Медрес, Евгений Петрович. Совершенствование технологии строительства комбинированной дорожной насыпи из EPS-блоков и пенобетона на слабых грунтах

brief description

Медрес, Евгений Петрович. Совершенствование технологии строительства комбинированной дорожной насыпи из EPS-блоков и пенобетона на слабых грунтах : диссертация ... кандидата технических наук : 05.23.11 / Медрес Евгений Петрович; [Место защиты: Моск. гос. автомобил.-дорож. ин-т].- Санкт-Петербург, 2013.- 199 с.: ил. РГБ ОД, 61 13-5/1407

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
На правах рукописи 625.731.1
МЕДРЕС Евгений Петрович
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬСТВА
КОМБИНИРОВАННОЙ ДОРОЖНОЙ НАСЫПИ ИЗ EPS - БЛОКОВ И
ПЕНОБЕТОНА НА СЛАБЫХ ГРУНТАХ
05.23.11 Проектирование и строительство дорог, метрополитенов,
аэродромов, мостов и транспортных тоннелей
ДИССЕРТАЦИЯ
на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор С.А. Евтюков
Санкт-Петербург-2013 г. 
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ПО ДОРОЖНЫМ
НАСЫПЯМ НА СЛАБЫХ ГРУНТАХ 9
1.1. Обзор дорожной отрасли: технологии в строительстве насыпей на слабых грунтах 9
1.2. Типы легких материалов, применяемых в насыпях
на слабых грунтах
1.3. Зарубежный опыт строительства дорожных насыпей
на слабых грунтах
1.4. Совершенствование подхода к строительству облегченной насыпи
28
на слабых грунтах
Выводы по 1-й главе 32
ГЛАВА 2. ПРИНЦИПЫ СТРОИТЕЛЬСТВА КОМБИНИРОВАННОЙ ДОРОЖНОЙ НАСЫПИ ИЗ EPS - БЛОКОВ И ПЕНОБЕТОНА НА СЛАБЫХ ГРУНТАХ
2.1. Применение альтернативных легких заполнителей
в комбинированной насыпи на слабых грунтах
2.1.1. Экспериментальное исследование применения EPS- блоков при
строительстве комбинированных блоков
2.2. Методологические принципы технологии строительства
комбинированной насыпи на слабых грунтах
2.3. Устойчивость комбинированной насыпи из EPS - блоков и
пенобетона на слабых грунтах
2.4. Технологические методы корректировки устойчивости
комбинированной насыпи с EPS - блоками и пенобетоном
ГЛАВА 3. СПЕЦИФИКА ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬСТВА И КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ КОМБИНИРОВАННОЙ ДОРОЖНОЙ НАСЫПИ ИЗ EPS - БЛОКОВ
83
И ПЕНОБЕТОНА И ОСОБЕННОСТИ
ЗЛ. Рекомендации по применению EPS - блоков и пенобетона при строительстве комбинированной дорожной насыпи на слабых грунтах 83
3.2. Особенности гидростатического всплытия комбинированной дорожной насыпи 89
3.3. Специфика технологических работ по строительству
комбинированной дорожной насыпи с применением EPS - блоков и пенобетона
3.4. Контроль качества при производстве строительных работ и техника безопасности при строительстве комбинированной дорожной
насыпи
Выводы по 3 - й главе 118
ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ И ВНЕДРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬСТВА КОМБИНИРОВАННОЙ
120
ДОРОЖНОЙ НАСЫПИ ИЗ EPS - БЛОКОВ И ПЕНОБЕТОНА
4.1. Техническое и экологическое обоснование технологии
строительства комбинированной насыпи на слабых грунтах 120
4.2. Расчетные обоснования конструкции облегченной насыпи 123
4.3. Экономическое обоснование технологии строительства
комбинированной насыпи строительства
4.4. Реализация результатов научной деятельности в объектах
интеллектуальной собственности, стандартах и практике
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 138
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 141
ПРИЛОЖЕНИЯ 153
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы В настоящее время дорожное строительство в России приближается к современному мировому уровню в строительной отрасли. Одно из актуальных направлений - это строительство дорожных насыпей на слабых грунтах. Внедрение в практику новых технологий строительства дорог с применением альтернативных материалов позволит усовершенствовать конструктивно-технологические решения дорожных насыпей.
Применение альтернативных материалов, таких как пенополистирол и пенобетон, в комбинированной дорожной насыпи технически и экономически выгодно, они обладают достаточно большой долговечностью, что подтверждается международным опытом.
В российской практике, к сожалению, пока нет опыта внедрения таких современных технологий, так же нет методического и нормативного указания и руководства по расчету и проектированию насыпей на слабом грунте с применением, например, пенополистирольных блоков (EPS - блоков Ekspandirovanny Penopolistirolny Blocks - экспандированные пенополистирольные блоки). Однако Франция, Германия, Япония, Норвегия (с 1972г.), Великобритания работают в этом направлении; в США существует руководство с общим описанием принципов расчета и проектирования облегченных насыпей из EPS - блоков.
Внедрение в практику технологии строительства комбинированной дорожной насыпи позволит обеспечить устойчивость насыпи, придать ей дополнительную жесткость, исключить вероятность возникновения гидростатического всплытия, а также предотвратить ряд негативных явлений, таких горючесть материалов, вандализм, что позволит усовершенствовать технологические процессы и упростить дальнейшую эксплуатацию. Преимущества от такого внедрения позволят продлить сроки эксплуатации дорожной насыпи.
Целью диссертационной работы явилась совершенствование конструктивно-технологических решений комбинированной дорожной насыпи на слабых грунтах с применением EPS - блоков и пенобетона. Для достижения поставленной цели необходимо проанализировать отечественный и зарубежный опыт строительства на слабых грунтах, предложить подходы и методы совершенствования строительства облегченных дорожных насыпей, выполнить теоретические и практические исследования по применению легких материалов в комбинированной дорожной насыпи на слабых грунтах, предложить усовершенствованную технологию строительства и конструктивно-технологические решения комбинированной дорожной насыпи на слабых грунтах с применением EPS - блоков и пенобетона, разработать рекомендации по применению легких материалов в комбинированной насыпи.
Задачи диссертационной работы заключаются в следующем:
• рассмотрение принципов технологии строительства дорожных насыпей на слабых грунтах.
• обоснование существующей методологии строительства дорожных насыпей на слабых грунтах.
• определение требований к устойчивости и оценке осадки основания насыпи на слабых грунтах
• совершенствовании подходов к строительству облегченной насыпи на слабых грунтах.
• предложение принципа расчета облегченной насыпи на слабых грунтах.
• разработке технологических методов корректировок внутренней и внешней устойчивости комбинированной насыпи на слабых грунтах.
• оценке возможного гидростатического всплытия.
• совершенствовании технологии строительства комбинированной насыпи на слабых грунтах.
Объект и методы исследования. В качестве объекта исследования выбраны существующие технологии строительства дорожных насыпей на слабых грунтах. Предметом исследования является технология строительства комбинированной дорожной насыпи с EPS - блоками и пенобетоном. Метод исследования, позволяющий удовлетворить требованиям при строительстве дорожной насыпи, направлен на уменьшение веса насыпи, обоснованный применением легких материалов. При этом прочность и сжимаемость естественного слабого основания насыпи улучшать не требуется. Насыпь будет технически более эффективной и экономичной, т.к. нет необходимости прибегать к дорогим техническим приемам укрепления грунта основания.
Научная новизна работы состоит в следующем:
1. Решение технологических задач по укреплению слабых оснований посредством современной технологии строительства комбинированной дорожной насыпи на слабых грунтах из EPS- блоков и пенобетона.
2. Решение конструктивных задач по применению в конструкции комбинированной дорожной насыпи на слабых грунтах EPS - блоков и пенобетона, а также задач по разработке конструктивных способов крепления инженерных конструкций комбинированной насыпи.
3. Определение рационального объема и пропорций легких материалов в комбинированной насыпи из EPS - блоков и пенобетона.
4. Разработка технологических методов корректировки внутренней и внешней устойчивости комбинированной насыпи на слабых грунтах, а также определение гидростатического всплытия.
5. Разработка алгоритма расчета комбинированной дорожной насыпи на слабых грунтах с применением легких материалов, а также методик расчета устойчивости по напряжениям (стабильности) и осадки насыпи и на сопротивление гидростатическому всплытию.
Практическая значимость работы заключается во внедрении технологии в современное строительство дорожных насыпей на слабых грунтах. Внедрение совершенствованной технологии строительства позволит решить многие задачи и исключить проблемы, возникающие как в период строительства, так и в период эксплуатации.
На защиту выносятся
• результаты анализа существующих технологий строительства дорожных насыпей на слабых грунтах;
• технология строительства комбинированной дорожной насыпи на слабых грунтах из EPS - блоков и пенобетона;
• рекомендации по применению EPS - блоков и пенобетона в комбинированной дорожной насыпи на слабых грунтах.
• рациональные объемы и пропорции легких материалов в комбинированной насыпи;
• специфика технологических работ по строительству комбинированной дорожной насыпи на слабых грунтах из EPS - блоков и пенобетона;
• конструктивные схемы креплений инженерных конструкций в комбинированной дорожной насыпи на слабых грунтах;
• обоснование устойчивости насыпи против гидростатического всплытия;
• сравнение технологий строительства дорожных насыпей на слабых грунтах: производительность работ, сроки консолидации, экономическая эффективность.

bibliography

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
Анализируя главы диссертационной работы, можно отметить, что совершенствование технологии строительства комбинированной дорожной насыпи из EPS - блоков и пенобетона на слабых грунтах необходимо и актуально. Научная новизна предложений обоснована. В подтверждении тому, можно сделать выводы:
1. Анализ зарубежного опыта строительства дорожных насыпей на слабых грунтах доказал, что применение легких материалов обеспечивает высокое качество строительных работ, позволяет оптимизировать экономические затраты, а также дает надежный и долговечный результат.
2. Предложенная технология строительства комбинированной дорожной насыпи на слабых грунтах с EPS - блоками и пенобетоном обосновывает необходимость применения на практике, что подтверждается экономической эффективностью и расчетами на .устойчивость основания, осадку и на сопротивление гидростатическому всплытию.
3. Разработка и внедрение нормативно - технической документации по проектированию и строительству комбинированной насыпи позволит решить многие задачи и предотвратить появление негативных факторов.
4. Разработан стандарт организации по устройству комбинированной дорожной насыпи на слабых грунтах с применением EPS - блоков и пенобетона [78].
5. Исключены конструктивно недостатки EPS - блоков, в частности, разрушение грызунами, горючесть, вандализм, тем самым усовершенствованы технологические процессы и дальнейшая эксплуатация.
6. Разработаны рекомендации по применению EPS - блоков и
пенобетона в комбинированной дорожной насыпи на слабых грунтах.
Разработанные рекомендации по применению EPS - блоков и пенобетона в
комбинированной дорожной насыпи на слабых грунтах позволяют
использовать оптимальное отношение материалов в конструкции.
Альтернативная комбинация легких материалов способствует повышению
138
устойчивости всей конструкции, надежности и безопасности, а также ускорению осадки, сокращению сроков консолидации слабого грунта, тем самым повышая устойчивость насыпи.
7. Проведены теоретические и практические исследования пенополистирольных блоков для их обоснованного применения в строительстве комбинированной насыпи на слабых грунтах. В данном исследовании проведены испытания EPS-блоков на определение плотности, прочности на сжатие при заданной деформации, пределе прочности при изгибе. В результате исследования определены образцы с требуемыми
і
характеристиками (блоки плотностью не менее 29 кг/м , сопротивлением сжатию при 1 % деформации 75 кПа, при 5% - 153,0 кПа, при 10%-180,0 кПа и пределом прочности при изгибе - 310,5 кПа) для строительства комбинированной дорожной насыпи.
8. Предложены технологические методы для внутренней и внешней устойчивости комбинированной насыпи на слабых грунтах.
9. Включение в дорожную насыпь пенобетона придает насыпи устойчивость, предотвращает от гидростатического всплытия. Дополнительная прослойка пенобетона придает жесткость конструкции, устойчивость, а также выравнивает поверхность, что в дальнейшем облегчает укладку следующего второго массива из EPS - блоков.
10. Затраты на строительство комбинированной насыпи ниже на 15% по сравнению с затратами на строительство насыпи на сваях, что составляет соответственно 227300,79 млн. руб. и 262806,18 млн. руб. Соответственно в случае комбинированной насыпи затраты на текущий ремонт и содержание дороги и капитальный ремонт ниже на 15%. Значения экономической эффективности обусловлены техническими, экономическими и экологическими преимуществами. К экономическим преимуществам можно отнести снижение затрат на строительство вследствие уменьшения массы комбинированного конструктива, минимизация использования дорогой дорожно - строительной и подъемно-транспортной техники.
11. Существенными преимуществами технологии строительства комбинированной дорожной насыпи из EPS- блоков и пенобетона на слабых грунтах относятся:
- возведение легкой конструкции приведет к уменьшению нагрузки на слабое грунтовое основание;
- наличие нижнего слоя из пенобетона позволит выровнять основание для укладки EPS- блоков;
- защита EPS - блоков пенобетоном по откосам от ультрафиолетового излучения, грызунов, вандалов;
- комбинированная насыпь - пожаробезопасная конструкция;
- исключение гидростатического всплытия;
- экономичность технологии;
- сокращение сроков и простая технология строительства;
- целостная, единая прочная конструкция;
- экологичная конструкция.