Глава 21. Строительство дорожных одежд с покрытиями простейшего типа

21.1. Назначение покрытий простейшего типа

К простейшим, или низшим типам относят покрытия дорожных одежд, устраиваемые преимущественно из одного слоя щебёночно-гравийно-песчаных смесей; малопрочных каменных материалов и шлаков; грунтов, укреплённых или улучшенных различными местными материалами; с применением древесины и отходов деревообрабатывающей промышленности на дорогах с интенсивностью движения до 200 авт./сут [97]. Такие покрытия применяют на дорогах общего пользования, карьерных, лесовозных и внутрихозяйственных при низкой интенсивности движения, а также на временных автомобильных дорогах, проезд по которым необходим в течение ограниченного периода - от нескольких недель до двух-трёх лет (табл. 21.1).

Покрытия простейшего типа обладают низкими эксплуатационными качествами - на них быстро образуются колеи, много пыли в сухое время года, существенно ухудшается проезд в дождливые периоды. Эти покрытия требуют значительных затрат на содержание и ремонт. Низкая скорость движения по дорогам с покрытием простейшего типа приводит к увеличению себестоимости перевозок.

21.2. Местные грунты как материал для покрытий простейшего типа

Низкая стоимость автомобильных дорог с покрытиями простейшего типа достигается в результате применения местного грунта в качестве основного материала для их строительства. Для обширной территории России характерно большое разнообразие природно-климатических условий, включая грунтовые, поэтому иногда для обеспечения проезда автомобилей достаточно выровнять поверхность грунтового основания. Это относится к редким по применению в практике дорожного строительства грунтам, классифицированным по ГОСТ 25100-95 как скальные.

Таблица 21.1

Классификация покрытий дорожных одежд низшего типа

Материал	Назначение покрытия	Наименьшая толщина слоя, см	Расположение слоя	Интенсивность движения, авт./сут	Дорожно-климатические зоны
Покрытия из грунта естественного оптимального состава
Грунт из боковых резервов или карьеров	Покрытие для дорог V технической категории	20-25	На всю ширину одной толщины	До 100	Без ограничений
Покрытия из грунта, улучшенного до оптимального состава добавками карьерных песка или глины
Грунт земляного полотна: глинистый (песчаный) улучшенный смешением на дороге (в карьере)	Покрытие для дорог V технической категории	20-25	На всю ширину проезжей части, одной толщины (серповидного профиля)	До 100	Без ограничений
Покрытия из грунта, укреплённого крупнозернистыми минеральными материалами
Улучшенный по видам добавок (см. табл. 21.4)	Покрытие для дорог V технической категории, устроенное методом смешения на дороге	20-25	На всю ширину проезжей части, одной толщины (серповидного профиля)	До 150	Без ограничений
Составы: а) щебень 50-70 %; грунт 50-30 %; б) щебень 65 %; песок среднезернистый 24 %; суглинок 11 %	Покрытие для дорог V технической категории из грунтощебня	15-25	На всю ширину проезжей части	До 200	IV-V
Улучшенный по видам добавок (см. табл. 21.4)	Покрытие для дорог V технической категории с россыпью минеральных мате риалов за 2-3 приёма	15-20	На всю ширину проезжей части	До 50	IV-V

По данным проф. Ю.М. Васильева (Хархута Н.Я., Васильев Ю.М. Прочность, устойчивость и уплотнение грунтов земляного полотна автомобильных дорог. - М.: Транспорт, 1975. - 288 с.) наиболее часто при строительстве автомобильных дорог (до 80 % от общего протяжения сети) применяют связные грунты II класса - природные дисперсные (с механическими и водно-коллоидными структурными связями), по виду - глинистые (табл. 21.2).

Специфические свойства связных грунтов (гидрофильность, прочность, водонепроницаемость, набухание) в значительной мере определяют условия движения автомобилей по сезонам года. Прочность несвязных грунтов в меньшей степени зависит от влажности, однако проезд автомобилей по ним затруднён из-за образования колеи и большого сопротивления движению. Образование колеи в покрытии наблюдают при уменьшении содержания в песке пылеватых и глинистых частиц, а также если песок однороден по зерновому составу. Поэтому эффективное применение широко распространённых природных дисперсных грунтов в качестве материала для устройства покрытия связано с улучшением его прочностных свойств посредством специальных мероприятий.

Таблица 21.2

Класс природных дисперсных грунтов по ГОСТ 25100-95

Класс	Группа	Под-группа	Тип		Вид	Разновидность
Дисперсные (с механическими и водно-коллоидными структурными связями)	Связные	Осадочные	Минеральные	Силикатные. Карбонатные. Железистые. Полиминеральные	Глинистые грунты	Выделяются по: гранулометрическому составу (крупнообломочные грунты и пески); числу пластичности и гранулометрическому составу (глинистые грунты и илы); степени неоднородности гранулометрического состава (пески); показателю текучести (глинистые грунты); относительной деформации набухания без нагрузки (глинистые грунты); относительной деформации просадочности (глинистые грунты); коэффициенту водонасыщения (крупнообломочные грунты и пески); коэффициенту пористости (пески); степени плотности (пески); коэффициенту выветрелости (крупнообломочные грунты); коэффициенту истираемости (крупнообломочные грунты); относительному содержанию органического вещества (пески и глинистые грунты); степени разложения (торфы); степени зольности (торфы); степени засоленности; относительной деформации пучения; температуре
			Органоминеральные		Илы. Сапропели. Заторфованные грунты.
			Органические		Торфы и др.
	Несвязные		Минеральные	Силикатные. Карбонатные. Полиминеральные.	Пески. Крупнообломочные грунты

Существует несколько классификаций методов искусственного улучшения или коренного изменения свойств грунтов, основанных на учёте различных признаков. В соответствии с назначением и видом строительства методы укрепления грунтов можно объединить в три основные группы: химические, физико-химические и физико-механические (табл. 21.3).

Группа химических методов включает способы, основанные на введении в грунт неорганических и органических вяжущих, а также различных синтетических полимерных смол холодного отверждения [98]. Характер изменения свойств грунтов при этом сводится, в первую очередь, к значительному увеличению прочности, водо- и морозостойкости, улучшению водопроницаемости грунтов в результате изменения состава и структурных связей.

Физико-химические методы укрепления грунтов применяют для снижения водопроницаемости, пылимости, пучинистости, улучшения уплотняемости в результате изменения поверхности минеральных частиц и прежде всего их обменной способности. Способы этой группы методов наиболее эффективны при улучшении свойств суглинков и глин различного состава и генезиса.

Улучшение инженерно-геологических свойств грунтов без существенного изменения их полидисперсной структуры можно достичь при помощи физико-механических методов (размельчение, перемешивание, уплотнение, введение гранулированных добавок, кольматация, осушение грунтов и пр.).

Применение перечисленных методов технической мелиорации грунтов находит широкое применение в практике строительства автомобильных дорог и носит во многих случаях комплексный характер. Например, для обеспечения устойчивости, водопроницаемости, ликвидации просадочности и пучинистости природных дисперсных грунтов технологией строительства земляного полотна и слоев дорожных одежд наряду с другими обязательными операциями предусматривают механическое укрепление. Основным видом воздействия в этом случае служит механическая энергия динамических и статических нагрузок уплотнения, вибрации, взрывов, давления, разряжения, гравитационного поля.

Улучшение свойств укреплённых грунтов в покрытиях простейшего типа связывают с изменением их состава и структуры. В укреплённом материале могут сформироваться три основных типа структур, которые впервые были выделены акад. П.А. Ребиндером - кристаллизационная, коагуляционная и конденсационная.

Классификация методов искусственного улучшения свойств связных грунтов (по Л.В. Гончаровой, Г.И. Баннику)

Таблица 21.3

Группа грунтов				Связные пластичные (высокодисперсные) грунты с межчастичными (водно-коллоидными) связями
Тип грунтов				Лёссовые (лёссы, лёссовидные супеси и суглинки)	Глинистые (супеси, суглинки, глины)	Органогенные (почвы, торфяники, илы)
Некоторые характеристики и свойства грунтов				Просадочность, водопроницаемость, пылимость, пучинистость	Деформируемость, набухаемость, размокание, пучинистость	Деформируемость, высокое увлажнение, текучесть
Основные группы методов		Вид воздействия на грунты	Характер изменения свойств грунтов	Характеристика водопроницаемости (коэффициент фильтрации, м/сут)
				10,0-10-3	1,0-10-6	10-3-10-6
Химические		Химические реакции	Увеличение прочности, водо- и морозостойкости, уменьшение водопроницаемости	Смолизация	Битуминизация
				Силикатизация	Известкование
				Цементация
					Фосфатирование
Физико-химические		Физико-химические обменные реакции, адсорбция электролитов и ПАВ	Снижение водопроницаемости, пучинистости, улучшение уплотняемости	Регулирование грансостава
				Глинованием	Пескованием
				Агрегирование обработкой ПАВ и электролитами
				Гидрофилизация
				Гидрофобизация
Физико-механические	механические	Динамические и статические нагрузки, взрыв, вибрация, разряжение, гравитация	Увеличение плотности, снижение водопроницаемости, просадочности, пучинистости	Механическое уплотнение динамическими и статическими нагрузками
				Сейсмическое уплотнение
				Виброуплотнение
	физические	Физические поля: электрическое, магнитное, тепловое отрицательных температур	Увеличение прочности и морозостойкости, устранение просадочности	Нагрев и обжиг
				Электроосмотическое воздействие
				Электрохимическое воздействие

Основными процессами, приводящими к образованию новых структурных связей в грунтах, являются: при химических методах укрепления - гидратация и гидролиз цементных зёрен, твердение продуктов гидратации и их новообразований, полимеризация и поликонденсация синтетических веществ; при физико-химических методах - ионный обмен, адгезия вяжущих, необратимая коагуляция частиц, адсорбция, диспергация, кристаллизация и др.; при физико-механических методах - разупрочнение, упрочнение, электроосмос, электрофорез, спекание, плавление и др. (Укреплённые грунты. (Свойства и применение в дорожном и аэродромном строительстве/В.М.Безрук, ИЛ. Гурячков, Т.М. Луканина и др. - М.: Транспорт, 1982. - 321 с.)

Качество упрочнения грунтов находится в сложной функциональной зависимости от свойств минерального заполнителя, применяемых реагентов и добавок, а также от соблюдения регламента производства работ [98].