Низкая стоимость автомобильных дорог с покрытиями простейшего типа достигается в результате применения местного грунта в качестве основного материала для их строительства. Для обширной территории России характерно большое разнообразие природно-климатических условий, включая грунтовые, поэтому иногда для обеспечения проезда автомобилей достаточно выровнять поверхность грунтового основания. Это относится к редким по применению в практике дорожного строительства грунтам, классифицированным по ГОСТ 25100-95 как скальные.

Таблица 21.1

Классификация покрытий дорожных одежд низшего типа

По данным проф. Ю.М. Васильева (Хархута Н.Я., Васильев Ю.М. Прочность, устойчивость и уплотнение грунтов земляного полотна автомобильных дорог. - М.: Транспорт, 1975. - 288 с.) наиболее часто при строительстве автомобильных дорог (до 80 % от общего протяжения сети) применяют связные грунты II класса - природные дисперсные (с механическими и водно-коллоидными структурными связями), по виду - глинистые (табл. 21.2).

Специфические свойства связных грунтов (гидрофильность, прочность, водонепроницаемость, набухание) в значительной мере определяют условия движения автомобилей по сезонам года. Прочность несвязных грунтов в меньшей степени зависит от влажности, однако проезд автомобилей по ним затруднён из-за образования колеи и большого сопротивления движению. Образование колеи в покрытии наблюдают при уменьшении содержания в песке пылеватых и глинистых частиц, а также если песок однороден по зерновому составу. Поэтому эффективное применение широко распространённых природных дисперсных грунтов в качестве материала для устройства покрытия связано с улучшением его прочностных свойств посредством специальных мероприятий.

Таблица 21.2

Класс природных дисперсных грунтов по ГОСТ 25100-95

Существует несколько классификаций методов искусственного улучшения или коренного изменения свойств грунтов, основанных на учёте различных признаков. В соответствии с назначением и видом строительства методы укрепления грунтов можно объединить в три основные группы: химические, физико-химические и физико-механические (табл. 21.3).

Группа химических методов включает способы, основанные на введении в грунт неорганических и органических вяжущих, а также различных синтетических полимерных смол холодного отверждения [98]. Характер изменения свойств грунтов при этом сводится, в первую очередь, к значительному увеличению прочности, водо- и морозостойкости, улучшению водопроницаемости грунтов в результате изменения состава и структурных связей.

Физико-химические методы укрепления грунтов применяют для снижения водопроницаемости, пылимости, пучинистости, улучшения уплотняемости в результате изменения поверхности минеральных частиц и прежде всего их обменной способности. Способы этой группы методов наиболее эффективны при улучшении свойств суглинков и глин различного состава и генезиса.

Улучшение инженерно-геологических свойств грунтов без существенного изменения их полидисперсной структуры можно достичь при помощи физико-механических методов (размельчение, перемешивание, уплотнение, введение гранулированных добавок, кольматация, осушение грунтов и пр.).

Применение перечисленных методов технической мелиорации грунтов находит широкое применение в практике строительства автомобильных дорог и носит во многих случаях комплексный характер. Например, для обеспечения устойчивости, водопроницаемости, ликвидации просадочности и пучинистости природных дисперсных грунтов технологией строительства земляного полотна и слоев дорожных одежд наряду с другими обязательными операциями предусматривают механическое укрепление. Основным видом воздействия в этом случае служит механическая энергия динамических и статических нагрузок уплотнения, вибрации, взрывов, давления, разряжения, гравитационного поля.

Улучшение свойств укреплённых грунтов в покрытиях простейшего типа связывают с изменением их состава и структуры. В укреплённом материале могут сформироваться три основных типа структур, которые впервые были выделены акад. П.А. Ребиндером - кристаллизационная, коагуляционная и конденсационная.

Классификация методов искусственного улучшения свойств связных грунтов (по Л.В. Гончаровой, Г.И. Баннику)

Таблица 21.3

Основными процессами, приводящими к образованию новых структурных связей в грунтах, являются: при химических методах укрепления - гидратация и гидролиз цементных зёрен, твердение продуктов гидратации и их новообразований, полимеризация и поликонденсация синтетических веществ; при физико-химических методах - ионный обмен, адгезия вяжущих, необратимая коагуляция частиц, адсорбция, диспергация, кристаллизация и др.; при физико-механических методах - разупрочнение, упрочнение, электроосмос, электрофорез, спекание, плавление и др. (Укреплённые грунты. (Свойства и применение в дорожном и аэродромном строительстве/В.М.Безрук, ИЛ. Гурячков, Т.М. Луканина и др. - М.: Транспорт, 1982. - 321 с.)

Качество упрочнения грунтов находится в сложной функциональной зависимости от свойств минерального заполнителя, применяемых реагентов и добавок, а также от соблюдения регламента производства работ [98].