ГОСЫ / ГОСы / Гос.экз / Билет 35,50

Билет№35,50

Строительство 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