Сетевое издание

Международный студенческий научный вестник

ISSN 2409-529X

Улучшение физико-механических характеристик грунтов при строительстве лесовозных автомобильных дорог, в настоящее время, может производиться по двум направлениям: укрепление, или повышение механической прочности дисперсных грунтов с искусственным изменением их структурных связей, или придание стабильных эксплуатационных характеристик грунтовым материалам;

Если с первым направлением достаточно все ясно и опыт их применения насчитывает многие десятилетия, то понятие стабилизированных грунтов нуждается в неком разъяснении [1,2].

В мировой практике дорожного строительства под стабилизаторами стали понимать гидрофобные добавки, принцип воздействия которых основан на замещении ионов в гидратированной оболочке на поверхности мелкодисперсных частиц грунта. В результате получается грунтовый материал с более высокими значениями плотности за счет возрастания величин водно-коллоидых связей.

В 2003 году принимается действуют Методические рекомендации по укреплению обочин земляного полотна с применением стабилизаторов грунтов [3], но в нем все равно говорится об укреплении грунтов.

И хотя в настоящее время появились двухкомпонентные стабилизаторы (CONSOLID 444, SOLIDRY, KINPRO NANO SISTEM) их действие заключается только в гидрофобизирующем и пластифицирующем влиянии на грунт, которое приводит к резкому улучшению прочностных и морозостойких свойств обработанных грунтов.

Таким образом следует констатировать, что в стабилизированных грунтах не возникают конденсационно-кристаллизационные структуры, т.е. применять к ним нормативные требования, полученные в результате укрепления грунтов органическими и неорганическими вяжущими веществами не правомерно.

В таблице 1 приведены физико-механические показатели для стабилизированных грунтов для суглинка легкого с числом пластичности I_p = 11, влажностью оптимальной W_опт = 14 % и содержанием глинистых частиц менее 0,005 мм – 4,8 %.

На наш взгляд стабилизированный грунт это искусственный грунтовый материал, полученный после уплотнения обработанного грунта. Обработанный грунт изготавливается методом смешения непосредственно на дороге (с использованием ресайклера) или в стационарных грунтосмесительных установках с комплексными добавками: порошкообразной «Solid-Z», жидкой «Z-777» и водой (при необходимости) по технологии KINPRO NANO SYSTEM и отвечающий в проектные и промежуточные сроки нормируемым показателям по прочности и морозостойкости.

Таблица 1 – Физико-механические свойства стабилизированных грунтов

Комплекс проведенных исследований по стабилизации глинистых грунтов привел к появлению документа [4], в котором оговорена область применения и нормируемые показатели. При этом в зависимости от марки по прочности на сжатие различают два типа стабилизированного грунта: С1 – с пределом прочности на менее 0,5 МПа; и С2 – с пределом прочности не менее 1,0 МПа. А по морозостойкости стабилизированные грунты подразделяют на марки: F5, F10.

Стабилизированные грунты могут быть применены и в дорожных одеждах облегченного типа. Работы по стабилизации грунтов по технологии KINPRO-NANO SISTEM, позволяют значительно сократить затраты на сооружение и эксплуатацию территориальных автомобильных дорог.

Рассмотрим пример повышения транспортно-эксплуатационных характеристик лесовозной дороги в условиях Тюменской области. Для стабилизации использовался местный грунт из карьера. Грунт суглинистый, имеет следующие характеристики: Содержание фракций грунта, размерами в мм: более 10 - 5,8 %; от 10 до 5 – 3,6%: от 5 до 2 – 5,2%; от 2 до 1 – 6,8%: от 1 до 0,5 – 7,1%; от 0,5 до 0,25 – 7,9%; от 0,25 до 0,1 – 9,7%; от 0,1 до 0,05 – 9,3%; от 0,05 до 0,01 – 13,2%; от 0,01 до 0,005 - 20,7%; менее 0,005 – 11,3%. Максимальная плотность скелета грунта ρ_ск= 1,878 кг/м³. Число пластичности I_р = 12. Оптимальная влажность 15 %. Естественная влажность от 17,9 до 19,9 %. рН грунта 5,8. Содержание гумусовых веществ 1,2 %.

Погодные условия неблагоприятные. Температура окружающей среды изменялась от +7 до +14 ⁰С с выпадением осадков. Температура грунта в период производства работ изменялась от +8 до + 4 ⁰С.

Состав дорожно-строительного отряда: универсальная машина КО-806-06 -2 ед.; автосамосвал КамАЗ-55111-1 ед.; автогрейдер ДЗ-98 – 1 ед.; самоходный вибрационный каток ДУ-93 – 1 ед.; стабилизер WR-2400 -1 ед.; самоходный вибрационный каток ДУ-84 -1 ед.; распределитель вяжущих Ster с системой обеспыливания – 1ед.; автогудронатор ДС-39Б -1 ед.

В состав работ по стабилизации грунтов входят: планировка основания; измельчение фрезерным барабаном грунтов; введение двухкомпонентной стабилизирующей добавки; подкатка разрыхленного и обработанного грунтового материала; профилирование поверхности; окончательное уплотнение стабилизированного слоя основания; поверхностная обработка; уход за грунтовым покрытием.

Степень измельчения грунтов оценивалась по остатку на сите №10 и составляла от 7,5 до 14,4 %. Рабочие скорости стабилизера Wirtgen WR 2400 составляли от 3 до 5 м/мин, в зависимости от грунтовых условий. Количество проходов катка ДУ-84 массой 14 тонн составляла не менее 14 проходов со скоростью 2,5 км/ч при влажности в пределах от 0,86 до 1,12 от оптимальной. Уплотнение оценивалось методом режущего кольца и коэффициент уплотнения находился в диапазоне от 0,97 до 0,99.

Готовые участки стабилизированного основания принимались по модулю упругости с помощью прогибомера короткобазового ПГ-1Ф по методике испытаний ОДН 218.1.052-2002. Результаты приведены в таблице 2 [5]. Согласно проектно-сметной документации модуль упругости стабилизированного слоя должен составлять не менее 145 МПа, что значительно превышает заявленные значения. Кроме стандартного определения модуля упругости при помощи прогибомера использовались показания динамического модуля упругости, полученного с помощью прибора TERRATEST 3000 GPS.

Таблица 2 – Статический и динамический модуль упругости стабилизированного слоя

Динамический модуль упругости является функцией величины осадки штампа при его ударном нагружении и фактически оценивает степень жесткости всей дорожной конструкции. И хотя этот параметр не является нормативным и имеет лишь статистическую связь с модулем упругости, он позволяет качественно оценить способность стабилизированного слоя создавать конструктивные слои дорожных одежд и оперативно управлять уплотняющей техникой. По нашим оценкам стабилизированное основание, имеющее динамический модуль упругости E_vd менее 58 МПа требует дальнейшего уплотнения.

Основные выводы и рекомендации.

1. Стабилизированные грунты это новый материал и применять к нему требования по укрепленным грунтам не правомочно.
2. Применение стабилизированных грунтов для дорожных конструкций требует строгого проектного обоснования.
3. Технология строительства лесовозных дорог с применением стабилизированных грунтов в отличии от цементогрунтов, не критичны к срокам уплотнения готовых покрытий, после введения в них добавок.
4. Экономия минеральных вяжущих может достигать от 4 до 8 % по массе грунта.