Укладка тротуарной плитки в БрянскеУрок 1. Коэффициент уплотнения

Этот тип покрытия нашел, в последние годы, широкое распространение в нашей стране, при благоустройстве территорий различного назначения. Покрытие из тротуарной плитки обладает высокими эксплуатационными свойствами – экологически чистое, долговечное, легко демонтируются и восстанавливаются при прокладке и ремонте подземных коммуникаций. Разнообразие камней мощения по форме, размеру и цвету, дает возможность создавать широкую гамму архитектурных форм. Кроме того, опыт зарубежного строительства дает основание возможности применения их на заводских территориях, в портах, где наблюдается интенсивное движение транспорта повышенной грузоподъемности.

Срок службы таких покрытий, с сохранением высоких эксплуатационных свойств, обусловлен выполнением определенных требований при их устройстве. Если условия выполнения работ по устройству дорожных покрытий из асфальто-или цементобетона в достаточной мере оговорены, то нормативные требования по устройству покрытий из камней мощения практически отсутствуют. А, те немногочисленные документы, которые имеются, требуют существенных дополнений и изменений. Следует отметить еще и невысокую квалификацию персонала выполняющего эти работы. Поэтому в процессе строительства таких покрытий часто допускаются серьезные ошибки, что и приводит к преждевременному выходу их из строя. Так на рис. 1 , рис 2. показаны различные виды деформаций уложенного покрытия, которые могут иметь следующие причины:

- неправильно спроектирована конструкция;
— плохой водоотвод;
— непригодный материал основания и подстилающих слоев;
— плохое уплотнение нижележащих слоев и основания.

Конечно, здесь могут влиять и другие факторы технологии устройства, но вышеперечисленные — являются главными причинами снижения срока службы такого покрытия.

Рассматривать вариант, при котором устройство покрытий из камней мощения выполнено без учета всех четырех условий не имеет смысла, ввиду априори известного отрицательного результата выполненной работы.

Учитывая высокий уровень грунтовых вод  в Брянске, небрежное отношение к водоотводу может привести к катастрофическим результатам. Если приплюсовать к этому  погодно-климатические условия региона, а также наличие в нижних слоях основания грунтов склонных к морозному пучению, то появление деформаций покрытия из тротуарной плитки становится неизбежным.

К такому же результату приводит и недостаточное уплотнение грунтовых оснований, даже если грунты отвечают строительным требованиям.

Минимальные деформации или даже полное их отсутствие на протяжении всего срока службы покрытия обеспечивает правильно подобранный материал и достаточно надежное уплотнение всех нижележащих слоев конструкции.

Как правило, перед началом работ, следует установить — к какой разновидности относится грунт, расположенный в зоне строительства, определить его основные физико-механические характеристики, стандартную плотность, оптимальную влажность, число пластичности.

Так в соответствии с ГОСТ 25.100-95 классификация грунтов осуществляется по следующим группам признаков:

При устройстве покрытий из тротуарной плитки чаще всего используют класс природных дисперсных грунтов. К этому классу относятся все рыхлые горные породы коры выветривания каменной оболочки Земли (литосферы).

Грунты могут быть несвязными (сыпучими) или связными. Прочность связей между частицами во много раз меньше прочности самих частиц. Так разновидности класса природных дисперсных грунтов по прочности и плотности можно представить следующей таблицей №1.

 Для качественного выполнения технологического процесса уплотнения и выбора уплотняющих машин необходимо знать физическую природу грунтов, их физико-механические свойства, особенно прочностные и деформативные, а также влияние на них различных факторов. Основными характеристиками грунтов, определяющих его строительные свойства являются его структура, текстура и вещественный состав.

Так под структурой грунта понимается пространственная организация компонетов грунта, характеризующаяся совокупностью морфологических (размер, форма частиц, их количественное соотношение), геометрических (пространственная композиция структурных элементов) и энергетических признаков (тип структурных связей и общая энергия структуры) и определяющаяся составом, количественным соотношением и взаимодействием компонентов грунта.

Текстура грунта – пространственное расположение слагающих грунт элементов (слоистость, трещиноватость и др). Вещественный состав грунта – категория, характеризующая химико-минералогический состав твердых, жидких и газовых компонентов. Как известно, грунт состоит из твердых минеральных частиц, воды в различных видах и состояниях, газообразных включений (Рис.2).

Твердые минеральные частицы разнообразны по форме, размерам и составу.

Форма: — угловатая, окатанная, округлая – крупные частицы;

пластинчатая, чешуйчатая – мелкие частицы.

Толщина пластинок в 20, а иногда в 300 раз меньше их поперечных размеров.

1- твёрдые частицы, 2-влага, 3-защемленный воздух

Рис. 2 Компоненты грунта.

Разделение грунтов по размерам частиц:

- галечные ………..более 20 мм;

 -гравелистые ……….-2 – 20 мм;

- песчаные ……….-0,5 – 2 мм;

- пылеватые ……….-0,5 – 0,005 мм;

- глинистые ………- менее 0,005 мм.

Разделение грунтов по количеству в них глинистых частиц.

Глинистые частицы имеют форму пластинок (чешуек). Ввиду большой удельной поверхности таких частиц, свойства грунтов определяются содержанием в них глинистых частиц. Особенно активно такие частицы взаимодействуют с водой.

Вода в грунтах играет большую роль. Так минеральные частицы грунта несут электрический заряд разного знака на краях и гранях. А поскольку молекулы воды представляют собой диполь (молекула, имеющая на одном конце положительный, а на другом — отрицательный заряд), то они и ориентируются относительно поверхности минеральных частиц в соответствии со знаком заряда, образуя  на поверхностях каменных частиц следующие слои:

I- прочносвязанной адсорбционной воды;

II- рыхлосвязанной сорбированной воды;

III- свободной воды (вне сферы действия молекулярных сил).

Прочносвязанная вода обладает прочностью при сдвиге и более низкой температурой замерзания, чем обычная вода. Толщина этого слоя воды ориентировочно составляет 0,2 мкм.

Рыхлосвязанная вода может переходить в свободную, подверженную гравитационным воздействиям. Уплотнение грунтов часто связано с приложением к ним быстродействующей повторяющейся нагрузки. Способность рыхлосвязанной воды в грунтах под влиянием внешних воздействий (вибрации, ударов) переходить из связанного состояния в свободное приводит к резкому снижению структурных сопротивлений в грунтах, что облегчает их уплотнение. Такие изменения в грунтах называются тиксотропными. Это обратимый процесс, когда вслед за разупрочнением по прекращении действия нагрузки начинается этап тиксотропного упрочнения. При этом грунт восстанавливает свои первоначальные свойства. Тиксотропные свойства грунтов широко используются при их уплотнении.

Влажность относится к числу факторов, влияние которых на физико-механические свойства грунта особенно велико. По мере повышения влажности связный грунт из монолитного, сравнительно прочного, но вместе с тем хрупкого состояния, постепенно приобретает пластичность, превращается в пасту, а затем переходит в текучее состояние. Влага обусловливает силы связей между частицами, особенно это относится к глинистым грунтам.

Если взять воздушно сухую навеску грунта и, постепенно добавляя в грунт воду, наблюдать за его состоянием, то можно отметить такие характерные влажности как :

- предел раскатывания (или нижний предел пластичности) – Wр соответствует такой влажности грунта в процентах, при которой изготовленное из грунта и воды тесто, раскатанное в жгут диаметром 3 мм, начинает расползаться на кусочки длиной 3-10 мм;

- предел текучести (или верхний предел пластичности) – Wт соответствует такой влажности грунта, при которой стандартный прибор – конус под действием силы тяжести за 5с погружается в грунт на глубину 10 мм.

Число пластичности – представляет собой разность между пределом текучести и пределом раскатывания, выраженный в процентах — J = Wт — Wр .Число пластичности – «J» важный показатель, который используется как критерий для разделения грунтов на виды:

- J > 17 – глина;
— J = 17 – 7 – суглинок;
— J < 7 — супеси;
— J = 0 — непластичные грунты (пески).

Такое деление грунтов используется как в отечественной так и зарубежной практике.

Влажность (W) — это отношение массы воды (m2) к массе твердых частиц (m1) в процентах:
W = m2/m1*100%.

Объемная масса (плотность скелета грунта — δск) – это масса твердых частиц в объеме твердых частиц (V1):
δск = m1/ V1.

Плотность скелета грунта может быть определена через объемную массу сырого грунта (δ) и влажность как
δск = δ/(1 +W).

Нормы плотностей различны для различных земляных инженерных сооружений. Применяемые для уплотнения машины должны позволять получить те плотности грунтов, которые устанавливаются нормами.

Требуемые плотности грунтов устанавливают по результатам их испытаний в приборе стандартного уплотнения. За рубежом это прибор Проктора, или модифицированный прибор Проктора.

Прибор стандартного уплотнения — стальной стакан, внутренний диаметр и высота которого соответственно 100 мм и 127 мм, а объем -1 литр. Грунт уплотняют в этом стакане послойно в три слоя специальной трам¬бовкой. Работа на уплотнение каждого слоя одна и та-же. Она определяется числом ударов гири массой 2,5 кг, сбрасываемой с высоты 30 см — по 40 ударов на слой (ГОСТ 22733-77).
В конце уплотнения измеряется полученная в итоге плотность грунта. Уплотнение грунта в этом стакане каждый раз производится при разных влажностях, постепенно увеличивая количество влаги в исходном грунте на 1-2 %. По результатам испытаний строится кривая, устанавливающая зависимость достигнутой плотности скелета грунта σск от его влажности W.

Из графика видно, что при определенной для данной нагрузки влажности плотность грунта приобретает максимальное значение. Эта плотность называется максимальной стандартной плотностью — δ max, а соответствующая ей влажность — оптимальной влажностью — Wo. Эти два показателя являются важной характеристикой состояния грунта и широко используются в дорожно-строительной практике. Как видно из этой зависимости, для данной нагрузки уплотнения при других влажностях достигаются меньшие плотности. Поэтому чтобы получить максимально возможную плотность для данной уплотняющей машины необходимо влажность уплотняемого материала поддерживать к значениям близким к оптимальной — Wo.

При более высоких нагрузках уплотнения (путем увеличения массы гири или высоты падения), можно достичь более высокой максимальной плотности грунта. При этом оптимальная влажность будет меньше.

Например, кривая 2 имеет значения δ max ‘ и Wo’.

Требуемую плотность δ о, которую нужно обеспечить в инженерных земляных сооружениях, определяют как долю от максимальной стандартной плотности:

δ о=Ky* δ max ,
где Кy — коэффициент уплотнения = δ о/ δ max.
Значения коэффициента уплотнения для каждого земляного сооружения устанавливаются в пределах Кy=0,9-1,0 (СНиП 2.05.02-85), в зависимости от вида инженерного сооружения и условий его эксплуатации.

Нагрузки являются основной причиной, вызывающей деформации грунтов земляного полотна или другого инженерного сооружения. Погодно-климатические факторы могут в процессе эксплуатации сооружения изменять влажность и плотность грунта и тем самым снижать сопротивляемость грунтов действию внешних нагрузок, и поэтому их деформации возрастают.

После устройства покрытия из тротуарной плитки, нижние слои конструкции претерпевают деформации различного вида.

Причины, которые вызывают эти деформации можно разделить на следующие:

- деформации консолидации;
— вызванные действием переменной нагрузки на покрытие (движение транспорта);
— связанные с повышением влажности;
— деформации морозного пучения;
— деформации оттаивания грунта.

Размер этих деформаций, при прочих равных условиях, определяется его состоянием после завершения строительства, то есть плотностью и влажностью. Поэтому достижение высокой плотности грунта в процессе строительства и снижение его влажности (хороший водоотвод), в процессе эксплуатации сооружения снизит возможные деформации покрытия, продлить его срок службы при хорошем его состоянии.

Литература:

[1] – Н.Я.Хархута, Ю.М.Васильев Прочность,устойчивость и уплотнение грунтов земляного полотна автомобильных дорог. «Транспорт», 1975.
[2] – В.П.Ложечко, А.А.Шестопалов Машины для уплотнения грунтов и асфальтобетонных смесей. СПбГПУ,2006.
[3] – Ю.Б.Костиков Мощение: теория и практика 2008.

  Укладка тротуарной плитки в Брянске: 8-953-274-57-17