Для Кемеровской области характерны большие объемы перевозок автотранспортом угля, нерудных строительных материалов, леса, что приводит к повышенным нагрузкам на дорожные конструкции. Наблюдается и постоянный рост интенсивности движения. С другой стороны, регион отличается и весьма сложными грунтовыми условиями: в земляном полотне автомобильных дорог используются в основном глинистые пучинистые грунты, имеющие низкую несущую способность.
В табл. 1 приведены данные о фактическом использовании грунтов различных разновидностей при устройстве земляного полотна, полученные обработкой результатов контроля качества на дорогах Кемеровской области [1] (дорожно-климатическое районирование принято по В.Н. Ефименко [2]). Как следует из табл.1, при строительстве дорог используются преимущественно суглинки.
Таблица 1
Грунты, используемые для строительства автомобильных дорог в Кузбассе
|
Дорожно-климатический район |
Распределение грунтов по разновидностям |
||
|
супесь |
суглинок |
глина |
|
|
III.Р.3 |
1,7 |
93,0 |
5,3 |
|
III.Х.4 |
- |
96,0 |
4,0 |
|
II.Г.2 |
13,0 |
83,0 |
4,0 |
|
II.Х.1 |
14,0 |
86,0 |
- |
|
Среднее по области |
2,5 |
92,5 |
5,0 |
Нестабильность свойств грунтов в годовом цикле приводит к ряду негативных последствий, в первую очередь, к их недоуплотнению (рис. 1), что в процессе эксплуатации дороги становится причиной многочисленных деформаций земляного полотна и дорожной одежды. Экспериментально установлена тесная связь между увлажненностью грунтов и степенью их уплотнения (рис. 2) [1].
Рис. 1. Изменение степени уплотнения суглинков в годовом цикле водно-теплового режима земляного полотна (по объектам на территории Кемеровской области) [3]
Рис. 2. Зависимость фактических значений коэффициента уплотнения грунтов от их увлажненности
В условиях Кемеровской области особенно остро проблема переувлажнения грунтов проявляется в осенний период, когда их просушка естественным образом практически невозможна. Как показывают опыт и специальные исследования, в качестве одного из наиболее эффективных решений для укрепления или осушения глинистых грунтов при сооружении земляного полотна автомобильных дорог может быть использование золы-уноса тепловых электростанций.
Для оценки возможности осушения глинистых грунтов в условиях Кемеровской области были проведены лабораторные исследования по укреплению тяжелого пылеватого суглинка золой-уноса Назаровской ГРЭС.
При добавлении золы-уноса влажность суглинка тяжелого снижается довольно существенно (табл. 2), появляется возможность уплотнения до требуемых значений.
Таблица 2
Изменение влажности суглинка тяжелого при добавлении золы-уноса
|
№п/п |
Наименование материала |
Влажность материала,% |
||
|
1 |
Суглинок тяжелый |
20,37 |
24,36 |
29,18 |
|
2 |
Суглинок тяжелый с добавлением 1,5 % золы уноса |
20,33 |
23,95 |
27,57 |
|
3 |
Суглинок тяжелый с добавлением 3 % золы уноса |
18,86 |
23,55 |
26,33 |
|
4 |
Суглинок тяжелый с добавлением 10 % золы уноса |
17,13 |
20,14 |
22,25 |
|
5 |
Суглинок тяжелый с добавлением 20 % золы уноса |
14,73 |
17,66 |
20,59 |
|
6 |
Суглинок тяжелый с добавлением 30 % золы уноса |
12,69 |
15,69 |
17,88 |
Влияние добавляемой золы-уноса на оптимальную влажность суглинка тяжелого иллюстрируют рис. 3, после обработки результатов получена следующая зависимость оптимальной влажности смеси Wopt от содержания в ней золы-уноса (при R² = 0,954)
Wopt = — 0,1192Сзу + 20,383.
Рис. 3. Изменение оптимальной влажности смеси «грунт + зола-уноса»
В табл. 3 приведены значения показателей грунта при различном содержании золы-уноса.
Таблица 3
Физико-механические показатели грунта, укрепленного золой-уноса
|
№п/п |
Материал |
Прочность на сжатие, МПа |
Водостойкость после капиллярного водонасыщения |
Морозостойкость |
|||
|
в воздушно-сухом состоянии |
марка по прочности |
после капиллярного водонасыщения (марка) |
прочность на сжатие после 5 (10) циклов замораживания-оттаивания, МПа |
марка по морозостойкости |
|||
|
1 |
Суглинок тяжелый при Wopt = 20,11 % |
2,63 |
М20 |
0,26 |
0,10 |
0,10 |
|
|
2 |
Суглинок тяжелый при 1,2Wopt = 24,13 % |
1,05 |
М10 |
0,24 |
0,23 |
0,08 |
|
|
3 |
Суглинок тяжелый при 1,4Wopt = 28,15 % |
0,98 |
<М10 |
0,14 |
0,14 |
0,06 |
|
|
4 |
Суглинок тяжелый с добавлением 1,5 % золы-уноса при Wopt = 20,11 % |
1,55 |
М10 |
0,17 |
0,11 |
0,02 |
< F5 |
|
5 |
Суглинок тяжелый с добавлением 3 % золы-уноса при Wopt = 20,11 % |
1,57 |
М10 |
0,11 |
0,07 |
0,06 |
< F5 |
|
6 |
Суглинок тяжелый с добавлением 10 % золы-уноса при Wopt = 20,11 % |
1,47 |
М10 |
0,40 |
0,27 |
0,05 |
< F5 |
|
7 |
Суглинок тяжелый с добавлением 20 % золы-уноса при Wopt = 20,11 % |
1,59 |
М10 |
0,71 |
0,45 |
0,12 |
< F5 |
|
8 |
Суглинок тяжелый с добавлением 30 % золы-уноса при Wopt = 20,11 % |
2,04 |
М20 |
0,86 |
0,42 |
0,69 |
F5 |
Испытания укрепленных грунтов производились в возрасте 7 сут. Поскольку, как известно, зола-унос относится к медленно твердеющим вяжущим, можно ожидать существенно улучшения таких свойств, как прочность, морозоустойчивость, в процессе эксплуатации дороги.
Введение золы-уноса в тяжелый суглинок со степенью переувлажнения до 1,4 ведет к снижению общей влажности на 7-11 %. (табл. 3). Уменьшение влажности, в свою очередь, улучшает технологические свойства суглинистого грунта. Грунт умешает липкость, становится более рыхлым.
При введении золы уноса до 10 % оптимальная влажность грунта практически не изменяется, при введении 20 % золы-уноса оптимальная влажность уменьшается на 2 %, при введении 30 % золы-уноса — на 3 %. Максимальная плотность незначительно уменьшается.
Литература:
- Афиногенов, О.П.Совершенствование методов проектирования автомобильных дорог на основе дифференциации районирования [Текст]: монография / О.П. Афиногенов, С.В. Ефименко, А.О. Афиногенов. — Кемерово: ООО «Офсет», 2015. — 364 с.
- Ефименко, В.Н. Дорожно-климатическое районирование Кемеровской области // Опыт обеспечения эффективности дорожного комплекса Кузбасса: Сб. науч. тр. — Томск: Изд-во Том. ун-та, 1997. — С. 62-66.
- Афиногенов, А.О. Анализ результатов уплотнения глинистых грунтов в насыпях автомобильных дорог // Вестник ТГАСУ. — 2009. — № 3. — С. 143-150.
