Теоретико-практические подходы к обоснованию толщины уплотняемого слоя из крупнообломочных грунтов земляного полотна автомобильных дорог

"Научный аспект №6-2024" - Строительство и арх.

УДК 69

Научный руководитель Слободчикова Надежда Анатольевна – кандидат технических наук, доцент кафедры автомобильных дорог Иркутского национального исследовательского технического университета.

Эсенов Бектур Айбекович – магистрант Иркутского национального исследовательского технического университета.

Аннотация: В статье рассматриваются методы уплотнения крупнообломочных грунтов. Приведена сравнительная таблица уплотняющих машин. Основной целью исследования является уплотнение слоев земляного полотна из крупнообломочных грунтов толщиной более 1 метра. Рассмотрены методы контроля уплотнения грунтов. Была произведена пробная укатка на строящейся автомобильной дороге.

Ключевые слова: уплотнение крупнообломочных грунтов, земляное полотно, гладковальцовые вибрационные катки, строительство автомобильных дорог.

Введение

Качественная и устойчивая насыпь является необходимым условием строительства современных автомобильных дорог с высокими технико-эксплуатационными показателями. При возведении насыпи земляного полотна автомобильных дорог, согласно нормативным документам максимальная фракция грунта, используемая при производстве работ, не должна превышать 2/3 толщины уплотняемого слоя [1]. Использование небольших значений толщины отсыпаемых слоев приводит к снижению производительности работ, использование большего количества машино-часов катка и бульдозера при производстве работ, также увеличение сроков буровзрывных работ и дополнительного дробления обломков негабаритных размеров для достижения требуемой степени дробления, что в итоге приводит к увеличению сроков и стоимости строительства земляного полотна.

В тоже время дорожно-строительная техника обновляется каждый год. Современные дорожные катки отличаются в применении автоматических систем, а также тяжелой массе и эффективной системе уплотнения грунта, что повышают производительность работ.

Например, производители катков «Bomag» в своих паспортах указывают глубины уплотнения до 1400 мм, когда каток «Sakai» может уплотнить до 700 мм (таблица 1).

Таблица 1. Сравнительная таблица технических характеристик катков

Технические характеристики

BOMAG BW 220

SAKAI SV512

Эксплуатационная масса, т

20.1

10.5

Тип двигателя

дизельный

дизельный

Двигатель

DeutzTCD

ISUZU

Эксплуатационная мощность, кВт

150

90.5

Скорость движения, рабочая, км/ч

0-10

0-10

Ширина уплотняемой полосы, мм

2130

2130

Глубина уплотняемого слоя, мм

1400

700

Ширина вальца, мм

2130

2130

Диаметр вальца, мм

1600

1530

Центробежная сила, кН

328

226

Частота вибрации, Гц

26/31

27.5/36.7

Статическая линейная нагрузка, кг/см

61.8

26.6

Соответственно максимальный размер крупных включений в грунте может достигать до 80 сантиметров и при этом позволяет достичь требуемого уплотнения.

Учитывая вышеизложенное в работе поставлена цель исследовать уплотнение слоев земляного полотна из крупнообломочных грунтов толщиной более 1 метра.

Методы

Исследование проведено на объекте: «Строительство автомобильной дороги Р-258 «Байкал» Иркутск-Улан-Удэ-Чита на участке км 26+000 - км 47+000, Иркутская область». В таблице 2 приведены основные технические параметры автомобильной дороги.

Таблица 2. Основные технические параметры:

Наименование

Параметры

Категория дороги

II

Протяженность, км

19,3

Расчетная скорость км/час

120

Число полос движения

2

Ширина полосы движения, м

3,75

Ширина проезжей части, м

7,5

Ширина обочин, м

3,75

Укреплённая полоса обочины, м

0,75

Ширина земляного полотна, м

15,0

Тип дорожной одежды

капитальный

Покрытие

асфальтобетон

Грунт, использованный для возведения земляного полотна -крупнообломочный грунт щебенистый, заполнитель – песок средней крупности.

Для достижения поставленной цели в работе использована следующая дорожно-строительная техника:

  • экскаватор «Hitachi ZX-470»;
  • автосамосвал «Man TGS400»;
  • бульдозер «Komatsu D65»;
  • гладковальцовый вибрационный каток «BOMAG BW220».

Достаточность степени уплотнения уложенного слоя крупнообломочного грунта в насыпи или рабочем слое и процесс его завершения оценивают по достижению одного из параметров: количество проходов применяемого катка одному следу; объемный вес грунта; накопленная в процессе уплотнения осадка поверхности слоя грунта; статический или динамический модуль деформации грунта. Величина этих параметров должна быть установлена по результатам пробного уплотнения. Ориентировочно момент завершения процесса уплотнения следует оценивать по отсутствию следов от очередного прохода применяемого катка или по факту появления раздробленных обломков крупнообломочного грунта под вальцем катка.

Толщину слоя уплотнения (м) катками с гладкими вальцами можно определить по формуле [6]:

Screenshot 2

По расчётам гладковальцовый каток весом 20,5 тонн может уплотнить крупнообломочный грунт толщиной 1.24 метра.

Для пробного уплотнения использовалось методика уплотнения грунтов укаткой. Особенностью контроля плотности, при отсыпке слоев превышающей 30 см, является измерение осадки не менее чем в трех уровнях (верхняя, средняя и нижняя части слоя). Месторасположение каждого уровня от поверхности слоя следует определять путем измерения жестким метром с точностью ±1 см [3].

Технология измерения в трех уровнях: после проверки уплотнения на отсыпанном слое на захватке 20 метров бульдозером срезается верхняя часть слоя на ширину отвала и по высоте на 40 см, затем производится контроль плотности грунта в зоне однородного уплотнения, после измерений на следующей захватке 20 метров бульдозером срезается средняя часть слоя на ширину отвала и по высоте 40 см и проводятся аналогичные измерения.

Результаты

Укладку крупнообломочных грунтов в насыпь следует выполнять в соответствии с ППР с помощью бульдозеров. Укладку крупнообломочного грунта производят послойно на подготовленное основание насыпи. При доставке автосамосвалами рыхлого крупнообломочного грунта его следует отсыпать по схеме «на себя» на подготовленное основание на всю ширину. При этом выгружаемые из кузова автосамосвала объемы крупнообломочного грунта отсыпают не «вприжим» (плотно), а на некотором расстоянии друг от друга которое корректируют в процессе отсыпки в целях возможности перемещения негабаритных частиц в основание слоя при последующем разравнивании [2].

Для уплотнения технического слоя грунта, уложенного толщиной до 1,2 метра уплотнение следует выполнять тяжелыми грунтовыми катками. На рисунке 1 показан процесс уплотнения крупнообломочного грунта. Рекомендуемая частота колебаний вальца при уплотнении от 20 до 35 Гц при скорости движения виброкатка от 2,0 до 2,5 км/ч. Уплотнение производят, как правило, от бровки к середине с перекрытием каждого следа катка при последующем проходе на 30-40 см. При уплотнении в слоях земляного полотна из крупнообломочных грунтов каркасной разновидности, влажность их мелкодисперсной фракции должна быть близка к оптимальной с целью формирования в процессе уплотнения этих грунтов устойчивой жесткой структуры и исключения опасности проявления неравномерных просадок в период эксплуатации земляного полотна [2].

Рисунок1
Рисунок 1. Уплотнение крупнобломочного грунта катком «BOMAG BW-220»

Результаты проведенных исследований приведены в таблице 3.

Таблица 3. Результаты пробного уплотнения.

№ прохода катка

величина осадки, мм марки №1

величина осадки, мм марки №2

величина осадки, мм марки №3

величина осадки, мм марки №4

величина осадки, мм марки №5

величина осадки, мм марки №6

1 проход

25

28

27

28

25

26

2 проход

15

16

14

15

12

16

3 проход

8

9

9

10

8

9

4 проход

6

7

6

7

5

6

5 проход

6

5

5

7

6

5

6 проход

5

5

4

5

5

5

7 проход

5

3

3

4

3

5

8 проход

3

3

3

3

2

3

9 проход

2

2

2

2

2

2

10 проход

1

2

1

2

1

1

11 проход

1

1

1

1

1

1

12 проход

0

0

0

0

0

0

13 проход

0

0

0

0

0

0

Проверка уплотнения на средней части слоя после срезки бульдозером

12 проход

0

1

1

1

0

1

12 проход

0

0

0

0

0

0

Проверка уплотнения на нижней части слоя после срезки бульдозером

12 проход

0

1

1

1

0

0

12 проход

0

0

0

0

0

0

Как видно из таблицы при толщине уплотняемого слоя 1,28 м гладковальцовым вибрационным катком «BOMAG BW220» массой 20,5 тонн, осадка прекратилась после 12 проходов по 1 следу. Следовательно, рекомендуемая толщина слоя после уплотнения составила 1,20 метра.

По результатам наблюдений на отсыпанном участке дополнительная осадка земляного полотна не выявлена.

Выводы

По результатам проведённых исследований на объекте «Строительство автомобильной дороги Р-258 «Байкал» Иркутск-Улан-Удэ-Чита на участке км 26+000- км 47+000, Иркутская область» установлено, что при уплотнении слоя 1,2 метра катком 20,5 тонн достигается необходимая степень уплотнения. Отсыпка слоев из крупнообломочных грунтов толщиной до 1.2 метра позволяет сократить продолжительность и стоимость строительства в частотности буровзрывных работ, нет необходимости дополнительно дробить обломки негабаритных размеров для достижения требуемой степени дробления, и рационального использования трудовых ресурсов и машин.

Список литературы

  1. СП 78.13330.2012 «Автомобильные дороги»
  2. СТО НОСТРОЙ 5.3-2020 «Разработка выемок в скальных грунтах и возведение насыпей из крупнообломочных грунтов»
  3. НИИ СОЮЗДОРНИИ-1982 г. «Руководство по сооружению земляного полотна автомобильных дорог»
  4. Грунтовые катки и уплотнители грунта: сайт BOMAG GmbH [Электронный ресурс]. URL: https://www.bomag.com/ru-ru/mashiny/categories/gruntovye-katki-i-uplotniteli-grunta/bw-220-d-5-58761/ (дата обращения: 05.05.2024)
  5. Грунтовый Каток SAKAI SV512TF: сайт Механизация.ру [Электронный ресурс]. URL: https://www.mechanization.ru/equipment/soil_compactors/sakai_sv512tf/ (дата обращения: 05.05.2024)
  1. Лещинский А.В. «Комплексная механизация строительства»-учебное пособие, 2018. - 282 с.
Автор: Эсенов Бектур Айбекович