Stabilizacja gruntów wapnem

Stabilizacja gruntów wapnem i spoiwami wapiennymi przynosi bardzo dobre rezultaty wykonując prace na gruntach spoistych. Do stabilizacji gruntów wykorzystuje się wapno palone mielone wysoko reaktywne, o czasie gaszenia około 3 minut. Podczas reakcji wapna z wodą w wyniku reakcji egzotermicznej powstaje wodorotlenek wapnia, czemu towarzyszy wydzielanie bardzo dużej ilości ciepła. W wyniku wytworzenia dużej ilości ciepła podczas stabilizacji wapnem następuje bardzo szybkie osuszenie gruntu – spada wilgotność gruntu. Orientacyjnie na każdy procent wapna dodany do gruntu jego wilgotność spada od jednego do pięciu procent.

W wyniku obniżenia wilgotności gruntu do wilgotności optymalnej spada plastyczność gruntu (podwyższona zostaje granica plastyczności). Podczas wymiany jonowej występuje zjawisko flokulacji i aglomeracji co powoduje, że grunt plastyczny przekształca się w grunt quasi-piaskowy, który jest podatny na zagęszczanie. Po procesie stabilizacji gruntów wapnem występują także korzystne zmiany długoterminowe. W wyniku zachodzącej reakcji pucolanowej wzrasta w długim okresie czasu wytrzymałość i nośność gruntu.

Grunty przeznaczone do stabilizacji i ulepszania wapnem powinny charakteryzować się wskaźnikiem plastyczności minimum 7%, zawartość ziaren większych niż 40 mm powinna wynosić maksimum 15%, maksymalny udział cząstek organicznych – 10%, wartość wskaźnika piaskowego WP maksimum 30%.

Stabilizacja gruntów spoiwami hydraulicznymi

Spoiwa hydrauliczne są przeznaczone do ulepszania podłoży drogowych: warstwy mrozochronnej, warstwy odcinającej, warstwy wzmacniającej. W procesie stabilizacji wykorzystuje się różne spoiwa hydrauliczne min. cement, wapno, popioły lotne, żużle, spoiwa drogowe, spoiwa złożone do ulepszania i wzmacniania gruntów.

Specyfikację i Wymagania właściwości mieszanek cementowych i wapiennych regulują polskie normy:

  • PN-S-96011:1998 – Drogi samochodowe – Stabilizacja gruntów wapnem do celów drogowych,
  • PN-S-96012:1998 – Drogi samochodowe – Podbudowa i ulepszone podłoże z gruntu stabilizowanego cementem.

Właściwości mieszanek hydraulicznych regulują także poniższe normy europejskie:

  • PN-EN 14227-1:2013-10 – Mieszanki związane spoiwem hydraulicznym – Specyfikacje – Część 1: Mieszanki związane cementem,
  • PN-EN 14227-2:2013-10 – Mieszanki związane spoiwem hydraulicznym – Specyfikacje – Część 2: Mieszanki żużlowe,
  • PN-EN 14227-3:2013-10 – Mieszanki związane spoiwem hydraulicznym – Specyfikacje – Część 3: Mieszanki związane popiołami lotnymi,
  • PN-EN 14227-4:2013-10 – Mieszanki związane spoiwem hydraulicznym – Specyfikacje – Część 4: Popioły lotne do mieszanek związanych spoiwem hydraulicznym,
  • PN-EN 14227-5:2013-10 – Mieszanki związane spoiwem hydraulicznym – Specyfikacje – Część 5: Mieszanki związane spoiwem drogowym,
  • PN-EN 14227-15:2015-12 – Mieszanki związane spoiwem hydraulicznym – Specyfikacje – Część 15: Grunty stabilizowane hydraulicznie.

Składy poszczególnych mieszanek powinny być dobierane odpowiednio do rodzaju stabilizowanych gruntów i zakładanych własności po procesie stabilizacji. Dawkowanie spoiw powinno być określane w recepcie laboratoryjnej.

Reakcje zachodzące przy stabilizacji gruntów wapnem

Podczas stabilizacji gruntów wapnem palonym zachodzi wiele reakcji, które powodują szybkie zmiany w gruncie:

  • następuje osuszenie wilgotnych gruntów (zakłada się że 1% wapna palonego pozwala obniżyć wilgotność gruntu od 1% do 5%),
  • wzrasta granica plastyczności gruntu – rośnie wskaźnik plastyczności gruntu Ip,
  • wzrastają parametry nośne gruntu – wskaźnik nośności gruntu CBR ulega znaczącej poprawie,
  • poprawia się urabialność gruntu,
  • następuje wzrost wilgotności optymalnej,
  • zjawisko flokulacji oraz aglomeracji cząstek gruntu powoduje, że grunt plastyczny przekształca się w grunt quasi-piaskowy, który daje się zagęszczać.

W dłuższym czasie następuje także wzrost nośności gruntu w wyniku reakcji pucolanowej, wzrasta pH gruntu, następije sklejenie cząstek gruntu co powoduje stały i długotrwały wzrost wytrzymałości gruntu na ściskanie.

Grunty podatne do stabilizacji wapnem

Do stabilizacji wapnem nadają się grunty spoiste, które zawierają minerały ilaste, żwiry gliniaste, pospółki gliniaste, gliny piaszczyste, piaski gliniaste, lessy i pyły. Wapno mielone palone może być także wykorzystywane do stabilizacji i ulepszania gruntów kwaśnych i gruntów przewilgoconych.

Kryteria jakie powinny spełniać grunty przeznaczone do stabilizacji i ulepszania wapnem palonym:

  • wskaźnik plastyczności gruntu powinien wynosić minimum 7%,
  • zawartość ziaren większych niż 40 mm w gruncie przeznaczonym do stabilizacji – maksimum 15%,
  • zawartość części organicznych w gruncie – maksimum 10%,
  • wskaźnik piaskowy WP wynosi maksymalnie 30%.

Osuszanie gruntów

Osuszanie gruntów możemy wykonać przy wykorzystaniu wapna lub popiołów lotnych.

Stabilizowanie gruntu przy wykorzystaniu wapna palonego pozwala znacznie osuszyć grunt oraz zwiększyć jego nośność. Wapno palone reaguje ze znajdującą się gruncie wodą, wydzielają się duże ilości ciepła, które wpływają na proces osuszania gruntów. Do ulepszania i stabilizowania przewilgoconych gruntów powinno stosować się wyłącznie wapno wysoko reaktywne o czasie gaszenia poniżej 3 min.

Wykorzystując wapno wysoko reaktywne jesteśmy w stanie uzyskać maksymalny efekt osuszania przewilgoconego gruntu oraz doprowadzić wilgotność gruntu do wartości optymalnej. Zgodnie z polską normą PN-EN 459-1, wapno palone przeznaczone do stosowania w inżynierii lądowej, oznacza się jako wapno budowlane EN 459-1 CL 90-Q.

Do osuszania gruntów można wykorzystywać także mieszanki popiołowo-wapienno-cementowe, których wodożądność przekracza 50%.

Warstwa odcinająca

Warstwa odcinająca – warstwa separująca (warstwa izolująca) jest to dolne warstwy konstrukcji nawierzchni lub warstwę ulepszonego podłoża, o ile wykonane są z materiału ziarnistego, od przenikania do nich drobnych cząstek ze spoistego podłoża gruntowego.

Materiałami do wykonania warstwy odcinającej mogą być geotekstylia (geowłókniny i geotkaniny separacyjne) lub w ekonomicznie uzasadnionych przypadkach odpowiednio uziarniony piasek.

Źródło: Katalog typowych konstrukcji nawierzchni podatnych i półsztywnych – GDDKiA

Warstwa odsączająca

Warstwa odsączająca – warstwa zapewniająca odprowadzenie wody przedostającej się do spodu nawierzchni. Warstwę odsączającą należy zastosować na podłożach z gruntów wątpliwych i wysadzinowych, jeżeli zwierciadło wody gruntowej znajduje się bliżej niż 1,5 m od spodu konstrukcji nawierzchni.

Rolę warstwy odsączającej może pełnić jedna z warstw: warstwa mrozoochronna albo warstwa ulepszonego podłoża. Aby warstwy te mogły pełnić funkcję warstwy odsączającej muszą być wykonane z materiału ziarnistego (mieszanki niezwiązanej lub z gruntu niewysadzinowego) o odpowiednim uziarnieniu i o współczynniku filtracji k => 8 m/dobę.

Źródło: Katalog typowych konstrukcji nawierzchni podatnych i półsztywnych – GDDKiA

Warstwa ulepszonego podłoża

Warstwa ulepszonego podłoża jest to wierzchnia warstwa podłoża gruntowego nawierzchni ulepszona w celu:

  • zwiększenia nośności gruntu rodzimego w wykopie lub gruntu w nasypie w czasie budowy i w czasie eksploatacji nawierzchni,
  • ochrony gruntu rodzimego w wykopie lub gruntu w nasypie przed deformacjami (koleinami) powodowanymi przez ciężkie pojazdy i maszyny robocze w czasie budowy nawierzchni,
  • właściwego wbudowania i zagęszczenia wyżej leżących warstw konstrukcji nawierzchni,
  • zwiększenia odporności nawierzchni na powstawanie wysadzin.

Materiałami stosowanymi do wykonania warstwy ulepszonego podłoża mogą być:

  • mieszanki niezwiązane,
  • grunty rodzime w wykopie lub grunty w nasypie stabilizowane spoiwami hydraulicznymi lub wapnem,
  • grunty niewysadzinowe,

o właściwościach odpowiednich do warstwy ulepszonego podłoża.

Źródło: Katalog typowych konstrukcji nawierzchni podatnych i półsztywnych – GDDKiA

Warstwa mrozoochronna

Warstwa mrozoochronna jest to warstwa, której głównym zadaniem jest ochrona nawierzchni przed wysadzinami powodowanymi przez szkodliwe działanie mrozu i zwiększenie nośności warstw dolnych konstrukcji nawierzchni. Materiałami stosowanymi do warstwy mrozoochronnej mogą być:

  • mieszanki niezwiązane,
  • mieszanki związane spoiwami hydraulicznymi,
  • grunty niewysadzinowe,
  • grunty stabilizowane spoiwami hydraulicznymi,
  • grunty stabilizowane wapnem,

o właściwościach odpowiednich do warstwy mrozoochronnej.

Źródło: Katalog typowych konstrukcji nawierzchni podatnych i półsztywnych – GDDKiA

Podbudowa pomocnicza

Podbudowa pomocnicza jest warstwą tworzącą platformę umożliwiającą prawidłowe wbudowanie podbudowy zasadniczej, a w czasie eksploatacji nawierzchni wspomagająca warstwy górne konstrukcji nawierzchni w rozłożeniu naprężeń od kół pojazdów oraz ochronę nawierzchni przed wysadzinami powodowanymi przez szkodliwe działanie mrozu. Materiałami używanymi do podbudowy pomocniczej mogą być:

  • mieszanki niezwiązane,
  • mieszanki związane spoiwami hydraulicznymi,
  • grunty stabilizowane spoiwami hydraulicznymi,

o właściwościach odpowiednich do podbudowy pomocniczej.

Źródło: Katalog typowych konstrukcji nawierzchni podatnych i półsztywnych – GDDKiA