Тех Карти / Титар_конспект / tit_r5

5. БУДІВНИЦТВО ГРУНТОЩЕБЕНЕВИХ ШАРІВ ДОРОЖНЬОГО ОДЯГУ

5.1 Вимоги до конструкцій та розрахунок складу грунтощебеню

Грунтощебеневі шари рекомендують використовувати для влаштування шарів основ на дорогах ІІ-ІІІ категорій і покриттів доріг IV-V категорій. Грунтощебеневі покриття обов’язково захищають від дії атмосферних факторів поверхневою обробкою. Для приготування грунтощебеню використовують міцні і слабкі гірські породи. На відміну від щебеневих шарів дорожнього одягу в складі грунтощебеню успішно використовують кварцити, кварцові піщаники, скловидні шлаки, які в чистому вигляді погано ущільнюються. При можливості вибору перевагу віддають щебеню з більшою водо- і морозостійкістю. Максимальний розмір щебеню не повинен перевищувати третини висоти ущільнювального шару.

Вимоги до грунтів визначають залежно від типу в’яжучого в грунтощебені. В сумішах із цементом допускають вводити супіщані, суглинисті і глинисті грунти з нейтральною або лужною реакцією грунтового розчину (рН=6...10). Одночасно в цих грунтах обмежують значення межі текучості до 40 % і число пластичності – до 17 одиниць. Для економії в’яжучого слід вибрати грунти з мінімальним вмістом гумусових речовин, а також глинистих і пилуватих частинок. Максимально допустима частка гумусових речовин не повинна перевищувати 10 % маси цього грунту.

Для неукріпленого грунтощебеню перевагу віддають супіщаним і суглинистим грунтам. Число пластичності грунтів не обмежують. Зв’язні грунти повинні мати вологість на межі текучості до 40 %, тому важкі суглинки і глини попередньо поліпшують додаванням піску.

До складу грунтощебеню рекомендують портландцемент марки 400 і вище, рідкі бітуми марок СГ 15/25, СГ 25/40, МГ 40/70, а також полімерні смоли: карбамідні, кумаринові і фурафурол-анілінові.

У випадку використання в складі грунтощебеню бітуму або полімерних смол грунт повинен мати число пластичності менше 22 і вологість на межі текучості меньше 40 %.

Максимальну міцність має грунтощебінь із вмістом щебеню більше 60 % об’єму суміші. В неукріпленому грунтощебені грунт виявляє властивості в’яжучого за умови, що його відносна вологість не менша 0,4. Для підтримання такої вологості в сухі періоди року до складу грунтощебеню додають 1...1,5 % хлористого кальцію від маси грунту.

Склад грунтощебеню має відповідати найкращій технологічності влаштування шарів із цього матеріалу і максимальній його міцності в конструкції дорожнього одягу.

Технологічність грунтощебеню оцінюють показниками оптимальної вологості, щільності, здатності до перемішування і ущільнення (рис. 14).

Міцність грунтощебеню визначають модулем пружності, межею довгочасного опору при стику.

Оптимальна кількість щебеню залежить від міцності породи, з якої його одержали. Кам’яний матеріал повинен бути стійким проти дробіння і обламування

ребер окремих зерен щебеню. Його кількість призначають також відповідно до режиму ущільнення та максимального тиску.

Оптимальну вологість і стандартну щільність грунтощебеню визначають у лабораторних умовах шляхом відповідних випробувань або розрахунковим методом. У першому варіанті готують суміші з вмістом щебеню 30, 40, 50 і 60% за масою при вологості

Wок =W0 (1 − p)+ Bp +C ,

(3)

де W0 – оптимальна вологість грунту в складі грунтощебеню, %; р – вміст щебеню за масою в частках одиниці; В – водопоглинання щебеню, %;

С – випаровування вологи при перемішуванні складових, %.

Визначають ефективний тиск формування грунтощебеневих зразків залежно від вмісту щебеню (рис. 15). Ефективним називають тиск, при якому в кінці процесу ущільнення грунт у складі грунтощебеню має стандартну щільність.

Для визначення необхідного складу грунтощебеню формують при ефективному тиску серії зразків при вологостях (1,1; 1,0; 1,2) Wок, де Wок – вологість за формулою (3). Для кожної серії визначають щільність і будують графік “щільність-вологість”. У точці екстремуму встановлюють значення оптимальної щільності і вологості.

В розрахунковому методі спочатку визначають межу текучості грунту і середню щільність зерен щебеню. Встановлюють оптимальну вологість і стандартну щільність грунту (формули О.К. Бірулі, М.Ф. Саська, О.Ф. Котвіцького):

оптимальна вологість

W0 =1,5(0,5WТ −0,25WП −1),

(4)

де WТ – межа текучості грунту, %; WП – число пластичності грунту, %. стандартна щільність грунту, г/см3

ρd =	ρs (1 −V0 )
			,
	1 +W ρ
	0	s

де ρs – щільність мінеральних частинок грунту, г/см3; ρd – стандартна щільність грунту, г/см3;

V0 – об’єм затисненого повітря, частки одиниці;

W0 – оптимальна вологість грунту, частки одиниці (див. формулу (4)). Розраховують стандартну щільність грунтощебеню, г/см3:

ρгщ = Рv ρщ +(1 − Рv )ρd ,

де Рv – норма щебеню в грунтощебені, %; ρщ – середня щільність зерен щебеню, г/см3;

ρd – стандартна щільність грунту (дрібнозему) в складі грунтощебеню. Оптимальну вологість грунтощебеню визначають за формулою (3).

(5)

(6)

Ступінь ущільнення грунтощебеню оцінюють шляхом випробувань грунтощебеневих сумішей при різному утриманні щебеню за масою і різній вологості. Навантаження на суміш у формі прикладають ступенями при постійній швидкості деформування. В результаті обробки одержаних даних будують графік залежності швидкості зростання навантаження (ущільнення) від вологості суміші та від вмісту щебеню в суміші при постійному значенні середньої щільності грунтощебеню (рис. 16).

Точка мінімуму на цих кривих відповідає оптимальній вологості і оптимальному вмісту щебеню в суміші відповідно до ступеня ущільнення грунтощебеню.

Миттєвий і тривалий модулі пружності матеріалу розраховують після випробувань постійним навантаженням за відомими величинами деформації та часу. За графіком залежності модуля пружності грунтощебеню від вмісту щебеню встановлюють його оптимальну щільність, що відповідає максимальній міцності дослідного шару дорожнього одягу.

Проектування складу грунтощебеню виконують у такій послідовності: назначають норму в’яжучого згідно з діючими рекомендаціями; встановлюють оптимальну вологість і стандартну щільність грунтощебеню при різній кількості щебеню в суміші; уточнюють вміст щебеню в грунтощебені із умови досягнення кращого перемішування і ущільнення; визначають оптимальну кількість щебеню за умови одержання максимальної міцності грунтощебеню; виконують остаточне корегування витрат щебеню з умов технологічності і міцності грунтощебеню.

Одержаний склад грунтощебеню корегують з урахуванням дірчастої структури і природної вологості компонентів.

5.2 Технологія будівництва грунтощебеневих шарів

Грунтощебеневі шари дорожнього одягу влаштовують способом змішування на дорозі або способом змішування в установці. Кожен варіант має свої переваги і недоліки в порівнянні з іншим. Спосіб змішування на дорозі технологічно простіший, але дає суміші меншої однорідності, ніж при перемішуванні матеріалів в установці.

Спосіб будівництва вибирають також з урахуванням необхідного темпу будівництва і наявності потрібних механізмів.

Технологічна послідовність робіт при змішуванні матеріалів на дорозі: підготовчі роботи, заготівля грунту, зміцнення грунту в’яжучим, змішування укріпленого грунту з щебенем, розподіл і розрівнювання грунтощебеню, ущільнення грунтощебеню, догляд за готовим шаром дорожнього одягу.

До підготовчих робіт відноситься перевірка якості влаштування основи шару, огородження ділянки проведення робіт, розбиття грунтощебеневого шару дорожнього одягу, влаштування упору або нарізка корита.

Грунт беруть із земляного полотна дороги або з кар’єру. За наявності значної перерви між спорудженням земляного полотна і влаштуванням шарів дорожнього одягу перевагу віддають використанню грунту кар’єру. Цим же джерелом

користуються при розташуванні грунтощебеневого шару на інших шарах дорожнього одягу.

Головними машинами в машинно-дорожньому загоні приймають однопрохідні грунтозмішувальні машини моделі ДС-16Б або багатопрохідні фрези моделі ДС-18А, ДС-74. Для місцевих доріг допускають використання для цього автогрейдерів.

Зміцнений в’яжучим грунтощебінь готують звичайним і роздільним способами. В разі роздільного способу спочатку перемішують грунт із в’яжучим, а потім одержану суміш перемішують із щебенем. Послідовним введенням компонентів у суміш досягають більшої її однорідності.

Грунт привозять на ділянку будівництва з кар’єру автомобілями-самоскидами і розвантажують у конуси. Для збереження природної вологості об’єм привезеного грунту повинен не перевищувати змінної потреби. В разі необхідності поліпшення гранулометричного складу грунту слід передбачити введення домішок (наприклад, піску). Роботи організовують на двох захватках, довжина кожної з них сягаає 150...200 м. На першій захватці розвалюють конуси грунту автогрейдером.

Розрівнювання грунту виконують також автогрейдером за три – чотири кругових проходи на ширину, що відповідає оптимальним умовам роботи фрези. Корегування товщини грунтового шару та рівності поверхні досягають за чотири проходи автогрейдера. При цьому ніж автогрейдера встановлюють під кутом захвату 55о до осі дороги, а кут нахилу – залежно від проектного поперечного профілю грунтощебеневого шару. Планують грунт від країв до середини основи.

Грудки грунту роздрібнюють за два проходи фрези по одному сліду. Роботу виконують на другій швидкості з перекриттям суміжних смуг на 0,2...0,3 м. Перші проходи фрези планують від країв основи.

На другій захватці вводять цемент у грунт розподільником цементу моделі ДС-9. Машина рухається по круговій схемі. Цемент підвозять цементовозом, який пневмонасосом перекачує його в бункер ДС-9. За перший прохід фрези перемішують сухий грунт із цементом. Далі поливально-мийна машина зволожує цементогрунтову суміш до оптимальної вологості. Перемішування фрезами виконують за два проходи по одному сліду. Готову цементогрунтову суміш збирають у валок на краю основи за два проходи автогрейдера. Щебінь привозять автомобілями-самоскидами, розвантажують у конуси за встановленою нормою. Потім автогрейдер за три кругових проходи збирає щебінь у валок і за 15...20 проходів перемішує його з цементогрунтовою сумішшю до одержання однорідного грунтощебеню. Потім розрівнюють і планують поверхню грунтощебеневого шару за шість – вісім кругових проходів автогрейдера.

Ущільнення грунтощебеню виконують за 14 проходів по одному сліду котком на пневматичних шинах моделі ДУ-31А.

Продуктивність праці котка

П =	Т(в−а)lhK1Kв				,	(7)
		l
			+t	n
				p
	Vp

де П – продуктивність праці котка, м3/зміну; Т – тривалість зміни, год.; в – ширина смуги ущільнення, м;

а – ширина перекриття суміжних смуг, м (а = 0,3м); l – довжина захватки або смуги, м;

К1 – коефіцієнт ущільнення; Кв – коефіцієнт використання часу;

Vp – робоча швидкість котка, м/год.;

tp – витрата часу на розвороти (tp = 0,01 години для причіпних котків, tp = 0,005 години для самохідних котків);

n – число проходів по одному сліду.

Остаточне ущільнення здійснюють 30-тонним котком на пневматичних шинах за шість проходів по одному сліду. Кількість проходів котків уточнюють після пробного ущільнення цього матеріалу. В період першого циклу ущільнення починають вздовж країв основи і роблять за човниковою схемою чотири проходи при швидкості 3...5 км/год. Наступні проходи виконують при підвищеній швидкості в межах від 12 до 15 км/год.

Остаточне ущільнення здійснюють при швидкостях руху котка в межах від 1,5 до 2,0 км/год.

На поверхню готового грунтощебеневого шару автогудронатором розливають плівкоутворюючий матеріал (помароль, лак-етиноль, емульсії 25-50%-ної концентрації швидкого або повільного розпаду) за нормою 0,5...1,2 л/м2.

В разі будівництва шару з грунтощебеню без в’яжучого послідовність робіт повторюється за винятком операцій, що пов’язані з процесом зміцнення суміші в’яжучим.

Рух технологічного транспорту відкривають лише через сім діб після влаштування грунтощебеневого шару. Доцільно регулювати проїзд автомобілів по ширині грунтощебеневого шару для додаткового його ущільнення. В дні підвищеної вологості рух транспорту слід припинити.

5.3. Контроль якості робіт

Перед початком будівництва грунтощебеневого шару перевіряють якість влаштування нижче розташованого шару дорожнього одягу або земляного полотна.

Щільність і вологість грунту контролюють за допомогою приладу М.П. Ковальова. Для цього відбирають через кожні 100 м по три проби на поперечнику проїзної частини дороги і визначають їх щільність. На основі одержаних даних розраховують коефіцієнти ущільнення, величина яких повинна бути більше 0,98.

Якість підготовки грунту до зміцнення в’яжучим контролюють за ступенем досягнутого роздрібнення. Проби грунту відбирають у трьох точках поперечника через кожні 100 м. Маса проби – 1...2 кг. Грунт просіюють через сито з отворами 5 і 2 мм. Кількість агрегатів, більших 5 мм, не повинна перевищувати 25 %, а вміст агрегатів, менших 2 мм, повинен складати понад 60 %. Паралельно контроллють вологість грунту.

Перед розподілом в’яжучого контролюють роботу дозуючих пристроїв. Перевірку рівномірності розподілу бітуму виконують калориметричним методом ХАДІ, рівномірність розподілу цементу – прискореним методом ХАДІ.

Для контролю рівномірності розподілу щебеню з грунтощебеневої суміші відбирають проби масою 2,5...3 кг у трьох точках поперечника через кожні 100 м. Потім виконують «мокре» розсіювання через сито 5 мм. Щебінь залишається на ситі, його кількість характеризує вміст щебеню у пробі. Допускають відхилення вмісту щебеню від норми в межах ± 10 % за масою.

Щільність грунтощебеню визначають методом лунок двома способами: способом заміщення піском або способом заміщення водою.

Відхилення щільності грунтощебеню від проектної норми повинно не перевищувати ± 40 кг/м3.

Для контролю міцності грунтощебеню формують зразки у металевих формах діаметром 16 см і висотою 1012 см. Суміш беруть із валка після перемішування компонентів грунтощебеню. Зразки витримують у вологих умовах протягом семи діб і випробовують на стиск. При цьому роблять необхідні заміри для визначення модуля пружності. Одержані значення повинні не відрізнятися від проектної міцності більше ніж на ± 5 %.

Після ущільнення грунтощебеневого шару дорожнього одягу контролюють товщину і ширину шару за допомогою щупів. Ширину основи перевіряють рулеткою. Рівність шару контролюють триметровою рейкою і шаблоном. Поперечний похил перевіряють шаблоном і рівнем. Висотні відмітки контролюють нівеліром і рейкою. Одержані результати порівнюють з вимогами нормативних документів для оцінки якості робіт і величин відхилень показників якості від нормативних.

Результати контролю якості будівництва грунтощебеневого шару заносять до спеціального журналу, який контролює замовник.

Запитання для самоперевірки

1.Який матеріал називають грунтощебенем?

2.Які вимоги ставлять до компонентів грунтощебеню?

3.В яких дорожніх конструкціях використовують грунтощебінь?

4.Як розрахувати склад грунтощебеню?

5.Якими машинами перемішують грунтощебінь?

6.Технологія влаштування грнутощебеневих шарів дорожніх одягів.

7.Які недоліки мають грунтощебеневі шари?

8.Які показники якості щебеню контролюють при будівництві грунтощебеневих шарів?