В условиях роста объемов перевозок и с учетом перспективы повышения осевых нагрузок особую актуальность приобретают не только усиление основной площадки земляного полотна, но и повышение прочности и устойчивости земляного полотна в целом, в том числе и на слабом основании.
Эффективность мероприятий по усилению слабого основания и земляного полотна в целом во многом зависит от степени подготовки их поверхностных слоев в качестве основания для укладки различных материалов усиления. Такая подготовка включает планировку и уплотнение их поверхностных слоев.
В настоящее время используют продольное уплотнение
насыпи по мере отсыпки отдельных слоев заданной толщины, как правило, не более
0.4 м. При этом по условиям соблюдения правил техника безопасности уплотняющие
машины не доходят до бровки земляного полотна
на 0.5 м. Следовательно, с увеличением высоты насыпи поверхностные слои откосов
оказываются практически неуплотненными вообще. Поэтому откосная часть насыпей
(не рабочая зона от воздействия подвижного состава) представляет собой
своеобразную двухслойную конструкцию – рыхлый неуплотненный грунт
поверхностного слоя, лежащий на плотном наклонном основании. Мощность
неуплотненного грунта поверхностного слоя зависит от крутизны откоса и его
высоты. Неуплотненные поверхностные слои земляного полотна
откоса служат очагами для развития деформаций, связанные с нарушением местной
устойчивости.
Существует несколько способов уплотнения земляного полотна и откосов. При строительстве железных дорог применяют, например, такой способ, при котором земляное полотно отсыпают большей ширины, чем это предусмотрено по проекту, а неуплотненные (на величину уширения) поверхностные слои откоса срезают экскаватором, получая, таким образом, уплотненное земляное полотно и откосы проектного очертания. Уменьшать толщину неуплотненной части поверхностных слоев можно также за счет изменения конструкции откоса, в частности, уменьшения его крутизны. Однако, такой способ, как и применяемый в строительстве железных дорог, влечет за собой значительное увеличение объемов земляных работ.
Более эффективно и целесообразно применение специальных уплотняющих машин, которые разделены на две группы:
1 – уплотняющие средства (катки, вибрирующие или трамбующие плиты), у которых рабочий орган дает возможность уплотнять и прибровочную часть земляного полотна. Однако, даже при уплотнении земляного полотна машинами с вынесенными на бровочную часть рабочими органами в поверхностных слоях остается неуплотненная часть мощностью 0.2-0.3 м, опасная с точки зрения развития локальных деформаций.
2 – машины, предназначенные специально для уплотнения откосов. Например, виброкаток типа Д-480 как навесной к экскаватору или специально оборудованному для этих целей трактору.
Для усиления основной площадки
земляного полотна и земляного полотна в целом, слабое основание системы «земляное полотно
- слабое
основание», находящихся в сложных инженерно-геологических условиях,
определенный интерес представляет монолитная конструкция, состоящая из грунтов,
обработанных вяжущим, и укладка в тело земляного полотна и на слабое основание
земляного
полотна геосинтетики.
Применение обработанных грунтов всегда предполагает широкое использование местных материалов [1,2]. Другая особенность усиления основной площадки земляного полотна обработанным грунтом – возможность использования при сооружении земляного полотна железных дорог технологии приготовления грунтовых смесей, механизации этих работ с учетом применения как специальных, так и серийно выпускаемых машин.
Необходимые условия применения грунтов, обработанных вяжущими – наличие местных песчаных и других аналогичных материалов, пригодных для приготовления цементогрунта или битумогрунта, а также машин и соответствующего оборудования для приготовления смесей, их укладки, разравнивания, уплотнения и последующего ухода. Использование такого местного грунта в усилении основной площадки земляного полотна возможно лишь при коренном изменении свойств, присущих такому естественному грунту. Учитывая это, под обработкой в работе принята вся совокупность воздействий на такой грунт вяжущего в сочетании с технологическими и строительными мероприятиями, обеспечивающими формирование заданных структурно-механических свойств, водо- и морозоустойчивости в соответствии с заданными нормами для этой конструкции.
Выполнение этих требований в целом гарантирует, например, долговечность битумопесчаной смеси, т.е. его длительную устойчивость к воздействию переменных кратковременных нагрузок в период строительства, и влияния климатических факторов. Требуемые свойства обеспечиваются правильным выбором основного вяжущего и установлением необходимых дозировок этого вяжущего и, при необходимости, добавок других вяжущих.
Прочность и водостойкость искусственной битумопесчаной смеси находится в прямой зависимости от следующих факторов, зависящих от:
– материалов: химический и минералогический составы, активность вяжущего или его физическое состояние (вязкость, температура, подвижность); количество вяжущего и других компонентов; химический и минералогический составы, физико-механические свойства песчаного грунта; характер взаимодействия песчаного грунта с вяжущим;
– технологии работ: точность дозирования вяжущего, равномерность перемешивания и увлажнения песчаной смеси; влажность и температура битумопесчаной смеси при уплотнении; степень плотности обработанного песчаного грунта после уплотнения; последующий режим твердения и структурообразования (влажность, температура), способствующий созданию среды для оптимального структурообразования материала усиления основной площадки земляного полотна.
Среди перечисленных факторов важное значение имеет придание обработанному песчаному грунту максимальной плотности. Обработка песчаного грунта всегда и обязательно связана с экономичным расходованием вяжущего. Поэтому, важнейшей задачей является обеспечение заданной прочности обработанного песка при наименьшем расходе вяжущего, что достигается при использовании наиболее рациональной технологии и обеспечении оптимального режима твердения, способствующих наиболее эффективному протеканию процессов взаимодействия песчаного грунта с введенным вяжущим. Максимальное использование свойств последних, формирование структурно-механических свойств в заданном диапазоне будут обеспечены только в случае наиболее плотной упаковки песчаных частиц. Получаемая в этом случае весьма плотная система способна по окончании процессов структурообразования выдерживать значительные нагрузки.
Роль вяжущего в такой системе в основном заключается в придании песчаному грунту необратимой связности и сохранении приданной песку максимальной плотности. Максимальная плотность песчаного грунта может быть достигнута лишь тщательным искусственным уплотнением песчаного смеси. Поэтому, в процессе разработки того или иного метода обработки должны быть изучены, разработаны и испытаны составы песчаной смеси, твердение которых по времени должно начинаться не ранее, чем произведено уплотнение уложенной битумопесчаной смеси. Таким образом, очевидна взаимосвязь и взаимообусловленность метода уплотнения и технологии работ в формировании заданных свойств обработанного песчаного грунта.
Выполненными в СНГ и дальнем зарубежье исследованиями
показано большое значение гранулометрического состава песчаного грунта, как
одного из главных факторов, определяющих строительные свойства песчаного грунта
и пригодность песчаного грунта для укрепления вяжущим. По имеющейся
схематической классификации по степени пригодности песчаного грунта для
обработки вяжущим рассматриваемые песчаные грунты в Казахстане относятся к группе
пригодных песчаных грунтов к обработке.
Литература
1 Безрук В.М. Укрепление грунтов. – М.: Транспорт, 1965. – С. 339.
2
Дивин О.А., Самарина М.В. Механизмы для укрепления
земляного полотна (по материалам зарубежной периодики) // Путь и путевое
хозяйство. – 1976. – № 10. – С. 15.