Укрепление грунта путем химических добавок. Общие сведения. Смешивание с минеральными вяжущими

⁰

Менеджер по продукции, LafargeHolcim (Россия)

В настоящее время в России актуален вопрос строительства новых и ремонта существующих дорог, развития сети железнодорожного транспорта и повышения требований к эксплуатационным свойствам инфраструктуры аэропортов и аэродромов как гражданского, так и военного назначения. Расширение сети дорог, увеличение транспортного потока и ужесточение условий эксплуатации требуют пересмотра классического для нашей страны подхода к технологиям и материалам, используемым при строительстве объектов инфраструктуры. Особого внимания требуют вопросы, касающиеся подготовки и устройства оснований дорог I и II категорий и покрытий для прочих категорий.

Традиционно при строительстве усовершенствованных (капитальных) дорог в качестве материалов для устройства слоев основания используются песок и щебень, как правило, доставляемые на объект с ближайших точек добычи или складирования материалов. Местные материалы, в частности грунт, вывозится или используется для рекультивации. Данная схема существенно увеличивает расходы на подготовку основания – увеличиваются финансовые затраты, трудозатраты, растягиваются сроки строительства, особенно при работе в неблагоприятных погодных условиях.

В качестве основного направления значительного повышения эффективности работ по строительству и ремонту дорог может быть с успехом использована технология укрепления грунтов минеральными и комплексными вяжущими, а также технология холодного ресайклинга.

Принципы и основы технологии укрепления грунтов минеральными вяжущими были разработаны еще в конце XIX века в Германии, а в 50-60-е годы прошлого века в СССР было проведено большое количество исследовательских работ в данном направлении. В странах Европы и в Северной Америке на сегодняшний день строительство дорог производится в подавляющем большинстве с использованием технологии укрепления грунта.

Основными преимуществами данной технологии являются:

снижение стоимости строительства автодорог различных категорий на 15-30%
увеличение темпов строительства
продление срока эксплуатации дорог без капитального ремонта
использование местных грунтов вместо дорогостоящих и дефицитных привозных материалов (песок, гравий и щебень)
уменьшение толщины покрытия

снижение набухаемости и пучинистости
уменьшение водонасыщения обработанного грунта (увеличение допустимых нагрузок на дорогу)
повышение стойкости к циклам попеременного увлажнения-высушивания и замораживания-оттаивания
запуск движения технологической техники и автотранспорта сразу после уплотнения грунта тяжелым виброкатком

Технология укрепления грунта предполагает использование двух вариантов проведения работ:

смешивание извлеченного грунта в специальных установках с последующим его вывозом обратно на объект и укладкой
смешивание грунта с вяжущим непосредственно «на дороге» при глубине перемешивания от 20 до 40 см с последующими профилированием и уплотнением катками.

Современный уровень механизации позволяет проводить работы по смешиванию «на дороге» практически в любых условиях и использовать одновременно несколько компонентов как в порошкообразном, так и в жидком виде. В случае стесненных условий или вследствие особенностей грунта, когда проходка тяжелой техники невозможна, используется навесное оборудование как для распределителя вяжущего (спредер), так и для перемешивающей техники (ресайклер).

На текущий момент в России технология укрепления грунта практически не применяется по ряду причин, основные из которых – ограниченное количество специализированной техники, недостаток опытных специалистов, спорная эффективность предлагаемых продуктов для улучшения, стабилизации и укрепления грунта. В основном это иностранные химические добавки на основе ПАВ или полимеров. При этом производители данных добавок рекомендуют для повышения эффективности в дополнение к ним использовать минеральные вяжущие в дозировке от 3 до 12%. В качестве минеральных вяжущих используется обычный портландцемент, причем его выбор осуществляется, исходя из двух вариантов – «М400» и «М500» или негашеная известь.

Таким образом, отсутствует комплексный подход к выбору вяжущих для укрепления – не учитываются свойства грунта, а требуемых параметров по укрепленному слою добиваются дозировкой вяжущих, а не подбором их оптимального состава с обеспечением заданных свойств.

В большинстве случаев в центральной части России при строительстве дорог сталкиваются с такими грунтами как супеси и суглинки различной степени увлажнения относительно оптимальной влажности и содержанием органических примесей и солей. Подобные грунты рекомендуется укреплять минеральными вяжущими.

Сам термин «укрепление» подразумевает повышение физико-механических свойств грунта (прочности на сжатие и изгиб, а так же морозостойкости) за счет создания более плотной структуры и жесткого каркаса из системы «вяжущее-грунт». Получить подобный эффект возможно только за счет минеральных вяжущих. Тогда как при использовании различных химических добавок достигается эффект улучшения (повышения удобоукадываемости и уплотняемости) и/или стабилизации (улучшения водно-физических свойств) грунта.

Компания LafargeHolcim (Россия) в 2016 году провела первый этап исследований в области оценки эффективности минеральных вяжущих различного состава для применения в технологии укрепления грунта.

Испытания проводились для грунтов типа пылеватых, супесей и суглинков. На основании полученных результатов осуществлялось предварительное формирование портфеля продуктов с разработкой рекомендаций по выбору оптимального решения по соотношению «цена-рабочие свойства» как для системы «грунт-вяжущее», так и для всей конструкции дорожной одежды в целом.

Продуктовый портфель вяжущих для укрепления грунтов LafargeHolcim (Россия) подразумевает наличие как гидравлических вяжущих, так и композиций портландцемента с комплексными минеральными компонентами для случаев, когда укреплению подлежат грунты с высокой степенью переувлажнения.

В последние годы перед дорожной отраслью РФ остро стоят задачи, направленные на дальнейшее развитие сети федеральных, региональных и сельскохозяйственных дорог, которые должны привести к ускорению роста экономики страны, улучшению качества жизни населения, увеличению их мобильности, снижению транспортных издержек. Необходимо более активно внедрять лучшие мировые и отечественные инновационные решения. При этом особенно актуально использовать такие технологии, которые позволяют решить проблемы уменьшения стоимости и сокращения сроков строительства дорог при одновременном повышении их надежности и обеспечении всесезонности эксплуатации.

Одним из таких направлений, позволяющим успешно решать стоящие перед страной инфраструктурные задачи, является технология стабилизации и укрепления грунтов, которая находит все более широкое распространение в мире. Для этих целей используется достаточно большая группа поверхностно-активных веществ (ПАВ) – стабилизаторов грунтов на органической, щелочной и кислотной основе, смолы, полимерные стабилизаторы грунтов.

Калужская область, 2011 год: а)исходное состояние объекта; б) после двух лет эксплуатации дороги

Сотрудники отдела инновационных технологий и материалов провели всесторонние исследования химического состава стабилизаторов, выпускаемых компанией Enviroseal Corporation (США), и сделали подбор компонентов из отечественного сырья для создания новых дорожно-строительных материалов для дальнейшего промышленного производства на территории России.

Результатом научно-исследовательской работы совместно со специалистами ОАО «СоюздорНИИ» и ЦННИИ № 26 МО РФявляется создание линейки отечественных стабилизаторов грунтов под рабочим названием «Парагон», которые полностью адаптированы и успешно используются в России, что нашло свое отражение в соответствующих сертификатах, технических условиях и стандартах организации на их применение. В основе этих материалов используются химические компоненты, которые являются абсолютно безопасными для здоровья людей и окружающей среды. Лабораторные тестирования и полевые испытания данных материалов показали, что они не уступают по своим свойствам лучшим заграничным аналогам и позволяют получать из местных грунтов высококачественные строительные материалы для эффективного решения задач, стоящих перед отечественной дорожной отраслью. Был проделан большой объем работ и всесторонних испытаний с различными типами грунтов по исследованию их физико-механических свойств, обработанных этими стабилизаторами как отдельно, так и совместно с другими добавками (цемент, известь, золы уноса). Данные исследования позволили разработать технические условия (СТО) использования этих материалов применительно к технологии стабилизации и укрепления грунтов, согласно требованиям действующих в нашей стране нормативно-технических регламентов.

Ремонт дороги по технологии «холодный ресайклинг»

Как показали исследования, стабилизаторы грунтов линейки «Парагон» обладают всеми достоинствами, имеющимся у исходных стабилизаторов, но, в отличие от американских аналогов, они полностью адаптированы к местным экстремальным климатическим условиям.

Стабилизаторы грунтов «Парагон» являются продуктами нового поколения и производятся на территории России. Они выгодно отличаются от вышеперечисленных конкурентных стабилизаторов грунта не только по соотношению цены и качества, но и своей технологичностью, безопасностью для окружающей среды и людей, возможностью эффективного применения со всеми типами грунтов. Использование дорожно-строительных технологий «Парагон» при стабилизации и укреплении грунтов в процессе строительства и ремонта дорог и других объектов транспортной инфраструктуры позволяет успешно устранить основную причину разрушения дорожного покрытия – слабые грунты в конструктивных слоях дорожной одежды.

Линейка стабилизаторов грунтов «Парагон» включает в себя два базовых продукта – полимерный стабилизатор глинистых грунтов «Парагон LВS» и полимерный стабилизатор «Парагон М10+50».

Полимерный стабилизатор глинистых грунтов «Парагон LВS» является экологически безопасным для окружающей среды и здоровья людей материалом. Грунты, обработанные водным раствором стабилизатора «Парагон LВS», рекомендованы к применению при устройстве рабочего слоя земляного полотна, нижних и дополнительных слоев оснований, а также покрытий (на дорогах низших категорий) во 2–5-й дорожно-климатических зонах. «Парагон LВS» применяется для стабилизации и гидрофобизации глинистых грунтов и позволяет увеличить модуль упругости (до 180 МПа), несущую способность и водонепроницаемость обработанного слоя, увеличить устойчивость на сдвиг (до 50 %), обеспечить нормативную морозостойкость, сократить сроки производства дорожно-строительных работ. Отличные результаты получаются при использовании «Парагон LВS» совместно с неорганическими вяжущими (цемент, известь, золы уноса) – ГОСТ 23558-94. «Смеси щебеночно-гравийно-песчаные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими материалами для дорожного и аэродромного строительства. Технические условия».
«Парагон М10+50» представляет собой полимерное вяжущее белого цвета на основе акрилового сополимера. Экологически безопасный материал. Грунты, укрепленные полимерным стабилизатором грунтов «Парагон М10+50» как однокомпонентно, так и совместно с неорганическими вяжущими (цемент, известь, золы уноса), рекомендованы к применению при строительстве и ремонте для устройства слоя покрытия (с устройством слоя износа), несущего и дополнительных слоев оснований дорожных одежд во 2–5-й дорожно-климатических зонах в дорожном и аэродромном строительстве, а также при строительстве промышленных площадок, паркингов, спортивных и лесопарковых дорожек. Стабилизатор «Парагон М10+50» используется для укрепления пылеватых песков, песчано-гравийных смесей и грунтов с числом пластичности не более 12. Хорошо работает совместно со стабилизатором глинистых грунтов «Парагон LВS», что позволяет понизить число пластичности местных грунтов до 12 и значительно расширить область применения стабилизатора «Парагон М10+50» по типу и числу пластичности грунтов.

Результаты исследования полимерного стабилизатора грунтов «Парагон М10+50» показали, что укрепление супесчаного грунта составом на основе этого стабилизатора и цемента (от 6 до 10 %) позволяет достигать увеличения показателя прочности на растяжение при изгибе на 36,3–40,8 %, снижения коэффициента жесткости на 27,5–36,5 %, снижения расхода цемента в расчете на единицу достигнутой прочности на растяжение при изгибе на 26,7–33,6 %, а также обеспечивает повышение показателей морозостойкости в сравнении с супесью, укрепленной только цементом (рис. 1).

В то же время сопротивление укрепленного грунта сдвигу увеличивается в несколько раз, что делает его идеальным для строительства временных взлетно-посадочных полос и автомобильных дорог как при устройстве основания, так и в качестве покрытия. Таким образом, можно сделать вывод, что полимерный стабилизатор грунтов «Парагон М10+50» очень хорошо работает как однокомпонентно так и совместно с минеральными вяжущими (цементом, известью, золой уноса) , позволяя получить в результате обработки грунтов композиции с улучшенными физико-механическими показателями. Данное сочетание добавок, вносимых в обрабатываемую грунтовую смесь, позволяет получать композиции с улучшенными показателями по прочности и упругому прогибу.

Это наиболее актуально при выполнении дорожно-ремонтных работ по технологии «холодного ресайклинга» при устройстве верхнего слоя основания дорожной одежды или нижнего слоя покрытия. Результаты такого укрепления грунта значительно превосходят применяемые обычно для этой технологии битумные эмульсии или цементы.

Некоторые из существующих конкурентных стабилизаторов грунта уступают полимерному стабилизатору грунтов «Парагон М10+50» по соотношению цены и качества, другие – по морозостойкости. Очень важным моментом является то, что, в отличие от большинства конкурентных материалов, «Парагон М10+50» в самом ближайшем будущем будет продуктом, производящимся на территории России из отечественных химических компонентов, что существенно повлияет на его стоимость и сроки поставки потребителям.

Необходимо отметить, что сегодня в России имеется достаточная, но требующая доработки действующая нормативно-техническая база, которая позволяет применять технологию комплексной стабилизации и технологию комплексного укрепления грунтов для решения широкого спектра инженерных задач и использовать укрепленные местные грунты при разработке конструкций дорожных одежд различных технических категорий. В первую очередь речь идет о таких документах, как:

Стандарт организации (ТУ) для каждого конкретного стабилизатора;
СП 34.13330. (2012СНиП 2.05.02-85*) «Автомобильные дороги»;
СП 78.13330. (2012СНиП 3.06.03-85*) «Автомобильные дороги»;
ГОСТ 30491-97 «Смеси органоминеральные и грунты, укрепленные органическими вяжущими, для дорожного и аэродромного строительства»;
ГОСТ 23558-94 «Смеси щебеночно-гравийно-песчаные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими материалами, для дорожного и аэродромного строительства»;
ОДН 218.046-01 «Проектирование нежестких дорожных одежд»;
ОДМ 218.2.017-2011 «Проектирование, строительство и эксплуатация автомобильных дорог с низкой интенсивностью».

Конструкцию дорожной одежды и тип покрытия принимают исходя из транспортно-эксплуатационных характеристик и категории проектируемой дороги с учетом интенсивности и состава движения, климатических условий, санитарно-гигиенических рекомендаций, а также обеспеченности района строительства дороги местными строительными материалами

В случае применения в конструктивных слоях дорожных одежд укрепленных грунтов с использованием в оптимальных пропорциях улучшающих грунтовую смесь добавок необходимо принимать во внимание, что:

— слой покрытия должен обеспечивать необходимую несущую способность и расчетные транспортно-эксплуатационные качества дороги;
— верхний слой основания – требуемую несущую способность дорожной одежды, сохранение от увлажнения и морозного пучения нижележащих слоев;
— нижний слой основания – перераспределение нагрузок на рабочий слой земляного полотна и его защиту от увлажнения и пучения.

При этом, в зависимости от расположения слоя укрепленного грунта в конструкции дорожной одежды, определяют величину таких физико-механических показателей грунтовой смеси, как сопротивление сжатию и растяжению, модуль упругости, морозостойкость и водостойкость. Расходы добавок в грунтовую смесь для каждого конструктивного слоя подбирают таким образом, чтобы полученные в результате показатели комплексно укрепленных грунтов удовлетворяли требованиям действующих нормативно-технических регламентов. Было установлено и подтверждено многолетними исследованиями в лабораторных и производственных условиях, что при укреплении грунтов двумя вяжущими материалами, характеризующимися весьма различными, но не антагонистическими свойствами и различной структурой (например, кристаллизационной, свойственной цементам, и коагуляционной, свойственной битумам и полимерным композициям), они приобретают повышенные сдвигоустойчивость, морозо-, температуростойкость и при необходимости могут быть менее жесткими и деформативными материалами. Методы, сочетающие при укреплении грунтов внесение добавок двух вяжущих веществ или одного вяжущего и поверхностно-активного вещества гидрофобного типа (ПАВ-стабилизатор грунтов), получили название комплексных методов (технология комплексного укрепления грунтов). В процессе изучения преимуществ, заложенных в комплексных методах укрепления грунтов, было установлено, что при этом формируются ранее неизвестные типы сложных пространственных структур совмещенного типа. Характерной особенностью данных структур является то, что при правильном технологическом процессе в микрообъемах укрепленного грунта формируются два типа пространственных бинарных структур, характеризующихся разными свойствами, дополняющими друг друга и компенсирующими недостатки укрепленного грунта каждой из моноструктур. Такие бинарные (совмещенные) структуры являются взаимопроникающими.

Применение в качестве химических добавок специально разработанных для таких случаев композиций полимерных стабилизаторов грунтов в цементогрунтовых смесях создает дополнительные возможности для строительства дорожных одежд с монолитными морозостойкими водонепроницаемыми основаниями. При добавке в грунтовые смеси полимерных стабилизаторов грунтов, вступающих в химическую реакцию с цементом, укрепленные грунты приобретают улучшенные свойства (прочность, эластичность, водостойкость, морозостойкость, технологичность) и позволяют исключить основные недостатки цементогрунтов, такие как образование температурных и усадочных трещин с передачей (отражением) их в слои покрытия. Многолетние исследования в различных странах мира показывают, что показатели прочности грунтовых смесей, обработанных полимерными стабилизаторами грунтов, значительно улучшаются при добавлении неорганических вяжущих (цемента), а добавление в грунтовую смесь полимерного стабилизатора приводит к улучшению деформационных характеристик укрепленных грунтов (цементогрунтов). Кроме того, улучшенные полимерными добавками свойства укрепленных грунтов позволяют применить принципы унификации конструкций, что обеспечивает минимум конструктивных слоев, технологических операций, времени и оборудования для их строительства. Принципы унификации конструкций с применением комплексно укрепленных грунтов позволяют предусмотреть все разнообразие влияний природно-климатических факторов, исключить часть таких влияний и свести перечень решаемых при конструировании задач к двум основным:

обеспечению несущей способности и прочности одежды за счет основания;
сохранению устойчивости дорожной конструкции за счет предотвращения увлажнения рабочего слоя земляного полотна и слоев основания.

Такой подход к проектированию во многих случаях снижает необходимость применения сложных многослойных конструкций, а также специальных узкофункциональных слоев (дренирующих, прерывающих прослоек, морозозащитных, теплоизолирующих и т. п.). Количество, толщина слоев и их сочетание зависят от решаемой инженерной задачи и определяются расчетом и технико-экономическим обоснованием дорожной конструкции.

Для строительства дорог с использованием технологии комплексного укрепления грунтов методом смешения местных грунтов и добавок на месте производства работ применяется специальный отряд дорожно-строительной техники. Как правило, в него входят грейдер, автоцистерна (поливомоечная машина) для доставки воды, каток от 15 т, распределитель вяжущих, погрузчик, а также грунтосмесительное дорожно-строительное оборудование, обеспечивающее требуемую точность дозировки вносимых в грунт компонентов и однородность укрепляемой грунтовой смеси. К такому грунтосмесительному оборудованию относятся грунтовые фрезы, ресайклеры и передвижные грунтосмесительные установки. Эта современная высокоэффективная техника позволяет значительно улучшить качество работ по укреплению (комплексному укреплению) грунтов, а также сократить сроки выполнения работ. В настоящее время такую специальную дорожно-строительную технику выпускает ряд ведущих зарубежных изготовителей, таких как: Caterpillar (США), Terex США), Roadtec (США), Sakai, Niigata и Komatsu (Япония), Bomag и Wirtgen (Германия), Bitelli и FAE (Италия), XCMG XLZ250K и WR2300E (Китай). Машины Caterpillar, Bomag и Bitelli построены по одной схеме.

При использовании в строительстве или ремонте дорог высокопроизводительной техники, такой как самоходные ресайклеры (Catarpiller, Bomag, Wirtgen и т.д.) или навесные грунтовые фрезы, такие как Stehr или FAE, в течение рабочей смены может производиться устройство от 2000 до 4000 м² конструктивного слоя укрепленного грунта. Основным рабочим органом ресайклеров, где происходит смешение грунтовой смеси с добавками, является фреза с цилиндрическими резцами (рис. 2). Количество вводимого в обрабатываемый грунт раствора стабилизатора грунтов и других жидких вяжущих точно дозируется насосом, который управляется микропроцессорной системой, что обеспечивает требуемые физико-механические параметры получаемого в результате укрепленного грунта. В случае применения совместно со стабилизатором грунтов порошкообразных вяжущих добавок, таких как цемент или известь, они равномерно распределяются по поверхности перед началом фрезерования специальными распределителями и затем тщательно смешиваются с грунтом и другими добавками посредством ресайклера.

Компания Wirtgen выпускала ресайклеры моделей 1000 CR, 2100 DСR, СR 4500, WR 2500, а также установку WМ 400 (в настоящее время выпускается и модель WM 1000) для приготовления цементно-водной суспензии и работы в комплекте с WR 2500. Модель WR 2500 фирма относит к самым совершенным ресайклерам, позволяющим использовать новейшие технологии в широком спектре работ – от укрепления слабых грунтов до восстановления асфальтобетонных покрытий (холодный ресайклинг).

Необходимо отметить, что в настоящее время в России отсутствует производство дорожно-строительной грунтосмесительной техники такого уровня. В связи с актуальностью внедрения технологий укрепления грунтов в дорожной отрасли производителям дорожно-строительной техники необходимо как можно быстрее обратить свое внимание на изготовление отечественного высококачественного грунтосмесительного оборудования.

Комплектование отряда дорожно-строительной техники (рис. 3) для работ по укреплению грунтов обосновывают в проектах производства работ (ППР) и проектах организации строительства (ПОС) в соответствии со СНиП 12-01-2004.

Работам по укреплению грунтов должны предшествовать мероприятия по устройству системы водоотвода (канав, кюветов, водоотводных труб).

Расчет параметров технологического процесса производят на участке выполнения работ, включающих в себя определение длины захватки (участок строящейся дороги с повторяющимися производственными процессами, составом и объемом работ, на котором расположены основные производственные средства, выполняющие одну или несколько совмещенных по времени рабочих операций специализированного потока).

Можно с уверенностью сказать, что технология стабилизации и укрепления грунтов является идеальным решением для создания современной транспортной инфраструктуры в нашей стране, позволяющим не только обеспечить необходимую несущую способность оснований дорожных одежд, но и в большинстве случаев минимизировать затраты, сроки выполнения работ и потребность в инертных материалах.

При реконструкции зданий и строительстве новых сооружений часто возникает проблема слабого грунта. Такое основание может не выдержать нагрузок от постройки. Сегодня в нашей статье речь пойдёт о различных методах его укрепления.

Грунт — это слой, который воспринимает на себя сумму всех нагрузок от сооружения. Условно все грунты можно разделить на стабильные и нестабильные. Стабильный — достаточно плотный и сухой для того, чтобы без специальной подготовки выдержать нагрузки от фундамента или дороги. Нестабильный требует предварительных работ по осушению и уплотнению.

Механический метод

Подразумевает под собой внедрение отдельных высокопрочных изделий (свай) или материалов (грунт, щебень), а также уплотнение без изменения структуры (трамбовка/вибрирование).

Укрепление железобетонными сваями

Смысл заключается в том, что длинная свая проходит слой слабого грунта и упирается в более плотный. Нагрузка передаётся по свае вертикально. Также она удерживается за счёт трения грунта о поверхность сваи. По методу погружения сваи бывают набивные (забиваются в грунт с предварительным бурением или без), буронабивные (жидкий бетон заливается в обсадную трубу, погружённую в грунт) и сваи вдавливания (погружаются специальной машиной-домкратом). Метод требует применения громоздкого и дорогостоящего оборудования и большой стройплощадки.

Грунтовые сваи

В заранее пробуренное отверстие засыпается подготовленная смесь из гранулометрического заполнителя разных фракций. Трамбуется послойно. Эффект сравним с ж/б сваями, но гораздо дешевле и экологичнее.

Устройство грунтовых подушек, трамбовка/вибрация, замена грунта

Используют при сравнительно небольшой требуемой толщине слоя заданных свойств. Производится трамбовка катками (кулачковыми и гладкими), виброплитами и прочим оборудованием с вибрацией или без. Пылеватые пески трамбуют с водой. Метод оптимален при строительстве аэродромов, дорог и других объектов большой площади. При невозможности применения метода слой слабого грунта извлекают и заменяют на более прочный.

Цементация и инъекции

Суть сводится к приданию грунту желаемых свойств за счёт добавления в его состав цемента.

Механическое перемешивание грунта с цементно-песчаным раствором (цементация)

Применяют специальный шнековый бур с полой штангой, имеющей отверстия по длине. Через них подаётся цементный раствор одновременно с работой шнека, и происходит его перемешивание с грунтом. Метод сравнительно дешёвый и проверенный. Применяется в основном во влажных грунтах.

Струйная цементация

Отдельно стоит отметить современный подход к классике: струйную цементацию. Цементный раствор подаётся по трубе под очень высоким давлением, одновременно пробивая место для инъекции и смешиваясь с грунтом. Требует применения специальной техники.

Механическая и струйная цементация вполне применимы для усиления грунтов, на которых уже стоят здания, даже в стеснённых условиях. Для этого используют компактные установки для инъекций (так называемые джет-сваи). Их можно вводить как вертикально, так и под углом. Работы проводятся быстро, относительно бесшумно и подходят для городских улиц.

Укрепление грунта по плоскости (дорожное строительство)

При строительстве сплошных покрытий применяют комбинированные методы укрепления грунтов. Из-за своей протяжённости по местности такие объекты могут охватывать значительные территории, и, соответственно, различный состав основания. Приведённые ниже способы всегда используют в сочетании с механическим укреплением.

Смешивание с природными гранулами

Изменение свойств при помощи добавления гранулометрического или иного заполнителя. В зависимости от состояния грунта для его стабилизации применяют разные природные материалы: щебень, гравий, песок, глину, суглинки. Метод сравнительно дешёвый и экологичный, не требует химических компонентов. Перемешивание происходит в специальном шнековом бункере.

Смешивание с минеральными вяжущими

Известкование — метод, известный с давних времён. Уменьшает пластичность и липкость глинистых грунтов, делает их более стойкими к размоканию. Из недостатков — низкая морозостойкость. Используют при подготовке основных (нижних) слоёв дорог.

Смешивание грунта с органическими вяжущими

По принципу не отличается от описанных выше. В качестве добавки используют различные смолы, битумы, дёгти твёрдые и жидкие эмульсии. Эффект и область применения также примерно совпадают. Из особенностей стоит отметить высокую стоимость органического материала (или его синтетического заменителя) и агрессивность этих компонентов по отношению к природной среде. Поэтому данный метод сегодня практически не применяют.

Из трёх описанных технологий на практике самостоятельно можно применить первые два. Легкодоступные и относительно недорогие компоненты и элементарная технология перемешивания делают их востребованными и сегодня. Вполне реально укрепить участок грунтовой дороги или придворовую территорию при помощи обычного мотокультиватора .

Осушение грунтов

Одним из основных факторов слабости грунтов является наличие в их составе воды. Удаление влаги из них приводит к значительному уплотнению и устранению текучести.

Термическое закрепление или обжиг

Эффективно для грунтов с содержанием глины. В пробуренную скважину погружается перфорированная труба из жаропрочной стали. Затем по ней подаются разогретые газы (горячий воздух). Лишняя влага испаряется, а в глине происходит эффект запекания. Особенность данного метода: для разогрева газов можно использовать местное топливо: уголь, дрова.

Химический метод — смешивание грунта с химрастворами

Самый распространённый из них — силикатирование (силикатизация). Очень «широкий» метод, заключается в добавлении в состав грунта жидкого стекла и его растворов. Его нагнетают по заранее проложенным трубам, которые затем извлекают. В результате такой подготовки грунт окаменевает. Недостатки — всё та же низкая морозостойкость, быстрое твердение материала, ограниченная область применения. В зависимости от состава самого грунта, подбирают и химреагенты раствора для работы.

Электрический метод

В этом случае используют явление электроосмоса. Происходит движение воды от «плюса» к «минусу». Эффективен для обезвоживания грунтов.

Схема установки для обезвоживания грунтов методом электроосмоса: 1 — скважина с вставленным в неё металлическим фильтром; 2 — глубинный насос; 3 — генератор постоянного тока; 4 — металлический стержень

Электрохимический способ

Применение электроосмоса с добавлением химрастворов в заранее просчитанные области поля. Это делается для облегчения прохода воды сквозь слои и придания движению нужного направления. Энергоёмкий процесс, требующий значительных затрат элекроэнергии.

При достаточном уровне знаний и наличии необходимых элементов, электроосмос возможно собрать в домашних условиях. Подробные инструкции по сборке содержатся в технических справочниках. Электроосмос также применяют в качестве постоянного водоотвода фундаментов.

Армирование

При устройстве откосов, оформлении берегов и создании ландшафтов часто используют современный метод: армирование полимерными конструктивными элементами. Он эффективен как на ровных горизонтальных поверхностях (дороги, пешеходные дорожки), так и при наличии наклона.

Георешётка

Как правило, это трёхмерная конструкция, состоящая из полимерных перфорированных лент. Очень прочная сотовая конструкция позволяет удерживать движение во всех плоскостях. В соты просто засыпается любой мелкий заполнитель или местный грунт. Не требует трамбовки, уплотнение производится проливом воды. Толщина слоя 10-25 см.

Геотекстиль

Применяют при устройстве многослойных подготовок. Это многослойное полимерное полотно, по сути дела, высокопрочный фильтр. Он пропускает воду, но не позволяет слоям смешиваться. В то же время, обладая изрядной прочностью, он распределяет нагрузку между слоями. Область применения геотекстиля : дорожное строительство, сельское и городское хозяйство.

Геосетка

Воспринимает растягивающие нагрузки. В грунтах применяется редко, используется в качестве арматуры тонкого слоя и в сочетании с другими полимерными материалами.

Засев травой

Декоративный способ укрепления откосов от осыпания (крутизна не более 1:1,5). Траву высевают на уплотнённые механическим способом незатапливаемые откосы. Предотвращает размывы и эрозию.

На приусадебном участке армировочным элементам цены нет. С их помощью становится возможным создание самых фантастических ландшафтных конструкций. Они также позволяют создавать (привозные) плодородные слои для растений.

Видео по теме

о время реконструкции или строительства зданий часто возникает проблема слабого грунта. Узнаем о различных методах его укрепления грунта.

Укрепление грунта

Механический метод
- Грунтовые сваи
Цементация и инъекции
- Струйная цементация
Осушение грунтов
- Электрический метод
- Электрохимический способ
Армирование
- Георешётка
- Геотекстиль
- Геосетка
- Засев травой

Грунт - это слой, который воспринимает на себя сумму всех нагрузок от сооружения. Условно все грунты можно разделить на стабильные и нестабильные. Стабильный - достаточно плотный и сухой для того, чтобы без специальной подготовки выдержать нагрузки от фундамента или дороги. Нестабильный требует предварительных работ по осушению и уплотнению.

Механический метод

Укрепление железобетонными сваями

Грунтовые сваи

Устройство грунтовых подушек, трамбовка/вибрация, замена грунта

Цементация и инъекции

Суть сводится к приданию грунту желаемых свойств за счёт добавления в его состав цемента.

Механическое перемешивание грунта с цементно-песчаным раствором (цементация)

Струйная цементация

Укрепление грунта по плоскости (дорожное строительство)

Смешивание с природными гранулами

Смешивание с минеральными вяжущими

Известкование - метод, известный с давних времён. Уменьшает пластичность и липкость глинистых грунтов, делает их более стойкими к размоканию. Из недостатков - низкая морозостойкость. Используют при подготовке основных (нижних) слоёв дорог.

Смешивание грунта с органическими вяжущими

Осушение грунтов

Термическое закрепление или обжиг

Химический метод - смешивание грунта с химрастворами

Самый распространённый из них - силикатирование (силикатизация). Очень «широкий» метод, заключается в добавлении в состав грунта жидкого стекла и его растворов. Его нагнетают по заранее проложенным трубам, которые затем извлекают. В результате такой подготовки грунт окаменевает. Недостатки - всё та же низкая морозостойкость, быстрое твердение материала, ограниченная область применения. В зависимости от состава самого грунта, подбирают и химреагенты раствора для работы.

Электрический метод

Схема установки для обезвоживания грунтов методом электроосмоса: 1 - скважина с вставленным в неё металлическим фильтром; 2 - глубинный насос; 3 - генератор постоянного тока; 4 - металлический стержень

Электрохимический способ

Армирование

Георешётка

Геотекстиль

Применяют при устройстве многослойных подготовок. Это многослойное полимерное полотно, по сути дела, высокопрочный фильтр. Он пропускает воду, но не позволяет слоям смешиваться. В то же время, обладая изрядной прочностью, он распределяет нагрузку между слоями. Область применения геотекстиля: дорожное строительство, сельское и городское хозяйство.

Геосетка

Засев травой

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта .

Сегодня поговорим о такой теме, как строительство дорог с применением стабилизирующих технологий при обработке грунта. На самом деле, тема может показаться легкой, однако существуют определенные нормы и правила при возведении даже относительно небольших участков и дорог не только общего пользования, а, к примеру, внутри дворовых. Основной тезис заключается в правильном понимании того, какой должна быть технология укрепления грунта и его стабилизации.

Строительство дорог по технологии стабилизации грунта

Впервые подобная технология была испытана и внедрена ещё в начале 80-х годов в Америке, затем нашла своих поклонников в Европе, в том числе в России. Как и ранее, стабилизация грунта или точней основания (подушки) является оптимальным и с одной стороны выгодным шагом, позволяющим в определенной местности и в некоторых случаях обустроить дорожной полотно без использования таких привычных материалов как асфальт или бетон.

Подобная методика характерна не только при строительстве грунтовых дорог, но при реконструкциях насыпей под Ж/Д линии, при строительство асфальтовых или бетонных дорог. Кроме того, широкое применения технология нашла при устройстве искусственных водоемов, где требуется уплотнение почвы.

Стабилизаторы, используемые при данной технологии, позволяют использовать местный материал, к примеру, глину, песок для устройства основания под дорогу. Это выгодно с экономической точки, да и в тяжелых условиях строительства, где нет стабильного подвоза классических строительных средства, использование подобных местных стабилизаторов и материалов вполне обосновано.

Укрепление и стабилизация грунтов

Под укреплением и стабилизацией почвы понимают один из способов, используемых строителями при повышении износостойкости и прочности дорожного полотна, увеличениях сроков использования, а также необходимости сокращения расходов на строительство. По подсчетам специалистов, подобная технология позволяет сэкономить где-то в 1,5 раза на затраты для традиционных материалов.

Кроме того, укрепление грунтов гарантирует сокращение объёмов привозимого грунта для формирования той же дорожной одежды.

Вы должны понимать, как и любой процесс подобная технология включает некоторые этапы. Прежде, чем рассмотрим этапность работы, хотелось бы напомнить, что стабилизация грунта обязательно включает в себя использование специальных минеральных добавок, в том числе цемента. Они позволяют повысить показатели прочности, а также значительно увеличить устойчивость к образованию в будущем трещин или ям.

Что касается самого процесса, то подразумеваются следующие этапы:

Определение характеристик грунта, предварительное исследование.
Подготовка и разработка специального состава для стабилизации.
Выемка лишнего объёма грунтов.
Обустройство определенных уровней почвы и оснований, в которых будет достаточно минеральных примесей.
Уплотнение по средство динамики и статики.
Произведение контроля за проводимыми работами.

Технология укрепления грунтов укрепляющими растворами

В мире существует огромный арсенал средств, различных химических реагентов, позволяющих закреплять грунт на достаточно продолжительный период. К преимуществам подобного метода можно причислить:

высокий уровень механизации для проведения всех операций;
гарантия упрочнения грунта до заданных параметров согласно проектов;
небольшая трудоемкость;
сокращение ручного труда.

Относительно недавно была разработана технология под названием газовая силикатизация. Под ней понимается применение в качестве укрепления грунта углекислого газа и раствора жидкого стекла.

По технологии изначально необходимо «накачать» почву углекислым газом под давлением в пределах 0.2 МПа. Это позволяет активировать минеральные частицы грунта. Затем вводят раствор жидкого стекла с начальной плотностью в пределах от 1.19 до 1.30 г. на см3.

Помимо выше указанной технологии был разработан метод электросиликатизации, во время которого при нагнетании в грунт гелеобрзующих смесей на основе силиката и натрия подается напряжение. Потребление электричества зачастую составляет до 30 кВт на 1 м3. Что касается потребления растворов, то он абсолютно такой же, как и в случае газосиликатиции.

Технология стабилизации грунта

Суть подобной технологии заключается во введении в почву необходимых добавок (минеральных), позволяющих повысить механические свойства. При этом грунт значительно измельчается и смешивается с необходимыми минеральными компонентами для последующего уплотнения. При этом ещё на момент проектирования разрабатывается и определяется необходимый состав компонентов.

После тщательного смешивания измельченных материалов со связующими частицами получается настоящая плита, словно монолит, как раз и образующая необходимое дорожное основание.

К конкретным преимуществам подобной технологии можно отнести:

сокращение стоимости работ;
сокращение времени на работу;
обеспечение высокой эксплуатационной устойчивости.

Плюсы технологии

Технология укрепления и стабилизации почвы, как уже выяснили, достаточно популярна не только в нашей стране, но за рубежом. Самое интересное, что по правилам при использовании подобной технологии проводить обустройство дорожных покрытий можно даже в зимний период. Поэтому никакие климатические условия не могут стать проблемой и преградой. Но нужно понимать, что для этого необходимо полное соответствие работам и используемым компонентам.

В целом, можно выделить следующие группы преимуществ:

Препятствие при попадании влаги на основание, соответственно высокая устойчивость к эрозии, размоканию и морозостойкости. Единственное исключение в невозможности справится с морозным пучением грунта.
Повышенный, так называемый модуль упругости, сдвигоустойчивости, соответственно снижается эластичность. Вместе с этим гарантируется возможность снижения слоя асфальтобетона вплоть до 50%, исключается просадка, образование колей, а также исключается появление трещин.
Используется материал, в частности, грунт, находящийся уже непосредственно на строительной площадке, в редких случаях привозной. Соответственно экономим на привозных материалах и на затратах для транспортировки.

Часто встречающиеся ошибки

К распространенным ошибкам можно отнести:

Использование устаревшей либо не соответствующей техники.
Использование грунта с недостаточной влажностью либо, наоборот, слишком переувлажненного грунта.
Отсутствие контроля при проведении работ по уплотнению слоев.
Неправильная концентрация смеси, то есть малое или большое содержание вяжущих элементов.

По итогу хотелось бы выделить следующее, что при подготовке любого объекта и производимых работах, используя технологию стабилизации и укрепления, важно подходить ответственно к проведению в целом работ. Уделять внимание проектированию, инженерно техническому и лабораторному анализу. Без грамотного контроля по составу смеси конечный результат, как экономическая эффективность, будет утерян.