Билеты к госам / Билет №34
.docБилет№34Строительство оснований из грунтов, укрепленных минеральными вяжущими
Для укрепления грунтов нашли применение цементы и извести. Для получения качественного цементогрунта, обладающего заданной прочностью и достаточными морозо- и водостойкостью, нужно соблюдать ряд требований.
Во-первых, не все грунты дают положительные результаты, во-вторых, необходимо тщательное измельчение грунта для того, чтобы он не содержал комков крупнее 5 мм, а также равномерное перемешивание с вяжущим. В процессе изготовления цементогрунтовой смеси нужно поддерживать оптимальную влажность при перемешивании и укладке. Эту оптимальную влажность сохраняют при распределении и уплотнении смеси.
Укреплять цементом можно все грунты, кроме кислых и сильнощелочных (рН<5 и > 10) и с содержанием гумуса, не насыщенного кальцием, не более 2%.
Тяжелые суглинки и глины с числом пластичности более 27 непригодны для укрепления цементом, так как они требуют тщательного измельчения, что трудно выполнимо даже при применении совершенных машин. В то же время наибольший эффект при применении извести достигают, если укрепляют тяжелые суглинки и глцны.
Несмотря на наличие гумуса и значительное содержание глинистых частиц черноземные грунты дают хорошие результаты при обработке цементом благодаря их водопрочной микроструктуре.
Для укрепления цементом наиболее пригодны пылеватые супеси и песчано-глинистые грунты оптимального состава. К таким грунтам с числом пластичности 2—7 относят грунты, имеющие рН грунтового раствора 7—8, содержащие глинистые частицы с преобладанием массовой доли каолинита до 12—15% с наличием не более 2% хлористых солей и 1 % гумусовых веществ, при этом содержание в укрепленном грунте карбонатов кальция является желательным^
Пригодны пылеватые суглинки с числом пластичности до 17, не содержащие карбоната кальция, с массовой долей хлористых солей не более 3%, сульфатных легко растворимых солей не более 2%, гумусовых веществ, адсорбционно насыщенных кальцием, не более 6% и кислого типа не более 1%, при рН = 6—10.
Пески часто неправильно считают непригодными для укрепления цементом, так как чистые пески с малым содержанием глинистых и пылеватых частиц, очень пористы и для получения из них плотного цементопесчаного материала нужно много цемента. Однако, применение песков технологично и целесообразно при строительстве дорожных одежд, нуждающихся в песчаном дренирующем слое. В целях экономии цемента пески целесообразно применять с предварительным примешиванием к ним пылеватых суглинистых грунтов или местных минеральных порошков (золы уноса, золош-лаковых смесей, шлаковой, известковой пыли и т. д.).
Все виды цементов и извести при соответствующем назначении и подборе грунта могут найти применение.[Цементы малоактивные и низких марок, а также известь пригодны для строительства оснований на дорогах III — V категорий и нижних слоев оснований — на дорогах I—III категорий, в IV и V дорожно-климатических зона^ в сухих местах или при временном притоке воды (первая и втбрая группы увлажнения). В других случаям чтобы получить прочное основание/необходимо верхние слои основания под усовершенствованные покрытия на дорогах всех категорий строить только с применением цемента марки не ниже 400; он должен быть алитовым с содержанием не более 10% трехкальциевого алюмината^) Для нижних слоев основания под усовершенствованное покрытие на дорогах III и IV категорий пригодны шлаковые и романцементы марок 100—200.
Известь применяют как гашеную, так и негашеную. Преимущество негашеной извести в том, что она активнее воздействует на глинистую коллоидную часть и, в частности, на активный кремнезем, способствуя не только образованию водостойкой микроструктуры благодаря вытеснению поглощенных грунтом ионов водорода или натрия, но и образованию водостойких гидросиликатов. Массовая доля чистой окиси кальция в гашеной извести должна быть не менее 70%. Даже небольшие добавки извести способствуют разрушению комьев глины..
Количество цемента или извести назначают на основании лабораторных испытаний пробных образцов из местных грунтов и имен> щихся минеральных вяжущих.
В отличие от цементобетона, в котором цемент твердеет главным образом в продуктах гидролиза, в цементогрунте твердение протекает в активной среде тонкодисперсного грунта различного минералогического и химического составов, что меняет обычный процесс твердения цемента. При этом влияет не только марка и минералогический состав цемента, но и степень дисперсности грунта, его минералогический и химический составы, кислотность, содержание гумуса, солей. В процессе гидролиза
цемента реакция среды за счет образования гидрата окиси кальция становится резко щелочной, что значительно повышает обменные физико-химические реакции.
Грунты под влиянием цемента или извести коренным образом меняют свои первоначальные свойства, становятся менее восприимчивыми к воздействию воды, приобретают большую прочность и жесткость, но все же по своим характеристикам не приближаются к цементобетону. Деформативная способность цементогрунта выше, чем у цементобетона, а сопротивление изгибу сравнительно незначительно. Так же, как в грунтах и минеральных материалах, прочность обусловлена коэффициентом трения и сцеплением; коэффициент трения в цементогрунте часто выше, чем в исходном неукрепленном материале/в сухом состоянии. Для получения устойчивого материала очень важно; чтобы сцепление в цементогрунтах не снижалось от увлажнения, повторного замораживания и воздействия
нагрузки.
Величина сцепления образцов цементогрунта в насыщенном водой состоянии зависит от цементирующей способности вяжущего, т. е. его марки, силы прилипания вяжущего k поверхности грунтовых частиц, т. е. от чисто химических и физико-химических процессов, происходящих в зоне взаимодействия грунта и вяжущего, от степени использования вяжущих свойств глинисто-коллоидной части грунта и степени уплотнения цементогрунта.
Укрепленные грунты должны обладать техническими показателями, установленными с учетом требований движения и условий работы слоев укрепленного грунта в дорожной одежде. К наиболее важным показателям относят механическую прочность, водостойкость, морозостойкость.
Технические требования к укрепленным грунтам разделяют в зависимости от их назначения в дорожной одежде и категории дороги, а также от степени влияния природных факторов — климатических, грунтовых и гидрогеологических.
При строительстве оснований из грунтов, укрепленных минеральными вяжущими, необходимо учитывать, что смесь можно приготовлять из привозного грунта или из грунта, слагающего верхний слой земляного полотна. В первом случае нужно доставить качественный грунт.и распределить его по земляному полотну, во втором — предварительно разрыхлить и измельчить грунтовые комки (агрегаты), связные грунты, слагающие земляное полотно. В обоих случаях качество зависит от тщательности всех работ и точного соблюдения их технологии. Работы состоят в точной дозировке и равномерном распределении вяжущего и воды, распределении готовой смеси, достижении ее наибольшего уплотнения при оптимальной влажности, в уходе за слоем уплотненного укрепленного грунта с поддержанием в периоде твердения режима влажности. Различают четыре способа приготовления и укладки цементо-грунтовой смеси: укрепление грунта земляного полотна смешением на дороге с использованием многопроходных машин (дорожных фрез); доставка на земляное полотно доброкачественного грунта и смешение автоматизированными машинами комплекта ДС-100; приготовление смеси в стационарных или полустационарных установках в грунтовом карьере, доставка готовой смеси автомобилями-самосвалами и распределение ее профилирующими машинами любого типа. Каждый способ имеет преимущества и недостатки.
До последнего времени отдавали предпочтение смешению на дороге. При укреплении фрезами трудно получить однородную смесь на протяжении даже одной сменной захватки из-за неоднородности грунтов и приготовленной смеси. Целесообразнее проводить укрепление доставленного на место доброкачественного грунта, преимущественно песчаного.
При этом способе применяют дорожные фрезы различной конструкции. Работы состоят из следующих операций:
Технология:1) профилирование поверхности земляного полотна и устройство съездов (въездов), 2) уплотнение поверхности земляного полотна катками;3)доставка автомобилями-самосвалами грунта из резервов;
4) распределение грунта автогрейдерами на всю ширину основания, 5) разбивка (установление ширины обрабатываемой полосы и толщины слоя), 6) удаление из грунта посторонних включений (камней, палок, щепы и т. д.), 7) измельчение грунта на полосе основания фрезами;
8) подвозка цемента цементовозами и его распределение распределителями цемента (ДС-9), 9) перемешивание грунта с цементом фрезами, 10) доставка воды и ее распределение поливо-моечными машинами, 11) перемешивание сухой смеси с водой фрезами, 12) профилирование цементогрунтовой смеси автогрейдерами с приданием слою требуемого поперечного профиля, 13) уплотнение смеси и грунта обочин катками на пневматических шинах, 14) проверка поперечного профиля и "качества уплотнения с исправлением отдельных мест;
15) уход за уложенным слоем (укрытие песком с поливкой водой, разлив пленкообразующих материалов, битума, эмульсии или укрытие водонепроницаемыми покрывалами).
Длину сменной захватки назначают с учетом имеющихся машин, свойств укрепляемых грунтов и ширины основания; обычно она не превышает 200—300 м.
При втором способе нашел применение планировщик основания ДС-97 из комплекта ДС-100.
Технология: автомобили-самосвалы подвозят песчаный грунт, который распределяет бульдозер Одновременно подготавливают обочины для создания боковых упоров и образования корыта. Грунт уплотняют катками на пневматическом ходу (коэффициент уплотнения 0,8—0,85). На участке профилировщиком ДС-97 ведут тщательную планировку, после планировки его отводят к началу захватки. На спланированный участок подвозят цемент и распределяют машинами ДС-72 или Д-343-В 5. Распределители цемента располагают в плане уступами; пополнение их цементом производят цементовозы. Затем профилировщик ДС-97 смешивает песчаный грунт с цементом и одновременно увлажняет смесь После окончания смешения распределенную смесь уплотняют катками на пневматическом ходу , На втором участке работы проводят в том же порядке во вторую половину первой смены. Во вторую смену на оставшейся половине захватки проводят те же работы по укреплению песчаного грунта цементом. Воду доставляют поливо-моечные машины 7.
Сначала первой смены, пока подвозят и подготавливают песчаный грунт, профилировщиком ДС-97 окончательно профилируют участок, выполненный в предыдущий день, за обе смены основания. После этого распределяют машиной 9 пленкообразующий материал (лак этиноль, помароль, битумную эмульсию или жидкий битум), если немедленно не укладывают следующий слой дорожной одежды. При обработке пленкообразующими материалами следующий слой укладывают после затвердения цементо-грунта (не ранее чем через 14 сут)
При третьем способе цементогрунтовую смесь приготавливают в месторождении (песка, гравийной смеси) или в отвалах золо-шлаковой смеси, пригодных для обработки минеральным вяжущим, применяя грунтосмесительную установку ДС-50А или бетонный завод. Готовую смесь доставляют на место укладки автомобилями-самосвалами и распределяю! щебне- или асфальтоукладчиком, уплотняют бетонротделочной машиной или катками. Применение бе-тоноукладочных машин удорожает производство работ, но обеспечивает однородность и высокое качество цементогрунтовой смеси, ее уплотнение и соблюдение заданного поперечного профиля.
Приготовление цементогрунтовой смеси в карьере позволяет автоматизировать все процессы, обеспечить подачу на дорогу качественной и однородной смеси. Недостатком этого способа считают более высокую стоимость оснований и дорожных одежд. Его применение оправдано большим сроком службы оснований.
Строительство оснований из грунтов, укрепленных органическими вяжущими
Основания из грунтов, укрепленных органическими вяжущими, следует применять в тех районах, где отсутствуют крупнозернистые минеральные материалы. Выбор грунтов для укрепления значительно сложнее, чем крупнозернистых минеральных материалов.
Современная технология создания битумогрунтовых смесей предусматривает предварительное разрушение природной структуры грунта и создание материала с новыми структурными связями, сохранение в нем при измельчении наиболее прочных агрегатов размером 2—4 мм. Это объясняется тем, что естественные связи между грунтовыми частицами при отсутствии между ними пленки воды очень велики. Связные грунты (суглинки и глины) в сухом состоянии обладают большой прочностью (8—10 МПа). В то же время межмолекулярные силы сцепления (силы когезии) жидкого битума незначительны, поэтому прочность вновь образующихся структурных связей укрепленного грунта всегда- меньше, чем природного грунта в сухом состоянии.
Наилучшие результаты получаются при укреплении органическими вяжущими супесчаных и легкосуглинистых грунтов карбонатных разновидностей, содержащих гипс (не более 10%) и легкорастворимые соли (не более 1%) и имеющих нейтральную среду (рН до 7). Нецелесообразно применение тяжелых суглинков и глин без внесения добавок извести, цемента или поверхностно-активных веществ, так как они плохо подвергаются обработке, обладают высокой гидрофильностью, их очень трудно измельчить до состояния, при котором можно успешно перемешать с вяжущим. Если смешение грунта с вяжущим не обеспечило гидрофобизацию мелкозема, содержащего глину, то при водонасыщении возможно набухание основания, что повлечет за собой разрушение покрытия..
Для укрепления грунтов применяют медленно- и среднегустею-шие жидкие битумы, дегти каменноугольные Д-3, Д-4 и сланцевые С-3, С~4,
С-5, эмульсии, вязкие битумы только в виде эмульсий. Вяжущее должно легко перемешиваться с частицами грунта, обладать хорошим
сцеплением для создания хорошей связи зерен и частиц грунта между собой.
Наилучшим является вяжущее, которое будет достаточно жидким при смешении, а после уплотнения смеси быстро набирает вяжущие свойства. Таким условиям лучше всего удовлетворяют мед-леннораспадающиеся эмульсии и жидкие битумы, густеющие со средней скоростью. Жидкие медлениогустеющие битумы не обеспечивают быстрого нарастания сцепления, особенно в сыром и холодном климате. Их применение оправдано исключительно экономическими соображениями, так как жидкие медленногустеющие битумы требуют менее дефицитных разжижителей, чем среднегу-стеющие битумы и тем более эмульсии, в которых стоимость битума даже дороже обычных вязких битумов. Поэтому при выборе органического вяжущего необходимо учитывать эти обстоятельства, а также климатические условия строительства.
Количество битума, дегтя или битумной эмульсии назначают на основании лабораторных испытаний образцов из местных грунтов и органических вяжущих. Ориентировочно массовая доля вяжущего в битумогрунте колеблется от 3 до 13%. Для крупнообломочных несцементированных грунтов, песков и супесей, близких к оптимальному составу, массовая доля 3—5%; для тех же грунтов неоптимального состава, пылеватых супесей с числом пластичности менее 3 массовая доля составляет 4—6%, для супесей и пылеватых суглинков 5—9%; для тяжелых суглинков и глин с числом пластичности не более 22 массовая доля вяжущего достигает 8—13%.
Многочисленными лабораторными исследованиями и производственными работами установлена положительная роль воды при обработке грунтов органическими вяжущими. Оптимальное количество воды в битумогрунтовой смеси так же необходимо, как и при укреплении грунтов цементом или известью.
При укреплении сухого" грунта битумом в смеси остается много свободной поверхностной энергии; которая способствует прониканию в поры уплотненной битумогрунтовой смеси воды как в парообразном, так и в жидком состоянии Для придания грунту водостойкости необходимо в период перемешивания обеспечить такую влажность, при которой в нем погашается избыточная поверхностная энергия. Наличие связанной воды на поверхности частиц грунта также способствует улучшению обволакивания битумом. Такое положительное свойство сорбированной воды присуще связным грунтам (суглинкам, глинам), в которых молекулы воды прочно удерживаются на поверхности частиц. Положительное действие связанной воды проявляется также в том, что облегчается уплотнение смеси, уменьшается затрата работы для достижения наибольшей плотности,
Для сохранения стабильных свойств битумогрунтовой смеси в основании необходима защита ее от высыхания и увлажнения. Поэтому после уплотнения битумогрушовой слой закрывают следующим слоем основания или покрытия. Если по каким-либо причинам это невозможно, устраивают защитный слой (см. гл. 14). Во всех случаях укрепления грунта с использованием битума оптимальное количество воды устанавливают экспериментальным путем. Если влажность грунта недостаточна, его увлажняют до оптимальной влажности вечером, чтобы за ночь влага равномерно распределилась.
Укрепление грунтов битумными эмульсиями является наиболее прогрессивным способом. Из битумных эмульсий различных типов и составов наиболее пригодны для укрепления грунтов эмульсии прямого типа и медленнораспадающиеся.
Кроме технологических преимуществ, битумные эмульсии придают грунтам лучшие свойства (см. табл. 17), чем жидкие битумы. В частности, супесчаные грунты, укрепленные битумной эмульсией, пригодны для устройства покрытий на дорогах IV и V категорий, а на дорогах III категории—при движении до 1500 авт/сут.
Битумные эмульсии пригодны лишь для укрепления несвязных, супесчаных и легкосуглинистых грунтов. Тяжелосуглинистые грунты перед обработкой эмульсией улучшают, смешивая с крупнозернистыми песками или с другими минеральными материалами. Наиболее широко применяют битумные эмульсии для укрепления песчаных грунтов.
Битумные эмульсии должны быть стабильными в процессе смешения их с грунтами и быстро формировать битумную пленку. Выполнение этих требований зависит главным образом от типа и свойств эмульгатора