Стабилизация грунтов
К атегория:
О дорожно-строительных машинах
-
Стабилизация грунтов
Грунты, применяемые в дорожном строительстве, имеют определенные предельные показатели прочности, т. е. способны нести определенной величины нагрузки от движущегося транспорта.
В последние годы был разработан новый метод повышения прочности грунтов путем внесения добавок вяжущих материалов - цемента, извести, битума, дегтя. Этот метод называют стабилизацией грунта вяжущими материалами. Укрепленные по этому методу грунты применяют для сооружения дорожных оснований под капитальные покрытия из асфальтобетона и для строительства облегченных покрытий вместо асфальтобетонных. Стоимость строительства оснований и покрытий из стабилизированного грунта в 3,5-5 раз дешевле, чем строительство щебеночных оснований или асфальтобетонных покрытий. Слой основания из стабилизированного грунта толщиной 30 см равнопрочен слою из щебенки толщиной 18-20 см; легкое покрытие из стабилизированного грунта толщиной 15-20 см равнопрочно асфальтобетонному покрытию толщиной 6-10 см.
Раньше дорожные покрытия сооружали в виде булыжной мостовой (булыжное шоссе) или путем укладки слоя щебенки толщиной 6-15 см, укатываемого колесами экипажей или дорожными катками (щебеночное или «белое» шоссе). С развитием автомобильного движения прочность этих шоссе оказалась недостаточной.
-
Основная причина быстрого разрушения белых шоссе колесами автомобилей заключается в слабой связи отдельных щебе- нок друг с другом.
Кроме того, в связи с высокими скоростями движения автотранспорта к дорогам предъявляются новые требования - ровность покрытия, беспыльность и хорошее сцепление с шинами.
Увеличение связности щебенок в покрытии достигается внедрением в толщу покрытия органических вяжущих материалов - битума или дегтя, что увеличивает прочность и изнсеоустойчивость дороги. Наличие вяжущих материалов в покрытии позволяет ровно укатать катками его поверхность, связать пыль и таким образом обеспылить дорогу и улучшить сцепление с шинами. Органическое вяжущее вещество обволакивает тонкой пленкой минеральные частицы и связывает их между собой.
Белое шоссе, обработанное битумом или дегтем, приобретает черный цвет и поэтому такие покрытия называют «черными».
Стабилизацию грунтов можно производить как на местных, так и на привозных грунтах. Для стабилизации наиболее подходящими являются супеси и суглинки. При стабилизации грунтов верхний растительный слой (дерн) с-корнями трав и кустарника должен быть удален, так как при гниении частиц растительности образуются пустоты.
Стабилизация грунтов состоит из следующих основных операций: – подготовки полосы грунта; – разрыхления и измельчения грунта; – распределения вяжущего материала; – перемешивания измельченною грунта с вяжущим материалом; – поливки и окончательного перемешивания с водой измельченного грунта, смешанного с порошкообразным вяжущим при стабилизации цементом или известью; – уплотнения полосы, стабилизированного грунта.
Подготовка полосы заключается в удалении дернового слоя и корней пней и кустарников и в планировании полосы.с засыпкой местных впадин и срезкой бугров и кочек.
При этом профилируют земляное полотно и нарезают боковые кюветы. Работы по подготовке полосы выполняют бульдозерами и, если нужно, корчевателями, а также грейдерами или автогрейдерами.
Если стабилизируют местные грунты, то соответствующую полосу земляного полотна подвергают разрыхлению и измельчению. Если стабилизация производится не на местном грунте, то нужный грунт привозят из притраосового карьера скреперами, тракторными прицепами или автосамосвалами, распределяют и планируют привезенный грунт на земляном полотне и затем его разрыхляют и измельчают.
Разрыхлять плотные, тяжелые супеси и суглинки целесообразно прицепными тракторными плугами и боронами.
Легкие грунты разрыхляют прицепными тракторными фрезами, которые затем измельчают разрыхленный грунт. Разрыхление и измельчение осуществляются несколькими проходами машин по обрабатываемой полосе.
Чем интенсивнее измельчается грунт, тем лучше и равномернее он смешивается с вяжущим материалом и тем прочнее получается стабилизированный слой. В нормально измельченном грунте количество частиц размером 3-5 мм не должно превышать 3-5% по весу, что проверяют специальными пробами.
Стабилизация цементом
Цемент или известь привозят на место работ в цементовозах или автосамосвалах и вручную лопатами распределяют равномерно по обрабатываемой полосе непосредственно перед перемешиванием всухую. Специальные машины для распределения цемента и извести пока не изготовляются.
Грунт смешивают с вяжущим всухую, затем поливают водой из автогудронатора, после чего окончательно перемешивают несколькими проходами прицепной фрезы и уплотняют укаткой.
Стабилизация битумом или дегтем
Битум или деготь привозят и разливают автогудронатором непосредственно перед перемешиванием, чтобы вяжущее не остыло.
Грунт с вяжущим материалом перемешивают несколькими проходами прицепной фрезы и уплотняют укаткой.
Стабилизированный слой уплотняют пневмошинным катком Д-219 на прицепе к автомобилю или колесному трактору. Буксировка катка гусеничным трактором недопустима из-за порчи поверхности полосы шпорами гусениц.
Стабилизация грунта - является наиболее выгодным и оперативным способом строительства грунтовых дорог внутри поселений, населенных пунктов, поселков, коттеджных поселков в случае, когда финансово не эффективно применение полноценных асфальтовых дорог или магистралей.
Технология стабилизации грунта заключается в следующем:
Шаг 1.
>Планировка дороги. Необходимо выполнить мероприятия связанные с обеспечением надлежащего водоотвода с устройством водоотводных канав и кюветов.Устранения возможных застоев воды у земляного полотна, снижая ее проникновение в осенний период; понижение уровня грунтовых вод путем устройства дренажей.
Шаг 2.
>Определение состава грунта. Для устройства конструктивных слоев дорожной одежды и укрепления обочин допускается применять как грунты естественного залегания, так и привозные грунты. Завоз грунта выполняется при использовании привозных грунтов. В этом случае необходимо перед началом работ по стабилизации грунта выполнить следующие требования:
- завоз грунта в объеме, необходимом для устройства конструктивного слоя дорожной одежды или укрепленний обочины;
- распределение грунта и его разравнивание на всю ширину подготовленного земляного полотна или обочины
- прикатку разровненного слоя до плотности 0,85-0,90 от максимальной по методу стандартного уплотнения.
Подбор грунта и расхода стабилизатора.
- определение гранулометрического состава грунта, предполагаемого к использованию;
- в случае необходимости корректировка гранулометрического состава грунтовой смеси смешением имеющегося грунта с грунтом другого гранулометрического состава;
- определение максимальной плотности и оптимальной влажности грунта обработанного стабилизатором;
- определение прочностных характеристик в соответствии с требованиями ГОСТ 12801-98;
- определение влагостойкости и водостойкости;
- определение потребности стабилизатора на 1 м2 и в целом на участок с одинаковым грунтом.
Шаг 3.
>Смешивание композитов.
Приготовление раствора стабилизатора . Раствор получают путем разведения стабилизатора в рабочей емкости, с перемешиванием полученного раствора в течении 10…15 мин. Концентрация раствора стабилизатора задается в зависимости от текущей влажности грунта и его оптимальной влажности, определенной модифицированным методом Проктора для образцов грунта, обработанного стабилизатором.
Размельчение грунта осуществляется различными видами дорожных машин с целью получения однородного зернового состава смеси в соответствии с требованиями п.6.4.СНиП. 3.06.03-85 Наилучшее размельчение грунта достигается при его влажности на 3-5% меньше оптимальной и плотности равной 0,85-0,90 от максимальной, определенной методом стандартного уплотнения. При низкой естественной влажности грунта увлажнение до указанной степени производят за 6-12 ч до начала размельчения. При высокой естественной влажности производят высушивание грунта неоднократным перемешиванием в сухую ветреную или солнечную погоду до влажности на 2-4% меньше оптимальной. Грунт считается размельченным, если в нем содержится не более 25% комков размером более 5,0 мм. При этом содержание комков крупнее 10,0 мм не должно превышать 10,0%.
Шаг 4.
>Укатка и уплотнение.
Профилирование поверхности стабилизированного слоя производят за два прохода автогрейдера по одному следу с созданием поперечного уклона конструктивного слоя дорожной одежды из стабилизированного грунта равного поперечному уклону проезжей части. Поперечный уклон обочины должен превышать на 1-2% поперечный уклон проезжей части.
Уплотнение обработанного и спрофилированного грунта. Производится самоходными вибрационными или осцилляционными катками массой не менее 10 тонн. Нижние слои конструктивного слоя дорожной одежды можно уплотнять самоходными вибрационными кулачковыми катками, но верхний слой необходимо укатывать гладковальцовыми вибрационными или осцилляционными катками массой не менее 15 тонн.
Примечания.
>- Скорость движения катка при уплотнении должна составлять 3,5-6,5 м/мин (первые два прохода), для остальных проходов назначается максимальное значение рабочей скорости. Первые два прохода осуществляются при отключенном режиме вибрации (осцилляции).
- Число проходов катка и скорость его движения устанавливают по результатам пробного уплотнения. Ориентировочно для уплотнения требуется 12-18 проходов катка по одному следу.
- Степень плотности стабилизированного слоя должна быть не менее максимальной стандартной по методу Проктора модифицированному в соответствии с ГОСТ 22733-2002.
Нашел в интернете без подписи автора:
"В дорожном строительстве жидкое стекло не получило широкого распространения, за исключением постройки опытных участков, а также силикатирования щебёночных шоссе по методу пропитки и поверхностной обработки. Причина - низкая морозостойкость силикатированных , а также неудобство в работе в связи с быстрым схватыванием и твердением смеси грунта с силикатом. Вместе с тем, опыт инженерных войск наступающей Советской армии в 1944 году показал преимущества силикатирования временных грунтовых и щебневых дорог: при устройстве обходов заминированных и взорванных отступающими немецко-фашистскими войсками дорог быстрое укрепление грунта при помощи лопат и садовых леек давало прекрасные результаты. "Из книги В. Д. Глуховского "Грунтосиликаты":
"Строительство шоссейных дорог на жидкостекольном вяжущем с инертными заполнителями (известняк, доломит, кварцит, песчаник, гранит) основано на способности жидкого стекла образовывать твердые монолитные массы с заполнителями.Работы, проводимые в этом направлении в различных странах, в одних случаях дали положительные результаты, а в других-отрицательные. В Италии и особенно во Франции построено тысячи километров силикатированных шоссейных дорог. Германией в этом вопросе не достигнуто положительных результатов.
В нашей стране работы по силикатированию дорог проводились В. М. Шалфеевым и дали удовлетворительные результаты.
Строительство таких дорог может производиться способом силикатного бетона или способом пропитки.
При строительстве способом силикатного бетона рабочая смесь, состоящая из крупного заполнителя, высевок и жидкого стекла, после тщательного перемешивания укладывается слоем 10 см и уплотняется катками. Через 24 часа масса приобретает достаточную прочность и по ней может двигаться транспорт."
Из своего опыта работы с жидким стеклом скажу, что видимо одного жидкого стекла недостаточно. Я делал краски на основе жидкого стекла. С фасадов их смывало примерно десятым дождем. Не хватает в этом описании какого-то компонента, повышающего влагостойкость.
У того-же Глуховского при укреплении грунтов дополнительно (не дорог) используется раствор соли. Какая нужно соль он не говорит. В других источниках говорят о калийной соли, но не указывают какое применяется жидкое стекло калиевое или натриевое. Тоже у Глуховского для повышения водостойкости строительных блоков из грунтосиликата рекомендуется после формования пропитка в соляном растворе. Отвратительно написана книга, информацию приходится по крупицам собирать из разных глав и все равно остается многое непонятным. Такое ощущение, что авто специально пытается все запутать.
Вместе с тем Глуховский утверждает: "Такие дороги более дешевые, чем бетонные и дороги с другими видами щебеночных покрытий. Они в полтора-два раза долговечнее, чем асфальтовые и бетонные, а также более износо-, водо- и морозостойкие."
Почему я так озабочен темой? После того как я облажался с краской на жидком стекле, я перестал его использовать в производстве и у меня на складе зависло около тонны жидкого натриевого стекла. Стоит уже лет семь.
А на даче есть много мест, где я с удовольствием укрепил бы подъездные пути. Может кто-то подскажет технологию. Буду очень признателен. А то эксперименты могут затянуться. Сразу же результат не оценишь, нужно выждать год-другой.
Может быть грунт смешивается с жидким стеклом, укладывается, а потом поливается раствором соли. Из садовых леек красноармейцы чем-то поливали дороги в 1944. Если жидкое стекло натриевое, то, видимо и соль натриевая NaCl - обычная поваренная.
Вот еще из Глуховского: "Жидкое стекло применяется для ремонта поверхностных частей бетонных сооружений. В этом случае на смоченное водой поврежденное место накладывают слой жидкого стекла с модулем 3,3- 3,4, который посыпают порошком цемента. В результате химического взаимодействия между цементом и щелочным силикатом происходит быстрое твердение смеси."
Данная технология изобретена ООО "АНТ-Инжиниринг" в 2006 году. На сегодняшний день на территории России и за ее пределами построено более 150 км автодорог различных категорий. Автомобильные дороги, построенные с применением технологии «ANT», эксплуатируются во всех климатических зонах: от пустыни до полярного круга.
Основным элементом технологии является препарат «Стабилизатор грунтов и органоминеральных смесей «ANT» (англ. - «муравей»). Применяется как самостоятельно при стабилизации грунта, так и совместно с неорганическими или органическими вяжущими при укреплении.
Принцип действия стабилизатора грунта «ANT»
>Стабилизатор грунта «ANT» является российским продуктом и производится в г. Волжском, Волгоградской области. Является комплексным органическим препаратом. Его действие направлено на проведение в грунте окислительно-восстановительных реакций. Производит направленную окислительную реакцию путем воздействия молекулярным кислородом на поверхность частицы грунта, а также в цементе (в случае использования). Вследствие этого происходит образование новых окислов химических элементов, содержащихся в грунте. Затем, присоединенный ранее кислород отделяется, и происходит обратная восстановительная реакция, что приводит к образованию новых кристаллических соединений в грунте между его частицами.
Эта реакция полностью повторяет процессы образования осадочных пород в земной коре. Если бы мы имели возможность увеличить нагрузку при уплотнении обработанного грунта более чем в 5 раз, то мы бы смогли получить укрепленные грунты с маркой по прочности свыше М200. Но, к сожалению, современная техника и методика проведения дорожных работ не позволяет нам достичь данных результатов.
Кроме того, стабилизатор содержит в своем составе поверхностно-активные вещества, что позволяет достичь максимального коэффициента уплотнения грунта, а, следовательно, получение материала с меньшим наличием капилляров. Это позволяет значительно понизить водопоглощение стабилизированных и укрепленных грунтов.
5 основных преимуществ
>1. Высокие физико-механические показатели.
Грунты, укреплённые с применением Стабилизатора "ANT", обладают высокими физико-механическими показателями и полностью соответствуют требованиям ГОСТ 23558-94 "Смеси щебёночно-гравийно-песчаные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими материалами, для дорожного и аэродромного строительства".
К примеру, при строительстве автомобильных дорог V технической категории переходного типа достаточно устройство одного слоя из укреплённого грунта толщиной h= 15см. Данный конструктивный слой рассчитан на движение транспорта с нагрузкой на ось до 8ТС. Общий модуль упругости на поверхности данного слоя составит более 150МПа.
2. Малый расход, а также его низкая сметная стоимость.
Расход составляет 0,007% от массы грунта. При проведении дорожно-строительных работ требуется 1л на 7,5 м 3 будущего слоя. Для строительства 1 км автодороги IV– Vкатегории, т.е. устройства 6000м 2 слоя укрепленного грунта, толщиной 15см, расход стабилизатора составит 120 литров, сметная стоимость соответственно 312 000 рублей или 52 руб./м 2 .
3. Упрощение процессов стабилизации и укрепления грунтов.
А именно:
- отсутствие ухода за укрепленными грунтами;
- возможность возобновления движения автотранспорта сразу после уплотнения слоя;
- отсутствие необходимости устройства деформационных швов.
4. Возможность использования Стабилизатора грунта «ANT» как самостоятельно, так и совместно с неорганическими и органическими вяжущими.
При использовании Стабилизатора совместно с цементом, прочностные свойства укрепленных грунтов повышаются более чем на 30% относительно контрольных образцов без него.
При применении совместно с битумными эмульсиями или вспененным битумом, происходит лучшее распределение вяжущего по всему объему грунта, повышение адгезии частиц вяжущего с грунтом и последующее повышение показателей физико-механических свойств укрепленных грунтов.
5. Полная экологическая безопасность.
Стабилизатор "ANT" не оказывает какого-либо отрицательного воздействия на окружающую среду и является 100% экологически безопасным. При проведении дорожно-строительных работ не требуется обеспечение технического персонала дополнительными средствами защиты.Также он не оказывает отрицательного воздействия на узлы машин и механизмов.
Область применения стабилизатора грунта «ANT»
>устройство оснований автомобильных дорог I– V категории, нежесткого и жесткого типов;
покрытия дорог IV – V категории переходного типа;
стабилизация подошвы и рабочего слоя земляного полотна;
в качестве добавки при укреплении грунтов органическими или комплексными вяжущими.
Самостоятельно Стабилизатор «ANT» может применяться при стабилизации глинистых грунтов с числом пластичности от 1 до 17 (супеси, суглинки, глины). Стабилизированные грунты могут применяться для стабилизации подошвы или рабочего слоя земляного полотна, а также устройства нижних слоев оснований.
Для получения укрепленных грунтов необходимо добавление цемента в количестве 2%-5% от массы грунта. Норма расхода цемента зависит от типа грунта, климатической зоны и требуемых прочностных свойств укрепленного грунта. Для проведения работ возможно использование супесей, суглинков, песчано-гравийных смесей, слабопрочных каменных материалов, отходов дробления каменных материалов и бетона.
Использование Стабилизатора грунта «ANT», совместно с органическими или комплексными вяжущими, позволяет снизить расход вяжущих и увеличить прочностные характеристики укрепленных грунтов. Помимо происходящей окислительно-восстановительной реакции в грунте, Стабилизатор «ANT» позволит повысить адгезию битумного вяжущего с грунтом, а также равномерно распределить его по всему объему грунта.
Норма расхода
>Требуемое количество Стабилизатора составляет 0,007% от массы грунта. При проведении дорожных работ за норму его расхода принимают 1л стабилизатора на 7,5 м 3 будущего конструктивного слоя.
|
Норма расхода стабилизатора грунта«ANT» на каждые 1000м 2 конструктивного слоя, в зависимости от толщины слоя |
|||
Стабилизатор грунта «ANT» используют в виде водного раствора. Требуемое количество воды рассчитывают, исходя из естественной влажности грунта и оптимальной при уплотнении. Также предусматривают поправку по количеству воды на климатические условия, тип грунта, количество используемого цемента и др. На практике, коэффициент растворения стабилизатора с водой колеблется от 1:250 до 1:1000.
Варианты проведения дорожно-строительных работ
>Проведение дорожных работ возможно с использованием различных вариантов комплектации техники.
Самоходные ресайклеры. С их помощью в течении рабочей смены производят устройство конструктивного слоя из укрепленных грунтов, площадью свыше 5000 м 2 . Обработанную грунтосмесь приготавливают непосредственно на дороге, за один проход. Водный раствор дозируют в ротор, и его расход контролирует бортовой компьютер машины. Распределение цемента производят до прохода ресайклера.
При использовании техногенных грунтов возможно приготовление смеси на специализированных грунтосмесительных или бетоносмесительных установках. Укладку обработанного грунта производят с использованием асфальтоукладчика (наилучшие результаты в плане геометрии) или автогрейдера. Скорость производства работ зависит напрямую от производительности смесительных установок.
Приготовление обработанного грунта также производят с помощью сельскохозяйственных фрез и борон. Заглубление в грунт должно быть выше на 30%, чем расчетная толщина конструктивного слоя. Наилучшие результаты достигаются при использовании горизонтальных навесных фрез с приводом от вала отбора прочности трактора. На практике, скорость производства работ в смену составляет 1000м 2 и более.
