CC BY
31DOI:
УДК 351.02
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО УПЛОТНЕНИЮ ЛЕССОВЫХ ГРУНТОВ В УСЛОВИЯХ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУР
Черныш Александр Сергеевич - кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой городского кадастра и инженерных изысканий, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, gkadastr@mail.ru, chernysh.as@bstu.ru
Губарев Сергей Александрович - студент магистратуры, инженер кафедры городского кадастра и инженерных изысканий, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, gubarev.sereja@yandex.ru
Аннотация: в данной статье описаны методы уплотнения мерзлых лессовых грунтов, графически представлена зависимость коэффициента уплотнения от вида уплотнения, а также для механизированного уплотнения был определен наиболее эффективный метод организации труда машиниста катка.
Ключевые слова: грунт, температура, уплотнение, осадка, деформация, несущая способность, земляное полотно, грунтовая вода, земляные работы.
Введение.
Гехнологически сложной операцией при строительстве земляного полотна в условиях отрицательных температур является послойное уплотнение грунтов [1...4]. Отсыпать последующий слой можно только после тщательного уплотнения каждого и предыдущего до требуемой плотности. Если данное условие не выполняется, то в течение нескольких последующих лет плохо уплотненная насыпь будет подвержена неравномерным осадкам, деформирующим как насыпь, так и уложенную на ней дорожную одежду.
Прочность и долговечность дорожной конструкции во многом зависит от надежности (качества) земляного полотна и слоев оснований, их способности к долговечной безопасной работе.
Неравномерные просадки грунта земляного полотна, и, как результат этого, деформации вышележащей дорожной конструкции могут быть вызваны следующими причинами: низкой несущей способностью грунтов; недостатками технологии устройства земляного полотна, в результате которых могут быть обнаружены отдельные участки, нарушения, вызванные замораживанием пучинистых грунтов; недоучет прочностных характеристик грунтов; использование насыпных грунтов, без надлежащего послойного уплотнения; изменение физико-механических свойств
грунтов при подъеме или понижении уровня грунтовых вод; изменение гидрологических условий при благоустройстве территории; авариях подземных коммуникаций, что приводит к водонасыщению и разуплотнению грунта и др.
Каждый из этих недостатков в отдель-н о ст и или в совокупности с другими отклонениями могут привести к снижению несущей способности грунтов, деформации оснований и покрытий автомобильных дорог. Одним из серьезных недостатков является нарушение контакта основания с грунтом земляного полотна и покрытием, которое может появиться при резком несоответствии физико-механических
свойств сопрягаемых слоев дорожной конструкции. При использовании грунтов, укрепленными вяжущими, агрессивное воздействие грунтовых или промышленных вод в ызывает коррозию вяжущих, а затем и связанную с ней потерю несущей способности грунта. Большое разнообразие дефектов з е мляного полотна, а также причины их возникновения определяет и методы их устранения и предупреждения.
Основная часть. Рекомендации по производству работ
1. Толщину уплотняемого слоя, при отрицательных температурах воздуха, можно считать по формуле:
Ну = 0,28К1Д/ £ • Ку (1)
где Q - нагрузка на колесо уплотняющей машины, Тс; К1 - коэффициент, учитывающий уплотняемость грунтов, назначаемый в зависимости от температуры воздуха (табл. 1); Ку - коэффициент, зависящий от вида уплот-нимателя.
Таблица 1
Соответствие коэ( >фициентов
- 1в, °С 2 10 20 30
к, 1 0,89 0,78 0,69
2. Толщина допустимого промерзания грунта, уложенного в насыпь:
Нд = ОД НуК (2)
где Кг - коэффициент, учитывающий особенности вида грунта (для лессового грунта - Кг =1,1).
3. Допустимая длительность технологического процесса «резание и уплотнение» зависит от погодных условий, вида грунта и его свойств, типа применяемых механизмов, допустимой толщины промерзания уплотняемого слоя:
г в )кв (3)
Т =
где We - влажность грунта, доли единицы, Ку - требуемый коэффициент уплотнения:
Г, (1 - V)
рст
(1 + 0,006^)
(4)
плотности, типа уплотнителя и метеорологических условий.
4. При наличии мерзлой корки толщиной hg требуется определенное число проходов катка (табл. 1).
5. Применение прицепных виброкатков ДУ-22 массой 60 кН, ДУ-31 массой 120 кН с рабочей скоростью движения по свежеуло-женному слою 05...3,0 км/ч, шириной уплотняемой полосы 1,4.. .1,8 м, глубина наиболее активного уплотнения составляла 0,2.0,8 м с производительностью от 350 до 900 м3/ч. Технология работы виброкатков такая же, как и обычная. Для модернизации виброуплотнителей их помещали в решетчатый каркас, сваренный из периодического профиля 32.36 мм.
6. Уплотняющая нагрузка катков неодинаково влияет на уплотняемость грунтов (связных и несвязных) (рис. 1). В зимних условиях, когда температура воздуха отрицательная (4 = -1...-30°С), смерзаемость грунта наступает в разные сроки (табл. 2).
Таблица 2
Нормы допустимого содержания мерзлого грунта
где уц - удельный вес грунта, равный для лессовидной супеси 26,7 кН/м3, лессовидного суглинка - 26,9 кН/м3; V - объем защемленного воздуха при стандартной плотности; составляющий в единице объема лессовидной супеси - 0,09...0,1; лессовидного суглинка - 0,05; X - коэффициент теплопроводности мерзлого грунта, ккал/мг °С; 4 -температура начала промерзания грунта; 4 -температура воздуха, °С; Кв - коэффициент, учитывающий скорость ветра при производстве работ равный при V = 0...5; 10; 20 м/с, соответственно 1,15; 1,25; 1,35.
Значение определяет технологический режим сооружения полотна, из смерзающихся грунтов при отрицательных температурах.
По формуле (3) можно построить график для оперативного определения допустимой длительности промерзания его
Тип уплотнителя Предельное содержание мерзлого грунта, % Максимальный размер комьев, м
1. Требующие плиты и машины 25 0,25
2. Пневнокатки
массой 0,2 0,15 0,1
500 кН 20
300 кН 15
200 кН 10
3. Виброкатки 30 0,3
4. Виброкатки с
решетчатым 0,3...0,5 0,3.0,4
каркасом
Рис. 1. Зависимость коэффициента уплотнения от вида уплотнения: 1 - пневмокаток ДУ-29; 2 - кулачковый каток ДУ-34; 3 - виброкаток ДУ-22; 4 - виброкаток с решетчатым каркасом
В результате экспериментальных исследований были получены кривые, которые характеризуют зависимость от вида катков. Катки на пневматических шинах ДУ-29 требуют 19...22 проходов по одному следу (лессовидные грунты) в условиях сильных ветров до V = 18...20 м/с. Температура воздуха до -22°С. Этот цикл не завершается в течение 21...23 мин и грунт промерзает до его полного уплотнения, что недопустимо в практике строительства. Поэтому, применение виброкатков ДУ-22 позволяет получить Ку равным 1,1 при 13...15 проходах по следу в течение 12.. .14 мин. Но наиболее ощутимые результаты были получены при укатке виброкатком ДУ-22 в решетчатом каркасе слоя до 0,7 м в течение 11...12 мин, коэффициент был получен равным 0,98.1,0 на лессовидных суглинках. Данный способ вполне приемлем всем дорожным управлениям из-за простоты и дешевизны устройства катка, перекрытие следа катка составляет 0,2...0,3 м. Движение осуществляется в начале при скорости VK = 1,0.2,0 км/ч первые два прохода, а затем VK = 7,0.8,0 км/ч до конца уплотнения, после чего отсыпается и одновременно разравнивается следующий слой, цикл уплотнения катков повторяется. При возможности необходимо вводить два катка с разных сторон, которые взаимно перекрывают друг друга след, что гораздо быстрее и экономичнее.
Число проходов при упл<
7. После каждого четного прохода катков определяют влажность и плотность грунта и вычисляют фактический коэффици-е нт уплотнения.
8. Для определения оптимального состава МДО при уплотнении грунтов рассматривают два-три варианта и на основе технико-э кономических расчетов выбирают лучший из них.
Последовательность выбора состава МДО рассчитывается в следующем порядке:
Рассматриваемый сменный темп работ для линейных и сосредоточенных участков:
Vc.n = Vj/Тр; Vc.c = Vc/Tmp (5)
Эти значения являются минимальными объемами земляных работ, которые ежемесячно выполняются в данных климатических условиях.
Устанавливают перечень технологических операций по уплотнению земляного полотна.
Выбирают наиболее рациональные способы механизации различных технологических операций.
Назначают вяжущую и вспомогательную землеройную машину с учетом наличия их в дорожных организациях.
Характеристики их приведены в табл. 3, 4.
Таблица 3
промерзающих грунтов
Толщина уплотняемого слоя, м Число проходов катка
ДУ-37 Б ДУ-16В ДУ-29 ДУ-22 ДУ-3А ДУ-128
150 кН 250 кН 300 кН вибро кулачковый трамбующая машина
0,95 0,97 0,99 0,95 0,97 0,99 0,95 0,97 0,99 0,95 0,97 0,99 0,95 0,97 0,99 0,95 0,97 0,99
0,15 8 9 10 8 9 10 6 7 8 5 6 7 7 8 9 5 6 7
0,2 9 10 11 9 10 11 7 9 10 6 7 8 8 10 11 6 7 8
0,25 - - - 10 11 2 8 0 12 12 7 8 9 9 10 13 7 8
90,30 - - - 11 13 14 10 12 14 8 9 0 11 13 15 18 9 10
0,35 11 4 16 10 11 12 13 15 16 9 10 11
0,40 11 12 13 - - - 10 11 12
0,50 13 14 15 - - - 11 12 13
0,80 14 16 17 - - - 13 14 15
Таблица 4
Основные характеристики уплотнения
Марка катка и индекс Масса катка, кН Ширина уплотняемой полосы, м Толщина уплотняемого слоя, м Требуемое число проходов катка при грунтах Производительность, м3/смену
лессовидный суглинок лессовидная супесь
Катки на пневмокатках: - прицепной ДУ-2 100 2,2 0,15 7 6 750
- прицепной ДУ-4 250 2,5 0,25 6 6 1100
- прицепной ДУ-5 450 3,3 0,4 5 5 1350
- самоход ДУ-31 160 1,6 0,2 9 7 1250
- полуприцепной ДУ-16 400 2,8 0,4 5 5 1800
- самоходный ДУ-29 300 2,2 0,3 5 5 1800
Кулачковые катки: - прицепной ДУ-26 90 2,7 0,15 8 7 750
- прицепной ДУ-3А 280 2,8 0,4 6 5 1350
- решетчатый прицепной 120...280 2,7 0,4...0,5 5 5 1900
Катки с гладкими вальцами: - самоход ДУ-1 100 1,8 0,2 7 6 170
- самоход ДУ-9А 182 1,9 0,3 6 5 185
- с решетчатым каркасом 60 1,8 0,4 5 5 320
Принимают исходные данные для технико-экономической оценки исходя из: производительности землеройных машин, стоимости машино-смен, приведенной стоимости, трудоемкости процесса.
Заключение. Число рабочих для выполнения операций принимают по нормативным документам. Степень использования уплотняющих машин в отряде различна. Опыт работы уплотняющих механизмов показал, что почти всегда они используются на 100 %, а вспомогательные намного меньше.
Наиболее прогрессивный метод организации труда машиниста катка является комплексная хозрасчетная бригада, объединяющая уплотняющие средства по уплотнению земляного полотна, основания и асфальтобетонного покрытия.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
3. Черныш А.С., Губарев С.А. Развитие упругих деформаций лессовых грунтов в зависимости от влажности // Вектор ГеоНаук. 2018. Т. 1. № 2. С. 17-20.
4. Калачук Т.Г., Оноприенко Н.Н., Курбатова В.В. О длительной прочности водонасыщенных лессовых грунтов // Региональная архитектура и строительство. 2018. № 2 (35). С. 105-110.
5. Калачук Т.Г., Шин Е.Р. О видах деформации лессовых просадочных грунтов // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2016. № 3. С. 59-61.
6. Kalachuk T.G., Kara K.A. General Calculation Principles of StructurallyUnstable Soils Deformation // Advances in Engineering Research. V. 151. 306-310.
REFERENCES
1. Калужный Я.А., Битраков О.Т. Уплот- 1. Kaluzhnyj YA.A., Bitrakov O.T. Uplot-нение земляного полотна и дорожных nenie zemlyanogo polotna i dorozhnyh odezhd. одежд. М.: Транспорт, 1971. 157 с. M.: Transport, 1971. 157 s.
2. СНиП 3.06.03-85. Автомобильные 2. SNiP 3.06.03-85. Avtomobil'nye
дороги. М.: Стройиздат, 1986. dorogi. M.: Strojizdat, 1986.
3. Chernysh A.S., Gubarev S.A. Razvitie uprugih deformacij lessovyh gruntov v zavisi-mosti ot vlazhnosti // Vektor GeoNauk. 2018. T. 1. № 2. S. 17-20.
4. Kalachuk T.G., Onoprienko N.N., Kurbatova V.V. O dlitel'noj prochnosti vodonasyshchennyh lessovyh gruntov // Regional'naya arhitektura i stroitel'stvo. 2018. № 2 (35). S. 105-110.
5. Kalachuk T.G., Shin E.R. O vidah deformacii lessovyh prosadochnyh gruntov // Vestnik Belgorodskogo gosudar-stvennogo tekhnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. 2016. № 3. S. 59-61.
6. Kalachuk T.G., Kara K.A. General Calcul ati on Principles of StructurallyUnstable Soils Deformation // Advances in Engineering Research. V. 151. 306-310.
RECOMMENDATIONS FOR THE COMPACTION OF LOESS SOILS IN THE CONDITIONS OF NEGATIVE TEMPERATURES
Chernysh A.S, Gubarev S.A.
Annotation: this article describes the methods of compaction of frozen loess soils, graphically presents the dependence of the compaction coefficient on the type of compaction, as well as for mechanized compaction, the most effective method of labor organization of the operator of the rink was determined.
Key words: soil, temperature, compaction, sediment, deformation, bearing capacity, subgrade, groundwater, earthworks.
© Черныш А.С., Губарев С.А., 2018
Черныш А.С., Губарев С.А. Рекомендации по уплотнению лессовых грунтов в условиях отрицательных температур //Вектор ГеоНаук. 2018. Т.1. №4. С. 10-14.
Chernysh A.S., Gubarev S.A., 2018. Recommendations for the compaction of loess soils in the conditions of negative temperatures. Vector of Geosciences. 1(4): 10-14.
