Тех Карти / Титар_конспект / tit_r7

7 БУДІВНИЦТВО ШАРІВ ДОРОЖНЬОГО ОДЯГУ З ГРУНТІВ, УКРІПЛЕНИХ НЕОРГАНІЧНИМИ В’ЯЖУЧИМИ

7.1 Основні принципи створення і використання укріплених грунтів

Будівництво дорожнього одягу з укріплених грунтів забезпечує розширення сировинної бази і зменшення витрат на привізні матеріали. Шари з укріплених грунтів поліпшують водно-тепловий режим конструкції дороги в цілому.

Шари з грунтових укріплених сумішей розрізняють за в’яжучим, яке використовували в їх складі існують: цементо-, шлако-, вапно-, бітумота дьогтегрунтові шари. Цементогрунт серед них виділяється високою міцністю, теплостійкістю, але малою зносостійкістю, морозостійкістю і тріщиностійкістю. Грунтові суміші, укріплені органічними в’яжучими, мають малу теплостійкість і водостійкість.

Перелічені недоліки усуваються певною мірою при укріпленні грунтів синтетичними смолами, хімічними речовинами або комплексними в’яжучими.

Залежно від в’яжучого формуються різні групи просторової структури укріпленого грунту: кристалізаційна (І), коагуляційна (ІІ), конденсаційна (ІІІ). У межах кожної групи виділяються типи структур: І1 – кристалізаційна моноструктура; І2 – коагуляційно-кристалізаційна бінарна структура; І3 – конденсаційно-кристалізаційна бінарна структура.

Бінарні взаємопоглинаючі структури характеризуються різними властивостями, взаємодоповнюють одна одну. В назві бінарних структур спочатку виділяють структуру, яка займає в зміцнюваному грунті менший об’єм, а потім додають домінуючу структуру. Залежно від сфери використання укріпленого грунту його властивості корегують у потрібному напрямку способом зміни величини і співвідношення додатків в’яжучих та інших речовин.

Географія використання шарів із зміцнених грунтів охоплює всі дорожньокліматичні зони країн СНД (від першої до п’ятої включно). Грунти, укріплені неорганічними в’яжучими, рекомендується застосовувати для будівництва покриттів доріг IV та V категорій і основ на дорогах вищих категорій. Шари з укріпленого грунту влаштовують товщиною не менше 10 см. Покриття з укріплених грунтів захищають від безпосередньої дії атмосферних факторів улаштуванням поверхневої обробки.

Створення укріплених грунтових сумішей основано на таких головних принципах:

-забезпечення нормативних вимог щодо властивостей отриманого матеріалу;

-економічній доцільності використання запропонованого складу суміші;

-обмеження забруднення навколишнього середовища в процесі укріплення грунтових сумішей та перебуванні їх у дорожніх конструкціях.

На основі цих принципів рекомендуються “холодні” технології змішування компонентів укріплених грунтів з використанням домішків із відходів промисловості та внесення речовин у грунт, які приводять до підсилення утворення цементуючих сполук.

Зміцнення грунту належить до складних процесів із різноманітно діючими факторами (рис. 19). Їх вплив на структуру і властивості укріплених грунтів детально розглядався в курсі “Грунтознавство та механіка грунтів”.

Технологія зміцнення грунтів створюється на основі оптимального використання та раціонального поєднання окремих постійно діючих факторів для конкретного різновиду грунту.

Тимчасово діючі фактори об’єднують всі технологічні операції, які виконують для створення готового шару дорожнього одягу. Їх треба виконувати у строгій технологічній послідовності та за умови дотримання технологічних режимів (температури, часових термінів). Важливим принципом зміцнення грунтів вважають використання ефективних умов здійснення окремих операцій. Зокрема слід оцінити доцільність роздрібнення грунту механічним способом у порівнянні із суміщенням цього способу і використанням розчинних у воді змочувачів, які помітно зменшують міцність окремих структурних агрегатів грунтів. Порушення технології виконання одних операцій часто викликає відхилення точності здійснення інших операцій, а в підсумку впливає на якість улаштування шару з укріпленого грунту в цілому.

7.2. Вимоги до компонентів сумішей і конструкцій

Нескельні грунти підлягають укріпленню при утриманні агрегатів розміром, крупнішим за 5 мм менше 25% від загальної маси і агрегатів, більших за 10 мм, – менше 10%. Грубоуламкові грунти розміром більше 40 мм потрібно відсіяти, щоб потім роздрібнити до допустимих розмірів.

Для укріплення неорганічними в’яжучими використовують піщані, пилуваті і частково глинисті різновиди грунтів, крім кислих (рН 4-5) і сильнолужних (рН 9- 12). Грунти з кислою реакцією (рН < 7) потребують нейтралізації вапном чи лужними речовинами. Повні залишки грунту після просіювання на ситах повинні попадати в область оптимальних його складів за нормативними вимогами.

Найбільш придатними для зміцнення цементом є пилуваті супіски та пилувато-глинисті грунти оптимального складу. До непридатних грунтів відносять жирні глини з числом пластичності більше 22. Заборонені до використання в ІІІ і IV дорожньо-кліматичних зонах держав СНД грунти з вмістом гумусових речовин більше 4%, а в ІІ дорожньо-кліматичній зоні – більше 2%. В грунтах, зміцнених портландцементом, не повинно утримуватися домішків гіпсу більше: 10% в ІІ-ІІІ, 20% – в IV і 30% в V дорожньо-кліматичних зонах.

Найбільш вдало чорноземні грунти (гумусу до 4%) укріплюються портландцементом, в важкі суглинки і глини – вапном.

Для зменшення витрат енергії при роздрібненні важких суглинків і глин вологістю менше 0,3 вологості на межі текучості грунту використовують ПАР. Рекомендується при температурі вище 20оС вводити в грунт у вигляді водних розчинів або емульсій нейтралізований гудрон, речовини типу ЛСТ (лігносульфонати технічні).

Штучні грунти підбирають за кривими оптимального гранулометричного складу.

Для укріплених грунтів рекомендуються портландцементи і шлакопортландцементи марок 300 і 400, вапно І і ІІ сортів, золи виносу ТЕЦ (утримання вільного СаО не менше 8%, марка не нижче 100), активні доменні та феросплавні шлаки і бокситові шлами (з питомою поверхнею не менше за 3000 см2/г і маркою не менше за 50).

Необхідно, щоб вода відповідала стандартам питної води. ПАР різного призначення (пластифікуючі, уповільнювачі тужавіння …), а домішки – технічним умовам. Термін початку тужавіння в’яжучих не нормується, а кінець тужавіння повинен наступати не пізніше 10 годин після приготування суміші.

Склад грунтових сумішей підбирають за результатами лабораторних випробувань і порівняння їх з вимогами нормативних документів.

Вимоги до грунтів, укріплених неорганічними в’яжучими, наведені в табл. 1.

Таблиця 1 – Вимоги до показників властивостей грунтів, укріплених неорганічними в’яжучими

Властивості укріплених грунтів	Значення показників за класом
		міцності
	І	ІІ	ІІІ
Межа міцності при стиску водонасичених	6-4	4-2	2-1
зразків, МПа
Межа міцності на розтяг при згинанні	1,0	0,6	0,2
водонасичених зразків, МПа, не менше
Коефіцієнт водостійкості, не менше	0,75	0,70	0,65

Показники властивостей грунтів, укріплених цементом, визначаються на 28-у добу твердіння, а інших повільно твердіючих мінеральних в’яжучих випробовуються на 90-у добу твердіння.

Укріплені грунти ІІ і ІІІ класів за міцністю використовують у додаткових теплоізоляційних (морозозахисних) шарах. Укріплені мінеральними в’яжучими грунти І і ІІ класів за міцністю рекомендуються для основ доріг І-ІІІ категорій під монолітні і збірноцементобетонні покриття, а також для нижніх шарів основ асфальтобетонних покриттів.

7.3 Технологія будівництва шарів з укріплених грунтів

Шари з грунтів, зміцнених неорганічними в’яжучими, влаштовують при температурі повітря не нижче 5°С.

Відомі такі способи виконання робіт:

-приготування і укладання грунтових сумішей на дорозі МДЗ з головною машиною – дорожньою фрезою (моделі ДС-18А, ДС-74А);

-приготування і укладання грунтових сумішей на дорозі МДЗ з однопрохідною грунтозмішувальною машиною або комплектом машин ДС-160;

- приготування грунтових сумішей в змішувальних установках примусового перемішування або моделі ДС-50А, ДС-50Б, ДС-174 з наступним транспортуванням їх до об’єкта будівництва і укладанням профілюючими машинами.

Змішування за першим і другим способом може виконуватися також у кар’єрі або резерві. Довжину змінної захватки вибирають з урахуванням продуктивності головної машини МДЗ. Установки ДС-50А, ДС-50Б призначені для обробки грунтів із числом пластичності до трьох. Прискорене будівництво доріг І та ІІ технічних категорій передбачено з використанням установок ДС-50Б. Комплект машин ДС-160 рекомендується для прискореного будівництва доріг ІІІ, IV технічної категорії та внутрішньогосподарських доріг.

МДЗ комплектується машинами з урахуванням продуктивності праці і особливостей головної машини та властивостей компонентів грунтових сумішей.

В установках із вільним перемішуванням моделі ДС-50А дозволяється приготування укріплених сумішей з відходів промисловості та грубоуламкових грунтів.

Склад і технологія виконання підготовчих робіт ідентичні технології влаштування щебеневих шарів.

До основних технологічних операцій влаштування шару з укріпленого грунту відносять: роздрібнення грудок (агрегатів) грунту; дозування компонентів суміші; перемішування сухої суміші; зволоження суміші до оптимальної вологості; остаточне перемішування укріпленого грунту; ущільнення шару з укріпленого грунту; догляд за готовим шаром.

Уваріанті технології з використанням змішувальних установок дозування і змішування компонентів грунтової суміші передбачено на заводі. Одержану суміш транспортують на об’єкт автосамоскидами чи тракторними візками. Укладання, розрівнювання та планування укріпленого грунту виконують автогрейдером, розподільником щебеню або профілювальником із комплекту для прискореного влаштування покриттів. Шар з цементогрунту ущільнюють котками з бетоноукладальних комплектів.

Для ущільнення доцільно використовувати котки на пневматичних шинах. Орієнтовно потрібно 10-12 проходів по одному сліду котка моделі ДУ-31А.

Цементогрунтову суміш укочують до 0,85...0,90 від максимальної щільності і

процес ущільнення завершують не пізніше, ніж через три години, а при температурах нижче 10оС – через п’ять годин після приготування грунтової суміші.

Значення коефіцієнта втрат грунту становить за нормами 1,03.

Використання машин з бетоноукладального комплекту і установок примусового перемішування збільшує собівартість улаштування шару з укріпленого грунту , але дає вищий рівень якості цементогрунтового шару дорожнього одягу.

Уваріантах технології за способом змішування на дорозі комплектом ДС-160 грунт транспортують у корито чи на основу автосамоскидами, тракторами – візками, скреперами або подають з резерву грейдерами-елеваторами. Відомі також варіанти використання грунту земляного полотна, який завчасно відсипають з надлишком.

Грунт розрівнюють за чотири – шість кругових проходів автогрейдера на всю проектну ширину шару. Глинисті грунти необхідно роздрібнювати.

Подрібнення грудок залежно від вибраних у МДЗ машин здійснюється крім профілювальника дорожніми фрезами або лущильниками, дисковими боронами моделі ВДХ-БХ. Доцільно шар грунту попередньо ущільнити за два – три проходи котка. В підсумку ця операція помітно полегшить подрібнення грунту.

Грунт перед подрібненням повинен мати вологість 0,3...0,4 від вологості на межі текучості. В разі невідповідності обумовленій вимозі до грунту додають ПАР.

Далі готують для роботи автоматизовану слідкуючу систему поздовжнього та поперечного профілю і напівавтоматизовану систему руху за курсом профілювальника ДС-161 (“Профіль-30”). Профілювальник після настроювання та опробування роздрібнює за один прохід грунтову суміш і профілює шар (рис. 20). Цементовоз-розподільник моделі ДС-72 підвозить і вводить у грунт цемент і порошкоподібні домішки. При цьому слід узгодити ширину смуги проходу розподільника ДС-72 з грунтозмішувальною машиною. Стандартну ширину розподілу в’яжучого машиною ДС-72 обмежують до 1,8 м і за два суміжні проходи перекривають смугу 3,5 м. Ця ширина відповідає ширині проходу грунтозмішувальної машини ДС-162. Поливально-мийною машиною моделі ПМ130 транспортують воду або воду з рідкими ПАР чи домішками. Грунтозмішувальна машина ДС-162 виконує одночасно змішування грунту з в’яжучим, обробку суміші водою чи водними розчинами активаторів, а також профілювання та попереднє ущільнення шару з укріпленого грунту навісними робочими органами (рис. 21). Допускається дозволожувати грунт безпосередньо поливально-мийною машиною ПМ-130. Швидкість руху грунтозмішувальної машини ДС-162 обмежують при виконанні робочих операцій 1...4 м/хв. Остаточне ущільнення виконують самохідними котками за схемою від країв до середини за шість – вісім проходів по одному сліду (наприклад котком ДУ-31А чи ДУ-84 або двома самохідними котками ДУ-52 і ДУ-55). Перший і останній два проходи коток рухається із швидкістю 3,5 км/год, аінші– зішвидкістюдо12 км/год.

Запас на остаточне ущільнення повинен складати в межах 1,2...1,3 від проектної товщини шару. Чистове профілювання виконується профілювальником ДС-161 із швидкістю 5...8 м/хв.

Терміново після завершення ущільнення на поверхню цементогрунтового шару наносять плівкоутворюючі матеріали: помароль ПМ-100А, ПМ-86 за нормою 0,5...0,6 л/м2. Допускається використовувати нафтовий гудрон, лак-етиноль, середньорозпадаючі емульсії 50 %-ної концентрації; рідкий бітум.

За відсутності перелічених матеріалів водно-тепловий режим шару підтримують послідовним зволоженням шару піску товщиною 5 см, розподіленого по поверхні цементогрунту.

Рух будівельного транспорту дозволяється через п’ять діб після влаштування шару з укріпленого грунту І класу міцності товщиною 15 см і ІІ класу міцності товщиною 20 см. Однак при використанні шару з укріпленого грунту ІІІ класу міцності та при товщині його менше зазначених величин рух будівельного транспорту відкривають лише через сім діб.

У разі використання головними машинами МДЗ фрез необхідність у підготовці до роботи слідкувальної системи відпадає. Технологічна послідовність робіт залишається без змін. Однак глинистий грунт роздрібнюють за два-три

проходи фрези. Ширина робочої смуги причіпної фрези ДС-74А складає 2,4 м, а навісної фрези ДС-18А – 2,5 м. Фреза рухається на другій або третій передачі з перекриттям робочих смуг на 25...30 см. Спочатку перемішують грунт із цементом за два-три проходи фрези по одному сліду. Шар із цементогрунту профілюють. Потім дозволожують грунт через розподіляючу систему фрези і за один-два проходи фрези остаточно перемішують цементогрунтову суміш. Альтернативним варіантом технології будівництва передбачено дозволожувати цементогрунтову суміш поливально-мийною машиною ПМ-130 у вигляді дрібного дощу.

При використанні комбінованих в’яжучих і домішок у технологію робіт вводять певні зміни. Для змішування на дорозі грунту з цементом і додатками бітумних емульсій, бітуму чи сирої нафти необхідно спочатку внести в грунт органічне в’яжуче, змішати його з грунтом, а далі ввести послідовно в суміш цемент і воду. Для укріплення грунту цементом з додатком меленого негашеного вапна спочатку вводять послідовно вапно, воду, а через добу – цемент.

Укріплення грунту цементом із додатком золи, золошлакових сумішей виконують у такій послідовності: грунт доповнюють домішками, перемішують суміш, планують, дозують послідовно цемент і воду, кожного разу ретельно перемішують.

Ущільнення грунтових сумішей з негашеним вапном слід починати не раніше, ніж через п’ять годин після змішування. Закінчувати ущільнення таких сумішей, як і сумішей з активними золами виносу, слід не пізніше, ніж через 14-18 годин після змішування.

7.4. Особливості влаштування основ дорожнього одягу з гранульованих грунтів

Гранульований грунт – матеріал дискретної структури, одержаний з гранул, утворених із цементогрунтової суміші, вкритої оболонкою з органічного в’яжучого.

Суміш готують переважно в стаціонарних змішувачах у пропорціях між складовими, які відповідають традиційній технології (наприклад легкий супісок – 90%, портландцемент марки 300 – 10%, вода – 16%). Відразу після змішування суміш гранулюють на тарілчастих або інших грануляторах. Одночасно гранули обробляють рідким бітумом або нафтою. Далі технологія влаштування основ ідентична розглянутій в розд. 6.3 (змішування в установці). Число проходів котка по одному сліду визначають пробним ущільненням (орієнтовно вісім-десять).

Суттєвий недолік використання гранульованого укріпленого грунту полягає в більшій (близько 10%) вартості його від традиційного цементогрунту. Однак дискретність шару усуває безпеку відбитих тріщин в асфальтобетонному покритті. Відсутність тріщин в основі підвищує його працездатність.

Наявність оболонки створює сприятливі умови для твердіння цементогрунту. Дотик між гранулами здійснюється поверхнями, а не окремими точками. Наведена технологія – підтвердження значних резервів для вдосконалення технології будівництва основ з укріплених грунтів.

7.5.Контроль якості робіт

Упроцесі влаштування шару з укріпленого ґрунту передбачено не рідше одного разу за зміну контролювати гранулометричний склад грубоуламкових і піщаних ґрунтів; число пластичності глинистих ґрунтів; ступінь роздрібнення глинистих ґрунтів за просіюванням проб на ситах з вічками 5 і 10 мм; якість суміші

зкожної партії в 250 м3 за міцністю трьох зразків на стиск.

На стадії розбивних робіт контролюють ширину шару через 40 м на прямих ділянках і через 5...10 м на криволінійних ділянках рулеткою, а висотні позначки по осі дороги – нівеліром і рейкою. В процесі розвантаження і розподілу цементогрунтової суміші візуально контролюють відповідність місця її розвантаження за прийнятою схемою. Цей контроль необхідний також при транспортуванні на об’єкт грунту.

На стадії розрівнювання та планування суміші автогрейдером контролюють через кожні 100 м ширину, поперечний ухил, у трьох поперечниках по осі і в одному метрі від країв товщину і рівність шару з укріпленого грунту.

При операції ущільнення шару контролюють не рідше, ніж через кожні 200 м вологість грунту і суміші та щільність шару в трьох точках на поперечнику (по осі дороги і на відстані 0,5 м від кромки шару). Через кожні 100 м повторно контролюють рівність і поперечний ухил шару.

На стадії догляду за готовим шаром з укріпленого грунту контролюють рівномірність розподілу плівкоутворюючого матеріалу на його поверхні. Виконують одне випробування за зміну методом оцінки забарвлення розлитого на плівку розчину фенолфталеїну на площадці 20х20см.

Відхилення від нормативних показників міцності допускається: при виготовленні сумішей в кар’єрних установках – не більше ± 8%; однопрохідною грунтозмішувальною машиною – не більше ± 15%; дорожньою фрезою – не більше

± 25%.

Коефіцієнт ущільнення цементогрунту визначають діленням висушеного зразка зміцненого грунту з ущільненого шару на щільність висушеної суміші грунту з в’яжучим, ущільненої стандартним методом.

Контролю підлягають терміни виконання технологічних операцій згідно з описаною технологією робіт.

Запитання для самоперевірки

1.Переваги і недоліки шарів із зміцнених грунтів.

2.Сфера використання зміцнених грунтів.

3.Різновиди неорганічних в’яжучих для укріплення грунтів.

4.Які фактори впливають на ущільнення грунту?

5.Вимоги до компонентів укріплених грунтових сумішей.

6.Способи укріплення грунтів.

7.Особливості ущільнення укріплених грунтів.

8.Контроль якості шарів із зміцнених грунтів.

9.Класифікація факторів, які впливають на укріплення грунтів.