Уплотнение оснований лесных дорог на глинистых грунтах в межсезонные периоды

Лесные дороги обеспечивают круглогодичную вывозку лесоматериалов и доставку их потребителям. Они должны обладать высокими технико-экономическими качествами для выполнения требований ритмичности, экономичности и экологичности вывозки. Лесовозные автомобильные дороги являются капиталоемкими сооружениями. В связи с этим возникает задача нахождения оптимального метода строительства, который позволил бы снизить финансовые расходы и трудозатраты, а также повысить прочность и долговечность конструкции дорог [4], [5].

Одним из таких методов является технология возведения лесных дорог путем перемещения грунта из придорожных канав и резервов. Основным строительным материалом в этом случае является местный почвогрунт, перемещаемый экскаватором в тело земляного полотна из боковых канав, выполняющих роль притрассовых резервов.

При строительстве лесной дороги по указанной выше технологии возникает необходимость оценки плотности получаемого дорожного основания.

На значительной территории Северо-Западного федерального округа залегают глинистые почвогрунты. Поскольку строительство дорог ведется практически круглогодично, за исключени-

ем зимнего периода, то возникает необходимость оценки уплотнения грунта в периоды перепадов температур от положительных до отрицательных и наоборот.

В статьях [2] и [3] было показано, что многократные циклы «замораживание – оттаивание» почвогрунтов влияют на их физико-механические характеристики, в частности плотность, коэффициент сжимаемости и модуль деформации. В указанных работах приведены результаты испытаний суглинка в текучепластичном состоянии. Однако исследования глин не проводились.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Для исследования были отобраны текучепластичные глины, залегающие на лесной территории опытного участка учебно-научно-исследовательского комплекса «Лесная дорога» инновационнотехнологического кампуса ПетрГУ [1].

Образцы почвогрунтов для испытаний были изготовлены с учетом требований ГОСТ 304162012 «Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения», а их отбор, упаковка, транспортирование, хранение и подготовка в соответствии с требованиями ГОСТ 12071-2000 «Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов».

Испытания проводились в лаборатории испытаний конструкций и сооружений Института лесных, инженерных и строительных наук ПетрГУ.

Для испытания почвогрунта было подготовлено 15 монолитов, которые были разбиты случайным образом на 5 групп:

• •    три монолита использовались для определения физических характеристик почвогрунта: плотности, влажности, коэффициента пористости, плотности скелета грунта, пористости;

• •    три монолита испытывались без замораживания;

• •    три монолита испытывались после одного цикла «замораживание – оттаивание»;

• •    три монолита испытывались после двух циклов «замораживание – оттаивание»;

• •    три монолита испытывались после трех циклов «замораживание – оттаивание».

Замораживание образцов осуществлялось в морозильной камере при температуре –16 °C в течение 12 часов, оттаивание – в отапливаемом помещении при температуре +21 °С в течение 9 часов перед испытанием и в течение 12 часов перед следующим замораживанием.

Все эксперименты выполнялись на стандартном лабораторном оборудовании по методике, стандартной для механики грунтов.

Особенность использованной методики заключается в следующем:

• •    одна часть образцов испытывалась до замораживания, а другая часть таких же образцов того же грунта испытывалась после одного, двух и трех циклов «замораживание – оттаивание»;

• •    нагружение проводилось ступенями по 0,05 МПа на первых двух ступенях и 0,1 МПа на третьей ступени с выдержкой по 5 минут.

За результат испытаний принималось среднее арифметическое значение параллельных определений соответствующего метода.

Методика определения физико-механических показателей почвогрунта приведена в работе [2].

РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ

Результаты определения физических характеристик почвогрунта приведены в табл. 1.

Таблица 1

Результаты определения физических характеристик

Физическая характеристика	Единица измерения	Значение
Плотность, ρ	г/см3	1,91
Влажность, W	%	29,7
Число пластичности, I P	%	19
Показатель текучести, I L	д. е.	0,87
Плотность скелета, ρd	г/см3	1,47
Коэффициент пористости, e	д. е.	0,86
Пористость, n	д. е.	0,46

По результатам испытаний по ГОСТ 251002012 «Грунты. Классификация» установлен вид и состояние почвогрунта – глина текучепластичная.

Результаты определения физико-механических характеристик почвогрунта после испытания приведены в табл. 2.

Таблица 2

Средние значения физико-механических характеристик почвогрунта до замораживания и после оттаивания

Состояние	Коэффициент пористости e , д. е.	Модуль деформации Е , МПа
До испытания	0,86
Без замораживания	0,72	4,215
1-й цикл замораживания	0,661	3,518
2-й цикл замораживания	0,679	3,409
3-й цикл замораживания	0,601	3,211

Результаты испытаний (табл. 2) показали, что при многократных процессах замораживания и оттаивания после каждого цикла «замораживание – оттаивание» модуль деформации глины уменьшается. Наиболее интенсивные изменения происходят в первом цикле. В следующих циклах уменьшение модуля деформации суглинка замедляется.

Изменение физико-механических характеристик почвогрунта при многократных циклах «замораживание – оттаивание» представлено в табл. 3.

Таблица 3

Изменение физико-механических характеристик почвогрунта при многократных циклах «замораживание – оттаивание»

Состояние	Коэффициент пористости e , д. е.	Модуль деформации Е , МПа
Без	0,722	4,215
замораживания	(100 %)	(100 %)
1-й цикл	–9,418 %	–18,956 %
2-й цикл	–13,435 %	–20,403 %
3-й цикл	–16,066 %	–26,88 %

ВЫВОДЫ

Установлено, что при повторяющихся процессах замораживания и оттаивания после каждого цикла «замораживание – оттаивание» коэффициент пористости и модуль деформации глины уменьшаются. Наиболее интенсивные изменения происходят в первом цикле. В следующих циклах это уменьшение замедляется.

Экспериментально установлено, что модуль деформации глины после первого цикла «замораживание – оттаивание» уменьшается на 19 %, после второго и третьего – на 20,4 % и 27 % соответственно по отношению к значению модуля деформации в начальном состоянии до замораживания. Коэффициент пористости уменьшается

Уплотнение оснований лесных дорог на глинистых грунтах в межсезонные периоды

на 9,4 % после первого цикла «замораживание – оттаивание», на 13,4 % после второго цикла и на 15 % после третьего. Уменьшение коэффициента пористости и модуля деформации при многократном замораживании и оттаивании суглинка объ- ясняется изменением структуры почвогрунта под влиянием циклов «замораживание – оттаивание».

Результаты исследований могут быть использованы для создания моделей, описывающих процессы уплотнения оснований лесных дорог.

* Работа выполнена при поддержке Программы стратегического развития ПетрГУ в рамках реализации комплекса мероприятий по развитию научно-исследовательской деятельности на 2012–2016 гг.

GROUNDWORK BASE CONSOLIDATION OF FOREST ROADS BUILT ON CLAY SOILS DURING

INTERSEASONAL PERIODS