Отраслевой дорожный методический документ ОДМ 218.2.063-2015 Рекомендации по применению технологии глубинного смешивания для укрепления слабых грунтов оснований земляного полотна.
ОДМ 218.2.063-2016*
ОТРАСЛЕВОЙ ДОРОЖНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ТЕХНОЛОГИИ ГЛУБИННОГО СМЕШИВАНИЯ ДЛЯ УКРЕПЛЕНИЯ СЛАБЫХ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЙ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
ОКС 93.100
Предисловие
1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным бюджетным учреждением "Российский дорожный научно-исследовательский институт" ФГБУ "РОСДОРНИИ" (канд. техн. наук Фомин А.П., Щукин С.Н., инж. Никанычева Е.В., Косарев Ю.И., Труфанова О.В.) при участии инж. Пудикова П.Н. (ООО "НордСтэбРаша")
2 ВНЕСЕН Управлением научно-технических исследований и информационного обеспечения Федерального дорожного агентства
3 ИЗДАН на основании распоряжения Федерального дорожного агентства от 15.02.2016 г. N 204-р.
4 ИМЕЕТ РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ ХАРАКТЕР
5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
1 Область применения
1.1 Настоящий отраслевой дорожный методический документ (далее ОДМ) устанавливает положения, регламентирующие применение технологии глубинного смешивания для укрепления слабых грунтов оснований земляного полотна при строительстве, реконструкции и ремонте автомобильных дорог.
1.2 ОДМ содержит рекомендации по выбору основных параметров технологии глубинного смешивания (вид и количество укрепляющих материалов, применяемое оборудование, правила производства и контроль качества работ) и особенности методики проектирования земляного полотна при применении данной технологии.
1.3 Положения настоящего ОДМ предназначены для применения организациями, выполняющими работы по проектированию и строительству автомобильных дорог, расположенных на участках распространения слабых грунтов в условиях II-V дорожно-климатических зон. Положения ОДМ распространяются на укрепление слабых органических и органо-минеральных грунтов, служащих основанием земляного полотна высотой до 0,5 м, и укрепление слабых переувлажненных минеральных грунтов, служащих основанием земляного полотна высотой до 7,0 м.
2 Нормативные ссылки
В настоящем ОДМ использованы нормативные ссылки на следующие документы:
ГОСТ 12.3.002-75 Система стандартов безопасности труда. Процессы производственные. Общие требования безопасности;
ГОСТ 12.3.005-75* Система стандартов безопасности труда. Работы окрасочные. Общие требования безопасности;
ГОСТ 125-79 Вяжущие гипсовые. Технические условия;
ГОСТ 3344-83 Щебень и песок шлаковые для дорожного строительства. Технические условия;
ГОСТ 5180-2015 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик;
ГОСТ 9179-77 Известь строительная. Технические условия;
ГОСТ 10178-85 Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия;
ГОСТ 12248-2010 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости;
ГОСТ 12536-2014 Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава;
ГОСТ 22266-2013 Цементы сульфатостойкие. Технические условия;
ГОСТ 23740-79 Грунты. Методы лабораторного определения содержания органических веществ;
ГОСТ 25100-2011 Грунты. Классификация;
ГОСТ 25328-82 Цемент для строительных растворов. Технические условия;
ГОСТ 25818-91 Золы-уноса тепловых электростанций для бетонов. Технические условия;
ГОСТ 26213-91 Почвы. Методы определения органического вещества;
ГОСТ 27753.3-88 Грунты тепличные. Метод определения рН водной суспензии;
ГОСТ Р 52126-2003 Отходы радиоактивные. Определение химической устойчивости отвержденных высокоактивных отходов методом длительного выщелачивания;
ГОСТ Р 52748-2007 Дороги автомобильные общего пользования. Нормативные нагрузки, расчетные схемы нагружения и габариты приближения;
СП 2.2.3.1327-03* Гигиенические требования к организации технологических процессов, производственному оборудованию и рабочему инструменту;
СП 22.13330-2011 Основание зданий и сооружений (актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*);
СП 34.13330-2012 Автомобильные дороги (актуализированная редакция СНиП 2.05.02-85*).
3 Термины, определения, обозначения и сокращения
В настоящем ОДМ применены следующие термины с соответствующими определениями, а также обозначения и сокращения:
3.1 слабые грунты: Связные минеральные, органические и органо-минеральные грунты с прочностью на сдвиг при испытании по схеме вращательного среза менее 0,075 МПа или модулем осадки более 50 мм/м при нагрузке 0,25 МПа (модулем деформации ниже 5,0 МПа).
3.2 глубинное смешивание: Технология укрепления слабых грунтов за счет их механического смешивания с укрепляющими материалами при подаче вяжущего под давлением в пределах всей ширины устраиваемой насыпи насыпи* на всю глубину или часть глубины распространения слабых грунтов.
3.3 глубинное смешивание в массиве: Применение глубинного смешивания с созданием сплошного массива укрепленного грунта под насыпью.
3.4 глубинное смешивание в сваях: Применение глубинного смешивания с созданием укрепления по типу свайного поля.
3.5 вяжущий материал (вяжущее): Активное вещество, образующее новые структурные связи при взаимодействии с грунтом.
3.6 укрепляющие материалы: Материалы, вводимые в слабый грунт для его укрепления, включая вяжущее или вяжущее в сочетании с активными материалами, инертными материалами.
3.7 технологический слой: Слой песчаного грунта (обычно 0,8-1,2 м), размещаемый, как правило, на разделяющей прослойке из геосинтетического материала, обеспечивающий возможность работы занятых на укреплении машин и механизмов и являющийся одновременно нижней частью земляного полотна.
3.8 пригрузочный слой: Дополнительный слой грунта над технологическим слоем, обеспечивающий увеличение плотности укрепленных грунтов.
3.11 водо-цементное отношение (В/Ц): Отношение массы воды, содержащейся в укрепляемом грунте и массы вяжущего (отн. ед.).
3.12 сухое смешивание: Глубинное смешивание, выполняемое подачей вяжущего в сухом состоянии.
3.13 влажное смешивание: Глубинное смешивание, выполняемое подачей вяжущего в растворе.
3.14 укрепленный по технологии глубинного смешивания грунт (укрепленный грунт): Искусственный материал, получаемый на месте производства работ введением укрепляющих материалов (вяжущего, активных добавок, инертных материалов), отвечающий в проектные и промежуточные сроки нормируемым показателям качества по механическим свойствам.
3.15 укрепление слабого грунта: Улучшение физико-механических свойств слабого грунта при введении укрепляющих материалов по технологии глубинного смешивания за счет сочетания химических, физико-химических и механических взаимодействий.
4 Основные положения
4.1 Технология глубинного смешивания является специальным конструктивно-технологическим мероприятием, предназначенным для обеспечения устойчивости насыпей, требуемых сроков консолидации их оснований, сложенных слабыми органическими, органо-минеральными и минеральными грунтами, имеющими повышенную влажность. В результате применения технологии достигается увеличение механических свойств слабого грунта (прочностных и деформативных), как правило, на порядок или несколько порядков.
4.2 Настоящий ОДМ регламентирует технологию глубинного смешивания, дополняя положения СП 34.13330.2012, Пособия по проектированию земляного полотна на слабых грунтах [1] в части применения специальных конструктивно-технологических решений новым решением, создающим возможности для повышения надежности дорожных конструкций, снижения ресурсоемкости, стоимости строительства, обеспечения максимального использования местных грунтов и материалов, в том числе отходов производств. ОДМ учитывает положения европейских норм EN 14679* [2], EuroSoilStab [3].
4.3 Технология глубинного смешивания состоит в механическом смешивании подаваемого под давлением вяжущего (при необходимости, других укрепляющих материалов - добавок из активных материалов - отходов промышленности, инертных минеральных заполнителей) со слабым грунтом непосредственно на месте производства работ по всей ширине насыпи на всю глубину распространения грунтов или ее часть. В зависимости от состояния подаваемого вяжущего различают сухое смешивание (вяжущее в сухом состоянии) и влажное смешивание (вяжущее в растворе). Поскольку слабые грунты имеют, как правило, повышенную влажность, предпочтительным является применение сухого смешивания.
4.4 Технология глубинного смешивания предусматривает возможность создания двух типов укрепления:
- сплошное укрепление массива грунта под насыпью на необходимую глубину - основной тип укрепления (достигается глубинным смешиванием в массиве на технически возможную глубину 5-7 м);
- укрепление массива грунта под насыпью по типу свайного поля, применяемое в сочетании с основным (достигается глубинным смешиванием в сваях ниже зоны укрепления в массиве).
4.5 Укрепленный по технологии глубинного смешивания грунт должен отвечать нормируемым показателям качества по механическим свойствам - пределу прочности при одноосном сжатии, сопротивлению сдвигу, модулю деформации. Основой для оценки механических свойств укрепленного грунта служит метод испытаний на одноосное сжатие по ГОСТ 12248 с уточнениями по пункту 5.4 настоящего ОДМ. Показатели механических свойств укрепленных глубинным смешиванием грунтов зависят от вида и количества укрепляющих материалов, выбор которых должен выполняться с учетом разновидности и свойств укрепляемого слабого грунта в соответствии с положениями раздела 5 настоящего ОДМ. Назначение нормируемых показателей качества выполняется на основе расчетного обоснования в соответствии с положениями раздела 6 настоящего ОДМ.
4.6 До начала выполнения укрепительных работ должны быть выполнены инженерно-геологические изыскания в соответствии с положениями СП 11-105-97, Пособия [1], определены разновидности и свойства слабых грунтов.
4.7 Возможность выполнения работ по глубинному смешиванию, качество их выполнения зависят от применяемого оборудования, технологии производства работ, рекомендации по которым содержатся в разделе 7 настоящего ОДМ. При производстве работ следует учитывать рекомендации, содержащиеся в документации производителя оборудования.
4.8 Основные области применения технологии глубинного смешивания:
- обеспечение устойчивости насыпей и сроков, обеспечивающих требуемую степень консолидации грунтов слабых оснований насыпей высотой до 7 м при мощности толщи слабого грунта от 3 м при строительстве автомобильных дорог;
- выполнение работ по уширению земляного полотна при реконструкции (ремонте) автомобильных дорог в условиях распространения слабых грунтов;
- укрепление слабых грунтов на ограниченных площадях в зонах расположения водопропускных труб, элементов оборудования и обустройства автомобильных дорог;
- инженерная подготовка территории с целью создания технологического слоя, обеспечивающего работу дорожно-строительной техники, временного проезда транспортных средств;
- переработка некондиционного переувлажненного минерального грунта, например, вывозимого в отвал грунта, получаемого при разработке выемок для последующего его применения в качестве инертного заполнителя при укреплении глубинным смешиванием в массиве органических грунтов или применения в нижней части насыпей.
4.9 Выбор конструктивно-технологических решений выполняют на основе технико-экономического сопоставления их вариантов. Следует учитывать технический эффект при применении технологии глубинного смешивания:
- возможность многократного повышения механических свойств грунтов без ограничений по их виду и состоянию - практически достигаемые параметры укрепленных минеральных (органических) грунтов: предел прочности при сжатии 1500 кПа (900 кПа) и выше, сопротивление сдвигу 750 кПа (450 кПа) и выше, модуль деформации 75 МПа (45 МПа) и выше;
- возможность быстрой консолидации слабого основания насыпи;
- достижение высокой однородности укрепленного слабого грунта, независимо от особенностей строения его толщи, наличия различающихся по виду и состоянию, толщине слоев грунта в толще, что снижает риск проявления неравномерных деформаций;
- возможность рационального использования отходов производств, местных некондиционных переувлажненных грунтов, в частности, требующих утилизации глинистых грунтов, полученных при разработке выемок.
5 Рекомендации по выбору основных технических параметров технологии глубинного смешивания
5.1 Общие данные
5.1.1 Основными техническими параметрами технологии глубинного смешивания являются вид укрепляющих материалов и их количество, зависящие от разновидности и свойств укрепляемого грунта.
5.1.2 Нормируемыми показателями качества укрепленных грунтов являются:
5.1.3 Количество вяжущего материала оценивается следующими взаимосвязанными параметрами:
5.1.4 Предварительный выбор основных технических параметров технологии глубинного смешивания для ориентировочной их оценки с целью предварительной проработки проектных решений, назначения вида и диапазона изменения количества укрепляющих материалов при подборе его состава по пункту 5.4 настоящего ОДМ может быть выполнен в соответствии с пунктами 5.2, 5.3 настоящего ОДМ. Окончательный их выбор выполняется по результатам лабораторных испытаний в соответствии с пунктом 5.4 настоящего ОДМ.
5.2 Предварительный выбор вида укрепляющего материала
5.2.1 Для выбора вида укрепляющего материала на основе выполненных инженерно-геологических изысканий должны быть получены данные:
- по разновидности грунтов в соответствии с классификацией ГОСТ 25100 и с учетом частных классификаций слабых грунтов в соответствии с приложением 11(Л) к Пособию [1];
- по параметрам состава и состояния грунтов, необходимые для определения их разновидности;
5.2.2 Укрепление выполняется одним из вяжущих материалов, комбинированием вяжущих материалов, вяжущими материалами в сочетании с активными материалами и/или инертными добавками.
5.2.3 В качестве основных вяжущих применяют:
- цементы марок, как правило, не ниже 300 по ГОСТ 10178, ГОСТ 22266, ГОСТ 25328;
- известь I, II сортов по ГОСТ 9179.
- высокоактивные и активные молотые гранулированные шлаки по ГОСТ 3344;
- золы-уноса по ГОСТ 25818;
- гипс строительный марок не ниже Г10 по ГОСТ 125.
5.2.5 В качестве инертных добавок могут использоваться местные связные переувлажненные грунты, пылеватые пески, слабоактивные шлаки, золы.
5.2.6 В качестве укрепляющих могут быть использованы и другие материалы, эффективность применения которых обоснована лабораторными испытаниями.
5.2.7 Для предварительного назначения вида укрепляющих материалов рекомендуется использовать данные, представленные в таблице 1.
Таблица 1 - Рекомендуемые укрепляющие материалы технологии глубинного смешивания
Вид укрепляющего материала | Группа слабых грунтов по содержанию органических веществ: | |||
| Минеральные при  =0-2% | минеральные и органо-минеральные при =2-30% | органо- минеральные и органические при =2-30% | |
| илы | переувлажненные глинистые грунты |
|
|
Цемент | ++ | ++ | ++ | +++ |
Цемент + переувлажненный местный связный грунт | - | - | - | +++ |
Цемент + гипс | + | + | ++ | ++ |
Цемент + шлак | ++ | ++ | ++ | +++ |
Известь + цемент | ++ | ++ | + | - |
Известь + гипс | ++ | ++ | ++ | - |
Известь + шлак | + | + | + | - |
Известь + гипс + шлак | ++ | ++ | ++ | - |
Известь + гипс + цемент | ++ | ++ | ++ | - |
Известь | - | ++ | - | - |
Примечание - +++ наиболее эффективный укрепляющий материал; ++ эффективный укрепляющий материал; + возможно получение эффекта в отдельных случаях применения; - не рекомендуемый к применению укрепляющий материал.
| ||||
5.3 Предварительный подбор количества укрепляющих материалов
1 - торф; 2 - заторфованные органо-минеральные грунты; Ц - цемент; Ц+Ш - цемент и шлак; Ц+И - цемент и известь; Ц+Г - цемент и переувлажненный связный грунт; Ц+И+Ш - цемент, известь и шлак
Рисунок 2 - Зависимость прочности при одноосном сжатии от водо-цементного отношения образцов для грунтов с низким содержанием органических веществ (до 10%)
- сопротивление сдвигу - по зависимости (1);
5.4 Назначение вида и количества укрепляющих материалов по результатам лабораторных испытаний
5.4.1 Исходя из свойств укрепляемых слабых грунтов, имеющихся местных активных и инертных материалов, предварительно в соответствии с подразделами 5.2, 5.3 настоящего ОДМ назначают вид укрепляющего материала и возможный диапазон изменения его количества.
5.4.2 Готовят образцы для испытаний с учетом следующих положений:
- отобранный на участке производства работ слабый грунт природной влажности предварительно перемешивают с использованием стандартного смесителя в емкости объемом, позволяющим подготовить грунт количеством не менее чем для выполнения испытаний 3 образцов;
- добавляют в емкость предварительно выбранное (подраздел 5.2 настоящего ОДМ) вяжущее или вяжущее в сочетании с другими укрепляющими материалами и выполняют перемешивание его с грунтом;
- сразу после формирования образцы в обоймах помещают в эксикатор, через двое суток обойму снимают и выдерживают образцы в эксикаторе в течение 28 суток; допускается меньший срок их выдержки (но не менее 7 суток с последующей корректировкой результатов испытаний по подразделу 7.3 настоящего ОДМ - зависимость (22).
5.4.3 Оценивают плотность и выполняют испытания подготовленных и выдержанных образцов по методике пункта 5.2 ГОСТ 12248 (испытания методом одноосного сжатия), прикладывая нагрузку с непрерывным увеличением со скоростью 0,5% за одну минуту. Испытывают не менее трех образцов, подготовленных при одинаковом расходе укрепляющих материалов с одинаковыми сроками выдержки.
6 Особенности методики проектирования при применении технологии глубинного смешивания
6.1 Конструктивные решения
6.1.1 Конструктивные решения, предусматривающие применение технологии глубинного смешивания, назначают в зависимости от инженерно-геологических условий, прежде всего, исходя из мощности толщин слабого грунта и технических возможностей основного способа укрепления в этом случае - укрепления в массиве (укрепление на глубину до 5-7 м).
6.1.2 Помимо технических ограничений по глубине укрепления следует учитывать также следующие ограничения по применению технологии:
- технология рекомендуется к применению для обеспечения устойчивости насыпей высотой до 7 м (включая осадку) на основаниях, сложенных минеральными, органо-минеральными грунтами с содержанием органических веществ до 10% и до 5,0 м на основаниях, сложенных органическими и органо-минеральными грунтами с содержанием органических веществ более 10%;
- технология может быть применена при укреплении слабых связных минеральных грунтов с показателем текучести выше 0,50, торфов с влажностью более 500%; возможность укрепления минеральных грунтов с показателем текучести 0,25-0,50 и торфов с влажностью 300-500% требует обоснования с проведением пробного укрепления непосредственно на участке выполнения строительных работ.
6.1.3 Конструктивные решения должны предусматривать устройство технологического слоя (рабочей платформы) непосредственно на слабом основании для обеспечения работы занятой на укреплении техники. Технологический слой является одновременно нижней частью насыпи и состоит из дренирующего грунта толщиной 0,8-1,2 м на разделяющей и армирующей прослойке из геотекстильного материала прочностью не менее 14 кН/м.
6.1.4 Основные конструктивные решения представлены на рисунке 4 и включают:
- сплошное укрепление в массиве слабого грунта на полную его мощность (рисунок 4а); решение может быть реализовано при мощности слабого грунта в пределах 5-7 м и целесообразно по технико-экономическим соображениям при мощности выше 3 м;
Для получения доступа к полной версии без ограничений вы можете выбрать подходящий тариф или активировать демо-доступ.