Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Укрепление грунтов в дорожном строительстве. Учебное пособие
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА»
______________________________________________
Кафедра «Автомобильные дороги, аэродромы,
основания и фундаменты»
Т.Н. Акимова
УКРЕПЛЕНИЕ ГРУНТОВ
В ДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Учебное пособие
для студентов направления
08.03.01 «Строительство»
Москва - 2019
1
УДК 624.131
А 39
Акимова Т.Н. Укрепление грунтов в дорожном строительстве: Учебное пособие. – М.: РУТ (МИИТ), 2019. –
124 с.
В данном учебном пособии приведены сведения о
видах, свойствах и классификации грунтов, характеристиках слабых грунтов, материалах и методах укрепления и
стабилизации грунтов в дорожном строительстве, применения укреплённых грунтов в конструктивных слоях дорожной одежды
Рекомендовано для студентов, обучающихся по
направлению подготовки 08.03.01 «Строительство», изучающих дисциплины «Дорожное материаловедение», «Методы повышения несущей способности и стабильности
грунтов».
Рецензенты:
Д.т.н. профессор Добров Э.М (Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет, кафедра «Аэропорты, инженерная геология и геотехника»), д.т.н. профессор Быков Ю.А. (РУТ (МИИТ),
кафедра «Проектирование и строительство железных дорог».
© РУТ (МИИТ), 2019
2
ВВЕДЕНИЕ
Грунты являются основанием для дорожной кон-
струкции, земляное полотно дороги практически полностью состоит из грунта.
Естественные грунты по своим физико-техническим
свойствам не всегда отвечают предъявлямым к ним
строительно-техическим требованиям, что вызывает
необходимость их упрочнения.
Глинистые грунты в силу повышенного влагосодержания, малой плотности и специфики структурных связей
обладают малой прочностью, низкой несущей способностью, набухаемостью.
Рыхлые несвязные грунты при отсутствии
структурного сцепления обладают недостаточной
плотностью и значительной обводнённостью, что приво-
дит к неравномерным осадкам, переходу в плывунное состояние.
Основные причины просадочных явлений и размываемости – это высокая пористость и неводостойкость лёссовых грунтов.
Исследованиями и практикой укрепления грунтов
для дорожного строительства активно начали заниматься
с 20-х годов прошлого века.
В нашей стране пик исследований, касающихся
укрепления грунтов, пришелся на 50 - 70 годы прошлого
столетия, когда под руководством В.М. Безрука и его учеников были разработаны основные технологии укрепления
грунтов.
Уже в самый ранний период исследований, проводимых в целях дорожного строительства, начали разрабатывать методы по широкому использованию разнообразных
местных материалов не только для устройства земляного
полотна, но и для конструктивных слоев дорожных одежд
3
(оснований) из грунтов, укрепленных различными вяжущими.
Особенность автомобильных дорог и аэродромов состоит в их большой зависимости от климатических, грунтовых и гидрогеологических условий местности. Специфика строительства заключается в использовании огромного объема различных каменных материалов - песка,
щебня и др.
Грунты, укреплённые вяжущими или различными
добавками, весьма успешно заменяют в конструктивных
слоях дорожной одежды каменные материалы.
Актуальность использования укрепленных грунтов в
настоящее время обусловлена увеличивающимися объёмами строительства автомобильных дорог, в том числе в
восточной части страны и дефицитом (высокой стоимостью) каменных материалов. Большая часть территории
России лишена каменных материалов, и дорожное строительство в её пределах базируется на применении каменных материалов, доставляемых из горных частей страны
или зарубежья на расстояние до 400-500 км. Значительные
затраты на транспортирование материалов вызывают увеличение общей стоимости строительства автомобильных
дорог.
Альтернативой привозным каменным материалам
являются местные материалы и прежде всего грунты, от-
ходы или попутные продукты промышленных предприятий. Как правило, использование таких материалов требует
их укрепления с помощью связующих, например, портландцемента, шлакопортландцемента, извести, жидкого
стекла, битумов. В качестве компонентов дорожной одежды используют такие промышленные отходы, как топливные золы и шлаки, доменные и металлургические шлаки,
шламы глинозёмного производства и др.
4
Преимущества технологии укрепления грунтов заключается в возможности приготовления материала как в
установке, так и методом смешения на дороге, не требующим затрат на монтаж и эксплуатацию стационарных (передвижных) установок.
Преимущества применения укреплённых грунтов в
конструкциях дорожных одежд:
- при устройстве слоёв основания и морозозащитного
слоя из укрепленных грунтов поступление влаги к материалу земляного полотна сверху через дорожную одежду
практически исключается, что обеспечивает существенное
улучшение водно-теплового режима земляного полотна.
Плотные укрепленные грунты и материалы обычно характеризуются низкой остаточной пористостью (в сравнении с
зернистыми материалами) и поэтому не служат аккумуляторами поверхностной воды, обычно накапливающейся в
порах зернистых материалов (щебень, песок и т. п.) основания, морозозащитных и дренирующих слоёв дорожной
одежды в весеннее время;
- вследствие хорошей распределяющей способности
слоёв из укрепленных грунтов ровность покрытий на таких
основаниях обычно лучше, чем на щебеночном или гравийном основании. Обеспечивается более длительное сохранение ровности покрытия, особенно при интенсивном
морозном пучении грунтов земляного полотна: так, если на
участке с морозозащитным слоем из песка разность между
отметками поднятия покрытия составила 15 мм, то на аналогичном участке с морозозащитным слоем из цементогрунта она составила всего 3 мм при общем поднятии на
обоих участках, равном 40…45 мм;
- ровность покрытия оказывает существенное влия-
ние на себестоимость перевозок; на дорогах с удовлетворительной ровностью покрытия количество ДТП в 1,5…2
5
раза больше, чем на дорогах с хорошей ровностью, а себестоимость перевозок в 1,3…1,5 раза выше;
- с учётом более высоких прочностных свойств
укрепленных грунтов по сравнению с зернистыми материалами общая толщина дорожной одежды может быть снижена на 20…50%. Это позволяет уменьшить потребное количество дорогостоящих кондиционных минеральных материалов (щебня, песка) на 15…45%, соответственно
уменьшить потребность в автомобильном транспорте, затрат труда и снизить стоимость дорожной одежды;
- укрепление верхнего слоя земляного полотна, осо-
бенно в условиях его сезонного избыточного увлажнения,
позволяет стабилизировать прочностные и деформационные параметры грунта в заданных величинах и обеспечить,
например, модуль упругости поверхности земляного полотна, равный 40…80 МПа, что создает основу для строительства однотипных дорожных одежд на участках большого протяжения. Толщина слоя укрепления верхней части земляного полотна колеблется в пределах 10…40 см и
определяется в зависимости от местных условий;
- наличие укрепленных слоев, особенно грунта рабо-
чего слоя земляного полотна и морозозащитного слоя,
полностью предотвращает смешение материала основания
с материалами нижележащего слоя, улучшает условия
уплотнения вышележащих слоев и обеспечивает достижение высокой ровности их поверхности;
- укрепленный слой может быть временно использо-
ван для проезда автомобилей.
В настоящее время в России построено и эксплуатируется свыше 30 тыс. км дорог, где применены укрепленные грунты для оснований и покрытий дорожных одежд.
Во всем мире площадь конструктивных слоев из укрепленных грунтов на дорогах и аэродромах превышает в
настоящее время 3 млрд. м2.
6
1. Свойства грунтов
Текстура
Характеристика пород
Массивная
Частицы горной породы не ориентированы, плотно прилегают друг к другу
Пористая
В горной породе имеется множество микропустот
Слоистая
Частицы породы чередуются с другими
частицами, образуя слои и напластования
1.1. Состав и строение грунта
Грунтом называют всякую горную породу, используемую при строительстве в качестве основания сооружения, среды, в которой сооружение возводится, или материала для сооружения.
Горной породой называют закономерно построен-
ную совокупность минералов, которая характеризуется составом, структурой и текстурой.
Состав грунта – перечень минералов, составляющих
породу: кварц, опал, каолинит, монтмориллонит, кальцит,
полевые шпаты и др.
Структура – это размер, форма и количественное соотношение слагающих породу частиц: мелкозернистая,
крупнозернистая. порфировая,
Текстура – пространственное расположение элементов грунта (горной породы), определяющее его строение
(табл. 1.1).
Таблица 1.1
Грунты по своему происхождению могут быть:
- естественные: магматические, осадочные, мета-
морфические;
7
- техногенные: уплотнённые, закреплённые в есте-
Наименование
частиц
Размер частиц, мм
Крупнообломочные
глыбы и валуны
более 200
щебень и галька
200…10
дресва и гравий
10…2
Песчаные
крупные
2…0,5
средние
0,5…0,25
мелкие
0,25…0,10
тонкие
0,10…0,05
Глинистые
пылеватые
0,05 - 0,005
глинистые
< ,005
ственном состоянии, насыпные, намывные.
В зависимости от сложения - скальные и нескаль-
ные. Скальные естественные грунты – породы, залегаю-
щие в виде монолитного или трещиноватого массива (магматические, метаморфические); нескальные естественные
– крупнообломочные, песчаные и глинистые грунты.
Техногенные скальные – все природные грунты любого происхождения, специально закреплённые материалами, приводящими к возникновению жёстких связей (цементными, глинисто-силикатными растворами, жидким
стеклом и т.п.). Нескальные техногенные – несцементированные осадочные породы, подвергнутые специальному
уплотнению в природном залегании, насыпные и намывные грунты, твёрдые бытовые и промышленные отходы
(шлаки, золы и т.п.).
Классификация частиц грунта по размерам представлена в табл. 1.2.
Таблица 1.2
8
В состав грунтов входят твёрдая, жидкая и газообразная составляющие.
Гранулометрический состав грунта является одной
из важнейших его характеристик. На графике (рис. 1.1)
наглядно видна неоднородность грунта по структуре. Чем
более неоднородным является грунт, тем более пологой
будет кривая его состава.
Для численного выражения неоднородности крупнообломочных и песчаных грунтов используется показатель
С
, называемый степенью неоднородности
и
С
и =d60/d10
,
где d60 и d10 – диаметры частиц, меньше которых в данном
грунте содержится (по массе) соответственно 60 и 10 %
частиц.
Рис. 1.1. Кривая гранулометрического состава песка:
1 – пылеватого; 2 – мелкого; 3 – крупного
Чем ближе степень неоднородности к 1, тем более
однородным по гранулометрическому составу является
грунт. При Си ≥ 3 грунт называют неоднородным.
Типы крупнообломочных и песчаных грунтов представлены в табл. 1.3, типы глинистых грунтов в табл. 1.4.
9
Таблица 1.3
Разновидность
грунтов
Размер
зёрен, мм
Содержание зёрен,
% по массе
Крупнообломочные
Глыбовидный
(валунный)
> 200
> 50
Щебенистый
(галечниковый
> 10
> 50
Дресвяный (гра-
вийный)
> 2
> 50
Песчаные
Гравелистый
> 2
> 25
Крупный
> 0,5
> 50
Средний
> 0,25
> 50
Мелкий
> 0,1
75 и более
Пылеватый
> 0,1
< 75
Разновидность
грунтов
Содержание
частиц размером
< 0,005 мм,
% по массе
Число
пластичности
Ip
Супеси
3…10
0,01 ≤ Ip ≤ 0,07
Суглинки
10…30
0,07 ≤ Ip ≤ 0,17
Глины
Более 30
Ip > 0,17
Таблица 1.4
Даже в лаборатории определить содержание глинистой фракции сложно, поэтому практическая классификация глинистых грунтов основана на их пластичности.
Если в массе глинистого грунта содержится 15…25%
крупнообломочных частиц к наименованию грунта добавляется наименование этих частиц, например:
- суглинок со щебнем;
- супесь с гравием
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]