2848.Методические рекомендации по восстановлению дорожных одежд на участк

В целях сокращения сроков процесса уплотнения основания используются искусственные дрены, способствующие убыстрению процесса фильтрационной консолидации;

Насыпь

1

2

Рис. 6. Глубинное уплотнение грунта основания пригрузкой:

1 – фильтрующие искусственные дрены; 2 – зона уплотнения основания

г) метод уплотнения понижением уровня грунтовых вод (УГВ).

При искусственном водопонижении грунт оказывается выше УГВ, что приводит к увеличению удельного веса грунта и, как следствие, к уплотнению основания.

Следует учитывать и негативные последствия данного явления, когда вместе с уплотнением основания получают дополнительные осадки и расположенные на данной территории сооружения;

д) метод уплотнения замачиванием.

Данный метод имеет ограниченное применение.

Уплотнение грунтов оснований на используемых или застроенных территориях часто затруднительно, в этом случае прибегают к закреплению грунтов.

7.2. Закрепление грунтов оснований

Закрепление грунтов оснований основано на проникновении различных реагентов в грунтовое поровое пространство и взаимодействии их с минеральными частицами. Очевидно, что применение того или иного метода закрепления грунтов будет зависеть от пористости основания, или от его коэффициента фильтрации.

В зависимости от значений коэффициента фильтрации (Кф) грунтов оснований могут быть использованы различные методы закрепления.

Для грунтов с коэффициентом фильтрации Кф > 100 м/сут (трещиноватые скальные породы, гравелистые пески и т.п.) используется цементация.

7.2.1. Цементация оснований. Цементация – это нагнетание цементного раствора в поры грунта (обычно с Кф > 100 м/сут) с целью его уплотнения и скрепления минеральных частиц (отдельных блоков).

Для закрепления песков с Кф = 30–50 м/сут рекомендуется для повышения активности цемента проводить его измельчение до величины удельной поверхности в 8000…10 000 см2/г, с применением добавки жирных глин.

Цементационный раствор посредством перфорированного инъектора подается в грунт под давлением до 0,2–0,4 МПа. Используется, как правило, закрепляющий раствор, имеющий состав:

31

–цемент + вода (1:5) («цементное молоко»);

–цемент + вода + песок (1:5:1).

Данный метод закрепления оснований широко применяется в основном при усилении оснований реконструированных дорожных сооружений.

Используя «манжетную» технологию при нагнетании цементного раствора в закрепляемое основание и избыточное давление до 0,4–0,5 МПа, представляется возможным закреплять мелкие и пылеватые пески с образованием «гидравлических разрывов» в грунте.

7.2.2. Силикатизация оснований. Силикатизация – это химическое закрепление грунтов с Кф = 2–80 м/сут при нагнетании в основание раствора кремневой кислоты (жидкого стекла) Na2O·nSiO2. При разложении в грунте кремневая кислота переходит в состояние геля и связывает отдельные минеральные частицы. Для ускорения данного химического процесса в грунт вводят катализатор – хлористый кальций (СаСl2). Такой способ закрепления грунтов получил название двухрастворного. Закрепленный грунт основания приобретает прочность следующего порядка: песок –

1,5–3,0 МПа; супесь – 0,5 МПа.

Для грунтов с Кф = 0,2–5 м/сут (пылеватые пески, супеси) используется однорастворный метод силикатизации. В этом случае инъекционный гелеобразующий раствор состоит из смеси жидкого стекла и фосфорной кислоты (Na2 O·nSiO2 + + H3 PO4). Однорастворный метод силикатизации придает прочность грунту порядка

0,3–0,5 МПа.

Защелачивание глинистых грунтов методом нагнетания в основание земляного полотна при помощи инъекторов водного раствора гидроксида натрия с добавкой негашеной извести с последующим выдерживанием в течение 30 сут при положительной температуре – данный метод обеспечивает грунту земляного полотна под дорожной одеждой требуемую степень пучинистости (от непучинистой до слабопучинистой). Согласно физико-химической теории взаимодействия глинистых минералов [М] со щелочью у последних в щелочной среде происходит дополнительная диссоциация поверхностных структурных гидроокислов (по сравнению с нейтральной средой) по типу [М] – OH, [М] – O – H+ с последующим обменом H+ на Na+ из раствора щелочи и образованием воды:

[М] – O – H+ + NaOH [М] – O – Na+ + H2O.

Процессы диссоциации поверхностных ОН- – групп и обмена H+ на Na+ растут

сувеличением концентрации раствора щелочи.

Вкачестве ликвидации пучинообразования дорожной конструкции применяется управляемое защелачивание грунта, включающее нагнетание в пучинистый грунт земляного полотна при помощи инъекторов двухкомпонентного закрепляющего раствора гидроксида натрия с добавкой извести в количестве 1–2 % от массы рабочего раствора. Нагнетание осуществляют через инъекторы, размещенные горизонтально под дорожной одеждой заходками. Длина заходки равна сумме длины перфорированной части инъектора и радиуса закрепления.

32

В качестве закрепляющих растворов также для пучинистых участков рекомендуется нагнетать водный раствор силиката натрия (жидкое стекло) с серной кислотой, водный раствор концентрата бардяного жидкого (КБЖ) с бикроматом калия.

Повысить эффективность ликвидации пучин в земляном полотне эксплуатируемых автомобильных дорог возможно внесением в грунт композиционного состава «стиропора» на глубину 0,10–0,15 м, при этом смесь вносят путем нагнетания таким образом, чтобы создать вокруг участка ремонта, подверженного пучению, горизонтальный и вертикальные экраны из упрочненного грунта. Горизонтальный экран создают на глубине, соответствующей глубине максимального сезонного промерзания грунтов, а внутри массива фрагменты преобразованного грунта располагают

вшахматном порядке.

Вкачестве композиционного состава может быть применен и состав, содержащий поливиниловый спирт – 3–10 %, борную кислоту – 0,2–1,0 %, воду. При применении данного состава происходят разрывы между фрагментами инъецированного грунта капиллярных связей. Создание в земляном полотне структур из фрагментов, расположенных равномерно в шахматном порядке и имеющих в отличие от естест-

венного грунта коэффициенты теплопроводности, позволяет изменять характер

искорость промерзания и оттаивания грунтов.

7.2.3.Электрохимическое закрепление. Для грунтов с Кф < 0,1 м/сут (супеси,

суглинки) применяют электрохимическое закрепление. Суть данного явления заключается в том, что при пропускании постоянного тока через глинистый грунт последний теряет связную воду, которая получает перемещение (миграцию) в сторону отрицательного электрода (катода). При данном методе одновременно создается возможность передачи на закрепленный глинистый грунт высокого давления, превышающего на порядок давление, которое воспринимал грунт до закрепления. Сочетание небольшой длины электрода (иньектора) и высокой несущей способности закрепленного грунта, а также устойчивость против морозного выпучивания делают рекомендуемый способ эффективным в сравнении с другими методами борьбы с морозным пучением на автомобильных дорогах (рис. 7).

Рис. 7. Использование метода электрохимического закрепления водонасыщенного глинистого грунта в основании дорожной конструкции: 1…3 – зоны упрочнения; 4 – электроды; 5 – дорожная одежда; 6 – земляное полотно

33

При электрохимическом закреплении к перфорированным трубам-электродам подается постоянный ток со средним напряжением 70–80 В. Свободная вода скапливается около катода, а затем через перфорированный инъектор откачивается. Одновременно через инъектор-анод подается раствор хлористого кальция или сульфата магния, который способствует закреплению основания. Периодически производится смена полярности.

Врезультате проведения подобных работ в связном грунте уменьшается влажность (грунт переходит в категорию тугопластичного, полутвердого состояния с ко-

эффициентом фильтрации Кф < 0,01 м/сут) и возрастает прочность (углы внутреннего трения и сцепления увеличиваются до 70 %).

7.2.4. Электроосмос. Электроосмос применяется в водонасыщенных связных грунтах. Так же, как и при электрохимическом закреплении, в основание погружаются электроды: (+) анод в виде металлического стержня и (-) катод в виде перфорированной трубы. При пропускании постоянного тока через глинистый грунт последний теряет связную воду, которая получает перемещение (миграцию) в сторону отрицательного электрода (катода). Скопившаяся свободная вода у катода откачивается через перфорированный электрод-трубу.

Процесс закрепления по данной методике зависит от времени пропускания тока через грунт и сопровождается частичным разрушением металлического стержняанода, что приводит к дополнительному уплотнению водонасыщенного глинистого грунта.

Врезультате проведения подобных работ в закрепляемом грунте происходят уменьшение влажности и уплотнение.

7.2.5. Закрепление основания с использованием струйной (напорной) технологии.

Всовременных условиях развития геотехники широкое применение находит метод закрепления грунтов основания с использованием струйной технологии (Get grouting).

Врайонах с сезонно-промерзающими грунтами находит применение технологический процесс создания конструктивного слоя из укрепленного грунта по технологии ANT. Данная технология позволяет улучшить свойства водонасыщенного глинистого грунта на участках ремонта.

Алгоритм выполнения основных операций следующий: разборка существующей дорожной одежды до рабочего слоя земляного полотна; разрыхление на глубину 0,20–0,30 м при помощи горизонтальной фрезы; внесение автоцистерной водного раствора-стабилизатора ANT по всей поверхности; перемешивание грунта дорожной фрезой; равномерное распределение расчетного количества катализатора реакции; повторное перемешивание обработанного грунта фрезой до получения однородной массы смеси; введение оставшейся части водного раствора (определяется влажность смеси). Не ранее чем через 1 ч после начала приготовления обработанного грунта производят его профилирование и уплотнение по всей поверхности конструктивного слоя. Для приготовления грунтосмеси используют цемент 1–5 %, но только в качест-

34

ве катализатора реакции Проезд легкового транспорта разрешается сразу же после уплотнения, грузового транспорта – по истечении 24 ч.

7.3. Конструкции по восстановлению несущей способности земляного полотна с обеспеченной морозоустойчивостью

7.3.1. Гидроизоляция обочин. Гидроизоляция обочин применяется в случаях, когда обочины не укрепляются с применением вяжущих материалов или покрытиями из асфальтобетона (I типпучин), а также в сочетании с другими мероприятиями (рис. 8).

Рис. 8. Гидроизоляция обочин

Перечень основных отечественных гидроизоляционных материалов, рекомендуемых для гидроизоляции обочин, дан в прил. 1.

При укреплении обочин каменным материалом по верху гидроизоляционного материала из пленок или рулонных материалов устраиваются подстилающий и защитный слои толщиной не менее 0,1 м в плотном теле. При применении в качестве гидроизоляции нетканых материалов, обрабатываемых битумом, защитный слой можно не устраивать.

При недостаточной ширине полотна ГМ-укладку ведут с перекрытием не менее 0,3 м. При ширине обочины 1 м и менее гидроизоляция выполняется на полную ширину, при ширине обочины более 3,75 м гидроизоляция выполняется на ширину не более 3 м.

7.3.2. Дренажные прорези. Применяются на участках с недостаточной фильтрацией или заиливанием выходов дренирующего слоя на откос насыпи, кювета (рис. 9), а также с целью отвода воды из дренирующего слоя в период оттаивания земляного полотна, при этом hр определяется по расчету, приведенному в нормативах [9].

Поперечный разрез

Рис. 9. Дренажные прорези

35

7.3.3. Поперечный дренаж мелкого заложения. Применяется на участках до-

роги с затяжными продольными уклонами, превышающими поперечные (II тип пучин), а также при снижении фильтрации дренирующего слоя дорожной одежды (рис. 10). На вкладке приведен поперечный профиль конструкции земляного полотна и дорожной одежды для конкретного объекта.

Поперечный разрез

Рис. 10. Дренаж мелкого заложения

На участках вогнутых кривых и при снижении фильтрации дренирующего слоя дренажные прорези устраиваются перпендикулярно.

Конструкции поперечных сечений дренажа мелкого заложения приведены на рис. 11.

Рис. 11. Конструкции поперечных сечений дренажа мелкого заложения

36

Глубина заложения дренажа hp должна быть не менее 0,4 м (тип А) и не менее 0,5 м (тип Б). В качестве защитно-дренирующего геотекстильного материала, в который закладывается щебень или гравий, рекомендуется использовать нетканые материалы, представленные в прил. 1.

7.3.4.Поперечный трубчатый дренаж. Применяется на границе здорового

ипучинистого участков для перехвата вод дренирующего слоя с верховой стороны в сочетании с устройством дренирующего (морозозащитного) слоя на пучинистом участке и позволяет уменьшить его толщину (рис. 12).

ПРОДОЛЬНЫЙ РАЗРЕЗ ПО ОСИ ДОРОГИ

Рис. 12. Поперечный трубчатый дренаж

При этом толщина дренирующего (морозозащитного) слоя hп и длина переходного участка определяются расчетом с учетом продольного уклона дороги.

При использовании под дренирующим слоем армирующей прослойки уточняется прочность грунта земляного полотна.

При невозможности выпуска воды из трубчатого дренажа на откос насыпи или в кювет малой насыпи и выемки устраивается продольный отвод воды до места, где возможен сброс воды на откос насыпи или в кювет, по типу продольного трубчатого дренажа с поперечными выпусками. Протяжение продольного трубчатого дренажа определяется проектом.

7.3.5.Отвод поверхностных вод. Отвод поверхностных вод применяется при III типе пучин путем устройства кюветов, кюветов-резервов и отвода от бровки земляного полотна длительно стоящих поверхностных вод, расположенных ближе безопасного расстояния, за счет уполаживания откосов (рис. 13) или устройства берм

(рис. 14).

37

Данные материалы полностью сохраняют свои свойства в течение срока службы дорожной одежды.

При укладке теплоизолирующего слоя непосредственно на грунт земляного полотна необходимо устройство выравнивающего технологического слоя из песка 3–5 см.

Для повышения несущей способности земляного полотна рекомендуется укладка армирующей геотекстильной прослойки под теплоизолирующим слоем по верху земляного полотна.

На участках высокого расположения подземных вод с целью лучшего отвода вод из-под теплоизолирующего слоя рекомендуется укладка фильтрующего геотекстильного материала с коэффициентом фильтрации не менее 20 м/сут и толщиной не менее 1,5 мм.

7.3.7.Гидроизолирующие прослойки. Использование гидроизолирующих прослоек при полном переустройстве рабочего слоя земляного полотна позволяет уменьшить толщину морозозащитного слоя за счет снижения влажности грунта рабочего слоя земляного полотна.

При укладке гидроизолирующих прослоек следует предусматривать устройство подстилающих и защитных слоев, толщина которых должна быть не менее 0,1 м

вплотном теле. При использовании полиэтиленовой пленки толщиной 0,2 мм грунт этих слоев не должен содержать частиц крупнее 20 мм, изола – частиц крупнее 40 мм. Кривая зернового состава грунтов, имеющих частицы размером 5–40 мм, не должна выходить за пределы допустимого зернового состава.

7.3.8.Армирующие прослойки. Армирующие прослойки применяются для повышения несущей способности земляного полотна на пучинистых участках автомобильных дорог. Применение армирующих прослоек возможно при полном переустройстве конструкции дорожной одежды с целью устройства необходимого дренирующего, морозозащитного слоя. Армирующую прослойку укладывают непосредственно на грунт земляного полотна (рис. 16).

Рис. 16. Армирующая прослойка

Применение данных прослоек позволяет уменьшить толщину морозозащитного (дренирующего) слоя или уменьшить толщину конструктивных слоев дорожной одежды за счет увеличения прочностных характеристик грунта земляного полотна, а также уменьшить толщину морозозащитного (дренирующего) слоя за счет устранения заиливания материала этого слоя. Возможно применение в сочетании с другими

39

мероприятиями по повышению несущей способности земляного полотна, в том числе

ипри устройстве теплоизолирующего слоя.

Вкачестве армирующих прослоек применяются защитно-дренирующие геотекстильные материалы.

7.3.8. Геосинтетические материалы (геосинтетики) – группа синтетических материалов, нашедших широкое применение в дорожном и гражданском строительстве. Применение геосинтетиков позволяет решать различные задачи при проектировании и строительстве дорог.

Геосетка дорожная. Все многообразие производимых геосеток можно разделить по способу их формирования на двуосные (двойного ориентирования) и одноосные (моноориентированные). При строительстве на слабых грунтах и для повышения способности конструкции воспринимать высокие динамические и статические нагрузки применяют двуосные геосетки. В свою очередь для создания высокой прочности на растяжение при армировании и разделении слоев применяют одноосные дорожные геосетки.

Продукция изготавливается в соответствии со Стандартом организации СТО 00205009-001-2005 «Геосетки и геокомпозиты из стекловолокна. Технические условия». СТО 00205009-001-2005 согласован с Федеральным дорожным агентством (РОСАВТОДОР) Министерства транспорта РФ письмом № 02-29/2309-ис от 13.04.2006 г. в части, касающейся автомобильных дорог и сооружений на них. Его успешно применяют строительные организаций из различных регионов РФ.

Геотекстиль нетканый «Дорнит» – геосинтетический материал, представляющий собой иглопробивное или фильерное нетканое полотно, изготовленное из полиэфирных волокон. Превосходные физико-механические характеристики геотекстиля «Дорнит», а также массовость его использования в самых разных областях позволяют утверждать, что геотекстиль «Дорнит» – лидер среди геосинтетиков по диапазону применения.

Геосетки ССНП – геосинтетики, изготавливаемые из сеток стеклянных нитепрошивных пропитанных. Применяются при строительстве или ремонте дорожных одежд с асфальтобетонным покрытием. Применение геосеток в дорожном строительстве позволяет решить ряд существующих проблем, так геосетки ССП-Нефтегаз – геосинтетики, предназначенные для армирования, стабилизации слабых грунтов, сооружения временных дорог, обеспечения местной устойчивости откосов и склонов.

Георешетка – геосинтетик, представляющий собой гибкий компактный модуль, состоящий из скрепленных между собой пластиковых лент, образующих в растянутом положении пространственную ячеистую конструкцию с заданными геометрическими сочетаниями и размерами.

Геомембрана – многофункциональная система защиты и гидроизоляции, представляющая собой рулонный гидроизоляционный геосинтетический материал, изготовленный из полиэтилена высокой плотности. Надежно защитить, обеспечить гидроизоляцию и отсутствие сырости в зданиях – это одна из главных задач современного строительного проектирования. Геомембрана характеризуется высокой прочностью

40