Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Опыт строительства земляного полотна из грунтов повышенной плотности, цель и задачи исследования
1.1. Повышенное уплотнение глинистых грунтов при сооружении земляного полотна 8
1.2. Влияние плотности грунтов земляного полотна на конструкции дорожных одежд в засушливых районах 19
1.3. Зависимость физико-механических свойств глинистых грунтов земляного полотна от их плотности и влажности
1.4. Цель и задачи исследования 27
1.5. Выводы по главе 1 28
Глава 2. Теоретические исследования в области повышенного уплотнения грунтов земляного полотна
2.1. Модель влажностного режима грунтовых резервов 30
2.2. Методика обоснования норм увлажнения глинистых грунтов при сооружении земляного полотна 42
2.3. Обоснование режимов работы катков при повышенном уплотнении глинистых грунтов 46
2.4. Конструкции дорожных одежд на основании из грунтов повышенной плотности 50
2.5. Выводы по главе 2 52
Глава 3. Экспериментальные исследования повышенного уплотнения грунтов при сооружении земляного полотна
3.1. Исследование влажностного режима грунтовых резервов Нижнего Поволжья 54
3.2. Обоснование организационно-технологических параметров устрой ства основания из грунтов повышенной плотности 58
3.3. Экспресс-метод определения влажности грунтов 72
3.4. Строительства опытно-экспериментального участка автомобильной дороги и наблюдение за его состоянием 93
3.5. Выводы по главе 3 109
Глава 4. Рекомендации по строительству оснований дорожных одежд из грунтов повышенной плотности в засушливых районах Нижнего Поволжья
4.1 Основные положения 111
4.2 Расчетная влажность грунтовых резервов 113
4.3. Нормы увлажнения грунтов при сооружении земляного полотна
4.4 Организация и технология производства работ 119
4.5 Контроль качества работ 126
4.6 Выводы по главе 4 129
5. Основные выводы по диссертации .1 31
Список использованной литературы
- Влияние плотности грунтов земляного полотна на конструкции дорожных одежд в засушливых районах
- Методика обоснования норм увлажнения глинистых грунтов при сооружении земляного полотна
- Обоснование организационно-технологических параметров устрой ства основания из грунтов повышенной плотности
- Нормы увлажнения грунтов при сооружении земляного полотна
Влияние плотности грунтов земляного полотна на конструкции дорожных одежд в засушливых районах
Анализ выполненных ранее исследований позволяет сделать заключение, что повышенное уплотнение грунтов, при условии обеспечения их допустимой влажности, возможно достичь различными технологическими приемами (рисунок 1.5). Выбор катков сводится к подбору контактных давлений их рабочих органов, близких к пределу прочности уплотняемого грунта (рисунок 1.6). Рисунок 1.6 – Предел относительной прочности глинистого грунта от коэффициента уплотнения [78].
Достижения Ку = 1,03 возможно статическими катками весом 35 - 40 т. или виброкатками 10 - 12 т. Помимо повышения контактных давлений рабочих органов машин повышенное уплотнение возможно: 1. уменьшением толщины уплотняемого слоя грунта; 2. увеличением числа проходов (ударов) машины по следу; 3. снижением рабочей скорости машины. Снижение толщины уплотняемого слоя можно считать наиболее эффективным, т.к. усиливает влияние более жесткого основания на плотность грунта и вызывает более интенсивное ее нарастание в зависимости от числа воздействий рабочих органов машин. Однако это исключается в случае, когда толщина уплотняемого слоя слишком мала (10 - 12 см и менее). Укатку грунта для достижения высокой плотности рекомендуется вести на скоростях, не превышающих 2,5 - 3 км/ч. При использовании виброкатков рабочие скорости следует поддерживать в Максимальный эффект происходит в тех случаях, когда все технологические приемы используются одновременно (таблица 1.4). Руководство по сооружению земляного полотна автомобильных дорог [91] содержит общие рекомендации пределах 1,5 - 2 км/ч. по возведению дорожного полотна в засушливых районах юга России (IV и V дорожно-климатические зоны). Рекомендации по повышенному уплотнению грунтов в засушливых районах практически отсутствуют.
СНиП 3.06.03-85 [107] и СП 77.13330.2012 [108] регламентируют допустимую влажность грунтов, организацию и технологию земляных работ при коэффициенте уплотнения 0,90-1,00. Специфика дорожных работ при повышенном уплотнении земляного полотна не рассматривается.
Анализ дорожных нормативных документов позволяет сделать следующие выводы: – СНиП 3.06.03-85 [107] и СП 77.13330.2012 [108] не содержат требования к организации и технологии производства работ по сооружению земляно го полотна из грунтов повышенной плотности; – Методические рекомендации [74, 78] регламентируют допустимую влажность грунтов при их уплотнении до Ку=1,0-1,05, требования к произ 17 водству работ носят общий характер. Рекомендации не позволяют обосновать нормы увлажнения грунтов до их допустимой влажности, в зависимости от погодных условий, заблаговременно в резервах и при выполнении земляных работ. Соображения по заблаговременной подготовке резервов к их разработке и оптимальные сроки производства земляных работ носят общий характер, не учитывают динамику изменения влажности грунтов естественного залегания. Рекомендации по уплотнению грунтов разработаны преимущественно для статических катков. Длина захватки определяется только составом катков, не зависит от интенсивности просыхания грунтов в уплотняемом слое насыпи. Отсутствуют методика оперативного контроля влажности грунтов при их уплотнении в насыпи.
Сиденко В.М., Батраков ОТ., Покутнев Ю.А. разработали конструкции дорожных одежд и технологию повышенного уплотнения глинистых грунтов для региональных условий Юга СССР [99-101]. Для строительства дорожных одежд с регулируемым водно-тепловым режимом рекомендуется обеспечить повышенные значения коэффициента уплотнения (таблица 1.5). Уплотнять грунты следует при пониженных влажностях (0,55-0,56Wт) катками большой массы на пневмошинах. При этом рекомендуется снижение толщины слоя уплотняемого грунта, увеличение числа проходов катков и уменьшение ско рости.
Методика обоснования норм увлажнения глинистых грунтов при сооружении земляного полотна
Проектирование конструкций дорожных одежд из местных каменных материалов (щебня М300-400) на грунтовом основании из супесей и суглинков повышенной плотности выполнено для условий IV-V ДКЗ для 1-го типа местности по условиям увлажнения. В основании дорожной одежды использованы местные щебни Липкинского и Зимовского месторождений и отсевы их дробления. Для снижения транспортных затрат на перевозку песка, предложена его замена на геотекстиль АГМ (местного производства АО «ВАТИ»), который успешно прошел производственную проверку на дорожных объектах Волгоградской области. Расчет дорожных одежд выполнен с помощью компьютерной программы «Радон 2.1». Конструкции дорожной одежды с асфальтобетонным покрытием для дорог IV технической категории приведены в таблице 2.7
Результаты расчетов дорожных одежд показывают, что максимальный эффект от повышения плотности грунтов наблюдается для насыпей из суглинков легких и тяжелых при замене песчаного дренирующего слоя на геотекстиль или отсев щебня Липкинского карьера. При этом наблюдается снижение толщины основания из фракционированного щебня до 17% (конструкции №1 и №3). Разработанные конструкции дорожных одежд рекомендуется использовать на автомобильных дорогах IV технической категории в засушливых района Заволжья.
1. Разработана модель влажностного режима грунтов в резервах и карьерах, основанная на методе гидролого-климатическких расчетов, которая позволяет рассчитать относительную влажность глинистых почво-грунтов в резервах в пределах деятельного слоя 2,0 м по данным наблюдений агрометеослужбы за осадками, температурой и дефицитом влажности воздуха. Максимальная ошибка расчета не превышает пределы доверительного интервала с надежностью Р = 95 %.
2. На основе полевых исследований, выполненных в ходе строительства опытно-экспериментального участка автомобильной дороги в засушливом районе Заволжья, усовершенствована методика расчета норм дополнительного увлажнения глинистых грунтов при сооружении земляного полотна. Предложена зависимость (2.32) расчета нормы увлажнения грунтов с учетом их типа, коэффициента уплотнения и климатических условий производства работ.
3. На основе анализа ранее выполненных исследований и опытно-экспериментальных работ автора подтверждена возможность повышенного уплотнения глинистых грунтов до Ку=1,10 при 30 проходах катка по следу. Однородность уплотнения при этом повышается в 3 раза. Установлено, что с увеличением глинистых частиц в грунте его склонность к повышенному уплотнению повышается. Поэтому, при сооружении земляного полотна из переуплотненных грунтов предпочтительно использовать суглинки и суглинки легкие.
4. Разработаны конструкции дорожных одежд из местных материалов на грунтовом основании повышенной плотности (таблица 2.7). Установлено, что повышенное уплотнения суглинков более эффективно, чем супесей. Модуль упругости грунтового основания повышается с 66-88 МПа до 106 Мпа, что позволяет снизить толщину основания из щебня до 17%. Максимальный эффект от повышения плотности грунтов наблюдается для насыпей из суглинков легких и тяжелых при замене песчаного дренирующего слоя на геотекстиль (типа Дорнит или АГМ) или отсевы дробления местного щебня Липкинского карьера.
Обоснование организационно-технологических параметров устрой ства основания из грунтов повышенной плотности
В качестве мероприятий при сооружении земляного полотна в засушливых районах можно отнести: оптимальные сроки производства работ без допол нительного увлажнения грунтов и работы позволяющие повысить влажности грунтов при сооружении насыпей или в резервах.
В районах, с хроническим дефицитом влаги в грунте, эффективно сооружать насыпи в период, когда естественная влажность грунта близка оптимальной. Наилучшим периодом является весенний (май-июнь – в IV зоне, апрель-май – в V зоне), а также начало осени (сентябрь-октябрь – в IV, сентябрь-ноябрь - в V зоне).
Дополнительной увлажнение грунта при сооружении земляного полотна в засушливых районах рекомендуется выполнять: - заблаговременно в грунтовых карьерах или резервах, при подготовке их к разработке; - увлажнение грунта до требуемой влажности при его разработке в резерве и уплотнении в теле земляного полотна.
Заблаговременную подготовку грунтовых карьеров или резервов целесообразно выполнять в предшествующий осенне-зимний период, с целью максимального увлажнения грунтового массива атмосферными осадками в виде дождя и снега. При выборе карьеров, предпочтение следует отдавать суглинкам, которые в меньшей степени подвержены естественному просыханию, сравнительно легко разрабатываются и легко уплотняются в насыпи. Подготовку карьеров следует выполнять в районах, где естественная влажность грунтов в весенне-летний период снижается менее оптимальной. Исследования И.Е.Евгеньева [42, 78, 80, 91], В.М.Сиденко [99-100 ], О.Т.Батракова [54], А.М.Каменева [58, 75], Ю.М.Костельова [66, 67], Ю.М.Васильев [25, 29], В.А.Семенова [97], Л.И.Самойловой [92], А.Д.Каюмова [61-63] и др. позволяют рекомендовать следующие мероприятия.
При влажности грунта менее допустимой рекомендуется: — выполнять земляные работы в зимне-весенний период, особенно в районах, где мало осадков и промерзание незначительное; — для сохранения естественной влаги в грунте его разрыхлять на глубину 15-20 см в осенний период на участках местности, отведенных для разработки резервов, а весной, когда влажность достигнет максимума, выполнять боронование и прикатку грунтовой поверхности легким катком; — уплотнять грунт немедленно после отсыпки, не растягивая фронт работ и исключая пересыхание грунта; — в районах со стабильно низкой естественной влажностью грунтов и незначительной глубиной их весеннего промачивания (до 0,3-0,4 м) важно дополнительное влагонакопление в резервах, за счет атмосферных осадков, выпадающих в холодный период года. Для этого перед наступлением холодов поверхность резервов рыхлят или вспахивают. Глубина рыхления супесей пылеватых, суглинков, глин должна соответствовать проектной глубине резерва (не менее 0,5-0,6 м). Для супесей легких и песков пылеватых глубина рыхления должна быть не менее 0,3-0,4 м; — в районах, где атмосферные осенние и весенние осадки не промачивают резервы на глубину их разработки, рекомендуется задержание снега в виде валиков, с помощью снегособирателей (снегопахов). Снежные валики следует располагать поперек господствующего направления ветров в зимний период. Рекомендуемое расстояние между валиками 6-10 м; — пески пылеватые и супеси легкие могут быть увлажнены в отсыпаемой насыпи за счет накопления в зимний период атмосферной влаги. В этом случае уплотнение верхнего слоя насыпи выполняется после дождливого периода и просыхания грунта до оптимальной влажности. Для повышения впитывания осадков, выпадающих в холодное время года, поперечное сечение верха насыпи должно быть горизонтальным, а вдоль бровок дорож 64 ного полотна необходимо устраивать валики высотой 0,15-0,20 м и шириной 0,25-0,3 м. Движение автотранспорта и машин по рыхлой насыпи не допускается. Указанный способ доувлажнения грунтов возможен в равнинной местности на участках с продольными уклонами до 20.
Увлажнять пески пылеватые, супеси следует в насыпи, после отсыпки слоя необходимой толщины. Суглинки, для которых характерно медленное впитывание воды, увлажняют в резервах. Для исключения стекания воды за пределы насыпи или резерва следует устраивать грунтовые валики по периметру увлажняемой поверхности. Розлив воды по грунту рекомендуется производить в вечернее время, когда температура воздуха снижается.
Разрабатывать увлажненный в резерве грунт следует после просачивания воды на всю глубину слоя, предусмотренного к отсыпки насыпи. Время про-мачивания определяется опытным путем.
Для снижения расхода воды на испарение при искусственном увлажнении грунта фронт работ должен быть минимальным. Для увлажнения грунта применяют поливомоечные машины, типа КО-829Б1-11-11. Розлив производится равномерно по площади за несколько приемов. Для повышения равномерности и скорости увлажнения грунта перед его поливом водой целесообразно рыхление поверхности резерва.
Отсыпку и уплотнение насыпей ведут послойно. При уплотнении грунта до коэффициента 1,05-1,10 требуемая толщина уплотняемого слоя снижается в 1,5-1,8 раза, число проходов катков увеличивается в 1,5-2 раза с соответствующим снижением их производительности. Количество проходов катка по одному следу определяется пробной укаткой.
Вследствие начальной неоднородности грунта по степени увлажнения (при укладке в земляное полотно) просыхание отдельных объемов уложенного грунтового слоя до допустимой (оптимальной) влажности растянуто во времени, происходит по поверхности грунтового слоя неодинаково. В связи с этим «проработку» всего отсыпанного грунта уплотняющими нагрузками при оптимальной влажности необходимо организовать работы таким обра 65 зом, чтобы отдельные участки грунтовой поверхности уплотнялись по мере их просыхания.
В отличие от традиционной технологии [109, 110, 114, 115] предлагается схема комплексного уплотнения грунта по мере его просыхания до оптимальной влажности отдельными объемами. Комплексное уплотнение предполагает укатку грунта катком совмещать с работой автосамосвалов и скреперов. Однородность уплотнения грунта повышается не менее чем в 2 раза (таблица 3.4).
Нормы увлажнения грунтов при сооружении земляного полотна
При выборе средств механизации, обосновании технологии и организации работ по сооружению насыпей с повышенной плотностью следует руководствоваться требованиями СП 78.13330.2012, «Методических рекомендаций по уточнению норм плотности грунтов насыпей автомобильных дорог в различных региональных условиях (Союздорнии, М.,1988г), «Руководства по сооружению земляного полотна автомобильных дорог» (Минтрансстрой . М., 1982).
Сооружение полотна с повышенной плотностью включает: — срезка растительного слоя с поверхности основания насыпи и резервов; — при недостаточной высоте насыпи уплотнение его основания; — разработку и перемещение грунта из резерва в насыпь; — разравнивание грунта слоями требуемой толщины и их уплотнение; — устройство пароизоляционного слоя (при необходимости). Указанные рабочие процессы производят при отсыпке насыпей из боковых и сосредоточенных резервов.
В наиболее засушливых районах, с хроническим дефицитом влаги в грунте, эффективно сооружать насыпи в период, когда естественная влажность грунта близка оптимальной. Наилучшим периодом является весенний (май-июнь - в IV зоне, апрель-май - в V зоне), а также начало осени (сентябрь-октябрь - в IV, сентябрь-ноябрь - в V зоне).
Для отсыпки насыпей из боковых резервов применяют бульдозеры, скреперы. Толщину отсыпаемых слоев следует выбирать с учетом уплотняющей способности катков и требуемого коэффициента уплотнения. При производстве земляных работ важно обеспечить: — допустимую влажность грунтов до завершения процесса повышенного уплотнения; — организацию и технологию уплотнения грунта путем рационального комплектования звена дорожных катков, соблюдения требований к толщине послойной отсыпки земляного полотна, обеспечения необходимого количества проходов катков и времени их уплотнения.
При влажности грунта менее допустимой (таблица 4.1) рекомендуется: — выполнять земляные работы в зимне-весенний период, особенно в районах, где мало осадков и промерзание незначительное; — для сохранения естественной влаги в грунте его разрыхлять на глубину 15-20 см в осенний период на участках местности, отведенных для разработки резервов, а весной, когда влажность достигнет максимума, выполнять боронование и прикатку грунтовой поверхности легким катком; — уплотнять грунт немедленно после отсыпки, не растягивая фронт работ и не допуская пересыхания грунта; — в районах с низкой естественной влажностью почво-грунтов и малой глубиной их осенне-весеннего промачивания (до 0,3-0,4 м) целесообразно обеспечивать дополнительное влагонакопление в резервах, подлежащих разработке, за счет осадков, выпадающих в холодный период года. Для этого, перед наступлением холодного периода, поверхность резервов рыхлят или вспахивают. Глубина рыхления для супесей пылеватых, суглинков и глин должна соответствовать проектной глубине резерва но не менее 0,5-0,6 м. Для супесей легких и песков пылеватых глубина рыхления должна быть более 0,3-0,4 м; — в районах, где осадки осенне-весеннего периодов не промачивают резервы на их проектную глубину, рекомендуется задержание снега в виде снеж ных валиков, созданных снегособирателями (снегопахами). Снежные ва лики располагают через 6-10 м, поперек господствующего зимнего направления ветров; — пески пылеватые и супеси легкие могут быть увлажнены непосредствен но в насыпи за счет зимнего накопления осадков. Уплотнение верхнего слоя насыпи выполняется после дождливого периода и просыхания грун тов до оптимальной влажности. Для повышения впитывания осадков, вы падающих в холодное время, поверхность насыпи в поперечном сечении должна быть горизонтальной, а вдоль бровок полотна следует устраивать грунтовые валики высотой 0,15-0,20 м и шириной 0,25-0,3 м. Не допус кается движение транспорта и машин по рыхлой насыпи. Указанный спо соб влагонакопления возможен на равнинных участках местности с про дольными уклонами до 20.
Для дополнительного увлажнения грунта можно использовать пресную или минерализованную воду. Увлажнять пески пылеватые, супеси следует после отсыпки слоя необходимой толщины в насыпь. Суглинки, для которых характерно медленное впитывание воды, увлажняют в резервах. Для исключения стекания воды за пределы насыпи или резерва следует устраивать грунтовые валики по периметру увлажняемой поверхности. Розлив воды по грунту рекомендуется производить в вечернее время, когда температура воздуха снижается.
Разрабатывать увлажненный в резерве грунт следует после просачивания воды на всю глубину слоя, предусмотренного к отсыпки насыпи. Время между поливом грунта водой и его разработкой в резервах определяют опытным путем.
Для снижения расхода воды на испарение при искусственном увлажнении грунта фронт работ должен быть минимальным. Для увлажнения грунта применяют поливомоечные машины, типа КО-829Б1-11-11. Розлив произво 122 дится равномерно по площади за несколько приемов. Для повышения равномерности и скорости увлажнения грунта перед его поливом водой целесообразно рыхление поверхности резерва.
Отсыпку и уплотнение насыпей ведут послойно. При уплотнении грун та до коэффициента 1,05-1,10 требуемая толщина уплотняемого слоя снижа ется в 1,5-1,8 раза, число проходов катков увеличивается в 1,5-2 раза с соот ветствующим снижением их производительности. Ориентировочное количество проходов катка по одному следу и толщину слоев в плотном теле назначают в зависимости от типа уплотняющих машин и требуемой плотно сти грунта (табл.4.5). Количество проходов следует уточнять при пробной укатке.