Дорожные одежды из местных грунтов, укрепленных минеральными и органическими вяжущими
Использование для дорожных одежд местных грунтов, укрепленных минеральными и органическими вяжущими, необходимо при отсутствии гравия и щебня, поскольку стоимость перевозки последних из других районов значительно повышает стоимость дорожных одежд.
На дорогах общего пользования слои из грунта, укрепленного вяжущими, большей частью устраивают в основании, т. е. в нижних слоях дорожных одежд. В связи с незначительной интенсивностью движения их можно использовать и в качестве покрытий, но из-за недостаточной износоустойчивости по поверхности укрепленного грунта следует укладывать слой износа (обычно в виде поверхностной обработки).
Применение органических вяжущих. Для укрепления местных грунтов применяют дорожные битумы марок СГ 70/130, МГ 70/130, СГ 130/200, МГ 130/200 и каменноугольные дегти марок Д-2, Д-3 и Д-4. Медленногустеющие битумы применяют в южных районах страны. Для понижения вязкости органические вяжущие перед розливом подогревают до рабочей температуры 80—100° С, розлив производят из гудронатора. К влажным грунтам и каменным материалам битум не прилипает. Работы с битумом и дегтем можно выполнять только в сухую погоду при температуре воздуха не ниже 10° С. На время дождей работу приостанавливают. С использованием битумных эмульсий, изготовляемых дорожными организациями, работу можно выполнять и при влажной поверхности минерального материала.
Технология устройства покрытия из грунтобитума аналогична используемой при устройстве покрытий методом смешения органического вяжущего с гравием или щебнем на дороге. Наиболее пригодны для укрепления битумом супесчаные грунты, оптимальные грунтовые смеси, пылеватые грунты и легкие суглинки. В III—V климатических зонах можно использовать и тяжелые суглинки, предварительно улучшенные добавками песка. При хорошем качестве строительства покрытия из грунтобитума выдерживают значительную интенсивность движения и достаточно долговечны.
Количество вяжущего устанавливают на основании лабораторных испытаний образцов грунта. Обычно для супесей требуется битума 5—8% (дегтя 6—9%), для суглинков соответственно 6—12% (7—14%) веса обрабатываемой части грунта. При использовании суглинков к грунтам следует добавлять 2—3% извести.
Лучшее перемешивание местного грунта с вяжущим достигается при использовании дорожной (или болотной) фрезы, хотя можно применять дисковые бороны и грейдеры. При наличии только грейдера требуется очень большое число проходов. Технология устройства покрытия приведена ниже.
1. Земляное полотно профилируют, при необходимости увлажняют и рыхлят грунт на глубину обработки. Если грунт земляного полотна непригоден для укрепления органическими вяжущими, необходимы добавки улучшающего грунта (иногда самосвалами привозят требующийся грунт из ближайших карьеров); для определения его объема следует учитывать коэффициент уплотнения укрепляемого слоя (1,4—1,7). Добавки перемешивают с грунтом земляного полотна за 2—3 прохода фрезы по следу.
2. С помощью фрезы рыхлят и измельчают слой грунта до 18—20 см. На супесчаных грунтах скорость движения фрезы должна быть 0,25—0,3 и на суглинистых 0,1—0,15 км/ч. После измельчения грунта при необходимости вводят известь или раствор хлористого кальция.
4. После окончательного перемешивания смеси профилируют дорожные одежды и укатывают слой грунтобитума. Если перемешивание производилось с битумной эмульсией при высокой влажности грунта, то предварительно смесь проходами фрезы или других орудий просушивают до оптимальной влажности, при которой ее следует уплотнять. Наиболее хорошо грунтобитум укатывается катками на пневматических колесах, но для их тяги необходимы колесные тягачи, а не гусеничные тракторы. Можно использовать и самоходные металлические гладкие катки. Достаточное уплотнение смеси достигается за 10—12 проходов катка по одному следу. Укатку следует начинать с обочин. Окончательно покрытие уплотняется и формируется под воздействием движения машин в течение 10—15 сут при хорошей погоде.
Толщину покрытий из грунтобитума указывают в проекте. Если общая толщина превышает 18—20 см, то покрытие делают 2-слойным, при этом слой 18—20 см целесообразно устраивать из грунтобитума, а над ним — слой меньшей толщины из более прочного и износостойкого материала. При корытном профиле поочередно устраивают слой за слоем. Нижний слой может быть из взрыхленного грунта земляного полотна, а верхний — из привозного.
Применение минеральных вяжущих. На лесохозяйственных и лесовозных дорогах все шире применяют цемент и известь, позволяющие создать прочный и дешевый материал для дорожных одежд. Грунтодемент применяют в Горьковской обл., на Урале и в Коми АССР. Опыт устройства грунтоцементных покрытий на лесохозяйственных дорогах имеется в Подольском и Шаховском районах Московской обл.
Цементом и известью можно укреплять песчаные, супесчаные и суглинистые грунты. Гумусовые горизонты почв укреплять цементом нельзя. Чисто песчаные грунты стабилизировать цементом не рекомендуется из-за резкого повышения расхода цемента, а известью — в связи с тем, что получается недостаточно водоустойчивый материал. Укрепление глинистых грунтов возможно, но крайне затруднено, так как не обеспечивается равномерное перемешивание грунта с цементом или известью; при этом значительно повышается расход вяжущего (в 1,5—1,7 раза). Наименьший расход цемента или извести и наибольшая прочность обеспечиваются при создании оптимальной грунтовой смеси. Для укрепления грунтов цементом желательно вместе с водой вводить хлористый кальций (0,5—1% веса смеси), который ускоряет процесс твердения цемента и повышает морозостойкость укрепляемого грунта.
В случае, если гравийные и каменные карьеры далеко или этих материалов недостаточно, можно применять комбинированные дорожные одежды с основанием из грунтоцемента или грунтоизвести с относительно тонким слоем покрытия из гравийных или каменных материалов. При выборе добавок и определении их дозировки следует учитывать местные условия, результаты лабораторных исследований и испытаний предварительно изготовленных образцов. Ориентировочные дозировки цемента следующие: для гравийных и грунтощебеночных смесей 4—6% веса укрепляемого грунта, для песков и легких супесей 5—8, тяжелых супесей и легких суглинков 8—10 и тяжелых суглинков 11 —13%.
Как и при укреплении грунтов органическими вяжущими, лучшие результаты при перемешивании получают при использовании дорожной (или болотной) фрезы, поскольку в данном случае особенно большое значение имеет тщательность разрыхления грунта и перемешивания его с цементом. Наиболее удобно использовать при устройстве грунтоцементных покрытий и оснований дорожную фрезу Д-530 на тракторе Т-100 ГП, снабженном ходоуменьшителем, позволяющим осуществлять поступательное движение со скоростью 0,1—0,9 км/ч. Ширина полосы обработки фрезой 2,5 и глубина 0,25 м. Помимо этого, дорожные фрезы имеют битумные насосы для дозировки битума, воды или водных растворов.
Технология устройства грунтоцемента (грунтоизвести) приведена ниже.
1. Земляное полотно уплотняют и планируют. При корытном профиле вырезают корыто, уплотняют его дно и перемещают в него грунт с обочин, при необходимости его улучшают. Затем грунт доводят до оптимальной влажности.
2. Грунт размельчают на установленную проектом глубину обработки за 1—2 прохода фрезы по одному следу. Рыхление должно обеспечить содержание комков размером более 5 мм, не превышающее 10% обрабатываемого грунта. Тонкость измельчения грунта зависит от поступательной скорости фрезы, которая не должна превышать на тяжелых суглинках 0,1—0,2, на легких 0,2—0,3 и на супесях 0,3—0,6 км/ч. В жаркую погоду суглинистые грунты необходимо увлажнять за 6—12 ч до начала работ.
3. Вяжущее распределяют с помощью специальных прицепных распределителей цемента Д-343Б или Д-688. Их загружают из автоцементовозов, подающих цемент по шлангу в аэрированном состоянии в бункер распределителя. Производительность цементораспределителя за смену до 120 т. При его применении получают ровную поверхность измельченного грунта; сошники заглубляются в грунт на 5—7 см. Если цементораспределителей нет, то цемент распределяют непосредственно из цементовозов. Во время перемешивания цемента с грунтом смесь необходимо дополнительно увлажнять. Для поливки используют дозировочно-распределительную систему дорожных фрез, автополивщик или любую цистерну с водой. При наличии двух фрез вслед за цементораспределителем первая перемешивает сухую смесь, а вторая увлажняет ее до оптимальной влажности и перемешивает.
Следует указать, что воды требуется довольно много (до 100—150 т/км). Увлажнение и перемешивание грунтоцементной смеси необходимы в течение 2—3 ч. Добавление к воде 0,5—1% к весу грунта хлористого кальция, сернокислого натрия или жидкого стекла ускоряет твердение, повышает морозостойкость и уменьшает испарение влаги. Поскольку дорожные фрезы лучше перемешивают смесь в продольном направлении, чем в поперечном, перемешанную за 1—2 прохода смесь следует дополнительно перемешать в поперечном направлении автогрейдером за 4—6 проходов.
4. Перемешанную и увлажненную смесь укатывают самоходными или прицепными катками на пневматиках весом 15—25 т. Требуемое уплотнение достигается за 10—14 проходов по следу. Время укатки не более 4 ч.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Строительство дорог низкой стоимости с основаниями из укреплённых грунтов
Протяжённость дорог и расстояния между городами и сёлами в Сибири не просто большие, а очень большие. Необходимая в этих условиях перевозка щебня, применяемого для устройства оснований и покрытий, увеличивает его сметную стоимость в 3-5 раз и считается ключевым фактором увеличения общей стоимости строительства.
Соответственно, применение технологий, которые позволили бы существенно снизить затраты и ресурсы, используемые при строительстве и ремонте дорог, становится нужным и важным делом для любого заказчика.
ОТ РЕДАКЦИИ
На рынке сейчас большое предложение стабилизаторов грунтов. За каждым стоит производитель, убеждённый продавец и т. д.
Сравнивать их между собой, чтобы не вызвать «стабилизационный диспут» можно, только на основе полномасштабного исследования. Но такие мероприятия обойдутся дорого. По заявлению автора этой статьи — директора ООО «Полимеравтодор» (компании, с 2009 года специализирующейся на строительстве автодорог, площадок, проездов) — он указывает зачастую умалчиваемые особенности большинства стабилизаторов грунтов. Однако редакция не может гарантировать объективность его выводов и предположений о применении ПАВ.
Стабилизация и укрепление грунтов — необходимость?
Одной из более действенных возможностей снижения стоимости строительства считается использование в основаниях дорожных покрытий укреплённых грунтов. Технико-экономические расчёты, проведённые с учётом фактических производственных расходов, показывают, что их использование взамен равнопрочных из привозных каменных материалов приводит к понижению стоимости дорожной одежды на 20-60%. Под укреплением и стабилизацией грунтов и других местных материалов (отходов промышленности, малопрочных каменных материалов и др.) следует понимать всю совокупность мероприятий (внесение вяжущих, стабилизаторов, ПАВ, а также последовательное выполнение всех предусмотренных технологических операций), обеспечивающих, в конечном итоге, коренное изменение свойств укрепляемых материалов с приданием им требуемой прочности, водо- и морозостойкости.
Из строящихся сейчас автодорог львиная доля приходится на дороги III — V категорий, находящиеся, в основном, на сельских территориях. Вследствие этого в условиях небогатого финансирования дорожной сети внедрение технологии стабилизации и укрепления грунтов может считаться наиболее реальной возможностью увеличить протяжённость местных дорог, соответствующих нормативу.
По настоящее время в РФ построено и эксплуатируется свыше 30 000 км дорог, где использованы укреплённые грунты. Их применяют в основном на дорогах III-V категорий — в качестве верхних слоёв оснований и покрытий. Дальнейшее развитие данной технологии идёт по пути улучшения имеющих место быть и разработки современных способов комплексного укрепления грунтов с использованием полимерных стабилизаторов и вяжущих, а так же вторичных, особенно местных, ресурсов, применения высокоэффективных грунтосмесительных механизмов, разработки передовых методов экспресс-контроля.
Стабилизация грунтов с целью улучшения характеристик, связанных с прочностью и стойкостью, зачастую зависит от цемента, извести, зольной пыли и битумной эмульсии. Эти материалы недороги, относительно просты в использовании и применении и придают улучшенные свойства разным видам грунта. Наибольшее распространение в нашей стране получили грунты, укреплённые неорганическими и минеральными вяжущими, в частности — цементом. Цементогрунт широко применяют в качестве основания на дорогах всех категорий, а также как покрытие с устройством защитного слоя, на дорогах IV–V категорий, районных аэродромах и при строительстве подъездных путей.
Анализ работы дорожных систем с основаниями из цементогрунта говорит о существенном их превосходстве при сопоставлении с классическими основаниями из каменных материалов.
Цементогрунтовое основание гарантирует подходящий водно-тепловой режим всей дорожной одежды, пониженное водонасыщение при устройстве земполотна, неплохую ровность покрытия и предотвращение появления усталостных трещин. Впрочем, есть у цементогрунта характерная особенность — хрупкость и истираемость (особенно в увлажнённом состоянии), что ограничивает возможность использовать его в качестве покрытия для дорог с интенсивным движением.
Наши выводы и выбор технологии стабилизации и укрепления грунтов основаны на многолетнем практическом опыте. Как собственного, так и наших партнёров, которые применяют технологию стабилизации и укрепления грунтов в разных климатических условиях по всей территории России. Практический опыт и исследования Союздорнии и Росдорнии указывают на то, что во 2 и 3 дорожно-климатических зонах требуется устраивать основания из укреплённых грунтов с использованием комплексного, преимущественно полимерного, вяжущего. Именно наличие в укреплённом или стабилизированном грунте, помимо цемента, полимерной составляющей позволяет:
На рынке присутствуют разнообразные добавки для стабилизации/укрепления грунта: полимерные эмульсии, кислоты, производные лигнина, ферменты, природный каучук и силикаты и пр. Эти добавки могут быть в жидком или твёрдом виде и часто навязываются как применимые для большинства грунтов. Наш опыт работы с различными добавками с 2011 года на объектах от 5 до 1 ДКЗ показывает, что многие добавки производят либо слабое улучшение, либо вообще не дают никакого улучшения при работе с пылеватыми, просадочными, тяжёлыми суглинками и в особенности с супесями. А заявленная применимость для «всех видов грунтов» на поверку оказывается просто словами. Так, например, одни дают улучшение только с отдельными видами грунтов, другие слабо применимы на переувлажнённых грунтах, третьи обладают высокой стоимостью. Да и место производства многих добавок — США — не позволяет в полной мере на них опереться.
Объективным решением служит индивидуальный подбор добавок разного типа и концентрации для стабилизации/укрепления грунта к разным видам грунтов. Наш опыт практического применения отечественной серии стабилизаторов позволяет говорить о выгоде такого подхода. Например, индивидуальный подбор композиции грунт-цемент-стабилизатор «Полидор» позволяет регулировать сроки твердения грунтоцементных смесей, направлять процессы структурообразования при укреплении грунтов в нужную сторону.
Действие композиции-стабилизатора зависит от типа грунта в грунтовой системе, типа вяжущего и концентрации самого полимерного стабилизатора. Индивидуальный подбор составов укреплённых грунтовых смесей, позволяет получить слои оснований с заданными эксплуатационными характеристиками с учётом транспортных нагрузок и климатических условий эксплуатации.
Особенности покрытия на укреплённом грунте
Какова надёжность дороги, «пирог» которой включает в себя основание из укреплённого грунта и тонкослойное покрытие или поверхностную обработку? Насколько такая конструкция устойчива? Как это понять?
Устойчивость любой дорожной конструкции предопределяется надёжным взаимодействием всех её элементов. Вследствие этого стабильность дорожной одежды из укреплённого грунта с тонкослойным покрытием или же защитным слоем гарантируется за счёт:
Работа дорожной системы, состоящей из укреплённого грунта с тонкослойным покрытием или же защитным слоем, очень специфична ввиду малозначительной толщины верхних слоёв.
Ударные нагрузки, пульсация, сдвиговые и вертикальные усилия от колёсной нагрузки, а ещё моменты, связанные с неблагоприятными климатическими условиями приводят к появлению в дорожной системе разных напряжений, а также содействует износу тонкослойных покрытий и защитных слоёв.
Вертикально направленные усилия от колёсной нагрузки вызывают изгибающие напряжения в слоях дорожных одежд из укреплённых грунтов. Самые большие изгибающие напряжения появляются по оси воздействия нагрузки на границе основания и покрытия. Величина данных напряжений находится в зависимости от толщины слоя покрытия и отношения его модуля упругости к совокупному модулю упругости всех нижележащих слоёв. Весна — то самое время, когда основание подвергается наиболее высоким нагрузкам на изгиб.
Основание из укреплённых грунтов, в силу повышенной распределяющей способности, существенно лучше гасит эти напряжения по сравнению с основаниями из дискретных (расклинка, уплотнение) материалов.
Горизонтальные напряжения в дорожной одежде появляются при торможении автомашин, при изменении скорости движения, на крутых склонах и поворотах. Наибольших значений эти напряжения достигают на границе контакта покрытия и основания, собственно, что имеет возможность привести к деформированию покрытия или же смещению его по причине при высочайшей позитивной температуре. Разрушений покрытия от горизонтальных усилий возможно избежать, используя для подстилающего слоя битумоминеральные композиции, характеризующиеся такими значениями угла внутреннего трения и сцепления, которые обеспечивают сдвигоустойчивость всему слою покрытия, в том числе и при условии неожиданного торможения автомашины.
На основании имеющихся у нас данных и последовательного анализа работы системы с тонкослойным покрытием или же защитным слоем на укреплённом грунте возможно сделать вывод: базовым критерием пригодности дорожных одежд на основаниях из укреплённых грунтов является именно сдвигоустойчивость в плоскости раздела основания и покрытия.
Как обеспечить сцепления всевозможных типов тонкослойных покрытий с основанием из укреплённого грунта и добиться необходимой сдвигоустойчивости? Выявлено, что наилучшие характеристики сцепления покрытия с основанием достигаются при применении для укрепления грунта таких ПАВ, которые обеспечивают высокую адгезию тонкослойного органоминерального покрытия одновременно с высокой водостойкостью собственно основания. При этом с уменьшением влажности верхнего слоя укреплённого грунта сцепление с ним материалов покрытия возрастает.
Ещё одним технологическим приёмом является использование подгрунтовок. Битумоизвестковая паста, применяемая в качестве подгрунтовки под тонкослойное покрытие, показала наилучшую сдвигоустойчивость при тестировании.
Но чем старше и глаже укреплённое основание, тем труднее добиться адгезии покрытия, в том числе и при применении в качестве подгрунтовки битумных паст и эмульсий. Вследствие этого для практической реализации предлагается технологический способ укладки покрытия на свежий грунт, укреплённый стабилизатором, позволяющий увеличить сцепление (взаимозацепление) двух слоёв в 6-10 раз.
В заключение скажу, что применение неорганических ПАВ позволяет укреплять грунты и устраивать основания и покрытия на любых участках дорог, использовать «безцементный» метод укрепления основания. Позволяет применять при устройстве покрытий укатываемый бетон (который дешевле асфальтобетона в 1,5 раза) и делать много другого хорошего и интересного.