KELIŲ SANKASOS GRUNTŲ STABILIZAVIMO TYRIMAI

Transcription

1 ALEKSANDRO STULGINSKIO UNIVERSITETAS VANDENS ŪKIO IR ŽEMĖTVARKOS FAKULTETAS HIDROTECHNINĖS STATYBOS INŽINERIJOS INSTITUTAS Edgaras Geivelis KELIŲ SANKASOS GRUNTŲ STABILIZAVIMO TYRIMAI Magistro baigiamasis darbas Studijų sritis: Technologijos mokslai Studijų kryptis: Statybos inžinerija Studijų šaka: Vandens inžinerija Studijų programa: Hidrotechninės statybos inžinerija Akademija, 2015

2 TURINYS SANTRAUKA... 3 SUMMARY...4 PAGRINDINĖS SĄVOKOS IR JŲ APIBRĖŽIMAI... 5 ĮVADAS LITERATŪROS APŽVALGA Norminės literatūros apie gruntų stiprinimą apžvalaga Grunto stiprumo pagerinimas jonų mainų pagrindu veikiančiais priedais Grunto pagerinimas kalkėmis Grunto stabilizacija cementu DARBO METODIKA Bandymai statine plokšte automobilių kelių pagrindams matavimų teoriniai principai Prietaiso statinės plokštės charakteristikos Grunto stabilizacija ir bandymai su statine plokšte Statistinių duomenų skaičiavimas Excel programa DARBO REZULTATAI Grunto bandymai statine plokšte prieš grunto stiprinimą Grunto bandymai statine plokšte po grunto stiprinimo Grunto deformacijos modulių santykio nustatymas Prieš grunto stiprinimą Gruntas sustiprintas kalkėmis Gruntas sustiprintas cementu Grunto stiprinimas UPD priedu Gautų rezultatų palyginimas su literatūroje pateiktais rezultatais IŠVADOS IR PASIŪLYMAI...42 LITERATŪROS SĄRAŠAS PRIEDAI PRIEDAS PRIEDAS PRIEDAS

3 Geivelis E. Kelių sankasos gruntų stabilizavimo tyrimai: Aplinkos inžinerijos magistrantūros baigiamasis darbas / vadovas doc. dr. V. Gurskis; Aleksandro Stulginskio universitetas, Vandens ūkio ir žemėtvarkos fakultetas, Hidrotechninės statybos inžinerijos institutas. Akademija, p. SANTRAUKA Darbe aprašoma kelio Nr. 136 Vinčai Pilviškiai Vilkaviškis rekonstravimo metu naudotų sankasos grunto stiprinimo medžiagų poveikis. Rekonstruojant kelią buvo platinama kelio sankasa ir silpnos kelio vietos buvo stiprinamos kalkėmis, cementu ir UPD priedu. Prieš stiprinant gruntą buvo atliekami bandymai su statine plokšte, siekiant sužinoti grunto deformacijos modulius. Taip nustatyta, ar tikrai reikia gruntą stiprinti. Sustiprinus gruntą kalkėmis, cementu ir UPD priedu buvo laukiama 7 dienas, kad rišamosiomis medžiagomis papildytas ir sutankintas sankasos gruntas sukietėtų ir būtų galima nustatyti grunto deformacijos modulius ir jų santykius. Taip pat buvo nustatyta grunto ir stiprinimo medžiagos įtaka stiprinamai sankasai. Bandymų rezultatai yra palyginti su jau anksčiau kitų autorių atliktų tyrimų rezultatais. Pagrindiniai žodžiai: grunto stiprinimas, kalkės, cementas, UPD priedas, deformacijos modulių santykiai, kelio rekonstrukcija, kelio sankasa. 3

4 Geivelis E. Road base soil stabilization investigation: Final work of master degree studies in Environmental Engineering /scientific supervisor dr. assoc. prof. V. Gurskis;Hydraulic engineering institute, Faculty of Water and Land Management, Aleksandras Stulginskis university. Akademija, p. SUMMARY The paper describes the road No. 136 Vincai- Pilviskiai - Vilkaviskis reconstruction using the soil stabilization. Reconstruction of existing road was distributed and weak road locations was reinforced with lime, cement and additive UPD. Against soil stabilization, soil was tested with a static plate to find out the relationship of soil deformation modules. It is determined whether or not the need to strengthen the soil. After strengthening soil with lime, cement and UPD annex was watting 7 days, the binders added and compacted subgrade soil solidify and can be made of relationship of soil deformation modules. It was also found soil and building materials influence is enforced subgrade structures. As well as test results are comparable with already previously made test by other authors. Keywords: soil stabilization, lime, cement, UPD annex, relationship of soil deformation modules, road reconstruction, and subgrade. 4

5 PAGRINDINĖS SĄVOKOS IR JŲ APIBRĖŽIMAI Dispergatorius gruntą išskaidanti medžiaga į smulkesnes grunto daleles. LST - Lietuvos standartas Oksidatorius molekulė, atomas arba jonas, prisijungiantis elektronų. ST statybos taisyklės UPD - Tai skysta substancija sudaryta iš cheminių junginių mišinio, kurio sudėtyje yra reaktyviųjų elektrolitų mišinyje ištirpintų sulfoninių grupių (jonų mainus gerinanti priemonė). Stabilizacija grunto pagerinimas įmaišant cheminių ar kitokių medžiagų. 5

6 Įvadas Grunto stiprinimas plačiai naudojamas įvairiose statybos šakose. Šiame darbe pateikiama metodika, pagal kurią galima sužinoti grunto deformacijos modulių santykius nestiprintame kelio sankasos grunte ir stiprintame kalkėmis, cementu, UPD priedu. Ši metodika leidžia tiklsiai ir greitai nustatyti tam tikro kelio sankasos grunto atsparumą deformacijoms esant nestiprintam gruntui arba apdorotam su stiprinimo medžiagomis. Atlikti tyrimai parodo, kad kelių tiesimo technologijos, darbų kontrolės metodai tobulėja, nes atsiranda nauji modernūs prietaisai, kurie tiksliai ir greitai parodo, kokias deformacijas gali atlaikyti sankasos gruntas, aptariamos naujos pažangios technologijos, pagal kurias gruntai yra pagerinami taip, kad nereikia naudoti brangių medžiagų įrengiant kelio sankasas. Baigiamajame darbe aprašoma, kaip naudojant naujausias technologijas ir naujus priedus gruntas buvo stiprinamas kalkėmis, cementu ir UPD priedu. Sankasos grunto deformacijosų modulių tyrimai buvo atlikti nauju sertifikuotu vokiečių formos,,frowag įrenginiu-statine plokšte su sija ir hidrauliniu siurbliu, stiprinant gruntą naujais priedais yra sutaupomas kelių tiesimo laikas bei brangios statybinės medžiagos. Pagal atliktų tyrimų rezultatus galima nustatyti kelio sankasos stiprinimo medžiagą, kuri padidintų grunto stiprumą deformacijoms ir kitiems veiksniams. Temos aktualumas ir naujumas: ištirti kokiomis naujomis technologijomis yra stabilizuojamas natūralus gruntas, ir kokią įtaką turi kalkės, cementas, UPD priedas juos panaudojant kaip stabilizavimo medžiagas. Šio baigiamojo darbo tikslas yra: nustatyti grunto stiprinimo kalkėmis, cementu, UPD priedu naudą kelio sankasoje. Šio baigiamojo darbo uždaviniai: 1. Atlikti literatūros apžvalgą apie grunto stiprinimus kalkėmis, cementu, UPD priedu. 2. Atlikti sankasos deformacijos modulių santykio nustatymą, nesusiprintuose molinguose, smėliniuose gruntuose. 3. Atlikti sankasos deformacijos modulių santykio nustatymą, sustiprintuose molinguose, smėlinguose gruntuose, naudojant cementą, kalkias, UPD priedą. 4. Nustatyti atliktų bandymo rezultatų patikimumą ir grunto stiprinimo cementu, kalkėmis, UPD priedu ekonominį efektyvumą. 5. Palyginti bandymo rezultatus su kitų autorių gautais bandymų rezultatais. 6

7 1. LITERATŪROS APŽVALGA Gruntas tvirtinamas rengiant transporto stovėjimo vietas ir aikšteles, laikinus kelius, oro uostų kilimo ir tūpimo takus, apsauginių pylimus, kelkraščius, platinant esamus kelius. Stabilizuotas pagrindas gali būti vieno arba kelių sluoksnių. Viršutinio žemės sankasos sluoksnio stiprumui padidinti gruntai gali būti stabilizuojami hidrauliniais rišikliais, pagerinami atitinkamos granuliometrinės sudėties mineralinėmis medžiagomis arba pavojingomis petrocheminėmis medžiagomis, pvz.: benzinu, nafta, aliejais, toluenu ir pan. Šias pavojingas medžiagas suriša priedas roadband. Tai jonų mainus gerinantis rišiklis, teršalus surišantis su gruntu. Dėl šio poveikio sumažėja grunto užterštumo koncentracija, susidaro į nuosėdines uolienas panaši medžiaga, kuri yra atspari vandens poveikiui ir neleidžia išvardintoms kenksmingoms medžiagoms nutekėti į šalia esantį gruntą ar vandens rezervuarus. Šiuo metodu įrengtas pagrindas sudaro pastovią ir vandens bei šalčio poveikiui atsparią diafragmą, apsaugančią nuo viršutinių kelio dangos konstrukcijų trūkimų ir deformacijų Norminės literatūros apie gruntų stiprinimą apžvalaga Lietuvos automobilių kelių direkcijos (LAKD) patvirtintose statybos taisyklėse (ST :2004) nurodyta, jog,,jeigu inžineriniais geologiniais tyrinėjimais nustatyta, kad žemės sankasos įrengimui vartojant esamus gruntus negalima pasiekti reikalaujamų sutankinimo rodiklio D Pr ir (ar) deformacijos modulio E V2 reikšmių, taip pat šiuos gruntus sunku smulkinti, paskleisti ir tankinti, tai techniniame projekte turi būti nurodyti būdai ir metodai, kad būtų galima įrengti iš esamų gruntų žemės sankasą, laikantis šių ST reikalavimų. Remiantis gruntų tyrimų rezultatais bei ekonominiu pagrindimu, techniniame projekte gali būti nurodyta naudoti gruntų pagerinimą ir (ar) stabilizavimą, sumaišant gruntus žemės sankasoje su kalkėmis ir (ar) cementu (toliau hidrauliniais rišikliais). Gruntai gali būti pagerinami mechaniniu būdu arba cheminiu būdu, t.y. į žemės sankasos gruntus įmaišant kalkių iki 4 % grunto sausosios masės. Gruntai gali būti stabilizuojami, žemės sankasoje sumaišant juos su hidrauliniais rišikliais Cementu, kalkėmis ir jonų mainus gerinančiu UPD priedu stabilizuotam žemės sankasos arba apatiniam pagrindo sluoksniui įrengti gali būti naudojami šie gruntai: 1. silpni gruntai: - molis su organinėmis priemaišomis, molingas žvirgždas, - molingas žvyras, molingi, žvyringi smėliai. 7

8 2. jautrūs šalčiui gruntai: - rišlūs moliai, smėlingi ir dulkingi rišlūs moliai, - priemoliai, smėlingi ir dulkingi priemoliai, - molingi smėliai, smėlingas dulkis, dulkis, - moliai, smėlingi ir dulkingi moliai, - juostuoti priemoliai. Šie gruntai turi tenkinti šias sąlygas: 1. pro 50 mm skersmens sietą praeinantys grūdeliai turi sudaryti 100 % grunto, 2. grunte turi būti ne mažiau nei 20% grūdelių, mažesnių kaip 0,074 mm, 3. grunte turi būti ne daugiau kaip 5% organinių medžiagų, 4. smėlio neturi būti daugiau kaip 40%, 5. plastiškumo rodiklis > 5%, 6. brinkimas > 1%. Jei stabilizuojant gruntą naudojami hidrauliniai rišikliai (cementas ar stipriai hidrauliškos kalkės), jie turi būti tolygiai mechaniniu būdu paskleidžiami ant esamo sluoksnio paviršiaus prieš maišymo mechanizmą ir vienodai įmaišomi į sluoksnio mineralines medžiagas. Jei vėjo greitis viršija 8 m/s, miltelių pavidalo hidrauliniai rišikliai neturi būti skleidžiami. Rišiklio kiekis skleidimo juostose nuolat turi būti tikrinamas, t.y. prieš skleidžiant rišiklį, tam tikru atstumu vienas nuo kito ant paruošto sluoksnio paklojant žinomo ploto kontrolinius lakštus, ir paskleidus rišiklį pasveriant ant jų patekusį rišiklio kiekį. Kaip nurodoma statybos taisyklėse (ST :2004): Stabilizuojamo grunto sluoksnio storis turi būti ne mažesnis kaip 15 cm. Taip pat turi būti tikrinamas rišiklio kiekis. Sluoksnį reikia sutankinti iki rišiklio kietėjimo pradžios. Techniniame projekte nurodoma žemės sankasos viršaus gruntus stabilizuoti hidrauliniais rišikliais, kai inžineriniais geologiniais tyrimais pagrindžiama, kad sankasos viršuje nebus pasiekiama reikalaujama deformacijos modulio E v2 reikšmė 45 MPa (MN/m²) ir ekonomiškai netikslinga gruntus pagerinti mechaniniu būdu arba pakeisti. Stabilizuojant žemės sankasos viršaus gruntus, padidinama deformacijos modulio E v2 reikšmė ir padidinamas žemės sankasos atsparumas šalčiui. Gruntų grupių ir rišiklių tinkamumas gruntų sustiprinimui nurodytas LAKD patvirtintų metodinių nurodymų (MN GPSR 12) 1.1 lentelėje. 8

9 1.1 lentelė. Gruntų grupių ir rišiklių tinkamumas gruntų sustiprinimui (MN GPSR 12) grindinė grupė pagal LST 1331 Stambiagrūdžiai gruntai, kurių didžiausios dalelės dydis 0 63 mm Įvairiagrūdžiai gruntai Smulkiagrūdžiai gruntai Dalelių matmenys mm ir kiekis masės % Dalelės 0,06 mm 5 Dalelės 2 mm 60 > > > 30 > 60 Plastiškumo rodiklis I P ir padėtis linijos A atžvilgiu pagal LST 1331 Grunto grupės pavadinimas Grunto grupės Geros sanklodos žvyras Periodinės sanklodos žvyras Blogos sanklodos žvyras Geros sanklodos smėlis Periodinės sanklodos smėlis Blogos sanklodos smėlis Takumo riba W L masės % Trumpasis žymuo ŽG ŽP ŽB SG SP SB Jautrio šalčiui klasė 1) F1 Maltos negesintos ir gesintos kalkės pagal LST EN Rišiklis Cementas pagal LST EN Hidrauliniai kelių rišikliai pagal LST L ENV X X - X X Dulkingasis žvyras ŽD (X) X X Molingasis žvyras ŽM F2 2) Dulkingasis smėlis SD (X) X X Molingasis smėlis SM Dulkingasis žvyras ŽD 0 X X X Molingasis žvyras ŽM 0 Dulkingasis smėlis SD F3 0 X X X Molingasis smėlis SM 0 Mažo 35 DL X X X plastiškumo I P 4 % Vidutinio arba žemiau Dulkis DV X (X) (X) plastiškumo F3 A linijos Didelio > 50 DR X - - plastiškumo I P 7 % ir Molis Mažo 35 ML X (X) (X) 9

10 grindinė grupė pagal LST 1331 Organinis gruntas ir gruntas su organinėmis priemaišomis Dalelių matmenys mm ir kiekis masės % Dalelės 0,06 mm > Dalelės 2 mm Plastiškumo rodiklis I P ir padėtis linijos A atžvilgiu pagal LST 1331 virš A linijos I P 7 % ir žemiau A linijos Grunto grupės pavadinimas Grunto grupės Takumo riba W L masės % Trumpasis žymuo plastiškumo Vidutinio plastiškumo MV Didelio plastiškumo Dulkis Organinis ir su Molis organinėmis > 50 OM priemaišomis Gruntas nuo stambiagrūdžio iki įvairiagrūdžio su kalkingais, žvyringais dariniais Jautrio šalčiui klasė 1) Maltos negesintos ir gesintos kalkės pagal LST EN Rišiklis Cementas pagal LST EN Hidrauliniai kelių rišikliai pagal LST L ENV X (X) (X) F2 > 50 MR (X) OD F3 (X) (X) (X) F2 (X) - - OK - (X) (X) Stambiagrūdžiai gruntai, kurių didžiausios dalelės dydis > 63 mm (X) (X) (X) Nepastovaus stiprio uolienos, nepilnai suirę uolienos (X) (X) (X) Organiniai gruntai ) F1 nejautrūs šalčiui gruntai, F2 mažai ir vidutiniškai jautrūs šalčiui gruntai, F3 labai jautrūs šalčiui gruntai 2) iš F2 klasės grupių gruntų F1 klasei priskiriami gruntai, kuriuose dalelių, mažesnių už 0,063 mm, masė neviršija 5 %, kai C U 15, arba 15 %, kai C U 6,0 X tinka, (X) tinka sąlyginai, - netinka 10

11 Jeigu gruntas tenkina visas nustatytas sąlygas galima atlikti grunto stabilizaciją, parenkant reikalingą medžiagą. Priemoliui, moliui, naudojama jonų mainus gerinantys priedai arba kalkės, o smėlinius, žvyrinius ir kitas birus gruntas stabilizuojamas cementu. Atlikus stabilizaciją gruntas yra sutankinamas ir suprofiliuojamas. Taip sankasa įgauna reikalingą išilginį ir skersinį nuolydį. Sutankinus pagrindo sluoksnį reikia patikrinti sluoksnio stiprumą, nustatant deformacijos modulį, išilginį lygumą, skersinį lygumą, sluoksnio storį, plotį, skersinius nuolydžius, išilgines ir skersines siūles, sluoksnio monolitiškumą, taip pat projektinius aukščius ir padėtį plane. Suprofiliuotą pagrindo sluoksnį būtina palikti pakankamai ilgam laikui, kad galėtų įvykti jonų mainai gerinančio priedo arba cemento, kalkių sukeliamos cheminės reakcijos. Šį laiką, atsižvelgiant į aplinkos temperatūrą, nustato statybos rangovas. Bandymą rekomenduojama atlikti praėjus 3-7 dienom nuo pagrindo įrengimo. Sluoksnio stiprumas tikrinamas, nustatant deformacijos modulį. Pagrindo sluoksnio stiprumas tikrinamas 30 cm skersmens statine plokšte Grunto stiprumo pagerinimas jonų mainų pagrindu veikiančiais priedais Stiprinant gruntą naudojama keletas jonų mainų pagrindu veikiančių priedų. Vienas iš plačiau naudojamų yra preparatas UPD. Šia medžiaga kartu su cementu stabilizuojamos žemės sankasos, kelio pagrindas ir dangos, skirtos kelio konstrukcijos pagrindiniams laikomiesiems sluoksniams, stovėjimo ir sandėliavimo vietoms, stovėjimo aikštelėms, keliams (krašto, kvartalo, laikiniems, miško) rengti, esantiems keliams ir kelkraščiams platinti, taip pat apsauginiams pylimams, dviračių takams bei statiniams, kuriems gresia ilgalaikis vandens poveikis, stiprinti. UPD preparatu stabilizuoti kelio pagrindai, dangos, apsauginiai pylimai gali būti vieno arba kelių sluoksnių. Stabilizuoti galima taip pat lakiosiomis medžiagomis, pavojingomis cheminėmis medžiagomis, pvz. benzinu, nafta, aliejais, toluenu, ir pan. užterštus gruntus. Šias medžiagas UPD preparatas suriša su gruntu, todėl, kaip minėta, sumažėja aukšta jų užterštumo koncentracija, susidaro į nuosėdines uolienas panaši medžiaga, kuri atspari vandens poveikiui ir neleidžia išvardintoms kenksmingoms medžiagoms nutekėti į šalia esantį gruntą ar vandens rezervuarus. UPD preparatu ir cementu arba lakiaisiais pelenais stabilizuoti ypač tinkami kilsnūs gruntai, molingi gruntai, priemoliai.,norint atlikti grunto stiprinimą su UPD priedu arba bet kuria jonų mainus gerinančia medžiaga būtina naudoti cementą kaip rišamąją, jonų mainus atliekančią medžiagą (Bukowski, 2002). 11

12 1.3. Grunto pagerinimas kalkėmis Kaip pažymi H.M. Graves (1996) Grunto pagerinimas kalkėmis pirmą kartą buvo panaudotas 1950 m. JAV. Bet šis procesas buvo išplėtotas tik po 20 m. Pirmasis ištobulintas grunto stabilizavimas buvo panaudotas Jungtinėje karalystėje. Gruntas buvo sumaišytas vietoje panaudojant mechanines frezas, taip pat buvo išbandyta keliuose kelio ruože su keletu kalkių ir grunto santykių, bet buvo pastebėta, kad daugiau kaip 5% negalima įmaišyti kalkių į gruntą, nes suprastėja grunto, kaip pagrindo, savybės ir reikalingas vandens surinkimas, kadangi toks pagrindas tampa mažai laidžiu vandeniui pagrindu. Sėkmingas grunto stabilizavimas parodė, kad galima netvirtus gruntus sustiprinti ir padaryti juos tokiais gruntais, kures būtų tinkami tiesiant kelius, bet reikia atkreipti dėmesį į įvairias sąlygas. Taip pat turi būti atlikti grunto tyrimai ir nustatyta, ar gruntą galima stabilizuoti kalkėmis. Kelio techniniame projekte turi būti nurodyti gruntui stabilizuoti reikalingi kalkių kiekiai ir rūšys. Gruntui pagerinti gali būti vartojamos negesintos arba hidratinės (gesintos) kalkės, atitinkančios standarto (LST EN AC:2002) reikalavimus. Hidratinės kalkės gali būti sausų miltelių, kalkių tešlos ir kalkių pieno pavidalo. Jos vartotinos tada, kai gruntų drėgnis mažesnis arba artimas optimaliajam; negesintos kalkės vartotinos tada, kai gruntų drėgnis viršija optimalųjį drėgnį. Pirmieji grunto stabilizacijos bandymai su kalkėmis buvo atlikti 1979 m. (Holm). Buvo pastebėta, kad stabilizavus gruntą kalkėmis jis sutvirtėja 15 kartų jau po 3 savaičių ir apie 35 kartus po 16 mėnesių. Atlikus stiprį gniuždant buvo gauti rezultatai: nestabilizuoto grunto 0,3 MPa, stabilizuoto grunto su kalkėmis po 3 savaičių 4,5 MPa ir po 16 mėnesių 10,8 MPa taip pat Al-Rawi 1981 m. nustatė (Bell, 1989), kad stabilizuoti kalkėmis gruntai tampa atsparesni temperatūroms ir įšalo gyliui (1.1 pav.). Kuo stambesnės frakcijos molis, tuo stabilizacija yra kokybiškesnė, nes buvo pastebėta, kad stabilizavus gruntą yra surišamos smulkiausios molio dalelės ir taip gruntas tampa pralaidesnis vandeniui. Dėl šios savybės kelio sankasa taip greitai neįmirksta ir veikiant užšaldymo-atšildymo ciklams, kelio sankasa tampa žymiai stabilesnė ir ilgaamžiškesnė, be to, taip yra sumažinamas šalčiui nejautrių medžiagų sluoksnis.tai atpigina kelio tiesimą. 12

13 1.1 pav. Grunto stiprio gniuždant priklausomybė nuo kalkių kiekio % (Bell 1989) Kaip matome iš 1.1 pav., gruntas kietėja nuolat, kai jis stabilizuotas kalkėmis, geriausias parinktas kalkių kiekis yra 4% nuo grunto kiekio. Kalkės yra geras stabilizatorius gruntui, kai jo yra naudojama saikingai, nes kalkėms reaguojant su vandeniu, esančiu grunte, labai pakyla grunto temperatūra ir išgaruoja iš grunto perteklins vandenduo. Tačiau jeigu kalkių kiekis yra per didelis, gruntas gruntas praranda apie 10-20% galimo stiprio gniuždant. Buvo atlikti bandymai molį stabilizuojant negesintomis kalkėmis. Molis buvo optimalaus 15-20% drėgnio. Atlikus bandymus buvo pastebėta, kad vanduo iš molio yra išgarinamas reaguojant vandeniui su negesintomis kalkėmis, molis pradėjo kietėti ir įgauti kietą formą. 1.2 pav. matome, kad kuo ilgiau molis stovėjo sumaišytas su negesintomis kalkėmis, tuo jis darėsi tvirtesnis (1.2 pav.). 13

14 1.2 pav. Molio stiprio kerpant priklausomybė nuo kalkių kiekio (EJGE Vol.17, 2012) Atlikus bandymus buvo gauti tokie rezultatai: 1. Laikant stabilizuotą molį su negesintomis kalkėmis 28 dienas jis sukietėja 50% labiau negu laikant jį 7 dienas; 2. Pagrindinis molio stipris įgaunamas, kai yra įmaišoma 4% negesintų kalkių; 3. Sumaišius molį su 6% kalkių stabilizuoto molio stipris sumažėja apie 50%. Apibendrinus rezultatus buvo nustatyta, kad į molį įmaišius 4% negesintų kalkių gaunamas efektyviausias rezultatas, todėl stabilizuojant gruntą reikia neviršyti kalkių kiekio, nes taip galima tiktai pakenkti (1.2 pav.). Kalkės buvo panaudotos miško kelio gruntui stabilizuoti, kurį sudarė molinis gruntas, buvo atlikti statinio štampo bandymai, nustatyti deformacijos moduliai E 2, kurie pateikti 1.2 lentelėje ir 1.3 pav. (Primusz, 2008). 1.4 lentelė. Kalkėmis stabilizuoto grunto bandymai statiniu štampu ir grunto drėgnis 14

15 1.3 pav. Kalkėmis stabilizuoto grunto stiprio gniuždant priklausomybė nuo laiko (Primusz, 2008) Atliktų tyrimų autorius (Primusz, 2008) pažymi, kad plastiški gruntai, tokie kaip moliai, po stabilizacijos sutvirtėja, taip pat sumažėja grunte drėgmės ir gruntas pasidaro neplastiškas, taip pat bėgant laikui gruntas tvirtėja. Stabilizuojant miško kelius kalkėmis yra ekologiška, nes naudojamos natūralios medžiagos, toks grunto pagerinimas yra biologiškai, techniškai ir ekonomiškai geresnis. Kalkėmis sustiprinant gruntą sutaupoma laiko ir pinigų projektuojant ir įgyvendinant projektus, kalkės išdžiovina gruntą, sumažina kelių tiesimo prastovas dėl oro sąlygų. Kalkės modifikuoja chemiškai molį ir purius gruntus į legvai apdirbamas medžiagas. Stabilizavus nestabilų gruntą chemiškai sukuriamas patvarus, bet kartu ir elastingas ilgalaikis kelio sankasos padas. Apibendrinami grunto stabilizavimo kalkėmis tyrimus matome, kad šis priedas gruntų savybes ženkliai pagerina. Grunto stipris gniuždymui padidėja nuo 10 iki 30 %, taip pat pagal kai kuriuos mokslininkus (Primusz, 2008), padidėja ir grunto atsparumas užšaldymo-atšildymo ciklams, pasikeičia grunto savybės, su juo galima legviau dirbti, jis yra lengviau apdorojamas kas leidžia sutrumpinti kelio statybos laiką, suploninti kelio konstrukcijas, dėl šių priežasčių atpinga kelio statyba. 15

16 1.4 Grunto stabilizacija cementu Dallas N. Little (2000) pažymi, kad grunto stabilizacijos cementu buvo pradėtos nuo 1915 m. Buvo pastebėta, kad cementas geras stabilizatorius įvairiems gruntams, ne tik smėliams, žvyrams, bet ir tokiems gruntams kaip dumblas ir molis, taip pat cementu galima stabilizuoti frezuotą asfaltbetonį ir frezuotą betoną. Surištos tokios medžiagos tampa ir kaip antifiltracinė priemonė. Grunto stabilizavimo cementu tyrimus atliko Jan R. Prusinski (1999). Jis pažymi, kad Cementą sudarantys mineralai kalcio silikatas ir kalcio aliuminatas susijungia su vandeniu (hidratuoja) ir susidaro cementinio akmens junginiai, tokie kaip kalcio-silikato-hidratas ir kalcio-aliuminio-hidratas, taip pat ir perteklinis kalcio hidroksidas. Taip cementas stabilizuoja tiek stambiagrūdžius gruntus (stambios frakcijos žvyrus, skaldas), tiek smulkiagrūdžius (smėlius, dulkes, įvairius molius). Taigi galima sakyti, kad cementas tinka visiems gruntams bei statybinėms atliekoms stabilizuoti. Taip galima atpiginti įvairių kelių tiesimo, aikštelių statybos darbus.. Naudojant stabilizavimą sankasose pasiekiamas grunto sustiprinimas ne tik deformacijoms, tai gali būti ir antifiltracinė priemonė, kuri padės apsaugoti kelio sankasą nuo įmirkimo, bet tokiu atveju turėtų būti gruntinio vandens surinkimas drenažai, gilesnės už sankasą lietaus nuvedimo sistemos. Smėlinių grunto stabilizaciją cementu tyrė F.G. Bell (1989). Į smėlį buvo įmaišoma nuo 1% iki 10 % cemento ir bandomas grunto stipris gniuždant. Bandymai buvo atliekami 1, 3, 7, 14, 28 kietėjimo dienomis. Nestabilizuoto smėlio stipris gniuždant buvo nuo 26 MPa iki 31 MPa laikant 20 o C temperatūroje 28 dienas. 1.4 pav. pavaizduota grunto gniuždymo stiprio priklausomybė nuo cemento kiekio % smėlio bendros masės. 16

17 1.4 pav. Cementu stabilizuoto grunto stiprio gniuždant priklausomybė nuo cemento kiekio (Bell, 1989) Tyrimų autorius (Bell, 1989) pažymi, kad laikant 28 dienas pasiekiamas 80% viso gaunamo stabilizuoto grunto stipris gniuždant. Atlikus smėlinio grunto stabilizaciją ir palaikius 28 paras smėlis įgauna nuo 10 iki 15 kartų didesnį stiprį negu nestabilizuoto. Taip pat iš 1.4 pav. matome, kad kietėjant 28 paras didžiausias smėlio stipris yra pasiekiamas, kai jis yra sumaišytas su 7% cemento. Išanalizavus visus anksčiau pateiktų autorių darbus galima teigti, kad grunto stiprinimas įvairiomis medžiagomis pasiteisina. Pvz., F.G Bell (1989) pastebėjo, kad sustiprinus sankasą kalkėmis gruntas įgauna ne tik didesnį atsparumą deformacijos, bet ir padaro gruntą atsparesnį užšaldymo atšildymo ciklams. Cementas dėl savo savybių tinka tiek moliniams, tiek smėliniams gruntams (Bell 1989; Prusinski, 1999; Dallas, 2000). Apibendrinant literatūros apžvalgą galima teigti, kad grunto stabilizavimas yra tinkama priemonė keliams, nes gruntas iš netinkamo padaromas tinkamu kelio sankasai, be to, sustiprinus tokį gruntą jisai įgauna papildomą stiprį ir atsparumą deformacijoms, tai suteikia keliui stabilumo ir ilgaamžiškumo. 17

18 2. DARBO METODIKA 2.1 Bandymai statine plokšte automobilių kelių pagrindams matavimų teoriniai principai Tyrimo objektas: Bandymai buvo atliekami kelio Nr. 136 Vinčai-Pilviškiai-Vilkaviškis atkarpoje nuo Pilviškių 26 kilometro iki 33 kilometro. Grunto stiprumo bandymai atlikti remiantis standartu LST :1995 Automobilių kelių gruntai. Bandymas štampu. Spaudimo štampu bandymą galima taikyti stambiagrūdžiams, įvairiagrūdžiams, kietiems smulkiagrūdžiams gruntams. Dalelių, stambesnių negu ¼ štampo skersmens, po plokšte neturi būti. Greitai džiūstančių smėlių, suslūgusių arba laikinai suminkštėjusių gruntų, taip pat gruntų, kurių viršutinė dalis suardyta, spaudimo štampu bandymas atliekamas pašalinus šį gruntą. Tiriamojo grunto tankis turi likti nepakitęs. Tiriant smulkiagrūdžius gruntus (molį), šį metodą galima taikyti, kai gruntai yra kietos konsistencijos. Atliekant bandymą po statine plokšte grunto paviršius turi būti lygus, o jeigu yra nedidelių nelygumų būtina papilti smulkaus sauso smėlio ir išlyginti pagrindą. Kadangi atlikus kelio išplatinamos dalies lovio formos dugno grunto stabilizaciją, paviršius buvo suvoluotas ir suprofiliuotas, pagrindas yra pakankamai lygus ir sausas, tokiu atveju, sauso smėlio naudoti beveik nereikėjo. Šiam bandymui atlikti reikalinga apkrovos atsvara, kuri turi būti 10 kn didesnė, negu didžiausia bandymo apkrova. Atsvarai tinka pakrautas sunkvežimis, automobilio priekaba ir pan. Štampui apkrauti naudojamas paprasto veikimo hidraulinis presas, kurio spaudimo stūmoklis, nuėmus apkrovą, turi savaime sugrįžti į pradinę padėtį. Kelių dangai projektuoti reikalingas deformacijos modulis Ev, nustatomas naudojant 300 mm skersmens plokštę. Apkrova didinama tol, kol pasiekiama 5 mm deformacija arba grunto įtempimai po plokšte yra apie 0,5 MN/m 2. Tiriant silpnus gruntus, bandymas nutraukiamas, kai įlinkiai arba įtempimai yra mažesni negu nurodyti, arba kai apkrovos didinimas rodo staigų deformacijos padidėjimą, artimą grunto išstūmimo būsenai. Apkraunant ir nukraunant gruntą, kita apkrova uždedama tik po 120 s. Tiriant kelio konstrukcijos medžiagą, apkrovos tarpas gali būti sutrumpintas iki 60 s. Plokštė nukraunama, didžiausią apkrovą mažinant 50%, 25% ir 0%. Visiškai nukrovus plokštę, atliekamas antrasis apkrovimo ciklas, bet tik iki priešpaskutinės pirmojo ciklo apkrovos. 18

19 Antrojo apkrovimo ciklui patikrinti, laipsniškai visiškai nukrovus plokštę, gali būti atliekamas ir trečiasis apkrovimo ciklas. Per šį ciklą tučtuojau po antrosios apkrovos be tarpinių bandymų uždedama antrojo ciklo galutinė apkrova. Grunto deformacijos modulis E v, turint pirmojo ir pakartotinio apkrovimo nusėdimų kreivę (2.1 pav.), apskaičiuojamos pagal kirstinės nuolydį tarp taškų 0,3 σ max ir 0,7 σ max pagal lygtį: E v =1,5 r Δ σ/ Δ s (2.1) čia: r - apkrovos plokštės spindulys, mm; Δ σ - grunto įtempimų pokytis po plokšte, MN/m 2 ; Δ s - grunto deformacijos pokytis plokštės centre, mm 2.1 pav. Nusėdimo kreivės pavyzdys deformacijų moduliui Ev nustatyti (LST :1995) Paprastai projektuojant kelio dangą yra naudojamas antrojo apkrovimo ciklo metu gautas deformacijų modulis E v2. Įvertinant ar tinkamas kelio dangos pagrindas skaičiuojamas santykis tarp E v1 ir E v2. Pagal statybos taisykles ST :2004 Automobilių kelių žemės sankasos įrengimas stabilizuoto pagrindo E v2 neturi būti mažesnis kaip 45 MPa ir santykis tarp E v1 ir E v2 neturi viršyti 2,5. Atlikus bandymus yra išrašomi bandymu, protokolai (3 Priedas). 19

20 2.2 Prietaiso statinės plokštės charakteristikos Naudojamas prietaisas atitinka standartą DIN 18134, gamintojas Vokiečių įmonė Frowag (2.2, 2.3 pav.). Šis prietaisas naudojamas automobilių kelių, gatvių, aerodromų, pėsčiųjų takų bei aikštelių pagrindo stiprumui patikrinti. Dažniausiai naudojamas 300 mm skersmens statinė plokštė. Taip pat galima naudoti ir 600 ir 762 mm plokštės 2.2 pav. Statinė plokštė 300 mm skersmens apkrovos plokštė su matavimo anga: 1 - matavimo anga; 2 - rutulinis lizdas; 3 - sferinė lanksta; 4 - gulsčiukas; 5 - rankena plokštei nešti 2.3 pav. Statinė plokštė su sija ir hidrauliniu siurbliu 20

21 Prietaisą sudaro: 1. Dinaminis štampas 2. Hidraulinis siurblys su monometru ir hidraulinis presas 3. Laikantysis rėmas 4. Matavimo indikatorius Techniniai duomenys: Laikančiojo rėmo matmenys: I P A: mm Darbiniu rėžimu rėmo matmenys: I P A: mm Laikančiojo rėmo masė: 10,5 kg Pilna įrenginio masė su visais elementais: dinaminė plokštė, hidraulinis siurblys su hidrauliniu presu, laikantysis rėmas; iš viso: 86 kg Prietaisas atitinka standartus: ISO :2011, ISO : Grunto stabilizacija ir bandymai statine plokšte Kelias Nr.136 Vinčai-Pilviškiai-Vilkaviškis buvo platinamas įvairiai, bet vidutinis sankasos platinimas buvo 1,5 metro tiek kairėje, tiek dešinėje kelio pusėse. Pagal geologinius tyrimus silpna sena sankasa buvo nukasta ir stabilizuota per visą kelio plotį. Sankasa buvo platinima nukasant seno kelio kelkraštį ir pilant gruntą į platinamą sankasą. Platinant sankasą gruntai vyravo įvairūs nuo smėlinio-žvyrinio grunto iki molinio grunto. Praplatintai sankasai buvo atliekama grunto stabilizacija kalkėmis, cementu tam, kad būtų pasiekiamas reikiamas sutankinimas ir kietumas ir tam, kad nereikėtų naudoti brangių dideliu atstumu vežamų gruntų. Dėl šių sprendinių buvo sumažinti kelio renovacijos kaštai. Kelio sankasos skersiniai profiliai yra skirtingi, t.y. nevienodo pločio. Tai lėmė, kad ir grunto stiprinimas buvo atliekamas įvairiais pločiais (2 Priedas). Rekonstruojamame kelio ruože vyravo 1, 2 ir 6 kelio skersinių profilių tipai (2.4; 2.5; 2.6 pav.). 21

22 2.4 pav. Rekonstruojamo kelio skersinis profilio 1 tipas (Kelias Nr. 136 darbo projektas) 22

23 2.5 pav. Rekonstruojamo kelio skersinis profilis 2 tipas (Kelias Nr. 136 darbo projektas) 23

24 2.6 pav. Rekonstruojamo kelio skersinis profilis 6 tipas (Kelias Nr. 136 darbo projektas) 24

25 Kaip matome iš kelio skesinių profilių tipų, gruntas stiprinamas permaišant žemės sankasos viršų cementu, kalkėmis 0,30 m gyliu. Taip yra sukuriama stipri kelio sankasa, ant kurios galima įrengti kitus konstrukcijos elementus. Kaip matome, kelio konstrukcijos 2 tipas (2.5 pav.) reikalauja stabilizuoti visą kelio plotį, 6 tipas (2.6 pav.) turi drenažo sistemą, ji buvo įrengiama šalia pėsčiųjų tako (kurio ilgis 3,2 km) tam, kad nuo sankasos būtų surenkamas vanduo, nes griovio nepakaktų sankasai nusausinti. Tose vietose, kur griovio nebuvo įmanoma suprojektuoti, irgi buvo įrengtas kelio drenažas. Gruntas buvo stiprinamas tik sausomis dienomis, kad neįmirkintų stiprinamos sankasos ir kad lengviau būtų sankasą suprofiliuoti. Naudojant barstytuvus, grunto frezą buvo paskleidžiama stabilizuojanti medžiaga ir gruntas permalamas, tada sankasa suvoluojama ir autogreideriu arba buldozeriu suprofiliuojama iki reikalingo projektinio aukščio, tada dar kartą pervoluojama nepaliekant padangos vežių ir įspaudimų kurie trukdytų nubėgti vandeniui nuo sankasos (2.7 pav.). 2.7 pav. Sankasos planiravimo darbai Pagal Lietuvos automobilių kelių direkcijos prie Susiekimo ministerijos užsakymą buvo padarytas eksperimentas su UPD priedu. Bandymai buvo atliekami nuo PK iki PK Pagal kelio projektą grunto stiprinimo galima buvo ir neatlikti, jeigu buvo pasiekiami grunto sutankinimai, bet tokių vietų nebuvo. Bandymai buvo atliekami remiantis LST :1995 Automobilių kelių gruntai. Bandymas štampu. Suformavus praplatintą sankasą buvo patikrintas grunto sutankinimas statine plokšte, nepasiekus E v2 45 MPa buvo atliekama grunto stabilizacija cementu arba kalkėmis (2.8 pav.), tada palaukus 7 dienas iš naujo buvo atliekami bandymai su statine 25

26 plokšte ir jeigu tenkindavo ST :2004 normatyvus, buvo įrengiamas šalčiui atsparus sluoksnis pagal įrengimo taisykles ĮT SBR pav. Grunto stabilizacija cementu 26

27 2.5 Statistinių duomenų skaičiavimas Excel programa Atlikus eksperimentą ir gavus tam tikras rezultatų skaitines reikšmes, reikalinga jas analizuoti bei formuoti išvadas, t.y. matematiškai statistiškai apdoroti. Čia eksperimentatoriui padeda tikimybių teorija ir matematinė statistika. Naudojant,Excel programą buvo apskaičiuoti statistiniai rodikliai, tokie kaip aritmetinis vidurkis, dispersija ir variacijos koeficientas. 1. Aritmetinis vidurkis (arba imties vidurkis): (3.1) 2. Vidutinis kvadratinis nuokrypis s: ( ) (3.2) čia atskiro rezultato nuokrypis nuo aritmetinio vidurkio; n- rezultatų skaičius 3. Variacijos koeficientas v: (3.3) Variacijos koeficientas parodo bandymų išsibarstymą. Jei variacijos koeficientas v 5-10 %, tai laikoma, kad rezultatų sklaida nedidelė; 15-20% didelė; v 20% labai didelė. Kuo sklaida mažesnė, tuo bandymų rezultatai laikomi patikimesniais. 27

28 3. DARBO REZULTATAI 3.1. Grunto bandymai statine plokšte prieš grunto stiprinimą Bandymai buvo pradėti atlikti nuo 2014 metų gegužės 29 dienos. Pirmasis kelio ruožas, kuriame buvo stiprinamas gruntas, yra tarp piketų PK ir PK KP. Grunto tyrimai buvo atlikti vasaros metu ir tik sausomis dienomis, kaip reikalauja ST :2004, kiti normatyvai. Kadangi uždaryti viso kelio Lietuvos automobilių kelių direkcija prie Susiekimo ministerijos neleido, nors projekte buvo numatytas kelio aplinkkelis, teko kelią skaidyti į dalis ir atskiromis atkarpomis atlikti grunto tyrimus. Pirmiausia savikontrolės tikslams buvo atlikti supiltinio grunto be stabilizacijos tyrimai. Šie bandymai pateikti 3.1 lentelėje. Nr. 3.1 lentelė. Žemės sankasos grunto be stabilizacijos deformatyvumo tyrimai Data Grunto tipas Piketas 28 Deformacijos moduliai Pirmasis apkrovimo ciklas E v1 MPa Antrasis apkrovimo ciklas E v2 MPa E v1 /E v2 santykis molingas KP 13,1 34,6 2, molingas KP 10,4 28,4 2, molingas KP 13,8 36,9 2, molingas KP 10,3 28,5 2, molingas KP 6,8 18,4 2, molingas KP 7,7 24,3 3, molingas KP 11,5 29,3 2, molingas KP 10,2 28,9 2, molingas KP 11,8 31,7 2, molingas KP 8,6 24,5 2, molingas KP 7,4 22,7 3, molingas KP 10,3 28,4 2, molingas KP 12,7 33,2 2, molingas KP 10,6 28,6 2, molingas KP 13,4 34,8 2, molingas KP 7,1 25,7 3, molingas KP 9,9 28,6 2, molingas KP 12,7 31,9 2, molingas KP 10,2 29,3 2,87

29 3.1 lentelė. Tęsinys molingas KP 10,8 27,1 2, molingas KP 13,1 33,8 2, molingas KP 9,4 24,8 2, molingas KP 10,3 28,3 2, molingas KP 6,5 18,1 2, smėlingas DP 18,9 48,9 2, smėlingas DP 16,2 45,6 2, smėlingas DP 20,3 56,7 2, smėlingas DP 15,8 48,2 3, smėlingas DP 16,0 43,0 2, smėlingas DP 19,7 52,1 2, smėlingas DP 17,4 47,3 2, smėlingas DP 14,1 41,0 2, smėlingas DP 13,9 40,3 2, smėlingas DP 16,5 44,8 2, smėlingas DP 21,4 58,6 2, smėlingas DP 14,0 39,7 2, smėlingas DP 18,4 47,0 2, smėlingas DP 15,6 41,4 2, smėlingas DP 13,9 36,6 2, smėlingas DP 14,4 38,9 2, smėlingas DP 18,8 49,1 2, smėlingas DP 17,7 45,7 2, smėlingas DP 16,2 41,5 2, smėlingas DP 10,1 28,0 2, smėlingas DP 13,6 36,2 2, smėlingas DP 14,2 42,7 3, smėlingas DP 16,5 44,1 2, smėlingas DP 17,8 48,4 2, smėlingas DP 18,6 47,6 2, smėlingas DP 16,3 44,8 2, smėlingas DP 14,1 37,9 2, smėlingas DP 15,7 40,1 2, smėlingas DP 16,9 41,7 2, smėlingas DP 11,3 28,9 2,56 29

30 3.1 lentelė. Tęsinys smėlingas DP 15,2 39,6 2, smėlingas DP 18,7 49,5 2, smėlingas DP 17,9 47,8 2, smėlingas DP 16,1 44,6 2, smėlingas DP 15,4 41,5 2, smėlingas DP 13,6 38,2 2, smėlingas DP 9,7 26,9 2, molingas DP 12,2 31,8 2, molingas DP 14,3 36,8 2, molingas DP 10,4 28,7 2, molingas DP 11,7 31,9 2, molingas DP 12,6 33,2 2, molingas DP 12,3 36,9 3, molingas DP 10,2 28,2 2, molingas DP 11,5 31,8 2, molingas KP 13,2 34,7 2, molingas KP 6,3 18,6 2, molingas KP 10,6 36,7 3, molingas KP 7,8 22,9 2, molingas KP 14,9 36,8 2, smėlingas KP 12,4 38,2 3, smėlingas KP 11,9 34,7 2, smėlingas KP 19,1 53,6 2, smėlingas KP 18,7 51,2 2, smėlingas KP 23,4 62,0 2, smėlingas KP 15,2 41,3 2, smėlingas KP 11,6 32,7 2, smėlingas KP 13,8 35,4 2, smėlingas KP 16,9 49,3 2, smėlingas KP 21,3 58,2 2, smėlingas KP 13,8 38,0 2, smėlingas KP 9,0 26,7 2, smėlingas KP 11,6 34,6 2, smėlingas KP 17,8 48,2 2, smėlingas KP 19,0 49,1 2,58 30

31 3.1 lentelė. Tęsinys molingas DP 13,1 34,2 2, molingas DP 14,3 36,7 2, molingas DP 11,7 36,4 3, molingas DP 10,9 28,9 2,65 Iš atliktų bandymų rezultatų matome, kad nestiprinti gruntai nepasiekė E v1 /E v2 santykio, kuris viršija 2,5; smėliniame grunte stipris pasiekiamas virš 45 MPa. Tai reiškia, kad viršutinis sluoksnis smėlinio grunto yra pakankamai kietas, bet po juo gruntas yra įmirkęs ir nesutankintas, dėl šių priežasčių pagal ST :2004 gruntas buvo stiprinamas cementu (3.1 pav.) arba kalkėmis taip, kaip nurodyta kelio projekte (1 Priedas). 3.2 pav. Grunto sumaišymas su cementu, volavimas ir planiravimas 31

32 3.2 Grunto bandymai statine plokšte po grunto stiprinimo Kaip buvo numatyta projekte praplatinus kelio sankasą, 30 cm storio viršutinio žemės sankasos sluoksnio gruntas buvo stiprinamas cementu ir kalkėmis. Nuo PK iki dešinėje kelio pusėje buvo eksperimentuojama su priedu UPD. Sustiprinus gruntą, buvo laukiama 7 dienas, kaip reikalauja taisyklės ST :2004. Kadangi 2014 metų vasara buvo labai sausa, teko drėkinti stabilizuotas sankasas, kad gruntas turėtų optimalų drėgnį ir būtų suteiktos visos sąlygos gruntui kietėti. Sustiprinus gruntą atlikti deformacijos modulių matavimai, gauti rezultatai pateikiami 3.2 lentelėje. 3.2 lentelė. Žemės sankasos grunto deformatyvumo tyrimai atlikus stabilizacijas Nr. Data Grunto tipas Stabilizacijos medžiaga Piketas Deformacijos moduliai Pirmasis apkrovimo ciklas E v1 MPa Antrasis apkrovimo ciklas E v2 MPa E v1 /E v2 santykis molingas Kalkės KP 34,6 59,5 1, molingas Kalkės KP 36,7 68,3 1, molingas Kalkės KP 40,8 79,5 1, molingas Kalkės KP 42,5 83,9 1, molingas Kalkės KP 50,4 94,3 1, molingas Kalkės KP 40,5 88,3 2, molingas Kalkės KP 38,6 56,3 1, molingas Kalkės KP 44,1 69,5 1, molingas Kalkės KP 40,3 72,6 1, molingas Kalkės KP 53,2 92,1 1, molingas Kalkės KP 48,9 79,6 1, molingas Kalkės KP 46,3 87,5 1, molingas Kalkės KP 36,3 55,6 1, molingas Kalkės KP 46,3 91,6 1, molingas Kalkės KP 73,8 117,3 1, molingas Cementas KP 29,5 61,1 2, molingas Cementas KP 36,8 73,5 2, molingas Cementas KP 33,9 79,9 2, molingas Cementas KP 33,8 60,4 1,79 32

33 3.2 lentelė. Tęsinys molingas Cementas KP 51,6 94,3 1, molingas Cementas KP 42,6 87,5 2, molingas Cementas KP 45,7 81,9 1, molingas Cementas KP 39,7 88,5 2, molingas Cementas KP 37,1 78,6 2, smėlingas Cementas DP 68,7 124,5 1, smėlingas Cementas DP 92,4 183,1 1, smėlingas Cementas DP 92,5 171,7 1, smėlingas Cementas DP 50,8 103,9 2, smėlingas Cementas DP 53,8 106,8 1, smėlingas Cementas DP 61,3 109,9 1, smėlingas Cementas DP 60,8 116,9 1, smėlingas Cementas DP 72,8 149,5 2, smėlingas Cementas DP 69,2 138,5 2, smėlingas Cementas DP 71,6 149,5 2, smėlingas Cementas DP 65,9 138,5 2, smėlingas Cementas DP 62,8 129,8 2, smėlingas Kalkėmis DP 23,1 53,2 2, smėlingas Kalkėmis DP 31,5 68,2 2, smėlingas Kalkėmis DP 25,9 56,9 2, smėlingas Kalkėmis DP 27,6 52,3 1, smėlingas Kalkėmis DP 29,8 61,9 2, smėlingas Kalkėmis DP 31,8 65,8 2, smėlingas Kalkėmis DP 37,5 83,4 2, smėlingas Kalkėmis DP 28,6 58,9 2, smėlingas Kalkėmis DP 35,3 71,9 2, smėlingas Kalkėmis DP 32,5 67,5 2, smėlingas Kalkėmis DP 25,9 54,2 2, smėlingas Kalkėmis DP 26,6 53,6 2, smėlingas Kalkėmis DP 32,6 67,0 2, smėlingas Kalkėmis DP 29,3 72,6 2, smėlingas Cementas DP 48,9 98,6 2, smėlingas Cementas DP 54,9 110,5 2, smėlingas Cementas DP 48,6 98,9 2, smėlingas Cementas DP 53,6 106,8 1,99 33

34 3.2 lentelė. Tęsinys smėlingas Cementas DP 61,3 128,9 2, smėlingas Cementas DP 57,6 116,3 2, smėlingas Cementas DP 54,9 119,9 2, smėlingas Cementas DP 69,3 148,3 2, smėlingas Cementas DP 54,6 113,8 2, smėlingas Cementas DP 48,7 105,2 2, smėlingas Cementas DP 43,6 98,6 2, molingas Kalkės DP 35,5 75 2, molingas Kalkės DP 41,8 84,6 2, molingas Kalkės DP 26,1 51,7 1, molingas Cementas DP 21,5 45,3 2, molingas Cementas DP 30,5 73,1 2, molingas Kalkės DP 41,6 86,2 2, molingas Kalkės DP 38,4 89,6 2, molingas Kalkės DP 47,9 107,9 2, molingas Kalkės KP 30,6 67,2 2, molingas Kalkės KP 36,9 78,6 2, molingas Kalkės KP 39,8 87,6 2, molingas Kalkės KP 43,6 91,6 2, molingas Kalkės KP 45,9 95,8 2, smėlingas Cementas KP 48,9 98,2 2, smėlingas Cementas KP 53,7 110,8 2, smėlingas Cementas KP 47,3 95,6 2, smėlingas Cementas KP 42,8 85,4 2, smėlingas Cementas KP 42,0 76,8 1, smėlingas Cementas KP 50,4 84,8 1, smėlingas Cementas KP 42,9 78,1 1, smėlingas Cementas KP 47,0 87,6 1, smėlingas Cementas KP 39,8 77,9 1, smėlingas Cementas KP 41,5 82,3 1, smėlingas Cementas KP 36,5 75,9 2, smėlingas Cementas KP 42,8 82,6 1, smėlingas Cementas KP 47,3 92,1 1, smėlingas Kalkės KP 22,6 51,6 2, smėlingas Kalkės KP 28,3 59,8 2,11 34

35 3.2 lentelė. Tęsinys molingas UPD DP 12,4 35,8 2, molingas UPD DP Bandymas nepavyko nes viršino 5 mm deformaciją molingas UPD DP 6,8 25,3 3, molingas UPD DP Bandymas nepavyko nes viršino 5 mm deformaciją Sustiprinus gruntą cementu ir kalkėmis, po 7 dienų gauti rezultatai atitiko ST :2004 reikalavimus. Pasiektas grunto deformacijų modulis E v2 viršino 45 MPa, taip pat E v1 /E v2 santykis buvo mažesnis negu 2,5. Kelio sankasa buvo išplatinta pagal reikalavimus, todėl buvo leidžiama įrengti kitus kelio elementus. Lietuvos automobilių kelių direkcija prie Susisiekimo ministerijos paskutinėje mūsų tvarkomo kelio atkarpoje PK iki DP panoro atlikti bandymą su UPD priedu. Kaip matome iš gautų rezultatų, UPD priedas visiškai nepasiteisino, nes gruntas buvo kaip tik susilpnintas, o ne sustiprintas. Atlikus grunto tyrimus paaiškėjo, kad UPD užrakino vandenį grunte ir neleido jam filtruotis iki drenažo. Po dviejų savaičių eksperimentas buvo nutrauktas, nes gruntas įmirko ir savyje laikė drėgmę, liūliavo. Buvo nuspręsta iškasti permirkusį gruntą ir supilti sausą smėlingą gruntą. Pradėjus kasti buvo pastebėta, kad įmirkęs grunto sluoksnis yra tik 30 cm, tokį storį buvo mėginta sustiprinti, po šiuo sluoksniu buvo geras neįmirkęs gruntas. Nr. Pakeisto ir cementu sustiprinto grunto, bandymų rezultatai pateikti 3.3 lentelėje. Data 3.3 lentelė. Žemės sankasos grunto tyrimai atlikus stabilizacijas Grunto tipas Stabilizacijos medžiaga Piketas Deformacijos moduliai Pirmasis apkrovimo ciklas E v1 MPa Antrasis apkrovimo ciklas E v2 MPa E v1 /E v2 santykis smėlingas Cementas DP 78,7 142,4 1, smėlingas Cementas DP 68,7 134,5 1, smėlingas Cementas DP 149,1 217,6 1, smėlingas Cementas DP 53,9 90,7 1, smėlingas Cementas DP 88,1 165,4 1, smėlingas Cementas DP 69,2 138,5 2,00 Kaip matome iš 3.3 lentelės, grunto pakeitimas ir pagerinimas su cementu pasiteisino buvo pasiekti geri rezultatai. 35

36 Ev1/Ev2 santykis 3.3 Grunto deformacijos modulių santykio nustatymas Deformacijų modulių santykis prieš grunto stiprinimą Norint įsitikinti, ar kelio sankasos viršus yra pakankamai stiprus bandymai buvo atlikti prieš grunto stiprinimą. Sankasos gruntas turėjo atitikti visus jam keliamus reikalavimus pagal ST :2004 Automobilių kelių žemės sankasos įrengimas. Pagal LST :1995 Automobilių kelių gruntai. Bandymas štampu buvo nustatyta deformacijos modulių santykis, kuris pateikiamas 3.2 pav. 3,7 3,6 3,5 3,4 3,3 3,2 3,1 3 2,9 2,8 2,7 2,6 2,5 2,4 2, Eilės Nr. Stabilizacijos atlikimo riba Molingas gruntas Smėlingas gruntas 3.2 pav. Žemės sankasos deformacijų modulių santykis prieš sankasos stiprinimą Atlikti bandymai parodė, kad gruntą reikia stiprinti, nes pagal ST :2004 Automobilių kelių žemės sankasos įrengimas sankasos viršaus E v2 neturi būti mažesnis kaip 45 MPa, o santykis tarp E v1 ir E v2 neturi viršyti 2,5. Keturi matavimo taškai pagal deformacijos santykį yra ribas, bet E v2 nesiekė 45 MPa. Dėl šių priežaščių būtina stprinti gruntą arba blogą gruntą pakeisti geresniu. Atlikus matematinius statistinius skaičiavimus, buvo gautas variacijos koeficientas, kuris yra 6,97 %. Tai reiškia, kad šie duomenys yra patikimi. 36

37 Ev1/Ev2 santykis Kalkėmis sustiprinto grunto deformacijų modulių santykis Kalkėmis gruntas buvo stiprinaimas numatytuose kelio ruožuose. Žemės sankasos gruntai buvo tiek moliniai, tiek smėliniai. Sustiprinus gruntą, po 7 dienų buvo nustatyti grunto deformacijos moduliai ir jų santykis, pagal LST :1995 Automobilių kelių gruntai. Bandymas štampu. Bandymų rezultatai pateikiami 3.3 pav. 2,6 2,5 2,4 2,3 2,2 2,1 2 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1, Eilės Nr. Stabilizacijos atlikimo riba Moliniai kalkėmis Smėliniai kalkėmis 3.3 pav. Žemės sankasos deformacijų modulių santykis po stiprinimo kalkėmis Atlikti bandymai parodė, kad sankasa, sustiprinta kalkėmis, atitinka ST :2004 Automobilių kelių žemės sankasos įrengimas visus reikalavimus, t.y. E v2 45 MPa ir santykis E v1 /E v2 2,5. Molingą gruntą sustiprinus kalkėmis gauta vidutinė deformacijų modulių santykio reikšmė yra E v1 /E v2 = 1,93, smėlingą gruntą sustiprinus kalkėmis E v1 /E v2 = 2,13. Šie rezultatai rodo, kad santykis tarp deformacijos modulių E v1 /E v2 moliniuose gruntuose yra mažesnis, todėl ir sutankinimas yra pasiektas didesnis negu smėliniuose gruntuose. Apskaičiuoti deformacijos modulių santykio variacijos koeficientai moliniams gruntams yra 4,14%, o smėliniuose gruntuose 5,47%, tai rodo stabilius ir patikimus rezultatus. 37

38 Ev1/Ev2 santykis Cementu sustiprinto grunto deformacijų modulių santykis Cementu, kaip ir kalkėmis, gruntas buvo stiprinamas numatytuose kelio ruožuose. Žemės sankasos gruntai buvo tiek moliniai, tiek smėliniai. Sustiprinus gruntą, po 7 džiūvimo, kietėjimo dienų buvo atliekami grunto deformacijos modulių ir jų santykių nustatymai pagal LST :1995 Automobilių kelių gruntai. Bandymas štampu. Bandymų rezultatai pateikiami 3.4 pav. Molingą gruntą sustiprinus cementu, gauta vidutinė deformacijų modulių santykio reikšmė yra E v1 /E v2 = 2,03, smėlingą gruntą sustiprinus cementu E v1 /E v2 = 2,00. 2,6 2,5 2,4 2,3 2,2 2,1 2 1,9 1,8 1,7 1, Eilės Nr. Stabilizacijos atlikimo riba Moliniai cementu Smėliniai cementu 3.4 pav. Žemės sankasos deformacijų modulių santykis po stiprinimo cementu 2014 metų vasara buvo karšta ir labai sausa, todėl sustiprinus sankasą cementu teko ją drėkinti, kad cementui kietėjant netrūktų vandens ir kad jis geriau surištų gruntą. Atlikti bandymai parodė, kad sankasa sustiprinta cementu, atitinka ST :2004 nurodytus reikalavimus, t.y. E v2 45 MPa ir santykis tarp E v1 ir E v2 2,5. Taip pat buvo pastebėta, kad santykis tarp deformacijos modulių E v1 ir E v2 moliniuose gruntuose yra didesnis, todėl ir sutankinimas yra pasiektas didesnis negu smėliniuose gruntuose. Atlikus matematinės statistikos skaičiavimus gauti variacijos koeficientai: molinio grunto 9,09 %, smėlinio grunto 5,80 %. 38

39 3.3.4 Grunto stiprinimas UPD priedu Lietuvos automobilių kelių direkcija prie Susisiekimo ministerijos paskutiniame tvarkomame ruože nusprendė atlikti eksperimentą su UPD priedu (3.5 pav.). UPD sudėtyje yra stiprus oksidatorius, stiprus tirpiklis ir natūralus dispergatorius. Medžiaga yra skiedžiama vandeniu ir įterpiama naudojant grunto frezą. Dėl šių medžiagų sąveikos suaktyvėja grunte esantys mineraliniai cementai ir suriša grunto daleles. Susidaro į nuosėdines uolienas panaši medžiaga. Sumažėja tuštumos tarp dalelių, padidėja tankis ir stipris, tačiau medžiaga pasilieka elastinga. UPD cheminiu priedu paveikta medžiaga tampa hermetiškesnė, atsparesnė vandens ir kitų, įvairaus klampumo skysčių poveikiui. Ši medžiaga skirta rišliems gruntams. Preparatas patenka į grunto daleles, pasikeičia jonų krūvis ir susidaro naujos molio dalelių jungtys. 3.5 pav. Grunto stiprinimas UPD priedu Eksperimentas nepasiteisino, teko pakeisti gruntą, dėl to buvo prarasta daug brangaus laiko. Pakeitus gruntą, jis pakartotinai buvo stiprinamas cementu. UPD priedu ir cementu modifikuotiems gruntams taip pat nustatyti deformacijos moduliai ir jų santykis (3.6 pav.). 39

40 Ev1/Ev2 santykis 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0, Eilės Nr. UPD priedas Cementas Stabilizacijos atlikimo riba 3.6 pav. Žemės sankasos deformacijų modulių santykis po stiprinimo UPD priedu ir cementu Atlikus bandymus po eksperimento su UPD priedu, rezultatai buvo labai prasti, dalies bandymų net nepavyko atlikti, nes gruntas po dviejų kietėjimo savaičių pasidarė liūliuojantis. Teko šį gruntą pakeisti kitu gruntu, kuris buvo stiprinimas cementu. Bandymai parodė, kad pakeitus ir cementu sustiprinus gruntą sankasa atitiko reikalavimus, t.y. E v2 45 MPa ir santykis tarp E v1 ir E v2 2,5. Gauti deformacijų modulių santykiai pasižymi išsibarstymu, tai rodo didelės variacijos koeficientų reikšmės: UPD priedu sustiprinto grunto 17,75%, cementu 11,18%. Atlikus bandymus buvo išsiaiškinta, kad priedas UPD turi būti naudojamas su cementu, t.y. cementas užbarstomas, UPD priedas išpurškiamas ant stiprinamo grunto ir su freza yra sumaišomas gruntas ir visi stirprinantys elementai. Kadangi pirmu atveju gruntas buvo stiprinimas be cemento, UPD priedas neturėjo rišamosios medžiagos ir negalėjo vykti jonų mainai. 40

41 3.3.5 Gautų rezultatų palyginimas su literatūroje pateiktais rezultatais Gautus bandymų rezultatus galima palyginti su literatūroje aprašytais bandymų rezultatais. Bandymo rezultatai pateikti straipsnyje Bell Šiame šaltinyje (1.1 pav.) pateikiama bandymų priklausomybė nuo kalkių kiekio grunte ir stiprio gniuždant. Kaip matome iš 1.1 pav. ir darbe atliktų bandymų, kurie pavaizduoti 3.2 lentelėje, naudojant 4 % kalkių gruntas įgauna didesnį stiprį gniuždymui, yra atsparesnis deformacijoms. Darbe gautų bandymų rezultatai sutampa su literatūros apžvalgoje pateiktais bandymų rezultatais (1.3 pav.) ir galima teigti, kad kalkės puikiai tinka smėliniams, moliniams gruntams stiprinti ir gerinti jų chemines, fizikines savybes. Tyrimų autorius (Primusz, 2008) pažymi, kad plastiški gruntai, tokie kaip moliai, po stabilizacijos sutvirtėja, sumažėja grunte drėgmės ir gruntas pasidaro neplastiškas, o bėgant laikui gruntas tvirtėja (1.3 pav.). Darbe atlikti bandymai parodė, kad stabilizavus molį kalkėmis gruntas tampa sausas ir neplastiškas (labiau birus gruntas), todėl su juo pasidaro daug lengviau dirbti. Taip pat yra pateikiama ir F.G Bell (1994) bandymai, kai gruntas stiprinamas cementu. Literatūros apžvalgoje pateikti rezultatai (1.4 pav.) rodo, kad 7% cemento yra optimaliausias kiekis grunte. Darbe nebuvo įmanoma įvertinti laiko poveikio, gruntą sustiprinus cementu, dėl kelio remonto darbų glaustų terminų. Buvo parenkamas 3 dienų laikotarpis, kuris parodė, kad cementas jau po 3 dienų gruntą sustiprina nuo 20% iki 60%, šie bandymai pateikti 3.1, 3.3 pav. Taip pat Jan R. Prusinski (1999) rašo, kad cementas tinka tiek biriems, tiek moliniams gruntams. Galima sutikti su šiais autoriais, nes atlikus bandymus su cementu pastebėta, kad biriems gruntams cementas tinka geriau, bet molinius gruntus sustiprina ne ką prasčiau, (3.3 pav.). Taip pat literatūros apžvalgoje minimi autoriai teigia, kad cementas suformuoja kietą gruntą, jis pasidaro antifiltracinis. Atliekant bandymus darbe buvo įsitikinta, kad stabilizavus smėlį su cementu jis pasidaro visiškai nelaidus vandeniui, todėl reikalingas kelio drenažas, gilesni kelio grioviai, nes sankasoje suformuojamas nelaidus vandeniui sluoksnis. Pateikti darbų rezultatai 3.1, 3.2, 3.3 lentelėse buvo atliekami kaip savikontrolės bandymai prieš priduodant pagrindą techniniam prižiūrėtojui, buvo atlikti keli bandymai tose pačiose vietose sertifikuotos laboratorijos UAB,,Alkesta, kuri patvirtino gautus rezultatus (3 Priedas). 41

42 4. IŠVADOS IR PASIŪLYMAI 1. Išanalizavus anksčiau atliktų tyrimų rezultatus galima teigti, kad grunto stabilizavimas yra tinkama priemonė keliams, nes gruntas iš netinkamo padaromas tinkamu kelio sankasai. Be to, gruntas įgauna didesnį stiprį ir atsparumą deformacijoms, kas suteikia keliui stabilumo ir ilgaamžiškumo. 2. Nustatyta, kad moliniams gruntams stiprinti geriau tinka kalkės, o smėliniams gruntams cementas. 3. Sustiprinus gruntą cementu būtinas kelio drenažas, gilesni kelio grioviai, nes sankasoje suformuojamas nelaidus vandeniui sluoksnis. 4. Atlikus šį darbą galima teigti, kad stiprinant tiesiamo kelio gruntą, galima sutrumpinti darbų laiką bei sutaupyti statybos kaštus, nes nereikia keisti nestabilių gruntų, galima juos tiktai pagerinti. 5. Norint pigiai įrengti vietinės reikšmės kelius, ir kitus objektus, kuriuos veikia mažos apkrovos, užtenka stabilizuoti esamą gruntą ir jį naudoti kaip asfaltbetonio pagrindą. 6. UPD panaudojimas šioje kelio renovacijoje nepasiteisino, nes nebuvo panaudotas cementas kaip rišamoji medžiaga. 42

43 LITERATŪROS SĄRAŠAS 1. BUND. G Soil stabilization by lime. EJGE vol DALLAS N. LITTLE., E.H MALES, JAN R. PRUSINSKI, B. STEWART Cementitious Stabilization. A2J01: Committe on cementitious stabilization. Lousiana State University. 3. BELL F.G Lime stabilisation of clay soils. Bulletin of the International Association of ENGINEERING GEOLOGY N39 Paris. 4. BELL F.G An assesment of cement-pfa and lime-pfa used to stabilize clay-size materials. Bulletin of the International Association of ENGINEERING GEOLOGY N49 Paris. 5. BUKOWSKI Z., NAZARKO G., Silpnų ir jautrių šalčiui gruntų stabilizavimo,naudojant cementą ir jonų mainus gerinantį Roadbond EN-1 priedą, techninės sąlygos. 6. GRAVES H.M., An introduction to lime Stabilization. Proc. Seminor on lime stabilisation, Loughborough University, Thimas Telford, pp HERZOG A., MITCHELL J.K., 1963 Reactions accompanying stabilization of clay with cement. In highway research record 36. Highway research board, National research council, Washington D.C. 8. HOLM G., 1979 Lime column stabilization-experiences concerning strenght and deformation properties. Vag-och Vattenbyggaren. 25, No. 7-8, ĮT SBR Automobilių kelių dangos konstrukcijos sluoksnių be rišiklių įrengimo taisyklės 10. Kelias Nr. 136 Darbo projektas.2014 Vinčai-Pilviškiai-Vilkaviškis darbo projektas 11. Lietuvos standartas LST EN AC:2002. Statybinės kalkės. 1 dalis. Apibrėžimai, techniniai reikalavimai ir atitikties kriterijai 12. Lietuvos standartas LST :1995 Automobilių kelių gruntai. Bandymas štampu. 13. MARKO K., PRIMUSZ P: Appliability of Lime-Stabilization in Forest Road Construction. Proceedings of the International Science Conference. Present and Future of Forest Opening-Up and Hydrology. Sopron, Hungary. 21th 22th September2006. p.: NEGI A. S., FAIZAN M., SIDDHARTH S D.P., 2013, Soil stabilization using lime. International jurnal of innovative research in science, Engineering and technology. Vol2, Issue 2. ISSN: PRIMUSZ P., PETERFALVI J., KOSZTKA M., MARKO G., Bearing capacity of lime-stabilized soils. Forest constructions in the country and their recreational use. 16. PRUSINSKI JAN. R., BHATTACHARJA S., Effectiveness of portland cement and lime in stabilizing clay soils. Transportation research board 1682, Washington, D.C. 17. Statybos taisyklės ST : Automobilių kelių žemės sankasos įrengimas. 18. TARCZY, L. 2000: Lime soil treatment. Hungarian Revue for Civil Engineering. Issue 2. 43

44 PRIEDAI 44

45 1. Priedas 45

46 46

47 2. Priedas 47