ГлавнаяУровень контактных давлений должен быть таким, чтобы, преодолев эту сопротивляемость, получить, хотя бы и за ряд проходов, необходимые деформации, не превзойдя при этом предела прочности грунта. Соблюдение этого условия вполне возможно при уплотнении грунтов, укрепленных цементами, и очень затруднено для грунтов, укрепленных органическими вяжущими материалами — битумами. Вследствие высокой вязкости грунтов, укрепленных битумами, для развития необходимой деформации требуются большие нагрузки, которые, как правило, превосходят довольно низкие пределы прочностей этих материалов. Таким образом, критерий возможности уплотнения, определяемый выражением (50) для грунтов, укрепленных битумами, не выполняется. Поэтому уплотнение этих грунтов связано с большими трудностями и возможно лишь с принятием специальных мер.
Необходимо учитывать также и реологические свойства материалов. Укрепленные грунты представляют собой типичные упруго-вязко-пластичные материалы. Поэтому равновесное состояние после приложения нагрузки устанавливается не сразу, а по истечении некоторого времени, и, следовательно, требуемая плотность грунта достигается в результате многократного приложения нагрузки.
Укрепление грунтов цементами получило наибольшее распространение. Поэтому, в первую очередь, следует остановиться на свойствах этих грунтов. Исследовалось влияние добавок цемента на пределы прочности и модули деформации грунтов. В первой серии опытов к грунтам независимо от их гранулометрического состава добавляли 10% цемента, во второй серии количество цемента подбирали оптимальным из условия равнопрочности грунтов, и потому его процентное содержание (5—16%) возрастало с повышением содержания в грунтах глинистых частиц. Пределы прочности и модули деформации определяли для грунтового полупространства и для цилиндрических образцов, диаметр и высота которых равны 5 см. В обоих случаях были получены совершенно идентичные зависимости.
Представляет интерес кинетика нарастания во времени прочности и жесткости грунта, укрепленного цементом. Контакт цемента с водой начинается с момента ввода его в грунт, влажность которого должна быть близка к оптимальным значениям, определяемым методом стандартного уплотнения. При меньших влажностях ввиду неполной однородности смеси гидратация цемента не обеспечивается во всех точках объема грунта, а большее влагосодержание может повлечь за собой снижение прочности укрепленного грунта. Гидратация цемента и образование в грунте новых кристаллических сростков приводят к повышению прочности и сопротивляемости внешним нагрузкам. Так как для завершения процесса уплотнения грунта требуется какое-то время, быстрый рост сопротивляемости может снизить эффективность процесса.
На первый взгляд кажется, что до начала схватывания цемента никаких изменений в прочностных и деформационных показателях грунта произойти не может. Однако оказалось, что в грунте схватывание цемента начинается значительно раньше — практически сразу же, с момента введения его в грунт. Так, прочности образцов, приготовленных из связных грунтов, укрепленных портландцементами, уже через 10—12 мин после перемешивания становятся заметно выше тех, которые соответствуют таким же грунтам без добавок цемента. Далее пределы прочности непрерывно возрастают и ко времени, соответствующему паспортному значению «начала схватывания» цемента, уже в несколько раз превышают значения, соответствующие неукрепленным грунтам. Это указывает на то, что процессы гидратации в грунте идут значительно быстрее, чем в том случае, когда цемент контактирует с водой в чистом виде.
Опыты позволили установить, что на пределы прочностей укрепленных грунтов, в первую очередь, оказывает влияние количество цемента, затем гранулометрический состав грунта и марка цемента, В данном случае имеется в виду не окончательная прочность уже сформировавшегося цементогрунта, а прочность через 1—4 ч после введения цемента в грунт, т. е. прочность в течение времени, характерного для завершения процесса уплотнения. При оптимальном содержании цемента предел прочности укрепленных грунтов уже через 1—2 ч в 2,5—3 раза выше значения прочности неукрепленного грунта при одинаковых плотностях и влажностях.
Многочисленными опытами установлено, что при оптимальном содержании цемента темп нарастания относительных пределов прочностей не зависит от гранулометрического состава грунта. Поэтому различные грунты обладают сходными кривыми кинетики твердения цементогрунтовых смесей и, следовательно, зависимость относительного предела прочности от времени для разных грунтов может быть отображена одной кривой. Под относительным пределом прочности понимается отношение его абсолютной величины, соответствующей произвольно выбранному времени, к пределу прочности, который соответствует заранее обусловленному времени, например часу. Вполне естественно, что зависимость абсолютных значений пределов прочностей от времени для каждого вида грунта отображается своей кривой.
Пределы прочности грунтов при оптимальном содержании в них цемента с увеличением количества глинистых частиц непрерывно возрастают (рис. 66, а). Так, предел прочности грунта, где содержание глинистых частиц равно 40%, в 2,5 раза выше предела прочности супесчаного грунта с содержанием глинистых частиц 3—4%, с чем необходимо считаться при выборе средств уплотнения и назначении оптимального режима их работы. При постоянном содержании цемента эта зависимость характеризуется кривой, имеющей максимум, т. е. в данном случае прочность также увеличивается с повышением содержания в грунтах глинистых частиц, но до определенного предела, после которого цемента начинает как бы «не хватать». Положение максимума этой кривой определяется содержанием цемента. С увеличением содержания цемента он сдвигается в сторону большего количества глинистых частиц.
При оптимальном количестве цемента зависимость предела прочности, выраженного в относительных единицах, от содержания в грунтах глинистых частиц отображается сложной кривой, имеющей максимум и менее выраженный минимум (рис. 66, б). Это объясняется тем, что с увеличением содержания в неукрепленных грунтах глинистых частиц предел прочности уменьшается, достигает минимума, а затем возрастает по кривой, близкой к экспоненте. Минимум соответствует так называемой оптимальной грунтовой смеси, в которой содержание глинистых частиц близко к 10%. В данном случае за единицу предела прочности приняты значения, соответствующие неукрепленным грунтам. С повышением содержания глинистых частиц предел прочности неукрепленного грунта вначале уменьшается и, следовательно, его относительная величина, соответствующая укрепленному грунту, возрастает. После достижения минимума начинают возрастать пределы прочностей неукрепленного грунта, что ведет к уменьшению относительных значений пределов прочностей укрепленного грунта. Последние достигают минимума, а затем вновь возрастают, что также связано с характером роста на этом участке кривой пределов прочностей неукрепленного грунта.
Практическое значение имеют абсолютные значения пределов прочностей, соответствующие периоду уплотнения грунтов (табл. 46). Данные табл. 46 относятся к каткам на пневматических шинах, которые и применяются главным образом для уплотнения укрепленных грунтов. Из таблицы видно, что пределы прочности укрепленных грунтов через 4 ч примерно в 1,8 раза больше тех значений, которые соответствуют 1 ч. Марка цемента влияет на предел прочности не столь значительно, как количество цемента или гранулометрический состав грунта. Так, при переходе с цемента марки 350 на цемент марки 500 предел прочности увеличился всего на 15—20%.
Модули деформации укрепленных грунтов уменьшаются с увеличением напряжения, а следовательно, и относительной деформации, что указывает на нелинейный характер зависимости напряжения от деформации. Однако по сравнению с неукрепленным грунтом это уменьшение происходит в меньшей мере и, таким образом, добавка цемента способствует спрямлению зависимости напряжения — деформация.
Спрямляющее действие цемента позволяет выделить зону деформации укрепленных грунтов, в пределах которой зависимость между напряжением и деформацией может быть практически принята за линейную. Такая зона распространяется в область сравнительно высоких значений относительных деформаций, превосходящих 0,02—0,03, а в некоторых случаях даже 0,04—0,05. После превышения относительной деформацией этих предельных значений зависимость между напряжением и деформацией становится нелинейной и модули деформации уменьшаются. Это указывает на то, что уплотнение укрепленных цементами грунтов экономически выгодно и технически целесообразно вести в режиме, обеспечивающем получение сравнительно больших относительных деформаций, превышающих 0,03— 0,05. При этом ввиду уменьшения деформации будет также уменьшаться и необходимая удельная работа, т. е. работа, затрачиваемая на уплотнение 1 м3 грунта. Однако опытным путем установлено, что даже при соблюдении этих условий модуль деформации укрепленных связных и несвязных грунтов через 15—20 мин после внесения оптимального количества цемента повышается в 2—3 раза по сравнению с теми его значениями, которые относятся к такому же, но неукрепленному грунту.
Быстрое увеличение модуля деформации позволяет полагать этот процесс скачкообразным. В дальнейшем модуль повышается по-разному. В одних случаях он непрерывно увеличивается по закономерности, близкой к экспоненциальной, в других — до момента, примерно равного полусумме времени начала и времени конца схватывания цемента, которые определяются стандартным методом, модуль растет весьма медленно или даже остается на одном уровне, а затем вновь резко повышается. В результате при оптимальном содержании цемента достигнутые значения модуля к концу схватывания превышают значения модуля деформации неукрепленных грунтов в 4—6 раз для малосвязных и в 7—8 раз для связных грунтов. После второго скачка повышение модуля идет уже замедленными темпами.
На величину модуля деформации значительное влияние оказывает количество цемента, что видно из рис. 67, построечного по измерениям, выполненным через 2 ч после внесения цемента. Количество цемента оказывает влияние также и на кинетику нарастания модуля деформации грунта во времени. Однако это влияние существенно лишь через некоторое время после внесения цемента в грунт, которое находится в пределах от 0,5 до 1 ч, что объясняется разной скоростью нарастания модулей деформации. Так, при малом содержании цемента нарастание модуля описывается затухающей кривой, а при содержании цемента, близком к оптимальному, оно носит монотонный характер и начинает затухать лишь через некоторое время. Когда содержание цемента превышает оптимальное значение, закономерность нарастания модуля во времени описывается кривой, указывающей на прогрессирующий характер этого процесса. Затем нарастание модуля становится монотонным, после чего начинает затухать.
В практике строительства уплотнение начинают не ранее чем через 1 ч после внесения цемента в грунт, поэтому количество цемента следует признать весьма важным фактором, оказывающим существенное влияние на модуль деформации грунта. При постоянном количестве цемента с увеличением содержания в грунте глинистых частиц модуль деформации повышается, достигает максимума, а затем снижается. Положение этого максимума, так же как и максимума предела прочности, определяется количеством цемента. При оптимальном содержании цемента с увеличением содержания глинистых частиц снижения модуля не происходит, но темп его роста постепенно уменьшается.
Модули деформации растут с увеличением плотности укрепленного грунта, причем этот рост для связных и несвязных грунтов происходит по идентичным кривым. При изменении плотности в пределах (0,9—0,98) δmах модули деформации возрастают монотонно, т. е. кривые зависимости модуля от плотности близки к прямым. В этом интервале плотностей модули увеличиваются в 1,5—2 раза. При плотностях выше 0,98 δmах наблюдается прогрессирующий характер роста модуля. Так, при повышении плотности до δmах, т. е. всего на 0,02, модули деформации возрастают в 1,2—1,5 раза и притом больше у связных грунтов. Поэтому достижение плотностей укрепленных грунтов, превышающих 0,98 δmах, особенно трудно.
Модули деформации укрепленных грунтов уменьшаются с увеличением их влажностей, причем в пределах (0,6—1) W0 зависимость линейная. Увеличение влажности от Wo до 1,2Wo, т. е. всего на 0,2Wo, снижает модуль деформации грунта в среднем в 2,2 раза. Поэтому увеличение влажности может в значительной степени облегчить процесс уплотнения укрепленных грунтов. Однако увеличение влажности допустимо в ограниченных пределах, так как оно приводит к уменьшению получаемой в итоге прочности укрепленного грунта.
Интересно сопоставить влияние на модули деформации укрепленных грунтов таких факторов, как время от начала введения цемента, содержание в грунте глинистых частиц, которое в процессе опытов изменялось от 2 до 26%, количество введенного цемента, которое варьировалось в пределах от 0,5 до 1 от оптимального его количества и плотности грунта, изменяемой в пределах от 0,9 δmах до δmах. Рост численных значений этих факторов приводит к повышению модуля деформации грунта. При этом через 2 ч после введения цемента только в результате влияния фактора времени модуль деформации увеличивается в 2,5—4 раза. При изменении в указанных пределах содержания в грунте глинистых частиц модуль деформации возрастает в 2 раза, а при изменении количества цемента и плотности он увеличивается соответственно в 1,3—1,7 и 1,7—1,9 раза. Таким образом, на повышение модуля деформации самое сильное влияние оказывает фактор времени.
В производственных условиях обычно происходит одновременное влияние двух факторов — времени и плотности, что приводит к значительному увеличению модуля деформации грунта.
Представляют интерес данные, характеризующие модули упругости укрепленных грунтов. В отличие от модулей деформации, которые уменьшаются с повышением напряженного состояния грунта, модули упругости как укрепленных, так и неукрепленных грунтов при этом возрастают. Они растут также и во времени, что является следствием развития процессов гидратации и твердения цемента. Характер этого роста близок к характеру роста модулей деформации.
Таким образом, после внесения цемента жесткость грунта увеличивается в результате снижения необратимой и обратимой деформаций. При этом если содержание цемента менее оптимального, найденного из условия равнопрочности грунтов, то снижение во времени обратимой деформации происходит быстрее, чем необратимой. При оптимальном содержании цемента темпы снижения обратимой и необратимой деформаций примерно одинаковы. Если содержание цемента в грунте меньше оптимального значения, необратимая часть деформации снижается быстрее.
Модуль упругости от гранулометрического состава грунта зависит меньше, чем модуль деформации. Так, изменение содержания в грунтах глинистых частиц от 3 до 26% увеличивает деформации в 2 раза, а модуль упругости всего лишь на 15%. Изменение содержания глинистых частиц в грунте от 3 до 17% при оптимальном содержании цемента практически не отражается на модуле упругости грунта.
Значительное влияние на модуль упругости укрепленных грунтов оказывает количество цемента. Так, увеличение содержания в суглинке цемента от 0 до 10% повышает модуль упругости в 3 раза.
Большой интерес представляют и реологические свойства укрепленного цементом грунта. Деформация ползучести нагружаемого штампом полупространства этого грунта прямо пропорциональна логарифму времени. Эта закономерность наблюдается при разном содержании цемента и в течение довольно длительного времени — до 3 ч и более. Таким образом, накопление деформации в процессе ползучести качественно сходно с таким же процессом, идущим в неукрепленных грунтах, однако проходит с несколько меньшими скоростями.
Затухание деформации укрепленных грунтов в процессе ползучести является следствием как их уплотнения, так и повышения жесткости в результате схватывания и твердения цемента. Идентичность характера ползучести укрепленных и неукрепленных грунтов указывает на то, что нарастание во времени сопротивления деформированию подчиняется закономерности логарифмической кривой.
Деформация ползучести и соответствующий ей модуль деформации зависят от давления, действующего на контакте штампа с грунтом (рис. 68). График относится к суглинку, который содержит 17% глинистых частиц и имеет оптимальную влажность и ПЛОТНОСТЬ 0,95 δmах. Суглинок был укреплен 3% портландцемента марки 500. Грунт нагружали штампом через 30 мин после введения цемента, а деформацию измеряли через 1 мин после нагружения, которое производили весьма быстро, но безударно. Из графика видно, что с повышением контактного давления относительная деформация грунта возрастает вначале монотонно, а затем прогрессирующе, а модуль деформации грунта соответственно уменьшается. Это еще раз указывает на целесообразность уплотнения грунта большими нагрузками, при условии, однако, что они не будут превышать предела прочности.
Деформация ползучести в значительной мере зависит от того, через какое время после введения цемента в грунт он был подвергнут нагрузке (рис. 69).
В этом случае деформацию также измеряли через 1 мин после нагружения грунта. Из графика видно, что с увеличением времени деформация ползучести значительно уменьшается.
Практический интерес представляют значения модулей деформации грунтов, которые могут быть приняты расчетными при разработке технологического процесса уплотнения. Эти значения лучше всего представить не только в абсолютных, но и в относительных единицах. В этом случае за единицу целесообразно принять модули тех же грунтов, но без добавок цемента. Тогда относительные значения модулей выражаются коэффициентами превышения, представляющими собой отношение модуля деформации укрепленного грунта к модулю деформации неукрепленного (табл. 47). Эти значения относятся к грунтам оптимальной влажности, имеющим плотность 0,98 δmах и укрепленным оптимальным, рассчитанным из условия равнопрочности количеством цемента марки 500. Предполагается также, что для уплотнения используются машины, у которых контактные давления составляют около половины предела прочности грунтов, что обычно и наблюдается в производственных условиях.
В табл. 48 сопоставлены коэффициенты превышения пределов прочностей и модулей деформации. Модули деформации определяли при контактных давлениях, близких к пределам прочностей, поэтому они сопоставимы с коэффициентами превышения этих пределов, но отличаются от значений, приведенных в табл. 47, которые относятся к меньшим нагрузкам. Коэффициенты превышения пределов прочностей рассчитывали как отношение абсолютного значения предела прочности укрепленного к пределу прочности неукрепленного грунта.
Из таблицы видно, что значения коэффициентов превышения пределов прочностей и модулей деформаций для песков и малосвязных грунтов практически одинаковы. Это указывает на возможность путем увеличения нагрузки компенсировать прирост жесткости грунта, связанный с процессами схватывания и твердения цемента. Если учесть, что при больших нагрузках снижаются модули деформации грунта, а следовательно, и облегчается процесс достижения требуемой плотности, то оказывается целесообразным уплотнение укрепленных цементом грунтов вести при нагрузках, близких к их пределам прочностей. Коэффициенты превышения для этих грунтов через 3 ч после внесения цемента близки к двум. Поэтому уплотнение таких грунтов можно с успехом вести тяжелыми самоходными катками на пневматических шинах (типа Д-624). При хорошей организации работ, когда длительность процесса перемешивания грунта с цементом и уплотнение готовой смеси не превышают 3 ч, может быть достигнута высокая плотность грунтов, равная (0,98—1) δmах. Никакие особенные меры здесь не требуются, что и подтверждается практикой строительства.
Из табл. 48 видно также, что коэффициенты превышения модулей деформации связных грунтов превосходят соответствующие им коэффициенты превышения пределов прочности. Таким образом, жесткость этих грунтов растет быстрее пределов прочностей. Поэтому невозможно увеличением нагрузки полностью компенсировать возрастание жесткости грунта. Эти грунты следует уплотнять максимально допустимыми нагрузками, т. е. нагрузками, близкими к пределам их прочностей. Ho и в этом случае по сравнению с неукрепленными грунтами процесс уплотнения очень затруднен и достижение требуемой плотности может оказаться невозможным. Bместе с тем недоуплотнение грунта влечет за собой снижение его прочности и морозоустойчивости. Опыты показывают, что уменьшение плотности от δmах до 0,95 δmах уменьшает прочность образцов в возрасте 28 сут на 25%, а уменьшение плотности до 0,9 δmах — уже на 50%. Далее по мере формирования структуры грунта разрыв в прочностях увеличивается. Поэтому недоуплотнение всегда ведет к снижению прочности укрепленного грунта и потому недопустимо.
Процесс уплотнения укрепленных цементами связных грунтов может быть значительно облегчен внесением в смеси грунта с цементом различного рода пластифицирующих добавок. Основная цель применения добавок — замедление процесса схватывания цемента. Выпускаемые в настоящее время цементы часто уже содержат пластифицирующие добавки. Эти добавки вносятся в небольших количествах, которые соответствуют долям процента от массы цемента, и потому должного эффекта не дают.
Исследования, проведенные В. П. Агафонцевой и Ю. М. Васильевым. показали, что внесение сульфитно-спиртовой барды в количестве 2—3% от массы цемента уменьшает жесткость укрепленного цементом грунта до уровня, позволяющего успешно вести его уплотнение. Однако такая добавка в несвязный грунт снижает его прочность и морозоустойчивость и потому не может быть рекомендована. В связных грунтах это снижение незначительно и потому внесение сульфитно-спиртовой барды в пределах 2—3% оказывается целесообразным. Вместе с тем изыскание таких добавок, которые были бы пригодны для связных и несвязных грунтов и позволяли на 40—50% уменьшать жесткость смесей этих грунтов с цементами в пределах времени, необходимого для их уплотнения, должно послужить предметом дальнейших исследований.
Жесткость смесей грунта с цементом можно уменьшить и притом значительно повышением начальной влажности грунта. Это облегчает не только уплотнение, но и перемешивание смеси. Смесь получается более однородной и, будучи уплотненной до требуемых плотностей, может обладать высокой прочностью и устойчивостью. Однако повышение влажности при прочих разных условиях ведет к снижению прочности и увеличению усадки. Снижение прочности в этом случае может быть компенсировано повышенным расходом цемента. Отрицательные стороны этого метода уменьшения жесткости смеси позволяют его рекомендовать лишь в ограниченных пределах.
Исследования показали, что увеличение влажности грунта до 1,2Wо не ухудшает сколько-нибудь заметно свойства грунтов, укрепленных цементами, но значительно облегчает уплотнение. Поэтому для связных грунтов может быть рекомендовано такое увеличение влажности. В некоторых случаях допустимыми могут оказаться и более высокие влажности грунтов. Однако без лабораторной проверки влияния этой влажности на физико-механические свойства грунтов они не могут быть рекомендованы к применению.
Грунты, укрепленные цементом, уплотняют самоходными катками на пневматических шинах. Окончательное уплотнение выполняют катком массой 25—30 т. При этом давление воздуха в шинах должно быть не менее 5,5—6 кгс/см2, а нагрузка на каждое колесо катка не менее 4,5—5 тс. Весьма желательно применять предварительную подкатку укрепленного грунта более легким катком. Для последних проходов может быть рекомендован самоходный каток на пневматических шинах массой 16—18 тс с давлением воздуха в шинах 5,0—5,5 кгс/см2. С несколько меньшим успехом могут применяться полуприцепные катки на пневматических шинах. Общее число проходов катков при уплотнении укрепленных грунтов должно быть не менее 8—10 для несвязных грунтов и 10—18 для связных грунтов.
При отсутствии катков на пневматических шинах можно использовать самоходные катки с гладкими вальцами — вначале легкого типа, а затем тяжелый массой 10—12 т. Толщина уплотняемого слоя при этом не должна превышать 15 см, тогда как при уплотнении катками на пневматических шинах она равна 20—25 см. При уплотнении катками с жесткими гладкими вальцами деформация по толщине слоя распределяется менее равномерно, чем при уплотнении катками на пневматических шинах, и на поверхности могут возникнуть мелкие трещины.
Укрепленные грунты можно уплотнять послойно, если разрыв времени между уплотнением соседних слоев обеспечивает затвердевание нижнего слоя. При благоприятных условиях может быть достигнута плотность грунтов (0,97—0,98) δmах при связных грунтах и δmах при несвязных. Здесь δmах — максимальная плотность, полученная в обычном стандартном приборе. Кроме достаточной массы катка и оптимальной влажности грунта, к благоприятным условиям относится еще наличие жесткого основания, которое создает условия для равномерного распределения напряжения по толщине слоя. Известно, что стандартное уплотнение укрепленных грунтов выполняют не в обычном, а в специальном приборе, разработанном для этой цели. Максимальная плотность в нем получается выше, чем в обычном приборе, и практически никогда не достигается в производственных условиях.
В отличие от грунтов, укрепленных цементами, где добавка вяжущего приводит к повышению пределов прочностей и модулей деформации, грунты, укрепленные жидкими битумами, имеют меньшие значения этих парам, чем неукрепленные грунты. Добавка жидкого битума, как это показали опыты, проведенные нами совместно с Н. М. Шагиевой, снижает пределы прочности и модули деформации тем в большей мере, чем выше содержание в них жидкого битума. Это положение подтверждается полученными опытным путем данными табл. 49, где эти параметры выражены в относительных единицах, причем за единицу приняты значения, соответствующие неукрепленным грунтам. При этих опытах скорость нагружения грунтов была небольшой.
Испытания грунтов показали, что деформация ползучести как укрепленных битумами, так и неукрепленных грунтов прямо пропорциональна логарифму времени.
В отличие от цемента добавка битума не приводит к спрямлению зависимости между напряжением и деформацией, в связи с чем эта зависимость для несвязных грунтов остается нелинейной. С некоторым приближением зависимость может быть принята за линейную при контактных давлениях менее половины предела прочности. Повышение контактных давлений сверх этого предела приводит к прогрессирующему возрастанию деформации по сравнению с ростом напряжения. Поэтому напряжения, соответствующие половине предела прочности, являются своеобразным пределом текучести этого материала. Деформация ползучести прогрессирующе возрастает с увеличением содержания в грунте битума сверх 5%, причем если контактные давления превышают половину предела прочности, то значительная часть деформации развивается без изменения объема.
Наличие битума снижает максимальную стандартную плотность грунта (рис. 70), что является следствием большой вязкости материала. Вязкость служит причиной большого влияния скорости изменения напряженного состояния на модуль деформации грунта. Ввиду этого влияния модуль деформации укрепленного грунта, который при небольшой скорости ниже модуля неукрепленного грунта, превышает его, если нагрузка прикладывается быстро и особенно ударно, например, при стандартном уплотнении. Это указывает на большие трудности уплотнения грунтов, укрепленных битумами.
Оптимальная влажность укрепленного грунта с повышением содержания в нем битума уменьшается (см. рис. 70). Поэтому можно заключать, что битум, обладая «смазочными» свойствами, до некоторой степени выполняет функции воды.
Таким образом, для уплотнения укрепленных битумами грунтов в производственных условиях, где нагрузки прикладываются с относительно высокими скоростями, потребуются большие нагрузки, чем для уплотнения неукрепленных грунтов. Однако более высокие нагрузки обычно эффекта не дают из-за низкого предела прочности грунтов. При больших нагрузках укрепленный битумами грунт приобретает подвижность и перемещается из напряженной зоны в ненапряженную в результате пластического течения, не сопровождающегося изменением объема. Это обстоятельство вызывает большие затруднения при уплотнении слоев грунтов, укрепленных битумами, вследствие чего они, как правило, в производственных условиях недоуплотняются, что приводит к их недостаточной прочности и устойчивости, а следовательно, и к преждевременным деформациям и разрушениям этих слоев.
Накопленные необратимые деформации в процессе ползучести и при повторяющихся нагрузках идентичны. Однако при равном времени действия накопленная необратимая деформация при повторяющихся нагрузках всегда выше. Это различие значительно возрастает после укрепления грунтов жидкими битумами. Так, накопленная необратимая деформация при повторяющихся нагрузках оказывается в 8—9 раз больше, чем при ползучести. Это указывает на большую эффективность повторяющихся нагрузок. Опыты показали, что добавка к несвязным грунтам жидкого битума приближает их свойства к свойствам связных грунтов. В первую очередь, это выражается в уравнивании их вязкостей. Укрепленные битумами несвязные грунты являются более вязким материалом, чем неукрепленные грунты. Поэтому, чтобы достигнуть деформации, которая соответствует данному уровню напряженного состояния, для укрепленных грунтов требуется большее количество приложений нагрузки, чем для неукрепленных, т. е. для уплотнения укрепленных битумами грунтов необходимо большее количество проходов катков.
Специфика свойств грунтов, укрепленных битумами, требует особого подхода к выбору средств и технологии уплотнения. Уплотнение может быть эффективным только при использовании самоходных катков на пневматических шинах, которые должны иметь централизованное регулирование давления воздуха в шинах. Зазоры между смежными колесами этих катков должны быть минимальными, что снижает пластическое течение уплотняемого материала из-под колес в стороны. Регулированием давления воздуха в шинах можно изменять давление на поверхности контакта колеса с грунтом в соответствии с изменением по мере повышения плотности свойств укрепленных грунтов.
Основание, на которое укладывается слой укрепленного грунта, должно быть возможно более жестким, а сам слой в достаточной мере тонким. Его толщина при современных катках не должна превышать 5—10 см, и потому более толстые слои следует уплотнять в два приема. Эти меры ведут к повышению предела прочности слоя и потому позволяют соответственно повысить необходимые для успешного уплотнения контактные давления. По мере уплотнения грунта контактные давления должны постепенно повышаться, что достигается увеличением давления воздуха в шинах. Необходимое число проходов обычно в 1,5—2 раза больше, чем при уплотнении неукрепленных грунтов.