Использование для дорожных одежд местных грунтов, укрепленных минеральными и органическими вяжущими, необходимо при отсутствии гравия и щебня, поскольку стоимость перевозки последних из других районов значительно повышает стоимость дорожных одежд.
На дорогах общего пользования слои из грунта, укрепленного вяжущими, большей частью устраивают в основании, т. е. в нижних слоях дорожных одежд. В связи с незначительной интенсивностью движения их можно использовать и в качестве покрытий, но из-за недостаточной износоустойчивости по поверхности укрепленного грунта следует укладывать слой износа (обычно в виде поверхностной обработки).
Применение органических вяжущих. Для укрепления местных грунтов применяют дорожные битумы марок СГ 70/130, МГ 70/130, СГ 130/200, МГ 130/200 и каменноугольные дегти марок Д-2, Д-3 и Д-4. Медленногустеющие битумы применяют в южных районах страны. Для понижения вязкости органические вяжущие перед розливом подогревают до рабочей температуры 80—100° С, розлив производят из гудронатора. К влажным грунтам и каменным материалам битум не прилипает. Работы с битумом и дегтем можно выполнять только в сухую погоду при температуре воздуха не ниже 10° С. На время дождей работу приостанавливают. С использованием битумных эмульсий, изготовляемых дорожными организациями, работу можно выполнять и при влажной поверхности минерального материала.
Технология устройства покрытия из грунтобитума аналогична используемой при устройстве покрытий методом смешения органического вяжущего с гравием или щебнем на дороге. Наиболее пригодны для укрепления битумом супесчаные грунты, оптимальные грунтовые смеси, пылеватые грунты и легкие суглинки. В III—V климатических зонах можно использовать и тяжелые суглинки, предварительно улучшенные добавками песка. При хорошем качестве строительства покрытия из грунтобитума выдерживают значительную интенсивность движения и достаточно долговечны.
Количество вяжущего устанавливают на основании лабораторных испытаний образцов грунта. Обычно для супесей требуется битума 5—8% (дегтя 6—9%), для суглинков соответственно 6—12% (7—14%) веса обрабатываемой части грунта. При использовании суглинков к грунтам следует добавлять 2—3% извести.
Лучшее перемешивание местного грунта с вяжущим достигается при использовании дорожной (или болотной) фрезы, хотя можно применять дисковые бороны и грейдеры. При наличии только грейдера требуется очень большое число проходов. Технология устройства покрытия приведена ниже.
1. Земляное полотно профилируют, при необходимости увлажняют и рыхлят грунт на глубину обработки. Если грунт земляного полотна непригоден для укрепления органическими вяжущими, необходимы добавки улучшающего грунта (иногда самосвалами привозят требующийся грунт из ближайших карьеров); для определения его объема следует учитывать коэффициент уплотнения укрепляемого слоя (1,4—1,7). Добавки перемешивают с грунтом земляного полотна за 2—3 прохода фрезы по следу.
2. С помощью фрезы рыхлят и измельчают слой грунта до 18—20 см. На супесчаных грунтах скорость движения фрезы должна быть 0,25—0,3 и на суглинистых 0,1—0,15 км/ч. После измельчения грунта при необходимости вводят известь или раствор хлористого кальция.
3. Дорожная фреза с помощью дозировочно-распределительной системы распределяет органическое вяжущее, при этом всю норму вводят за один проход по полосе обработки. Перемешивание вяжущего с грунтом достигается за 2—3 прохода по одному следу со скоростью 0,3—0,5 км/ч. Если для перемешивания применяют фрезы без распределительного устройства, дисковые бороны или автогрейдер, то вяжущее разливают в несколько приемов с нормой розлива за один прием не более 3—3,5 л/м2. При этом после каждого розлива вяжущего смесь перемешивают за 1—2 прохода фрезы или за 2—4 прохода других машин. Окончательно смесь перемешивают фрезой (2—3 прохода по следу) или автогрейдером (4—6 проходов). Достаточно перемешанная смесь должна иметь равномерный (коричневый) цвет, хорошо спрессовываться в комок в руке, не пачкая ее. Перемешивать вяжущее с грунтом следует при температуре воздуха 15° С и выше.
4. После окончательного перемешивания смеси профилируют дорожные одежды и укатывают слой грунтобитума. Если перемешивание производилось с битумной эмульсией при высокой влажности грунта, то предварительно смесь проходами фрезы или других орудий просушивают до оптимальной влажности, при которой ее следует уплотнять. Наиболее хорошо грунтобитум укатывается катками на пневматических колесах, но для их тяги необходимы колесные тягачи, а не гусеничные тракторы. Можно использовать и самоходные металлические гладкие катки. Достаточное уплотнение смеси достигается за 10—12 проходов катка по одному следу. Укатку следует начинать с обочин. Окончательно покрытие уплотняется и формируется под воздействием движения машин в течение 10—15 сут при хорошей погоде.
Толщину покрытий из грунтобитума указывают в проекте. Если общая толщина превышает 18—20 см, то покрытие делают 2-слойным, при этом слой 18—20 см целесообразно устраивать из грунтобитума, а над ним — слой меньшей толщины из более прочного и износостойкого материала. При корытном профиле поочередно устраивают слой за слоем. Нижний слой может быть из взрыхленного грунта земляного полотна, а верхний — из привозного.
Применение минеральных вяжущих. На лесохозяйственных и лесовозных дорогах все шире применяют цемент и известь, позволяющие создать прочный и дешевый материал для дорожных одежд. Грунтодемент применяют в Горьковской обл., на Урале и в Коми АССР. Опыт устройства грунтоцементных покрытий на лесохозяйственных дорогах имеется в Подольском и Шаховском районах Московской обл.
Цементом и известью можно укреплять песчаные, супесчаные и суглинистые грунты. Гумусовые горизонты почв укреплять цементом нельзя. Чисто песчаные грунты стабилизировать цементом не рекомендуется из-за резкого повышения расхода цемента, а известью — в связи с тем, что получается недостаточно водоустойчивый материал. Укрепление глинистых грунтов возможно, но крайне затруднено, так как не обеспечивается равномерное перемешивание грунта с цементом или известью; при этом значительно повышается расход вяжущего (в 1,5—1,7 раза). Наименьший расход цемента или извести и наибольшая прочность обеспечиваются при создании оптимальной грунтовой смеси. Для укрепления грунтов цементом желательно вместе с водой вводить хлористый кальций (0,5—1% веса смеси), который ускоряет процесс твердения цемента и повышает морозостойкость укрепляемого грунта.
В случае, если гравийные и каменные карьеры далеко или этих материалов недостаточно, можно применять комбинированные дорожные одежды с основанием из грунтоцемента или грунтоизвести с относительно тонким слоем покрытия из гравийных или каменных материалов. При выборе добавок и определении их дозировки следует учитывать местные условия, результаты лабораторных исследований и испытаний предварительно изготовленных образцов. Ориентировочные дозировки цемента следующие: для гравийных и грунтощебеночных смесей 4—6% веса укрепляемого грунта, для песков и легких супесей 5—8, тяжелых супесей и легких суглинков 8—10 и тяжелых суглинков 11 —13%.
Как и при укреплении грунтов органическими вяжущими, лучшие результаты при перемешивании получают при использовании дорожной (или болотной) фрезы, поскольку в данном случае особенно большое значение имеет тщательность разрыхления грунта и перемешивания его с цементом. Наиболее удобно использовать при устройстве грунтоцементных покрытий и оснований дорожную фрезу Д-530 на тракторе Т-100 ГП, снабженном ходоуменьшителем, позволяющим осуществлять поступательное движение со скоростью 0,1—0,9 км/ч. Ширина полосы обработки фрезой 2,5 и глубина 0,25 м. Помимо этого, дорожные фрезы имеют битумные насосы для дозировки битума, воды или водных растворов.
Технология устройства грунтоцемента (грунтоизвести) приведена ниже.
1. Земляное полотно уплотняют и планируют. При корытном профиле вырезают корыто, уплотняют его дно и перемещают в него грунт с обочин, при необходимости его улучшают. Затем грунт доводят до оптимальной влажности.
2. Грунт размельчают на установленную проектом глубину обработки за 1—2 прохода фрезы по одному следу. Рыхление должно обеспечить содержание комков размером более 5 мм, не превышающее 10% обрабатываемого грунта. Тонкость измельчения грунта зависит от поступательной скорости фрезы, которая не должна превышать на тяжелых суглинках 0,1—0,2, на легких 0,2—0,3 и на супесях 0,3—0,6 км/ч. В жаркую погоду суглинистые грунты необходимо увлажнять за 6—12 ч до начала работ.
3. Вяжущее распределяют с помощью специальных прицепных распределителей цемента Д-343Б или Д-688. Их загружают из автоцементовозов, подающих цемент по шлангу в аэрированном состоянии в бункер распределителя. Производительность цементораспределителя за смену до 120 т. При его применении получают ровную поверхность измельченного грунта; сошники заглубляются в грунт на 5—7 см. Если цементораспределителей нет, то цемент распределяют непосредственно из цементовозов. Во время перемешивания цемента с грунтом смесь необходимо дополнительно увлажнять. Для поливки используют дозировочно-распределительную систему дорожных фрез, автополивщик или любую цистерну с водой. При наличии двух фрез вслед за цементораспределителем первая перемешивает сухую смесь, а вторая увлажняет ее до оптимальной влажности и перемешивает.
Следует указать, что воды требуется довольно много (до 100—150 т/км). Увлажнение и перемешивание грунтоцементной смеси необходимы в течение 2—3 ч. Добавление к воде 0,5—1% к весу грунта хлористого кальция, сернокислого натрия или жидкого стекла ускоряет твердение, повышает морозостойкость и уменьшает испарение влаги. Поскольку дорожные фрезы лучше перемешивают смесь в продольном направлении, чем в поперечном, перемешанную за 1—2 прохода смесь следует дополнительно перемешать в поперечном направлении автогрейдером за 4—6 проходов.
4. Перемешанную и увлажненную смесь укатывают самоходными или прицепными катками на пневматиках весом 15—25 т. Требуемое уплотнение достигается за 10—14 проходов по следу. Время укатки не более 4 ч.
5. Осуществляют уход за грунтоцементным покрытием. Его существенной особенностью является то, что нельзя сразу открывать движение из-за недостаточной прочности. Для обеспечения нормальных условий твердения уплотненный слой грунтоцемента следует покрыть слоем разлитого битума (0,6—1,0 л/м2), битумной эмульсии или другого пленкообразующего материала. При невозможности устройства водонепроницаемого слоя необходимо в течение 10—15 сут поливать покрытие водой из расчета 2 л/м2-сут и для уменьшения ее испарения засыпать сверху слоем песка или опилок. Грунтоцементные покрытия можно устраивать при температуре выше 5° С; их устройство следует прекращать за 20—25 сут до наступления холодов.