Научные основы обеспечения качества уплотнения глинистых грунтов земляного полотна

Размещено на http://allbest.ru

Научные основы обеспечения качества уплотнения глинистых грунтов земляного полотна

Земляное полотно является одним из основных элементов автомобильной дороги. Конструкции земляного полотна разрабатывают на основе данных о рельефе местности, почвенно-грунтовых, геологических, гидрологических и климатических условиях, руководствуясь типовыми поперечными профилями, технологическими указаниями и нормами.

Конструкция земляного полотна должна сохранять прочность и устойчивость при многократных проездах транспортных средств, воздействиях атмосферы и других природных явлениях.

На протяжении всего срока службы дороги геометрическая форма земляного полотна должна оставаться неизменной. Для повышения прочности земляного полотна из слабых грунтов применяют различные методы укрепления. Это достигается посредством перемешивания грунта с малоактивными вяжущими материалами (зола, молотый шлак, бокситовый шлам и др.), добавками другого грунта и получения оптимальной смеси по зерновому составу.

Возможно укрепление цементом или известью повышающих водостойкость и прочность грунта в несколько раз.

Качество уплотнения грунтов земляного полотна во многом определяет транспортно-эксплуатационные показатели автомобильной дороги в целом. Анализ практики дорожного строительства России показывает, что обеспечение качества уплотнения глинистых грунтов (из которых возводится большинство объектов) в настоящее время осуществляется в основном за счет производственного контроля и управления технологическими процессами.

В то время как в мировой практике еще с 90-х годов прошлого века это делается, в первую очередь, за счет управления на этапах проектирования объекта и технологии. В значительной степени реализации современного подхода мешает отсутствие необходимых данных для проектирования, применение устаревших подходов.

Например, повышенное уплотнение (уплотнение до степени выше требуемой нормами), которое дает весьма ощутимый технический и экономический эффект, практически не предусматривается в проектах. С другой стороны, следует согласиться с мнением многих специалистов (особенно практиков), что в ряде случаев достичь необходимой степени уплотнения глинистых грунтов достаточно сложно или невозможно.

На качество уплотнения насыпей влияют погодные условия, свойства грунтов, характеристики используемых технических средств, соблюдение технологии работ и т. д. Многообразие и сложность взаимодействия этих факторов позволяют утверждать, что наиболее простой и достоверный способ получения необходимых данных для проектирования - статистический анализ результатов уплотнения грунтов в насыпях реальных объектов на определенной территории и обоснование на его основе соответствующих региональных зависимостей

Основной параметр, определяющий устойчивость земляного полотна - степень уплотнения грунта. Действующие нормы коэффициента уплотнения грунта, дифференцированные по дорожно-климатическим зонам, не в полной мере учитывают специфику природно-климатических условий отдельных регионов и требуют уточнения.

Свойства глинистых грунтов (массовое использование которых неизбежно при строительстве дорог) и их поведение имеют существенную зависимость от генезиса и географических условий, поэтому уточнение норм их уплотнения предполагает выполнение исследований на региональном уровне. Повышение качества проектирования автомобильных дорог за счет более обоснованного и полного учета региональных природно-климатических условий особенно валено и актуально в интенсивно осваивающихся, но мало изученных районах страны, таких, например, как Западная Сибирь.

В то же время, реализации регионального подхода при обосновании норм плотности грунта препятствует нерешенность ряда задач исследовательского характера. Так, фактически отсутствует методика регионального нормирования, учитывающая неоднородность строительных свойств грунтов. Недостаточно изучены зависимости характеристик деформируемости, морозного пучения от влажности и плотности для грунтов конкретных регионов. Изменчивость свойств грунтов в пределах дорожно-климатических районов представлена исследованиями, которые требуют дальнейшего развития.

Степень уплотнения грунтов в значительной мере определяет устойчивость земляного полотна, потребительские свойства автомобильной дороги в целом [1], поэтому обоснование соответствующих норм - одна из наиболее актуальных задач дорожной геотехнологии. Действующие нормы уплотнения глинистых грунтов автомобильных дорог не пересматривались уже более 60 лет. За это время значительно изменились нагрузки от транспортных средств, выполнены фундаментальные исследования, позволяющие реализовывать более эффективные способы нормирования (см., например, [2]).

Основываясь на современных представлениях регионального грунтоведения [3, 4], дорожно-климатического районирования [5], предложена методика нормирования степени уплотнения глинистых грунтов земляного полотна автомобильных дорог, учитывающая особенности конкретного региона строительства. При этом в целом сохранена нормативная схема назначения требований по уплотнению [6]: в зависимости от элемента земляного полотна и характера его увлажнения, типа дорожной одежды, дорожно-климатических условий. Предлагаемый подход в максимальной степени учитывает региональные особенностей грунтов (вид, строительные свойства), характер увлажнения земляного полотна и дорожной одежды, экономическую ответственность сооружения. В табл. 1 приведено сопоставление схем нормирования коэффициента уплотнения по СНиП 2.05.02-85* и по предлагаемому методу.

В основу выбора рациональных решений по назначению требуемой величины коэффициента уплотнения грунта при сооружении земляного полотна приняты следующие положения: 1) технически и экономически целесообразно увеличение плотности грунта рабочего слоя земляного полотна; 2) значения плотности в процессе эксплуатации дороги не должны быть меньше «бытовой» плотности; 3) установленные нормы уплотнения должны достигаться с использованием имеющихся уплотняющих средств, без существенного изменения традиционной (нормированной) технологии работ; 4) следует учитывать неоднородность показателей грунтов, климатических воздействий, процессов уплотнения, контроля уплотнения; 5) проектные значения коэффициентов уплотнения не могут быть ниже наименьших значений по СНиП 2.05.02- 85*; 6) следует учитывать заданную надежность сооружения.

В качестве базового рекомендуется принимать минимальное значение K_yiclv), при котором не происходит разуплотнение грунта в процессе эксплуатации дороги (с учетом положений 1 и 4, см. выше), обозначим его K_{yicip ф)}. К_Сфw) - это коэффициент уплотнения фунта, который требуется достичь при строительстве (реконструкции) дороги. Такой подход по существу является реализацией идеи, принятой при нормировании по «бытовой» плотности, но с учетом современных требований к проектным решениям, факта снижения плотности грунта в процессе эксплуатации дороги и региональных грунтовых и природно-климатических условий.

Несмотря на то, что в ряде работ российских и зарубежных ученых подчеркивается высокая эффективность повышения степени уплотнения грунтов земляного полотна, соответствующих технико-экономических обоснований практически нет. Наши исследования [7] показали, что в пределах технически возможной степени уплотнения грунтов земляного полотна, её увеличение экономически целесообразно. С другой стороны, существует физический (технический) предел уплотнения, также возможно значительное разуплотнение в процессе эксплуатации дороги [1].

В результате исследований степени уплотнения грунтов верхнего (рабочего) слоя на реальных объектах установлено, что значения могут достигать 1,098-1,11. При этом каких-либо специальных мероприятий по повышенному уплотнению в проектах не предусматривалось. Т.е. в природно-климатических условиях территории исследования (Западная Сибирь) современные уплотняющие средства и технологии могут обеспечить достаточно высокую степень уплотнения.

уплотнение грунт автомобильный дорога

Таблица 1. Рекомендуемые значения требуемых коэффициентов уплотнения при капитальном и облегченном типах дорожных одежд

Таблица 2. Рекомендуемые значения требуемых коэффициентов уплотнения при переходном типе дорожных одежд

Размещено на Allbest.ru