- •Справочная энциклопедия дорожника
- •Строительство и реконструкция автомобильных дорог
- •Москва 2005 Содержание
- •Введение
- •Раздел I основы технологии и организации строительства автомобильных дорог глава 1. Этапы развития и пути совершенствования сети автомобильных дорог и технологии их строительства
- •1.1. Основные этапы развития и совершенствования сети автомобильных дорог России
- •1.2. Роль ученых в создании научно-технической базы дорожного строительства
- •1.3. Развитие и совершенствование технологии и методов строительства автомобильных дорог
- •1.4. Обеспечение прочности и работоспособности дорожных конструкций
- •Раздел II возведение земляного полотна глава 2. Конструкции земляного полотна и требования к его возведению
- •2.1. Требования к конструкции земляного полотна
- •2.2. Требования к грунтам земляного полотна
- •2.3. Технология работ по сооружению земляного полотна
- •2.4. Основные принципы планирования и организации работ
- •2.5. Уплотнение грунтов
- •Pиc. 2.4. Изменение оптимальной плотности и оптимальной влажности при разном уплотнении:
- •Глава 3. Подготовительные работы перед сооружением земляного полотна
- •3.1. Состав и назначение подготовительных работ
- •3.2. Снятие растительного грунта и подготовка основания земляного полотна
- •Глава 4. Строительство инженерных сооружений для регулирования водно-теплового режима земляного полотна
- •4.1. Виды сооружений и способы регулирования водно-теплового режима земляного полотна и дорожных одежд
- •4.2. Строительство водонепроницаемых и капилляропрерываюших слоев Подготовка верхней части земляного полотна перед устройством дополнительных слоев оснований.
- •Глава 5. Возведение насыпей и разработка выемок в нескальных грунтах
- •5.1. Способы отсыпки насыпей и разработки выемок
- •5.2. Возведение насыпей из грунта выемок
- •5.3. Строительство насыпей из грунта боковых резервов
- •Глава 6. Возведение земляного полотна на косогорах. Планировка и укрепление откосов
- •6.1. Основные типы конструкций земляного полотна на косогорах и оползневых склонах
- •6.2. Особенности возведения земляного полотна на косогорах и оползневых склонах
- •6.3. Планировка земляного полотна насыпей и выемок, конусов и откосов
- •6.4. Укрепление конусов и откосов земляных сооружений
- •Глава 7. Возведение земляного полотна в горных условиях
- •7.1. Особенности возведения земляного полотна в горной местности
- •7.2. Буровые и взрывные работы. Техника безопасности
- •7.3. Расчет взрывных работ
- •7.4. Технология производства земляных работ в скальных грунтах. Контроль качества
- •7.5. Строительство противооползневых сооружений
- •Глава 8. Гидромеханизация земляных работ
- •8.1. Условия и эффективность применения гидромеханизации земляных работ
- •8.2. Транспортирование и укладка грунта. Общая организация работ
- •Глава 9. Сооружение земляного полотна в сложных инженерно-геологических условиях
- •9.1. Сооружение земляного полотна на слабых основаниях
- •9.2. Сооружение высоких насыпей и глубоких выемок
- •9.3. Сооружение земляного полотна в песчаных пустынях
- •9.4. Возведение земляного полотна на засоленных грунтах
- •9.5. Возведение земляного полотна в районах распространения вечномёрзлых грунтов
- •9.6. Сооружение земляного полотна из глинистых грунтов с влажностью более оптимальной
- •9.7. Строительство насыпей из техногенных грунтов
- •Глава 10. Строительство земляного полотна с использованием геосинтетических материалов
- •10.1. Понятие о геосинтетических материалах. Области их применения*
- •10.2. Краткая классификация геосинтетических материалов для дорожного строительства
- •10.3. Строительство земляного полотна с использованием геосинтетических материалов
- •Глава 11. Сооружение земляного полотна в зимний период
- •11.1. Особенности организации и технологии производства работ по сооружению земляного полотна в зимний период
- •11.2. Сооружение земляного полотна насыпей и выемок
- •11.3. Устройство дополнительных песчаных слоев оснований
- •11.4. Особенности строительства малых искусственных сооружений в зимний период
- •Глава 12. Реконструкция земляного полотна
- •12.1. Условия работы существующего земляного полотна и основные пути повышения его прочности и устойчивости
- •12.2. Подготовительные работы к реконструкции земляного полотна
- •12.3. Способы уширения насыпей и выемок. Требования к выбору, размещению в слоях и уплотнению грунтов земляного полотна уширения
- •12.4. Исправление продольного профиля. Увеличение высоты насыпей и глубины выемок
- •Величина уширения по подошве насыпи составит
- •12.5. Перестройка пучинистых участков
- •12.6. Повышение устойчивости откосов реконструируемого земляного полотна и совершенствование системы водоотвода
- •12.7. Перестройка и удлинение водопропускных труб
- •Глава 13. Организация работ по возведению земляного полотна
- •13.1. Общие положения
- •13.2. Определение составов специализированных отрядов и оптимальной длины захватки при выполнении подготовительных работ и работ по строительству водопропускных труб
- •13.3. Определение составов специализированных отрядов и оптимальной длины захватки при возведении земляного полотна
- •Раздел III строительство дорожных одежд Глава 14. Основы технологии строительства дорожных одежд
- •14.1. Технологическая классификация дорожных одежд, покрытий и оснований
- •14.2. Обеспечение надежности дорожных одежд
- •14.3. Основы технологии уплотнения слоев дорожных одежд
- •Глава 15. Строительство дорожных оснований и покрытий из необработанных каменных материалов и каменных материалов и грунтов, обработанных неорганическими вяжущими
- •15.1. Развитие методов применения грунтов и местных каменных материалов в слоях дорожных одежд
- •15.2. Строительство слоев из щебеночных материалов
- •15.3. Строительство слоев из щебеночно-песчаных и других смесей
- •15.4. Строительство слоев из активных отходов промышленности
- •15.5. Строительство слоев из материалов, обработанных цементом
- •15.6. Брусчатые, мозаичные и клинкерные мостовые
- •15.7. Основы технологии производства искусственного зернистого материала из глинистых грунтов с использованием электроплазменных устройств
- •15.8. Технология и эффективность применения зернистых керамических материалов при строительстве оснований дорожных одежд
- •Глава 16. Строительство дорожных оснований и покрытий из каменных материалов и грунтов, обработанных органическими вяжущими
- •16.1. Строительство щебеночных слоев способом пропитки
- •16.2. Строительство слоев из черного щебня
- •16.3. Строительство слоев из смесей каменных материалов с жидкими органическими вяжущими
- •16.4. Строительство слоев из смесей каменных материалов с вязкими органическими вяжущими
- •16.5. Строительство конструктивных слоев дорожных одежд из эмульсионно-минеральных смесей
- •16.6. Строительство слоев из грунтов, укрепленных органическими вяжущими
- •Глава 17. Строительство цементобетонных покрытий и оснований
- •17.1. Особенности строительства покрытий с применением минеральных вяжущих
- •17.2. Требования к материалам для строительства цементобетонных покрытий и проектирование состава дорожного бетона
- •17.3. Конструкции дорожных цементобетонных покрытий и оснований
- •А) в свежеуложенном бетоне; б) комбинированным способом; в) в затвердевшем бетоне; г) продольный шов; пунктиром показана обмазка штырей битумом
- •17.4. Технология строительства цементобетонных покрытий
- •17.5. Строительство монолитных армобетонных и непрерывно армированных покрытий
- •17.6. Строительство предварительно напряжённых монолитных цементобетонных покрытий
- •17.7. Строительство оснований и покрытий из укатываемых бетонов
- •17.8. Особенности строительства цементобетонных покрытий при пониженной температуре воздуха
- •17.9. Строительство сборных и сборно-монолитных покрытий
- •17.10. Контроль качества строительства цементобетонных покрытий
- •Глава 18. Строительство асфальтобетонных покрытий и оснований
- •18.1. Общие положения технологии строительства асфальтобетонных покрытий
- •18.2. Конструкции дорожных одежд с асфальтобетонным покрытием
- •18.3. Проектирование состава асфальтобетонных смесей
- •18.4. Обеспечение требований к физико-механическим свойствам асфальтобетона
- •18.5. Технология строительства асфальтобетонных покрытий и оснований
- •18.6. Требования к составу технологических карт на строительство асфальтобетонных покрытий
- •Глава 19. Строительство асфальтобетонных покрытий из холодных и литых смесей и щебеночно-мастичного асфальтобетона
- •19.1. Строительство покрытий из холодных асфальтобетонных смесей
- •19.2. Строительство покрытий из литых асфальтобетонных смесей
- •19.3. Строительство покрытий из щебеночно-мастичного асфальтобетона
- •19.4. Строительство покрытий из асфальтобетонных смесей на основе полимерно-битумных вяжущих
- •19.5. Строительство асфальтобетонных покрытий при пониженной температуре воздуха
- •19.6. Охрана труда при строительстве асфальтобетонных покрытий
- •Глава 20. Строительство слоев износа, защитных шероховатых слоев
- •20.1. Назначение слоев износа, защитных и шероховатых слоев
- •20.2. Поверхностная обработка дорожных покрытий
- •Зоны жесткости: 1 - очень мягкое; 2 - мягкое; 3 - нормальное; 4 - твердое; 5 - очень твердое.
- •20.3. Поверхностные обработки с полимерным вяжущим
- •20.4. Устройство шероховатого слоя износа методом втапливания щебня
- •20.5. Слои износа и защитные слои с применением эмульсионно-минеральных смесей
- •Глава 21. Строительство дорожных одежд с покрытиями простейшего типа
- •21.1. Назначение покрытий простейшего типа
- •21.2. Местные грунты как материал для покрытий простейшего типа
- •21.3. Технология строительства простейших покрытий из искусственно улучшенных грунтов
- •21.4. Технология профилирования грунтовых дорог
- •21.5. Строительство деревянных, сплошных и колейных покрытий (лежневых и бревенчатых)
- •21.6. Брусчатые, мозаиковые и клинкерные мостовые
- •Глава 22. Реконструкция дорожных одежд
- •22.1. Способы реконструкции дорожных одежд
- •22.2. Способы разборки слоев дорожных одежд для повторного использования их материалов
- •22.3. Способы регенерации дорожных одежд и покрытий
- •22.4. Уширение дорожной одежды
- •22.5. Усиление существующих дорожных одежд
- •Время после укладки горячей смеси, мин
- •В верхнем правом углу показан конструктивный разрез покрытия и места закладки термопар (1-5);
- •22.6. Особенности реконструкции дорожных одежд с цементобетонными покрытиями
- •22.7. Устройство краевых полос и укрепление обочин при реконструкции дорог
- •22.8. Перестройка дорожных одежд переходного типа
- •Раздел IV материально-техническое обеспечение дорожного строительства Глава 23. Предприятия по разработке горных пород
- •23.1. Разработка горных пород
- •23.2. Особенности разработки скальных пород
- •23.3. Особенности разработки обломочных пород
- •23.4. Переработка каменных материалов в притрассовых карьерах на передвижных дробильно-сортировочных установках
- •Глава 24. Камнедробильные заводы
- •24.1. Основные процессы работы камнедробильных заводов
- •24.2. Генеральный план кдз
- •24.3. Переработка гравийно-песчаных материалов
- •24.4. Приготовление дробленого песка
- •24.5. Производство минерального порошка для асфальтобетона
- •24.6. Особенности организации складов готовой продукции
- •24.7. Технологические процессы обогащения и улучшения каменных материалов
- •24.8. Контроль качества, приемка готовой продукции
- •Глава 25. Битумные и эмульсионные базы
- •25.1. Назначение и размещение баз и складов
- •25.2. Технологические процессы подготовки органических вяжущих
- •25.3. Эмульсионные базы и цехи. Технология производства битумных эмульсий
- •25.4. Установки для производства катионных битумных эмульсий
- •25.5. Автоматизация технологических процессов на эмульсионных базах и контроль качества эмульсий
- •Глава 26. Заводы для приготовления асфальтобетонных смесей
- •26.1. Классификация заводов и особенности их размещения
- •26.2. Генеральный план абз
- •26.3. Технологические процессы. Выбор технологического оборудования
- •26.4 Асфальтосмесительные установки
- •26.5. Переработка старого асфальтобетона (регенерация) на абз
- •26.6. Автоматизация технологических процессов асфальтобетонного завода и контроль качества
- •26.7. Базы и установки для обработки грунтов вяжущими
- •Глава 27. Заводы по производству цементобетонных смесей
- •27.1. Классификация заводов и особенности их размещения
- •27.2. Генеральный план цбз
- •27.3. Технологические процессы производства и оборудование
- •А) технологическая схема работы бетоносмесительной установки; б) блок дозирования каменных материалов; в) смесительный блок
- •27.4. Особенности организации складов каменных материалов
- •27.5. Склады цемента и минерального порошка
- •27.6. Автоматизация технологических процессов и контроль качества продукции Общие положения автоматизации технологических процессов.
- •27.7. Оборудование для транспортирования бетонных смесей
- •27.8. Особенности работы цбз зимой и в жарком климате
- •Глава 28. Заводы и полигоны для изготовления железобетонных изделий
- •28.1. Классификация заводов и полигонов и технология изготовления изделий
- •Pиc.28.2 Схемы уплотнения бетонной смеси в изделиях:
- •28.2. Способы производства железобетонных изделий
- •28.3. Контроль качества железобетонных изделий и особенности организации склада готовых изделий
- •Глава 29. Охрана труда и окружающей среды на производственных предприятиях дорожного хозяйства
- •29.1. Общие положения по охране труда и технике безопасности в строительном производстве
- •29.2. Охрана труда и техника безопасности на производственных предприятиях (базах) дорожного строительства
- •29.3. Охрана окружающей природной среды на производственных предприятиях дорожного строительства
- •Раздел V организация дорожно-строительных работ Глава 30. Основные вопросы организации дорожно-строительных работ
- •30.1. Общие положения организации строительства автомобильной дороги
- •30.2. Особенности организации работ при реконструкции автомобильной дороги
- •30.3. Организационно-технические мероприятия по охране окружающей среды при строительстве (реконструкции) автомобильной дороги
- •30.4. Охрана труда и техника безопасности при строительстве автомобильных дорог
- •Глава 31. Организация производственной базы дорожного строительства
- •31.1. Организация материально-технического обеспечения дорожного строительства
- •31.2. Организация складского хозяйства на дорожном строительстве
- •31.3. Организация технического обслуживания и ремонта машин
- •31.4. Обеспечение производственной базы дорожного строительства электроэнергией, сжатым воздухом, паром, водой и технологической связью
- •Глава 32. Способы организации дорожно-строительных работ
- •32.1. Комплексно-механизированный поточный способ и его разновидности
- •32.2. Непоточные способы организации дорожно-строительных работ
- •Глава 33. Проектирование организации строительства и производства дорожно-строительных работ
- •33.1. Проект организации строительства и проект производства работ
- •33.2. Определение составов специализированных отрядов при устройстве дорожной одежды
- •33.3. Составление календарного, сетевого, почасовых графиков строительства автомобильной дороги и технологических карт
- •33.4. Определение потребности строительства в материально-технических ресурсах
- •33.5. Диспетчерское управление и автоматизация управления строительством
- •Раздел VI обеспечение качества дорожно-строительных работ глава 34. Контроль и управление качеством дорожно-строительных работ
- •34.1. Система контроля и управления качеством дорожно-строительных работ
- •34.2. Организации и технология контроля качества дорожно-строительных работ
- •Глава 35. Производственный контроль качества дорожно-строительных работ
- •35.1. Контроль качества выполняемых работ при строительстве земляного полотна и правила их приемки
- •35.2. Операционный контроль в процессе выполнения и по завершении соответствующих операций
- •35.3. Скоростные методы контроля прочности и ровности дорожной одежды
- •35.4. Контролируемые параметры, средства контроля, допустимые отклонения и объем измерений при операционном и приемочном контроле
- •Глава 36. Статистический контроль и регулирование качества при строительстве автомобильных дорог
- •36.1. Актуальность статистических методов контроля в дорожном строительстве
- •36.2. Обоснование и развитие единого расчетного аппарата для статистического контроля качества в дорожном строительстве
- •36.3. Методическая основа оценки качества в дорожном строительстве
- •36.4. Методика определения объема и точек измерений при статистическом контроле
- •Пример назначения мест измерений с помощью таблицы случайных чисел
- •36.5. Обработка результатов статистического контроля и оценка качества
- •36.6. Настройка технологических процессов на стадии подготовки и в процессе строительства
- •36.7. Примеры организации и проведения статистического контроля, оценки качества и настройки технологических процессов
- •36.8. Основные выводы
- •37.1. Основные тенденции развития дорожно-строительных машин и их производственно-технологические параметры
- •37.2. Основные технологические параметры по основным группам машин и оборудования и определение производительности
- •Глава 38. Машины и оборудование для возведения земляного полотна
- •38.1. Машины для подготовительных работ
- •38.2. Машины для разработки и транспортирования грунта
- •38.3. Машины для разравнивания грунта и планировки земляного полотна и слоев основания и откосов
- •38.4. Машины и оборудование для уплотнения грунтов
- •Глава 39. Машины и оборудование для строительства и реконструкции дорожных одежд
- •39.1. Машины для строительства слоев основания из грунтов и минеральных материалов, обработанных вяжущими
- •39.2. Машины для строительства слоев основания из щебня и гравия
- •39.3. Машины для строительства асфальтобетонных покрытий
- •39.4. Машины и оборудование для строительства цементобетонных покрытий
- •39.5. Машины и оборудование для строительства слоев износа (защитных слоев) покрытия
- •39.6. Машины для уплотнения слоев основания и покрытия
- •39.7. Машины для обустройства дорог
- •39.8. Машины и оборудование для реконструкции дорог
- •Список литературы
2.5. Уплотнение грунтов
Важнейшим технологическим процессом при строительстве земляного полотна является уплотнение, которое обеспечивает требуемую прочность и устойчивость грунтов. От качества работ по уплотнению зависят фактические значения модуля упругости, угла внутреннего трения и сцепления, и, следовательно, способность конструкции дорожной одежды сохранять прочность в течение заданного срока службы.
В грунтах, обладающих низкой плотностью, при воздействии транспортных нагрузок накапливаются остаточные деформации. Недостаточно уплотненные грунты отличаются неоднородностью, меньшей плотностью, имеют просадки, что приводит к нарушению ровности проезжей части дорог. С увеличением плотности грунта снижается его водопроницаемость. Чем плотнее грунт, тем меньше диапазон изменения влажности грунта под воздействием атмосферных явлений и соответственно меньше вероятность морозного пучения.
Таблица 2.12
Рай- оны Рос- сии |
Дорожно-климатические зоны |
Сроки производства земляных работ |
Количество нерабочих дней |
Коли- чество рабочих дней в строи- тельном сезоне |
Принятая сменность работы из условия использования светового дня |
Расчет- ная продол- житель- ность сезона, смен | |||||||||||
дата начала |
дата окончания |
календарное количество дней |
выход- ные и празд- ничные дни |
ремонт и про- филак- тика машин |
простой по организа- ционным причинам |
внутри- объектные переходы на другие места работ |
простой по атмосферным причинам |
из них в марте, октябре, ноябре и декабре |
в апреле, мае, июне, июле, августе и сентябре |
Средний коэффи- циент сменности работ | |||||||
общее к-во дож- дливых дней |
из них падает на нера- бочие |
кол-во дней про- стоев |
итого не- рабо- чих дней | ||||||||||||||
Ев- ро- пей- ская часть |
I |
5/VI |
25/IX |
112 |
16 |
5 |
3 |
2 |
13 |
3 |
10 |
36 |
76 |
- |
2 |
2,00 |
150 |
II (северная часть) |
10/V |
10/Х |
153 |
22 |
6 |
4 |
3 |
12 |
2 |
10 |
45 |
108 |
1 |
2 |
1,95 |
210 | |
II (южная часть) |
25/IV |
20/Х |
179 |
27 |
8 |
5 |
4 |
14 |
3 |
11 |
55 |
124 |
1 |
2 |
1,85 |
230 | |
III |
20/IV |
30/Х |
183 |
30 |
8 |
5 |
4 |
9 |
2 |
7 |
54 |
129 |
1 |
2 |
1,85 |
240 | |
IV |
I/IV |
15/IХ |
228 |
36 |
10 |
6 |
5 |
9 |
2 |
7 |
64 |
164 |
1 |
2 |
1,80 |
295 | |
V |
25/III |
25/XI |
245 |
39 |
10 |
6 |
5 |
7 |
2 |
5 |
65 |
180 |
1 |
2 |
1,80 |
325 | |
Горы и пред- горья |
25/III |
20/XI |
240 |
38 |
10 |
6 |
5 |
17 |
4 |
13 |
72 |
168 |
1 |
2 |
1,80 |
300 | |
Черно- морское побе- режье |
5/III |
20/XII |
290 |
46 |
12 |
7 |
5 |
26 |
6 |
20 |
90 |
200 |
1 |
2 |
1,60 |
320 | |
Запад- ная Сибирь |
II (северная часть) |
20/V |
30/IX |
134 |
19 |
6 |
4 |
3 |
17 |
4 |
13 |
45 |
89 |
- |
2 |
2,00 |
180 |
III |
5/V |
10/Х |
157 |
23 |
7 |
4 |
3 |
6 |
1 |
5 |
42 |
115 |
1 |
2 |
1,95 |
22 | |
IV |
1/V |
10/Х |
163 |
25 |
7 |
4 |
3 |
4 |
1 |
3 |
42 |
121 |
1 |
2 |
1,95 |
235 | |
Горы и пред- горья |
5/V |
10/Х |
157 |
23 |
7 |
4 |
3 |
10 |
2 |
8 |
45 |
112 |
1 |
2 |
1,95 |
220 | |
Высоко- горные районы Алтая |
1/IV |
25/IX |
116 |
17 |
5 |
3 |
2 |
16 |
3 |
13 |
40 |
76 |
- |
2 |
2,00 |
150 | |
Восточ- ная Сибирь (южная часть) |
I (южная часть) |
20/V |
30/IX |
133 |
19 |
6 |
4 |
3 |
9 |
2 |
7 |
39 |
94 |
- |
2 |
2,00 |
190 |
II (северная часть) |
25/V |
30/IX |
128 |
19 |
5 |
3 |
2 |
16 |
3 |
13 |
42 |
86 |
- |
2 |
2,00 |
170 | |
III |
10/V |
5/Х |
148 |
21 |
6 |
4 |
3 |
3 |
- |
3 |
37 |
111 |
1 |
2 |
1,95 |
215 | |
IV |
5/V |
10/Х |
157 |
23 |
7 |
4 |
3 |
4 |
1 |
3 |
40 |
117 |
1 |
2 |
1,95 |
230 | |
Горы и пред- горья (север- ная часть) |
5/V |
5/Х |
122 |
22 |
5 |
3 |
2 |
16 |
4 |
12 |
44 |
78 |
1 |
2 |
1,95 |
150 | |
Горы и пред- горья (южная часть) |
1/VI |
20/IХ |
111 |
20 |
5 |
3 |
2 |
36 |
9 |
27 |
57 |
64 |
- |
2 |
2,00 |
130 | |
Даль- ний Восток |
I |
20/V |
5/Х |
108 |
19 |
4 |
2 |
1 |
16 |
4 |
12 |
38 |
70 |
1 |
2 |
1,95 |
140 |
II (южная часть) |
1/V |
15/Х |
167 |
26 |
7 |
4 |
3 |
20 |
4 |
16 |
56 |
111 |
1 |
2 |
1,85 |
205 | |
III |
15/IV |
5/Х |
204 |
31 |
9 |
5 |
3 |
18 |
4 |
14 |
62 |
142 |
1 |
2 |
1,80 |
200 | |
Горы и пред- горья |
20/V |
20/Х |
158 |
22 |
7 |
4 |
3 |
15 |
3 |
12 |
48 |
110 |
1 |
2 |
1,80 |
200 |
Обследования и диагностика автомобильных дорог показывают, что одной из причин преждевременных повреждений является недостаточная плотность грунта земляного полотна. Это относится ко всем участкам дорог, расположенным на земляном полотне и в насыпях и в выемках. По этим причинам уплотнению подлежат как насыпные грунты, так и основания насыпей и поверхностные слои грунтовых оснований в выемках. Уплотнение земляного полотна является обязательным, и это требование зафиксировано действующими строительными нормами и правилами и технологическими регламентами по строительству земляного полотна автомобильных дорог [83, 86, 87].
Уплотнение грунтов окупается экономией, достигаемой за счет уменьшения толщины дорожной одежды, уменьшения затрат на ремонт автомобильной дороги и снижения транспортных расходов.
Принципиальный подход к определению требуемой плотности грунта состоит в том, чтобы в результате уплотнения плотность стала такой, при которой не будет происходить накопления остаточных деформаций земляного полотна от действующих повторных расчетных нагрузок и изменений влажности грунта. Увеличение плотности грунта до требуемых значений обеспечивает стабильность основных параметров прочности грунта, делает их мало изменяющимися под влиянием сезонных колебаний температуры и влажности.
На основе элементарного представления о грунте как о трехфазной системе, без учета его структурных особенностей, применяют следующее выражение для единичного объема грунта:
где (2.7)
δ - плотность скелета грунта, г/см3;
Y - плотность минеральных частиц, г/см3;
W - массовая доля влажности грунта, %;
V - объем воздуха, %;
1 - единичный объем грунта (1 см3).
Отсюда плотность грунта:
(2.8)
Значение Y изменяется в узких пределах: для супесчаных грунтов Y = 2,65-2,55 г/см3, для глинистых и пылеватых супесчаных грунтов Y = 2,68; для тяжелых суглинистых и тяжелых глинистых Y = 2,7; для суглинистых Y = 2,6. Наибольшая плотность соответствует пористости грунта в диапазоне 4-6 % (6 % для песчаных и супесчаных грунтов, 5 % для пылеватых супесчаных, суглинистых и глинистых и 4 % - для тяжелых суглинистых и пылеватых глин).
Процесс уплотнения состоит в вытеснении воздуха из пор грунтов, отжатия воды и уменьшения толщины водных пленок, что достигается механическим воздействием уплотняющих машин. Отжатие воды из грунта происходит медленно и не играет заметной роли в уплотнении из-за малого времени воздействия нагрузок при уплотнении машинами. Поэтому в процессе уплотнения при фактической влажности происходит главным образом удаление воздуха.
Для получения наиболее плотной структуры необходимо, чтобы влажность грунта была такой, при которой объем защемленного воздуха находится в указанных выше пределах: 4-6 %. При этом образуются наиболее прочные гидратные оболочки, обеспечивающие минимальную фильтрацию и наименьшее разбухание грунта, а следовательно, и наивысший возможный модуль упругости. Если влажность грунта ниже, то есть объем пор, занятый воздухом, выше указанной величины, не создается устойчивой структуры и при увлажнении грунт легко разбухает и тем больше, чем выше влажность. При недостаточной плотности, наоборот, доуплотняется и дает осадку. Модуль упругости в обоих случаях падает. При повышении влажности грунта в процессе уплотнения часть пор заполняется водой, вытесняющей воздух. Структура грунта становится неустойчивой, особенно при ударном уплотнении, а модуль упругости уменьшается.
Принято считать, что для каждого грунта существуют оптимальные влажность и плотность, зависящие от его минералогического и гранулометрического состава. Оптимальная влажность соответствует определенной работе, затраченной на уплотнение грунта. Эта работа определяется массой катка и числом его проходов или массой уплотняющего груза, высоты его падения и числа ударов. Большей работе по уплотнению соответствует меньшая оптимальная влажность. На рис. 2.4 показано, как меняются плотность и оптимальная влажность для разных значений работы по уплотнению. С некоторым приближением можно считать, что оптимальная влажность близка к максимальной молекулярной влажности, то есть влажности, при которой вся вода в грунте находится в связанном состоянии.
Экспериментально оптимальную влажность определяют с помощью прибора стандартного уплотнения Союздорнии по ГОСТ 22733-2002, последовательно определяя стандартную плотность при переменных значениях влажности грунта. Влажность соответствующую максимальной плотности считают оптимальной.
В южных районах, где естественная влажность ниже, следует предварительно увлажнять грунт или увеличивать работу по уплотнению для достижения требуемой плотности.
Ориентировочные значения влажности, %, для наиболее распространенных грунтов приведены ниже:
пески мелкие и пылеватые 8-13
супеси легкие и тяжелые 9-15
суглинки легкие 12-18
тяжелые и тяжелые пылеватые суглинки 14-20
пылеватые и тяжелые пылеватые супеси, легкие пылеватые суглинки 15-22
глины пылеватые и песчанистые 16-26
глины жирные 20-30
Содержание воздуха при стандартной плотности для разновидностей грунтов в среднем составляет: супесь - 8...10 %, тяжелый суглинок - 3...4 %, суглинок - 4...5 %, глина - 4...6 %.
Требования к уплотнению грунта и назначение необходимой плотности устанавливают в соответствии с уровнем напряженного состояния конструкции земляного полотна. При этом учитывают, что верхняя часть насыпи, иногда называемая рабочим слоем, испытывает динамические напряжения от транспортных средств и в наибольшей мере подвержена воздействию атмосферных явлений. Эти напряжения затухают с глубиной. Другая часть напряжений в земляном полотне, вызываемая собственным весом насыпи наоборот увеличивается с глубиной. Таким образом, в средней части насыпи уровень напряжений и соответственно требования к плотности грунта ниже, чем в верхней и нижней.