практикум по дорогам

Окончание табл. 26.5

1.3.Заполняют в табл. 26.5 значения соседних уровней с учетом возможного варьирования эксперимента.

1.4.Определяют средний уровень варьирования

где Хтях и Хт-т - максимальное и минимальное значение уровней. 1.5. Определяют интервал варьирования из выражения

Iv =Х шах -X ср .

1.6.Заполняют таблицу изменения факторов (табл. 26.5).

2.Определяют необходимое число опытов

где Cv - коэффициент вариации (исходные данные);

t - гарантийный коэффициент, зависящий от принятой надежности измерений; Р - требуемая точность измерений (обычно принимается не менее 5 %). Следовательно, на каждую рецептуру должно быть изготовлено не менее

7образцов.

3.Составляют матрицу планирования эксперимента и определяют предел прочности при сжатии по разрушающей нагрузке.

240

3.1. Матрица планирования эксперимента (табл. 26.6) имеет три раздела, которые характеризуют:

1) возраст образца, т.е. время, прошедшее после изготовления образца до его испытания. В этом разделе проставляются даты изготовления и испытания образцов;

2)рецептуру смеси, представленную в виде факторов условных единиц.

Взависимости от варьирования содержания цемента, добавок и воды заполняется строка факторов;

3)прочностные показатели, выраженные через разрушающую нагрузку (исходные данные) и предел прочности при сжатии (МПа). Предел прочности при сжатии определяется по формуле

ЮР. ю - 81

L = ————^ = 4Д М П а ,

1 F 20

где Pi - разрушающая нагрузка, кН;

F - площадь основания образца, см .

Таблица 26.6

Матрица планирования эксперимента

3

4

5

6

7

Л

б

241

Образцы изготавливают в виде цилиндров (диаметр и высота равны 50 мм) и балочек (длина 160 мм, ширина и высота по 40 мм). Предел прочности при сжатии вычисляют с точностью до 0,05 МПа. Предел прочности на растяжение при изгибе определяют по формуле

R = 3 0 P l ЮГ = 2bh2 '

где Р - разрушающая нагрузка, кН;

I - расстояние между опорами испытательного прибора, см; Ъ - ширина балочки, см;

h - высота балочки, см.

Заключение

Определены факторы и обозначены их уровни, на основании которых составлена таблица изменения факторов для программы лабораторных исследований прочностных свойств укрепленного грунта.

Определено необходимое число опытов. С учетом коэффициента вариации 0,1, гарантийного коэффициента надежности 1,3 и требуемой точности измерения 5 %, минимальное необходимое количество образцов равно 7.

Составлена матрица планирования эксперимента и определены пределы прочности при сжатии.

П р а к т и ч е с к а я р а б о т а № 27

ОБОСНОВАНИЕ КОМПЛЕКСНОГО МЕТОДА УКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТОВ

Введение

Комплексным называют метод укрепления грунта вяжущим веществом, в котором вводимая добавка снижает отрицательные факторы основного вяжущего и усиливает положительный эффект по образованию наиболее прочных и нерастворимых в воде соединений.

Использование комплексных методов в дорожном строительстве позволяет:

-расширить диапазон грунтов, пригодных для эффективного укрепления;

-обеспечить оптимальные условия для активного протекания процессов

твердения и структурообразования;

-улучшить адгезию между грунтом и вяжущим материалом;

-обеспечить производство работ в неблагоприятные периоды года и в сложных геологических условиях;

242

-повысить деформативность и уменьшить истираемость укрепленных грунтов;

-распространить применение укрепленных грунтов на дороги различных технических категорий.

Во время подбора добавок при укреплении грунта цементом необходимо учитывать, что для нормальных условий твердения цемента необходим избы-

ток молекул Са(ОН)2, а также физико-химическое насыщение катионами кальция поверхности тонкодисперсных частиц и, как следствие, создание щелочной среды (рН = 12-13). При таких условиях в процессе твердения цементогрунта будет обеспечено образование прочных и нерастворимых в воде соединений.

Добавки следует применять в соответствии с их функциональным назначением. Применение добавок, рассмотренных в ТКП 028-2006, направлено на повышение водостойкости, морозостойкости, деформативности, прочности, ускорения или замедления процессов твердения. Все эти добавки можно разделить на группы, к которым относятся побочные продукты производств, жидкие органические вяжущие, химические вещества.

Однако помимо этих веществ в дорожном строительстве широко применяются методы, основанные на одновременной обработке грунтов различными вяжущими. Например, добавка извести к портландцементу позволяет расширить диапазон укрепляемых грунтов, обрабатывать гумусированные и переувлажненные грунты. Добавка золы уноса к цементу позволяет экономить основное вяжущее вещество и уменьшать стоимость искусственного материала. Добавка кремнийорганических веществ при укреплении грунтов портландцементом в количестве 0,3-0,7 % по массе грунта придают несмачиваемость (гидрофобность) поверхности частиц грунта, в результате чего уменьшается в 3-5 раз количество воды, поглощаемое цементогрунтом при его водонасыщении, и значительно повышается морозостойкость такого материала.

При укреплении переувлажненных грунтов сначала необходимо ввести осушающую добавку в количестве, обеспечивающем достижение оптимальной влажности. В качестве осушающих добавок следует применять порошкообразную негашеную известь по ГОСТ 9179 или активную золу уноса.

Для повышения эффективности действия химических добавок, представленных в табл. 26.4, необходимо их применять в комплексном виде (табл. 27.1).

Таблица 27.1

Сочетание комплексных добавок

243

Задание

1.Определить содержание рабочего раствора химической добавки.

2.Определить прочностные результаты, соответствующие номинальному набору прочности укрепленного грунта.

3.Произвести статистическую обработку результатов лабораторных исследований.

4.Построить графики зависимости предела прочности при сжатии от процентного содержания вяжущих и добавок.

Пример расчета

1. Определяют количество сухого вещества и рабочего раствора химической добавки для получения 1 т грунта, укрепленного цементом.

1.1.На основании исходных данных практической работы № 26 принимают добавку - хлорид кальция (ХК).

1.2.Для расчета принимают рецептуру нулевого уровня табл. 26.5. В част-

1.4.Согласно исходной влажности в грунте содержится

Рв о д ы и с х . = 1000 • 0,03 = 30 кг (л) воды.

244

1.5. Определяют количество воды, необходимой для внесения в грунт с учетом ее оптимального содержания:

1.6.Определяют количество цемента в смеси:

Гцем= 1000- 0,11 = 110 кг.

1.7.Определяют количество безводной добавки ХК в 1 т укрепленной смеси

^доб. = 110 • 0,01 = 1,1 кг.

1.8. В связи с тем, что добавка ХК вводится в грунт в виде раствора 50 %-й концентрации, рассчитывают количество компонентов в 1 кг раствора добавки

* д о б . 1 кг = 1 • 0 , 5 = 0 , 5 к г .

Следовательно, в 1 кг раствора содержится 0,5 кг безводной добавки ХК, 0,5 кг воды.

1.9. Определяют количество раствора 50 %-й концентрации для получения 1 т укрепленной смеси. Составляют пропорцию:

в 1 кг раствора ХК 50 %-й концентрации содержится 0,5 кг сухого ХК; в X кг раствора ХК 50 %-й концентрации содержится 1,1 кг.

X = 0,5 = 2,2 кг.

Врабочем растворе содержится 1,1 кг безводной добавки ХК, 1,1 кг воды.

1.10.Определяют содержание воды в рабочем растворе добавки ХК на 1 т укрепленной смеси:

^раб.раств = 9 0 - 1 , 1 = 8 8 , 9 К Г ( л ) .

Следовательно, для приготовления 1 т укрепленной смеси необходимо 2,2 кг раствора ХК 50 %-й концентрации и 88,9 кг (л) воды для разбавления.

2. Определяют прочностные результаты, соответствующие полному набору прочности укрепленного грунта.

2.1.Переносят в рабочую таблицу (табл. 27.2) прочностные результаты образцов в возрасте 14 сут (из табл. 26.6).

2.2.Определяют предел прочности при сжатии образцов, достигших номинальной прочности, укрепленных цементом без добавки (рецептуры 1-4) и с добавкой (рецептуры 5-8):

245

Таблица 23.7

Прочностные результаты образцов в возрасте 28 суток

2

3

4

5

6

7

8

3. Обрабатывают результаты лабораторных исследований методом математической статистики.

3.1.Обработку первичных данных (предел прочности при сжатии) начинают с их группировки и сведения в статистические таблицы. При небольшом числе опытов данные размещают в порядке их возрастания или убывания, образуя ранжированный ряд.

3.2.Определяют:

-среднеарифметическое значение рассматриваемых случайных величин по формуле (25.1);

-среднее квадратичное отклонение по формуле (25.2);

-коэффициент вариации, характеризующий изменчивость рассматриваемого признака, по формуле (25.3);

-среднюю ошибку определения среднеарифметического значения по формуле (25.4).

Результаты вычислений заносят в табл. 27.3.

Таблица 27.3

Статистическая обработка результатов испытаний образцов из укрепленного грунта

246

Окончание табл. 23.6

21

22

23

24

25

26

I

Опыт считается точным при Р <2% , удовлетворительным при Р > 5 %.

4. Изображают графическую зависимость предела прочности при сжатии от процентного содержания вяжущих материалов.

4.1.Строят в прямоугольной системе координат график зависимости предела прочности при сжатии от процентного содержания цемента без введения добавки (рис. 27.1).

4.2.Строят в прямоугольной системе координат график зависимости предела прочности при сжатии от процентного содержания цемента при использовании в качестве добавки хлорида кальция (рис. 27.1).

Рис. 27.1. Изменение прочности образцов от содержания цемента

247

Заключение

Для укрепления 1 т грунта необходимо 110 кг цемента, 2,2 кг 50 %-го раствора хлорида кальция и 88,9 кг воды.

Определены прочностные результаты укрепленного грунта цементом без добавки и с добавкой хлорида кальция.

Произведена статистическая обработка результатов лабораторных испытаний.

Построены графики зависимости предела прочности при сжатии от процентного содержания цемента без добавки и с добавкой.

ИСКУССТВЕННЫЕ СООРУЖЕНИЯ НА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГАХ

П р а к т и ч е с к а я р а б о т а № 28

РАСЧЕТ ОБЪЕМОВ И РЕСУРСОВ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ТРУБ

Введение

Водопропускная труба - это инженерное сооружение, укладываемое в теле насыпи автодороги для пропуска ливневых и талых вод и небольших постоянно действующих водотоков с расходом воды до 100-130 м3/с.

Трубы различаются:

-по материалу: бетонные, железобетонные, металлические, пластмассовые гладкие и гофрированные, каменные, деревянные;

-форме поперечного сечения: круглые, прямоугольные, овалоидальные, треугольные;

-числу отверстий: одно-, двух- и многоочковые;

-по режиму работы поперечного сечения: безнапорные (заполняемые водой до 2/3 сечения по высоте и работающие на всем протяжении неполным сечением); полунапорные (заполняемые водой полного сечения трубы на части ее длины, т.е. работающие вблизи входа полным сечением, а на остальном протяжении - неполным); напорные (заполненные водой по всей длине).

Труба как сооружение состоит из тела и двух оголовков - входного и выходного. В железобетонных трубах звенья выполняются длиной 1-5 м.

Оголовок предназначен для обеспечения плавного входа и выхода водного потока, поддержания откосов насыпи, предохранения входного и выходного отверстий трубы от засыпания грунтом.

Возле выходного отверстия трубы устраиваются укрепления русла от размыва с помощью вяжущих материалов, бутовой засыпки или бетонных блоков.

248

Исходными данными для определения объемов работ по строительству железобетонных труб являются: количество труб, их диаметр, длина и тип фундаментов. Эти данные берутся из продольного профиля строящейся дороги.

Длину трубы, изготавливаемой из метровых колец, определяют расчетным путем по следующей формуле:

где В - ширина земляного полотна, м; т - заложение откоса; Н - высота насыпи, м;

d - внутренний диаметр трубы, м; 5 - толщина стенки трубы, м.

Технологический процесс (рис. 28.1) по строительству железобетонной трубы включает следующие основные операции:

1)разбивочные работы с выноской осей;

2)рытье котлована под трубу экскаватором;

3)устройство основания из песчано-гравийной смеси или из щебня;

4)доставка и сортировка блоков фундамента и звеньев труб. Блоки фундамента складируются параллельно с одной стороны трубы, на расстоянии 8-12 м от оси трубы, а звенья трубы - с противоположной на таком же расстоянии;

5)установка лекальных блоков фундамента;

6)монтаж звеньев трубы с заделкой стыков. Продольный уклон трубы - 0,005 %;

7)изготовление оголовков (если они предусмотрены проектом);

8)устройство окрасочной и оклеечной гидроизоляции;

9)засыпка трубы грунтом с перемещением бульдозером на расстояние до 20 м;

10)уплотнение с послойным трамбованием (выполняют по мере отсыпки

грунта).

До начала отрывки котлована производят разбивочные работы. Промерами от оси трубы намечают контур котлована и обозначают его колышками. Размеры котлована в плане должны определяться проектными размерами фундамента и запасами в каждую сторону по 0,3 м.

Отрывку котлована производят от выходного оголовка экскаватором ЭО-2621. Грунт, выбранный из котлована, перемещают за пределы площадки бульдозером.

Сразу же после отрывки и приемки котлована устраивают щебеночную подготовку (/г = 0,1 м) под блоки фундамента. Щебень, доставляемый автосамосвалами, выгружают непосредственно в котлован, разравнивают и уплотняют.

После этого приступают к укладке фундаментных блоков. Параллельно с монтажом фундаментных блоков устраивают опалубку для монолитных участков фундамента и засыпают пазухи между стенками котлована и фундаментом на высоту фундамента и уплотняют.

249