрейдеры | + | + | + | + | + | ||
| Распределение готовой смеси, приготовленной на дороге или доставленной из карьера, по ширине проезжей части | Распределители щебня, автогрейдеры | + | + | + | + | - | ||
| Распределение крупнозернистых материалов при постепенном улучшении (за 2-3 приёма) | То же | - | - | - | - | + | ||
| Уплотнение материала в слое покрытия с поливкой водой | Катки вальцовые статического действия, на пневмошинах, виброкатки | + | + | + | + | + |
Основные параметры, контролируемые при оценке качества строительства покрытий простейшего типа, приведены в табл. 21.8 [43, 87].
Недостатки, возникающие в процессе строительства простейших покрытий из искусственно улучшенных грунтов, причины этих недостатков и меры по их устранению приведены в табл. 21.9.
Таблица 21.8
Операционный контроль качества при строительстве простейших покрытий из искусственно улучшенных грунтов
| Предмет контроля | Технические критерии оценки качества |
| Качество подготовки грунтового основания под устройство покрытия | Работы по устройству слоев дорожной одежды следует производить только на готовом и принятом в установленном порядке непереувлажнённом и недеформированном земляном полотне. |
| Устройство слоев дорожной одежды в зимнее время разрешено только по земляному полотну, полностью построенному и принятому до наступления периода с устойчивой отрицательной температурой воздуха. | |
| Перед началом работ в зимнее время земляное полотно или нижележащий слой должны быть очищены от снега и льда на участке смежной захватки. В снегопад и метель работы по устройству дорожной одежды не допускаются | |
| Соответствие применяемых материалов, составов смесей проекту, стандартам и техническим условиям | Материалы, составы и смеси, применяемые при устройстве оснований и покрытий, должны отвечать требованиям соответствующих стандартов, технических условий и рабочих чертежей |
| Температурный режим при устройстве оснований и покрытий | Устройство оснований и покрытий из грунтов, укреплённых неорганическими вяжущими материалами, следует осуществлять преимущественно при температуре не ниже 5°С. |
| При отрицательной температуре воздуха в грунт необходимо вводить добавки, понижающие температуру замерзания воды (противоморозные добавки) в количестве 0,5-1,5 % массы грунта. | |
| Влажность смеси грунтов | Влажность смеси грунтов с неорганическими вяжущими перед употреблением должна соответствовать оптимальной, но в зависимости от погодных условий во время производства работ допускается не более чем на: |
| 2-3 % выше оптимальной при сухой погоде без осадков и температуре воздуха выше 20°С; 1-2 % меньше оптимальной при температуре воздуха ниже 10°С и при наличии осадков. | |
| Измеряют не реже чем через 200 м в трёх точках на поперечнике (по оси и на расстоянии 0,5 м от кромки слоя) | |
| Прочность слоя смеси | Отклонение от требуемых показателей прочности допускается при приготовлении смесей: |
| в карьерных смесительных установках - не более ±8 %; | |
| однопроходной грунтосмесительной машиной - не более ±15 %; | |
| дорожной фрезой - не более ±25 %. | |
| Контролируется три образца на 250 м3 смеси | |
| Уход за уплотнённым слоем | Уплотнение оснований и покрытий необходимо осуществлять от краёв к середине, при этом каждый след от предыдущего прохода катка должен перекрываться при последующем проходе не менее чем на 1/3. |
| Уплотнение смеси грунта с цементом до максимальной плотности должно быть закончено не позднее чем через 3 часа, а при пониженных температурах воздуха (ниже 10°С) - не позднее чем через 5 ч после введения в смесь воды или раствора солей. Для ухода за свежеуложенным грунтом, укреплённым неорганическими вяжущими, следует распределять по поверхности грунта 50 % быстрораспадающиеся или среднераспадающиеся эмульсии с использованием битума или других органических вяжущих из расчёта 0,5-0,8 л/м2 | |
| Высотные отметки по оси проезжей части | Высотные отметки по оси проезжей части не более 5-10 % результатов определений могут иметь отклонения от проектных значений в пределах до ±100 мм, остальные - до ±50 мм. |
| Измерения не реже чем через 100 м | |
| Ширина слоя покрытия или основания | Ширина слоя - не более 5-10 % результатов определений могут иметь отклонения от проектных значений в пределах от минус 15 до 20 см, остальные - до ±10 см. Измеряют не реже чем через 100 м |
| Толщина слоя оснований и покрытий | Толщина слоя - не более 5-10 % результатов определений могут иметь отклонения от проектных значений в пределах от минус 22 до 30 мм, остальные - до ±15 мм. Измеряют не реже чем через 100 м |
| Поперечные уклоны оснований и покрытий | Поперечные уклоны - не более 5-10 % результатов определений могут иметь отклонения от проектных значений в пределах от минус 15 до 30 ‰, остальные - до ±10 ‰. Измеряют не реже чем через 100 м |
| Ровность оснований и покрытий | Ровность (просвет под рейкой длиной 3 м): |
| Для дорог IV-V категорий - не более 2-5 % результатов измерений могут иметь значения просветов в пределах до 20 мм, остальные - до 10 мм. | |
| Измерения просвета под рейкой длиной 3 м выполняют на расстоянии 0,75-1,0 м от каждой кромки покрытия в пяти контрольных точках, расположенных на расстоянии 0,5 м от концов рейки и друг от друга, не реже чем через 100 м |
Таблица 21.9
Недостатки, наблюдаемые в процессе строительства простейших покрытий
| Недостатки | Возможные причины | Способы предотвращения и устранения |
| Катающиеся по поверхности или выступающие из покрытий чрезмерно крупные фракции добавок | Наибольший размер добавок превышает 25 мм | Полностью не устраним. Требуется укладка дополнительного слоя правильно подобранного состава смеси |
| В сухую погоду на поверхности возникают трещины, волнистость | Недостаток связывающего материала | Для удержания влаги ввести хлористый кальций. Для радикального устранения недостатка покрытие вскирковывают, добавляют глинистый грунт, смесь перемешивают, разравнивают и уплотняют |
| При увлажнении покрытие деформируется, образуются колеи, прорези, выступает глинистая плёнка | Избыток в смеси мелкозёма, а в нём глины | Вскирковать покрытие, ввести добавку негашёной извести (2-3 %), смесь перемешать, разровнять и уплотнить |
| На поверхности покрытия, в местах скопления крупного или мелкого материала (однородного по размеру) образуется ямочность | Некачественное перемешивание смеси или невыдерживание рецептуры при её приготовлении | Проверить состав смеси, ввести недостающие компоненты, перемешать смесь, разровнять и уплотнить |
| Просадки, сухие проломы, колееобразование | Недостаточная толщина слоя покрытия | Уложить дополнительный слой |
| При достаточной толщине покрытия образуются просадки, крупные волны | Некачественное уплотнение земляного полотна | Для устранения недостатка необходимо выполнить усиление слоя с полной переделкой всех работ |