АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДОРОГИ И МОСТЫ

Znamenskaya Tatiana Vladislavovna (Russian Federation, Omsk) – student of The Siberian State Automobile and Highway University (SibADI) (644080, Omsk, Mira Ave., 5 e-mails: znamenskayatanya@mail.ru).

Larina Christina Olegovna (Russian Federation, Omsk) – student of The Siberian State Automobile and Highway University (SibADI) (644080, Omsk, Mira Ave., 5 e-mails: larina.kristina@mail.ru).

Shnaider Viktoria Alexandrowna (Russian Federation, Omsk) – senior teacher of The Siberian State Automobile and Highway University (SibADI) (644080, Omsk, Mira Ave., 5 e-mails: wihor@mail.ru).

УДК 625.06

СПОСОБЫ УКРЕПЛЕНИЯ И СТАБИЛИЗАЦИИ ГРУНТОВ

THE METHODS OF STABILIZATION AND OF SOIL

М. Д. Калушин, А. С. Марков, студенты

Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ), Россия, г. Омск

Ключевые слова: укрепление, стабилизация, грунт, строительство, методы укрепления.

Введение

С каждым годом перед дорожной отраслью РФ все более актуально стоит задача оптимального и экономичного использования ресурсов, направленных на строительство автомобильных дорог. При этом особенно актуально использовать такие технологии, которые позволяют решить проблемы уменьшения стоимости и сокращения сроков строительства дорог при одновременном повышении их надежности и обеспечении всесезонности эксплуатации. Одним из таких направлений, позволяющим успешно решать стоящие перед страной инфраструктурные задачи, является технология стабилизации и укрепления грунтов, которая находит все более широкое распространение в мире.

Методы стабилизации грунта, классификация стабилизаторов

Стабилизация грунта – это равномерное его измельчение с внесением и перемешиванием

вяжущих веществ. В результате грунт превращается в монолитный материал с новыми свойствами: постоянством объема, большей морозоустойчивостью, большей плотностью и прочностью на сжатие, стойкостью к изменению влажности и меньшей водопроницаемостью. Технология стабилизации грунта с использованием неорганических вяжущих материалов применяется в строительстве более 60 лет, как в нашей стране, так и во многих зарубежных странах [2,4].

Стабилизация грунта – это эффективный способ создания оснований под различные

покрытия дорог. Основными и доступными минеральными вяжущими материалами являются цемент и известь. Обычно дозировка составляет от 3 до 10% каждого материала от массы укрепляемого грунта. Лабораторными методами практически всегда удается определить оптимальные количества вяжущих материалов, которые обеспечивают требуемые параметры стабилизации грунта.

Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.

АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДОРОГИ И МОСТЫ

Как правило, на первом этапе вносится и перемешивается известь с грунтом, на втором этапе - в смешанный грунт с известью вносится и перемешивается цемент. Применяя известь в

грунт, в результате получаем постоянное изменение на физическом и химическом уровне. Физические свойства, такие как давление и допустимая нагрузка, увеличены, в то время как

способность к расширению и пластичность уменьшены. Таким образом создается наиболее устойчивое и подходящее состояние грунта для проектирования и строительства дорожного покрытия [5].

Отечественное дорожное строительство основывается на применении инертных материалов (песок, щебень) и полностью зависит от их наличия в том или ином регионе, так как именно они предполагают использование типовых конструкций дорожных одежд для строительства и ремонта объектов транспортной инфраструктуры. Но такой подход ведет к увеличению стоимости строительства и ограничению возможности создания широкой сети автомобильных дорог в достаточно сжатые сроки, так как во многих регионах нашей страны эти материалы отсутствуют или имеются в ограниченных количествах.

Технико-экономические расчеты показывают, что применение в дорожных конструкциях

слоев из укрепленных местных грунтов вместо устройства конструктивных слоев из привозных инертных материалов приводит к снижению стоимости строительства дорог на 10–30 %.

Стабилизаторы представляют собой широкий класс разных по составу и происхождению веществ, которые в малых дозах положительно влияют на формирование свойств дорожно- строительных материалов, как за счет активизации физико-химических процессов, так и за счет

оптимизации технологических процессов. Эти вещества могут использоваться почти на всех технологических этапах в дорожном и аэродромном строительстве, начиная от сооружения земляного полотна и заканчивая строительством конструктивных слоев оснований и покрытий дорожных одежд (рис. 1) [1,7].

45

Рисунок 1 – Общая классификация стабилизаторов

Стабилизаторы связных грунтов могут различаться по происхождению, свойствам, но их объединяет то, что они увеличивают плотность, влагостойкость и морозостойкость грунтов, снижают степень пучинистости обработанных стабилизатором грунтов. Современные ПАВ-стабилизаторы имеют сложные, многокомпонентные системы, включающие:

а) кислые органические продукты, суперпластификаторы и другие вещества, такие как

Roadbond (США), «Дортех» (РФ), RRP-235-Special (Германия), ЕН-1(США), SPP (ЮАР), «Статус

3» (РФ), CBR+ (ЮАР), RoadPacker Plus (Канада), Terrastone (Германия), Stabibud (Польша), Enviroseal LBS (США) и другие. ПАВ-стабилизатор здесь играет роль пластифицирующей

Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.

АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДОРОГИ И МОСТЫ

добавки, позволяющей при меньшей оптимальной влажности грунта достигать более высоких показателей его уплотнения. Для грунтов кислых разновидностей применяют катионоактивные ПАВ-стабилизаторы. Для карбонатных грунтов (лессы, лессовидные суглинки и супеси, содержащие углекислый кальций) целесообразно применять анионоактивные ПАВ-

стабилизаторы. Этот вид ионных стабилизаторов является наиболее распространенным, хотя имеет ряд важных особенностей по применению, а именно: ограничение по кислотности обрабатываемых грунтов, высокий класс опасности, высокое коррозионное воздействие на дорожно-строительную технику;

б) низкомолекулярные органические комплексы, такие как «Дорзин» (Украина), Perma-Zume (США), Eсоroads (США), «AНT» (РФ) и другие. Ионоактивные органические ПАВ-стабилизаторы

глинистых грунтов могут преобразовывать их, используя имеющиеся в них ферменты. Такие ферменты являются композицией веществ, в основном образовавшихся в процессе культивирования биоорганизмов на комплексной питательной среде с некоторыми добавками. Установлено, что органическая часть органических стабилизаторов грунтов (ферментов) в основном представлена следующими соединениями: олигосахаридами (от моносахаридов до пентасахаридов), аминосоединениями типа аргинина, маннитолом, оксисоединениями типа трегалозы, азотсодержащими производными молочной кислоты. Применение этого вида стабилизаторов наиболее целесообразно при строительстве временных сельскохозяйственных дорог. Обработанный таким ПАВ-стабилизатором грунт в дальнейшем может быть

использован для агропромышленных целей; в) жидкие силикатно-, акрилово-, винил-ацетатные, стирол-бутадиеновые полимерные

композиции, такие как Nanostab (Германия), Enviro Solution JS (США), Technisoil (США), Andor (Израиль), Соnsolid (Швейцария), Solitac (США), Enviroseal М10+50 (США) и другие.

Исследования, проведенные в США, Европе и ряде других стран, показали, что полимерные стабилизаторы грунтов при их технологичности и экологичности обеспечивают значительное увеличение несущей способности обработанных грунтов и могут использоваться для решения сложных инженерных задач.

Условно стабилизацию грунтов можно разделить на два типа: глубинная стабилизация и поверхностная стабилизация. 46

Метод глубинной стабилизации основан на вводе в грунт на глубину до 5 метров «связующего», представляющего из себя смесь различных компонентов на основе сланцевой золы. Связующее замешивается непосредственно в глину, торф, ил, донные осадки с помощью специального силового агрегата (миксера) и системы подачи стабилизирующей смеси под давлением (рисунок 2).

Рисунок 2 – Глубинная стабилизация

Стабилизационный метод может также использоваться в очистке загрязненных почв путем инкапсуляции загрязняющих веществ в земле и предотвращении их перемещения в граничащие с загрязненным участком районы. Данный метод является быстрым, экономичным и экологически чистым по сравнению с традиционными методами уплотнения или замещения почвы [3,4].

Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.

АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДОРОГИ И МОСТЫ

Метод поверхностной стабилизации, по сути, является частным случаем глубинной стаблизации. Главной техникой является фрезировочная машина и соответственно глубина стабилизации ограничивается рабочей глубиной машины (рисунок 3) [3,4].

Рисунок 3 – Поверхностная стабилизация

Технология производства работ представлена на рисунке 4. Работы производятся в 6 основных этапов:

1)равномерное распределение вяжущего вещества и специальных добавок по подготовленному участку;

2)фрезерование поверхности (перемешивание грунта с добавками);

3)предварительная трамбовка обработанной поверхности;

4 планировка поверхности, придание профиля дороге;

5)окончательная трамбовка поверхности;

6)микросюрфейсинг - покрытие поверхности дороги финальным слоем холодной литой эмульсионно-минеральной смеси (Сларри Сил) для защиты основных слоев дорожной одежды

[6].

47

Рисунок 4 – Технология производства работ

Сферы применения метода:

-дороги, улицы, площадки для железнодорожного строительства;

-склады открытого хранения, паркинги, спортивные площадки;

-закладка фундаментов для промышленных зданий, мостов, водохранилищ, площадок свалки мусора;

-укрепление откосов дорог, набережных рек и озер;

-устранение вибрационных уплотнений при движении транспорта;

-кристаллизация вычерпанных осадочных пород;

-стабилизация текучепластичного грунта для проходки туннелей;

-прокладывание труб / канализационных каналов;

-защита смежных структур от подвижности почв;

-снижение давления грунта;

-стабилизация грунтов под водой;

-защита слоев почвы от грунтовых вод;

-защита слоев почвы от промерзания;

-обработка отходов и загрязненных почв: затвердевание, изоляция и нейтрализация.

Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.