Универсальный метод – новые возможности

Уплотнение грунта, из которого сооружается земляное полотно, является важным технологическим процессом, в результате которого достигается расчетная прочность, устойчивость и стабильность выше лежащей дорожной конструкции.

Динамическое уплотнение или трамбование - универсальный метод, пригодный для большинства грунтов естественных оснований, а так же для до уплотнения существующих насыпей без их разборки. Данным способом возможно уплотнение грунта слоями большой толщины за несколько проходов катка. Метод динамического воздействия  позволяет получить плотность грунта значительно выше максимальной стандартной, а также уплотнять грунт при влажности выше или ниже допустимых пределов. Динамическое уплотнение возможно использовать для уплотнения прочных комковых грунтов, в том числе и крупнообломочных.

В СССР ранее использовались в основном  подвесные к экскаватору-крану трамбующие плиты. Рабочая скорость перемещения трамбующей машины со свободно падающими плитами на экскаваторе-кране зависила от вида и влажности грунта, а также толщины уплотняемого слоя.

В состав работ по динамическому уплотнению грунтов земляного полотна автомобильных дорог входят следующие рабочие операции:

  • подготовка дорожного земляного полотна к уплотнению, включающая в себя: планировку  автогрейдером, замеры уровня высоты и коэффициента уплотнения существующего полотна;
  • пробное динамическое уплотнение с замерами коэффициента уплотнения для определения необходимого количества проходов;
  • само динамическое уплотнение грунта земляного полотна ударным катком до требуемого коэффициента уплотнения;
  • планировка автогрейдером, удаление или до уплотнение верхнего разрыхленного слоя;

- производственный контроль работ должен осуществляться аттестованной или аккредитованной в установленном порядке испытательной лабораторией заказчика, измерительные инструменты и лабораторное оборудование должны быть проверены и аттестованы в установленном порядке.

Летом 2009 года в Республике Татарстан на строящейся скоростной автомагистрали «Платная автомагистраль «Алексеевское - Альметьевск» в развитии нового маршрута Федеральной автомобильной дороги «Казань - Оренбург», (заказчик ОАО «Автострада», генподрядчик ООО «СМП-Автодор»), при уплотнении насыпи земляного полотна был применен каток ударного воздействия Импактор-3000.

Каток Импактор 3000 – прицепное устройство (рис. 1), работающее по принципу динамического (ударного) воздействия на  плоскость передвижения с высокой амплитудой и низкой частотой. При движении рабочий орган катка совершает перекатывание, вся энергия которого передается  поверхности передвижения на глубину до 1,5 м. При оптимальной скорости движения частота воздействия на поверхность составляет 2 удара в секунду.



Рис.1

Уплотнение  проводилось на различных участках насыпи, как свежеуложенных, так и простоявших 2 года. Вид грунта: глина и суглинок с выемок.  На каждом участке первоначально делалась пробная захватка для определения скорости движения, способа перекрытия следа катка и количества проходов, что является основополагающим для достижения качественного результата.

Работы по ударному уплотнению земляного полотна по слою рыхлого связного грунта, отсыпанного, например грейдер-элеватором, экскаватором-драглайном и т.п., рекомендуется уплотнять в два приема. Первоначально  перед рабочими органами Импактора-3000 следует сделать прикатку грунта легким катком массой 6-12 т.

Предварительная прикатка не требуется, когда слой грунта отсыпается с регулированием движения транспортных и землеройно-транспортных машин по всей ширине насыпи. Землевозный транспорт выполняет первую стадию укатки до плотности около 0,9 от ее максимального значения по стандартному уплотнению. Также не требуется предварительная укатка, когда коэффициент уплотнения земляного полотна 0,8 и выше.

Контроль качества результатов уплотнения осуществлялся Центральной дорожно-строительной лабораторией ОАО «Автострада» по техническим условиям ГОСТ 5180-84 согласно методам испытания ГОСТ 22733-77.
Примеры результатов испытаний по свежеуложенному грунту представлены в табл.1

Дата отбора Место отбора проб Высота взятия проб Данные натуральных измерений Данные стандартного уплотнения Коэфф. уплотнения
Плот. влаж. грунта, г/см3 Влаж ность грунта, % Плот. сух. грунта г/см3 Макс. плотность, г/см3 Оптим. влажность, %
Правая полоса
02.08.09 ПК657+00 (право)   2,14 19,86 1,78 1,74 20,95 1,02
02.08.09 ПК657+00 (лево) 154,56 2,14 19,39 1,79 1,74 20,95 1,03
02.08.09 ПК657+00 (ось)   2,15 19,97 1,79 1,74 20,95 1,03
02.08.09 ПК657+50 (право)   2,17 20,02 1,81 1,74 20,95 1,04
02.08.09 ПК657+50 (лево) 154,83 2,16 19,96 1,80 1,74 20,95 1,03
02.08.09 ПК657+50 (ось)   2,15 19,16 1,81 1,74 20,95 1,04

Коэффициенты уплотнения составили от 0,995 до 1,06 в зависимости от количества проходов катка.

На ПК465-ПК467 был произведен экспериментальный участок на котором производилась отсыпка  земляного полотна тяжелым суглинком и твердым песчанистым, толщиной слоя примерно 1,3 м. Рис.2 Полученные результаты после динамического уплотнения катком Импактор-3000 представлены в табл.2.



Рис.2

Дата отбора Место отбора проб Высота взятия проб Данные натуральных измерений Данные стандартного уплотнения Коэфф. уплотнения
Плот. влаж. грунта, г/см3 Влаж ность грунта, % Плот. сух. грунта г/см3 Макс. плотность, г/см3 Оптим. влажность, %
Левая полоса
18.08.09 ПК465+00 (право) 166,08 2,09 18,74 1,76 1,76 19,57 1,00
18.08.09 ПК465+00 (лево)   2,09 19,01 1,76 1,76 19,57 1,00
18.08.09 ПК465+00 (ось)   2,07 16,47 1,78 1,76 19,57 1,01
18.08.09 ПК466+00 (право) 168,50 2,05 16,72 1,76 1,76 19,57 1,00
18.08.09 ПК466+00 (лево)   2,06 16,32 1,77 1,76 19,57 1,01

Уплотнение проверялось послойно путем частичной разборки полотна коэффициенты уплотнения составили от 1,00 до 1,01.

На ПК617-ПК620(п) на переувлажненное основание болотистой местности автоскреперами был отсыпан слой толщиной 40 см. После грейдерной подготовки, которая осуществлялась как и отсыпка в тяжелых условиях, было произведено уплотнение динамическим катком, после чего был достигнут эффект стабилизации земляного полотна без стабилизирующих добавок.

После уплотнения получается характерный след рис.3



Рис.3 Доуплотнение насыпи простоявшей 2 года. След после первого прохода.

При выполнении работ с переувлажненным грунтом влага выходила на верхний слой, а не вглубь как при обычном уплотнении. На участках уплотненных катком Импактор-3000 после дождя влага не дренировала в ниже лежащие слои, что позволяло производить дальнейшую отсыпку в кратчайшие сроки, т.е. уплотненный слой выполнял защитные функции от воздействия погодных условий.

И самое главное, что по результатам работ средняя производительность катка составила 3000 м3/час и более.

На переувлажненных участках, где комбинированный каток «НАММ» массой 20 т после восьми проходов не смог достигнуть требуемого коэффициэнта уплотнения, он достигался без особых усилий катком Импактор-3000.

Полученный опыт позволяет сделать выводы:

  • динамический каток Импактор-3000 позволяет обеспечить необходимый коэффициент уплотнения с различными типами грунтов вне независимости от степени их влажности;
  • данный метод уплотнения обеспечивает сохранность насыпи земляного полотна от неблагоприятных погодных условий;
  • технические характеристики катка позволяют уйти от послойного уплотнения и значительно сократить сроки и стоимость устройства земляного полотна;
  • на отдельных  участках применение данной технологии позволяет сделать стабилизацию грунта без применения стабилизирующих добавок