Способы осушения глинистых грунтов повышенной влажности

8.1. В тех случаях, когда влажность глинистых грунтов в источнике их получения превышает допустимую, для их осушения рекомендуется применять следующие способы: естественное просушивание грунта в летний и осенний периоды; осушение грунта неактивными добавками; осушение грунта активными добавками, в том числе специальными химическими соединениями; использование конструктивных решений.

Выбор способа осушения осуществляют в зависимости от конкретных климатических условий, сезона строительства, обеспечения соответствующими добавками, экономических и технологических факторов.

8.2. Возможность естественного (радиационного) просушивания грунта устанавливают непосредственно при разработке грунтов повышенной влажности в выемках и устройстве земляного полотна насыпей. Если климатические условия (температура, ветер, отсутствие атмосферных осадков) являются стабильными, то решение о подсушке грунта на конкретном участке принимается производителем работ.

Естественное подсушивание включает: подсушивание грунта в забое, например при работе экскаватора в отвал, и создание запаса подсушенного грунта перед его погрузкой в автотранспорт; распределение грунта тонкими слоями (толщиной не более 20 см); устройство технологических перерывов между укладкой, распределением грунта и его уплотнением.

При естественном подсушивании грунта в технологический цикл следует включать разработку грунта выемок экскаваторами с его погрузкой в автомобильный транспорт.

8.3. Для осушения грунта неактивными добавками применяют топливные золы, шлаки, отходы горнорудной промышленности. Влажность таких добавок W_д должна быть меньше оптимальной влажности W_о получаемой смеси с используемым грунтом.

Требуемое отношение массы сухих добавок к массе влажного грунта п определяют по формуле

(8.1)

где К_с - коэффициент, учитывающий однородность смеси; для песков и легких супесей К_с = 1,1 пылеватых и тяжелых пылеватых супесей, легких суглинков К_с = 1,3, тяжелых суглинков и глин К_с = 1,5.

8.4. Осушение грунтов повышенной влажности сухими материалами (добавками) рекомендуется осуществлять смешением на месте с отсыпкой грунта (влажного и сухого) из двух источников или чередованием слоев грунта повышенной влажности и добавки. Общая толщина таких слоев (суммарная мощность) устанавливается по формуле (8.1). При этом толщина сухих слоев должна быть не- менее 0,3 м при укладке на грунты с коэффициентом увлажнения 1,1-1,15 и не менее 0,5 м - с коэффициентом увлажнения 1,25-1,3.

8.5. При осушении грунта активными добавками (негашеной известью, цементом, золой уноса, гипсом, безводной кристаллической фосфорной кислотой и др.) следует учитывать, что наибольший эффект дает метод обработки ими грунта при сооружении насыпей из пылеватых песков, супесей, легких суглинков.

Указанный метод следует использовать прежде всего для осушения грунта верхней части земляного полотна.

Грунты с кислой реакцией (рН (6) или с большой емкостью поглощения (более 20-30 мг/экв на 100 г) целесообразно обрабатывать негашеной известью, золами уноса, шлакоцементами и фосфатами. При этом в грунтах, обрабатываемых золами уноса, содержание легкорастворимых солей не должно превышать 3 % (массы грунта) при сульфатном и 5 % при хлоридном засолении.

8.6. Для обработки грунта повышенной влажности рекомендуется применять молотую гидрофобизированную негашеную известь с содержанием СаО и MgO не менее 50-60 % (ГОСТ 9179-77). Перед употреблением следует проверять ее активность, особенно после длительного хранения (30—40 сут после помола). Негашеную известь с содержанием СaО и MgО менее 25-30 % применять экономически нецелесообразно.

При осушении грунта цементами наибольший эффект дают цементы с повышенным содержанием СaО. Применение цементов марок ниже 50 не допускается.

При обработке грунта активными золами уноса последние должны иметь удельную поверхность не менее 1600 см²/г и количество свободной окиси кальция не менее 8 %.

8.7. Требуемое количество негашеной извести или золы уноса (в пересчете на свободные СаО и MgO) D (%) следует определять в зависимости от содержания чистых СаО и МgО и активности материала по формуле

(8.2)

где A - требуемое количество СаО + MgО (табл. 8.1);

В - содержание свободных СаО + MgО в извести или золе уноса, %;

k - коэффициент, равный для зол уноса 1,2, для сланцевых зол - 1,5, для извести - 1.

Таблица 8.1

Грунт	Количество активных зол уноса, извести, % (в пересчете на свободные CaO + MgO), при Kw
	1,2	1,4	1,6
Песок пылеватый, супесь	-	0,5	1,0
Суглинок легкий	-	0,5	1,5
Суглинок тяжелый	1,0	2,0	4,0
Глина	1.5	3,0	-

 

8.8. Количество портландцемента марки 300 принимают для легких суглинков и песков при коэффициенте увлажнения K_w > 1,2(1,5 - 2,5 %; для суглинков легких при K_w = 1,2(1,5 - 0,5-3 %; для суглинков тяжелых и пылеватых при K_w = 1,2(1,5 - 1-5 %; для глин при K_w = 1,2(1,35 - 3-5 %. В случае использования цементов низких марок их количество должно быть соответственно увеличено в 1,1-1,3 раза.

8.9. Для осушения грунтов с влажностью на 4-6 % выше оптимальной рекомендуется применять гипс строительный, отвечающий требованиям ГОСТ 125-79.

8.10. Для улучшения показателей физико-механических свойств, определяющих липкость, а также для достижения требуемой плотности глинистых грунтов повышенной влажности и переувлажненных, рекомендуется применять химические добавки, имеющие кислую среду (рН (7): контакт Петрова; отходы, содержащие хлорное железо и др. (табл. 8.1-8.4). Использование таких добавок наиболее эффективно в грунтах с преобладанием монтмориллонита, гидрослюды и каолинита с числом пластичности 7-30.

Таблица 8.2

Добавка	Характеристика добавки	Нормативный документ
Сульфокислота на нефтяной основе (контакт Петрова (КП))	Состав: сульфокислота - 55 %; минеральное масло - не более 3,7 %; зола - не более 0,09 %; серная кислота - не более 1,12 %; 0 < рН < 8	ОСТ 38-01116-76
Кислота соляная техническая (КСТ)	Отход производства силиконовых каучуков. Содержание основного вещества 24,5 %. Оптовая цена 5 руб. за 1 т; 0,1 (рН <8	ТУ 38-103-141-72
Кислота уксусная (КУ)	Отход производства аспирина. Содержание основного вещества 75 %. Оптовая цена 236 руб. за 1 т; 2,4 (рН <8	ТУ 6-14-607-71
Кислота серная отработанная (КСО)	Отход производства органических кубовых красителей. Содержание основного вещества 73-77 %. Оптовая цена 7,5 руб. за 1 т; 1,5 (рН < 8	ТУ 6-14-869-72
	Отход производства хлора, водорода и органических соединений. Содержание основного вещества не менее 72 %. Оптовая цена 72 руб. за 1 т; 1,5 (рН < 8	ТУ 6-01-208-68
Хлорное железо (FeCl3)	Отход травления фильтрованного гетинакса в радиоэлектронной промышленности. Концентрация не менее 60 г/л, 1,0(рН < 8	-
Хлорная медь (CuCl2)	Отход травления фильтрованного гети-накса, в радиоэлектронной промышленности. Концентрация не менее 30 г/л, 0,5 (рН < 8	-
Кислая вода (КВ)	Отход производства уксусного ангидрида в химической промышленности. Состав: ацетон - до 0,5 %; уксусная кислота - до 5 %. рН = 3	-
Надемольная вода (НВ)	Отход производства фенольно-формальдегидных смол. Состав: фенол - 6 %; формальдегид - до 3 %; метанол - до 15 %; рН = 4	-
Жидкий кубовый остаток (ЖКО)	Отход производства уксусного ангидрида. Состав: ацетон - 0,5-50 %; уксусная кислота - 5-55 %; полимеры китена - до 12 %; рН = 3	-
Кислая промывная вода (КПВ)	Отход производства ацетатов целлюлозы в химической промышленности; рН = 2,5(3,0	-

Таблица 8.3

Грунт	Химическая добавка	Содержание добавки, % массы смеси, в грунте
		повышенной влажности	переувлажненном
Супесь тяжелая	КП, КСТ	0,5-1,0	2,0-3,0
пылеватая, суглинок	CuCl2	0,5-1,0	2,0-3,0
легкий и легкий	FeCl3, КС 0	0,5-1,5	2,5-3,5
пылеватый	КВ, НВ, ЖКО, КПВ	1,0-2,0	2,5-5,0
Суглинок тяжелый	КП, КСТ	1,0-1,5	2,5-3,5
и тяжелый пылеватый,	CuCl2	1,0-1.5	2,5-3,5
глина	FeCl3, КСО	1,0-2,0	3,0-3,5
	КВ, НВ, ЖКО, КПВ	2,0-3,0	3,0-5,0

Таблица 8.4

Физико-механические свойства грунта	Супесь тяжелая пылеватая, суглинок легкий и легкий пылеватый	Суглинок тяжелый и тяжелый пылеватый, глина
	обработанные добавкой, % массы смеси
	(1(3) КП	(1(3) FeCl3	(1(3) КП	(1(3) FeCl3
Предел текучести WL, %	14-27	15-30	24-35	28-43
Число пластичности Ip	2-7	2-11	(10	(11
Оптимальная влажность Wo, %	8-16	10-19	12-25	16-30
Плотность сухого грунта (d, г/см3	1,68-1,85	1,6-1,7	1,60-1,74	1,22-1,65
Угол внутреннего трения ( град	25-39	27-37	15-25	12-24
Сцепление С, МПа	0,01-0,04	0,01-0,035	0,035-0,02	0,03-0,04
Коэффициенты вариации: по углу внутреннего трения	0,127-0,166	0,130-0,215	0,088-0,133	0,11-0,19
по сцеплению	0,144-0,224	0,156-0,230	0,111-0,190	0,16-0,21

 

Примечание. Однородность оценивается коэффициентами вариации по углу внутреннего трения () и сцеплению ().

 

8.11. Химические добавки при температуре 50-80(С вводятся из автогудронатора или другой емкости через распределительное устройство. Одновременно с введением добавки грунт перемешивают за 4 прохода дисковой бороны, перемещаемой трактором на гусеничном ходу. Поверхность грунта планируют с поперечным уклоном 40-60 (для стока вод. Грунт выдерживается в неуплотненном состоянии 5-7 сут.

8.12. Уплотнение обработанного грунта производят катками на пневматических шинах массой 10-15 т в два этапа: сначала за 3-5 проходов с пониженным до 0,2-0,3 МПа давлением в шинах, затем - 3-5 проходов с давлением в шинах более 0,5 МПа. Толщину укладываемого слоя и требуемое число проходов катка определяют пробной укаткой.

Схема движения катков - от оси земляного полотна к бровкам с перекрытием следа на 20-30 см.

8.13. Контроль введения химических добавок осуществляют с помощью универсальной индикаторной бумаги (ТУ 6-09-1181-76) или рН-метра. Места измерений определяют случайным образом, по всей ширине земляного полотна, из расчета 10 измерений на 100 м. Температуру вводимых добавок контролируют термометром.

8.14. Работы по осушению грунтов активными добавками, в том числе и специальными химическими, допускается производить до установления устойчивых отрицательных температур наружного воздуха. В проекте производства работ необходимо отразить принятый метод осушения грунта добавками, технологию производства работ и основные машины, используемые на операциях по введению добавок, распределению грунта и уплотнению сформированных смесей.

8.15. Для осушения и ускорения консолидации насыпей из грунтов повышенной влажности при соответствующем технико-экономическом обосновании можно устраивать горизонтальные прослойки или вертикальные дрены, а также комбинированные конструкции из песка с коэффициентом фильтрации не менее 0,5 м/сут. Толщины горизонтальных песчаных прослоек по условию поглощения воды из грунтов повышенной влажности, а также с учетом проходимости по ним построечного транспорта приведены в табл. 8.5.

8.16. Для ускорения процесса осушения грунта с повышенной влажностью или переувлажненного за счет устройства горизонтальных дренирующих прослоек их следует чередовать со слоями пере увлажненных грунтов, ориентировочные значения толщины которых приведены в табл. 8.6.

Таблица 8.5

Грунт	Толщина песчаной прослойки, м, при коэффициенте увлажнения грунта Kw
	1,2	1,4	1,6	1,8
Супесь тяжелая пылеватая, суглинок легкий	0,2/0,3	0,4/0,5	0,5/0,6	0,6/0,7
Суглинок пылеватый, тяжелый	0,3/0,5	0,4/0,5	0,6/0,7	0,7/-
Глина песчанистая	0,3/0,6	0,4/0,6	0,6/0,8	0,8/-
Глина жирная	0,3/0,6	0,5/0,6	0,7/-	0,8/-

 

Примечания: 1. Над чертой даны значения для гусеничных и легких колесных катков, под чертой для тяжелых колесных массой более 6-7 т.

2. При переувлажненных грунтах (K_w = 1,6(1,8) толщину прослойки устанавливают опытным путем. При этом в случае образования колеи глубиной более 10-12 см необходимо предусматривать прослойки из геотекстильных материалов.

 

Таблица 8.6

Грунт	Толщина слоя переувлажненного грунта, м, при коэффициенте увлажнения грунта Kw
	1,2-1,4	1,4-1,6	1,6-1,8
Супесь тяжелая пылеватая, суглинок легкий	2,0-1,8	1,8-1,4	1,4-1,2
Суглинок пылеватый, тяжелый	1,5-1,3	1,3-1,1	1,1-0,8
Глина песчанистая, жирная	1,2-0,8	1,0-0,8	До 0,8

 

8.17. Для осушения грунта в теле насыпи, помимо использования горизонтальных песчаных дрен, в особых случаях, установленных проектом с учетом конкретных условий, могут быть использованы вертикальные песчаные дрены отдельно или в сочетании с горизонтальными дренирующими слоями.

8.18. При конструировании земляного полотна из грунтов повышенной влажности с вертикальными песчаными дренами наряду с определением геометрических характеристик (высота насыпи, крутизна откосов, уклоны поверхности земляного полотна, очертания и размеры боковых водоотводных канав и берм) устанавливают места расположения в теле насыпи вертикальных дрен и горизонтальных дренирующих слоев, размеры дрен и расстояния между ними. При этом учитывают степень влажности и физико-механические свойства грунтов, возможность их отсыпки и уплотнения по типовой (традиционной) или специально разработан ной для этой ноли технологии.

8.19. В земляном полотне из связных грунтов повышенной влажности устраивают вертикальные песчаные дрены в виде сплошного цилиндра и цилиндрической трубы (рис. 8.1).

На дорогах с двумя полосами движения вертикальные дрены устанавливают под крайними полосами наката и вблизи оси дороги по трем параллельным продольным рядам в шахматном порядке (рис. 8.2). Диаметр дрен принимают 0,4-0,6 м в зависимости от размера рабочего органа буровых установок, выпускаемых промышленностью. Высота дрен зависит от высоты насыпи, толщины дорожной одежды и нижнего Дренирующего слоя.

Расстояние между дренами в насыпи из связных грунтов 1,5-3 м. Оптимальное расстояние следует устанавливать расчетом на основе технико-экономического анализа конкурентоспособных вариантов.

Вертикальные дрены рекомендуется устраивать из однородного песка средней крупности или мелкого.

 

 

Рис. 8.1. Схема конструкции земляного полотна с вертикальными песчаными дренами, в виде сплошного цилиндра (а) и цилиндрической трубы (б):

1 - верхний дренирующий слой; 2 - песчаная дрена; 3 - дрена с кольцевым сечением; 4 - грунт земляного полотна; 5 - нижний дренирующий

слой; i ₁ = 20 (; i ₂ = 40 (

 

 

Рис. 8.2. Схема расположения вертикальных песчаных дрен в земляном полотне двухполосных дорог

 

8.20. Для обеспечения надлежащего стока воды из вертикальных дрен в нижний горизонтальный дренирующий слой последний должен иметь толщину h (h_кап (где h_кап - высота капиллярного поднятия влаги в дренирующем материале), но не менее 0,5 м, поперечный уклон - 40-50 (.

Для отвода воды от земляного полотна следует предусмотреть устройство боковых канав.

8.21. При назначении вертикальных песчаных дрен следует учитывать, что начальная влажность грунта существенно влияет на интенсивность его осушения. Наиболее эффективно работают вертикальные песчаные дрены при влажности связного грунта с коэффициентом увлажнения 1,2-1,6.

Следует учитывать, что при коэффициенте увлажнения, равном и более 1,4, весьма затруднительно производить окончательное уплотнение грунта в процессе возведения земляного полотна, что не позволяет сразу после его сооружения устраивать дорожную одежду. Необходимо сделать технологический перерыв, в течение которого грунт осушается вертикальными песчаными дренами до допустимого значения влажности.

Оптимальную продолжительность технологического перерыва определяют по номограмме рис. 8.3 или формуле

(8.3)

где W (x, t) - влажность грунта в любой точке на расстоянии х от центра междренной зоны в момент t;

W_к - конечная влажность грунта, равная влажности на границе раскатывания W_p;

W_н - начальная влажность грунта;

( - безразмерный коэффициент, зависящий от вида грунта;

- коэффициент влагопроводности, м²/сут;

L - половина расстояния между дренами.

8.22. С помощью номограммы рис. 8.3 определяют время, необходимое для осушения грунта до заданной или конечной влажности (технологический перерыв) при известном расстоянии между дренами, или расстояние между дренами при заданном технологическом перерыве.

Номограмма построена применительно к центру междренной зоны , т.е. для наиболее отдаленных от вертикальных дрен точек.

 

 

Рис. 8.3. Номограмма для определения продолжительности технологического перерыва для осушения земляного полотна вертикальными песчаными дренами. Цифры на кривых - половина расстояния между вертикальными дренами.

 

На рис. 8.3 пунктиром показан пример определения расстояния между вертикальными дренами, необходимого для осушения грунта до заданной влажности W (L, 90)=1,2 W_o за90 сут.

Грунт - тяжелый пылеватый суглинок W_н = 25,3 %, W_к = W_р = 17 %, W_о = 16 %. Его необходимо осушить за 90 сут до W (L, 90) = 19,2 % = 1,2 W_о, т.е. до влажности, при которой может быть достигнут коэффициент уплотнения 0,95.

При указанных данных 0,265. Отложив I_Lу = 0,265 на оси ординат, приводят из этой точки горизонтальную линию до пересечения с перпендикуляром к оси абсцисс, отсекающим на ней отрезок, соответствующий 90 сут. Как видно, горизонтальная линия и перпендикуляр пересекаются в точке L = 0,75 м. Таким образом, расстояние между дренами должно быть принято 2 L = 2 (0,75 = 1,5 м.

8.23. При проектировании земляного полотна из связных грунтов повышенной влажности с вертикальными песчаными дренами рекомендуется руководствоваться одной из следующих трех схем организации работ (рис. 8.4). Первую схему (см. рис. 8.4,а) применяют при перевозке песка по подъездным путям и складировании его на трассе или рядом с ней, вторую (см. рис. 8.4,б) - при перевозке по подъездным путям непосредственно на трассу без промежуточного складирования, третью (см. рис. 8.4,в) - при отсутствии специальных подъездных путей доставке песка автомобилями-самосвалами и складировании его непосредственно на трассе.

 

а)

 

б), в)

 

Рис. 8.4. Схемы организации работ по устройству вертикальных песчаных дрен: 1 - автовозка песка; 2 - то же, суглинка; 3 - перевозка песка со склада автомобилями, скреперами; 4 - то же, транспортными тележками (для дрен);

5 - дополнительная подвозка песка на склад; 6 - склад песка; 7 - нижний дренирующий слой; 8 - суглинок; 9 - верхний дренирующий слой;

10 - вертикальные дрены; 11 - подъездной путь

 

8.24. В общем случае насыпи с устройством вертикальных песчаных Дрен необходимо сооружать в такой последовательности: подготовка основания под насыпь; доставка песка для нижнего горизонтального дренирующего слоя; разравнивание, профилирование и уплотнение песчаного слоя; отсыпка грунта повышенной влажности способом (в прижим" с последующей подвижкой его до проектной отметки; разравнивание, профилирование и предварительное уплотнение грунта в насыпи; выбуривание в насыпи вертикальных колодцев и заполнение их дренирующим материалом; разравнивание, предварительное уплотнение и профилирование грунтовой поверхности после устройства вертикальных дрен; отсыпка верхнего дренирующего слоя, его разравнивание и уплотнение; технологический перерыв; устройство дорожной одежды.

8.25. Для устройства вертикальных дрен в зависимости от условий проезда по насыпи могут быть использованы различные типы бурильно-крановых машин:

при затрудненном проезде - машина на гусеничном ходу БМ-305, а для засыпки вертикальных колодцев дрен песком - прицепная тракторная тележка (разбрасыватель минеральных удобрений РУМ-8);

при обеспечении возможности проезда по насыпи (например, в том случае, если сначала укладывается верхний дренирующий слой, а затем устраиваются дрены) - бурильно-крановая машина на пневмоколесном ходу типа БМ-302, а для засыпки их дренирующим материалом - пескоразбрасыватель КДМ-130 с переоборудованным рабочим органом.

Приложение