Министерство транспортного строительства СССР

Государственный всесоюзный дорожный научно-исследовательский институт

(СОЮЗДОРНИИ)

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО УКРЕПЛЕНИЮ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ С РАЗМЕЛЬЧЕНИЕМ ИХ С ПОМОЩЬЮ ДОБАВОК ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ И ИЗВЕСТИ

 

Балашиха Московской области 1970

Для улучшения размельчения тяжелых суглинков и глин грунтосмесителем Д-391 и фрезой Д-530 рекомендовано вводить при укреплении грунтов цементом или жидким битумом добавки ПАВ (ССБ и ОП-7 или ОП-10) и извести.

Применение указанных добавок обеспечивает повышение однородности смеси и за счет этого увеличение водо- и морозостойкости укрепленного грунта, увеличение производительности за счет интенсификации процесса размельчения.

Указана область применения добавок ПАВ и извести и требования к ним. Изложены технология проведения работ, техника безопасности при работе с химическими добавками и лабораторные методы определения расхода химической добавки.

Табл.-2.

Содержание

Предисловие

При укреплении тяжелых глинистых грунтов современными методами (цементом, битумом и комплексными способами) не всегда удается получить на производстве материал, по физико-механическим свойствам близкий к тому, который получают в лаборатории или на стенде.

Проведенные за последние годы исследования Союздорнии показали, что требуемые физико-механические свойства укрепленных грунтов в значительной степени зависят от качества размельчения тяжелых суглинков и глин современными машинами (особенно фрезой Д-630). Размельченный таким образом грунт содержит большое количество крупных комков (агрегатов), что обусловливает неоднородность смеси по распределению вяжущего и является причиной пониженной водо- и морозостойкости укрепленного грунта.

Для улучшения размельчения тяжелых грунтов в процессе работы фрезы Д-530 и грунтосмесителя Д-391 было предложено вводить в грунт поверхностно-активные вещества неиногенного типа (ПАВ) и известь.

Результаты исследований и опытных работ на грунтах различных генетических типов показали целесообразность предлагаемых методов размельчения и легли в основу «Предложений по укреплению глинистых грунтов с размельчением их с помощью добавок ПАВ и извести».

Настоящие «Предложения» составлены для широкого производственного применения рекомендуемой технологии.

Предложения разработали канд. геол. - минерал, наук Л.Н. Ястребова и инж. Е.И. Путилин.

Замечания и пожелания по «Предложениям» просьба направлять по адресу: Московская область, Балашиха-6 , Союздорнии.

Зам. директора Союздорнии по научной работе кандидат технических наук Ю. Мотылев

Общие положения

1. Настоящие «Предложения» являются развитием и дополнением «Указаний по применению в дорожном и аэродромном строительстве грунтов, укрепленных вяжущими материалами» (СН 25-64) и «Технических указаний по комплексным методам укрепления грунтов цементом с применением добавок химических веществ при устройстве дорожных и аэродромных оснований и покрытий» (ВСН 158-69) в части методов и технологии размельчения глинистых грунтов при укреплении их вяжущими материалами (цементом и жидким битумом).

2. Добавки химических веществ в соответствии с требованиями СН 25-64 и ВСН 158-69 вводят при укреплении тяжелых суглинков и глин вяжущими материалами. При использовании в качестве вяжущего цемента применяют добавки извести, каустической соды или легкорастворимых солей. При укреплении этих грунтов жидким битумом улучшают их гранулометрический состав скелетной добавкой (песком) и применяют добавку извести.

3. Эффективность этих методов (соответствие физико-механических свойств производственных смесей требуемым нормативам и обеспечение долговечности конструктивного слоя) достигается в том случае, если при строительстве оснований и покрытий грунты размельчены согласно требованиям СН 25-64.

4. Требования к степени размельчения глинистых грунтов при использовании линейных грунтосмесительных машин Д-391 и Д-530 с применением для укрепления рекомендуемых добавок не обеспечиваются в следующих случаях:

- при укреплении тяжелых суглинков и глин в сухую и жаркую погоду в III, IV и V дорожно-климатических зонах, когда естественная влажность грунтов менее оптимальной для размельчения, с использованием фрезы Д-530 и грунтосмесителя Д-391;

- при укреплении глин различных разновидностей с влажностью оптимальной для размельчения, с использованием фрезы Д-530 и грунтосмесителя Д-391;

- при укреплении тяжелых суглинков с влажностью оптимальной для размельчения, с использованием Фрезы Д-530.

5. «Предложения по укреплению глинистых грунтов с размельчением их с помощью добавок ПАВ и извести» разработаны для районов строительства дорог, где основным типом местных грунтов являются тяжелые суглинки и глины, а карьеры песчаных и супесчаных грунтов находятся от места строительства на расстоянии более 5 км.

6. Применение добавок ПАВ и извести в процессе размельчения глинистых грунтов обеспечивает:

а) повышение однородности смеси и за счет этого увеличение водо- и морозостойкости укрепленного грунта;

б) увеличение производительности труда за счет интенсифицирования процесса размельчения грунтов.

7. Правильный выбор добавок ПАВ и извести обеспечивает при использовании грунтосмесителя Д-391 и фрезы Д-530 требуемую степень размельчения различных разновидностей тяжелых суглинков и глин с числом пластичности до 23:

- с влажностью оптимальной и менее оптимальной;

- с влажностью более оптимальной.

8. Устройство дорожных оснований и покрытий из местных глинистых грунтов, укрепленных вяжущими материалами и размельченных с добавками ПАВ, взамен оснований и покрытий из привозных супесчаных или песчаных грунтов, укрепленных вяжущими, дает экономию (в зависимости от стоимости ПАВ и дальности возки супесчаного или песчаного грунта) 1,3-1,7 тыс. руб. на 1 км. При использовании в качестве добавки извести экономия составляет 1,0-3,8 тыс. руб. на 1 км.

Область применения и требования к добавкам ПАВ и извести

9. При устройстве дорожных и аэродромных оснований и покрытий из тяжелых суглинков и глин, укрепленных цементом или жидким битумом, во II, III, IV и V дорожно-климатических зонах применяют для размельчения следующие добавки, которые должны удовлетворять требованиям ГОСТ:

- известь негашеная (молотая кипелка) или гашеная ГОСТ 9179-59;

- сульфитно-спиртовая барда - ССБ(бардяной концентрат) - ГОСТ 8518-57;

- смачиватель ОП-7 или ОП-10 - ГОСТ 8433-57.

10. Степень размельчения грунтов зависит не только от числа пластичности грунтов и их естественной влажности, но и в значительной степени от генетического типа грунтов: содержания гумуса, карбонатов, полуторных окислов, легкорастворимых солей и поглощенного натрия, а также типа грунтосмесительной машины.

11. Ввиду неодинаковой эффективности рекомендуемых добавок для размельчения грунтов в зависимости от указанных факторов при выборе добавки следует учитывать как свойства укрепляемых грунтов (табл. 1), так и тип машины, который будет использован на строительном объекте для размельчения грунтов и смешения с вяжущим.

12. При влажности грунтов, превышающей оптимальную для размельчения не более чем на 12 % (согласно ВСН 158-69), применяют добавку извести. При влажности грунтов, близкой к оптимальной, добавку извести следует применять в основном в условиях II и III дорожно-климатических зон.

Таблица 1

Область применения добавок ПАВ и извести

Примечания: 1. Засоленные и солонцеватые суглинки и глины по содержанию легкорастворимых солей и поглощенного натрия должны удовлетворять требованиям СН 25-64.

2. Влажность грунтов должна превышать оптимальную для размельчения не более чем на 12 %.

3. Добавки ССБ, ОП-7 применяют только при размельчении грунтов фрезой Д-530.

4. Добавки ССБ применяют при размельчении грунтов смесителем Д-391.

13. Из рекомендуемых добавок ПАВ для размельчения глинистых грунтов любых генетических типов наиболее эффективны ОП-7 или ОП-10.

14. Добавку ОП-7 (ОП-10) ввиду высокой стоимости в настоящее время экономически целесообразно применять в районах, где дальность возки супесчаных или песчаных грунтов, которыми можно заменить глинистые грунты, не превышает 15 км.

15. Добавку ССБ используют при дальности возки супесчаных или песчаных грунтов более 5 км для размельчения тяжелых суглинков и глин, за исключением их гумусированных разновидностей. При размельчении тяжелых суглинков засоленных и солонцеватых, а также глин всех разновидностей с добавкой ССБ рекомендуется использовать смеситель Д-391.

16. Добавки ССБ и ОП-7 (ОП-10) рекомендуются для укрепления грунтов в IV и V дорожно-климатических зонах в жаркий период года, когда естественная влажность грунтов менее оптимальной для размельчения.

17. Ориентировочную норму добавок для размельчения различных грунтов (табл. 2) рекомендуется учитывать при подсчете потребного количества в процессе составления проектных заданий на строительство дорог с основаниями или покрытиями из грунтов, укрепленных вяжущими. Большее количество добавки ССБ или ОП-7 (ОП-10) следует предусматривать при строительстве дорог в IV и V дорожно-климатических зонах, меньшее - во II и III зонах.

18. Грунты с добавками ССБ и ОП-7 (ОП-10), укрепленные оптимальной дозировкой цемента, должны по физико-механическим свойствам соответствовать требованиям СН 25-64. Если физико-механические свойства грунта, укрепленного цементом, с добавкой ССБ или ОП-7 (ОП-10), не отвечают указанным требованиям, то в грунтовую смесь добавляют каустическую соду или соли (см. ВСН 158-69).

Таблица 2

Расход добавок ПАВ и извести

Примечания: 1. Расход добавок указан в числителе в % от веса грунта, в знаменателе в кг/м³ грунта.

2. Меньшее количество добавок рекомендуется для грунтов с влажностью, близкой к оптимальной, для размельчения и меньшим числом пластичности, большее количество добавки - для грунтов с влажностью менее оптимальной и большим числом пластичности.

19. При укреплении тяжелых суглинков и глин жидким битумом с добавкой ССБ или ОП-7 (ОП-10) вводят добавку песка до 25%. Физико-механические свойства таких смесей должны удовлетворять требованиям СН 25-64.

Технология производства работ

20. При устройстве дорожных оснований и покрытий из глинистых грунтов, укрепленных цементом или жидким битумом, с применением для размельчения грунтов добавок ПАВ и извести, технология работ принимается в соответствии с СН 25-64.

21. Земляное полотно перед вывозом грунта, предназначенного для укрепления, должно быть подготовлено в соответствии с СНиП II-Д.5-62.

22. Работы по укреплению глинистых грунтов цементом с применением добавок ПАВ и извести выполняют согласно технологическим схемам № 1 и 2. (Приложение).

23. В случае необходимости введения в укрепляемую цементом глину двойных добавок: ОП-7 или ССБ - в процессе размельчения грунта, а также легкорастворимых солей или каустической соды при увлажнении цементогрунтовой смеси до оптимальной влажности, первую операцию выполняют в соответствии с рекомендуемыми технологическими схемами № 1 и 2, а вторую - в соответствии с технологическими схемами № 1 и 3 ВСН 158-69.

24. Размельчение грунта с добавкой извести и укрепление его цементом производят по технологическим схемам, приведенным в ВСН 158-69.

25. Технология размельчения грунта с добавками ОП-7 или ССБ при проведении работ с ведущей машиной Д-530 должна быть следующая:

а) на подготовленное земляное полотно вывозят грунт, необходимый для укрепления, за одну или две смены до начала работ и распределяют автогрейдером на заданную ширину;

б) по слою грунта распределяют водный раствор добавки ОП-7 или ССБ в необходимом количестве и перемешивают с грунтом фрезой Д-530 за один проход по одному следу.

При производстве работ в жаркую погоду раствор добавки рекомендуется распределять в конце рабочего дня.

Раствор добавки вводят через дозировочное устройство фрезы Д-530;

в) слой грунта с добавкой уплотняют 1-2 проходами катком на пневмошинах до плотности не более 0,85 от максимальной стандартной плотности;

г) для равномерного распределения водного раствора добавки грунт размельчают за один проход фрезы по одному следу не ранее чем через 8 час и не позднее одних суток после смешения грунта с добавкой  ПАВ;

д) затем фреза Д-530 с распределителем цемента выполняют все технологические операции по дозированию цемента и перемешиванию его с грунтом и уплотнению смеси согласно примерной технологической схеме № 1.

26. При проведении работ с ведущей машиной Д-391 в отряде должна быть фреза Д-530, которая выполняет работы по дозированию и перемешиванию с грунтом добавки ПАВ согласно п. 25 (б). Перемешанный с добавкой и уплотненный слой грунта размельчают за один проход грунтосмесителя Д-391. Дозирование цемента, увлажнение смеси до оптимальной влажности и перемешивание выполняют по технологической схеме № 2.

27. При укреплении грунтов жидким битумом размельчение их с помощью добавок ОП-7 и ССБ производят по такой же технологии, как и при укреплении цементом.

28. Смешение с битумом и уплотнение слоя выполняют согласно примерной технологической схеме №3 СН 25-64. При использовании в качестве ведущей машины смесителя Д-391 размельчают грунт, дозируют битум и перемешивают его с грунтом за один проход машины.

Работы по укреплению глинистых грунтов жидким битумом с применением добавок ОП-7 или ССБ и добавок песка проводят в соответствии с технологической схемой № 3.

Техника безопасности при работе с добавками ПАВ и извести

29. При производстве работ по размельчению грунтов с применением добавок необходимо соблюдать общие правила техники безопасности, принятые на дорожных работах (СНиП III-А.11-62), а также специальные меры техники безопасности при применении химических веществ (ВСН 158-69).

30. Из ПАВ, рекомендуемых для применения, сульфитно-спиртовая барда и смачиватель ОП-7 (ОП-10) не являются ядовитыми, огнеопасными или взрывоопасными веществами, и поэтому при работе с ними специальных мер предосторожности не требуется.

31. Известь, особенно негашеная, может вызвать ожоги и язвы на коже, она раздражает слизистые оболочки, вызывает хроническое раздражение кожи, ломкость ногтей. Особенно сильно известь действует на глаза. Поэтому рабочие, страдающие кожными заболеваниями или заболеваниями дыхательных путей, к работе с известью не допускаются.

Если у лиц, занятых на этих работах, обнаружено значительное раздражение кожи или дыхательных путей, их нужно немедленно перевести на другую работу.

32. Работающие с известью обеспечиваются необходимой спецодеждой, нарукавниками, рукавицами, респираторами и очками. Перед работой с известью открытые части тела следует смазывать вазелином. При попадании извести на руки ее можно нейтрализовать раствором уксуса, маслом, а затем смыть теплой водой.

33. Погрузка и разгрузка извести должна быть механизирована. Известь транспортируют в цементовозах и грузят в баки распределительных машин пневматическим способом (через специальные рукава) с герметизацией горловин, предупреждающих распыливание.

34. Распределительные устройства машин должны быть герметизированы; все механизмы, через которые проходят сыпучие материалы в распределительных устройствах, особенно гибкие шарниры, должны быть покрыты брезентовыми кожухами.

35. Перемешивание добавок извести, а также водных растворов ПАВ (ССБ и ОП-7) с грунтом должны выполнять машины, снабженные хорошо подогнанными кожухами на рабочих органах. Снимать и поднимать кожухи во время работы запрещается.

36. При приготовлении водных растворов ПАВ необходимо учитывать следующее:

а) растворы должны приготавливать в емкостях, оборудованных механическими мешалками, загрузочными приспособлениями и насосами для перекачки растворов;

б) емкости для приготовления растворов должны иметь ограждения (решетки, заборы), исключающие возможность несчастных случаев.

Лабораторный метод определения расхода добавок ПАВ

Добавки извести назначают в соответствии с табл. 2. Расход добавок ОП-7 (или ОП-10) и ССБ, рекомендованный табл. 2, уточняют путем определения прочности при сжатии образцов грунта в зависимости от количества добавок этих веществ. Оптимальное количество добавки - это то количество, при котором прочность грунта с добавкой наименьшая.

Для определения оптимального количества добавки ПАВ из размельченного грунта (частицы мельче 2 мм), высушенного до воздушносухого состояния, приготавливают 5-6 смесей с разным количеством добавки.

Добавки вводят в количестве 0,05; 0,1; 0,25; 0,5; 0,75; 1,0 % от веса грунта.

Влажность грунта с добавкой ПАВ перед приготовлением образцов должна соответствовать оптимальной для уплотнения грунта (0,5-0,6 от влажности, соответствующей границе текучести грунта F).

Смесь грунта с ПАВ готовят следующим образом: определяют количество воды, которое необходимо добавить в грунт для достижения им оптимальной влажности. В мензурки или стаканы (по числу смесей) с этим количеством воды добавляют различное количество ПАВ из расчета, рекомендованного выше. ПАВ должно полностью раствориться в воде. Для этого растворы рекомендуется приготавливать за сутки до смешения с грунтом и подогревать воду до температуры не выше 60-80°С. После получения однородного раствора его перемешивают с грунтом.

Из приготовленной смеси сразу же формуют 4-5 параллельных образцов уплотнением на прессе при нагрузке 150 кГ/см² или в приборе стандартного уплотнения 30 ударами гири. Рекомендуемые размеры форм и методика приготовления образцов приведены в СН 25-64.

Прочность при сжатии образцов определяют на следующий день после их изготовления. Образцы хранят до испытания в камере влажного хранения или эксикаторе для сохранения оптимальной влажности.

При размельчении грунтов на дороге с влажностью менее оптимальной для размельчения (0,15-0,25 от F), количество добавки, установленное по методике, изложенной выше, следует увеличить на 25 %.

Для определения соответствия физико-механических свойств грунтов, укрепленных цементом с добавкой ПАВ, требованиям СН 25-64 смесь приготавливают из грунтов с оптимальными количествами добавок ПАВ и цемента и испытывают образцы по методике, изложенной в СН 25-64. При несоответствии этих свойств указанным требованиям в смесь вводят добавку NaOH или Na₂SO₄ или CaCl₂ и снова проводят испытания.

Соответствие физико-механических свойств грунтов, укрепленных жидким битумом с добавками ПАВ, устанавливают при добавке в грунт песка в количестве не более 25 % от веса грунта.

Приложение

Примерная технологическая схема № 1

Устройство однослойного дорожного основания или покрытия толщиной 16 см из тяжелого суглинистого грунта, укрепленного цементом с добавками ПАВ для улучшения размельчения с помощью фрезы Д-530 на тракторе С-100

Потребность в машино-сменах на 1 км

Примерная технологическая схема № 2

Устройство однослойного дорожного основания или покрытия толщиной 16 см из тяжелого суглинистого грунта, укрепленного цементом, с добавками ПАВ для улучшения размельчения с помощью грунтосмесителя Д-391

Потребность в машино-сменах на 1 км

Примерная технологическая схема № 3

Устройство однослойного дорожного основания или покрытия толщиной 16 см из суглинистого грунта, укрепленного битумом с добавкой 25 % песка и добавками ПАВ, с помощью фрезы Д-530

Потребность в машино-сменах на 1 км