Страница 4: Методические рекомендации по сооружению земляного полотна автомобильных дорог из грунтов повышенной влажности (46154)

4.19. В связи с агрегированностью структуры грунтов повышенной влажности особое внимание необходимо уделять контролю равномерности уплотнения. При увеличении по мере укатки колееобразования и выдавливания грунта из-под вальцов укатку следует прекращать, так как увеличение числа проходов катка ослабляет естественную структурную прочность грунта.

4.20. Возможность использования катков на пневматических шинах на различных стадиях уплотнения (прикатка, окончательное уплотнение) глинистых грунтов повышенной влажности следует оценивать по условию

                                                            (4.1)

где σср - среднее контактное давление под колесом с пневматической шиной, Па;

 - предел прочности грунта для колеса с пневматической шиной, Па.

Величину  для глинистых грунтов ориентировочно можно определить по эмпирической зависимости

 = (4,8 + 0,44 φw + 0,003 φ2w)Cw,                                    (4.2)

где φw - численная величина угла внутреннего трения;

Сс - сцепление, Па.

4.21. Для суглинков и глин повышенной влажности, у которых угол внутреннего трения обычно изменяется в небольших пределах (5 - 10°), величину  можно определять непосредственно на месте работ с помощью крыльчатки или пенетрометра П-4 /1/. Скорость вдавливания конического наконечника пенетрометра при проведении испытаний должна составлять 1,5 - 2,0 см/с.  рассчитывают по формуле

                                                         (4.3)

где Ркон - максимальное усилие, требуемое на вдавливание конуса пенетрометра с углом при вершине a (град) и высотой h (м), Н.

Величину σср определяют по выражению

                                          (4.4)

где R - наружный радиус шины, м;

q - линейное давление, Па;

V1 и V2 - коэффициенты деформативности соответственно грунтовой поверхности и шины, Па-1.

Р - общая нагрузка на колесо, Н;

В - ширина профиля колеса, м;

Ео - модуль деформации грунта с учетом реальных условий нагружения, Па; в процессе уплотнения при отсутствии других данных допускается принимать Ео = 20 МПа (200 кгс/см2);

Рw - давление воздуха в шине, Па;

D - наружный диаметр шины, м;

Кm - поправочный коэффициент; при давлении в шине менее 0,3 МПа (3 кгс/см2) Кm = 1,3; при давлении 0,4 - 0,7 МПа (4 - 7 кгс/см2) Кm = 1,0 и при давлении 0,8 - 0,9 МПа (8 - 9 кгс/см2) Кw = 0,9.

5. Снижение влажности грунтов просушиванием

5.1. Уменьшение содержания в грунте несвязанной воды может быть достигнуто при естественном испарении (через граничную поверхность грунта), термической обработке, интенсивном виброуплотнении, а также при физико-химическом связывании части свободной воды инертными или активными добавками. Снижение влажности грунтов достигается также в процессе консолидации насыпи или ее основания за счет отжатия свободной поровой воды под действием гидравлического градиента (см. пп. 3.5 - 3,8).

5.2. Для снижения влажности грунтов механическими воздействиями необходимы значительные энергетические затраты. Способы уплотнения грунтов повышенной влажности глубинным вибрированием, вибровакуумированием, гидровиброуплотнением эффективны лишь для песчаных грунтов с содержанием глинистых частиц не более 3 - 5 %.

5.3. Термическое высушивание и обжиг грунтов горячим воздухом или газами требуют значительных расходов топлива, и могут быть применены на особо важных работах в ограниченном объеме. Расчет термической обработки следует проводить в индивидуальном порядке, исходя из затрат тепла на испарение и нагрев грунтовых частиц, а также с учетом теплообмена грунта и влажности воздуха.

5.4. Естественное просушивание грунта происходит путем испарения части свободной воды, заполняющей поры грунта. В результате влажность грунта снижается до допустимых пределов, что облегчает технологическую переработку глинистых грунтов. Естественное просушивание возможно только в сухую погоду /3/.

5.5. Необходимым условием естественного просушивания грунта в слое толщиной h является наличие отрицательного водного баланса:

Wн ± ??W  Wтp,                                                      (5.1)

где Wн - начальная влажность грунта из резерва или выемки;

Wтр - требуемая влажность грунта после просушивания;

DW - изменение влажности грунта за время его просушивания, W = Wоc - Wисп;

Wос - приращение влажности от атмосферных осадков;

Wисп - снижение влажности вследствие испарения.

Влажность выражается в долях единицы.

Изменение влажности ??W в сутки для заданного периода времени определяют по формуле

                                            (5.2)

где Q - масса, поступившей (знак +) или испарившейся (знак -) воды, г;

Т - время поступления или испарения воды, сут.;

V - объем рассматриваемой части слоя грунта, см3;

γоб - плотность грунта при влажности Wн, г/см3.

5.6. При составлении проекта производства работ количество осадков в планируемый период выполнения земляных работ принимают по усредненным метеорологическим данным. Для ориентировочной оценки среднего количества осадков за данный период при известном годовом количестве может быть использован график рис. 8.

Среднюю величину испарения воды из пор грунта слоем h при различной скорости ветра ориентировочно оценивают по графику рис. 9.

5.7. При использовании метода естественного просушивания в конструкции земляного полотна следует предусматривать устройство дренирующего слоя или капилляропрерывающей прослойки для предотвращения притока воды из основания, а также мероприятия, предупреждающие возможность дополнительного увлажнения земляного полотна от поверхностного стока воды с окружающей рабочую площадку территории.

5.8. При использовании метода естественного просушивания грунта толщину технологических слоев при влажности более допустимой и время их просушивания до допустимой влажности ориентировочно можно принимать по табл. 8.

Таблица 8

Рис. 8. Нарастающее количество атмосферных осадков по месяцам (числа на кривых - годовая норма осадков)

Рис. 9. Зависимость величины испарения от влажности воздуха и скорости ветра (при среднесуточной температуре воздуха около 10 °С)

При ежедневном перепахивании слоя грунта рыхлителем или плугом время просушивания сокращается в 1,5 раза, при выпадении осадков оно соответственно увеличивается. Если до начала дождя вся поверхность насыпи будет уплотнена и спланирована с уклонами, коэффициент стока значительно возрастет и переувлажнению с разуплотнением подвергнется лишь верхний слой толщиной 5 - 10 см.

5.9. При применении метода просушивания грунта в резервах грунт повышенной влажности укладывают в валы Треугольного сечении. Грунт в валах ежедневно перемещают экскаватором или бульдозером в целях обеспечения равномерного просушивания. Время просушивания ориентировочно можно рассчитать по формуле (5.2). Толщину слоя, где происходит значительное снижение влажности, можно принять по табл. 8 с коэффициентом 0,5, учитывающим повышенную влажность подстилающих слоев.

При разработке песков, супесей и легких пылеватых суглинков в карьерах и резервах, располагаемых ниже уровня грунтовых вод или в зоне капиллярного водонасыщения, рекомендуется способ естественного просушивания грунта в призмах. Для лучшего просушивания грунта летом и меньшей заносимости снегом зимой призмы грунта располагают большей стороной по направлению господствующих ветров. Откосы призм должны быть тщательно спланированы. Время просушивания грунта в призмах составляет 6 - 12 месяцев (включая зимний период года).

6. Осушение грунтов добавками

6.1. При устройстве земляного полотна из грунтов повышенной влажности для их осушения могут быть применены в качестве неактивных добавок топливные золы, шлаки, отходы горнорудной промышленности. При этом влажность добавок Wg должна быть меньше оптимальной влажности получаемой смеси Wо с исходным грунтом влажностью Wпр.

Требуемое отношение массы сухих добавок к массе влажного грунта n определяют по формуле

                                             (6.1)

где Kс - коэффициент, учитывающий однородность смеси, равный для песков и легких супесей 1,1; для пылеватых и тяжелых супесей, легких суглинков - 1,3; тяжелых суглинков и глин - 1,5.

В случае дополнительного увлажнения смеси атмосферными осадками до ее укладки и уплотнения необходимо вносить соответствующую поправку на увеличение влажности (см. п. 5.5).

6.2. Осушение грунтов повышенной влажности сухими материалами возможно проводить двумя способами: смешением и распределением слоев.

При первом способе вывозка грунта в насыпь ведется одновременно из двух источников (влажного и сухого) с соблюдением установленного соотношения в пересчете на объем в рыхлом виде. Смешение грунтов производится при распределении слоя бульдозером с последующим перепахиванием рыхлителем или плугом. Уплотнение слоя выполняют через 1 - 2 суток после распределения смеси.

Второй способ заключается в распределении грунта повышенной влажности и сухого грунта чередующимися слоями, суммарная масса которых устанавливается с помощью соотношения (6.1.), а толщина каждого слоя по данным опытной укатки - исходя из общих технологических требований. При тщательном выполнении планировки второй способ обеспечивает равномерность уплотнения.

Во всех случаях укладка новых слоев ведется по спланированной поверхности полностью уплотненного нижнего слоя, причем влажность его не должна превышать допустимую.

6.3. Наиболее интенсивное осушение грунта происходит при обработке его активными добавками (известью, цементом, золой уноса, гипсом, безводной кристаллической фосфорной кислотой и др.) и особенно негашеной известью.

6.4. Для осушении активными вяжущими пригодны пылеватые пески и легкие супеси, имеющие Kw в пределах от единицы до 1,7 - 1,5, а также тяжелые и пылеватые суглинки и глины с Kw, равными соответственно 1,6 и 1,4. При указанной влажности грунта для смешения можно применять землеройно-транспортные и смесительные машины.

6.5. Наибольший эффект дает метод обработки грунтов активными добавками при возведении земляного полотна из пылеватых песков, супесей, а также легких суглинков.

Данный метод рекомендуется применять для осушения грунта верхней части земляного полотна в выемках, при возведении невысоких насыпей или для осушения верхнего слоя насыпных площадок. Грунты с кислой реакцией (рН  6) или грунты с большой емкостью поглощения (более 20 - 30 мг/экв на 100 г) лучше обрабатывать негашеной известью, золами уноса, шлакоцементами и фосфатами. В грунтах, обрабатываемых золами уноса, содержание легкорастворимых солей не должно превышать 3 % (по массе грунта) при сульфатном и 5 % при хлоридном засолении.

6.6. Для обработки грунта повышенной влажности рекомендуется применять молотую гидрофобизированную негашеную известь с содержанием СаО и МgО не менее 50 - 60 % (ГОСТ 9179-77 «Известь строительная. Технические условия»). Перед употреблением следует проверять ее активность, особенно после длительного хранения (30 - 40 дней после помола). Негашеную известь с содержанием СаО и МgО менее 25 - 30 % применять экономически нецелесообразно.

6.7. При осушении грунтов цементами наибольший эффект дают цементы с повышенным содержанием СаО. Применение цементов марок ниже 50 не допускается.

6.8. Грунты повышенной влажности можно обрабатывать также активными золами уноса сухого отбора, получаемыми при сгорании в котлах ТЭС различных видов твердого топлива (бурого и каменного угля, торфа, горючих сланцев) с удельной поверхностью не менее 1600 см2/г и количеством свободной окиси кальция не менее 8 %.

6.9. Требуемое количество негашеной извести или золы уноса (в пересчете на чистые СаО и МgО), цемента (портландцемент марки 300) приведено в табл. 9.

Количество товарной негашеной извести или активных зол уноса определяют в зависимости от требуемого количества чистых СаО и МgО и активности материала по формуле

                                                            (6.2)

где N - потребное количество товарной негашеной извести или золы уноса, % массы сухого грунта;

А - требуемое содержание СаО и МgО (см. табл. 9), %.

В - содержание СаО и МgО в товарной негашеной извести или золе уноса, %;

К - коэффициент, учитывающий влияние цементной составляющей золы, К = 1,2 + 4,5. При расчете потребного количества извести принимают К = 1.

6.10. Для осушения грунтов, влажность которых превышает на 4 - 6 % оптимальную, применяют гипс строительный, отвечающий требованиям ГОСТ 125-70 «Гипс строительный».

6.11. Работы по осушению грунтов активными добавками допускается производить до наступления устойчивых отрицательных температур. При периодических заморозках (до - 10 °С) в грунт следует добавлять вещества, понижающие температуру замерзания. Количество их назначают в соответствии с «Техническими указаниями по укреплению глинистых грунтов цементом при отрицательных и пониженных положительных температурах» ВСН 142-68.

Таблица 9