PL240184B1

PL240184B1 - Sposób ulepszenia podłoża gruntowego

Info

Publication number: PL240184B1
Application number: PL422895A
Authority: PL
Inventors: Rafał Sochacki
Original assignee: Sochacki Rafal Tech Drogowe Sochacki
Priority date: 2017-09-16
Filing date: 2017-09-16
Publication date: 2022-02-28
Also published as: PL422895A1

Description

PL 240 184 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób ulepszenia podłoża gruntowego na drodze powierzchniowej lub wgłębnej stabilizacji.

Nowo budowane drogi komunikacyjne napotykają na trudne warunki gruntowe, ponieważ są najczęściej lokalizowane na terenach o słabonośnych gruntach, które bez wymiany lub ulepszenia nie zapewniają trwałości konstrukcji nawierzchni. Największe problemy pojawiają się wówczas, gdy mamy do czynienia z gruntami, które charakteryzują się utratą nośności w razie nadmiernego nawodnienia, pęcznienia czy niszczącego oddziaływania mrozu. Modyfikowanie podłoża wynika z potrzeby zwiększenia nośności i zmniejszenia osiadania budowli. Ulepszanie podłoża gruntowego stosuje się także w celu zapobiegania utracie stateczności, a także dla zabezpieczenia skarp wykopów i ochrony pobliskich konstrukcji, ponieważ wzmacnianie gruntu zapobiega upłynnianiu podłoża i stabilizuje jego strukturę.

Znanych jest wiele sposobów ulepszania podłoża gruntowego, różniących się mechanizmem polepszania. Zazwyczaj grunty charakteryzujące się zbyt małą nośnością, często zostają usunięte bądź wzmocnione. Wybór metody ulepszania słabych podłoży zależy między innymi od rodzaju i stanu gruntów tworzących podłoże oraz warunków wodnych w podłożu. Jedną z najstarszych metod ulepszania podłoża nawierzchni drogowych jest stabilizacja powierzchniowa, która polega na mieszaniu spoiwa z gruntem górnej warstwy podłoża i odpowiednim zagęszczeniu tej warstwy. W znanym sposobie ulepszenia podłoża gruntowego metodą zmiany składu zazwyczaj jako spoiwo stosuje się grunt gruboziarnisty, popioły lotne, cement, wapno, bentonit, żywice, bitumy lub chemiczne związki, zwłaszcza krzemiany.

Wybór spoiwa zależy przede wszystkim od rodzaju i stanu gruntu oraz od sposobu jego dodania do gruntu. Proces ulepszania gruntu w tej metodzie polega na rozdrobnieniu istniejącego gruntu, dokładnym wymieszaniu go, przy optymalnej wilgotności ze spoiwem w celu osiągnięcia wymaganych parametrów wytrzymałościowych, wałowaniu, zagęszczaniu i profilowaniu. Zazwyczaj po dodaniu spoiwa stosuje się mechaniczne lub hydrauliczne mieszanie na odpowiedniej głębokości gruntu przy zastosowaniu mieszarek ruchomych lub stacjonarnych.

Zaletą tej metody jest łatwość wykonania i niski koszt, natomiast wadą jest niejednorodny rozkład wilgotności stabilizowanego gruntu. W odniesieniu do metody stabilizacji powierzchniowej istotnym problemem jest miąższość warstwy stabilizowanego gruntu. W przypadku mieszania na miejscu, miąższość ta jest za mała co nie zawsze gwarantuje odpowiednie wzmocnienie podłoża i niedopuszczenie do nawodnienia warstw w strefie przemarzania. Zasadniczo największe problemy się pojawiają w przypadku gruntów niejednorodnych (w jednym miejscu glina, gruz, pospółka), gruntów przewilgoconych, nie nośnych.

Istnieje zatem potrzeba zapewnienia rozwiązania zdolnego do eliminacji wspomnianych powyżej wad poprzez sposób ulepszania gruntów na drodze powierzchniowej lub wgłębnej stabilizacji, który nie wymagałby specjalnej preparacji podłoża jak też nadawałby się do stabilizacji powierzchniowej o dowolnym składzie mineralogicznym bez względu na ich odczyn oraz stopień wilgotności. Cel ten został osiągnięty za pomocą sposobu według wynalazku.

Istotą wynalazku jest sposób ulepszenia podłoża gruntowego poprzez zmieszanie gruntu ze spoiwem i wodą, wałowanie oraz zagęszczenie i profilowanie, charakteryzujący się tym, że miesza się na głębokość 35 cm grunt z mineralnym spoiwem z aktywnych wypełniaczy hydraulicznych, na bazie popiołów lotnych z węgla brunatnego, w ilości od 3-10% w stosunku do masy gruntu dozowanym wagowo w ilości 50+20 kg na 1 m³, w przeliczeniu na 1 m² powierzchni z dokładnością do ±5%. Następnie po zagęszczeniu rozprowadza się na podłożu gruntowym przy pomocy rozsypywarek spoiwo w postaci cementu w ilości 2-3% w stosunku do masy gruntu i miesza z mieszanką gruntową na głębokości 15 cm mieszanki gruntowej zawierającej popiół, a następnie powierzchnię warstwy gruntu wyrównuje się i profiluje. Korzystnie mineralne spoiwo w postaci popiołów lotnych aplikuje się do gruntu w ilości od 3-6% w stosunku do masy gruntu, a wodę dozuje się objętościowo lub wagowo, aż do uzyskania wilgotności optymalnej, z tolerancją +10%, -20% jej wartości.

W sposobie według wynalazku zastosowano dwa rodzaje spoiw. Ulepszanie podłoża poprzez dodanie mineralnego spoiwa z aktywnych wypełniaczy hydraulicznych opartych na bazie popiołów lotnych z węgla brunatnego oraz spoiwa w postaci cementu powoduje zwiększenie oporu podłoża poprzez wzrost wytrzymałości gruntów, zmniejszenie odkształcalności gruntów, zmniejszenie przesiąkliwości, w tym wodoprzepuszczalności gruntów.

Claims

PL 240 184 B1

Zaletą tego rozwiązania jest to, że mieszając na pełną głębokość z popiołem lotnym wapiennym, a następnie na mniejszą z dodatkiem cementu, oszczędzamy cement nie tracąc parametrów.

Dodatek spoiwa w postaci mineralnego spoiwa z aktywnych wypełniaczy hydraulicznych pozwolił na doprowadzenie gruntu do wilgotności optymalnej oraz jego zagęszczenie. Dodanie zaś spoiwa w postaci cementu spowodowało właściwe związanie gruntu i uzyskanie potrzebnej wytrzymałości. Dodanie dwóch spoiw pozwoliło ulepszyć grunty, które są przewilgocone.

P r z y k ł a d w y k o n a n i a • wymagana nośność min 120 MPa

W sposobie ulepszenia podłoża gruntowego według wynalazku wykonano odcinek próbny o powierzchni ok. 600 m². W trakcie wykonywania odcinka próbnego określono właściwą głębokość 35 cm mieszania do osiągnięcia projektowanej grubości warstwy po zagęszczeniu 35 cm oraz ilość przejść walców stalowych do robót ziemnych i gumowych stosowanych do zagęszczania.

Potwierdzono właściwą ilość 3% dodawanego mineralnego spoiwa z aktywnych wypełniaczy hydraulicznych na bazie popiołów lotnych z węgla brunatnego na 2% cementu I 42,5 (15 cm). Grunt ulepszany mineralnym spoiwem z aktywnych wypełniaczy hydraulicznych przygotowano metodą mieszania na miejscu.

Dopuszcza się przygotowanie mieszanki spoiwa w wytwórniach stacjonarnych. Sposób wytwarzania takiej mieszanki obejmuje:

• ewentualne dodanie wody - do wilgotności optymalnej, • rozłożenie spoiwa - w ilości zgodnej z receptą roboczą, • wymieszanie wszystkich składników na projektowaną głębokość.

Mineralne spoiwo z aktywnych wypełniaczy hydraulicznych w ilości 50+120 kg na 1 m³ rozsypano za pomocą rozsypywarek i przemieszano na dużą głębokość 35 cm. Mineralne spoiwo zaaplikowano do gruntu specjalistycznym sprzętem drogowym w ilości od 3-10% w stosunku do masy gruntu (uzależnionego od jego wilgotności). Po przemieszaniu gruntu z mineralnym spoiwem w postaci popiołów lotnych uzyskano mieszankę, którą w następnej fazie prac poddano wałowaniu, zagęszczaniu i profilowaniu. Powierzchnię warstwy zagęszczano sprawdzoną na odcinku próbnym ilością 4 przejść walca. Po wyrównaniu powierzchni warstwy przystąpiono do końcowego zagęszczania aż do osiągnięcia wskaźnika zagęszczenia zgodnego z dokumentacją projektową. Potrzebną ilość 4 przejść walców dobrano doświadczalnie podczas wykonywania odcinka próbnego. Zagęszczanie rozpoczęto od krawędzi warstwy ulepszonego gruntu i posuwano się pasami równoległymi w stronę środka drogi. Kolejne pasy zachodziły na siebie co najmniej 10 cm. W przypadku wykonywania warstwy o dużej grubości, do początkowego zagęszczania należy stosować ciężkie walce wibracyjne lub okołkowane. Dalej zagęszczenie kontynuowano przy użyciu walców stalowych gładkich i walców ogumionych. Po zagęszczeniu warstwy rozsypano dodatkowe spoiwo w postaci cementu jeszcze raz wymieszano tym razem na mniejszą głębokość, 15 cm mieszanki gruntowej zawierającej popiół. Spoiwa w postaci popiołów lotnych oraz cementu dodawano przy użyciu rozsypywarek. Czas od momentu rozłożenia cementu na gruncie do momentu zakończenia mieszania wyniósł ok. 4 godzin. Po zakończeniu mieszania powierzchnię warstwy gruntu wyrównano i wyprofilowano do wymaganych w dokumentacji projektowej rzędnych oraz spadków poprzecznych i podłużnych. Wzmocnienie uzyskano poprzez mechaniczne mieszanie gruntu ze spoiwem, podawanym w postaci suchego proszku tj. popiołów lotnych oraz cementu, którego ilość mieściła się w przedziale 50+120 kg na 1 m³ gruntu. Spoiwa mogą też być rozłożone jedno po drugim i łącznie wymieszane z gruntem. Tak wykonana stabilizacja podlegała odpowiedniej pielęgnacji przez zraszanie wodą lub przykrycie warstwą kruszywa.

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób ulepszenia podłoża gruntowego poprzez zmieszanie gruntu ze spoiwem i wodą, wałowanie oraz zagęszczenie i profilowanie, znamienny tym, że po wymieszaniu na 35 cm gruntu z mineralnym spoiwem z aktywnych wypełniaczy hydraulicznych, na bazie popiołów lotnych z węgla brunatnego, w ilości od 3-10% w stosunku do masy gruntu dozowanym wagowo w ilości 50+120 kg na 1 m³, w przeliczeniu na 1 m² powierzchni z dokładnością do ±5% oraz zagęszczeniu, rozprowadza się na podłożu gruntowym przy pomocy rozsypywarek spo

4 PL 240 184 B1 iwo w postaci cementu w ilości 2-3% w stosunku do masy gruntu i miesza z mieszanką gruntową na głębokość 15 cm mieszanki gruntowej zawierającej popiół, a następnie powierzchnię warstwy gruntu wyrównano i wyprofilowano.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że mineralne spoiwo w postaci popiołów lotnych aplikuje się do gruntu w ilości 3-6% w stosunku do masy gruntu.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wodę dozuje się objętościowo lub wagowo, aż do uzyskania wilgotności optymalnej, z tolerancją +10%, -20% jej wartości.