УЛУЧШЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ГРУНТОВ С НИЗКОЙ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТЬЮ ДЛЯ ОСНОВАНИЯ ДОРОЖНЫХ НАСЫПЕЙ

АННОТАЦИЯ

Слабые грунты занимают значительную часть территории Казахстана и создают сложности при строительстве автомобильных дорог. Цель данной работы — анализ современных методов стабилизации слабых грунтов и оценка эффективности применения золы-уноса, цемента и полимерных волокон в дорожном строительстве. В статье представлены результаты исследований изменения физико-механических свойств грунтов при использовании различных стабилизаторов. Описаны механизмы взаимодействия добавок с грунтом, приведены таблицы и схемы, а также показано, как данные методы повышают плотность, прочность и деформационные характеристики. Полученные результаты подтверждают эффективность комплексной стабилизации для повышения надежности и долговечности дорожных конструкций.

Ключевые слова: слабые грунты, стабилизация, зола-унос, цемент, армирование, дорожное строительство.

ВВЕДЕНИЕ

Слабые грунты — глины, илы и рыхлые песчаные грунты — характеризуются низкой прочностью, высокой влажностью, значительной сжимаемостью и подверженностью деформациям под нагрузками. Эти свойства создают серьёзные проблемы при строительстве земляных полотен и транспортной инфраструктуры. Низкая несущая способность основания приводит к осадкам, трещинам и нарушению эксплуатационной пригодности сооружений.

Современная геотехническая практика предлагает широкий спектр методов улучшения слабых грунтов: добавление минеральных вяжущих (цемент, известь), применение золы-уноса, полимеров, промышленных отходов, волокон, а также механическое уплотнение (Das & Sobhan, 2018). Особое внимание привлекают технологии использования золы-уноса — доступного вторичного продукта электростанций, обеспечивающего значительное усиление грунтовых структур (Jo & Kim, 2020).

Задачи исследования

1. Изучить классификацию и характеристики слабых грунтов.
2. Проанализировать исследования по использованию золы-уноса, цемента, полимеров, волокон и промышленных отходов.
3. Определить влияние добавок на плотность, влажность, угол внутреннего трения, сцепление и прочность.
4. Выделить наиболее эффективные методы стабилизации.
5. Сформировать рекомендации для применения в дорожном строительстве.

Рисунок 1. Классификация методов улучшения слабых грунтов

1. Стабилизация золой-уносом

Эффективность золы-уноса подтверждена многочисленными исследованиями. Установлено, что смесь золы и грунта вступает в пуццолановую реакцию с образованием геля C-S-H, что увеличивает прочность и плотность [1].

Механизм реакции:

Ca(OH)₂ + SiO₂ → C–S–H гель

Рисунок 2. Механизм пуццолановой реакции при добавлении золы-уноса

Таблица 1

Изменение характеристик глинистого грунта при добавлении золы-уноса [4].

2. Стабилизация цементом

Добавление цемента приводит к образованию цементирующих структур, которые снижает водопроницаемость и повышают несущую способность слабых грунтов. Рост прочности наблюдается уже при 3–5 % цемента [4]. 

Рисунок 3. Зависимость прочности на одноосное сжатие от содержания золы-уноса

Таблица 2.

Влияние цемента на прочностные свойства слабых грунтов [5].

3. Армирование полипропиленовыми волокнами

Полипропиленовые волокна улучшают деформационные характеристики, увеличивают модуль упругости и препятствуют растрескиванию [3].

Таблица 3.

Изменение модуля деформации при армировании волокнами [3].

Обсуждение результатов

Анализ представленных данных показывает, что:

• зола-унос уменьшает влажность и увеличивает плотность грунта;
• цемент существенно повышает прочность и снижает водопоглощение;
• полипропиленовые волокна повышают модуль упругости и улучшают пластичность при деформации.

Комплексное применение этих методов может обеспечить значительное улучшение эксплуатационных характеристик дорожного полотна.

Заключение

Результаты анализа показывают, что улучшение слабых грунтов возможно за счёт применения современных стабилизаторов. Наиболее эффективными являются комбинированные способы: цемент + зола-унос и армирование волокнами. Такие методы обеспечивают повышение несущей способности, долговечности и устойчивости дорожных конструкций, что особенно актуально для условий Казахстана.

Список литературы:

1. Zhang, Z., Liu, S., & Liu, C. (2017). Mechanical behavior of cement–fly ash stabilized soils. Construction and Building Materials, 135, 108–115.
2. Yi, Y., Gu, L., & Liu, S. (2018). Soil stabilization using low-carbon binders. Journal of Materials in Civil Engineering, 30(4).
3. Wang, D., et al. (2019). Polypropylene fiber reinforced clay: strength and microstructure analysis. Geotextiles and Geomembranes, 47, 123–131.
4. Chen, R., & Zhang, M. (2020). Performance of fly ash based stabilization for pavement subgrades. Transportation Geotechnics, 28, 100–112.
5. Xu, W., et al. (2021). Experimental study on cement-treated soft clays. Soils and Foundations, 61, 989–1003.