Главное меню

Усиление грунтовых оснований


Способы усиления грунтов оснований -

Чернозем, торфосмеси, навоз и песок - продажа грунта для увеличения плодородной способности почвы.

Усиление грунтов в основании фундаментов заключается в следующих основных способах, которые в настоящее время широко применяются при реконструкции зданий и сооружений.

Инъектирование укрепляющими растворами. Укрепление грунтов с помощью инъекций цемента с каждой стороны фундамента (см. рис. 4.8) и цементация грунтов (цементация при наличии крупнообломочных пород, двухрастворная последовательная силикатизация для крепления средних и мелких песков, однорастворная силикатизация для лессов и суглинков, осмоление песков, глинизация лессов; электросиликатизация глин и суглинков.

Усиление основания с помощью перечисленных видов инъекций выполняется путем образования отдельных укрепленных объемов грунта ориентировочно радиусом до 0,8 м.

Нередко возникают ситуации, когда требуется усиление или реконструкция фундамента уже существующего здания. Такие ситуации возникают при плохом состоянии тела фундамента, локального разуплотнения грунтов основания из-за воздействия грунтовых вод (если гидроизоляция была проведена неудовлетворительно). В этом случае применяются различные методы цементизации грунтов основания фундамента. Цементизация грунтов основания также требуется, когда задние надстраивают: нагрузка на фундамент может значительно увеличиться, после чего возникает проседание (это нередкое явление, поскольку при закладке фундамента просчитывается проектная нагрузка). Если рядом с уже существующим зданием начинается строительство нового, то может возникнуть разуплотнение грунтов основания. Особенно это ярко проявляется, когда откопка котлована или бурение ведутся неправильно и возникает горизонтальная вибрация. В этом случае также приходится осуществлять цементизацию грунтов основания существующего здания.

В целом цементизация проводится в двух различных вариантах. Первый — это цементизация самого фундамента. При реализации данного метода в тело фундамента и его подошву вводится твердеющий раствор (предварительно в фундаменте бурятся специальные скважины). При этом пустоты в основании фундамента заполняются прочным материалом, предохраняющим кладку от разрушения. Данный метод также носит название инъекционной цементизации (см. рис. 4.9).

Одним из основных видов повреждения каменных кладок являются трещины. К повреждениям, ослабляющим кладку, относится множество разновидностей расслоений кладки, нарушение сцепления между материалом кладки и скрепляющими растворами. Данные повреждения хорошо поддаются реконструкции и не требуют закрепления грунтов. В других случаях возросшую нагрузку могут не выдержать не только сам фундамент, но и грунты основания. Тогда укрепление грунтов проводят методом введения буроинъекционных свай. В результате данных работ получаются железобетонные сваи, которые одним концом упираются в фундамент, а другим — в устойчивые грунты основания (см. рис. 4.10).

От обычной цементизации грунтов основания метод буроинъекционных свай отличается расположением скважин. При обычной цементизации скважины располагаются по прямоугольной сетке, с постепенно сближающимся шагом. Закрепление грунтов основания буроинъекционными сваями позволяет значительно сократить количество скважин: они бурятся только и непосредственно под карстовыми слоями. Нужно сразу оговориться, что цементизация грунтов основания с помощью буроинъекционных свай — метод достаточно дорогостояший, но при этом он позволяет добиться желаемого результата на длительный период.

В большинстве случае при отсутствии прочих (непредусмотренных) повреждающих воздействий результат цементизации грунтов основания сохраняется на протяжении пятидесяти лет. Обычно под непредусмотренными условиями понимается возникновение вибрации. Причиной появления горизонтальной вибрации может послужить строительство нового здания рядом с уже существующим или проведение дополнительных подземных коммуникаций. Горизонтальная вибрация вызывает деформации не только фундамента существующего здания, но и грунтов основания. Последние сравнительные испытания различных методов цементизации грунтов основания показали, что применение буроинъекционных свай, несмотря на относительную дороговизну этого метода, позволяют в два раза снизить материалоемкость и трудоемкость работ по закреплению карстующихся слоев, что в свою очередь существенно уменьшает проектную стоимость здания.

2. Термический способ, заключающийся в сжигании топлива в скважинах и создании таким образом прочных грунтовых столбов, которые являются как бы переходной конструкцией от оснований к фундаментам. Применяется в лесовых, лесовидных и глинистых грунтах.

3. Устройство буроинъекционных корневидных свай для одновременного усиления фундаментов и нижних участков стен. По этому способу применяются набивные сваи диаметром от 89 до 280 мм при длине от нескольких до десятков метров (примерно 7—40 м). Для образования таких свай предварительно сверлят отверстия буровыми ставками. В отверстие можно заложить арматуру диаметром примерно 12—16 мм. Бетонирование ведут под давлением в 3—6 атм. через трубы диаметром 18—60 мм

В неустойчивых грунтах применяют обсадные трубы, которые в особо трудных случаях не извлекают обратно. Расстояния между сваями принимают от 3 до 5 их диаметров.

Оригинальной конструкцией усиления оснований, а одновременно фундаментов и даже нижних участков стен является устройство буроинъекционных корневидных свай (рис. 4.9, д). Они представляют собой набивные сваи диаметром от 89 до 280 мм при длине от нескольких до десятков метров (примерно 7—40 м). Для образования таких свай предварительно сверлят отверстия буровыми ставками. В отверстие можно заложить арматуру диаметром примерно 12.16 мм. Бетонирование ведут под давлением в 3—6 атм. через трубы диаметром 18—60 мм. В неустойчивых грунтах применяют обсадные трубы, которые в особо трудных случаях не извлекают обратно. Расстояния между сваями принимают от 3 до 5 диаметров их.

Способов и конструкций по укреплению фундаментов разработано очень много. К ним относятся приемы, сходные с используемыми для усиления оснований, т. е. инъекции различных растворов. Инъекции делают цементным раствором составов от I : 10 до 1 : 1 под давлением от 2 до 10 атм.

При очень плохом состоянии материала фундамента раствор вводят непосредственно в разрушенные камни, в особенности в случаях, когда кладка была выполнена из мелких камней (рис. 4.9,в). При несколько лучшем состоянии и более крупных камнях, когда разрушены только швы и стыки кладки, инъекцию делают в эти места, между камнями (рис. 4.9,г).

Если в кладке фундамента разрушен только наружный слой, можно укрепить его способом торкретирования поверхности кладки цементным раствором для создания защитного слоя

Более сложные конструктивные изменения фундаментов производят главным образом для их усиления при увеличении полезной нагрузки в здании. Такие конструкции изображены на рис. 4.11. Здесь предусмотрены способы уширения подошвы фундамента, усиления существующей конструкции фундамента и даже передача давления от фундамента на выносные опоры.

На рис. 4.11,а изображено расширение подошвы фундамента путем замены нижних рядов кладки бетоном. На рис. 4.11,6 показано увеличение ширины фундамента с одновременным усилением его конструкции с помощью обетонирования его на всю высоту. При этом обеспечивается связь бетонного слоя вбитыми в швы кладки стержнями из арматурной стали диаметром порядка 20 мм. На рис 4.11,в изображен способ усиления фундамента и увеличения подошвы основания в виде железобетонной обоймы путем устройства горизонтальных отверстий в кладке и соединением обойм каждой стороны арматурными стержнями, располагаемыми на расстояниях через одну — полторы ширины подошвы фундамента.

На рис. 4.11,г изображено укрепление фундамента с увеличением его подошвы путем устройства бетонной обоймы и передачей на нее нагрузки с помощью поперечных металлических или железобетонных балок и арматурных стержней в нижней части кладки фундамента. Расстояние между балками можно ориентировочно принять равным высоте их от подошвы основания.

На рис. 4.11 ,д показана та же конструкция, но с введением еще продольных балок, что позволяет увеличивать расстояние между поперечными балками до 3—4 м и более. На схеме рис. 4.11 ,е изображено решение, состоящее в том, что набравшие прочность железобетонные обоймы, связанные внизу металлическими стержнями, отжимают домкратами. Вследствие этого происходит натяжение металлических стержней, увеличивается ширина подошвы и обжимается грунт.

На рис. 4.11, ж, и изображены способы увеличения ширины и несущей способности фундамента устройством консольных плит из монолитного железобетона или сборных плит с расположением их под подошвой или несколько выше ее. Одновременно может потребоваться укрепление стены устройством металлических креплений.

На рис. 4.11,к,л изображены конструкции, с помощью которых нагрузка выносится за пределы подошвы фундамента в наружных стенах с большим заглублением фундамента и во внутренних несущих стенах.

Следует учитывать, однако, что после устройства двух последних конструкций может произойти осадка вновь сооружаемых выносных частей фундамента, что приведет к опасным деформациям в стенах. Поэтому такого рода конструкции не могут быть рекомендованы.

Замена отдельных участков фундамента производится небольшими, до 2 м длины участками, в строго определенной последовательности. При работе должна быть сохранена незатронутая часть длины фундамента протяжением не менее двух уже замененных участков.

Методы укрепления грунтов при строительстве

В ходе реконструкции или строительства зданий и сооружений может возникнуть проблема недостаточно прочного грунта. Слабое грунтовое основание может не выдержать нагрузки от тяжелой постройки, поскольку оно принимает на себя весь вес.

Все грунты можно условно разделить на стабильные и нестабильные. Стабильные грунты представляют собой плотный сухой слой, способный выдержать любые нагрузки от фундамента или дороги. Нестабильный грунт требует осушения и уплотнения до необходимых критериев.

Методы укрепления грунта:

1. Механический.

Механический метод укрепления грунта подразумевает внедрение в основание высокопрочных изделий, таких как сваи или другие материалы (щебень), а также уплотнение с помощью утрамбовки или вибрирования.

2. Укрепление сваями из железобетона.

Смысл такого метода заключается в том, что прочная свая проходит через слой нестабильного грунта и упирается в плотный слой. Таким образом, нагрузка передается вертикально по свае. Она же удерживается за счет трения самого грунта о свою поверхность. Данный метод требует наличия дорогостоящего и громоздкого оборудования и достаточно большой строительной площадки.

Сваи могут быть:

3. Укрепление грунтовыми сваями.

Для создания грунтовых свай бурят отверстие, в которое засыпается смесь из гранулометрического заполнителя разной фракции. Сваи трамбуются послойно и считаются наиболее дешевыми и экологичными по сравнению с обычными железобетонными.

4. Утрамбовка, вибрация или замена грунтовой подушки.

Такие методы используют при небольшой толщине слоя с заданными свойствами. Утрамбовку производят катком (гладким или кулачковым), виброплитами или другим оборудованием с вибрацией. Все пылеватые грунты с песком трамбуют с применением воды. Такой метод наиболее оптимален для строительства дорог, аэродромов и прочих объектов с большой площадью. Если же данный метод по каким-то причинам применить невозможно, то строители извлекают слой слабого грунта и меняют его на прочный.

5. Цементация и инъекции в грунт.

Суть метода сводится к приданию грунту определенных свойств за счет добавления цемента в структуру.

Цементация представляет собой перемешивание грунта с раствором цемента. Для этого применяется шнековый бур с пустой штангой (отверстием по всей длине). Во время работы шнека через отверстие подается цемент, который перемешивается с грунтом. Такой метод недорогой и эффективный, поэтому его часто применяют во влажных грунтах.

6. Струйная цементация.

При струйной цементации раствор подается по трубке под высоким давлением. Таким образом, одновременно пробивается место для «инъекции», а раствор смешивается с грунтом. Для реализации этого способа необходима специфическая строительная техника.

Струйная и механическая цементация подходит для усиленных грунтов, на которых уже построены здания. Для работы в стесненных условиях строители используют компактные установки для цементных инъекций («джет-сваи»), которые можно вводить вертикально и под углом. Все работы происходят в ускоренном темпе и относительно бесшумно.

7. Укрепление плоскости грунта для дорожного полотна.

При обустройстве дороги используют комбинированные способы укрепления грунта под полотно, поскольку на протяжении дорожной линии он обладает разными свойствами. Чаще всего дорожные строители используют механический метод укрепления и утрамбовки поверхности.

8. Смешивание с природными гранулами.

При помощи добавления гранул в грунт можно изменить его свойства. Гранулометрический или другой наполнитель значительно повышает прочность основания. В зависимости от состояния грунта для стабилизации добавляют природные материалы: песок, щебень, глину, гравий и суглинок. Такой метод недорогой и экологичный, поскольку для повышения плотности не нужны химические компоненты. Процесс перемешивания грунта происходит в шнековом бункере.

9. Смешивание с минеральными вяжущими компонентами.

Самый известный способ – это известкование. Оно уменьшает липкость и пластичность глинистого грунта и делает его более устойчивым к размоканию. Но у метода есть существенный недостаток – небольшая морозостойкость. Как правило, известкование грунта используют при подготовке нижнего слоя подушки.

10. Смешивание грунта с органическим вяжущим компонентом.

Этот метод мало отличается от известкования, но здесь в качестве добавки используют смолу, битум, деготь или жидкую эмульсию. Эффект от использования вяжущих компонентов схож с предыдущим методом. Но материалы для такого уплотнения будут стоить существенно дороже. К тому же, они проявляют агрессивное воздействие на окружающую среду. По этой причине данный метод практически не используется. Строители предпочитают недорогие и проверенные способы уплотнения грунта. Иногда для повышения прочности достаточно укрепить участок дороги при помощи обычного мотокультиватора.

11. Осушение грунта

Одним из основных факторов слабого грунта может быть высокая влажность и наличие воды в составе. Если удалить лишнюю влагу, грунтовое основание станет более плотным.

12. Обжиг или термическое укрепление.

Такой метод очень эффективен при работе с глинистым грунтом. В заранее пробуренную скважину погружают перфорированную трубу из огнеупорной стали и в нее подают горячий газ. Лишняя влага полностью испаряется, а сама глина запекается. Особенностью метода можно назвать тот факт, что для разогрева газов используется природное топливо в виде угля или дров.

13. Смешивание грунта с химическим раствором.

Самый простой метод – это силикатирование. Он заключается в добавлении жидкого стекла в грунт с помощью раствора. Раствор нагнетают в заранее пробуренную скважину по трубам, которые потом извлекают. После такой подготовки грунт окаменевает. Но недостатком такого метода является низкая морозоустойчивость, быстрое затвердение материала и достаточно ограниченная область применения. Причем, в зависимости от состава грунта требуется определенный раствор химических реагентов для силикатирования.

14. Электрический метод.

Для укрепления используют электроосмос, в котором движение воды происходит от «плюса» к «минусу». Этот метод подходит для обезвоживания влажного грунта.

15. Электрохимическое укрепление.

Данный метод основан на добавлении в грунт химических растворов в определенных точках. Это энергоемкий процесс, нуждающийся в больших затратах электроэнергии. При хорошем уровне знаний дорожных специалистов электрохимический способ (с применением осмоса) можно использовать для постоянного отведения воды от фундамента.

16. Армирование.

При создании откосов или оформлении берегов при ландшафтном дизайне используется армирование полимерными конструкциями. Армирование одинаково эффективно на ровных или наклонных поверхностях дороги.

17. Георешетка.

Решетка для укрепления грунта представляет собой трехмерную конструкцию из перфорированных лент. Она придает хорошую прочность и удерживает грунт во всех плоскостях. Для этого в соты решетки засыпают мелкий наполнитель или обыкновенный грунт. Для утрамбовки его проливают водой. Толщина армированного слоя грунта обычно колеблется в пределах 10-25 см.

18. Геотекстиль.

Метод используют для многослойной подготовки грунтового основания. Геотекстиль из прочного материала пропускает воду, но не позволяет другим слоям перемешиваться между собой. Таким образом он распределяет нагрузку между слоями.

19. Геосетка.

С помощью геосетки можно растянуть нагрузку на грунтовое основание. Сетку применяют довольно редко в качестве арматуры тонкого слоя и при сочетании с другими материалами.

20. Засев травой.

Метод декоративного укрепления откосов с помощью засева склонов травой очень эффективен при крутизне не более 1 к 1,5 м. При засеве грунт уплотняют механическим способом на не затапливаемых откосах. Выросшая трава хорошо предотвращает процесс эрозии и размывания почвы.

На приусадебных участках часто используют сочетание армированной технологии с засевом травой. С помощью сетки создаются интересные и оригинальные конструкции, в которые утрамбовывается грунт с семенами. Таким образом, можно создать невероятные ландшафтные формы и сохранить природную чистоту грунта.

Укрепление грунтов основания | ПРАЙМ

Укрепление грунтов – методы и результаты

При необходимости увеличения прочности и снижения деформативности грунтов в основаниях существующих и эксплуатируемых объектов нового строительства и реконструкции, а также при проведении реконструкции объекта и соответствующем увеличении нагрузок на фундаменты и соответственно на основание, производится усиление грунтов  – для улучшения их физико-механических характеристик.

При этом подобное изменение происходит как в результате увеличения сцепления частиц грунта между собой, так и вследствие принудительного изменения структуры грунта и повышения его плотности посредством механического уплотнения.

Существует немало способов закрепления оснований зданий и сооружений. Для этого в грунтовое основание под давлением нагнетаются различные виды вяжущих материалов в жидком, пастообразном состоянии, в виде порошка; на массив может оказываться воздействие электротоком, он будет подвергаться охлаждению или нагреву; грунт уплотняется, выполняются сваи и устраивается шпунтовое ограждение.

Определение конкретного способа укрепления грунтов основания производится на основе анализа состава, структуры и влажности грунта, изучения конструктивных особенностей фундамента и всего здания в целом, а также причин, вызвавших необходимость усиления.


В каких случаях необходимо укрепление грунтов

Улучшение физико-механических показателей грунтовых оснований – мероприятие сложное и весьма дорогостоящее. Поэтому усиление грунтов выполняется в тех случаях, когда необходимо решать следующие задачи:

При соответствующем технико-экономическом обосновании, доказывающем эффективность предложенных мероприятий, технологии закрепления основания могут использоваться и в других случаях.

Необходимость усиления грунтов определяется проектной или эксплуатирующей организацией в каждом конкретном случае:

В этих случаях проектная организация рассчитывает характеристики основания, необходимые для восприятия фактических нагрузок от здания или сооружения, а субподрядная организация, специализирующаяся на работах по закреплению грунтов, разрабатывает проект производства работ, результатом реализации которого будет создание грунтового основания с требуемыми физико-механическими показателями.

Как закрепляют грунтовое основание

Существует много возможностей, реализация которых позволит повысить прочность и снизить водопроницаемость грунтовых оснований, однако чаще всего используются следующие виды:

Закрепление с использованием этих технологий не мешает нормальной эксплуатации здания, где производятся работы, но его выполнение позволяет повысить прочностные характеристики грунтов до величины, требуемой реальными геологическими условиями или возросшей нагрузкой.

В зависимости от фактического состояния грунтов закрепление оснований зданий и сооружений может производиться с использованием различных методов, в частности:

при укреплении грунтов основания физико-химическими методами используются технологии:

химическое укрепление грунтов основания также выполняется несколькими способами, среди которых:

термическое закрепление грунтов:

Для усиления грунтов основания посредством термического закрепления бурится скважина необходимой глубины и требуемого диаметра. В ее устье или глубине сжигается жидкое (дизтопливо, мазут, сжиженный газ), твердое (уголь) или газообразное топливо. Чтобы добиться повышенной эффективности процесса, в скважину под давлением от 15 до 50 кПа подается избыточное количество воздуха. Под воздействием огня непосредственно в скважине и от горячих газов, проходящих через поры в массиве грунта, происходит спекание отдельных частиц. Благодаря этому прочность на одноосное сжатие термообработанного грунта может достигнуть величины 1 кПа.

Если глубина скважины не позволяет обработать ее целиком, то первоначально термическому воздействию подвергается верхняя часть, поскольку это позволит создать участок, на котором происходит образование факела обжига, а далее обжиг производится по захваткам. Максимальная глубина усиления грунтов основания таким способом составляет 20 м, а расстояние между скважинами определяется в зависимости от конструкции фундаментов. Температура обжига зависит от цели термического воздействия и колеблется от 300°С при закреплении откосов и до 900°С при устройстве термогрунтовых свай, а его продолжительность варьируется от 5 до 10 суток. В состав нагревательной установка, с помощью которой производится термическое закрепление грунта входит возхдуходувка - генератор сжатого воздуха или компрессор с трехполостной форсункой, одна полость которой управляет расходом топлива, другая подмешивает к топливу воздух для образования факела, а третья охлаждает воздухом корпус.

Другим видом термического укрепления грунтов является их искусственное замораживание, которое позволяет на некоторое время закрепить слабые водонасыщенные грунты. Эта технология предполагает подачу хладагента в систему скважин, расположенных с расчетным шагом по участку, с последующим созданием высокопрочного и водонепроницаемого массива ледогрунта. В качестве хладагента может использоваться охлажденный до температуры -25ºС раствор кальция или натрия высокой концентрации (рассольный способ замораживания грунтов) или жидкий азот, испаряющийся при температуре – 196ºС (метод замораживания грунтов сжиженным газом).

механические методы усиления грунтов основания предполагают уплотнение грунтов различными способами, в частности:

использование конструктивных элементов здания в целях усиления грунтов основания, которые используются при соответствующем технико-экономическом обосновании. К ним можно отнести:

укрепление грунтов при помощи геополимеров - современные технологии, позволяющие повысить прочность грунтового основания, к которым относятся:

Однако инъекционное укрепление грунтов производится не только с использованием геополимеров: физико-химические и химические методы также выполняются посредством инъектирования минеральных и полимерных составов в грунтовый массив, поэтому важно понимать основные принципы этих технологий, а также знать номенклатуру оснастки и оборудования, необходимых при выполнении работ такого вида.

Преимущества технологии инъектирования грунтов

Среди различных методов укрепления грунтов фундаментов технология инъектирования с использованием геополимеров становится приоритетной благодаря своим преимуществам, к которым можно отнести:

Эта технология способна создать основание нормальной прочности вместо замоченных и просевших грунтов под существующим зданием.


Основные принципы технологии инъектирования грунтов

При использовании химических и физико-химических методов укрепления грунтов работы могут выполняться по одной из трех схем:

При использовании такой технологии необходимо обеспечивать ритмичное расположение инъекционных скважин, которые должны располагаться таким образом, чтобы создать сплошное усиление грунтов основания объекта и оконтурить его. Расстояние между ними рассчитывается с учетом характеристик грунта и показателей инъекционного раствора. Диаметры скважин определяются исходя из технических характеристик бурильных станков и машин. Для погружения в грунт перфорированных труб – инъекторов может использоваться как забивка или задавливание, так и погружение в предварительно пробуренную скважину. В этом случае метод зависит от показателей грунта, глубины инъектирования, характеристик бурильных машин и наличия окружающей застройки.

По-другому реализуется технология укрепления грунтов фундаментов инъектированием с использованием геополимеров. Этот метод чаще всего применяется для восстановления прочностных характеристик грунтов, расположенных под существующим зданием, находящимся в недопустимом состоянии из-за просадки фундаментов. В этом случае рядом с существующими фундаментами пробуриваются шпуры диаметром 12 – 16 мм, низ которых должен располагаться глубже отметки подошвы фундамента.

В шпуры опускаются трубки, верх которых закрывается полимерными или металлическими пакерами, через которые геополимер под давлением, создаваемым насосами, подается в грунт. Для исключения возможности пролива состава на поверхность, в пакерах имеется обратный клапан. Подача состава производится порциями, каждая из которых заполняет поры грунта на своем уровне и затвердевая, повышает давление в основании.

Через определенное время последние порции твердеющего геополимера, расширяясь, смогут подпереть просевший фундамент и возвратить его в проектное положение. Таким способом можно выполнить укрепление грунтов фундамента и поднять его на величину до 20 см.


Материалы и оборудование, необходимые для инъектирования грунтов

Материалы, необходимые для инъектирования грунтовых оснований с целью повышения их прочностных характеристик и восстановления первоначальных физико-механических показателей, подбираются индивидуально, в зависимости от многих факторов – состава и состояния грунта, глубины и диаметра скважин и шпуров, вида насосного оборудования и растворных станций. Наряду с традиционными растворами, состав которых описан неоднократно, укрепление грунтов фундаментов производится с использованием современных полимерных материалов:

Это не исчерпывающий перечень, поскольку новые материалы, повышающие характеристики грунтовых оснований, появляются на рынке регулярно.


При разработке проекта производства работ по укреплению грунтовых оснований важен рациональный выбор оборудования, поскольку от этого во многом зависит экономичность предложенного способа увеличения несущей способности основания.

Основным видом оборудования, от которого зависит качество работ по усилению грунтов способом инъектирования, являются насосы. В этих целях используются:


Подача растворов на основе цемента в скважину производится при помощи инъектора, который для закрепления грунтов на глубину до 5м погружается при помощи отбойного молотка, состоящего из следующих элементов:


Важным элементом технологии усиления грунтов основания методом инъектирования является пластиковый или металлический пакер  – устройство, через которое в перфорированную трубку подаются составы для инъектирования. С целью исключения возможности аварийного выброса инъектирующего раствора, пакер оборудуется обратным клапаном. Номенклатура оборудования, необходимого для работы станции приготовления раствора, определяется в зависимости от рецептуры инъектирующей смеси и особенностей технологии производства работ.

Почему именно «Прайм»?

Если у строительно-монтажных компаний, ведущих работы на территории Москвы и Московской области, возникает необходимость в усилении грунтов на земельном участке, отведенном под новое строительство, под фундаментами здания, подлежащего реконструкции или просевшего из-за изменившихся грунтовых условий, многие генподрядные организации обращаются к нам – в ООО «Прайм».

Это обусловлено:


Регулярное повышение квалификации сотрудников нашей компании позволяет ООО «Прайм» быть в курсе новых разработок в строительной сфере и в короткие сроки осваивать передовые технологии. Все это обеспечивает выполнение усиление грунтов в сжатые сроки и с высоким качеством, а также дает результат, предусмотренный проектными материалами.

Методы закрепления грунтов - новости строительства и развития подземных сооружений

Закрепление грунтов — это искусственное изменение строительных свойств грунтов различными физико-химическими способами. Такое преобразование обеспечивает увеличение их прочности, устойчивости, уменьшение сжимаемости и водонепроницаемости. Существует два основных способа закрепления грунтов: поверхностное и глубинное.

Поверхностное закрепление выполняют на глубину до 1 м. При этом способе грунт предварительно разрыхляется, перемешивается с закрепляющими материалами (вяжущие, цемент, известь и др.) и затем уплотняется. Глубинное закрепление предусматривает обработку грунтов без нарушения их естественного сложения путем инъекции закрепляющих материалов,  термообработки   и   замораживания, с использованием предварительно пробуренных скважин, шпуров или забиваемых инъекторов. Инъекцию производят с использованием вяжущих, силикатных материалов и смол.

Методы глубинного укрепления грунтов

Для повышения несущей способности грунтовых оснований применяют следующие способы искусственного закрепления грунтов:

•    Химический (цементация, битумизация и смолизация)
•    Термический
•    Искусственное замораживание
•    Электрический
•    Электрохимический
•    Механический

Химическое закрепление грунтов

Химическое закрепление грунтов инъекцией в строительстве в настоящее время осуществляется способами силикатизации, смолизации и цементации.  Наиболее распространенная и популярная из технологий по закреплению грунтов – это цементация. Цементация — это процесс нагнетания в грунт жидкого цементного раствора или цементного молока по ранее забитым полым сваям. Цементация применяется для закрепления крупно- и среднезернистых песков, трещиноватых скальных пород путем нагнетания в грунт цементного раствора через инъекторы. В зависимости от размера трещины и пористости песка применяют суспензию с отношением цемента к воде от 1:1 до 1:10, а также цементные растворы с добавками глины, песка и других инертных материалов.

Радиус закрепления грунтов составляет в скальных грунтах — 1,2-1,5 м, в крупных песках — 0,5-0,75 м, в песках средней крупности — 0,3-0,5 м. Цементацию производят нисходящими зонами; нагнетание прекращают при достижении заданного поглощения или когда снижение расхода раствора достигнет 0,5 л/мин в течение 20 мин при заданном давлении.

При горячей битумизации в трещины породы  или в гравийно-гравелистый грунт нагнетают через скважины горячий битум, который, застывая, придает грунтам водонепроницаемость. При холодной битумизации, в отличие от горячей, нагнетают 35—45-процентную тонкодисперсную битумную эмульсию. Способ используется для очень тонких трещин в скальных грунтах, а также  для уплотнения песчаных грунтов.

Смолизацию применяют для закрепления мелких песков и выполняют путем нагнетания через инъекторы в грунт смеси растворов карбамидной смолы и соляной кислоты.

Силикацией закрепляют песчаные и лессовые грунты, нагнетая в них химические растворы. Через систему перфорированных трубок-инъекторов в грунт последовательно нагнетаются растворы силиката натрия и хлористого кальция. Получающийся в результате реакции гель кремниевой кислоты придает грунту значительную прочность и водонепроницаемость.

Термическое закрепление грунтов

Термическое закрепление является результатом сжигания топлива (газообразного, жидкого, сжиженных газов) непосредственно в скважинах, пробуренных на всю глубину закрепляемого грунта. Закрепление грунта в скважине происходит под действием пламени, а в теле массива — от раскаленных газов, проникающих сквозь поры грунта. В результате вокруг скважины образуется столб обожженного грунта, диаметр которого зависит от продолжительности обжига и количества топлива. Этим способом можно закрепить грунты и устранить их просадочность на глубину до 15 м, доведя прочность в среднем до 1 МПа.

Искусственное замораживание грунтов является универсальным и надежным методом временного закрепления слабых водонасыщенных грунтов. Сущность данного метода заключается в том, что через систему замораживающих скважин, расположенных по периметру и в теле будущей выработки, пропускается хладоноситель с низкой температурой, который, отнимая от окружающего грунта тепло, превращает его в ледогрунтовый массив, обладающий полной водонепроницаемостью и высокой прочностью.

В зависимости от вида хладоносителя различаются два способа замораживания: рассольный и сжиженным газом. В первом случае рассол-хладоноситель представляет собой высококонцентрированный раствор хлористого кальция или натрия, предварительно охлажденный в испарителе холодильной машины до температуры минус 25° С. В качестве хладагента в холодильных машинах используются аммиак, фреон или жидкий азот. Во втором случае в качестве хладоносителя сжиженных газов используется главным образом жидкий азот, имеющий температуру испарения минус 196° С.

Электрический способ закрепления грунтов

Электрическим способом закрепляют влажные глинистые грунты. Способ заключается в использовании эффекта электроосмоса, для чего через грунт пропускают постоянный электрический ток с напряженностью поля 0,5-1 В/см и плотностью 1-5 А/кв.м. При этом глина осушается, уплотняется и теряет способностью к пучению.

Электрохимический способ отличается от предыдущего тем, что одновременно с электрическим током через трубу, являющуюся катодом, в грунт вводят растворы химических добавок (хлористый кальций и др.). Благодаря этому интенсивность процесса закрепления грунта возрастает.

Механический способ укрепления грунтов

Механический способ укрепления грунтов имеет следующие разновидности: устройство грунтовых подушек и грунтовых свай, вытрамбовывание котлованов и др.

Устройство грунтовых подушек заключается в замене слабого грунта основания другим, более прочным, для чего слабый грунт удаляют, а на его место насыпают прочный грунт и послойно утрамбовывают. При устройстве грунтовых свай в слабый грунт забивают сваю-лидер. В полученную после извлечения этой сваи скважину засыпают грунт и послойно уплотняют. Вытрамбовывание котлованов осуществляется с помощью тяжелых трамбовок, подвешенных на стреле башенного крана. Этот способ менее сложен, чем способ грунтовых подушек, поскольку не требует замены грунта основания. Также уплотнение котлованов значительных размеров может осуществляться гладкими или кулачковыми катками, трамбующими машинами, виброкатками и виброплитами.

Расскажите о нашей статье своим друзьям,
поделившись ссылкой в социальной сети

Укрепление и усиление оснований — Студопедия

Для повышения прочности оснований эксплуатируемых зданий и сооружений и предотвращения развития в их конструкциях деформаций аварийного характера, а также для выполнения работ по ремонту и реконструкции существующих фундаментов и их осно­ваний широко применяют различные методы укрепления и усиле­ния оснований. В зависимости от технологии производства и про­цессов, происходящих в грунте, эти методы можно разделить на четыре основных вида:

· Механический (глубинный и поверхностный).

· термический,

· физико-хими­ческий

· химический.

Глубинное уплотнение оснований фундаментов существующих зданий в основном выполняется путем устройства наклонных сква­жин, заполняемых песком.

Таблица 4.1. Рекомендуемые способы закрепления лёссовых фундаментов грунтов оснований
Способ закрепления грунтов Границы примене­ния Сущность технологиче­ского процесса Свойства закреплен­ного грунта
Силикатизация однорастворная Электросилика­тизация Коэффициент фильтрации Кф=0,5...2 м/сут Кф=0,1 м/сут во влажных грун­тах Нагнетание раство­ра силиката натрия Нагнетание раство­ра силиката натрия в зоне постоянного Непросадочность, прочность 1... 3 МПа Непросадочность, прочность 0,6... 2 МПа
Смолизация Кф=0,1...0,2 м/сут электрического поля Нагнетание раство­ра карбамидной смо­лы Непросадочность, прочность 0,7 ...1,5 МПа

Поверхностное усиление применимо только для уплотнения ма­ловлажных и влажных грунтов с коэффициентом водонасыщенности менее 0,7. Оно выполняется с помощью катков, виброплит, трамбовок и т. д. и в основном используется при новом строитель­стве или перекладке фундаментов.


Термозакрепление (обжиг) применяется в основном при закреп­лении просадочных грунтов. Топливо сжигают в герметически закрытых затворами скважинах, пробуренных вертикально, наклон­но или горизонтально в толще закрепляемого грунта. Новым в термическом закреплении является применение так называемого электротермического способа обжига грунта, основанного на ис­пользовании нихромных электронагревателей. Благодаря измене­нию мощности теплоисточника по высоте скважины в результате применения погружных элементов можно регулировать форму и размеры образующихся при обжиге термогрунтовых тел с учетом неоднородности напластования грунтов.

К физико-химическим способам закрепления грунтов относится цементация и использование грунтоцементных материалов. Цемен­тация грунта заключается в нагнетании в грунт через инъекторы цементного или цементно-песчаного раствора, который обеспечивает в закрепляемом основании создание отдельных столбов или мас­сивов из сцементированного грунта. Цементацию обычно применя­ют для закрепления песчаных и крупнообломочных грунтов, а так­же трещиноватых скальных пород.


К химическим способамзакрепления грунтов относятся силика­тизация, электросиликатизация, газовая силикатизация, аммониза-ция, смолизация и др. На практике наиболее часто применяется силикатизация и смолизация (табл. 4.1).

Основным материалом для силикатизации является жидкое стекло — коллоидный раствор силиката натрия. В зависимости от вида, состава и состояния закрепляемых грунтов применяется одно-и двухрастворная силикатизация.

Однорастворная силикатизация основана на введении (инъеци­ровании) в грунт гелеобразующего раствора, состоящего из двух или трех компонентов. Однорастворный способ используется для закрепления лёссовых просадочных и песчаных грунтов с коэффи­циентом фильтрации 0,5...5 м/сут. Двухрастворный способ силика­тизации применяется для закрепления песчаных грунтов с коэффи­циентом фильтрации до 0,5 м/сут и состоит в поочередном нагне­тании в грунт двух растворов: силиката натрия и хлористого кальция.

Аммонизация заключается в нагнетании в грунт под небольшим Давлением газообразного аммиака. Способ применяют для прида­ния лёссовым грунтам свойства непросадочности.

Смолизация представляет собой закрепление грунтов путем инъецирования в них водных растворов синтетических смол.

Технологические схемы инъецирования приведены на рис. 4.2.

4.4. Ремонт и усиление фундаментов

Практика показала, что проектирование усиления фундаментов почти всегда намного сложнее проектирования новых конструкций. Это объясняется тем, что в каждом случае приходится считаться с условиями эксплуатации объекта, со стесненными условиями работы, с разнообразием проявления деформаций зданий и соору­жений и др. Само выполнение работ по ремонту и усилению фунда­ментов — всегда крайне трудоемкий, тяжелый и ответственный процесс.

Наиболее часто приходится увеличивать площадь подошвы фун­даментов, подводить конструктивные элементы под существующие фундаменты, повышать их жесткость, передавать часть нагрузки на дополнительные фундаменты или полностью заменять фунда­менты, когда необходимо пред­отвратить развитие аварийных деформаций зданий и сооруже­ний.

Увеличение опорной площа­ди ленточного фундамента (рис. 4.3) производится сле­дующим образом.

В заводских условиях со­гласно проекту изготовляют железобетонные плиты-обой­мы / со шпонками 2 и анкер­ные стержни 4. Плиты-обоймы имеют отверстия 3. Одновре­менно на ремонтируемом объ­екте производится расчистка поврежденных поверхностей существующего фундамента и устройство углублений под шпонки и отверстий под анкерные стержни. При необходимости проводится разгрузка фундаментов путем устройства системы подкосов и рас­порок или передачи нагрузок на горизонтальные поддерживающие балки. Способы разгрузки указываются в проекте производства работ.

После доставки комплектов усиления производится монтаж плит-обойм с последующей стяжкой их анкерными болтами до обеспечения в них проектного натяжения.

Вертикальные стыки между плитами-обоймами после сварки выпусков рабочей арматуры между ними замоноличиваются бе­тоном.

Усиление существующего фундамента выполняется путем уст­ройства рубашек (рис. 4.4) и набетонок (наращиванием). В обоих случаях старая конструкция соединяется с новой. Качество этого соединения обеспечивает надежность последующей работы фунда­мента под нагрузкой.

Рубашка при усилении фундамента представляет собой сплош­ное обетонирование фундамента со всех сторон, за исключением нижней части, осуществляемое с дополнительным армированием и позволяющее увеличить размеры фундамента. Перед устройством

выполняется бетонная подготовка под нее. Набетонка устраивается при одностороннем усилении фундамента.

Прочность сцепления нового бетона со старым зависит от тща­тельности проведения мероприятий по подготовке конструкции к усилению, что подробно рассматривалось в предыдущей главе. Усиление ленточных фундаментов выносными буронабивными

сваями выполняется в та­кой последовательности(рис. 4.5).

Сначала согласно проек­ту производится устройство скважин и буронабивных свай 1 вдоль существующего ленточного фундамента 7, а затем эти сваи соединяются между собой с помощью ростверка 2. Одновременно выполняются ремонтно-вос-становительные работы су­ществующего фундамента 7 с устройством в нем штраб 8 и сквозных отверстий под балки 5.

После установок балок 5 в этих отверстиях между ростверками 2 и балками 5 устанавливаются домкраты 3 и подставки 4 и с их помо­щью производится передача нагрузки от существующего фундамента 7 на свайный фундамент, а затем осущест­вляется замоноличивание 6. балок 5 с ростверками 2 и бетонирование участков, за­нятых домкратами, после удаления последних. Таким же методом производится усиление столбчатых фунда­ментов неглубокого заложения.

Весьма эффективным для усиления фундаментов является при­менение корневидных свай, называемых также буроинъекционны-ми, что позволяет производить работы без разработки котлованов, обнажения фундаментов и нарушения структуры грунта в осно­вании.

Сущность способа усиления корневидными сваями заключается в устройстве под зданием своего рода подпорок — жестких корней в грунте, которые переносят большую часть нагрузки на более плотные слои грунта. При усилении корневидными сваями может предусматриваться создание единой конструкции в ростверковом и безростверковом варианте. Корневидные сваи могут быть вертикальными или нак­лонными. Скважины для корневидных свай бурят с помощью установок вращательного бурения, которые позволяют пробуривать скважины через расположенные выше стены и фундаменты. Диа­метр буров 80...250 мм. При бурении для обеспечения устойчивости стенок скважин используются обсадные трубы, вода, глинистая суспензия или сжатый воздух.

По сравнению с другими типами свай корневидные сваи обладают по­вышенным сопротивлением трению вдоль боковой поверхности, что обеспечивается путем частичной це­ментации грунта, находящегося в контакте со сваей. Благодаря про­хождению сквозь существующие конструкции корневидные сваи ока­зываются связанными с сооружени­ем, поэтому не требуется их допол­нительное соединение с существую­щими фундаментами.

После бурения в скважину уста­навливают арматурные каркасы, со­стоящие из отдельных секций, сты­куемых с помощью сварки. Длина секций обычно не превышает 3 м и лимитируется высотой помещения, в котором производят работы. Фиксаторы, устанавливаемые в кар­касе, предупреждают отклонение от оси скважины. После установ­ки или одновременно с ней в скважину опускают инъекционную трубу диаметром 25...30 мм, через которую нагнетают цементно-песчаный раствор, обжимающий стенки скважины и образующий небольшие местные выступы. Усиление оснований и фундаментов буроинъекционными сваями применяется очень часто для сохра­нения архитектурно-исторических памятников. Например, в Моск­ве Московским специализированным управлением Всесоюзного объединения «Гидроспецстрой» успешно проведено усиление фун­даментов здания МХАТа им. Горького. Проект усиления выполнен институтом «Гидроспецпроект».

В зарубежной практике ремонта и усиления фундаментов^ кор­невидные сваи применяют также при необходимости устройства глубоких выемок в непосредственной близости от существующих зданий. Сооружаемая «решетчатая» подпорная стенка удерживает от обрушения откос вместе с фундаментом. В отдельных случаях корневидные сваи органически связаны с существующим зданием как единое целое.

При усилении или ремонте (реконструкции) фундаментов, про­водимых в непосредственной близости от фундаментов существу­ющих зданий и сооружений на стесненной площадке и в сложных грунтовых условиях, целесообразно применять способ «стена в грунте».

При устройстве глубоких выемок и подвалов в непосредствен­ной близости от фундамента усиление производится глубокими сте­нами или прямоугольными столбами, возводимыми между выемкой и фундаментом (рис. 4.6, а). Для обеспечения устойчивости фунда­мента производится расчет защемления стены в грунте с учетом нагрузок от фундамента и грунта, находящегося за стеной. Если расчетное защемление выполнить затруднительно, то повышение устойчивости стен достигается устройством анкерных креплений, располагаемых между фундаментами (рис. 4.6, б, з).

Несущую способность столбчатых фундаментов можно увели­чить возведением у фундамента глубоких стен или столбов прямо­угольного сечения, опираемых на прочное основание (рис. 4.6, в). Стены или столбы могут иметь в плане двух- и четырехстороннее расположение (рис. 4.6, г, д). В некоторых случаях рационально устройство стен в виде замкнутого короба (рис. 4.6, е, ж). Возве­денные стены или столбы объединяются с усиливаемым фундамен­том железобетонной обоймой.

Для одновременного увеличения устойчивости основания и уси­ления фундамента могут быть устроены параллельные стены в виде глубоких лент, располагаемых с обеих сторон фундаментов. С целью повышения жесткости стены могут соединяться стенами-перемычками, устраиваемыми на меньшую глубину, чем основные параллельные стены. При таком решении устойчивость основания увеличивается, так как оно заключено в жесткую обойму.

В сложных условиях строительства и реконструкции при уси­лении могут применяться комбинации способа «стена в грунте» с устройством набивных и корневидных свай, часто с различными методами химического закрепления (усиления) грунта.

При производстве ремонтов фундаментов иногда возникает не­обходимость их замены, так как другие методы усиления или не обеспечивают требуемой несущей способности фундаментов, или же их выполнение по каким-либо причинам затруднено. К таким случаям относятся: значительное увеличение нагрузок на фунда­менты (предстоящая надстройка здания, недопустимая и угрожа­ющая устойчивости здания осадка фундаментов вследствие умень­шения несущей способности основания из-за резкого повышения или понижения уровня грунтовых вод), прокладка ниже подошвы заложения фундаментов существующего здания в непосредствен­ной близости от него подземных коммуникаций типа коллекто­ров и т. д.

Весь процесс замены фундаментов разделяется на два этапа.

Первый (подготовительный) этап включает осуществление ме­роприятий, обеспечивающих устойчивость здания в процессе выпол­нения работ второго этапа.

Второй этап производства работ по замене фундаментов вклю­чает устройство котлованов и траншей, разборку старого и устройство нового фундамента, а также ряд сопутствующих работ, выполняемых в большинстве случаев в стесненных условиях. Пере­кладка производится обычно отдельными участками длиной 1,5... 2 м. Перекладку очередного участка выполняют не ранее чем через

7 сут после окончания работ на предыдущих смежных участках.

7 первую очередь выполняют работы по перекладке наиболее сла­бых участков фундаментов.

Технологический процесс перекладки состоит из заводки разгрузочных балок, вскрытия и разборки от­дельных мест фундамента и устройства новой кладки. Для укладки разгрузочных балок в кирпичной стене отбойны­ми молотками пробивают горизонтальные борозды высотой и глу­биной соответственно сечению заводимой балки плюс 2...3 см с зачисткой поверхности. Борозды располагают под тычковым рядом кладки на 2...3 ряда кирпича выше обреза фундамента.

Пробивку борозд с другой стороны стены производят только после заделки разгрузочной балки в первой борозде. Балки укла­дывают на цементный раствор и закрепляют их деревянными или стальными клиньями, стягивают болтовыми соединениями, про­пущенными через отверстия, высверленные в кладке и стенке бал­ки, пространство между кладкой и вертикальной стенкой разгру­зочной балки заполняют цементным раствором состава 1 : 3 или бетоном на мелком щебне или гравии. Зазор между верхом балки и плоскостью борозды плотно заклинивают полусухим цементным раствором.

В местах, где предусмотрена перекладка фундамента, произво­дят отрывку шурфов с одновременным надежным креплением их стенок. Бутовый фундамент разбирают с помощью отбойных молот­ков, а при слабой расслоившейся кладке — вручную. После выкла­дывания нового фундамента до подошвы стены по выровненной поверхности раствора прокладывают гидроизоляционный слой, который сопрягается с гидроизоляцией соседних участков фунда­мента. Затем пространство между верхом вновь выложенного уча­стка фундамента и кладкой стены заделывают кирпичом и плотной заклинкой горизонтального шва полусухим цементным раствором, после чего производят обратную засыпку шурфа с последующим послойным трамбованием грунта.

Поскольку фундаменты зданий и сооружений испытывают зна­чительные статические, а иногда и динамические нагрузки, недоста­точное уплотнение грунта обратных засыпок приводит к просад­кам, вызывающим впоследствии разрушения строительных конструкций. Для выполнения работ по обратным засыпкам при­меняют бульдозеры, фронтальные и грейферные погрузчики, одно­ковшовые экскаваторы с оборудованием погрузчика и грейфера, для разравнивания грунта — бульдозеры и малогабаритные буль­дозеры-планировщики.

Для уплотнения грунта в стесненных условиях используют пнев­матические и электрические трамбовки, самопередвигающиеся вибрационные плиты, а также отбойные молотки со специальными насадками.

В связи с недостаточным выпуском средств механизации для уплотнения грунта в стесненных условиях на некоторых строитель­ных площадках для обратной засыпки применяют песок с последу­ющим уплотнением его путем замачивания.

Послойное уплотнение грунта в наименее доступных местах (нижняя часть пазух котлованов и траншей) выполняется вручную с помощью простейших деревянных или ручных электрических трамбовок. Применение ручных машин в 4...5 раз увеличивает про­изводительность труда при уплотнении грунта обратной засыпки по сравнению с выполнением работ вручную, но тем не менее тру­доемкость таких работ остается высокой, а толщина уплотняемого слоя не превышает 40...60 см при степени уплотнения 0,85...0,95.

Сокращение трудоемкости уплотнения грунта в стесненных условиях, улучшение качества и снижение стоимости уплотнения достигается при использовании навесного уплотняющего оборудо­вания к кранам, тракторам и экскаваторам, созданного сотрудни­ками ЦНИШЖТП Госстроя СССР.

Уплотнение грунтов в зимних условиях возможно, если отсыпка ведется непереувлажненными талыми грунтами с минимальными перерывами в работе и такой интенсивности, чтобы уложенный грунт не замерзал до его уплотнения. Несвязные грунты уклады­вают и уплотняют так же, как и в летнее время.

Укрепление грунта под фундаментом

Проседание фундамента – причина значительной доли деформаций строительных конструкций здания. В стенах появляются трещины, перекашиваются двери и окна, при накоплении критической массы проблем возникают разрушения. Своевременное усиление грунта сохраняет несущую способность основания, служит гарантией надежной и безаварийной эксплуатации сооружения.

Когда возникает необходимость усиления

Просевший или изначально слабый грунт усиливают под уже построенным зданием либо перед началом строительства на участке с плохими инженерно-геологическими условиями. Как правило, укрепление грунта под действующим сооружением сочетают с ремонтом и усилением фундамента.

Необходимость укрепления основания под фундаментом существующего здания возникает по следующим причинам:

  1. просчеты проектирования из-за отсутствия или недостоверной информации о геологии участка, некачественное проведение строительных работ;
  2. возрастание нагрузки на фундамент при реконструкции, надстройке дополнительных этажей, монтаже нового оборудования;
  3. смещение пластов при проведении строительно-монтажных работ поблизости;
  4. размыв основания при подъеме уровня грунтовых вод, нарушениях водоотвода талых и дождевых вод, авариях систем водоснабжения и канализации;
  5. вспучивание грунта из-за увеличения глубины промерзания зимой под действием изменений в климате.

Выбор конкретной технологии при укреплении основания под построенным сооружением увязывают с соответствующими объективными ограничениями. При новом строительстве способ усиления грунтов выбирают по результатам технико-экономического обоснования.

Технологии последнего времени позволяют задействовать в строительстве после дополнительной подготовки площадки с самыми сложными инженерно-геологическими условиями.

Меры по предотвращению размывания грунта

Укрепление основания неразрывно связано с работами по защите от размыва и удалению излишней влаги.

Способы защиты от размывания:

  1. устройство отмостки – бетонирование или асфальтирование по периметру здания с уклоном для отвода талых и дождевых вод от фундамента;
  2. дренаж – формирование вокруг здания сети труб, лотков и других водоотводящих путей, устройство при необходимости ливневой системы;
  3. откачка насосами – сброс воды в накопительные приямки, колодцы или котлованы с последующей откачкой насосами в водоотводные канавы;
  4. вакуумная установка с эжекторными иглофильтрами – понижение уровня грунтовых вод путем их откачки под действием разрежения через установленный в грунте иглофильтр;
  5. электроосмотическое осушение – уплотнение влажных илистых грунтов, через которые пропущен постоянный электрический ток, при сочетании электроосмотического осушения с вакуумным водопонижением эффективность повышается.

Проведение мероприятий, предотвращающих размыв основания, помимо устойчивости здания положительно сказывается на гидроизоляции строительных конструкций.

Инъектирование основания

Укрепление грунта под фундаментом инъектированием заключается в бурении скважин и закачке укрепляющего ремонтного состава через инъекционные приспособления. Под ленточным или столбчатым фундаментом скважины бурятся с поверхности земли наискосок, плитный просверливается сверху насквозь.

Ремсостав под давлением проникает во все прилегающие к скважине пустоты. Необходим постоянный контроль процесса, чтобы закачиваемый материал не ушел в глубину. На выбор конкретной технологии инъектирования влияет тип грунта, от которого зависит вид состава.

Способы инъектирования грунта:

  1. Силикатизация. Для закачки используется жидкое стекло. Способ применяется для закрепления песчаных или лессовых грунтов и плывунов.
  2. Смолизация. В скважины закачивают синтетические быстроотверждаемые смолы. Технология используется для укрепления водонасыщенных или сухих песков, лессов, супеси, суглинка.
  3. Цементация. Скважины заливают растворной смесью на основе цемента с примешиванием глины, суглинка или песка. В крупные пустоты дополнительно закачивают горячий битум. Консистенцию раствора подбирают с учетом плотности грунта или размеров трещин в скальной породе. Технология с трудом осуществима в мелкозернистых песках и совсем непригодна для супеси, суглинка, глинистых или илистых грунтов.
  4. Аммонизация. Метод предназначен для защиты от просадки лессовых грунтов. В грунтовое основание под фундаментом нагнетают газообразный аммиак, который вступает в химическую реакцию с породой.

Процесс инъектирования происходит без задействования крупногабаритного оборудования, не требует частичной разборки или приостановки эксплуатации здания. Дополнительное преимущество инъекционной технологии состоит в возможности приподнять и вернуть в изначальное положение осевший фундамент. Помимо укрепления основания под фундаментом создается противофильтрационная завеса для поднимающихся грунтовых вод.

Струйная цементация основания

Технология струйной цементации, или jet grouting, состоит в размыве грунта с одновременным заполнением образовавшейся полости чистым или смешанным с грунтовой массой раствором. Такой метод укрепления грунта под фундаментом можно рассматривать двояко – как усиление грунтового основания с устройством противофильтрационной завесы и как формирование нового свайного фундамента под прежним.

В отличие от инъектирования струйная цементация подходит почти для всех типов грунта, результат усиления определяется с высокой точностью. Структура и состав грунта, а также процентное содержание цемента влияют на прочность затвердевшего грунтобетона.

Струйная цементация проводится в два этапа – сначала выполняется размывка и образуется скважина, при обратном ходе буровой колонны подают раствор. Диаметр колонны из застывшего раствора зависит от типа грунта, силы нагнетаемого давления, длительности размыва, применяемой технологии.

Варианты технологии:

  1. Однокомпонентный. Для размыва используют только цементный раствор, диаметр колонн наименьший.
  2. Двухкомпонентный. Дополнительно подают сжатый воздух, диаметр колонн приблизительно в два раза больше, чем в предыдущем случае.
  3. Трехкомпонентный. Размыв выполняют водовоздушной струей, в образовавшуюся полость закачивают цементный раствор без примесей. Диаметр колонн наибольший, однако технология укрепления наиболее сложная, требуется крупногабаритное оборудование.

Многие зарубежные фирмы сейчас начали применять для струйной цементации компрессоры повышенной мощности. Использование подобного оборудования дало возможность увеличить диаметр колонн до 5 метров.

Термический метод

Этот способ применяют в основном при укреплении просадочных грунтов. Технология усиления грунта термохимическим обжигом основана на обработке основания продуктами сгорания жидкого или газообразного топлива. При необходимости сжигаемый материал обогащают добавками.

Топливо сгорает в герметичной скважине, расположенной вертикально, горизонтально или под наклоном. В результате образуются прочные термогрунтовые столбы.

Более современный электротермический обжиг ведут с помощью нихромных электронагревателей. Возможность колебаний мощности нагревателя по высоте скважины позволяет регулировать форму и размеры образующихся при обжиге столбов в соответствии с неоднородностью пластов.

Глубинное уплотнение

Грунтовое основание уплотняют механически, с помощью устройства песчаных или грунтоизвестковых свай. Известь при гашении вследствие контакта с водой многократно увеличивается в объеме и давит на стенки скважины, сильно уплотняя грунт. Другие варианты уплотнения – установка жестких элементов либо вибротрамбовка.

Глубинное уплотнение оснований под уже построенными зданиями ведут через наклонные скважины. Ранее такие скважины бурились буровыми снарядами с последующей выемкой дробленой массы или пробивались сердечниками. Несовершенство бурения состоит в недостаточном уплотнении, а при пробивке возникает сильное динамическое воздействие и существуют сложности с извлечением сердечника из скважины.

Сейчас из-за указанных недостатков стараются применять более прогрессивные технологии усиления грунтов глубинным уплотнением – винтовое продавливание либо уже упомянутую струйную цементацию.

Стабилизация грунтов земляного полотна методами благоустройства

Стабилизация грунтов земляного полотна методами улучшения грунта

Важным условием для высокоскоростного коридора является контроль за ухудшением геометрии пути, чтобы различные допуски оставались в установленных пределах.

Ухудшение геометрии гусеницы является функцией характеристик конструкции гусеницы, нагрузки на ось, скорости и уклона. Улучшение земляного полотна на бедных землях признано одним из наиболее значимых факторов.

Методы улучшения грунта

Здесь описаны соответствующие соображения и методики, которые следует принять для улучшения субкласса. Обсуждается процесс проектирования, направленный на преодоление проблем, связанных с плохими земельными участками, наряду с изучением различных доступных вариантов с указанием их различных преимуществ и ограничений.

Интерфейс между гусеницей, грунтовым покрытием и землей

Ухудшение геометрии гусеницы является функцией характеристик конструкции гусеницы, нагрузки на ось, скорости, транспортного средства и уклона.

Для пути со смешанным движением к конструкции предъявляются два различных требования; легкий пассажирский поезд на высоких скоростях и тяжелонагруженный грузовой поезд на более низкой скорости. Это приводит к требованию наличия земляного полотна, которое может обеспечить необходимую поверхность и соосность, необходимые для работы на высоких скоростях, в то же время выдерживая большую нагрузку на ось, не приводя к быстрому износу и не требуя частого обслуживания. Также необходимо учитывать компромисс между наклонами и дефицитом между высокоскоростным пассажирским поездом и устойчивостью низкоскоростных тяжелых грузовых поездов.

Еще одна проблема, связанная с высокой скоростью, заключается в том, использовать ли обычный тренерский состав с увеличенным подъемом или наклонный поезд для более высокой скорости. Необходимо искать технико-экономические решения, обеспечивающие безопасное движение поезда на более высоких скоростях по обычным железнодорожным путям без дорогостоящих работ по выравниванию, а не проектировать для слишком большой разницы скоростей на одном и том же пути.

Рельсовая система, состоящая из рельсов, шпал, балласта и суббалласта, обычно отделена от грунтового основания слоем геотекстильного разделителя.Подземные слои пути (балласт, подбалласт и земляной слой) обеспечивают необходимую опору для конструкции пути.

Основание обеспечивает устойчивую платформу для балластированной путевой структуры. Гусеничная система распределяет нагрузки от подвижного состава до безопасного уровня, так что эти напряжения не вызывают чрезмерных деформаций в грунтовом грунте, которые могут вызвать невосстановимые деформации и прогрессирующую деградацию геометрии пути, влияющую на безопасность и качество езды.

На конструкцию балластированной путевой системы влияют характеристики земляного полотна, в частности, модуль упругости грунтового основания.Модуль упругости оказывает значительное влияние на способность сохранять геометрию пути.

Ухудшение состояния в местах, где изменение грунтового основания с геотехнического на структурный элемент является хронической проблемой. Износ гусениц в этих областях может быть чрезмерно высоким и может потребовать в 8-10 раз больше обслуживания. Эти области требуют переходных структур.

Улучшение земляного полотна приводит к снижению скорости ухудшения геометрии пути и ощутимым меньшим расходам на техническое обслуживание.

Общие проблемы из-за плохого грунтового покрытия

Плохое земляное полотно может привести к:

Также необходимо оценить устойчивость откосов насыпей и выемок, а также исключить возможность массивного разрушения при сдвиге. Для большинства проектов выбранный материал земляного полотна преимущественно состоит из хорошо уплотненного материала остаточного грунтового заполнения, который обеспечивает высокую прочность на сдвиг и модуль упругости, предотвращая возможное возникновение прогрессирующего разрушения при сдвиге.

Более высокая осевая нагрузка может создавать более высокие нагрузки на грунтовое основание, что, следовательно, приводит к ускоренному износу пути. Оседание грунтового основания может происходить независимо от степени осевой нагрузки в случае сжимаемого грунтового основания, и это может вызвать деградацию грунта. рельсовый путь, особенно если населенные пункты неоднородны.

Плохое состояние основания может привести к чрезмерному и неравномерному ухудшению характеристик пути. Неравномерная деградация пути приводит к дорогостоящему обслуживанию и может даже отрицательно сказаться на безопасности пути.Кроме того, неоднородный характер мягких грунтов приведет к неравномерным оседаниям, что со временем приведет к деградации железнодорожных путей.

Варианты улучшения грунта для стабилизации земляного полотна

Улучшение грунтового основания является неотъемлемой частью и зависит от улучшения подстилающего естественного грунта. Обработка грунта требуется на плохих участках земли, так как естественные грунты могут оказаться не в состоянии поддерживать насыпь и железнодорожную систему без превышения требований, указанных в задании заказчика на проектирование.

Различные методы обработки почвы для мягких грунтов можно в общих чертах разделить на структурные (жесткие) и геотехнические решения на основе различных соображений, включая высоту засыпки, толщину и сжимаемость грунта, а также время и стоимость.

Для различных плохих условий грунта могут применяться следующие методы обработки почвы:

Вибрационная поверхность и глубокое виброуплотнение

Поверхностное виброуплотнение применяется для уплотнения рыхлых несвязных грунтов с помощью виброкатка.

Глубокое виброуплотнение может производиться для рыхлых песчаных отложений, содержащих менее 15% мелочи, на глубинах до 10 м.Уплотнение осуществляется путем введения зонда на конструктивную глубину улучшения и обеспечения уплотнения почвы вокруг зонда в течение определенного интервала времени. Затем зонд поднимается примерно на 0,5 м, чтобы уплотнить почву вокруг вибратора, и процесс повторяется.

Снятие и замена

Для локализованных участков с мягкими грунтами ограниченной глубины и толщины может быть выполнено удаление неподходящего материала и замена подходящим заполнителем. Эти неподходящие материалы встречались в долинах и низменностях и могут быть заменены хорошо уплотненным подходящим заполнителем.Земляные работы и замену можно проводить на глубине от 5 до 6 метров.

Удаление и замена может потребоваться даже на лесосеках, где обнаружено, что естественные почвы имеют низкую прочность на сдвиг и высокое содержание влаги. В большинстве этих областей может потребоваться подземный дренаж.

Предварительная нагрузка

Для невысоких насыпей над мягким сжимаемым грунтом, где плохой грунт имеет ограниченную толщину (короткий дренажный путь) или способен быстро сжиматься под нагрузкой излишнего предварительного заполнения из-за наличия линз песка, можно прибегнуть к предварительной нагрузке.

Предварительное нагружение мягких грунтов основано на концепциях уплотнения, в соответствии с которыми; поровая вода выжимается из пустот до тех пор, пока содержание воды и объем грунта не придут в равновесие под нагрузочными напряжениями, создаваемыми добавкой.

Обычно это сопровождается увеличением прочности почвы на сдвиг. В определенной степени первичная консолидация при окончательной нагрузке может быть достигнута во время строительства, и, следовательно, осадки после строительства уменьшаются.

Сборные вертикальные водостоки и Предварительная нагрузка

Однако, при увеличении толщины мягкой глины, когда период консолидации слишком велик для полной консолидации первичных осаждений, может быть добавлен вертикальный дренаж в сочетании с предварительной нагрузкой, чтобы ускорить оседание.

Вертикальные водостоки могут быть предложены в районах, где мощность слабых грунтов не превышает 10 м, а высота насыпей невелика. Ожидаемые первичные и вторичные поселения в таких областях ограничены.

Динамическая замена

Динамическая замена может применяться для уплотнения рыхлых несвязных грунтов глубиной от 5 до 6 м и высотой насыпи более 2,5 м. В динамической замене используется тяжелый отбойный молоток, который обычно поднимается краном на расчетную высоту, а затем опускается на почву по сетке таким образом, чтобы площадка была надлежащим образом покрыта.

Кратеры, образованные ударником, заполняются песком или заполнителем и уплотняются. Из-за сильных вибраций, вызванных падением молотка, этот метод подходит только в местах, удаленных от чувствительных к осадкам структур.

Каменные колонны

Каменные колонны могут быть предусмотрены в областях, где недра состоит из мягкого связного грунта толщиной более 5 м и где устойчивость и строгие требования не могут быть удовлетворены обычным удалением / заменой мягкого материала.Каменные колонны позволяют непрерывно возводить набережную во всю высоту без сценического строительства.

Свайная набережная и виадук

В районах с низким запасом прочности по несущей способности и устойчивости откосов; Возможно, придется прибегнуть к поэтапному строительству насыпи, в котором период ожидания должен быть введен между этапами для обеспечения консолидации и увеличения прочности.

Когда требуемый период строительства выходит за пределы имеющихся ограниченных временных рамок, необходимо установить бермы для устойчивости, чтобы сократить количество этапов строительства.

Более того, эти бермы могут выходить за пределы полосы отчуждения и потребовать приобретения дополнительных земель. В случае проблем с ограниченным временем и пространством может потребоваться структурное решение.

На участках с мягким грунтом высота насыпи, превышающая давление предварительного уплотнения, вызовет чрезмерную осадку. Этого можно избежать с помощью конструктивных решений, таких как виадук или насыпь свай. Конструктивное решение рекомендуется в условиях мягкого грунта с глубиной более 15 м.

Конструктивное решение также требуется там, где расчетным требованием является Нулевой мм, то есть точки и переходы / стрелочные переводы во дворах. Если высота насыпи больше, стоимость насыпи с насыпью может быть выше, и может потребоваться виадук. В обоих вариантах рельсовая система опирается на сваи, забитые в мягкий грунт и основанные на более жестком нижележащем материале.

Выбор компромисса между виадуком и насыпной насыпью определяется высотой насыпи.Экономический анализ показывает, что виадук более подходит для насыпи высотой более 6 м, ниже которой насыпная насыпь является предпочтительной.

Переходные конструкции

Переходные конструкции необходимо будет обеспечить во всех местах, где происходит резкое изменение устойчивости грунтового основания. Могут потребоваться переходы следующих типов:

Общая экономия

Тип обработки грунта в значительной степени определяет частоту обслуживания (трамбовки) и время владения, необходимое для обслуживания.Для получения долгосрочной экономии могут потребоваться значительные первоначальные инвестиции. Общая тенденция к снижению начальной стоимости (стоимости строительства) проекта приводит к принятию методологий, которые дают первоначальную более низкую стоимость, но могут привести к более высоким текущим расходам.

Противоположным сценарием будет потребность в нулевой общей осадке основания во время эксплуатации, чтобы снизить затраты на обслуживание на минимально возможном уровне, что приведет к очень высокой начальной стоимости строительства.

Система, состоящая из конструктивных решений для нулевой осадки с обеспечением безбалластного пути, может стоить около 2 - 2.В 5 раз больше, чем у обычных путей с балластом, с геотехническими решениями по улучшению грунта при заданной допустимой общей осадке. Если грунтовые условия плохие, стоимость жизненного цикла системы может быть в 3-4 раза больше, если не будет проведена надлежащая обработка почвы.

Таким образом, компромисс между затратами на улучшение характеристик грунта и основания и стоимостью технического обслуживания, возникающей из-за ухудшения состояния грунтового основания, позволит снизить затраты на техническое обслуживание и обновление в течение жизненного цикла.Однако, чтобы использовать истинный потенциал такого компромисса, необходимо будет обеспечить подходящие переходные конструкции, которые могут допускать различные методы обработки грунта.

Заключение и рекомендации

Методология проведения работ по улучшению грунта и земляного основания должна основываться на требованиях критериев расчета во время операций, в то же время, чтобы использовать разрешенную осадку для использования экономически эффективного варианта обработки грунта.

Рекомендуется рассматривать оптимизацию стоимости жизненного цикла как одно из требований на этапе определения и разработки проекта.Запрещающие условия расчета могут привести к значительному увеличению стоимости жизненного цикла из-за очень высоких капитальных затрат, хотя затраты на обслуживание и эксплуатацию могут быть значительно ниже.

В случае контракта «Проектирование и строительство» может быть определен более длительный период обслуживания, чтобы препятствовать краткосрочной выгоде Подрядчика по проектированию и строительству.

Мохан Тивари, директор (проекты), IRCON International Ltd

Подробнее:

Методы улучшения грунта для стабилизации грунта различного назначения

Техника промерзания грунта для стабилизации грунта - применение, преимущества

Вибро-стабилизационный способ улучшения грунта

.

Укрепление земляного полотна автомобильных и железных дорог в виде плоского геотекстиля

MATEC Web of Conferences 86 , 03004 (2016)

Укрепление земляного полотна автомобильных и железных дорог в виде плоского геотекстильного армирования

Варшавский технологический университет, факультет гражданского строительства, Ал. Armii Ludowej 16, Польша

* Автор, ответственный за переписку: [email protected]

Аннотация

Надлежащего качества строительства автомобильных и железных дорог можно добиться за счет усиления фундамента.Замеры и испытания количества и порядка слоев геотекстиля в слое грунта свидетельствуют об эффективности технических решений, предполагающих укладку арматуры горизонтально. Предлагаемое техническое использование геотекстильного армирования в основаниях грунтового слоя дорог указывает на возможную эффективность укрепления грунтового основания дорог и также включено в эту статью.

© Авторы, опубликовано EDP Sciences, 2016


Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License 4.0, что разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии правильного цитирования оригинальной работы.

.

Глава 7 (продолжение) - NHI-05-037 - Geotech - Мосты и конструкции

Справочное руководство по геотехническим аспектам дорожных одежд

Глава 7.0 Детали конструкции и условия строительства, требующие особого внимания при проектировании (продолжение)

7.5 Условия земляного полотна, требующие особого внимания при проектировании

Принимая во внимание такие переменные, как тип почвы или минералогия вдоль проезжей части, геология (генезис почвы и метод отложения), свойства грунтовых вод и потока делают каждый проект уникальным в отношении условий земляного полотна.Неудивительно, что будут существовать определенные условия, не способствующие поддержанию или даже строительству систем дорожного покрытия. В этом разделе представлен обзор условий земляного полотна, требующих особого внимания при проектировании. Эти подземные условия часто носят региональный характер и обычно рассматриваются агентством как проблемные. Несколько проблем с фундаментом, таких как просадочные или сильно сжимаемые грунты, расширяющиеся или набухающие грунты, подземные воды и насыщенные грунты, а также чувствительные к морозам почвы, широко распространены по всей территории U.С. и не относятся к одному региону. Например, морозное пучение происходит более чем в половине штатов США, а наиболее серьезные повреждения могут быть нанесены в центральных штатах, где происходит намного больше морозных циклов, чем в самых северных штатах. В этом разделе также рассматривается идентификация этих широко изменяющихся проблемных условий земляного полотна, а также альтернативы проектирования и строительства для достижения адекватного фундамента для строительства конструкции дорожного покрытия.

Большинство условий земляного полотна, представленных в этом разделе, можно предвидеть с помощью полной программы разведки, как описано в Главе 4, и смягчить или, по крайней мере, минимизировать с помощью хорошо продуманных проектов.Выявив такие проблемы земляного полотна на стадии проектирования или даже возможность возникновения таких проблем во время трассы, можно разработать альтернативные конструкции. Альтернативные конструкции могут быть затем помещены в тендерные документы с четко обозначенными индикаторами, показывающими, где эти альтернативы должны быть рассмотрены, а затем реализованы, если и где такие условия встречаются. Когда эти особые условия земляного полотна не учитываются при проектировании, они часто выявляются во время строительства, что обычно приводит к рекламациям и перерасходам.Тем не менее, выявление проблем в строительстве все же в некоторой степени удачно, учитывая то влияние, которое такие проблемы могут иметь на характеристики дорожного покрытия. Если условия почвы, описанные в этом разделе, остаются незамеченными, обычно снижается эксплуатационная пригодность, что обычно приводит к преждевременной локальной реабилитации или, что не редкость, к реконструкции покрытия в течение первых нескольких лет периода эксплуатации покрытия.

7.5.1 Проблемные типы почв

Очевидно, тротуар должен быть построен из любого материала и любого естественного состояния.Прочность и стабильность некоторых грунтов могут создавать проблемы во время строительства и, безусловно, могут повлиять на долговременные характеристики дорожного покрытия в течение его срока службы. Чтобы правильно обсудить эти потенциальные проблемы, необходимо определить некоторые термины, относящиеся к проблемной минералогии (Sowers, 1979). Некоторые из терминов являются истинной геологической терминологией, а некоторые - местной или региональной терминологией. Эти термины могут описывать конкретный материал или состояние, но все они проблематичны, и следует соблюдать осторожность при строительстве дорожных покрытий в регионах, содержащих эти материалы.

Adobe. Песчаные глины средней пластичности, обнаруженные в полузасушливых регионах на юго-западе США. Эти почвы веками использовались для изготовления высушенного на солнце кирпича. Это название также применяется к некоторым западным глинам с высокой пластичностью, которые значительно разбухают во влажном состоянии.

Бентонит. Высокопластичная глина, обычно монтмориллонит, образующаяся в результате разложения вулканического пепла. В сухом состоянии он может быть твердым, но во влажном состоянии сильно набухает.

Карта глина. Применяется к глинам юга и юго-запада США. При высыхании превращается в небольшие твердые комочки относительно однородного размера. Сухие комки разлагаются при смачивании (, например, , после того, как они были использованы в качестве наполнителя). Эти почвы также имеют свойство набухать во влажном состоянии.

Caliche. Ил или песок полузасушливых районов на юго-западе США, зацементированный карбонатом кальция. Карбонат кальция откладывается в результате испарения воды, попадающей на поверхность земли под действием капилляров.Консистенция калиши варьируется от мягкой породы до твердой почвы.

Ракушечник. Мягкий пористый известняк, состоящий в основном из склеенных вместе ракушек, кораллов и окаменелостей. Очень рыхлый, при строительстве ломается.

Гамбо. Мелкозернистая высокопластичная глина долины Миссисипи. Он имеет липкое, жирное ощущение, сильно расширяется и при высыхании образует большие усадочные трещины.

Каолин. Белая или розовая глина низкой пластичности.Он состоит в основном из минералов семейства каолинита.

Суглинок. Поверхностная почва, которую можно описать как песчаный ил с низкой пластичностью или илистый песок, хорошо подходящий для обработки почвы. Он применяется к почвам в самых верхних горизонтах и ​​не должен использоваться для описания глубоких отложений материнского материала. Суглинистые почвы обычно чувствительны к влаге, легко разрушаются при строительстве и подвержены морозам.

Лесс. Отложение относительно однородного ила, переносимого ветром.Он имеет рыхлую структуру с многочисленными корневыми отверстиями, которые создают вертикальный скол и высокую вертикальную проницаемость. Он состоит из угловатых частиц кварца и полевого шпата, цементированных карбонатом кальция или оксидом железа. После насыщения он становится мягким и сжимаемым из-за потери цементирования. Лесс, измененный выветриванием во влажном климате, часто становится более плотным и несколько пластичным ( лессовый суглинок ). Лесс также очень морозоустойчив.

Морская глина. Глины, отложенные в морской среде, которые, если позже их поднять, становятся очень чувствительными из-за выщелачивания солей, резко теряя прочность при нарушении.

Марл. Песок, ил или глина, осажденные водой, содержащие карбонат кальция. Мергели часто имеют цвет от светлого до темно-серого или зеленоватого, а иногда содержат коллоидные органические вещества. Часто они затвердевают в мягких породах.

Грязь или грязь. Чрезвычайно мягкий, слизистый ил или органический ил, встречающийся на дне рек и озер.Эти термины указывают на исключительно мягкую консистенцию, а не на какой-либо конкретный тип почвы. Мук подразумевает органическое вещество.

Торф. Встречающееся в природе высокоорганическое вещество, полученное в основном из растительных материалов (ASTM D 5715). Торф бывает темно-коричневого или черного цвета, рыхлый (отношение пустот может быть от 5 до 10) и чрезвычайно сжимаемый. После высыхания они будут плавать. Торфяные болота часто выделяют горючий газ метан. Эти почвы будут подвергаться значительному краткосрочному и долгосрочному осаждению даже при легких нагрузках и часто чувствительны к влаге, теряя значительную прочность во влажном состоянии.Они легко выходят из строя при строительных работах. Торф, содержащий большое количество легко идентифицируемых волокон, в геотехнических целях часто называют волокнистым торфом . Торф, содержащий сильно разложившиеся волокна и значительный высокоорганический компонент почвы, часто называют аморфным торфом .

Зыбучие пески. Относится к состоянию, а не к типу почвы. Гравий, песок и ил становятся «быстрыми», когда восходящий поток грунтовых вод и / или газа имеет место до такой степени, что частицы поднимаются.

Сапролиты. Почвы, образовавшиеся в результате естественного выветривания горных пород. Реликтовые соединения материнской породы часто определяют прочность, проницаемость и стабильность выветриваемых грунтов. Фрагменты могут казаться звуковыми, но окажутся слабыми. Определить переход почвы от выветренной породы к здоровой породе сложно, что часто приводит к претензиям.

Сланец. Индуцированные мелкозернистые осадочные породы, такие как аргиллиты, алевролиты и аргиллиты, очень изменчивые и опасные.Некоторые из них твердые и стабильные, другие - мягкие и разлагаются до глины вскоре после воздействия атмосферы или в течение расчетного срока службы конструкции. Глины, полученные из сланца, часто очень пластичны.

Сульфат. Минеральное соединение, содержащее сульфатный радикал SO4, которое может содержаться в почве. Это создает значительные проблемы расширения в стабилизированном известью грунте и, в некоторых случаях, вызывает повреждение бетона.

Сульфид. Минеральное соединение, характеризующееся связью серы с металлом, например свинцом или железом, с образованием галенита и пирита соответственно.

До. Смесь песка, гравия, ила и глины, полученная в результате вспашки ледников. Такие почвы часто называют валунной глиной, особенно в Канаде и Англии. Характеристики ледникового тилла меняются в зависимости от эродированных отложений и коренных пород. Каши в Новой Англии обычно более грубые и менее пластичные, чем со Среднего Запада. На северо-востоке тилли обычно имеют широкий уклон и часто нестабильны под действием воды. Сложный характер их отложения создает очень непредсказуемый материал.

Верхний слой почвы. Поверхностные почвы, поддерживающие жизнь растений. Обычно они содержат значительное количество органических веществ. Эти почвы имеют тенденцию оседать со временем, поскольку органическое вещество продолжает разлагаться. Они часто чувствительны к влаге, теряют значительную прочность при намокании и легко повреждаются во время строительных работ.

Туф. Название, относящееся к месторождениям вулканического пепла. Во влажном климате или в районах, где пепел попадает в водоемы, туф цементируется в мягкую пористую породу.

Глины полированные. Осадочные отложения, состоящие из чередующихся тонких слоев ила и глины. Обычно каждая пара слоев ила и глины имеет толщину от 3 до 13 мм (1/8 - 1/2 дюйма). Они являются результатом отложения в озерах в периоды чередования паводков и маловодья в впадающих ручьях и часто образуются в ледниковых озерах. Эти отложения имеют гораздо более высокую проницаемость по горизонтали, чем по вертикали, поскольку горизонтальные пласты удерживают воду. Они часто бывают чувствительными и теряют прочность при повторной формовке.

7.5.2 Сжимаемые грунты
Влияние сжимаемых грунтов на характеристики дорожной одежды

Сильно сжимаемые (очень слабые) грунты со временем подвержены большим оседаниям и деформациям, которые могут отрицательно сказаться на характеристиках дорожного покрытия. Сильно сжимаемые почвы - это насыщенные почвы с очень низкой плотностью, обычно илы, глины, а также органические аллювиальные или переносимые ветром отложения и торф. Если эти сжимаемые грунты не обработать должным образом, на поверхности могут образоваться большие углубления со случайным растрескиванием.Углубления на поверхности могут позволить воде стекать на поверхность дорожного покрытия и легче проникать в конструкцию дорожного покрытия, что усугубляет серьезную проблему. Что еще более важно, скопление воды создаст угрозу безопасности путешествующих людей в сырую погоду.

Средства для обработки сжимаемых грунтов

Выбор конкретной техники зависит от глубины слабого грунта и разницы между условиями на месте и минимальными требованиями к уплотнению или прочности, чтобы ограничить ожидаемую осадку до допустимого значения, которое не повлияет отрицательно на характеристики покрытия. .При строительстве проезжей части в районах с глубокими отложениями сильно сжимаемых слоев необходимо изучить конкретные свойства почвы для расчета расчетной осадки. В этих условиях перед проектированием дорожного покрытия необходимо выполнить геотехническое исследование и подробный анализ осадка. Если существующие почвы земляного полотна не соответствуют минимальным требованиям к уплотнению и со временем подвержены большим оседаниям, рассмотрите следующие альтернативы:

  • Удалите и обработайте почву для достижения приблизительного оптимального содержания влаги, замените и уплотните.
  • Удалите и замените грунт земляного полотна подходящими материалами для насыпи или выберите их. Все гранулированные наполнители должны быть уплотнены как минимум до 95% максимальной плотности с контролем влажности, как определено AASHTO T180. Связующие материалы наполнителя должны быть уплотнены до не менее 90%, близкого или немного превышающего оптимальное содержание влаги (, например, , от -1% до + 2% от оптимума), как определено AASHTO T99.
  • Рассмотрите возможность механической стабилизации с использованием геосинтетических материалов, как описано в разделе 7.5, чтобы уменьшить необходимую поднутрение.
  • Если почвы гранулированные ( например, , пески и некоторые илы), рассмотрите возможность уплотнения грунта с поверхности для увеличения плотности в сухом состоянии за счет методов динамического уплотнения. Определение характеристик почвы и подробные процедуры для успешного внедрения этой техники описаны в курсе 132034 FHWA / NHI по методам улучшения грунта (FHWA NHI-04-001).
  • Если почва очень влажная или насыщенная, рассмотрите возможность обезвоживания с помощью колодцев или глубоких горизонтальных дренажных систем.Если горизонтальные стоки не могут быть освещены дневным светом, может потребоваться подключение к трубам ливневой канализации или отстойным насосам.
  • Консолидируйте глубокие отложения очень слабонасыщенных грунтов большими насыпями до строительства дорожного покрытия (за дополнительную плату). После строительства насыпи можно либо оставить на месте, либо удалить, в зависимости от окончательной отметки. Для ускорения консолидации используйте дренажные фитили (см. FHWA NHI-04-001).
  • Другие методы для глубоких отложений сжимаемого грунта включают насыпные насыпи и использование легкого заполнителя, такого как геопена, как описано в руководстве FHWA «Методы улучшения грунта» (FHWA NHI-04-001).Хотя эти методы являются более дорогостоящими, чем большинство предыдущих методов, с точки зрения затрат на строительство, они предлагают немедленное улучшение, тем самым ускоряя строительство. В некоторых проектах экономия времени может быть более ценной, чем разница в стоимости строительства.
7.5.3 Складывающиеся грунты

Как и в случае сильно сжимаемых грунтов, просадочные грунты могут привести к значительному локальному проседанию дорожного покрытия. Складывающиеся почвы представляют собой иловые почвы с очень низкой плотностью, обычно это аллювиевые или переносимые ветром (лессовые) отложения, которые подвержены внезапному уменьшению объема при увлажнении.Часто их нестабильная структура зацементирована глиняными связующими или другими отложениями, которые растворяются при насыщении, что приводит к резкому уменьшению объема (Rollings and Rollings, 1996). Собственные грунтовые основания из просадочных грунтов перед строительством следует пропитать водой и прокатить с помощью тяжелого уплотнительного оборудования. В некоторых случаях остаточные почвы могут также разрушаться из-за вымывания коллоидных и растворимых материалов. На рис. 7-17 показан метод определения потенциала просадочных грунтов.Могут быть доступны другие местные методы идентификации. Складывающиеся грунты также могут образовываться в насыпях, когда грунты песчаного типа уплотняются на сухой стороне оптимальной влажности. Силы мениска между частицами могут создать почвенную ткань, подверженную разрушению.

Если система дорожного покрытия должна быть построена на разрушающемся грунте, могут потребоваться специальные восстановительные меры для предотвращения крупномасштабного растрескивания и неравномерного оседания. Чтобы избежать проблем, перед началом строительства необходимо вызвать обрушение.Методы включают:

  1. водозабор в области просадочных грунтов.
  2. инфильтрационных скважин.
  3. уплотнение - обычное с тяжелым виброкатком для небольших глубин (в пределах 0,3 или 0,6 м (1 или 2 фута))
  4. уплотнение - динамическое или вибрационное для более глубоких отложений более полуметра (нескольких футов) (может сочетаться с затоплением)
  5. раскопано и заменено.

Рисунок 7-17. Руководство по поведению складывающейся почвы (Rollings and Rollings, 1996).
Нажмите здесь, чтобы увидеть текстовую версию изображения

7.5.4 Набухающие почвы
Влияние набухающих грунтов на характеристики дорожного покрытия

Набухающие или расширяющиеся почвы чувствительны к изменению объема (усыхание и набухание) с сезонными колебаниями содержания влаги. Величина этого изменения объема зависит от типа почвы (способности к усадке-набуханию) и ее изменения содержания влаги. Потеря влаги вызовет усадку почвы, а увеличение влажности приведет к ее расширению или набуханию.Это изменение объема грунтов глинистого типа может привести к появлению продольных трещин у края дорожного покрытия и значительной шероховатости поверхности (различные вздутия и углубления) по длине дорожного покрытия.

Расширяющиеся почвы представляют собой очень серьезную проблему во многих частях Соединенных Штатов (см. Рис. 7-18) и являются причиной проведения преждевременных работ по техническому обслуживанию и восстановлению на многих километрах дороги каждый год. Расширяющиеся почвы представляют собой особую проблему, когда глубокие разрезы делаются в плотной (переуплотненной) глинистой почве.

Рисунок 7-18. Предполагаемое расположение набухающих почв (по Витчак, 1972).

Определение набухающих почв

Существуют различные методы и процедуры для выявления потенциально обширных почв. AASHTO T 258 может использоваться для определения почв и условий, подверженных набуханию. Два наиболее часто используемых документа перечислены ниже:

  • Оценка целесообразной методологии выявления потенциально обширных почв , Отчет №FHWA-RD-77-94, Федеральное управление шоссейных дорог, Вашингтон, округ Колумбия, июнь 1977 г.
  • Проектирование и строительство покрытий в аэропортах на обширных грунтах , Отчет № FAA-RD-76-66, Федеральное управление гражданской авиации, Министерство транспорта США, Вашингтон, округ Колумбия, июнь 1976 г.

Минералогия глины и наличие воды являются ключевыми факторами при определении степени, в которой проблема набухания может существовать на данном участке. Различные глинистые минералы демонстрируют большую или меньшую степень потенциала набухания в зависимости от их химического состава.Монтмориллонитовые глины имеют тенденцию проявлять очень высокие потенциалы набухания из-за химического состава частиц, тогда как иллитовые глины имеют тенденцию проявлять очень низкие потенциалы набухания. Идентификация глинистых минералов с помощью химических или микроскопических средств может использоваться как метод определения наличия высокого потенциала набухания в почвах. Почвенная ткань также будет влиять на потенциал набухания, поскольку агрегированные частицы будут иметь тенденцию к более сильному набуханию, чем диспергированные частицы, и флоккулируются сильнее, чем дефлокулированные.Как правило, чем более мелкозернистая и пластичная почва, тем выше ее потенциал набухания.

Выявление набухающих грунтов в земляном полотне является ключевым компонентом инженерно-геологических изысканий проезжей части. Образцы грунта на небольшой глубине ниже предполагаемой отметки дорожного покрытия обычно отбираются в рамках исследования, и их потенциал набухания может быть определен несколькими способами. Индексное тестирование - это распространенный метод определения потенциала выброса. Обычно проводятся лабораторные испытания для определения пределов пластичности и жидкости и / или предела усадки.Активность почвы (ASTM D 4318), определяемая как отношение индекса пластичности к процентному содержанию почвы по массе менее 0,002 мм (0,08 мил), также используется как свойство индекса для потенциала набухания, поскольку глинистые минералы с более высокой активностью демонстрируют более высокое волнение. Расчет активности требует измерения градации с использованием методов ареометра, что не характерно для инженерно-геологических изысканий при проектировании дорожного покрытия во многих штатах. В дополнение к индексному тестированию практика агентства в регионах, где набухание почвы является распространенной проблемой, может включать в себя тестирование набухания ( e.г. , ASTM D 4546), для образцов природного или уплотненного грунта. Такое испытание обычно включает измерение изменения высоты (или объема) образца, подвергнутого легкой нагрузке, аналогичной той, которая ожидается в полевых условиях, а затем предоставлен свободный доступ к воде.

Обработка набухающих почв

Когда в рамках проекта встречаются обширные грунты в окружающей среде и на территориях, где ожидаются значительные колебания влажности в земляном полотне, следует рассмотреть следующие альтернативы, чтобы минимизировать будущий потенциал изменения объема расширяющегося грунта:

  • Для относительно тонких слоев расширяющейся глины у поверхности удалите и замените расширяющуюся почву избранными материалами.
  • Увеличьте ширину подповерхностных слоев дорожного покрытия, чтобы уменьшить изменение ( т. Е. , смачивание или высыхание) влажности земляного полотна по краю дорожного покрытия, и увеличьте верхнюю часть проезжей части, чтобы уменьшить инфильтрацию влаги.
  • Частичная герметизация по краю дорожного покрытия или полная герметизация также могут использоваться для уменьшения изменения влажности земляного полотна, как более подробно описано в Разделе 7.5.
  • Расширить, стабилизировать и повторно уплотнить верхнюю часть расширяющегося глиняного земляного полотна.Стабилизация извести или цемента является общепринятым методом контроля набухания грунта, как описано в разделе 7.6. ( Стабилизация , используемая для экспансивных грунтов, относится к обработке почвы такими веществами, как битум, портландцемент, гашеная или гашеная известь и зола, чтобы ограничить характеристики изменения объема. Это может значительно повысить прочность обработанного материал.)
  • На участках с глубокими выемками в плотных, переуплотненных экспансивных глинах завершите выемку подземных грунтов до надлежащей отметки и дайте подповерхностным грунтам отскочить перед укладкой слоев дорожного покрытия.

AASHTO 1993 (Приложение C) предоставляет процедуры и графики для прогнозирования прямого воздействия набухающих грунтов на потерю эксплуатационной пригодности и обрабатывает их с учетом дифференциального воздействия на продольный профиль поверхности дороги. Если предполагается, что отек будет относительно равномерным, процедуры не применяются.

7.5.5 Подземные воды

Важно определить все насыщенные слои почвы, глубину залегания грунтовых вод и поток подземных вод между слоями почвы.Подземные воды особенно важно распознавать и идентифицировать в зонах перехода между сегментами выемки и насыпи. Если позволить пропитать несвязанные материалы основания / основания и грунты земляного полотна, подземные воды могут значительно снизить прочность и жесткость этих материалов. Снижение прочности может привести к преждевременным углублениям на поверхности, образованию колей или трещин. Сезонный поток влаги через выбранные пласты почвы также может значительно усилить эффекты дифференциального изменения объема в расширяющихся почвах.Вырезанные участки особенно важны для подземных вод.

Очистные сооружения для подземных вод

При водонасыщенных грунты или подземные воды встречаются, следует рассмотреть на следующие альтернативы для улучшения фундамента или поддержки земляного полотна:

  • Для насыщенных грунтов у поверхности высушите или укрепите влажные грунты с помощью методов механической стабилизации, чтобы обеспечить строительную платформу для конструкции дорожного покрытия, как описано в Разделе 7.6.
  • Удалите и замените насыщенные почвы отборными материалами или почвами. (Может не подходить, если земляные работы требуются ниже уровня грунтовых вод).
  • Разместите и надлежащим образом уплотните толстые насыпи или насыпи, чтобы увеличить высоту земляного полотна, или, другими словами, увеличить толщину между насыщенными грунтами или глубиной уровня грунтовых вод и структурой дорожного покрытия.
  • Следует также рассмотреть возможность использования дренажей земляного полотна, как описано ранее в Разделе 7.2 при наличии следующих условий:
    • Высокий уровень грунтовых вод, который может снизить устойчивость земляного полотна и стать источником воды для защиты от мороза.
    • Грунты земляного полотна, состоящие из ила и очень мелкого песка, которые при насыщении могут стать рыхлыми или рыхлыми.
    • Вода просачивается из нижележащих водоносных пластов или из земляного полотна на участках вырубки (рассмотреть возможность перекрытия дренажей).
7.5.6 Морозоустойчивые почвы
Влияние мороза на характеристики покрытия

Мороз может вызвать неравномерное пучение, шероховатость и растрескивание поверхности, блокировку дренажа и снижение несущей способности в период оттепелей.Эти эффекты варьируются от незначительных до серьезных, в зависимости от типа и однородности грунта, региональных климатических условий (, т.е. , глубина промерзания) и наличия воды.

Одним из последствий воздействия мороза на тротуары является морозное пучение, вызванное кристаллизацией линз льда в пустотах почвы, содержащих мелкие частицы. Как показано на Рисунке 7-19, должны присутствовать три условия, вызывающие образование морозного пучения и связанные с ним проблемы с действием мороза:

  • почвы морозостойкие;
  • минусовых температур в почве; и,
  • источник воды.

Если эти условия возникают равномерно, пучение будет равномерным; в противном случае возникнет неравномерное пучение, вызывающее неровности поверхности, шероховатость и, в конечном итоге, растрескивание поверхности покрытия.

Рисунок 7-19. Элементы морозного пучения.

Второй эффект действия мороза - ослабление оттепели. Несущая способность может существенно снижаться в периоды оттаивания в середине зимы, а последующее морозное пучение обычно бывает более сильным, поскольку вода легче доступна в зоне промерзания.В более южных районах морозной зоны несколько циклов замораживания и оттаивания могут произойти в течение зимнего сезона и причинить больший ущерб, чем один более продолжительный период замерзания в более северных районах. Весенние оттепели обычно вызывают потерю несущей способности значительно ниже летних и осенних значений с последующим постепенным восстановлением в течение недель или месяцев. Вода также часто задерживается над мерзлой почвой во время оттепели, которое происходит сверху вниз, создавая потенциал для долгосрочных условий насыщения в слоях дорожного покрытия.

Выявление морозоустойчивых почв

Морозоустойчивые почвы разделены на четыре основные группы. В Таблице 7-12 представлена ​​сводная информация о типичных почвах в каждой из этих четырех групп на основе количества мелких частиц (материал, проходящий через сито 0,075 мм (№ 200). На рисунке 7-20 графически показана ожидаемая средняя скорость морозного пучения для различные группы почв в зависимости от части почвы менее 0,02 мм (0,8 мил).

Мороз практически отсутствует в чистом, свободно дренирующемся песке, гравии, щебне и подобных сыпучих материалах при нормальных условиях замерзания.Большое пустое пространство позволяет воде замерзать на месте, не расслаиваясь на ледяные линзы. Напротив, илы очень морозоустойчивы. Состояние относительно небольших пустот, высокий капиллярный потенциал / действие и относительно хорошая проницаемость этих почв объясняют эту характеристику.

Глины 90 300 CL, CL-ML
Таблица 7-12. Классификация почв по морозостойкости (НЦПЗ 1-37А).
Группа заморозков Степень морозостойкости Тип почвы Процент мельче 0.075 мм (# 200) по массе. Типичная классификация почв
F1 От незначительной до низкой Гравийные почвы 3-10 GC, GP, GC-GM, GP-GM
F2 От низкого до среднего Гравийные почвы 10-20 GM, GC-GM, GP-GM
Пески 3-15 SW, SP, SM, SW-SM, SP-SM
F3 Высокий Гравийные почвы Более 20 GM-GC
Пески, кроме очень мелких илистых песков Более 15 SM, SC
Глины PI> 12 - CL, CH
F4 Очень высокий Все илы - ML-MH
Очень мелкие илистые пески Больше 15 SM
PI <12 -
Разнообразные глины и другие мелкозернистые, полосчатые отложения - CL, ML, SM, CH

Рисунок 7-20.Средняя скорость вспучивания по сравнению с процентным содержанием мелких частиц для естественных градаций почвы (Kaplar, 1974).

Глины когезионные и, хотя их потенциальное капиллярное действие велико, их капиллярная скорость низкая. Хотя в глинистых почвах может возникать морозное пучение, оно не такое сильное, как для илов, поскольку непроницаемость глин замедляет прохождение воды. Несущая способность глин должна сильно снижаться во время оттепелей, даже при отсутствии значительного вспучивания. Оттаивание обычно происходит сверху вниз, что приводит к очень высокому содержанию влаги в верхних слоях.

Уровень грунтовых вод в пределах 1,5 м (5 футов) от предполагаемой отметки земляного полотна указывает на то, что воды будет достаточно для образования льда. Однородные глинистые грунты земляного полотна также содержат достаточно влаги для образования льда даже при глубине залегания грунтовых вод более 3 м (10 футов). Однако величина влияния будет сильно зависеть от глубины фронта промерзания (, т.е. , глубина проникновения промерзания). При глубоком промерзании грунтовые воды даже на большей глубине могут влиять на волнение.

Определение морозоустойчивых условий

Самым отличительным фактором для определения состояния опасности промерзания дорожного покрытия является водоснабжение. Для чувствительных к заморозкам почв в зоне промерзания опасность замерзания может быть оценена как высокая или низкая в соответствии со следующими условиями. Неизвестный рейтинг может быть подходящим, когда возникают условия как для высокого, так и для низкого рейтинга, которые не могут быть разрешены, или когда имеется мало или совсем нет информации. Включение рейтинга опасности замерзания в документацию по оценке площадки подтверждает, что оценка воздействия замерзания была предпринята и не была упущена из виду.Когда рейтинг неизвестен, решение о включении мер по смягчению воздействия заморозков в проект будет основываться больше на неприемлемом характере повреждения от замерзания, чем на вероятности его возникновения.

Условия, связанные с высокой потенциальной опасностью замерзания, включают:

  1. Уровень грунтовых вод в пределах 3 м (10 футов) от поверхности дорожного покрытия (глубина воздействия зависит от типа почвы и глубины промерзания).
  2. Наблюдал изморозь в районе.
  3. Неорганические почвы, содержащие более 3% (по весу) или более зерен мельче 0.Диаметр 02 мм (0,8 мил) по данным Инженерного корпуса армии США.
  4. Потенциал скопления поверхностных вод и образования грунтов между зоной промерзания под тротуаром и поверхностными водами с проницаемостью, достаточно высокой, чтобы просачивание могло насытить почвы в зоне промерзания в течение периода затопления.

Условия, связанные с низкой потенциальной опасностью замерзания, включают:

  1. Уровень грунтовых вод выше 6 м (20 футов) ниже поверхности тротуара (опять же, может быть намного меньше, в зависимости от типа почвы и глубины промерзания).
  2. Естественная влажность в зоне промерзания низкая по сравнению с уровнем насыщения.
  3. Гидравлические перегородки между водопроводом и зоной промерзания.
  4. Существующие тротуары или тротуары поблизости с аналогичными почвенными и водопроводными условиями и без построенных мер защиты от замерзания, которые не пострадали от мороза.
  5. Тротуары на насыпях с поверхностью более чем на 1–2 м (3–6 футов) над прилегающими уклонами (обеспечивает некоторую изоляцию и утяжеляющее действие для сопротивления вспучиванию).
Средство от Frost Action

Когда морозом восприимчивые почвы встречаются, следует рассмотреть на следующие альтернативы для улучшения основы или поддержки земляного полотна:

  1. Удалите чувствительную к заморозке почву (обычно для групп F3 и F4, Таблица 7-12) и замените ее выбранной нечувствительной к заморозке почвой для предполагаемой глубины проникновения промерзания.
  2. Разместите и уплотните выбранные нечувствительные к морозу грунтовые материалы на толщину или глубину, чтобы предотвратить промерзание земляного полотна для уязвимых к морозам почв групп F2, F3 и F4, Таблица 7-12.
  3. Удалить отдельные очаги морозоустойчивых грунтов, чтобы исключить резкое изменение состояния земляного полотна.
  4. Стабилизируйте чувствительную к морозам почву, устраняя воздействие мелких частиц почвы с помощью трех процессов: а) механического удаления или иммобилизации с помощью физико-химических средств, таких как цементное соединение, б) эффективного уменьшения количества почвенной влаги, доступной для миграции в плоскость промерзания, например, перекрывая все миграционные пути, или c) изменяя точку замерзания почвенной влаги.
    1. Вяжущие вещества, такие как портландцемент, битум, известь и известково-летучая зола, как указано в разделе 7.5. Эти агенты эффективно удаляют отдельные частицы почвы, связывая их вместе, а также частично удаляют капиллярные каналы, тем самым снижая вероятность движения влаги. Необходимо соблюдать осторожность при использовании извести и смесей извести и золы с глинистыми почвами в районах с сезонными морозами (см. Раздел 7.5 и Приложение F).
    2. Влажность почвы, доступная для морозного пучения, может быть уменьшена путем установки глубоких дренажных систем и / или капиллярного барьера, чтобы уровень грунтовых вод поддерживался на достаточной глубине, чтобы предотвратить повышение влажности в зоне замерзания.Капиллярные барьеры могут состоять либо из открытого слоя гравия, зажатого между двумя геотекстилем, либо из горизонтального геокомпозитного дренажа. Установка капиллярного барьера требует удаления чувствительного к морозу материала на глубину либо ниже точки промерзания, либо на достаточно значительную, чтобы уменьшить влияние морозного пучения на дорожное покрытие. Разрыв капилляра необходимо дренировать. Затем чувствительный к морозу грунт можно заменить и уплотнить над капиллярным барьером до необходимой отметки земляного полотна.
  5. Увеличьте толщину структурного слоя дорожной одежды, чтобы учесть снижение прочности земляного полотна в период весенне-оттепель для морозоустойчивых групп F1, F2 и F3.

Конструкция дорожного покрытия для воздействия мороза часто определяет требуемую общую толщину гибкого покрытия и потребность в дополнительном выбранном материале под жестким и гибким покрытием. При проектировании дорожного покрытия в сезонных морозных районах использовались три подхода:

  • Подход «Полная защита» - требует материалов, не подверженных замерзанию, на всю глубину мороза ( e.г. , методы лечения 1, 2 и 3 выше).
  • Ограниченное проникновение промерзания земляного полотна - допускает некоторое проникновение промерзания в земляное полотно, но недостаточно для развития неприемлемой шероховатости поверхности.
  • Подход с пониженной прочностью земляного полотна - позволяет больше промерзать земляному полотну, но обеспечивает адекватную прочность в периоды ослабления от оттепелей.

AASHTO 1993 (Приложение C) предоставляет процедуры и графики для прогнозирования прямого воздействия морозного пучения на потерю работоспособности и обрабатывает их с учетом дифференциального воздействия на продольный профиль дорожного покрытия.Если ожидается, что мороз будет относительно однородным, то процедуры не применяются.

По большей части подходы к проектированию местной морозостойкости были разработаны на основе опыта, а не путем применения каких-либо строгих теоретических расчетных методов. В процедуре проектирования NCHRP 1-37A доступен более строгий метод для снижения воздействия сезонного замерзания и оттаивания до приемлемых пределов, как обсуждается в главе 6. Расширенная интегрированная климатическая модель используется для определения максимальной глубины промерзания для системы дорожного покрытия. в определенном месте.Различные комбинации толщины слоев и типов материалов могут быть оценены с точки зрения их влияния на максимальную глубину промерзания и общее количество основания, а также можно выбрать материалы, необходимые для защиты чувствительных к заморозкам почв от промерзания.

7.5.7 Резюме

Проблемные почвы можно обрабатывать различными методами или их комбинацией. Методы улучшения, которые можно использовать для повышения прочности и уменьшения климатических колебаний фундамента в отношении характеристик дорожного покрытия, включают:

  1. Улучшение подземного дренажа (см. Раздел 7.2, и всегда следует учитывать).
  2. Удаление и замена более качественными материалами ( например, , толстые гранулированные слои).
  3. Механическая стабилизация с использованием толстых гранулированных слоев.
  4. Механическая стабилизация слабых грунтов с помощью геосинтетических материалов (геотекстиля и георешетки) в сочетании с зернистыми слоями.
  5. Легкая заливка.
  6. Стабилизация слабых грунтов примесями (высокопластичные или сжимаемые грунты).
  7. Герметизация почвы.

Подробности большинства этих методов стабилизации будут рассмотрены в следующем разделе.

.

NHI-05-037: Геотехнические аспекты дорожных покрытий - Geotech - Мосты и конструкции

Справочное руководство по геотехническим аспектам дорожных одежд

Публикация Министерства транспорта США № FHWA NHI-05-037
Федеральное управление автомобильных дорог
май 2006 г.
Курс NHI № 132040

УВЕДОМЛЕНИЕ
Содержание этого отчета отражает точку зрения авторов, которые несут ответственность за факты и точность представленных в нем данных.Содержание не обязательно отражает политику Министерства транспорта. Этот отчет не является стандартом, спецификацией или регламентом. Правительство Соединенных Штатов не поддерживает продукцию или производителей. Торговые наименования или названия производителей упоминаются здесь только потому, что они считаются важными для целей этого документа.

Документация по техническому отчету Страница
1. Отчет №
NHI-05-037
2.Номер регистрации правительства
3. Каталожный № получателя
4. Название и подзаголовок
Геотехнические аспекты дорожного покрытия
5. Дата отчета
Май 2006 г.
6. Код организации-исполнителя
7. Автор (ы)
Барри Р. Кристофер, доктор философии, физический факультет, Чарльз Шварц, доктор философии, физический факультет и Ричард Будро, П.E.
8. Отчет исполняющей организации №
9. Название и адрес исполняющей организации
Ryan R. Berg & Associates, Inc.
2190 Leyland Alcove
Woodbury, MN 55125
10. Рабочее место №
11. Контракт или грант №
DTFH61-02-T-63035
12. Название и адрес спонсирующего агентства
Национальный институт автомобильных дорог
Федеральное управление автомобильных дорог
U.S. Министерство транспорта
Вашингтон, округ Колумбия
13. Тип отчета и охватываемый период
14. Код спонсирующего агентства
15. Дополнительные примечания
COTR - Larry Jones
FHWA Технический консультант: Сэм Мансукхани, P.E.
Технические консультанты: Райан Р. Берг, P.E. и Брюс Вандре, P.E.
16. Аннотация

Это справочное руководство и рабочая тетрадь для курса FHWA NHI №132040 - Геотехнические аспекты дорожных покрытий . В руководстве описаны новейшие методы и процедуры для решения геотехнических проблем при проектировании, строительстве и исполнении дорожных покрытий для проектов нового строительства, реконструкции и восстановления. В руководство включены подробные сведения о инженерно-геологических изысканиях и характеристиках существующих и построенных земляных слоев, а также несвязанных материалов основания / основания. Влияние и чувствительность геотехнических входных данных рассматривается в соответствии с требованиями прошлых и текущих руководящих принципов проектирования AASHTO и механико-эмпирического подхода к проектированию, разработанного в соответствии с NCHRP 1-37A, включая три уровня качества входных проектных данных.Подробные сведения о конструкции дренажа и требования к материалам основания / основания рассматриваются вместе с оценкой и выбором соответствующих мер по реабилитации неподходящих грунтовых оснований. Обсуждаются геотехнические аспекты строительства, строительные спецификации, мониторинг и измерения производительности.

17. Ключевые слова
геотехнические, механистико-эмпирические, основание, земляные слои, основание, строительство, тротуары
18.Заявление о распределении
Без ограничений.
19. Классификация безопасности (данного отчета)
Несекретная
20. Класс защиты (этой страницы)
Несекретный
21. Кол-во страниц
888
22. Цена
Федеральное управление шоссейных дорог Национальный дорожный институт

Содержание

  1. Введение
    1. Введение
    2. Историческая перспектива дизайна дорожной одежды
    3. Система дорожного покрытия и типичные типы дорожного покрытия
      1. Компоненты системы дорожного покрытия
      2. Альтернативные типы дорожного покрытия
      3. Гибкие покрытия
      4. Жесткое покрытие
      5. Тротуары композитные
      6. Дороги без покрытия
    4. Характеристики дорожного покрытия с привязкой к геотехническим вопросам
    5. Примеры геотехники дорожных покрытий
      1. Отказ дренажа
      2. Грунты складные
    6. Заключительные замечания
    7. Список литературы
  2. Государственные агентства
    1. Принимающее агентство
    2. Анкета по геотехническим методам проектирования дорожных покрытий
  3. Геотехнические аспекты проектирования и эксплуатации дорожного покрытия
    1. Введение
    2. Основные понятия
    3. Ключевые геотехнические вопросы
      1. Общие проблемы
      2. Конкретные проблемы
    4. Чувствительность конструкции дорожного покрытия
    5. Учет геотехнических факторов при проектировании дорожного покрытия
      1. Методологии проектирования дорожного покрытия
      2. Руководства по проектированию дорожного покрытия AASHTO
      3. Руководство по проектированию дорожного покрытия NCHRP 1-37A
      4. Дороги с низкой интенсивностью движения
    6. Упражнение
    7. Список литературы
  4. Геотехнические исследования и испытания
    1. Введение
    2. Уровни инженерно-геологических изысканий для различных типов дорожных покрытий
      1. Строительство нового тротуара
      2. Реконструкция
      3. Реабилитация
      4. Цели программы разведки недр
    3. Поиск доступной информации
    4. Выполните разведку местности
    5. Планирование и выполнение программы разведки недр
      1. Глубина влияния
      2. Методы разведки недр
      3. Дистанционное зондирование
      4. Геофизические исследования
      5. Тестирование на месте
      6. Расточки и отбор проб
      7. Руководство по программе идеализированных геологоразведочных работ
    6. Определить источник для других геотехнических компонентов
    7. Характеристики грунтового основания
      1. Бревна для растачивания
      2. Классификация почв
      3. Подземный профиль
      4. Выбор образцов для лабораторных исследований
    8. Список литературы
  5. Геотехнические данные для проектирования дорожного покрытия
    1. Введение
    2. Необходимые геотехнические данные
      1. 1993 Руководство по проектированию AASHTO
      2. NCHRP 1-37A Руководство по проектированию
      3. Прочие геотехнические свойства
    3. Физические свойства
      1. Соотношение массы и объема
      2. Определение физических свойств
      3. Выявление проблемных почв
      4. Другие совокупные тесты
    4. Механические свойства
      1. Калифорния передаточное число (CBR)
      2. Стабилометр (R-значение)
      3. Модуль упругости (упругости)
      4. Коэффициент Пуассона
      5. Коэффициенты структурного слоя
      6. Модуль реакции земляного полотна
      7. Интерфейс трение
      8. Характеристики остаточной деформации
      9. Коэффициент бокового давления
    5. Термогидравлические свойства
      1. 1993 Руководство AASTHO
      2. NCHRP 1-37A Руководство по проектированию
    6. Вклады в окружающую среду / климат
      1. 1993 Руководство AASHTO
      2. NCHRP 1-37A Руководство по проектированию
    7. Разработка входных данных для проектирования
    8. Упражнения
      1. 1993 Руководство по проектированию AASHTO - Гибкие покрытия
      2. 1993 Руководство AASTHO по проектированию - Жесткие покрытия
    9. Список литературы
  6. Конструкция и характеристики дорожного покрытия
    1. Введение
    2. Базовые проекты
      1. 1993 ААШТО Дизайн
      2. НЧРП 1-37А Конструкция
      3. Сводка
    3. Мягкое земляное полотно
      1. 1993 ААШТО Дизайн
      2. НЧРП 1-37А Конструкция
      3. Сводка
    4. Стабилизация земляного полотна
    5. Низкое качество Base / Subbase
      1. 1993 ААШТО Дизайн
      2. НЧРП 1-37А Конструкция
      3. Сводка
    6. Плохой дренаж
      1. 1993 ААШТО Дизайн
      2. НЧРП 1-37А Конструкция
      3. Сводка
    7. Мелкая коренная порода
      1. 1993 ААШТО Дизайн
      2. НЧРП 1-37А Конструкция
    8. Заключительные комментарии
    9. Упражнения
    10. Список литературы
  7. Детали конструкции и условия земляного полотна, требующие особого внимания при проектировании
    1. Введение
    2. Требования к подземным водам и дренажу
      1. Ускорение урона от влаги
      2. Подходы к решению проблемы влажности тротуаров
      3. Дренаж в конструкции дорожного покрытия
      4. Тип подземного дренажа
      5. Освещенные базовые секции
      6. Кромки продольные
      7. Проницаемые основания
      8. Стабилизированное основание плотностного типа с проницаемыми плечами
      9. Горизонтальные геокомпозитные дрены
      10. Слои разделителя
      11. Производство подземного дренажа
      12. Проектирование дренажа тротуаров
      13. Гидравлические требования к проницаемому слою (слоям)
      14. Требования к размеру трубы и выходному отверстию по краю
      15. Слой разделителя
      16. Конструкция сепаратора и фильтра из геотекстиля
    3. Базовый слой: требования, стабилизация и усиление
      1. Размытие оснований
      2. Связанные базы
      3. Основы модифицированные (или обработанные)
      4. Усиление основания
    4. Уплотнение
      1. Теория уплотнения
      2. Влияние на свойства почвы
    5. Условия земляного полотна, требующие особого внимания при проектировании
      1. Типы проблемных почв
      2. Сжимаемые грунты
      3. Грунты складные
      4. Набухающие почвы
      5. Подземные воды
      6. Морозоустойчивые почвы
      7. Сводка
    6. Улучшение и укрепление земляного полотна
      1. Цели стабилизации грунта
      2. Характеристики стабилизированных грунтов
      3. Толстые зернистые слои
      4. Геотекстиль и георешетки
      5. Добавка для стабилизации
      6. Инкапсуляция почвы
      7. Легкая заливка
      8. Deep Foundations и другие методы улучшения Foundation
    7. Переработка
      1. Переработка тротуаров
      2. Вторичные отходы
    8. Список литературы
  8. Проверка конструкции и проектирования несвязанных материалов дорожного покрытия
    1. Введение
    2. Технические характеристики
    3. Контроль качества и обеспечение качества
      1. QC / QA: Традиционные методы
      2. QC / QA: Emerging Technologies
      3. Принятие риска
    4. Строительная техника
      1. Дренаж
      2. Раскопки
      3. Перетяжка и размещение
      4. Уплотнение поля
      5. Стабилизация
      6. Конструкция основания и основания
      7. Системы дренажа тротуаров
    5. Мониторинг производительности
      1. Системы управления дорожным покрытием
      2. Геофизические
      3. Дефлектометр падающего груза
      4. Инспекция дренажа
      5. Инструментальная геосинтетика
    6. Проблемы после строительства и особые случаи
    7. Список литературы

Приложения

  1. Терминология
  2. Магистраль пр.
  3. 1993 Метод расчета AASHTO
  4. Метод расчета NCHRP 1-37A
  5. Типовой ключ для подготовки бревна для растачивания
  6. Определение содержания добавки для стабилизации земляного полотна

Список рисунков

  • 1-01 Основные компоненты типовой системы дорожной одежды
  • 1-02 Система дорожного покрытия с репрезентативными альтернативными характеристиками
  • 1-03 Некоторые распространенные варианты гибких участков дорожного покрытия
  • 1-04 Варианты для жесткого участка покрытия
  • 1-05 Типовые участки композитного покрытия
  • 1-06 Колейность нормальная
  • 1-07 Примеры повреждений дорожного покрытия, связанных с геотехническими аспектами
  • 3-01 Погашение нагрузочных напряжений на глубину
  • 3-02 Изменение качества материала в зависимости от глубины в системе дорожного покрытия с идеальными дренажными характеристиками
  • 3-03 Источники влаги в системах дорожной одежды
  • 3-04 Влияние прочности земляного полотна на конструкцию покрытия
  • 3-05 Влияние прочности основания на конструкцию дорожной одежды
  • 3-06 Ориентировочная стоимость покрытия для различных условий опоры земляного полотна
  • 3-07 Обрыв откоса под дорожным покрытием
  • 3-08 Эксплуатация дорожного покрытия в Руководстве по проектированию AASHTO
  • 3-09 Чувствительность конструкции гибкого покрытия AASHTO 1972 года к качеству опор фундамента
  • 3-10 Чувствительность конструкции гибкого покрытия 1972 AASHTO к условиям окружающей среды
  • 3-11 Чувствительность конструкции жесткого покрытия AASHTO 1972 года к жесткости фундамента
  • 3-12 Чувствительность конструкции гибкого покрытия 1986 AASHTO к жесткости земляного полотна
  • 3-13 Чувствительность конструкции гибкого покрытия 1986 AASHTO к условиям дренажа
  • 3-14 Чувствительность конструкции жесткого покрытия 1986 AASHTO к жесткости земляного полотна
  • 3-15 Чувствительность конструкции жесткого покрытия 1986 AASHTO к эродируемости основания
  • 3-16 Чувствительность конструкции жесткого покрытия 1986 AASHTO к условиям дренажа
  • 3-17 Чувствительность конструкции гибкого покрытия 1986 AASHTO к уровню надежности
  • 3-18 Чувствительность конструкции жесткого покрытия AASHTO 1986 года к уровню надежности
  • 3-19 Экстраполяция уровней движения в текущих процедурах проектирования дорожных покрытий AASHTO
  • 4-01 Геотехнические изыскания и испытания конструкции дорожной одежды
  • 4-02 Данные обследования грунта вдоль проезжей части основной магистрали
  • 4-03 Типовая зона воздействия на участке асфальтового покрытия
  • 4-04 FWD, показывающий: a) типовое оборудование; б) схема процедуры; и эскиз отклоняющей чаши для интерпретации результатов
  • 4-05 Двумерный профиль удельного сопротивления в поперечном сечении для обнаружения воронок и пещер в известняке
  • 4-06 Репрезентативные значения удельного сопротивления для различных грунтов
  • 4-07 Данные удельного сопротивления, показывающие стратиграфические изменения
  • 4-08 Типичные результаты наземного георадара с отображением подземных коммуникаций и профиля почвы
  • 4-09 Результаты измерения электропроводности на дороге в Нью-Мексико
  • 4-10 Рефракционная сейсморазведка
  • 4-11 Изгибаемость в зависимости от сейсмической скорости
  • 4-12 Обычное испытание на месте для оценки покрытия
  • 4-13 Журнал CPT в сравнении с данными SPT из нескольких мест
  • 4-14 Требования к выемке грунта, подверженного морозу, на холмистой скале
  • 4-15 Качественная взаимосвязь между относительной стоимостью разведки недр и надежностью
  • 4-16 Геофизическая оценка, используемая Национальной дорожной администрацией Финляндии для проектов реабилитации и реконструкции, демонстрирующая а) результаты анализа дороги и б) профиль влажности под дорожным покрытием
  • 4-17 Протокол исследования недр
  • 4-18 AASHTO и Единая система классификации почв
  • 4-19 Предельные размеры частиц по различным системам классификации
  • 4-20 Подповерхностный профиль на основе данных бурения с изображением поперечного сечения
  • 4-21 Информация о недрах, вид сверху
  • 5-01 Прогнозирование термических трещин из Руководства по проектированию NCHRP 1-37A с использованием материалов уровня 1
  • 5-02 Прогнозирование термических трещин из Руководства по проектированию NCHRP 1-37A с использованием материалов 3-го уровня
  • 5-03 Отношения между объемом и массой / массой насыпного грунта
  • 5-04 Типичное соотношение влажности и плотности при стандартном испытании на уплотнение
  • 5-05 Лабораторные сита для механического анализа гранулометрического состава
  • 5-06 Ареометр грунтовый
  • 5-07 Типичный гранулометрический состав для нескольких типов почвы
  • 5-08 Изменение общего объема и консистенции почвы при изменении содержания воды для мелкозернистой почвы
  • 5-09 Устройство для проверки предела жидкости
  • 5-10 Влияние жесткости земляного полотна на критические деформации покрытия
  • 5-11 Влияние жесткости земляного полотна на критические деформации покрытия
  • 5-12 Устройство для испытания передаточного числа, Калифорния
  • 5-13 Схема испытательной установки стабилометра для измерения R-значения
  • 5-14 Модуль упругости при циклической нагрузке
  • 5-15 Определение модуля упругости MR для циклической трехосной нагрузки
  • 5-16 Трехосная ячейка для испытания модуля упругости
  • 5-17 Корреляция между модулем упругости земляного полотна и другими свойствами грунта
  • 5-18 Иллюстрация коэффициента Пуассона
  • 5-19 Корреляция между коэффициентами структурного слоя a2 и различными параметрами прочности и жесткости для несвязанных зернистых оснований
  • 5-20 Корреляция между коэффициентами структурного слоя a2 и различными параметрами прочности и жесткости для гранулированных оснований, обработанных цементом
  • 5-21 Корреляция между коэффициентами структурного слоя a2 и различными параметрами прочности и жесткости для гранулированных оснований, обработанных битумом
  • 5-22 Корреляция между коэффициентами структурного слоя a2 и различными параметрами прочности и жесткости для несвязанных гранулированных подоснов
  • 5-23 Коэффициенты реакции земляного полотна k
  • 5-24 Таблица для оценки композитного модуля реакции земляного полотна, k8, Предполагая полубесконечную глубину земляного полотна
  • 5-25 Таблица для изменения модуля реакции земляного полотна с учетом эффектов жесткого фундамента вблизи поверхности
  • 5-26 Таблица для оценки относительного повреждения жесткого покрытия на основе толщины плиты и лежащей под ним опоры
  • 5-27 Корректировка эффективного модуля реакции земляного полотна на потенциальную потерю опоры основания
  • 5-28 Определение эффективного динамического значения k из d0 и AREA
  • 5-29 Структурная модель для расчета отклика конструкции жесткого покрытия
  • 5-30 Накопление остаточных деформаций при многократном циклическом нагружении
  • 5-31 Корреляция между коэффициентом бокового давления грунта и коэффициентом переуплотнения для глин с различными показателями пластичности
  • 5-32 Горизонтальные и вертикальные напряжения на месте во время пути загрузки-разгрузки-перезагрузки
  • 5-33 Номограмма для оценки константы скорости набухания
  • 5-34 Диаграмма для оценки потенциального вертикального подъема естественных почв
  • 5-35 Таблица для расчета скорости морозного пучения грунта земляного полотна
  • 5-36 График для оценки максимальной потери работоспособности из-за морозного пучения
  • 5-37 Кривые характеристик грунтовых вод
  • 5-38 Схема пермеаметра постоянного напора
  • 5-39 Схема пермеаметра с падающей головкой
  • 5-40 Изменение отклика дорожного покрытия в зависимости от расстояния для данного проекта
  • 6-01 Прогнозируемые характеристики колейности для базовой конструкции гибкого покрытия NCHRP 1-37A
  • 6-02 Прогнозируемые характеристики трещиноватости для расчета базового жесткого покрытия NCHRP 1-37A
  • 6-03 Прогнозируемые характеристики колейности для мягкого земляного полотна
  • 6-04 Прогнозируемые характеристики разломов для сценария мягкого земляного полотна
  • 6-05 Краткое описание участков жесткого покрытия: сценарий мягкого земляного полотна
  • 6-06 Пример затрат на строительство участков жесткого покрытия: сценарий мягкого земляного полотна
  • 6-07 Краткое описание участков жесткого покрытия: сценарий мягкого земляного полотна
  • 6-08 Пример затрат на строительство жестких участков дорожного покрытия: сценарий мягкого земляного полотна
  • 6-09 Влияние стабилизации извести на прогнозируемое общее колейность
  • 6-10 Краткое описание участков гибкого покрытия: базовый сценарий низкого качества
  • 6-11 Прогнозируемые характеристики неисправности для базового сценария низкого качества
  • 6-12 Краткое описание участков гибкого покрытия: базовый сценарий низкого качества
  • 6-13 Пример затрат на строительство участков гибкого покрытия: базовый сценарий низкого качества
  • 6-14 Краткое описание участков жесткого покрытия: базовый сценарий низкого качества
  • 6-15 Пример затрат на строительство жестких участков дорожного покрытия: базовый сценарий низкого качества
  • 6-16 Прогнозируемые характеристики разломов для сценария плохого дренажа
  • 6-17 Краткое описание участков гибкого покрытия: сценарий плохого дренажа
  • 6-18 Пример затрат на строительство гибких участков дорожного покрытия: сценарий плохого дренажа
  • 6-19 Краткое описание участков жесткого покрытия: сценарий плохого дренажа
  • 6-20 Пример затрат на строительство жестких участков дорожного покрытия: сценарий плохого дренажа
  • 6-21 Сводка затрат для примеров сценариев проектирования: конструкции гибких покрытий
  • 6-22 Сводка затрат для примеров сценариев проектирования: конструкции жестких покрытий
  • 6-23 Первоначальный срок службы, например, сценарии проектирования: конструкции гибкого покрытия
  • 6-24 Первоначальный срок службы, например, сценарии проектирования: конструкции жесткого покрытия
  • 7-01 Влияние насыщения на расчетный ресурс системы дорожной одежды
  • 7-02 Элементы конструкции дренируемой дорожной одежды
  • 7-03 Типовое покрытие переменного тока с дневным освещением
  • 7-04 Типовое покрытие переменного тока с каналом по краям
  • 7-05 Типовое покрытие PCC с геокомпозитными краями
  • 7-06 Типовые канаты для проектов реабилитации
  • 7-07 Дренажные системы с двумя кромками трубы, показывающие альтернативные положения параллельной коллекторной трубы, рядом с дренажной линией или под ней
  • 7-08 Рекомендуемая конструкция покрытия PCC с неразрушаемым плотно-градиентным основанием и проницаемым уступом
  • 7-09 Фактор времени для 50-процентного дренажа
  • 7-10 Интенсивность осадков в дюймах / час для 2-летнего 1-часового шторма
  • 7-11 Влияние энергии уплотнения на кривые уплотнения
  • 7-12 Лабораторные кривые уплотнения для различных грунтов
  • 7-13 Влияние уплотненной влажности на ткань почвы для глин
  • 7-14 Прочность при измерении CBR и плотности в сухом состоянии по сравнению ссодержание воды для лабораторного ударного уплотнения
  • 7-15 Жесткость как функция уплотняющего усилия и содержания воды
  • 7-16 Усадка в зависимости от содержания воды и типа уплотнения
  • 7-17 Руководство по поведению складчатого грунта
  • 7-18 Расчетное расположение набухающих грунтов
  • 7-19 Элементы морозного пучения
  • 7-20 Средняя скорость вспучивания по сравнению с% мелочи для естественных градаций грунта
  • 7-21 Расчетные кривые толщины с геосинтетическими данными для а) одиночных и б) двухколесных нагрузок
  • 7-22 Влияние содержания извести на технические свойства CH-глины
  • 8-01 Плотномер ядерный
  • 8-02 Управление процессом, плотность поля и влажность
  • 8-03 Дефлектометр облегченный
  • 8-04 Установка дренажа
  • 8-05 Скребок самозагружающийся
  • 8-06 Гусеничный экскаватор
  • 8-07 Самосвал с шарнирно-сочлененной рамой
  • 8-08 Бульдозер
  • 8-09 Автогрейдер
  • 8-10 Конвейерная система землеройных машин
  • 8-11 Распределение напряжений под катками по разным основаниям
  • 8-12 Каток с гладким барабаном
  • 8-13 Ролик опорный
  • 8-14 Каток ударный
  • 8-15 Эффективность уплотнения
  • 8-16 Дорожный стабилизатор / смеситель

Список таблиц

  • 1-01 Геотехнические воздействия на большие повреждения в гибких покрытиях
  • 1-02 Геотехнические воздействия на серьезные повреждения жесткого покрытия
  • 1-03 Геотехнические воздействия на основные повреждения восстановленных покрытий
  • 3-01 Основные типы материалов в системах дорожной одежды
  • 3-02 Методы стабилизации дорожных покрытий
  • 3-03 Рекомендуемое значение регионального коэффициента R
  • 3-04 Диапазоны структурных коэффициентов по данным агентского исследования
  • 3-05 Базовые условия гибкого покрытия для исследования чувствительности AASHTO 1986 года
  • 3-06 Исходные условия жесткого покрытия для исследования чувствительности AASHTO 1986 года
  • 3-07 Предлагаемые уровни надежности для различных функциональных классификаций
  • 3-08 Коэффициенты надежности для использования в уравнении 3.10
  • 4-01 Источники топографических и геологических данных для определения границ рельефа
  • 4-02 Дефлектометр падающего груза
  • 4-03 Удельное сопротивление поверхности
  • 4-04 Радиолокационная станция дальнего обнаружения
  • 4-05 Электромагнитная проводимость
  • 4-06 Механическая волна с использованием сейсмической рефракции
  • 4-07 На месте для проведения геологоразведочных работ при проектировании и строительстве дорожных покрытий
  • 4-08 Стандартный тест на проникновение
  • 4-09 Пенетрометр с динамическим конусом
  • 4-10 Конусный пенетрометр
  • 4-11 Методы разведки и бурения недр
  • 4-12 Часто используемые стандарты для полевых исследований
  • 4-13 Классификация почв
  • 4-14 Сводка характеристик грунта как материала дорожного покрытия
  • 4-15 Минимальные требования к лабораторным испытаниям конструкции дорожной одежды
  • 5-01 Необходимые геотехнические данные для проектирования гибкого покрытия с использованием руководства 1993 AASHTO Guide
  • 5-02 Требуемые геотехнические данные для проектирования жесткого покрытия с использованием руководства AASHTO 1993
  • 5-03 Входные данные геотехнических механических свойств, необходимые для процедуры проектирования гибкого покрытия в Руководстве по проектированию NCHRP 1-37A
  • 5-04 Геотехнические механические свойства, необходимые для процедуры проектирования жесткого покрытия в Руководстве по проектированию NCHRP 1-37A
  • 5-05 Термогидравлические вводы, необходимые для NCHRP 1-37A Design Guide
  • 5-06 Свойства материала модели бедствия, необходимые для Руководства по проектированию NCHRP 1-37A
  • 5-07 Термины в соотношении массы и объема
  • 5-08 Соотношение веса и объема единицы
  • 5-09 Типичные значения пористости, пустотности и удельного веса почв в их естественном состоянии
  • 5-10 Удельный вес грунта и твердых частиц
  • 5-11 Влагосодержание
  • 5-12 Масса единицы
  • 5-13 Характеристики уплотнения
  • 5-14 Консистенция сыпучих грунтов при различной относительной плотности
  • 5-15 Основные различия между стандартными и модифицированными испытаниями на уплотнение по Проктору
  • 5-16 Рекомендуемые минимальные требования для уплотнения насыпи и земляного полотна
  • 5-17 Типичная плотность уплотнения и оптимальная влажность для типов почв USCS
  • 5-18 Типичная плотность уплотнения и оптимальное содержание влаги для почв типа AASHTO
  • 5-19 Гранулометрический состав крупных частиц
  • 5-20 Гранулометрический состав мелких частиц
  • 5-21 Пластичность мелкозернистых грунтов
  • 5-22 Характеристика грунтов с разными показателями пластичности
  • 5-23 Набухание глин
  • 5-24 Оценка потенциала зыби
  • 5-25 Обрушение почв
  • 5-26 Прочие испытания на качество и долговечность заполнителя
  • 5-27 Калифорния передаточное число
  • 5-28 Типичные значения CBR
  • 5-29 Стабилометр или R-значение
  • 5-30 Типичные диапазоны для коэффициентов k1 и k2 в уравнении 5.9
  • 5-31 Модуль упругости
  • 5-32 Среднее значение обратного расчета по отношению к определенным в лаборатории отношениям модулей упругости
  • 5-33 Иерархические входные уровни жесткости несвязанного материала в Руководстве по проектированию NCHRP 1-37A
  • 5-34 Корреляция между модулем упругости и прочностью различных материалов и индексными свойствами
  • 5-35 Значения MR по умолчанию для несвязанных гранулированных материалов и земляного полотна при оптимальном содержании влаги и плотности без пропитки
  • 5-36 Рекомендуемые значения расчетного модуля упругости трещиноватой плиты для определения характеристик Уровня 1
  • 5-37 Рекомендуемые значения расчетного модуля упругости трещиноватой плиты для определения характеристик Уровня 3
  • 5-38 Типичные значения коэффициента Пуассона для геоматериалов дорожного покрытия
  • 5-39 Типичные значения k1 и k2 для использования в уравнении 5.17 для несвязанных материалов основания и основания
  • 5-40 Значения модуля упругости гранулированной основы ESB из AASHO Road Test
  • 5-41 Предлагаемое объемное напряжение? значения для использования при проектировании зернистых базовых слоев
  • 5-42 Значения модуля упругости гранулированного основания ESB из AASHO Road Test
  • 5-43 Предлагаемое объемное напряжение? значения для использования при проектировании гранулированных слоев основания
  • 5-44 Предлагаемые коэффициенты слоев для существующих гибких материалов для покрытия дорожного покрытия
  • 5-45 Типичные диапазоны поддержки потерь, коэффициенты LS для различных типов материалов
  • 5-46 Предлагаемый диапазон модуля реакции земляного полотна для конструкции
  • 5-47 Рекомендуемые значения коэффициента трения
  • 5-48 Типичные значения коэффициента трения основание / плита, рекомендованные для проектирования CRCP в процедуре NCHRP 1-37A
  • 5-49 Рекомендуемые значения m и для изменения коэффициентов структурного слоя необработанных материалов основания и основания в гибких покрытиях
  • 5-50 Рекомендуемые значения коэффициента дренажа C d значения для конструкции жесткого покрытия
  • 5-51 Категории проникновения в Руководстве по проектированию NCHRP 1-37A
  • 5-52 Физические свойства несвязанных материалов, необходимые для расчетов EICM
  • 5-53 Варианты оценки параметров SWCC
  • 5-54 Варианты определения насыщенной гидравлической проводимости несвязанных материалов
  • 5-55 Насыщенная гидропроводность
  • 5-56 Типовые значения насыщенной гидравлической проводимости для грунтов
  • 5-57 Типовые значения насыщенной гидравлической проводимости для дорожных материалов
  • 5-58 Варианты определения сухой теплопроводности и теплоемкости для несвязанных материалов
  • 5-59 Типовые значения теплопроводности и теплоемкости несвязанных материалов
  • 5-60 Сводка типичных вариаций параметров дорожного покрытия
  • 5-61 Модуль упругости в сравнении с испытанием CBR для мелкозернистого грунтового основания
  • 6-01 Типичные затраты на материалы на месте для использования в примерах задач проектирования
  • 6-02 Входные параметры для базового проекта гибкого покрытия 1993 AASHTO
  • 6-03 Входные параметры для базового проектирования твердого покрытия 1993 г., ААШТО
  • 6-04 Входные параметры для расчета базовой линии гибкого покрытия НЧРП 1-37А
  • 6-05 Распределение AADTT по классу грузовиков
  • 6-06 Распределение грузовых автомобилей по часам
  • 6-07 Распределение нагрузки на ось грузового автомобиля: процентное соотношение нагрузок на ось в зависимости от класса грузовика
  • 6-08 Распределение осей грузовика
  • 6-09 Исходные параметры для расчета базовой линии жесткого покрытия НЧРП 1-37А
  • 6-10 Распределение колесной базы
  • 6-11 Измененные входные параметры для конструкции гибкого покрытия NCHRP 1-37A: сценарий мягкого земляного полотна
  • 6-12 Пробные разрезы для конструкции гибкого покрытия NCHRP 1-37A: сценарий мягкого земляного полотна
  • 6-13 Пробные разрезы для конструкции жесткого покрытия НЧРП 1-37А: сценарий мягкого земляного полотна
  • 6-14 Измененные входные параметры для расчета гибкого покрытия NCHRP 1-37A: базовый сценарий низкого качества
  • 6-15 Пробные разрезы для конструкции гибкого покрытия NCHRP 1-37A: базовый сценарий низкого качества
  • 6-16 Рекомендации NCHRP 1-37A по оценке эрозионной способности основного материала
  • 6-17 Пробные разрезы для расчета жестких покрытий НЧРП 1-37А: базовый сценарий низкого качества
  • 6-18 Пробные разрезы для конструкции жесткого покрытия NCHRP 1-37A: сценарий плохого дренажа
  • 6-19 Расчет секций покрытия для твердого покрытия 1993 AASHTO Расчет: эффекты неглубоких коренных пород
  • 6-20 Влияние глубины коренных пород на прогнозируемое общее колейность: метод расчета NCHRP 1-37A
  • 6-21 Пробные поперечные разрезы для конструкции гибкого покрытия NCHRP 1-37A: исходные условия с мелкой коренной породой на глубине 3 фута
  • 6-22 Влияние глубины коренных пород на прогнозируемое нарушение трещин: методология проектирования NCHRP 1-37A
  • 6-23 Пробные поперечные сечения для конструкции жесткого покрытия NCHRP 1-37A: исходные условия с мелкой коренной породой на глубине 3 фута
  • 7-01 Повреждения, связанные с влагой в гибких покрытиях (AC)
  • 7-02 Повреждения, связанные с влагой в жестких покрытиях (PCC)
  • 7-03 Оценка необходимости подземного дренажа в новых или реконструированных покрытиях
  • 7-04 Определения AASHTO для дренажа дорожного покрытия, рекомендованные для использования как в гибких, так и при жестких конструкциях покрытия
  • 7-05 Требования к живучести геотекстиля
  • 7-06 Рекомендация уровня 1 для оценки эрозионной способности основного материала
  • 7-07 Рекомендации 2-го уровня проектирования по оценке эрозионной способности основного материала
  • 7-08 Рекомендации Уровня проектирования 3 для оценки эрозионной способности только описания основного материала
  • 7-09 Рекомендуемые свойства стабилизатора асфальта для пропитанных асфальтом проницаемых материалов основания / основания
  • 7-10 Рекомендуемые свойства стабилизатора портландцемента для обработанных цементом проницаемых материалов основания / основания
  • 7-11 Качественный анализ возможностей применения арматуры для постоянных дорог с твердым покрытием
  • 7-12 Классификация почв по морозостойкости
  • 7-13 Методы стабилизации дорожных покрытий
  • 7-14 Использование геосинтетических материалов при транспортировке
  • 7-15 Соответствующие условия земляного полотна для стабилизации с использованием геосинтетических материалов
  • 7-16 Руководство по выбору метода (ов) стабилизации примесей
  • 7-17 Набухание грунтов
  • 7-18 Примеры воздействия стабилизации извести на различные почвы
  • 7-19 Рекомендуемые градации для битумно-стабилизированных материалов земляного полотна
  • 7-20 Рекомендуемые градации для битумно-стабилизированных материалов основания и основания
  • 7-21 Плотность и приблизительная стоимость различных легких наполнителей
  • 7-22 Категории, функции, методы и приложения улучшения грунта
  • 7-23 Сравнительная стоимость методов мелиорации
  • 8-01 Типичные свойства материала, измеренные для строительства
  • 8-02 Контрольный список для полевого мониторинга
  • 8-03 Краткое описание расчетных свойств грунта на примере задачи (до строительства)
  • 8-04 Рекомендуемое оборудование для уплотнения полей для различных почв
  • 8-05 Геотехнические проблемы после строительства гибких покрытий
  • 8-06 Геотехнические проблемы после строительства жестких покрытий
.

Глава 3 - NHI-05-037 - Geotech - Мосты и конструкции

Справочное руководство по геотехническим аспектам дорожных одежд

Глава 3.0 Геотехнические аспекты проектирования и эксплуатационных характеристик дорожного покрытия

3.1 Введение

Удовлетворительное качество покрытия зависит от правильной конструкции и функционирования всех ключевых компонентов системы дорожного покрытия. К ним относятся:

  1. Изнашиваемая поверхность, обеспечивающая достаточную гладкость, сопротивление трению и герметизацию или отвод поверхностной воды ( i.е. , чтобы минимизировать аквапланирование).
  2. Связанные структурные слои (, т. Е. , асфальт или портландцементный бетон), которые обеспечивают достаточную несущую способность, а также препятствуют проникновению воды в нижележащие несвязанные материалы.
  3. Несвязанные слои основания и основания, которые обеспечивают дополнительную прочность - особенно для гибких систем дорожного покрытия - и которые устойчивы к разрушению под действием влаги (включая разбухание и замерзание / оттаивание) и другим видам разрушения ( e.г. , размываемость, наложение штрафов).
  4. Земляное полотно, обеспечивающее равномерное и достаточно жесткое, прочное и устойчивое основание для вышележащих слоев.
  5. Дренажные системы, которые быстро удаляют воду из системы дорожного покрытия до того, как вода ухудшит свойства несвязанных слоев и земляного полотна.
  6. В некоторых случаях восстановительные меры, такие как улучшение / стабилизация почвы или геосинтетика для повышения прочности, жесткости и / или дренажных характеристик различных слоев или для обеспечения разделения между слоями ( e.г. , чтобы предотвратить загрязнение мелкими частицами).

Традиционно эти вопросы дизайна делятся между многими группами внутри агентства. Геотехническая группа обычно отвечает за определение характеристик фундамента земляного полотна. Группа материалов может нести ответственность за разработку подходящей смеси асфальта или портландцемента и смеси несвязанного заполнителя для использования в качестве основы. Группа дорожного покрытия может отвечать за конструктивную («толщину») конструкцию.Строительная группа может нести ответственность за то, чтобы конструкция дорожного покрытия была спроектирована. Тем не менее, общий успех конструкции - , то есть , удовлетворительные характеристики дорожного покрытия в течение его расчетного срока службы - является целостным следствием правильной конструкции всех этих ключевых компонентов.

Имея в виду этот целостный взгляд, данная глава основывается на введении из главы 1 и расширяет основные геотехнические соображения при проектировании дорожного покрытия ( i.е. , факторы, влияющие на пункты 3-6 выше). Акцент делается на «общую картину», на выявлении ключевых геотехнических проблем и описании их потенциального воздействия на конструкцию и характеристики дорожного покрытия. Большинство вопросов, представленных здесь, подробно рассматриваются в последующих главах, и ссылки на эти последующие разделы даются по мере необходимости. Краткая история методов проектирования дорожного покрытия AASHTO также включена, чтобы проиллюстрировать, как соображения геотехнического проектирования стали важнее и популярнее с течением времени.

3.2 Основные понятия

Тротуары представляют собой многослойные системы, разработанные для достижения следующих целей:

  • для обеспечения прочной конструкции, способной выдержать приложенные транспортные нагрузки (несущая способность).
  • , чтобы обеспечить гладкую поверхность износа (качество езды).
  • для обеспечения износостойкой поверхности, устойчивой к скольжению (безопасность).

Кроме того, система должна иметь достаточную долговечность, чтобы не выходить из строя преждевременно из-за воздействия окружающей среды (вода, окисление, температурные воздействия).

Несвязанные слои почвы в дорожном покрытии обеспечивают значительную часть общей структурной способности системы, особенно для гибких покрытий (часто более 50 процентов). Как показано на Рисунке 3-1, напряжения, создаваемые транспортными нагрузками в системе дорожного покрытия, являются самыми высокими в верхних слоях и уменьшаются с глубиной. Следовательно, более качественные и, как правило, более дорогие материалы используются в более нагруженных верхних слоях всех систем дорожного покрытия, а материалы более низкого качества и менее дорогие используются для более глубоких слоев дорожного покрытия (рис. 3-2).Такая оптимизация использования материалов сводит к минимуму затраты на строительство и максимизирует возможность использования местных материалов. Однако этот подход также требует большего внимания к слоям более низкого качества в конструкции (, то есть , земляное полотно), чтобы снизить затраты на покрытие в течение жизненного цикла. Хорошая долговременная работа нижних слоев означает, что верхние слои можно поддерживать (восстанавливать), избегая при этом более дорогостоящей полной реконструкции, обычно связанной с разрушением фундамента.

Рисунок 3-1. Ослабление напряжений, вызванных нагрузкой, с глубиной.

Рисунок 3-2. Изменение качества материала в зависимости от глубины в системе дорожного покрытия с идеальными дренажными характеристиками.

Как и все геотехнические конструкции, тротуары будут подвержены сильному воздействию влаги и других факторов окружающей среды. Вода мигрирует в структуру дорожного покрытия посредством сочетания поверхностной инфильтрации (, например, , через трещины в поверхностном слое), краевых притоков ( e.г. , из недостаточно дренированных боковых канав или несоответствующих обочин) и от нижележащего уровня грунтовых вод (, например, , через капиллярный потенциал в мелкозернистых грунтах фундамента). В холодных условиях влага может подвергаться сезонным циклам замораживания / оттаивания. Влага в системе дорожного покрытия почти всегда пагубно сказывается на характеристиках дорожного покрытия. Он снижает прочность и жесткость несвязанных материалов дорожного покрытия, способствует загрязнению крупнозернистого материала из-за миграции мелких частиц и может вызвать набухание ( e.г. , морозное пучение и / или расширение почвы) и последующее уплотнение. Влага также может вносить существенные пространственные изменения в свойства и эксплуатационные характеристики дорожного покрытия, что может проявляться либо в виде локальных повреждений, таких как выбоины, либо в более глобальном масштабе как чрезмерная шероховатость. Следовательно, проектирование геотехнических аспектов дорожных покрытий должно быть сосредоточено на выборе нечувствительных к влаге свободно дренируемых материалов основания и основания, стабилизации чувствительных к влаге грунтов земляного полотна и адекватного дренажа любой воды, которая проникает в систему дорожного покрытия.Выбор материала и его характеристики описаны более подробно позже в главе 5, а конструкция дренажа дорожного покрытия рассматривается в главе 7.

3.3 Ключевые геотехнические вопросы

Геотехнические вопросы при проектировании дорожного покрытия можно разделить на две категории: (1) общие вопросы, которые задают общий тон конструкции - , например, , новый дизайн против реабилитационного; и (2) конкретные технические вопросы - например, , определение жесткости и прочности земляного полотна. Геотехнические аспекты каждой из этих категорий кратко представлены в следующих подразделах.И снова цель состоит в том, чтобы дать обзор широкого круга геотехнических проблем при проектировании дорожного покрытия. Более подробное рассмотрение каждого из этих вопросов будет предоставлено в следующих главах.

3.3.1 Общие вопросы
Сравнение нового строительства и реабилитации против реконструкции

Первый вопрос, который необходимо решить при проектировании дорожного покрытия, заключается в том, предполагает ли проект новое строительство, восстановление или реконструкцию. Как определено в главе 1, новое строительство - это строительство системы дорожного покрытия на новой трассе, которая ранее не строилась.Восстановление определяется как ремонт и модернизация существующей дорожной одежды в эксплуатации. Как правило, это включает ремонт / удаление и строительство дополнительных связанных слоев дорожной одежды (, например, , асфальтобетонные покрытия) и может включать частичную или полную переработку или рекультивацию. Реконструкция определяется как полное удаление существующей системы дорожного покрытия, как правило, вплоть до верхних частей грунта основания включительно, и замена новой конструкции дорожного покрытия.Новое строительство было традиционным центром большинства процедур проектирования дорожного покрытия, хотя в последние годы этот акцент сместился на восстановление и реконструкцию, поскольку дорожные агентства переключились с расширения системы на обслуживание и сохранение системы.

Новое строительство, восстановление или реконструкция, имеет значительное влияние на несколько ключевых геотехнических аспектов проектирования дорожного покрытия. Как более подробно описано в Главе 4, новое строительство обычно требует значительных «традиционных» работ по определению характеристик площадки - e.г. , изучение геологических и почвенных карт, программы бурения, лабораторные испытания образцов из скважин, геофизические исследования недр и т. Д. Мало что будет известно заранее о профилях и свойствах грунта вдоль новой трассы, поэтому сравнительно всесторонняя разведка недр и характеристика материала программа обязательна. Разведка также обычно включает оценку условий выемки и насыпи вдоль трассы. Доступ часто ограничен из-за неблагоприятных условий местности.

Для проектов реабилитации, с другой стороны, часто доступны исходные проектные документы и записи о ходе строительства, чтобы предоставить существенную справочную информацию о подземных условиях вдоль трассы проекта. Свойства материала (, например, , жесткость основания), определенные во время первоначального проектирования, могут больше не иметь значения (, например, , из-за загрязнения мелкими частицами земляного полотна), поэтому могут потребоваться новые испытания либо на основе лабораторных испытаний образцов, взятых из скважин. через существующее покрытие или в результате испытаний на месте, таких как динамический конический пенетрометр (DCP - см. главу 4), снова через скважины через существующую структуру покрытия.Неразрушающий контроль с помощью дефлектометров падающего груза (FWD - см. Главу 4) очень часто используется для определения свойств материала на месте при проектировании реабилитации. Судебно-медицинская оценка повреждений существующего покрытия также может помочь выявить недостатки в нижележащих несвязанных слоях. Однако, поскольку нижележащие несвязанные слои не обнажаются и не удаляются в типичных проектах реабилитации, любые недостатки этих слоев должны быть компенсированы повышенной структурной способностью и т. Д., в добавленных поверхностных слоях.

Оригинальная проектная документация и строительная документация также часто доступны для проектов реконструкции. Информация об исходном профиле геологической среды, как правило, остается актуальной для проекта реконструкции. Однако подробные характеристики материалов из исходной проектной документации, как правило, бесполезны, поскольку исходные материалы дорожного покрытия вплоть до верхней части фундамента и часто включая ее полностью удаляются и заменяются во время реконструкции.Хотя прямое испытание вновь обнаженного грунта основания теоретически возможно в проектах реконструкции, это будет происходить только после начала строительства и, таким образом, будет слишком поздно для целей проектирования. Следовательно, свойства грунта фундамента для проектов реконструкции, как правило, должны определяться на основе исходных проектных документов, отбора проб и испытаний из скважины, а также испытаний FWD, как и при проектировании реабилитации. Определение характеристик нового или переработанного несвязанного основания и основных материалов в проектах реконструкции обычно проводится с помощью лабораторных испытаний, аналогичных проектированию нового строительства.

Влияние нового строительства на реконструкцию и реконструкцию на характеристики площадки и геологоразведку подробно описано в главе 4. Различные методы определения характеристик геотехнических материалов в этих различных типах проектов подробно описаны в главе 5.

Естественное земляное полотно против обрезки и насыпи

Устройство дорожной одежды на естественном основании - классический «учебник» по проектированию дорожной одежды. Подповерхностный профиль (включая глубину до коренных пород и уровень грунтовых вод) определяется непосредственно из программы геологоразведочных работ, а свойства земляного полотна, необходимые для проектирования, могут быть взяты из испытаний на естественном грунте основания в его естественном состоянии и в его уплотненном состоянии. если верхний слой фундамента должен быть обработан и повторно уплотнен или удален и заменен во время строительства.Этот вопрос более подробно обсуждается в главе 4.

Однако трасса для большинства проектов автомагистралей не всегда соответствует топографии участка, и, следовательно, потребуются разнообразные выемки и насыпи. Геотехническое проектирование дорожного покрытия потребует дополнительных особых требований в отношении участков выемки и насыпи. Также следует обратить внимание на переходные зоны - например. , между выемкой и участком на уровне уклона - из-за возможности неравномерной опоры дорожного покрытия и потока подземных вод.

Основной дополнительной проблемой для разрезов является дренаж, так как окружающий участок будет иметь уклон в сторону конструкции дорожного покрытия, а уровень грунтовых вод в разрезах будет, как правило, ближе к основанию участка покрытия. Также может потребоваться стабилизация чувствительных к влаге естественных грунтов основания. Стабильность срезанных склонов, прилегающих к дорожному покрытию, также будет важной проблемой проектирования, но она обычно рассматривается отдельно от конструкции самой дорожной одежды.

Насыпи для насыпных участков сооружаются из хорошо уплотненного материала, и во многих случаях это приводит к образованию земляного полотна более высокого качества, чем естественный грунт фундамента.Проблемы дренажа и грунтовых вод будут, как правило, менее критичными для тротуаров на насыпях, хотя эрозия боковых откосов из-за стока тротуаров может быть проблемой наряду с длительной инфильтрацией воды. Основными дополнительными проблемами для дорожных покрытий на участках насыпи будут устойчивость откосов насыпи и осадки либо из-за сжатия самой насыпи, либо из-за консолидации слабых грунтов основания под насыпью (опять же, обычно оценивается инженерно-геологическим отделом как часть конструкции насыпи проезжей части).

Информацию по уклону грунта и конструкции насыпи можно найти в справочном руководстве для FHWA NHI 132033 (FHWA NHI-01-028). Конструкция с усиленным уклоном (часто альтернатива там, где требуются крутые откосы насыпи) рассматривается в справочном руководстве для FHWA NHI 132042 (FHWA NHI-00-043). Проектирование скального откоса рассматривается в справочном руководстве FHWA NHI 132035 (FHWA NHI-99-007).

Воздействие на окружающую среду

Условия окружающей среды существенно влияют на характеристики как гибкого, так и жесткого покрытия.В частности, влажность и температура являются двумя переменными, определяемыми окружающей средой, которые могут существенно повлиять на свойства слоя и земляного полотна и, таким образом, на характеристики покрытия. Некоторые из воздействий окружающей среды на материалы дорожного покрытия включают следующее:

  • Асфальтовые материалы имеют различные значения модуля в зависимости от температуры. Значения модуля упругости могут варьироваться от 2 до 3 миллионов фунтов на квадратный дюйм (от 14 000 до 20 000 МПа) или более в холодные зимние месяцы до примерно 100 000 фунтов на квадратный дюйм (700 МПа) или менее в жаркие летние месяцы.
  • Хотя свойства цементного материала, такие как прочность на изгиб и модуль упругости, не подвержены значительному влиянию нормальных температурных изменений, градиенты температуры и влажности могут вызывать значительные напряжения и прогибы - и, следовательно, повреждение и деформации покрытия - в жестких плитах покрытия.
  • При отрицательных температурах вода в почве замерзает, и модуль упругости несвязанных материалов дорожного покрытия может возрасти до значений в 20–120 раз выше, чем значения до замерзания.
  • Процесс замерзания может сопровождаться образованием и последующим оттаиванием линз льда. Это создает зоны значительно пониженной прочности в конструкции дорожного покрытия.
  • При таянии сверху вниз весной вода задерживается над еще замерзшей зоной; это может значительно снизить прочность геоматериалов.
  • При прочих равных условиях жесткость несвязанных материалов уменьшается с увеличением влажности. Влага имеет два отдельных эффекта:
    • Во-первых, это может повлиять на состояние напряжения посредством всасывания или порового давления воды.При высыхании крупнозернистые и мелкозернистые материалы могут иметь модуль упругости более чем в пять раз. Модули связных грунтов зависят от сложных взаимодействий глины, воды и электролита.
    • Во-вторых, он может повлиять на структуру почвы за счет разрушения цементации между частицами почвы.
  • Связанные материалы не подвержены прямому воздействию влаги. Однако чрезмерная влажность может привести к отслаиванию асфальтобетонных смесей или может иметь долгосрочное воздействие на структурную целостность цементно-связанных материалов.
  • Цементно-связанные материалы также могут быть повреждены во время циклов замораживания-оттаивания и влажно-сушки, что приводит к снижению модуля упругости и увеличению прогибов.

На все повреждения дорожного покрытия в некоторой степени влияют факторы окружающей среды. Однако зачастую очень сложно включить эти эффекты в процедуры проектирования дорожного покрытия.

3.3.2 Особые проблемы
Типы и свойства материалов

Основные типы материалов, встречающихся в системах дорожного покрытия, перечислены в Таблице 3-1.Геотехнические материалы, которым уделяется основное внимание в этом руководстве, включают нестабилизированные гранулированные материалы основания / основания (включая вторичные материалы), нестабилизированные грунты земляного полотна, механически и химически стабилизированные грунты земляного полотна и группы коренных пород.

Свойства материала, представляющие интерес при проектировании дорожного покрытия, можно разделить на следующие категории:

  • Физические свойства ( например, , классификация почвы, плотность, содержание воды)
  • Жесткость и / или прочность ( e.г. , модуль упругости, модуль реакции земляного полотна, CBR)
  • Термогидравлические свойства ( например, , коэффициенты дренажа, проницаемость, коэффициент теплового расширения)
  • Характеристики, связанные с эксплуатационными характеристиками ( например, , характеристики остаточной деформации при повторной нагрузке)

Подробная информация о процедурах определения геотехнических свойств, необходимых для проектирования дорожного покрытия, приведена в главе 5. Обратите внимание, что не все свойства материалов будут одинаково важны с точки зрения их влияния на конструкцию и характеристики дорожного покрытия, и не все свойства требуются для всех. процедуры проектирования дорожного покрытия.Жесткость, обычно определяемая количественно в единицах модуля упругости (см. Главу 5), является наиболее важным геотехническим свойством при проектировании дорожного покрытия и явно включается в большинство текущих процедур проектирования дорожного покрытия (, например, , Руководство по проектированию дорожных покрытий 1993 AASHTO). Новые механистико-эмпирические процедуры проектирования, такие как разработанные в недавно завершенном проекте NCHRP 1-37A, требуют дополнительной информации о свойствах материала, особенно в отношении термогидравлического поведения и рабочих характеристик.

Коренная порода заслуживает здесь краткого особого упоминания, потому что ее присутствие на небольшой глубине под конструкцией дорожного покрытия может оказать значительное влияние на конструкцию дорожного покрытия (Глава 8), дизайн (главы 5 и 6) и эксплуатационные характеристики (Глава 6). Хотя точное измерение свойств коренных пород, таких как жесткость, редко, если вообще когда-либо, требуется, необходимо учитывать влияние неглубоких (менее 3 м (10 футов) глубины) коренных пород на анализ дорожного покрытия. Это особенно верно для процедур обратного расчета FWD, используемых для оценки жесткости материалов на месте при проектировании реабилитации (см. Главу 4).

Дренаж

Еще в 1820 году Джон Макадам заметил, что, независимо от толщины конструкции, многие дороги в Великобритании быстро разрушались, когда земляное полотно было насыщено:

"Дороги никогда не могут быть полностью безопасными до тех пор, пока не будут полностью поняты, приняты и приняты меры в соответствии со следующими принципами: а именно, что естественная почва действительно выдерживает вес транспорта: пока она сохраняется в сухом состоянии, он будет нести любой вес, не утонув, и что он действительно несет дорогу, а также экипажи; что эта естественная почва должна быть предварительно сделана совершенно сухой, а затем необходимо накрыть ее непроницаемым для дождя покрытием, чтобы сохранить ее в в этом сухом состоянии; что толщина дороги должна регулироваться только количеством материала, необходимого для образования такого непроницаемого покрытия, и ни в коем случае не исходя из его собственной несущей способности.

ошибочное мнение, так долго действовал на и так упорно придерживались, что путем размещения большого количества камня под дорогами, лекарство будет найдено для потопления в мокрой глине или других мягких грунтах, или другими словами, что в дорога может быть искусственно сделана достаточно прочной, чтобы перевозить тяжелые вагоны, хотя грунт находится во влажном состоянии, и с помощью таких средств предотвратить неудобства естественной почвы, получающей воду от дождя или других причин, вызвало большинство дефектов грунта. дороги Великобритании."(Макадам, 1820 г.)

Сегодня широко признано, что избыток влаги в слоях дорожного покрытия в сочетании с интенсивным движением и влагочувствительными материалами может сократить срок службы. Замерзание этой влаги часто вызывает дополнительное ухудшение характеристик.

Влага в земляном полотне и конструкции дорожного покрытия может поступать из многих различных источников (Рисунок 3-3). Вода может просачиваться вверх от высокого уровня грунтовых вод или течь сбоку от краев тротуара и обочин.Однако наиболее значительным источником избытка воды на тротуарах обычно является просачивание через поверхность. Стыки, трещины, края уступов и различные другие дефекты поверхности обеспечивают легкий доступ для воды.

Рисунок 3-3. Источники влаги в системах дорожного покрытия (NHI 13126).

Основная цель при проектировании дорожного покрытия - предотвратить насыщение основания, основания, земляного полотна и других чувствительных материалов дорожного покрытия или даже постоянное воздействие высоких уровней влажности, чтобы минимизировать проблемы, связанные с влажностью.Ниже приведены три основных подхода к контролю или уменьшению проблем с влажностью:

  • Не допускать попадания влаги в систему дорожного покрытия. Методы предотвращения попадания влаги на тротуар включают обеспечение соответствующих поперечных и продольных уклонов для быстрого стекания поверхностных вод и заделку всех трещин, стыков и других неоднородностей для минимизации проникновения поверхностных вод.
  • Используйте материалы и конструктивные особенности, нечувствительные к воздействию влаги. Материалы, которые относительно нечувствительны к воздействию влаги, включают зернистые материалы с небольшим количеством мелких частиц, цементно-стабилизированные и тощие бетонные основания, а также базовые материалы, стабилизированные асфальтом. 1 . Соответствующие конструктивные особенности жестких покрытий включают дюбели и расширенные плиты для уменьшения разломов, а также включение подосновы между основанием и земляным полотном для уменьшения эрозии и обеспечения дренажа с дна. Конструктивные особенности гибких дорожных покрытий включают мощение по всей ширине для устранения продольных швов, стабилизированные асфальтом базовые слои и использование основания для уменьшения эрозии и улучшения дренажа.
  • Быстро удаляет влагу, попавшую в систему дорожного покрытия. Для удаления лишней влаги доступны различные дренажные системы. Такие элементы, как дренажные канавы и канавы, предназначены для постоянного понижения уровня грунтовых вод под тротуаром, тогда как другие элементы, такие как проницаемые основания и краевые стоки, предназначены для удаления инфильтрационной воды с поверхности.

Проектирование дренажа дорожного покрытия более подробно описано в главе 7. Дополнительные подробности можно найти в Christopher and McGuffey (1997) и в справочном руководстве по курсу FHWA NHI 131026 Проектирование подземного дренажа тротуара .

Особые условия

Особые проблемные почвенные условия включают морозное пучение, набухающие или расширяющиеся почвы и просадочные почвы.

Замерзание / оттаивание: Основным эффектом является ослабление, которое происходит в период весеннего оттаивания. Морозное пучение зимой также может привести к серьезному ухудшению работоспособности покрытия (повышенной шероховатости). Требования к условиям замораживания / оттаивания: а) почва, чувствительная к морозам; (б) отрицательные температуры; и (c) наличие воды.

Набухающие или расширяющиеся грунты: Набухание относится к локальным изменениям объема расширяющихся грунтов дорожного полотна по мере поглощения ими влаги. По оценкам, ущерб тротуарам из-за обширных почв составляет более 1 миллиарда долларов в год.

Складывающиеся грунты: Складывающиеся грунты имеют метастабильные структуры, которые значительно уменьшаются в объеме при насыщении. Илово-лессовые отложения - самый распространенный тип просадочной почвы. Собственные грунтовые основания просадочных грунтов перед строительством необходимо пропитать водой и прикатать тяжелым уплотнительным оборудованием.Если насыпи автомагистралей должны быть построены на просадочных грунтах, могут потребоваться специальные восстановительные меры для предотвращения крупномасштабного растрескивания и дифференциальной осадки.

Выявление потенциально проблемных грунтов является основной задачей геотехнического проектирования дорожного покрытия. Подходы к проектированию и меры смягчения для этих особых условий подробно описаны в главе 7.

Улучшение почвы

Естественные почвы на строительной площадке часто непригодны для использования в конструкции дорожного покрытия.Они могут иметь неподходящую градацию, недостаточную прочность и / или жесткость или недостаточную устойчивость к набуханию. Некоторые из этих недостатков можно устранить путем смешивания двух или более грунтов и / или обеспечения соответствующей механической стабилизации (уплотнения). Другие недостатки, особенно для земляного полотна, могут потребовать смешивания стабилизирующих добавок, таких как битумные вяжущие или известь, портландцемент или другие пуццолановые материалы, с природным грунтом. Хотя основной целью этих добавок обычно является улучшение прочности и жесткости почвы, их также можно использовать для улучшения обрабатываемости, уменьшения набухания и создания подходящей строительной платформы.Геосинтетические материалы также можно использовать в качестве армирующих материалов для почвы, а также в качестве фильтрующих и дренажных слоев.

В экстремально мягких почвенных условиях могут потребоваться специальные методы улучшения грунта, такие как водостоки, насыпные насыпи, надбавка, легкая насыпь (, например, , геопена) и т. Д. Эти методы обычно оцениваются инженерно-геологическим отделом как часть конструкция проезжей части. Эти методы кратко обсуждаются в главе 7.

Краткое изложение методов стабилизации, наиболее часто используемых в дорожных покрытиях, типов грунтов, для которых они наиболее подходят, и их предполагаемого воздействия на свойства грунта, представлено в таблице 3-2.Входные данные при проектировании улучшенных почв будут рассмотрены в главе 5, а подробные сведения о выборе и реализации методов обработки для конкретных проблем будут рассмотрены в главе 7. Уплотнение, одна из ключевых геотехнических проблем при проектировании и строительстве дорожного покрытия, рассматривается в главе 5 ( определение исходных данных для проектирования) и Глава 8 (вопросы строительства).

63 шлаки
Таблица 3-2. Методы стабилизации дорожных покрытий (из Rollings and Rollings, 1996).
Метод Грунт Эффект Примечания
Смешение Умеренно пластичное Нет Слишком сложно смешивать
9026 Прочее
Уменьшение поломки
Известь Пластик Сушка Rapid
Мгновенное увеличение прочности Rapid Rapid Rapid Rapid
Долговременное пуццолановое цементирование Медленное
Крупное с мелкими частицами То же, что и с пластиковыми грунтами Зависит от количества пластиковых мелких частиц
Непластик
Цемент Пластик Подобен извести Менее выражен
Цементирование зерен Гидратация цемента
Грубый Цементирование зерен Цементирование зерен Крупнозернистый Усиление / связывание, водостойкость Асфальтовый цемент или жидкий асфальт
Мелкие частицы То же, что и крупнозернистый Жидкий асфальт
Мелкий Не смешивать Илы и крупные частицы Действует как наполнитель Более плотный и прочный
Цементирование зерен Медленнее, чем цемент
Разное.методы Переменная Переменная Зависит от механизма
3.4 Чувствительность конструкции дорожного покрытия к геотехническим факторам

В то время как наиболее важным слоем для эксплуатационных характеристик дорожного покрытия является поверхностный слой, геотехнические слои тесно переплетаются в конструкции дорожного покрытия. Например, жесткость или прочность грунта земляного полотна является прямым входом в большинство процедур проектирования дорожного покрытия, и, таким образом, ее влияние на конструкцию конструкции можно оценить количественно.На рисунке 3-4 показано влияние коэффициента несущей способности земляного полотна в Калифорнии (CBR - см. Главу 5) на требуемую толщину и вклад несущей способности несвязанного гранулированного основного слоя в гибком дорожном покрытии, спроектированном в соответствии с процедурами 1993 AASHTO (см. 2). Вклад гранулированной основы в общую конструктивную способность варьируется от 50% для низкого значения CBR земляного полотна, равного 2, до практически нуля при высоком значении CBR, равном 50. Влияние качества основного слоя на конструкцию конструкции покрытия аналогично показано на рисунке 3-5.Дополнительные примеры чувствительности конструкции дорожного покрытия к различным геотехническим факторам приведены в главе 5.

Рисунок 3-4. Влияние прочности земляного полотна на конструкцию покрытия (Руководство по проектированию AASHTO 93: W 18 = 10M, надежность 85%, S o = 0,4, ΔPSI = 1,7, a 1 = 0,44, a 2 = 0,14, m 2 = 1).

Рисунок 3-5. Влияние прочности основания на конструкцию покрытия (Руководство по проектированию AASHTO 93: W 18 = 10M, надежность 85%, S o = 0.4, ΔPSI = 1,7, a 1 = 0,44, м 2 = 1, земляное полотно CBR = 4).

Хороший индикатор общей чувствительности конструкции дорожного покрытия к геотехническим воздействиям. влияние опоры земляного полотна на стоимость дорожного покрытия, как показано на Рисунке 3-6. Например, при загруженности 10 миллионов ESAL и CBR земляного полотна 8 стоимость 1000 квадратных ярдов (850 м 2 ) площади поверхности составляет приблизительно 9800 долларов для асфальтового слоя и 3000 долларов для нижележащего основания и гранулированного материала. одолжить, на общую стоимость дорожного покрытия в размере 12 800 долларов за 1000 квадратных ярдов поверхности.Если бы значение CBR земляного полотна было всего 4, та же площадь участка дорожного покрытия стоила бы 15 600 долларов, или более чем на 20% больше.

Рисунок 3-6. Ориентировочная стоимость покрытия при различных условиях крепления земляного полотна (Б. Вандре, личное сообщение).
Нажмите здесь, чтобы увидеть текстовую версию изображения

Примечания:

  • Предполагаемые удельные затраты составляют: асфальт - 1,25 долл. США / дюйм толщиной; необработанная основа - 0,30 $ / дюйм толщины; гранулированный заем - 0,20 доллара за дюйм.
  • Толщина, используемая при оценке затрат, основана на надежности 90%.
  • Минимальная толщина гранул или основы составляет 6 дюймов.
  • Толщина / стоимость асфальта зависит только от ESAL, потому что значение базовой поддержки является постоянным.
  • Единицы: 1 дюйм = 25 мм; 1 ярд 2 = 0,85 м 2 .

Также важно с самого начала признать, что, хотя многие геотехнические факторы, влияющие на характеристики дорожного покрытия, могут быть явно включены в процесс проектирования, другие важные соображения не могут.Например, возможность разрушения склона под дорожным покрытием, построенным на боковом выемке холма, обычно не рассматривается как часть «конструкции дорожного покрытия», даже несмотря на то, что такой отказ может быть гораздо более разрушительным для покрытия, чем недостаточная жесткость грунтового основания (см. Рисунок 3-7).

Рисунок 3-7. Обрушение откоса под дорожным покрытием (http://www.geoengineer.com/).


Банкноты
  1. Вызванное влагой удаление материалов, стабилизированных асфальтом, может быть проблемой для некоторых заполнителей и некоторых асфальтовых вяжущих.Вернуться к тексту
.

Смотрите также