Особенности применения технологии стабилизации и укрепления грунтов в Российской Федерации

В последние годы перед дорожной отраслью РФ остро стоят задачи, направленные на дальнейшее развитие сети федеральных, региональных и сельскохозяйственных дорог, которые должны привести к ускорению роста экономики страны, улучшению качества жизни населения, увеличению их мобильности, снижению транспортных издержек. Необходимо более активно внедрять лучшие мировые и отечественные инновационные решения. При этом особенно актуально использовать такие технологии, которые позволяют решить проблемы уменьшения стоимости и сокращения сроков строительства дорог при одновременном повышении их надежности и обеспечении  всесезонности эксплуатации.

Одним из таких направлений, позволяющим успешно решать стоящие перед страной инфраструктурные задачи, является технология стабилизации и укрепления грунтов, которая находит все более широкое распространение в мире. Для этих целей используется достаточно большая группа поверхностно-активных веществ (ПАВ) – стабилизаторов грунтов на органической, щелочной и кислотной основе, смолы, полимерные стабилизаторы грунтов.

Отечественное дорожное строительство основывается на применении  инертных материалов (песок, щебень) и полностью зависит от их наличия в том или ином регионе, так как именно они предполагают использование типовых конструкций дорожных одежд для строительства и ремонта объектов транспортной инфраструктуры. Но такой подход ведет к увеличению стоимости строительства и  ограничению возможности создания широкой сети автомобильных дорог в достаточно сжатые сроки, так как во многих регионах нашей страны эти материалы отсутствуют или имеются в ограниченных количествах. При этом очень часто местные грунты совершенно непригодны для использования в дорожном строительстве, а доставка инертных материалов, особенно качественного щебня, к месту производства дорожно-строительных работ ведет к удорожанию этих материалов в несколько раз. Одним из решений данной проблемы наряду с использованием традиционных технологий могло бы стать более широкое применение при строительстве и ремонте дорог технологии стабилизации и укрепления местных грунтов.

В дорожной технической литературе и практике часто пользуются термином «местные материалы», учитывая при этом важную особенность и преимущество их использования  в дорожном строительстве. Эти материалы не требуют дальних перевозок автомобильным или железнодорожным транспортом. К местным, а следовательно,  доступным для применения и дешевым материалам, подвергаемым укреплению вяжущими и другими материалами, следует относить как повсеместно залегающие, широко распространенные природные грунты различного состава, так и твердые обломочные отходы производства и некондиционные каменные материалы, называемые искусственными (техногенными) грунтами в соответствии с ГОСТ 25100-95.

Технико-экономические расчеты, проведенные на основе фактических производственных затрат и сроков строительства, показывают, что применение в дорожных конструкциях слоев из укрепленных местных грунтов вместо устройства конструктивных слоев из привозных инертных материалов приводит к снижению стоимости строительства дорог на 10–30 %. Важно отметить, что укрепленные местные грунты можно эффективно использовать при строительстве дорог I–V технических категорий и аэродромов. При этом на дорогах I–II технических категорий укрепленные грунты, как правило, используют в качестве нижних слоев оснований, а на дорогах III–V категорий они могут быть применены также и при устройстве верхних слоев оснований и покрытий.

Современные ПАВ-стабилизаторы грунтов уже много лет успешно применяют в США, Германии, Голландии, ЮАР, Австралии, Канаде и  других странах. В последнее время на эту технологию обратили внимание и отечественные специалисты, ее начали активно применять при строительстве автомобильных дорог, аэродромов, паркингов и других промышленных объектов.

ПАВ-стабилизаторы представляют собой широкий класс разных по составу и происхождению веществ, которые в малых дозах положительно влияют на формирование свойств дорожно-строительных материалов как за счет активизации физико-химических процессов, так и за счет оптимизации технологических процессов. Эти вещества могут использоваться почти на всех технологических этапах в дорожном и аэродромном строительстве, начиная от сооружения земляного полотна и заканчивая строительством конструктивных слоев оснований и покрытий дорожных одежд. Стабилизаторы связных (глинистых) грунтов могут различаться по  происхождению,  свойствам, но их объединяет то, что они увеличивают плотность, влагостойкость и морозостойкость грунтов, снижают степень пучинистости обработанных стабилизатором грунтов. Каждый конкретный стабилизатор имеет индивидуальное название, отражающее специфику страны-производителя и особенности применения. Используемые для модификации грунтов ПАВ-стабилизаторы могут быть катионоактивные, анионоактивные и неионогенные. В связи с этим их взаимодействие с одним и тем же глинистым минералом будет протекать неоднотипно.

Отличительной особенностью применения ПАВ-стабилизаторов является изменение гидрофильной природы глинистого грунта на гидрофобную. Поэтому для обеспечения стабилизации связных грунтов необходимо знание основ процессов гидрофобизации, которая представляет собой изменение природы поверхности минеральных частиц воздействием на грунт небольшими дозами поверхностно-активных веществ. Физическая ее сущность заключается в том, что смачиваемость или несмачиваемость грунта находится в зависимости от кристаллической структуры его минералов, характера их межпакетных и межмолекулярных связей. Основной причиной смачивания является наличие на поверхности минералов нескомпенсированных энергетически активных центров. Большинство глинистых частиц в естественном состоянии заряжено отрицательно, что объясняется присутствием на их поверхности анионов, входящих в их кристаллические решетки. Отрицательно заряженная частица (мицелла) и окружающие ее катионы образуют двойной электрический слой. Катионы, составляющие внешний слой, способны обмениваться на катионы раствора, с которым соприкасается коллоидная частица, причем обмен этот происходит в эквивалентных отношениях. Общее количество обменных катионов – величина постоянная, не зависящая от природы катиона. Она называется катионной емкостью обмена коллоида и выражается в мг-экв на 100 г коллоида или грунта, содержащего коллоиды. Сумма всех катионов при полном насыщении коллоида или грунта, выраженная в мг-экв на 100 г, равняется емкости обмена. Чем больше заряд частиц, тем устойчивее коллоидная система. Как только частицы теряют свой заряд и становятся нейтральными, окружающие их водные оболочки разрушаются, частицы собираются в хлопья и выделяются из раствора, в результате коллоидная система разрушается. Процесс, связанный с потерей электрического заряда и слиянием отдельных частиц в хлопья, называется коагуляцией. Часто коагуляция происходит в результате повышения концентрации электролитов в окружающем частицы растворе, так как при этом уменьшается толщина уплотненных оболочек вокруг коллоидных частиц и частицы легко слипаются. Одной из наиболее характерных особенностей глинистых грунтов является их способность поглощать вещества из окружающего раствора или суспензии. В зависимости от способа поглощения веществ, различают несколько видов поглотительной способности глинистых грунтов: механическую, физическую, физико-химическую, химическую и биологическую. Для стабилизации глинистых грунтов важны физическая, физико-химическая и химическая поглотительные способности.

Таким образом, можно отметить, что адсорбция разных ПАВ-стабилизаторов на поверхности одного и того же минерала протекает по-разному. По сорбционной активности их можно поставить в следующий ряд: КПАВ → НПАВ →АПАВ. Следовательно, физико-механические характеристики стабилизированных различных глинистых грунтов будут резко отличаться друг от друга.

В 2011 году в России был разработан классификатор ПАВ-стабилизаторов грунтов ОДМ 218.1.004 «Классификация стабилизаторов грунтов в дорожном строительстве». Он учитывает накопленный отечественный и зарубежный опыт использования различных химических добавок (стабилизаторов) и вяжущих и позволяет более эффективно применять стабилизаторы грунтов в дорожном строительстве. В этом регламенте отмечается:

1. Применительно к отечественной практике дорожного строительства, следует различать следующие технологии: стабилизацию, комплексную стабилизацию и комплексное укрепление грунтов. Технологии обработки грунтов для их стабилизации (модификации) и/или укрепления реализуются с помощью сходной технологии производства работ, в основе которой лежит равномерное объединение грунта с добавками (гомогенизация) и его максимальное уплотнение при оптимальной влажности. Различие в физико-механических свойствах полученной грунтовой смеси зависит от вида и количественных соотношений стабилизатора и вяжущего в грунте. Структурообразование в таких системах зависит:

– от состава и свойств  связных грунтов;

– количества и концентрации вяжущего;

– состава и свойств  стабилизатора;

– количества и концентрации стабилизатора.

2. Современные ПАВ-стабилизаторы имеют сложные, многокомпонентные системы, включающие:

а) кислые органические продукты, суперпластификаторы и другие вещества, такие как Roadbond (США), «Дортех» (РФ), RRP-235-Special (Германия), ЕН-1(США), SPP (ЮАР), «Статус 3» (РФ), CBR+ (ЮАР), RoadPacker Plus (Канада), Terrastone (Германия), Stabibud (Польша), Enviroseal LBS (США) и другие. ПАВ-стабилизатор здесь играет роль пластифицирующей добавки, позволяющей при меньшей оптимальной влажности грунта достигать более высоких показателей его уплотнения. Для грунтов кислых разновидностей применяют катионоактивные ПАВ-стабилизаторы. Для карбонатных грунтов (лессы, лессовидные суглинки и супеси, содержащие углекислый кальций) целесообразно применять анионоактивные ПАВ-стабилизаторы. Этот вид ионных стабилизаторов является наиболее распространенным, хотя имеет ряд важных особенностей по применению, а именно: ограничение по кислотности обрабатываемых грунтов, высокий класс опасности, высокое коррозионное воздействие на дорожно-строительную технику;

б) низкомолекулярные органические комплексы, такие как «Дорзин» (Украина), Perma-Zume (США), Eсоroads (США), «AНT» (РФ) и другие. Ионоактивные органические ПАВ-стабилизаторы глинистых грунтов могут преобразовывать их, используя имеющиеся в них ферменты. Такие ферменты являются композицией веществ, в основном образовавшихся в процессе культивирования биоорганизмов на комплексной питательной среде с некоторыми добавками. Установлено, что органическая часть органических стабилизаторов грунтов (ферментов) в основном представлена следующими соединениями: олигосахаридами (от моносахаридов до пентасахаридов), аминосоединениями типа аргинина, маннитолом, оксисоединениями типа трегалозы, азотсодержащими производными молочной кислоты. Применение этого вида стабилизаторов наиболее целесообразно при строительстве временных сельскохозяйственных  дорог. Обработанный таким ПАВ-стабилизатором грунт в дальнейшем может быть использован для агропромышленных целей;

в) жидкие силикатно-, акрилово-, винил-ацетатные, стирол-бутадиеновые полимерные композиции, такие как Nanostab (Германия), Enviro Solution JS (США), Technisoil (США), Andor (Израиль), Соnsolid (Швейцария), Solitac (США), Enviroseal М10+50 (США) и другие. Исследования, проведенные в США, Европе и ряде других стран, показали, что полимерные стабилизаторы грунтов при их технологичности и экологичности обеспечивают значительное увеличение несущей способности обработанных грунтов и могут использоваться для решения сложных инженерных задач.

Обработка грунтов только ПАВ-стабилизаторами или совместно с другими добавками (органические и неорганические вяжущие, скелетные материалы и т. д.) позволяет почти без ограничения  использовать местные, как правило, глинистые грунты в конструктивных слоях дорожных одежд. Применение технологии стабилизации и укрепления грунтов с использованием ПАВ-стабилизаторов, кроме того, обеспечивает более высокую несущую способность оснований по сравнению с традиционными решениями, что, в свою очередь, ведет к увеличению межремонтного срока эксплуатации дорог. Необходимо отметить, что при этом:

• структурообразование глинистой составляющей связных грунтов при взаимодействии с ПАВ-стабилизатором обусловлено блокированием активных гидрофильных центров дисперсных минералов, что приводит к снижению удельной поверхности грунта, катионной емкости и повышению гидрофобности;
• воздействие КПАВ-стабилизаторов на связные грунты приводит к полному обмену катионами. Снижение способности стабилизированного грунта адсорбировать воду и связанные с этим структурные преобразования обусловливают изменение физико-механических свойств грунтов;
• для применения АПАВ-стабилизаторв лучше использовать карбонатные грунты, в которых может заметнее проявиться взаимодействие отрицательно заряженных органических анионов стабилизатора с катионами минеральной поверхности грунта (Ca²⁺, Al³⁺, Si⁴⁺ и др.);
• ионы полимерных стабилизаторов грунтов в дополнение к электростатическим силам удерживаются молекулярными и водородными силами. Они адсорбируются сильнее, образуя сложные органоминеральные комплексы. В связи с этим реакция среды грунта (рН) и его солевой состав не оказывают существенного влияния при стабилизации грунтов, специально разработанными для этих целей, полимерными стабилизаторами грунтов;
• при уплотнении грунта, обработанного ПАВ-стабилизатором, легко отделяются капиллярная и пленочная вода, создавая условия высокой уплотняемости грунтовой смеси.

При этом ПАВ-стабилизаторы имеют как очевидные достоинства, так и серьезные недостатки, такие как стоимость материала, класс опасности, срок эффективного действия, ограничения по применению по типу и кислотности грунтов, их минералогическому и химическому составу.

Выбор метода стабилизации и укрепления грунтов зависит от типа грунтов, проектируемой пропускной способности и типа транспорта, расчетной нагрузки, а также климатической зоны дорожного строительства.

В связи с вышеизложенным компанией ООО «Парагон групп» были проведены масштабные маркетинговые исследования современных зарубежных дорожно-строительных технологий по стабилизации и укреплению грунтов с целью  определения наиболее высокоэффективных химических добавок и создания на их основе отечественных инновационных дорожно-строительных материалов. Новые химические добавки (стабилизаторы грунтов), разработанные в рамках программы импортозамещения, должны в процессе строительства и ремонта объектов транспортной инфраструктуры решать инженерные задачи различной сложности, учитывать региональную специфику грунтов и температурных режимов. Они должны применяться как в повседневном строительстве, так и в случаях, когда работы необходимо производить в короткие сроки, в тяжелых инженерно-геологических условиях. В результате проделанной работы было принято решение взять за базовую технологию для создания новых российских стабилизаторов грунтов высокоэффективные многокомпонентные материалы, выпускаемые американской компанией Enviroseal Corporation (ведущей международной корпорации в области экологически чистых дорожных технологий). Как показали исследования, эти материалы имеют значительные конкурентные преимущества за счет своей эффективности, технологичности и экологичности. Кроме того, они полностью обеспечивают требования отечественных нормативно-технических регламентов, действующих в данной области дорожного строительства, и являются достаточно привлекательными по соотношению цены и качества. Это такие материалы, как полимерный стабилизатор глинистых грунтов Enviroseal LBS и полимерный стабилизатор грунтов Enviroseal М10+50. Они появились в России в 2008 году и имеют богатый опыт применения в различных регионах страны на различных по сложности инфраструктурных объектах. Были реализованы пилотные проекты и построены экспериментальные участки дорог в Пермском и Краснодарском краях, Московской, Иркутской, Калужской, Нижегородской, Ивановской, Липецкой, Новосибирской и Ленинградской областях (www.paragongroup.ru).

 

 

 

 

 

 

 

Калужская область, 2011 год: а)исходное состояние объекта; б) после двух лет эксплуатации дороги

Сотрудники отдела инновационных технологий и материалов провели всесторонние исследования химического состава стабилизаторов, выпускаемых компанией Enviroseal Corporation (США), и сделали подбор компонентов из отечественного сырья для создания новых дорожно-строительных материалов для дальнейшего промышленного производства на территории России.

Результатом научно-исследовательской работы совместно со специалистами ОАО «СоюздорНИИ» и ЦННИИ № 26 МО РФ   является создание линейки отечественных стабилизаторов грунтов под рабочим названием «Парагон», которые полностью адаптированы и успешно используются в России, что нашло свое отражение в соответствующих сертификатах, технических условиях и стандартах организации на их применение. В основе этих материалов используются химические компоненты, которые являются абсолютно безопасными для здоровья людей и окружающей среды. Лабораторные тестирования и полевые испытания данных материалов показали, что они не уступают по своим свойствам лучшим заграничным аналогам и позволяют получать из местных грунтов высококачественные строительные материалы для эффективного решения задач, стоящих перед отечественной дорожной отраслью. Был проделан большой объем работ и всесторонних испытаний с различными типами грунтов по исследованию их физико-механических свойств, обработанных этими стабилизаторами как отдельно, так и совместно с другими добавками (цемент, известь, золы уноса). Данные исследования позволили разработать технические условия (СТО) использования этих материалов применительно к технологии стабилизации и укрепления грунтов, согласно требованиям действующих в нашей стране нормативно-технических регламентов.

Как показали исследования, стабилизаторы грунтов линейки «Парагон» обладают всеми достоинствами, имеющимся у исходных стабилизаторов, но, в отличие от американских аналогов, они полностью адаптированы к местным экстремальным климатическим условиям.

Стабилизаторы грунтов «Парагон» являются продуктами нового поколения и производятся на территории России. Они выгодно отличаются от вышеперечисленных конкурентных стабилизаторов грунта не только по соотношению цены и качества, но и своей технологичностью, безопасностью для окружающей среды и людей, возможностью эффективного применения со всеми типами грунтов. Использование дорожно-строительных технологий «Парагон» при стабилизации и укреплении грунтов в процессе строительства и ремонта дорог и других объектов транспортной инфраструктуры позволяет успешно устранить основную причину разрушения дорожного покрытия – слабые грунты в конструктивных слоях дорожной одежды.

Линейка стабилизаторов грунтов «Парагон»  включает в себя два базовых продукта – полимерный стабилизатор глинистых грунтов «Парагон LВS» и полимерный стабилизатор «Парагон М10+50».

1. Полимерный стабилизатор глинистых грунтов «Парагон LВS» является экологически безопасным для окружающей среды и здоровья людей материалом. Грунты, обработанные водным раствором стабилизатора «Парагон LВS», рекомендованы к применению при устройстве рабочего слоя земляного полотна, нижних и дополнительных слоев оснований, а также покрытий (на дорогах низших категорий) во 2–5-й дорожно-климатических зонах. «Парагон LВS» применяется для стабилизации и гидрофобизации глинистых грунтов и позволяет увеличить модуль упругости (до 180 МПа), несущую способность и водонепроницаемость обработанного слоя, увеличить устойчивость на сдвиг (до 50 %), обеспечить нормативную морозостойкость, сократить сроки производства дорожно-строительных работ. Отличные результаты получаются при использовании «Парагон LВS» совместно с неорганическими вяжущими (цемент, известь, золы уноса) – ГОСТ 23558-94. «Смеси щебеночно-гравийно-песчаные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими материалами для дорожного и аэродромного строительства. Технические условия».
2. «Парагон М10+50» представляет собой полимерное вяжущее белого цвета на основе акрилового сополимера. Экологически безопасный материал. Грунты, укрепленные полимерным стабилизатором грунтов «Парагон М10+50» как однокомпонентно, так и совместно с неорганическими вяжущими (цемент, известь, золы уноса), рекомендованы к применению при строительстве и ремонте для устройства слоя покрытия (с устройством слоя износа), несущего и дополнительных слоев оснований дорожных одежд во 2–5-й дорожно-климатических зонах в дорожном и аэродромном строительстве, а также при строительстве промышленных площадок, паркингов, спортивных и лесопарковых дорожек. Стабилизатор «Парагон М10+50» используется для укрепления пылеватых песков, песчано-гравийных смесей и грунтов с числом пластичности не более 12. Хорошо работает совместно со стабилизатором глинистых грунтов «Парагон LВS», что позволяет понизить число пластичности местных грунтов до 12 и значительно расширить область применения стабилизатора «Парагон М10+50» по типу и числу пластичности грунтов.

         Результаты исследования полимерного стабилизатора грунтов «Парагон М10+50» показали, что укрепление супесчаного грунта составом на основе этого стабилизатора и цемента (от 6 до 10 %) позволяет достигать увеличения показателя прочности на растяжение при изгибе на 36,3–40,8 %, снижения коэффициента жесткости на 27,5–36,5 %, снижения расхода цемента в расчете на единицу достигнутой прочности на растяжение при изгибе на 26,7–33,6 %, а также обеспечивает повышение показателей морозостойкости в сравнении с супесью, укрепленной только цементом (рис. 1).

        В то же время сопротивление укрепленного грунта сдвигу увеличивается в несколько раз, что делает его идеальным для строительства временных взлетно-посадочных полос и автомобильных дорог как при устройстве основания, так и в качестве покрытия. Таким образом, можно сделать вывод, что полимерный стабилизатор грунтов «Парагон М10+50» очень хорошо работает как однокомпонентно так и совместно с минеральными вяжущими (цементом, известью, золой уноса), позволяя получить в результате обработки грунтов композиции с улучшенными физико-механическими показателями. Данное сочетание добавок, вносимых в обрабатываемую грунтовую смесь, позволяет получать композиции с улучшенными показателями по прочности и упругому прогибу.

        Это наиболее актуально при выполнении дорожно-ремонтных работ по технологии «холодного ресайклинга» при устройстве верхнего слоя основания дорожной одежды или нижнего слоя покрытия. Результаты такого укрепления грунта значительно превосходят применяемые обычно для этой технологии битумные эмульсии или цементы.

Некоторые из существующих конкурентных стабилизаторов грунта уступают полимерному стабилизатору грунтов «Парагон М10+50» по соотношению цены и качества, другие – по морозостойкости. Очень важным моментом является то, что, в отличие от большинства конкурентных материалов, «Парагон М10+50» в самом ближайшем будущем будет продуктом, производящимся на территории России из отечественных химических компонентов, что существенно повлияет на его стоимость и сроки поставки потребителям.

             Необходимо отметить, что сегодня в России имеется достаточная, но требующая доработки действующая нормативно-техническая база, которая позволяет применять технологию комплексной стабилизации и технологию комплексного укрепления грунтов для решения широкого спектра инженерных задач и использовать укрепленные местные грунты при разработке конструкций дорожных одежд различных технических категорий. В первую очередь речь идет о таких документах, как:

• Стандарт организации (ТУ) для каждого конкретного стабилизатора;
• СП 34.13330. (2012СНиП 2.05.02-85*) «Автомобильные дороги»;
• СП 78.13330. (2012СНиП 3.06.03-85*) «Автомобильные дороги»;
• ГОСТ 30491-97 «Смеси органоминеральные и грунты, укрепленные органическими вяжущими, для дорожного и аэродромного строительства»;
• ГОСТ 23558-94 «Смеси щебеночно-гравийно-песчаные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими материалами, для дорожного и аэродромного строительства»;
• ОДН 218.046-01 «Проектирование нежестких дорожных одежд»;
• ОДМ 218.2.017-2011 «Проектирование, строительство и эксплуатация автомобильных дорог с низкой интенсивностью».

Конструкцию дорожной одежды и тип покрытия принимают исходя из транспортно-эксплуатационных характеристик и категории проектируемой дороги с учетом интенсивности и состава движения, климатических условий, санитарно-гигиенических рекомендаций, а также обеспеченности района строительства дороги местными строительными материалами

         В случае применения в конструктивных слоях дорожных одежд укрепленных грунтов с использованием в оптимальных пропорциях улучшающих грунтовую смесь добавок необходимо принимать во внимание, что:

• — слой покрытия должен обеспечивать необходимую несущую способность и расчетные транспортно-эксплуатационные качества дороги;
• — верхний слой основания – требуемую несущую способность дорожной одежды, сохранение от увлажнения и морозного пучения нижележащих слоев;
• — нижний слой основания – перераспределение нагрузок на рабочий слой земляного полотна и его защиту от увлажнения и пучения.

           При этом, в зависимости от расположения слоя укрепленного грунта в конструкции дорожной одежды, определяют величину таких физико-механических показателей грунтовой смеси, как сопротивление сжатию и растяжению, модуль упругости, морозостойкость и водостойкость. Расходы добавок в грунтовую смесь для каждого конструктивного слоя подбирают таким образом, чтобы полученные в результате показатели комплексно укрепленных грунтов удовлетворяли требованиям действующих нормативно-технических регламентов. Было установлено и подтверждено многолетними исследованиями в лабораторных и производственных условиях, что при укреплении грунтов двумя вяжущими материалами, характеризующимися весьма различными, но не антагонистическими свойствами и различной структурой (например, кристаллизационной, свойственной цементам, и коагуляционной, свойственной битумам и полимерным композициям), они приобретают повышенные сдвигоустойчивость, морозо-, температуростойкость и при необходимости могут быть менее жесткими и деформативными материалами. Методы, сочетающие при укреплении грунтов внесение добавок двух вяжущих веществ или одного вяжущего и поверхностно-активного вещества гидрофобного типа (ПАВ-стабилизатор грунтов), получили название комплексных методов (технология комплексного укрепления грунтов). В процессе изучения преимуществ, заложенных в комплексных методах укрепления грунтов, было установлено, что при этом формируются ранее неизвестные типы сложных пространственных структур совмещенного типа. Характерной особенностью данных структур является то, что при правильном технологическом процессе в микрообъемах укрепленного грунта формируются два типа пространственных бинарных структур, характеризующихся разными свойствами, дополняющими друг друга и компенсирующими недостатки укрепленного грунта каждой из моноструктур. Такие бинарные (совмещенные) структуры являются взаимопроникающими.

        Применение в качестве химических добавок специально разработанных для таких случаев композиций полимерных стабилизаторов грунтов в цементогрунтовых смесях создает дополнительные возможности для строительства дорожных одежд с монолитными морозостойкими водонепроницаемыми основаниями. При добавке в грунтовые смеси полимерных стабилизаторов грунтов, вступающих в химическую реакцию с цементом, укрепленные грунты приобретают улучшенные свойства (прочность, эластичность, водостойкость, морозостойкость, технологичность) и позволяют исключить основные недостатки цементогрунтов, такие как образование температурных и усадочных трещин с передачей (отражением) их в слои покрытия. Многолетние исследования в различных странах мира показывают, что показатели прочности грунтовых смесей, обработанных полимерными стабилизаторами грунтов, значительно улучшаются при добавлении неорганических вяжущих (цемента), а добавление в грунтовую смесь полимерного стабилизатора приводит к улучшению деформационных характеристик укрепленных грунтов (цементогрунтов). Кроме того, улучшенные полимерными добавками свойства укрепленных грунтов позволяют применить принципы унификации конструкций, что обеспечивает минимум конструктивных слоев, технологических операций, времени и оборудования для их строительства. Принципы унификации конструкций с применением комплексно укрепленных грунтов позволяют предусмотреть все разнообразие влияний природно-климатических факторов, исключить часть таких влияний и свести перечень решаемых при конструировании задач к двум основным:

• обеспечению несущей способности и прочности одежды за счет основания;
• сохранению устойчивости дорожной конструкции за счет предотвращения увлажнения рабочего слоя земляного полотна и слоев основания.

Такой подход к проектированию во многих случаях снижает необходимость применения сложных многослойных конструкций, а также специальных узкофункциональных слоев (дренирующих, прерывающих прослоек, морозозащитных, теплоизолирующих и т. п.). Количество, толщина слоев и их сочетание зависят от решаемой инженерной задачи и определяются расчетом и технико-экономическим обоснованием дорожной конструкции.

Для строительства дорог с использованием технологии комплексного укрепления грунтов методом смешения местных грунтов и добавок на месте производства работ применяется специальный отряд дорожно-строительной техники. Как правило, в него входят грейдер, автоцистерна (поливомоечная машина) для доставки воды, каток от 15 т, распределитель вяжущих, погрузчик, а также грунтосмесительное дорожно-строительное оборудование, обеспечивающее требуемую точность дозировки вносимых в грунт компонентов и однородность укрепляемой грунтовой смеси. К такому грунтосмесительному оборудованию относятся грунтовые фрезы, ресайклеры и передвижные грунтосмесительные установки. Эта современная высокоэффективная техника позволяет значительно улучшить качество работ по укреплению (комплексному укреплению) грунтов, а также сократить сроки выполнения работ. В настоящее время такую специальную дорожно-строительную технику выпускает ряд ведущих зарубежных изготовителей, таких как: Caterpillar (США), Terex США), Roadtec (США), Sakai, Niigata и Komatsu (Япония), Bomag и Wirtgen  (Германия), Bitelli и FAE (Италия), XCMG XLZ250K и WR2300E (Китай). Машины Caterpillar, Bomag и Bitelli построены по одной схеме.

При использовании в строительстве или ремонте дорог высокопроизводительной техники, такой как самоходные ресайклеры (Catarpiller, Bomag, Wirtgen и т.д.) или навесные грунтовые фрезы, такие как Stehr или FAE, в течение рабочей смены может производиться устройство от 2000 до 4000 м² конструктивного слоя укрепленного грунта. Основным рабочим органом ресайклеров, где происходит смешение грунтовой смеси с добавками, является фреза с цилиндрическими резцами (рис. 2). Количество вводимого в обрабатываемый грунт раствора стабилизатора грунтов и других жидких вяжущих точно дозируется насосом, который управляется микропроцессорной системой, что обеспечивает требуемые физико-механические параметры получаемого в результате укрепленного грунта. В случае применения совместно со стабилизатором грунтов порошкообразных вяжущих добавок, таких как цемент или известь, они равномерно распределяются по поверхности перед началом фрезерования специальными распределителями и затем тщательно смешиваются с грунтом и другими добавками посредством ресайклера.

Компания Wirtgen выпускала ресайклеры моделей 1000 CR, 2100 DСR, СR 4500, WR 2500, а также установку WМ 400 (в настоящее время выпускается и модель WM 1000) для приготовления цементно-водной суспензии и работы в комплекте с WR 2500. Модель WR 2500 фирма относит к самым совершенным ресайклерам, позволяющим использовать новейшие технологии в широком спектре работ – от укрепления слабых грунтов до восстановления асфальтобетонных покрытий (холодный ресайклинг).

Необходимо отметить, что в настоящее время в России отсутствует производство дорожно-строительной грунтосмесительной техники такого уровня. В связи с актуальностью внедрения технологий укрепления грунтов в дорожной отрасли производителям дорожно-строительной техники необходимо как можно быстрее обратить свое внимание на изготовление отечественного высококачественного грунтосмесительного оборудования.

Комплектование отряда дорожно-строительной техники (рис. 3) для работ по укреплению грунтов обосновывают в проектах производства работ (ППР) и проектах организации строительства (ПОС) в соответствии со СНиП 12-01-2004.

Работам по укреплению грунтов должны предшествовать мероприятия по устройству системы водоотвода (канав, кюветов, водоотводных труб).

Расчет параметров технологического процесса производят на участке выполнения работ, включающих в себя определение длины захватки (участок строящейся дороги с повторяющимися производственными процессами, составом и объемом работ, на котором расположены основные производственные средства, выполняющие одну или несколько совмещенных по времени рабочих операций специализированного потока).

Можно с уверенностью сказать, что технология стабилизации и укрепления грунтов является идеальным решением для создания современной транспортной инфраструктуры в нашей стране, позволяющим не только обеспечить необходимую несущую способность оснований дорожных одежд, но и в большинстве случаев минимизировать затраты, сроки выполнения работ и потребность в инертных материалах.

Е. Антонова, А. Босов

www.paragongroup.ru