Укрепление грунтов вяжущими материалами

В.А. Борисов, Д.М. Левушкин, В.В. Никитин

Укрепление грунтов  

вяжущими материалами 

Учебно-методическое пособие

Федеральное государственное бюджетное  

образовательное учреждение высшего образования  

«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана  

(национальный исследовательский университет)»

ISBN 978-5-7038-5434-1

© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2020
© Оформление. Издательство 
 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2020

УДК 625.066 
ББК 38.32
        Б82

Издание доступно в электронном виде по адресу  

https://bmstu.press/catalog/item/6789/

Факультет «Лесное хозяйство, лесопромышленные технологии  

и садово-парковое строительство»

Кафедра «Технологи  и оборудование  

лесопромышленного производства»

Рекомендовано Научно-методическим советом МГТУ им. Н.Э. Баумана 

в качестве учебно-методического пособия

Борисов, В. А.

Укрепление грунтов вяжущими материалами : учебно- 

методическое пособие / В. А. Борисов, Д. М. Левушкин,  
В. В. Никитин. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 
2020. — 24, [4] с. : ил. 

ISBN 978-5-7038-5434-1

Представлены основные положения по укреплению грунтов вяжу-

щими материалами. Приведены наиболее распространенные виды 
вяжущих материалов и рассмотрены их особенности. Указаны основные 
виды лабораторных испытаний, которые следует проводить для определения 
качества укрепленного грунта, приобретенного с помощью 
нового материала, предназначенного для применения в лесном дорожном 
строительстве.

Для бакалавров и аспирантов, обучающихся по направлению под-

готовки 35.03.02 «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих 
производств» направленности подготовки «Лесоинженерное 
дело».

УДК 625.066 
ББК 38.32

Б82

я

Предисловие

Учебно-методическое пособие включает в себя разделы курса 

«Дорожно-строительные материалы и машины», в которых рассмотрены 
основные положения по укреплению грунтов вяжущими 
материалами в целях использования их в виде нового дорожно-
строительного материала при строительстве лесных автомобильных 
дорог, и соответствует программе подготовки бакалавров по направлению 
подготовки 35.03.02 «Технология лесозаготовительных 
и деревоперерабатывающих производств» направленности подготовки «
Лесоинженерное дело».

Цель издания — приобретение студентами компетенций, не-

обходимых для самостоятельного решения сложных технических 
задач по целесообразному применению различных видов вяжущих 
материалов при укреплении грунта как местного дорожно-строительного 
материала в условиях лесного дорожно-транспортного 
строительства. 

Пособие предназначено также для закрепления полученных 

студентами на лекциях и при самостоятельной работе с теоретическим 
и практическим материалом знаний по теме дорожного 
грунтоведения и способам укрепления грунтов при изучении дисциплины «
Дорожно-строительные материалы и машины». Планируемые 
результаты обучения соответствуют рабочей программе по 
данному направлению и направленности подготовки и предполагают 
формирование ряда компетенций. После изучения представленного 
в издании материала студенты должны:

знать 
грунты и иметь о них полное представление как основном  

дорожно-строительном материале, используемом в лесном дорожном 
строительстве, а также современные методы и методики улучшения 
и укрепления грунтов различными вяжущими материалами;

уметь 
определять влияние различных факторов на свойства грунтов, 

укрепленных различными вяжущими материалами, и пригодность 

вяжущих материалов для использования в конструкции слоев дорожных 
одежд лесных дорог;

владеть 
методиками самостоятельного анализа данных, полученных  

в результате исследования влияния различных факторов на приобретаемые 
грунтом качества в процессе его укрепления различными 
вяжущими материалами, в целях обоснования целесообразности 
применения используемых вяжущих материалов в различных 
природно-климатических условиях для получения качественного 
местного дорожно-строительного материала для лесного дорожного 
строительства с обеспечением требуемых транспортно- 
эксплуатационных характеристик.

Критериями достижения указанных целей являются усвоение 

обучающимися определяемых в данном курсе базовых понятий  
и сведений из механики грунтов и дорожно-строительных материалов, 
а также основных характеристик, физико-химических 
свойств отдельных видов грунтов, их строительных качеств при 
осуществлении лесного дорожного строительства с рассмотрением 
основных применяемых при этом вяжущих материалов и методик 
их улучшения.

Структурно учебно-методическое пособие представлено двумя 

разделами. В первом — рассмотрены виды грунтов и целесообразность 
их укрепления вяжущими материалами, а также приведены 
различные способы введения вяжущих материалов в грунт, варианты 
использования улучшенного грунта и предъявляемые при 
этом требования. Во втором разделе представлены виды вяжущих 
материалов и проанализированы особенности их применения,  
а также изложена методика лабораторных исследований качественно-
эксплуатационных характеристик улучшенного грунта, которой 
необходимо воспользоваться студентам при выполнении ими 
учебно-исследовательской работы, посвященной обоснованию 
искомой дозировки вяжущего материала для конкретных производственных 
условий при осуществлении лесного дорожного 
строительства.

В конце разделов приводятся вопросы и задания для само- 

стоятельного выполнения. 

Введение

Укрепление грунтов сопровождают происходящие в них раз-

личные процессы, в частности химические, физико-химические  
и физические. Преобладание того или иного их вида отражается 
на конечном результате всех воздействий на грунт. В связи с этим 
разработаны гидрофильные (простейшие) методы улучшения 
грунтов — без использования вяжущих материалов — и гидрофобные (
сложные) — преимущественно с применением вяжущих 
материалов.

При применении гидрофильных методов улучшения грунт 

остается в естественном состоянии. Такое улучшение осуществ- 
ляется путем изменения гранулометрического состава грунта 
вследствие введения одного типа грунта в другой с последующим 
максимальным уплотнением при оптимальной влажности, а также 
с помощью введения инертных материалов, которые не взаимодействуют 
с грунтом, без проявления адгезионных и когезионных 
свойств. Адгезионные свойства материала обусловливают его 
способность к взаимодействию с поверхностью частиц твердой 
компоненты грунта, когезионные — проявляют способность  
к взаимодействию компонент вяжущего материала между собой.

К инертным материалам относятся, например, такие, как битый 

и отсортированный кирпич, отходы керамического и фарфорового 
производства, измельченные и отсортированные отходы несортного 
щебня, шлака и т. д. При введении инертных материалов 
грунт упрочняется, в нем образуется искусственно созданный 
инертный костяк, обеспечивающий большую несущую способность 
и погодоустойчивость. При использовании гидрофобных методов 
происходит коренное изменение грунта, он превращается в новый, 
искусственно созданный материал с заданными свойствами.

В дорожном строительстве используется большое количество 

дорожно-строительных материалов. Стоимость строительства дорожной 
одежды составляет примерно 30…50 % общей стоимости 
дороги, при этом стоимость материала для дорожной одежды,  
в свою очередь, составляет 60…70 % ее стоимости. Поэтому для 

устройства дорожной одежды стремятся привлекать местные  
материалы, отходы местной промышленности, создавая из них 
высокопрочную и долговечную инженерную конструкцию.

Для дорожной одежды чаще всего используют привозной ще-

бень, асфальтобетон и другие, иногда местные, но инертные  
материалы. Традиционные дорожно-строительные материалы — 
щебень, гравий, шлаковые щебни и другие им подобные, возможно, 
нецелесообразно использовать вследствие дальности доставки 
к месту назначения, поскольку это существенно увеличивает  
общую стоимость строительства дороги и, кроме того, такие материалы 
требуются в большом количестве.

Использование местных грунтов в качестве основного матери-

ала для лесного дорожно-транспортного строительства позволяет 
существенно сократить количество дорогостоящего привозного 
материала и тем самым значительно уменьшить конечную стоимость 
проводимых работ.

Укрепление грунтов вяжущими материалами осуществлялось 

издавна, практически с древности, причем без каких-либо теоретических 
обоснований. Теория укрепления грунтов вяжущими 
материалами стала развиваться уже на новейшем этапе промышленного 
развития, примерно в 1920-е годы. Особенно интенсивное 
ее развитие приурочено к послевоенному периоду, когда остро 
встал вопрос быстрейшего восстановления и дальнейшего развития 
сети автомобильных дорог при наименьших затратах.

Большой вклад в теорию укрепления грунтов внесли совет- 

ские ученые: М.М. Филатов, П.А. Земятченский, В.М. Безрук,  
М.Т. Кострико и др.

В основу теоретических разработок ими был положен принцип 

максимального использования естественных ресурсов тонкодис- 
персной части грунта. Активной тонкодисперсной частью обладают 
глинистые грунты — грунты супесей, суглинков и глин, поскольку 
развивающиеся в них явления сорбции, коагуляции, 
электрофореза способствуют образованию новой структуры грунта 
с заданными свойствами, соответствующими современным 
требованиям, предъявляемым к лесному дорожному строительству. 

Исследования В.М. Безрука показали, что в грунте одновре-

менно может сформироваться несколько видов новых структурных 
связей. Для их образования необходимо создание определенных 
условий: соответствующего режима влажности и температуры, 
последовательности смешения компонентов образующейся смеси, 
а иногда это может произойти только после преобразования  

в новый дорожно-строительный материал с осуществлением некоторых 
довольно сложных процессов. Такое преобразование 
осуществляется несколькими способами: с помощью электрического 
тока, путем своеобразного обжига или введением в грунт 
вяжущих материалов. 

Введение в местный грунт нового вяжущего материала 

(88,0…98,0 %) значительно сокращает транспортные расходы. Привозные 
материалы составляют примерно 2,0…12,0 %. В частности, 
для условного 1 м3 местного грунта, масса которого составляет 
приблизительно 1800 кг, потребуется 170…200 кг цемента и извести 
(т. е. привозного материала), битума — ~85 кг, фурфурола и анилина — ~
17 кг. Столько вяжущего материала потребуется на всю 
массу грунта (для примера взятого в виде 1 м3). В зависимости от 
цели использования укрепляемого грунта применяют разные способы 
введения вяжущих материалов.

1. Дорожно-строительный материал из грунта, 

укрепленного вяжущим материалом

1.1. Укрепление грунтов местными вяжущими материалами  

и способы их введения в грунт

Грунт как местный дорожно-строительный материал, точнее, 

некоторые его виды, можно использовать в естественном состоянии. 
К таким грунтам относятся прежде всего скелетные (несвязные) 
грунты. Иные виды грунтов в этих целях не применяют,  
в частности глинистые грунты. Кроме того, для дорожной одежды 
используют привозной щебень, асфальтобетон и местные инертные 
материалы. Применение местных глинистых, а иногда и песчаных 
грунтов может снизить количество привозных, дорогостоящих, 
материалов, но после их преобразования в новый дорожно- 
строительный материал. 

Выделяют следующие основные способы введения в грунт 

вяжущих материалов: смешение на месте (на дороге); смешение  
в установке; пропитка (поверхностная обработка); инъекция.

Каждый способ имеет свои особенности, а также положитель-

ные и отрицательные стороны.

Смешение на месте (на дороге) осуществляется разрыхлением  

и измельчением грунта на дороге на расчетную глубину в следующей 
последовательности:

 • увлажнение грунта (если предусмотрено использование не-

порошкообразных вяжущих) до оптимальной влажности; 

 • распределение этого вяжущего материала по поверхности 

грунта, если предполагается использование порошкообразных 
вяжущих, например, цемента;

 • перемешивание с распределенной водой и распределенного 

вяжущего с грунтом;

 • профилирование поверхности укрепленного грунта с по-

следующим уплотнением.

Способ смешения на месте характеризуется как положитель-

ными, так и отрицательными сторонами:
положительные стороны:

– возможность использования любого вида вяжущего материала;
– невозможность перемещения грунта куда-либо;
– возможность укрепления грунта разной толщины;

отрицательные стороны:

– невозможность равномерного по всей длине участка дороги 

обеспечения одинаковой толщины разрыхляемого и измельчаемого 
грунта;

– трудность достижения равномерного и одинакового распре-

деления воды (для Wопт) и вяжущего материала;

– возможность изменения вида укрепляемого грунта на про-

тяжении всего участка дороги, что при распределении воды  
и вяжущего материала не учитывается.

Смешение в установке осуществляется в смесительной установ-

ке вблизи строительства дороги в такой последовательности:

 • перенесение в установку разрыхленного и измельченного  

(в соответствии с нормой измельчения частиц крупнее 10 мм не 
должно быть более 10 %, по массе грунта, а частиц меньше 2 мм — 
не менее 50 %) грунта с определенного участка (в соответствии  
с объемом установки);

 • внесение воды и вяжущего материала в установку с грунтом 

в соответствии с установленной дозировкой;

 • перемешивание всех компонентов смеси в установке и пере-

несение готовой смеси на участок;

 • профилирование и уплотнение смеси.
Способ смешения в установке также имеет положительные  

и отрицательные стороны:
положительные стороны:

– возможность точной дозировки компонентов;
– возможность корректировки дозировок компонентов при 

изменении вида укрепляемого грунта;
отрицательные стороны:

– невозможность использования любых вяжущих материалов, 

особенно химически активных;

– необходимость заделки швов между образовавшимися после 

переноса смеси «участками».

Пропитка (поверхностная обработка) осуществляется без раз-

рыхления и измельчения грунта и его последующего уплотнения 
в такой последовательности:

•• профилирование•поверхности•грунта,•в•некоторых•случаях•

полив•водой•по•выровненной•поверхности;•

•• распределение•жидкого•(или•условно•жидкого)•вяжущего•

материала.

Целесообразно•использовать•химически•активные•вяжущие•

материалы,•поскольку•они•произвольно•проникают•в•грунт,•вступая•
с•ним•во•взаимодействие.•Вследствие•этого•грунт•укрепляется•
внесенным•вяжущим•материалом.•Глубина•проникновения•небольшая•—•~
20•мм,•поэтому•с•помощью•данного•способа•создается•
защитный•для•нижележащего•грунта•слой.

Инъекция используется•в•случае•необходимости•укрепления•

грунтовой•толщи•(под•имеющимся•инженерным•сооружением•или•
под•будущим•его•возведением)•с•помощью•инъекторов•—•трубок•
с•заостренным•концом,•имеющих•отверстия,•в•такой•последовательности:

•• 
подача•в•инъектор•под•давлением•только•жидких•и•химиче-

ски•активных•вяжущих•материалов;

•• формирование•столба•укрепленного•грунта•с•проникнове-

нием•вяжущего•материала•через•отверстия•в•глубь•грунта.

1.2. Использование в дорожном строительстве  

укрепленных грунтов, соответствующих  

предъявляемым требованиям

Укрепленные•вяжущими•материалами•грунты•в•дорожном•

строительстве•используются•в•следующих•случаях.

1.•Для•устройства•однослойной•дорожной•одежды,•состоящей•

полностью•из•укрепленного•грунта,•в•соответствии•с•расчетной•
толщиной.•Одежда•«ложится»•непосредственно•на•грунт•земляного•
полотна•—•основу•для•нового•дорожно-строительного•материала.•
Можно•использовать•оба•способа•смешения.

2.•Для•создания•слоя•(или•слоев)•в•многослойной•дорожной•

одежде•(в•целях•сокращения•количества•привозных•материалов).•
Использовать•можно•оба•метода•смешения.

3.•Для•закрепления•обочин•дороги,•имеющей•корытный•про-

филь•дорожной•одежды.•Цель•закрепления•—•препятствовать•проникновению•
атмосферных•осадков•в•земляное•полотно•и•придать•
связность•грунту•обочин.•Использовать•можно•способ•пропитки.

4.•Для•закрепления•грунта•земляного•полотна•под•материалом•

дорожной•одежды•в•целях•предохранения•материала•дорожной•