Способ гидрофобизации и стабилизации грунтов всех слоев дорожного грунта
METHOD OF HYDROFOBISATION AND STABILIZATION OF SOILS OF ALL ROAD SOIL LAYERS

Изобретение относится к дорожному строительству и может быть использовано для стабилизации грунтов при создании оснований автомобильных и железных дорог, вертолетных площадок, взлетно-посадочных полос, площадок различного назначения, а так же дорожек в парках и садах. Область применения заявленного изобретения относится к использованию заявленного способа гидрофобизации и стабилизации грунтов, в частности, на переувлажненных суглинках и глинистых грунтах с низкой несущей способностью.
Наиболее близким к заявленному изобретению является изобретение, известное из патента RU 2281356 C1 (опублик. 10.08.2006), которое относится к дорожному строительству и может быть использовано для стабилизации грунтов при создании оснований автомобильных и железных дорог, площадок различного назначения, дорожек в парках и садах. Используемый состав для стабилизации грунта содержит цемент, минеральную добавку, а в качестве минеральной добавки вводится сажа.
Задача, решаемая заявляемым техническим решением, заключается в укреплении грунта как в качестве основного дорожного покрытия, так и в качестве основания при строительстве асфальтового дорожного покрытия. А также - в изготовлении многослойного дорожного основания (подушки) с толщиной слоя 20-25 см, любой глубины, при этом обеспечивая экологическую чистоту, безопасность для человека, не токсичность и безопасность для зеленых насаждений (см. фиг. 1).
Поставленная задача решается благодаря заявляемому способу гидрофобизации и стабилизации грунтов всех слоев дорожного грунта, который заключается в профилировании, последующей нарезке грунта грунтовой фрезой, последующим перемешиванием грунта фрезой с добавлением цемента, обработке грунтоцементной смеси гидрофобизатором на основе природного минерала монтмориллонита, перешивании фрезой обработанной грунтоцементной смеси, уплотнении тяжелыми виброкатками до максимального уплотнения и последующем открытии движения, причем состав для стабилизации грунта содержит воду, цемент и минеральную добавку, в качестве минеральной добавки вводится концентрат монтмориллонита при следующем соотношении компонентов, мас. %:
- цемент - 5-7%
- концентрат монтмориллонита (R-SO3H, где R - углеводород) - 4%
- вода, причем массовая доля воды является варьируемой величиной в зависимости от влажности почвы.
Так, влажность, при которой производятся оптимальные работы, является не выше влажности воздуха +1%.
Изготовленное по данной технологии дорожное полотно имеет несущую способность выше стандартной асфальтобетонной дороги в 1,5-4 раза. Использование данной технологии предусматривает присутствие специально обученных сотрудников для соблюдения технологии. Однако при этом обеспечивается безопасность не только для окружающей среды, но и для персонала, работающего с вышеуказанной технологией.
Основным элементом технологического процесса является гидрофобизация и стабилизация грунтов всех слоев дорожного покрова, с добавлением 5-7%. Принцип вытеснения молекул свободной воды водным раствором гидрофобизатора и заполнения высвободившегося пространства частицами вяжущего позволяет уплотнить грунт до состояния камня, при этом эффективно препятствуя возможному проникновению воды, в обработанный и уплотненный слой в будущем (см. фиг. 1).
3
3
Одной из главных причин возникновения и развития деформаций дорожного полотна является резкое снижение несущей способности грунта при увеличении влажности выше объема пор. Так, вода, окружающая частицу грунта, не дает грунту уплотниться. Плотность грунта: +-1800 кг/м (Dc) (см. фиг. 2). После удаления воды частицы грунта уплотняются. Плотность увеличивается с 1800 до 2200 кг/м (Df) (см. фиг. 2).
Заявленный способ включает следующие этапы работ:
- профилирование (с использованием грейдера, бульдозера);
- нарезку грунта грунтовой фрезой;
- перемешивание фрезой грунта с добавлением до 5-7% цемента от объема грунта в дорожном слое;
- обработку грунтоцементной смеси гидрофобизатором на основе водного раствора природного минерала монтмориллонита;
- перешивание фрезой обработанной грунтоцементной смеси;
- уплотнение тяжелыми виброкатками более 16 тонн (рекомендуется с вибропластинами) до максимального уплотнения;
- открытие движения через 3 дня.
Асфальтовое покрытие укладывается (при необходимости) без дополнительной подготовки или обработки изготовленного дорожного полотна. При использовании технологии, толщина асфальтового покрытия может быть минимальна, 4 см. Изготовленное дорожное полотно по данной технологии не теряет основных эксплуатационных свойств, даже при полном и длительном затоплении (более 90 дней). Эти данные получены из опыта эксплуатации дороги в Юго-Восточной Азии, а так же в России, город Темрюк, контейнерная площадка.
Основным преимуществом данной технологии является возможность получать более высокий уровень качества готового объекта строительства при применении и соблюдении данной технологии. При этом технология использует результаты многолетних исследований физико-химических свойств (ионный обмен) различных грунтов, подтвержденных многолетней практикой применения во многих странах мира. Также от реализации заявленного способа гидрофобизации и стабилизации грунтов всех слоев дорожного грунта обеспечивается повышенная долговечность потребительских и эксплуатационных свойств готового объекта строительства. Коэффициент удельной нагрузки готового объекта строительства - до 80 т/кв.м. Заявленная технология не требует никаких дополнительных сложных технических средств. Более того, она позволяет минимизировать использование сложной и тяжелой техники при строительстве, что в свою очередь радикально сказывается, как на повышении скорости проведения строительных работ без потери качества, так и на оптимизации финансовых затрат.
Скорость проведения работ в 3-5 раз быстрее, чем при использовании старых технологий. Так, для изготовления 1 км дорожного полотна одной технической бригаде (грейдер, виброкаток более 12 тонн с вибропластинами, грунтовая фреза) требуется 2-3 дня, в то время как при использовании старой технологии требуется - 10-15 дней.
Это обусловлено следующим:
- технология минимизирует количество операций при проведении строительных работ;
- необходимостью меньшего количества тяжелой спецтехники;
- возможностью использования в качестве основного строительного материала - грунт на месте проведения строительных работ (обычно он снимается и вывозится);
- также технология позволяет открыть движение транспорта в течение 2-3 дней после окончания работ (в качестве основного слоя покрытия).
При применении заявленного способа гидрофобизации и стабилизации грунтов всех слоев дорожного грунта отсутствует необходимость доставки к месту проведения строительных работ таких фракций, как песок и щебень. Технология позволяет укладывать асфальтовое покрытие сразу же на подготовленный по данной технологии участок без потери качества, как самого подготовленного покрытия, так и асфальтового покрытия. При этом обеспечивается универсальность технологии.
Данная технология может применяться:
- как частичная, либо полная замена старой технологии (дороги 3-й и 4-й категории);
- в качестве дополнительной опции совместно со старой технологией строительства для улучшения потребительских и эксплуатационных характеристик готового объекта (дороги 1-й, 2-й, 3-й категории, железнодорожные пути, взлетно-посадочные полосы);
- может применяться везде, где есть почва (исключение - сплошной песок);
- изготовление основания под силовую плиту промышленных полов;
- изготовление фундаментной плиты для малоэтажного строительства.
Объекты, построенные с применением данной технологии гидрофобизации и стабилизации грунтов всех слоев дорожного грунта, имеют уникальные эксплуатационные характеристики (см. табл. 1, 2):
- повышенная удельная нагрузка грунтового полотна до 80 т/кв.м, позволяет применять данную технологию при строительстве не только автодорог, но и более сложных объектов, таких как взлетно-посадочных полос и вертолетных площадок, а также железнодорожных путей и объектов железнодорожного транспорта;
- под воздействием усиленной эксплуатации коэффициент удельной нагрузки готового объекта строительства не уменьшается, а продолжает увеличиваться;
- отсутствует появление «колейности» дорожного покрытия;
- готовый объект, построенный с применением данной технологии (например, дорожное полотно), отлично выдерживает полное затопление в течение длительного срока без его размыва и потери основных эксплуатационных свойств;
- готовый объект, построенный с применением данной технологии (например, дорожное полотно), выдерживает температурный режим ниже - 50°С, что позволяет использовать данную технологию и эксплуатировать эти объекты во всех климатических зонах от Крайнего севера до Черного моря. При этом обеспечена экологическая чистота и не токсичность технологии и продукции.
Области применения способа гидрофобизации и стабилизации грунтов всех слоев дорожного грунта:
- Строительство и ремонт дорог 1-й, 2-й, 3-й и 4-й категории;
- Строительство и ремонт железных дорог и инфраструктурных объектов железнодорожной отрасли;
- Строительство аэродромов и взлетно-посадочных полос, вертолетных площадок;
- Строительство трубопроводов (нефте- и газо- проводов) и инфраструктурных объектов отрасли;
- Строительство линий электропередач (ЛЭП) и инфраструктурных объектов отрасли;
- Строительство спортивных сооружений;
- Строительство промышленных и сельскохозяйственных объектов;
- Строительство объектов (в том числе инфраструктурных) специальных ведомств;
- Строительство объектов городского хозяйства;
- Строительство любых других объектов, требующих проведения работ укреплению (уплотнению) грунтовой подосновы.
Примеры.