Справочная энциклопедия дорожника (том I) Строительство и реконструкция автомобильных дорог. Под ред. Васильева А.П

Подождите немного. Документ загружается.

перехвата подземных вод и осушения грунта на разрабатываемых горизонтах выемки.

При разработке в сосредоточенных карьерах и резервах грунтов повышенной влажности необходимо

составить проект производства работ с указанием последовательности разработки грунта в карьере, устройства

временного и постоянного водоотвода, мест для складирования грунта в бурты, транспортной схемы движения

построечной техники.

В процессе подготовительных работ производятся сопоставления фактических показателей физических

свойств грунта с проектными, их оценка, то есть устанавливаются классификационные показатели грунтов, их

изменение по горизонтам, оптимальная влажность и максимальная плотность, коэффициент увлажнения,

достигаемая плотность при этом коэффициенте.

В период подготовки устраиваются забои, выполняется требуемый объём вскрышных работ, отводятся

места для складирования грунта вскрыши, устраиваются временный и постоянный водоотводы. На карьерной

площадке определяются места заезда и выезда автомобильного транспорта и техники.

Плодородный слой почвы следует снимать только в весенне-летний период после оттаивания и схода

снегового покрова с площадей, отводимых под земляное полотно и соответствующих ширине выемок поверху с

учётом размещения водоотводных сооружений.

Разработку грунтов повышенной влажности осуществляют, как правило, экскаваторами с транспортировкой

автосамосвалами. При благоприятных климатических условиях допускается выполнять экскавацию в отвал с

последующей погрузкой в транспортные средства, например, фронтальным погрузчиком.

Если по условиям рельефа полосы отвода и водоотвода имеется возможность использовать притрассовые

резервы, рекомендуется применять:

бульдозер для предварительного рыхления и сооружения насыпей высотой до 1,5-2,0 м;

скрепер при дальности транспортировки до 2 км;

экскаватор с погрузкой в автомобили-самосвалы при дальности возки более 2 км.

Разработку грунтов повышенной влажности бульдозерами рационально производить по гребенчатой схеме,

оставляя перемычки шириной 1,0-1,5 м. Грунт в насыпи в этих условиях также распределяется полосами,

между которыми образуются промежутки шириной 0,5-1,0 м. Они заполняются повторными проходами

непосредственно перед подготовкой захватки к уплотнению. Указанные приёмы ускоряют высушивание

грунта.

Производительность бульдозеров при повышении влажности глинистых грунтов уменьшается вследствие

снижения сцепления и прилипания грунта к отвалу (увеличение призмы волочения). При работе с такими

грунтами применяют гидрофобизируюшие смазки и покрытия рабочей поверхности отвалов. Оценка

фактической производительности работы этих машин позволяет внести корректировку в технологию и

использование другой техники.

При сооружении насыпей путём экскавации и автотранспортной возки отсыпку глинистого грунтa

повышенной влажности необходимо выполнять на спланированное и уплотнённое основание с поперечными

уклонами, обеспечивающими сток воды в случае выпадения дождя. Подготовленное к сооружению земляного

полотна основание должно быть до окончания смены полностью перекрыто отсыпаемым грунтом с

уплотнением.

Распределение нижних слоев земляного полотна толщиной, устанавливаемой в процессе пробной отсыпки и

уплотнения, рекомендуется осуществлять по схеме «от себя» с применением бульдозеров, равномерно

распределяя и разравнивая грунт по всей ширине земляного полотна, прикатывая его гусеницами и раздавливая

крупные комья при движении задним ходом. Последующие слои из грунта повышенной влажности отсыпают

на уплотнённый и спланированный нижний слой по схеме продольной возки. При этом необходимо установить

расстояние между буртами отсыпаемого грунта в зависимости от грузоподъемности автомобилей-самосвалов и

длины захватки на каждой полосе земляного полотна. Скорость движения по ранее уложенному и

уплотнённому грунту ограничивается, обеспечивается равномерное и безопасное движение транспорта по

возведённому земляному полотну.

Разработку грунта повышенной влажности в выемках или притрассовых карьерах и перемещение его в

насыпь или кавальер на расстояние 100-600 м допускается выполнять прицепными скреперами; на расстояние

600-3000 м - полуприцепными и самоходными машинами. При этом прицепными скреперами с гусеничной

тягой возможно разрабатывать супеси тяжёлые пылеватые, суглинки лёгкие и лёгкие пылеватые с

коэффициентом увлажнения не более 1,3-1,35. Тяжёлые пылеватые глины с коэффициентом увлажнения не

более 1,2-1,25 рекомендуется разрабатывать самоходными скреперами. При этом значение коэффициента

увлажнения, равное 1,25, относится к глинам жирным и песчанистым. В каждом конкретном случае

необходимо осуществлять опробование заложенной в проекте технологии и вносить соответствующие

коррективы.

Разработка грунтов повышенной влажности скреперами выполняется с использованием толкачей на

гусеничном ходу, количество которых устанавливается исходя из одного толкача на 3-4 скреперные машины.

Производительность скреперов существенно снижается при повышении влажности глинистых грунтов.

Основными причинами снижения являются повышенная липкость грунта, ухудшение проходимости машин

вследствие усиления колееобразования, ухудшение условий зарезания, загрузки и выгрузки грунта. Уменьшить

влияние этих факторов можно путём гидрофобизирующей смазки внутренней поверхности ковша, снижением

давления в шинах до (2,5-3,0)10

Па, более эффективным использованием толкачей, организацией раздельного

движения скреперных машин (с грунтом и порожних).

Разработка грунтов повышенной влажности в выемках или притрассовых карьерах при расстоянии

перемещения свыше 500 м для всех типов грунтов целесообразно выполнять экскаватором с транспортировкой

грунта автомобилями-самосвалами. Выбор ведущей землеройной машины (скрепер или экскаватор)

осуществляют на основе технико-экономического обоснования с учётом снижения их производительности и

целесообразности использования.

При выборе в качестве ведущей машины экскаваторов рекомендуется учитывать, что экскаватором

целесообразно разрабатывать пески пылеватые; супеси лёгкие крупные с коэффициентом увлажнения не более

1,6; супеси лёгкие пылеватые с коэффициентом увлажнения не более 1,35; супеси тяжёлые пылеватые,

суглинки лёгкие и лёгкие пылеватые с коэффициентом увлажнения не более 1,30.

Для разработки грунтов повышенной влажности, представленных суглинками тяжёлыми и тяжёлыми

пылеватыми, глинами с коэффициентом увлажнения не более 1,25-1,27 рекомендуется использовать

экскаваторы, оборудованные ковшами в виде прямой или обратной лопаты и гидравлическим управлением.

Перемещение грунта при продольной отсыпке целесообразно осуществлять тяжёлыми бульдозерами. Чтобы

предотвратить образование колей и других видов деформаций после прохода автогрейдера, необходимо

провести разравнивание и прикатывание слоя грунта бульдозером.

Уплотнять грунт следует послойно, устанавливая толщину слоев и количество проходов пробной укаткой

в зависимости от влажности грунта (коэффициента увлажнения), достигнутой плотности основания или

нижележащих слоев, массы и типа катка (по вальцу).

Уплотнение грунтов повышенной влажности выполняют, используя кулачковые и гладковальцовые

виброкатки массой 8-17 т. Отсыпанный и сформированный слой прикатывают гусеницами бульдозера и

сначала уплотняют лёгким или средним гладковальцовым катком без включённого вибратора. Схема движения

этих и последующих машин - челночная. Скорость движения подбирается таким образом, чтобы в

максимальной степени исключить валики выпирания грунта перед передним вальцом. После указанной

операции начинают уплотнять тяжёлыми самоходными виброкатками с кулачковой поверхностью вальца.

Кулачки имеют игольчатую или изогнутую конфигурацию. Уплотнение тяжёлыми кулачковыми катками

начинают без вибрационного воздействия с последующим включением вибратора требуемых параметров и

скорости, указанных в паспорте для используемых уплотняющих средств при уплотнении глинистых грунтов

повышенной влажности. Пробным уплотнением устанавливают расчётную толщину слоя грунта повышенной

влажности, количество проходов по одному следу, ширину перекрытия смежных следов, а также достигаемую

фактическую степень уплотнения данного грунта с естественной влажностью не менее оптимальной, и

равномерность её распределения по ширине и глубине слоя.

Особое внимание обращают на уплотнение прибровочной части, которую сначала тщательно прикатывают

гусеницами бульдозеров и лёгкими катками массой 4-6 т, а затем уплотняют тяжёлыми катками.

При уплотнении песчаного вышележащего слоя (например, дренирующего или технологического)

виброкатками необходимо стремиться доуплотнять нижний слой из глинистых грунтов повышенной

влажности, в том числе и в прибровочной части. С этой целью толщину уплотняемого слоя песка назначают на

основе результатов пробного уплотнения композитного слоя: песок + грунт повышенной влажности. В этих

случаях рекомендуется устройство разделительных прослоек из нетканых материалов.

В процессе сооружения земляного полотна из грунта повышенной влажности, начиная со стадии

подготовительных работ, осуществляют комплексный геотехнический контроль: проверяют состав и

состояние грунта в карьерах и резервах, наличие и состояние водоотвода в местах разработки грунта и на

трассе строящейся дороги, качество разбивочных работ, состояние грунта в основании земляного полотна.

Кроме геотехнического, требуется выполнять непрерывный входной и операционный контроль на стадиях

разработки грунта, отсыпки грунта повышенной влажности, его разравнивания, уплотнения и планировки.

Перед отсыпкой морозозащитного слоя контролируют плотность и влажность грунта рабочего слоя

земляного полотна, поперечные уклоны, ровность поверхности, состояние обочин и откосов, качество укладки

геотекстильной прослойки или геосетки.

Осушение. При необходимости использования глинистых грунтов повышенной влажности проектом, в том

числе проектом производства работ, должны быть предусмотрены мероприятия по их возможному осушению и

доведению влажности до допустимых значений следующими способами:

естественным просушиванием грунта в летний и осенний периоды;

осушением грунта неактивными добавками;

введением активных добавок (сланцевых зол, активных зол уноса, негашёной извести, цемента);

использованием конструктивных решений в виде дренажей, дренажных прорезей, вертикальных и

горизонтальных дрен.

Выбор способа осушения осуществляют и корректируют в зависимости от конкретных климатических

условий, сезона строительства, обеспечения соответствующими добавками, типа глинистого грунта,

коэффициента его увлажнения, толщины слоя осушения в конструкции земляного полотна, экономических и

технологических факторов, характера земляных работ (новое строительство, реконструкция, ремонт).

Возможность естественного (радиационного) просушивания грунта повышенной влажности устанавливают

непосредственно при их разработке в карьере, резерве, выемке, при сооружении насыпей в условиях отсыпки.

Если климатические условия (температура, ветер, отсутствие атмосферных осадков) являются стабильными,

решение о подсушке грунта на конкретном участке принимается на основе результатов лабораторных

определений влажности, достигаемой при этом плотности после просушивания и времени просушивания.

Естественное просушивание включает подсушивание грунта в забое, например, при работе экскаватора в

отвал и создание запасов подсушенного грунта перед его погрузкой в автотранспорт; распределение грунта при

сооружении насыпи тонкими слоями (толщиной не более 30 см); устройство технологических перерывов между

укладкой, распределением грунта и его уплотнением. При естественном подсушивании грунта в

технологический цикл включают разработку грунта выемок экскаваторами с его погрузкой в автомобильный

транспорт.

При использовании метода естественного просушивания в земляном полотне низких насыпей или выемок

рекомендуется предусматривать устройство дренирующего слоя или капилляропрерывающей прослойки для

предотвращения притока воды из основания, а также использовать мероприятия, предупреждающие

возможность дополнительного увлажнения земляного полотна от поверхностного стока воды с прилегающей

территории.

При использовании метода естественного просушивания грунта при влажности более допустимой толщину

технологических слоев и время их просушивания до допустимой влажности ориентировочно можно принимать

по табл. 9.14.

Т а б л и ц а 9 . 1 4

Грунт

Толщина слоя в

рыхлом состоянии, см

Время просушивания грунта, сут, при

t = 15-20°C и влажности 60-80 %

Пески, супеси лёгкие 35 2

Супесь пылеватая, суглинок лёгкий 30 3

Супесь тяжёлая пылеватая, суглинок лёгкий

пылеватый, суглинок тяжёлый, глина

песчанистая

23 5

Суглинок тяжёлый пылеватый, глина

пылеватая

17 7

При ежедневном перепахивании слоя грунта рыхлителем или плугом время просушивания сокращается в

1,5 раза. При выпадении осадков время просушивания соответственно увеличивается. Если до начала дождя вся

поверхность насыпи будет уплотнена и спланирована с требуемыми уклонами, коэффициент стока значительно

возрастает и дополнительному насыщению и увлажнению с разуплотнением подвергнется лишь верхний слой

толщиной 5-10 см.

При использовании метода радиационного просушивания в резервах грунт повышенной влажности

укладывают в валы треугольного сечения. Грунт в валах ежедневно перемещают экскаватором или

бульдозером для равномерного просушивания. Толщину слоя, где происходит значительное снижение

влажности, можно принять по табл. 9.14 с коэффициентом 0,5, учитывающим повышенную влажность

подстилающих слоев.

При разработке песков, супесей и лёгких 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.

Для осушения грунта неактивными добавками применяют топливные золы, шлаки, отходы горнорудной

промышленности. Влажность таких добавок (W

) должна быть меньше оптимальной влажности (W

)

получаемой смеси с используемым грунтом повышенной влажности. Требуемое отношение массы сухих

добавок к массе влажного грунта определяют по формуле:

 





Дe

eДО

WWW

где (9.8)

- коэффициент, учитывающий однородность смеси: К

= 1,1 для песков и лёгких супесей; К

= 1,3 для

суглинков пылеватых тяжёлых и тяжёлых пылеватых; К

= 1,5 для суглинков тяжёлых и глин;

- естественная влажность.

Осушение грунтов повышенной влажности сухими материалами (добавками) рекомендуется осуществлять

смешиванием на месте с отсыпкой грунта повышенной влажности и сухого из двух источников или путём

чередования слоев грунта повышенной влажности и осушающей добавки. Общая толщина таких слоев

устанавливается по приведённой выше формуле, но ориентировочно толщина сухих слоев должна быть не

менее 0,5 м. Окончательные параметры смешения устанавливаются пробным путем.

Осушение грунта активными добавками (негашёной известью, цементом, золами уноса, безводной

кристаллической фосфорной кислотой, фосфогипсом и другими материалами и отходами промышленности) не

только снижает влажность получаемых смесей до допустимых значений, обеспечивающих требуемую

плотность, но и улучшает показатели их физико-механических свойств. Наибольший эффект может быть

получен при обработке грунтов, представленных пылеватыми песками, супесями, лёгкими суглинками.

Указанный метод рекомендуется использовать прежде всего для осушения грунтов повышенной влажности,

использованных в верхней части насыпей или залегающих в рабочем слое выемок. Кроме того, целесообразно

применять осушение или улучшение глинистых грунтов повышенной влажности, которые согласно проекту

укладываются на отдельных горизонтах насыпей, с целью обеспечения устойчивости и стабильности дорожной

конструкции в целом.

Грунты с кислой реакцией (рН  6) или с большой ёмкостью поглощения (более 20-30 мг/экв на 100 т)

целесообразно обрабатывать негашёной известью, золами уноса, шлакоцементами и фосфатами. При этом в

грунтах, обрабатываемых золами уноса, содержание легкорастворимых солей не должно превышать 3 % от

массы грунта при сульфатном засолении и 5 % - при хлористом.

Для обработки грунтов повышенной влажности рекомендуется применять молотую гидрофобизированную

негашёную известь с содержанием окисей кальция и магния (СаО и MgO) не менее 50-60 % (ГОСТ 9179-77).

Перед применением необходимо проверить её активность, особенно после длительного хранения (30-40 сут

после помола). Негашёную известь с содержанием СаО и MgO менее 25-30 % применять экономически

нецелесообразно.

При осушении грунтов повышенной влажности цементами наибольший эффект дают цементы с

повышенным содержанием СаО. Применение цементов марок ниже 50 не допускается.

Активные золы должны иметь удельную поверхность не менее 1600 см

/г и количество свободной окиси

кальция не менее 8 %.

Требуемое количество Д, % негашёной извести или золы уноса (в пересчёте на свободные СаО и MgO)

определяют в зависимости от содержания чистых окисей кальция и магния (СаО и MgO) и активности

материала по формуле:

100





где (9.9)

А - требуемое количество СаО и MgO;

В - содержание свободных СаО и MgO в извести или золе уноса, %;

k - коэффициент, равный для зол уноса 1,2; для сланцевых зол 1,5; для извести 1,0.

Требуемое ориентировочное количество СаО и MgO приведено в табл. 9.15.

Т а б л и ц а 9 . 1 5

Грунт

Степень увлажнения грунта К

увл

, не

более

Расход минерального

материала

извести золы уноса

Супесь 1,0 2/7 8/27

Суглинок лёгкий и лёгкий

пылеватый

1,25-1,30 3/10 10/34

Суглинок тяжёлый пылеватый и

глина

1,20-1,27 4/14 13/40

П р и м е ч а н и е . В числителе приведён ориентировочный расход в %, в знаменателе - в кг/м

Количество портландцемента марки М 300 принимают для лёгких суглинков и песков при коэффициенте

увлажнения К

увл

 1,35 - 3-4 %; для суглинков лёгких при К

увл

 1,35-1,4 - 3-5 %; для суглинков тяжёлых и

пылеватых при К

увл

 1,30 - 5-6 %; для глин при К

увл

 1,25 - 5-8 %. В случае использования цементов низких

марок их количество рекомендуется соответственно увеличить в 1,1-1,3 раза.

Для осушения и улучшения грунтов повышенной влажности, превышающей на 4-6 % оптимальную

влажность, рекомендуется использовать строительный гипс, отвечающий требованиям ГОСТ 125-79.

Работы по осушению грунтов активными добавками, в том числе при необходимости специальными

химическими добавками, допускается производить до установления устойчивых отрицательных температур

наружного воздуха. В проекте производства работ необходимо отразить принятый метод осушения и

улучшения грунтов повышенной влажности на данном горизонте конструкции, рекомендуемый тип добавок,

технологию производства работ и основные машины, используемые на операциях по введению добавок,

распределению грунта и уплотнению сформированных смесей.

Технология осушения и обработки грунтов повышенной влажности включает следующие операции:

профилирование отсыпанного (или разрыхлённого, например, в рабочем слое выемок) грунта требуемого

слоя;

распределение химической добавки;

перемешивание смеси и её уплотнение.

Порошкообразные известь, золу уноса и цемент транспортируют цементовозами и цементовозами-

распределителями. Распределение нормированного количества добавок осуществляют по всей поверхности

сформированного слоя на данном горизонте земляного полотна согласно нормам ввода; одним из вариантов

является использование туковых сеялок.

Перемешивание производят дорожными фрезами типа ДС-74 за два прохода по одному следу,

профилировщиком типа ДС-161, грунтосмесительной машиной типа ДС-162 комплекта ДС-160, тяжёлым

автогрейдером. При отсутствии указанной техники возможно применение сельскохозяйственных борон и

дисковых культиваторов в сцепе с гусеничными тракторами, выполняющими 4-5 проходов по одному следу на

глубину 0,1 м. Для обеспечения более равномерного перемешивания смесей в процессе их уплотнения

рекомендуются самоходные кулачковые катки, движущиеся со скоростью 10-12 км/час.

Уплотнение смеси грунта повышенной влажности с известью или золой уноса выполняют катками с

комбинированными вальцами через 3-4 ч после окончания перемешивания смеси.

Для осушения и ускорения консолидации насыпей из грунтов повышенной влажности при

соответствующем технико-экономическом обосновании рекомендуется устраивать горизонтальные

дренирующие слои или вертикальные дрены, а также комбинированные конструкции из песка с

коэффициентом фильтрации не менее 2 м/сут. Толщина горизонтальных дренирующих слоев по условию

поглощения воды из грунтов повышенной влажности, а также с учётом проходимости по ним в процессе

технологических операций построечного транспорта приведены в табл. 9.16.

Т а б л и ц а 9 . 1 6

Тип грунта

Толщина песчаной прослойки, м, при К

увл

грунта

1,2 1,4 1,6 1,8

Супесь тяжёлая пылеватая, суглинок лёгкий 0,2/0,3 0.4/0,5 0,5/0,6 0,6/0,7

Суглинок пылеватый, суглинок тяжёлый 0,3/0,5 0,4/0,5 0,6/0,7 0,7

Глина песчанистая 0,3/0,6 0,4/0,6 0,6/0,8 0,8

Глина жирная 0,3/0,6 0,5/0,6 0,7 0,8

П р и м е ч а н и я : 1. В числителе даны значения для гусеничных землеройных машин и лёгких колёсных

катков; в знаменателе - для тяжёлых колёсных катков массой более 6-7 т.

2. В случае образования колеи глубиной более 10-12 см необходимо предусматривать прослойки из

геотекстильных материалов.

Толщина грунтов повышенной влажности, укладываемых между дренирующими прослойками, должна быть

в диапазоне 1,0-3,0 м в зависимости от коэффициента увлажнения и горизонта укладываемого в насыпь грунта.

Конкретная толщина грунта повышенной влажности устанавливается проектом на основе соответствующих

расчётов.

Для ускорения процесса осушения грунта повышенной влажности за счёт устройства горизонтальных

дренирующих прослоек их следует комбинировать с вертикальными песчаными дренами или использовать

последние отдельно. Вертикальное дренирование должно осуществляться по отдельному проекту для насыпей

высотой более 3 м.

Диаметр дрен принимают равным 0,4-0,6 м в зависимости от размера рабочего органа буровых установок,

выпускаемых промышленностью, или зарубежных образцов. Высота дрен зависит от высоты насыпи, толщины

дорожной одежды и нижнего дренирующего слоя.

Расстояние между дренами в насыпи при связных грунтах 1,5-3,0 м. Оптимальное расстояние

устанавливают расчётом на основе технико-экономического анализа конкурентно-способных вариантов.

Вертикальные дрены рекомендуется устраивать из однородного песка средней крупности или мелкого с

требуемым коэффициентом фильтрации.

Для обеспечения надлежащего стока воды из вертикальных дрен в нижний горизонтальный дренирующий

слой последний должен иметь толщину h > h

кап

(где h

кап

- высота капиллярного поднятия влаги в дренирующем

материале), но не менее 0,5 м; поперечный уклон - 40-50 ‰. Для отвода воды от земляного полотна

предусматривают устройство боковых канав.

При назначении вертикальных песчаных дрен следует учитывать, что начальная влажность грунтов

существенно влияет на интенсивность его осушения. Наиболее эффективно работают вертикальные песчаные

дрены при влажности связного грунта с коэффициентом увлажнения более 1,2. Необходимо также учитывать,

что при К

увл

более 1,3 весьма затруднительно производить окончательное уплотнение грунта в процессе

возведения земляного полотна, а это не позволяет сразу после его сооружения устраивать дорожную одежду.

Необходимый технологический перерыв устанавливается расчётом и указывается в ППР. Технологический

перерыв должен быть равен времени, в течение которого грунт осушается вертикальными песчаными дренами

до допустимых значений влажности, определяющей требования к допустимой осадке для соответствующего

типа покрытия.

В общем случае насыпи с устройством вертикальных песчаных дрен сооружают в последовательности:

подготовка основания под насыпь;

транспортировка песка для нижнего горизонтального дренирующего слоя;

отсыпка грунта повышенной влажности по схеме «от себя» в прижим с последующей надвижкой и

распределением его до проектной отметки всей конструкции или расчётного горизонта отсыпаемого слоя;

разравнивание, профилирование и предварительное уплотнение слоя грунта в теле насыпи;

выбуривание в насыпи вертикальных скважин и заполнение их дренирующим материалом;

разравнивание, предварительное уплотнение и профилирование грунтовой поверхности после устройства

вертикальных дрен;

отсыпка верхнего дренирующего слоя, его разравнивание и уплотнение;

технологический перерыв;

устройство дорожной одежды.

Для устройства вертикальных дрен в зависимости от условий проезда по земляному полотну могут быть

использованы различные типы буровых и крановых машин отечественного или зарубежного производства.

При строительстве и реконструкции земляного полотна в целях его полного или частичного осушения могут

быть использованы вертикальные скважины, заполняемые негашёной известью. Геосинтетические материалы

применяются в конструкциях и технологиях при использовании глинистых грунтов повышенной влажности в

следующих случаях:

в качестве разделительных прослоек между слоями глинистых грунтов и песка, армирующих элементов;

в качестве армоэлементов - на поверхности естественных оснований перед укладкой глинистых грунтов

нижних слоев насыпей для обеспечения уплотнения грунтов основания и снижения неравномерности осадки;

между рабочим и подстилающим слоями дорожной одежды для компенсации возможного снижения

несущей способности дорожной одежды в целом.

В качестве разделительных прослоек применяют нетканые, а в качестве армоэлементов - тканые

геосинтетические материалы.

9.7. Строительство насыпей из техногенных грунтов

Общие положения. Для сооружения земляного полотна автомобильных дорог и грунтовых оснований

аэродромов возможно применять техногенные грунты во всех случаях, когда такое применение даёт

экологический или экономический эффект. К техногенным (искусственным) грунтам относят природные

горные породы, прошедшие механическую переработку (отходы горнодобывающей промышленности); породы

метаморфизированные в процессе сжигания содержащихся в их составе углеводородов, в том числе при

получении металла (золы и шлаки), а также переработанные породы и органические, в том числе

искусственные, дисперсные материалы органического состава (строительный мусор, нетоксичные

промышленные отходы, бытовой мусор).

Техногенные грунты, как правило, не способны образовывать плодородную почву. Их отвалы служат

источником загрязнения прилегающих территорий минеральной пылью, а иногда - токсичными веществами. В

большинстве случаев их складирование ухудшает состояние окружающей среды, затрудняет или делает

невозможным использование территорий для сельского хозяйства и строительства жилья.

Целью применения техногенных грунтов в земляном полотне автомобильных дорог может быть снижение

себестоимости производства работ; освобождение территории, занимаемой отвалами; захоронение грунтов и

материалов, содержащих токсичные примеси; изменение качества местных грунтов с неблагоприятными

свойствами с применением улучшающих добавок.

Замена естественных грунтов промышленными отходами должна быть предусмотрена проектной

документацией, а в случае если замена предложена строителями в процессе производства работ - согласована с

автором проекта.

Технико-экономическое обоснование замены естественных грунтов техногенными выполняется по

комплексным критериям и должно содержать оценку эффективности в следующих направлениях:

сравнение транспортных затрат на перемещение естественного грунта из отведённых резервов (карьеров) и

техногенного грунта из отвалов (хранилищ);

сравнение затрат на отвод земель для резервов (карьеров) с их последующей рекультивацией и

дополнительных затрат на транспортирование материала из производственных отвалов, хвостохранилищ и т. п.;

учёт улучшения санитарного состояния местности вследствие ликвидации отходов, содержащих токсичные

включения, и их захоронение в дорожных насыпях;

учёт снижения себестоимости продукции отходообразующих производств за счёт сокращения платы за

размещение отходов;

учёт возможного технологического и конструктивного усложнения земляного полотна при замене

природных грунтов техногенными.

При оценке пригодности техногенных грунтов, включая промышленные отходы, необходимо учитывать

следующие данные: источник их образования (технология получения отходов); способ получения (из отвала,

накопителя, погрузочного устройства); состав (минеральный, химический, органический); состояние на выходе

(грансостав - агрегированность, плотность, влажность).

При использовании промышленных, рудных и других отходов и побочных продуктов их состав должен

быть проверен на содержание токсичных, а также радиационных включений. При обнаружении вредных

свойств должно быть проведено согласование с местными органами санитарной службы.

Отходы добычи и обогащения каменного угля. Отходы угольной промышленности делятся на отвальные

шахтные породы (ОШП) и отходы углеобогащения (ОУ). Отвальные шахтные породы могут быть

представлены вскрышными и межпластовыми горными породами, не содержащими включений угля,

влияющих на их свойства. В этом случае технология применения ОШП не отличается от обычных

крупнообломочных грунтов.

В большинстве случаев ОШП концентрируются в производственных отвалах. В зависимости от степени

метаморфизма, содержания угля и способа хранения в отвалах возникают самопроизвольные

высокотемпературные процессы, изменяющие свойства пород.

Способы разработки отвалов шахтных пород соответствуют характеру отложений. При разработке отвалов

вскрышных пород и шахтных отвалов, не содержащих включений угля, должны соблюдаться общие правила,

обеспечивающие высокую производительность и безопасность работ.

При разработке старых шахтных отвалов, в которых происходили высокотемпературные процессы,

приводившие к обжигу горных пород, необходимо учитывать неоднородность их сложения. Разрабатывают

только негорящие отвалы.

Разработку отвалов экскаватором начинают с верхних отметок, со ступенчатым расположением забоев

сверху-вниз. При частичной выборке отвала допускается разработка бульдозером с погрузкой в автосамосвалы

погрузчиком или экскаватором.

При высокой температуре грунта, а также при сильном пылении разработку ведут с одновременным

поливом водой с использованием гидравлического оборудования высокого давления.

Горелые породы и горелопородные смеси целесообразно вывозить на трассу в осенне-зимний период,

складировать на полосе отвода слоем толщиной не более 1,0-1,5 м, а работы по сооружению насыпи

производить в весенне-летний период. Воздействие атмосферных осадков, перепадов температуры, циклов

замораживания-оттаивания в слое неуплотнённой породы способствует разрушению неводостойких

слабопрочных включений. При использовании слабообожжённых и необожжённых пород рекомендуется их

циклическое замачивание-высушивание, что приводит к разрушению слабых включений.

С целью максимального разрушения неводостойких слабопрочных включений технология работ должна

предусматривать двухэтапное уплотнение с перемешиванием. На первом этапе уплотнение с дроблением

осуществляется тяжёлыми решетчатыми катками массой 25-30 т или кулачковыми виброкатками массой более

17 т. Количество проходов катка зависит от начального содержания мелкозёма и ориентировочно составляет 4-

6 проходов для необожжённых пород и 5-8 - для слабообожжённых. Окончательное количество проходов

устанавливают пробным уплотнением. Для равномерного распределения мелкозёма по толщине слоя после

первого этапа уплотнения предусматривают его рыхление с перемешиванием породы.

Второй этап уплотнения осуществляется после дополнительного увлажнения на величину потерь

испарения. На втором этапе уплотнение осуществляют тяжелыми катками на пневматических шинах высокого

давления массой 25-30 т или гладковальцовыми комбинированными катками. Ориентировочное количество

проходов катка по одному следу 8-12. При уплотнении горелых пород и горелопородных смесей наибольший

эффект дают вибрационные катки массой 8-12 т при 4-6 проходах по одному следу либо вибротрамбующие

машины при 2-3 проходах.

От первого этапа уплотнения-дробления можно отказаться, вводя в состав породы требуемое количество

мелкозёма и тщательно перемешивая смесь. В качестве мелкодисперсного заполнителя можно использовать

песчаные и супесчаные грунты, отходы флотации, дробления, шлаковые отсевы.

В целях защиты от выветривания размягчаемых материалов на откосах и в основании насыпи проектом

может быть предусмотрено устройство защитных слоев. По мере возведения каждого слоя насыпи из отходов с

откосной стороны досыпают слой связного грунта такой же толщины, придавая поверхности откоса

соответствующий уклон. Уплотнение защитных слоев осуществляется одновременно с уплотнением слоя

отхода.

Техногенные грунты, состоящие из обломков различной прочности и водостойкости, разделяют по величине

агрегатной прочности на 4 вида (табл. 9.17).

Т а б л и ц а 9 . 1 7

Техногенный грунт А

Агрегатно-прочный  97  96  95

Условно агрегатно-прочный 1-го типа 95-85 90-80 85-75

Условно агрегатно-прочный 2-го типа 85-75 75-60  60

Агрегатно-слабопрочный  75  60  60

П р и м е ч а н и е . Агрегатная прочность А характеризуется величиной остатка на сите 2 мм после мокрого

рассева уплотнённой в приборе стандартного уплотнения Союздорнии пробы материала в водонасыщенном

состоянии: А

- для пробы, не подвергающейся замачиванию-высушиванию; А

- при 3-х циклах замачивания-

высушивания; А

- то же, для 10 циклов

При использовании техногенных грунтов для возведения земляного полотна наиболее целесообразной

является схема производства работ с получением углеотходов из накопительных бункеров обогатительных

фабрик и транспортированием их на объект строительства с привлечением автотранспорта предприятия.

После гидравлического обогащения влажность отходов углеобогащения (ОУ) составляет 8-14 %, что может

быть близко к оптимальной. При влажности, превышающей оптимальную на 3 % и более, необходимо

предусмотреть мероприятия по её снижению просушиванием либо добавлением более сухого грунта из

терриконов или шахт. При использовании отходов после пневматических методов обогащения их влажность

близка к исходной влажности углевмещающих пластов (1-4 %), поэтому такие ОУ требуют доувлажнения до

оптимальной влажности перед уплотнением.

При уплотнении условно агрегатно-прочных ОУ требуется добиваться плотной структуры, при которой в

пустотах между обломками находится 30-40 % (и более) мелкозернистого заполнителя. Это предупреждает

возможную просадочность при разрушении крупных обломков. Повышенное содержание мелкозёма

достигается добавлением недостающего количества мелкодисперсного грунта либо разрушением крупных

обломков.

При устройстве защитных слоев из связных грунтов возможно оставлять в ядре насыпи отходы с

пониженным содержанием мелкозёма. В этом случае для ОУ условно агрегатно-прочных 1-го типа наиболее

рациональной является технология двухэтапного уплотнения. В результате первого этапа уплотнения в верхней

части слоя (прослойка до 10 см) образуется значительное количество мелкозёма, который может служить

материалом для защитного слоя. Эта прослойка сдвигается бульдозером на откосную часть насыпи и затем

после планировки осуществляется второй этап уплотнения всего слоя.

Отходы сгорания топлива - это золошлаки ТЭС (золы уноса, золы горючих сланцев, каменного угля,

торфа), в том числе из отвалов. Отходы сгорания топлива могут применяться в земляном полотне и грунтовых

основаниях как с укреплением вяжущими, так и без него.

Для крупнообъёмного использования золошлаковых смесей из производственных отвалов должен быть

проведён комплекс подготовительных работ, состоящий из прокладки подъездных путей, оборудования забоя,

подводки электроэнергии для освещения, водопровода, бытового и санитарного обустройства.

На сухих золошлаковых отвалах важной операцией является систематический полив разрабатываемого

массива. Для полива целесообразно использовать высоконапорное оборудование, обеспечивающее большую

площадь и более равномерное смачивание.

При разработке золошлаковых отвалов гидравлического транспортирования необходимо учитывать

технологическую сегрегацию шлаков в процессе намыва. Исходя из требования однородности вида породы по

отсыпаемым слоям в проекте производства работ (ППР) определяют очерёдность разработки материала по

отдельным картам, в пределах которых он относительно однороден.

Разработка и погрузка золошлаковых смесей в автосамосвалы выполняется тракторным погрузчиком или

одноковшовым экскаватором. В сухую погоду забой и место погрузки должны систематически орошаться

водой для подавления пыли. Разработку сухих отвалов целесообразно выполнять в зимнее время.

Уплотнение золошлаковых смесей выполняют тяжёлыми пневмокатками с предварительной прикаткой

катками массой 4-6 т. Эффективно применение вибрационного уплотнения.

Число проходов катка и необходимость дополнительного увлажнения определяют пробной укаткой.

Химические и бытовые отходы. В нижних слоях насыпей допускается использование твёрдых отходов

металлургического, энергетического, химического производства (шламы, шлаки, огарки и др.) с учётом

установленных санитарных ограничений. При этом возможность выноса атмосферными осадками и стоковыми

водами растворимых соединений предотвращается применением защитных слоев из глинистого грунта в

основании насыпи, на её поверхности и откосах. Толщина защитных слоев устанавливается проектом из

условия практического недопущения фильтрации.

Твёрдые бытовые отходы, золы сжигания бытовых отходов могут быть уложены в нижней части насыпи с

соблюдением установленных санитарных ограничений в части приближения к источникам и зонам водозабора,

границ населённых пунктов и т. п. Устройство защитных слоев из глинистого грунта в этих случаях является

обязательным.

Укладка твёрдых химических и бытовых отходов ведётся слоями, толщина которых определяется пробным

уплотнением, исходя из отсутствия просадки поверхности под вальцом тяжёлого катка. Защитный слой на

откосах укладывается одновременно со слоями из отходов на соответствующую толщину. Уплотнение катками

ведётся по всей поверхности слоя, включая защитные слои на откосах.

При использовании твёрдых бытовых отходов высокой пористости (с содержанием бумаги, тары и т. п.) и

невозможности укатки до безосадочного состояния следует устраивать замыкающий слой из грунта толщиной

30-50 см и вести уплотнение тяжёлым падающим грузом.

Использование золоматериалов. По способу удаления топливных зол и шлаков из мест накопления в

паросиловых агрегатах их подразделяют на золы сухого отбора, золы и шлаки раздельного и совместного

гидроудаления. При совместном гидроудалении золы и шлаки в отвалах образуют техногенные неоднородные

массивы материала, называемого золошлаковыми смесями.

В зависимости от вида сжигаемого топлива золоматериалы подразделяются на буроугольные,

каменноугольные, торфяные и горюче-сланцевые.

Золы уноса сухого отбора представляют собой достаточно однородный материал по своему химическому и

гранулометрическому составу, обладая при этом определённой химической активностью. Их целесообразно

использовать при сооружении земляного полотна из грунтов повышенной влажности в качестве добавки для их

осушения и улучшения.

Продукты гидроудаления вследствие гидратации теряют свою химическую активность, особенно свободную

окись кальция и другие соединения, обеспечивающие самостоятельное твердение.

Золы и золошлаковые смеси обладают рядом преимуществ по сравнению с грунтами, аналогами которых

они являются в определённых случаях. Они могут быть использованы как самостоятельно для сооружения

земляного полотна так и для осушения (в качестве сухих инертных добавок) конструктивных слоев из грунтов

повышенной влажности.

Неактивные золы, а также золошлаковые смеси не обладают вяжущими свойствами, почти не содержат

клинкерных материалов. Их гидравлический модуль меньше 0,05; рН водной вытяжки лежит в диапазоне 4,5-

11,5. Основными показателями, по которым регламентируется их использование в конструкциях насыпей,

являются показатели состава и состояния. На основе этих показателей золы и золошлаковые смеси в качестве

техногенных образований классифицируются аналогами соответствующих типов грунтов (ГОСТ 25100-95) и к

ним предъявляются требования СНиП 2.05.02-85.

Золошлаковые смеси имеют весьма различный гранулометрический состав: от мелкодисперсного до

щебенистого. Химический и минералогический состав их также различен. Поэтому золошлаковые смеси в

определённых случаях рекомендуется использовать в земляном полотне взамен песчаного грунта или песчано-

гравийных смесей.

Использование золоматериалов в конструкциях земляного полотна осуществляют на основе комплексной

инженерно-геологической и технологической оценки. В соответствии с такой оценкой устанавливают для

конкретного источника получения золоматериалов места их отбора; выполняют их классификацию по их

грунтовым аналогам; устанавливают в лаборатории соответствующие кривые стандартного уплотнения и по

ним корректируют значения и диапазон допустимых влажностей; выполняют оценку по степени пучинистости

и набухаемости. Степень неоднородности этих материалов устанавливается на основе статистической

обработки показателей физико-механических свойств в первую очередь по показателям состава и состояния.

При разработке проекта производства работ по сооружению земляного полотна из золоматериалов

придерживаются следующих рекомендаций. Рабочий слой должен сооружаться из непучинистых и

ненабухающих разновидностей зол или золошлаковых смесей. Малая плотность частиц зол и золошлаковых

смесей, а также весьма малые значения сцепления обусловливают значительную склонность откосных частей

из рассматриваемых материалов к эрозии в результате размыва, в связи с чем крутизна откосов должна быть не

более 1:2, а толщина плодородного или защитного слоя на их поверхности увеличена соответственно до 0,2-0,5

м. Технологические операции по планировке поверхности откосов или по устройству защитных слоев перед

засевом трав должны выполняться немедленно после возведения насыпи с минимальными перерывами.

При сооружении насыпей из золошлаковых смесей на местности 2-го и 3-го типов по условиям увлажнения

рекомендуется осуществлять следующие мероприятия: при 2-м типе местности нижнюю часть насыпи на

высоту подтопления необходимо устраивать из дренирующих грунтов в виде капилляропрерывающего слоя; на

участках 3-го типа местности предусматривать устройство в нижней части насыпи бермы шириной не менее 1

м с целью предохранения откосных частей из золошлаковых смесей от подтопления долговременно стоящими

водами.

Подготовительные работы при сооружении насыпей из зол и золошлаковых смесей включают подготовку и

опробование золоотвалов, устройство временного водоотвода, коммуникаций для движения и отстоя

построечного транспорта, организацию мест штабелирования золоматериалов при необходимости их хранения

или подсушивания; выполнение элементов входного контроля для оценки геотехнических свойств и

сопоставления их с проектными данными; подготовку растительного или глинистого грунта для устройства

защитных слоев на откосах и обочинах.

Разработку отвалов или карт намыва золоматериалов выполняют экскаваторами с любым видом ковшового

оборудования, транспортируют грунт автосамосвалами. Транспортировку и разгрузку осуществляют на

подготовленное основание или на заранее отсыпанные и спланированные грунтовые слои (предусмотренные

проектом).

Предельная допустимая влажность золошлаковых смесей для прохода строительных машин составляет

(1,35-1,40) W

опт

Отсыпку выполняют слоями способом «от себя». Разравнивание рекомендуется осуществлять бульдозерами

послойно при толщине слоя 20-80 см в зависимости от типа применяемого катка при дальнейшем уплотнении и

результатов пробной укатки. При использовании отсыпки способом «продольной транспортировки»

разравнивание осуществляют тяжёлым автогрейдером. Толщина слоя рыхлой золошлаковой смеси должна быть

больше проектной в 1,1-1,3 раза соответственно для пылеватых и крупнозернистых смесей.

Слой золошлаковой смеси уплотняют при оптимальной влажности или близкой к допустимой влажности.

В зависимости от естественной влажности укладываемой в насыпь золошлаковой смеси её необходимо

подсушить или доувлажнить до влажности, близкой к допустимой. Подсушивание золошлаковых смесей

осуществляется рыхлением и перемешиванием бульдозером или автогрейдером, введением прослоек сухого

песчаного грунта, введением негашёной извести или добавок активных зол. Подсушивание золоматериалов

может осуществляться также непосредственно в местах их получения путём предварительной разработки в

отвал при благоприятных климатических условиях, устройством водоотводящих сооружений. Доувлажнение

слоя золошлаковой смеси производят непосредственно перед уплотнением поливомоечной машиной.

После возведения насыпи из зол и золошлаковых смесей не допускается пересушивание и пыление верхнего

слоя. Для этого рекомендуется укладка замыкающего слоя из грунта толщиной 10-20 см, укрепление откосов

слоем растительного грунта с посевом трав или другим типом.

ГЛАВА 10. Строительство земляного полотна с использованием геосинтетических материалов

10.1. Понятие о геосинтетических материалах. Области их применения

Геосинтетические материалы - общая классификационная терминология для всех видов синтетических

материалов, которые используются в различных отраслях строительства, в том числе и дорожной отрасли. Этот

термин включает: геотекстильные материалы, георешётки, геосетки, геомембраны и геокомпозиты.

Геотекстильный материал (водопроницаемый): нетканый, тканый, «трикотаж», другие изделия плоской

формы, характерные для искусственных полимерных материалов.

Нетканые материалы получают в результате скрепления синтетического холста уложенными по

плоскостям одни на другие элементарными нитями (бесконечными волокнами) - элементарными неткаными

нитями, или от 3 до 5 см длиной штапельными волокнами. Скрепление может быть механическим (например,

при прокалывании иглой или при зашивании) и/или адгезионным (например, с помощью соединительного

клеющего средства), или когезионным (например, при термическом воздействии).

Тканые материалы состоят из скрещивающихся под прямым углом нитевых систем (пряжи). Они

различаются по виду пряжи (пряжа из штапельного волокна, мультиволоконная пряжа, кручёная нить,

моноволоконная пряжа, узкие полоски, нарезанные из плёнки, и срощенная нить); по её переплетению (так

называемому соединению), например, полотняное переплетение типа «рогожка», и каркасное; по количеству

нитей на единицу длины. При необходимости дополнительно укрепляются места скрещивания пряжи.

Трикотаж - общее наименование изделий плоской формы, которые состоят из одной или нескольких

нитевых систем, соединённых одна с другой петлеобразно; из одной или нескольких проходящих по прямой

линии нитевых систем, связанных одна с другой следующей нитевой системой (вязально-прошивной,

основовязальный трикотаж).

Геосетками, которые выделены отдельно, являются изготовленные из синтетических волокон или

пластических масс кристаллические структуры с различными узловыми соединениями и с шириной отверстия

более 10 мм. Различают: плетёные геосетки; вязаные геосетки; уложенные геосетки (то есть сформированные

на месте производства работ). Реже встречаются ленты и стержневидные элементы.

Сплетённая геосетка. Плетёной геосеткой является сетка с отверстиями более 10 мм.

Вязаная сетка изготавливается из синтетических лент. В лентах пробиваются отверстия, растягиваются в

одном или обоих направлениях (вдоль и поперёк). При вытягивании полимерные молекулы ориентируются в

направлении растяжения. При этом прочность в направлении растяжения увеличивается, а удлинение

уменьшается. Узловые пункты не смещаются, благодаря чему происходит передача силового фактора между

продольными и поперечными перемычками.

Уложенная геосетка в соответствии с «Памятной запиской» производится из покрытых оболочек лент. При

этом ленты укладываются крестообразно и соединяются в местах перекрещивания.

Ленты и стержневидные элементы рассматриваются (обозначаются) как геосеткообразные «продукты».

Ленты могут состоять, например, из сотканных или соединённых полос, а также из объединённых между собой

на одном уровне слоев нитей, зафиксированных полимерной оболочкой. Стержневидные элементы выполняют

из связанных переплетающихся нитей, которые обёрнуты материалом из искусственного волокна.

Комбинированные материалы или композиты состоят из объединённых в плоскости нетканых

материалов, тканей, геосетки и/или других плоскостных структур и композитов в зависимости от их

последующего использования.

Гидроизоляционные материалы (водопроницаемые или с незначительной степенью водопроницаемости):

искусственные (полимерные) материалы, бентонитовые композиты, другие изделия из геосинтетики или

геопластики плоской формы. Выделенные структуры представлены в «Памятной записке» в самом общем виде

и, очевидно, не могут претендовать на какую-либо классификацию.

Технические характеристики геотекстильных материалов и георешёток. Характеристики

геосинтетического материала определяются его компонентами, назначением, используемым сырьём, типом,

креплением или соединением волокон (нитей) или расположением узловых точек пересечения георешёток.

Сырьё. В настоящее время для сплошных материалов и решёток используются полиамид (РА), полиэтилен

(РЕ), полиэстер (PES) и полипропилен (РР). Полиэтилен и полипропилен известны как полиолефины. В целях

обеспечения специальных характеристик могут использоваться добавки (например, стабилизаторы),

применяться оболочки из поливинилхлорида (ПВХ), полиэтилена (РЕ) или битума. Другим типом сырья

являются такие разлагаемые натуральные материалы, как лён, джут или кокос, которые применяются для

зашиты поверхности грунтовых откосов.

Следует иметь в виду, что использование геосинтетических материалов уменьшает влияние различных

отрицательных факторов, но не всегда полностью решает проблему повышения устойчивости земляного

полотна (Прим. ред.).

При используемых материалах почва, грунты и вода не подвергаются воздействию вредных компонентов.

Применяемые при производстве добавки, растворимые в воде или вымываемые водой, например, определённые

авиважи (водные эмульсии, поверхностно-активные вещества), стабилизаторы или определённые консерваторы