BUDOWA DROGI ROLNICZEJ ZE SPOIWEM JONOWYMIENNYM

 

1.    Wprowadzenie

Przedstawiamy instrukcję budowy prostej drogi rolniczej z uwzględnieniem stabilizacji podłoża spoiwami jonowymiennymi i umocnieniem nawierzchni grysem kamiennym lub destruktem betonowym oraz najprostszy sposób odwodnienia za pomocą rowów przydrożnych o przekroju trapezowym.

2.    Określenia podstawowe   

• Droga gruntowa – droga, której nawierzchnia składa się z gruntu miejscowego w stanie naturalnym lub ulepszonego mechanicznie i/lub spoiwami jonowymiennymi, np. nawierzchnia z gruntu stabilizowanego drogowym spoiwem stabilizacyjnym, jedna lub więcej warstw zagęszczonej mieszanki gruntu i spoiwa, która po osiągnięciu właściwej wytrzymałości na ściskanie stanowi nośną nawierzchnię drogową.
• Mieszanka grunt–kruszywo–spoiwo – mieszanka gruntu, kruszywa uzupełniającego skład granulometryczny spoiwa lub kilku spoiw i wody dobranych w optymalnych ilościach, zapewniających uzyskanie odpowiedniej wytrzymałości i mrozoodporności.
• Spoiwa jonowymienne – spoiwa działające na zasadzie reakcji chemicznych i wymiany jonowej, które po dodaniu do mieszanki gruntu i cementu wiążą zaprawę w jeden monolit mniej lub bardziej sztywny w zależności od przyjętego dozowania. Są to spoiwa uniwersalne, najczęściej produkowane w kilku odmianach w dostosowaniu do typu gruntów, do których mają być użyte. Przykładami takich spoiw są:
  

-      spoiwo Road Bond EN-1 – ciekły koncentrat kwasu siarkowego z dodatkami oleistych wyciągów z roślin cytrusowych; koncentrat należy rozcieńczyć w wodzie w stosunku 1:200÷1:600; preparat wchodzi w reakcję chemiczną z cementem na zasadzie wymiany jonów, tworząc tym samym silne wiązania między cząsteczkami zmodyfikowanego gruntu;

-      spoiwo Stabidrox – spoiwo do geologicznej stabilizacji gruntów gliniastych w połączeniu z cementem portlandzkim i wodą; jest to ciekły dodatek składający się z siarczanów SO₃ i dilinomenonów uzupełnionych złożonymi związkami, które są zależne od zastosowania oraz materiału bazowego, na którym dany typ produktu spoiwa ma być zastosowany; preparat stosuje się po rozcieńczeniu w proporcjach 1:200 ÷ 1:600;

-      technologia CONSOLID SYSTEM – metoda ulepszania i wzmacniania gruntów spoistych oraz mieszanek gruntowych, kruszywowych lub gruntowo-kruszywowych; grunty spoiste w stanie suchym mają maksymalną wytrzymałość na ściskanie, co wpływa na ich nośność.

• Stabilizacja gruntu – proces polegający na zmieszaniu rozdrobnionego gruntu z optymalną ilością spoiwa i wody oraz zagęszczeniu wytworzonej mieszanki w celu uzyskania wytrzymałej podbudowy lub nawierzchni gruntowej.
• Stabilizator gruntu – specjalistyczna maszyna drogowa podczepiana do ciągnika, wyposażona w bęben frezujący, umożliwiający wgłębne mieszanie gruntu i spoiwa, a także kruszenie kamieni polnych.
• Ziemia urodzajna („humus”) – ziemia zawierająca co najmniej 2% części organicznych.
• Darnina – płat lub pasmo wierzchniej warstwy gleby, przerośniętej i związanej korzeniami roślinności trawiastej.
• Odkład – urobek gruntu, ziemi urodzajnej lub darniny składowany w pobliżu terenu budowy, przeznaczony do wywiezienia lub rozplantowania po zakończeniu robót budowlanych.
• Tłuczeń – naturalne kruszywo łamane, pochodzące z naturalnych skał lub destruktu betonowego; ziarna kruszywa charakteryzują się ostrokrawędzistym kształtem przypominającym ostrosłup.
• Pług – maszyna rolnicza podczepiana do ciągnika, wyposażona w jeden lub kilka lemieszy, które spulchniają zagęszczony grunt.
• Brona talerzowa – maszyna rolnicza podczepiana do ciągnika, służąca do spulchniania i mieszania gleby z nawozami; wyposażona w obracające się talerze zamocowane na wsporniku ramy.
• Kultywator – narzędzie uprawowe do spulchniania gruntu do głębokości 5 – 40 cm bez jej odwracania oraz do niszczenia chwastów. Zespołem roboczym są zęby sprężynowe, półsprężynowe lub sztywne zakończone redliczkami, gęsiostópkami lub nożami.
• Glebogryzarka – maszyna rolnicza podczepiana do ciągnika, jej zespołem roboczym są łukowe lub hakowate noże osadzone na wale obrotowym, które –obracając się – spulchniają grunt i mieszają go z materiałem sypkim.

3.    Materiały

1. Wymagania dotyczące materiałów.

• Do budowy drogi powinny być wykorzystane materiały wskazane w projekcie drogi.
• Materiały rozbiórkowe pozyskane z terenu budowy, nadające się do ponownego wykorzystania, tj. destrukt betonowy, nadmiar gruntu z urobku i inne, należy składować na wskazanym przez inwestora miejscu.
• Materiały nienadające się do wykorzystania powinny być wywiezione z terenu budowy.

2. Rodzaje materiałów

• Kruszywa, w tym:

–      piasek o uziarnieniu 0–5 mm; zalecany wskaźnik różnoziarnistości C_u > 6,

–      żwir lub destrukt betonowy o uziarnieniu 0–30 mm; zalecany wskaźnik różnoziarnistości C_u > 4.

• Spoiwa, w tym np.:

–      Road Bond EN-1 – w przypadku stabilizacji gruntu w warstwach, zaprojektowanej w klasach wytrzymałości R_m = 0,5–5,0 MPa, dawkowanie zazwyczaj wynosi 0,15 l/m³ spoiwa w stosunku do masy suchego gruntu,

–      Stabidrox – zalecane proporcje to 0,2–0,3 l/m³ gruntu;

–      Consolid – w proporcji 3–6% wagowo w stosunku do suchej masy gruntu.

Okres przechowywania spoiw w warunkach powietrzno-suchych przed wbudowaniem w drogę nie powinien być  dłuższy niż 120 dni, licząc od daty produkcji umieszczonej na liście przewozowym lub worku.

• Grunty do stabilizacji spoiwem – można stosować grunty niespoiste, grunty spoiste oraz spoiste z domieszką frakcji żwirowej o uziarnieniu 0,30 mm o wskaźniku piaskowym S_E ≤ 20 oraz zawartości frakcji pylastych i ilastych ≥ 25,0%; zawartość części organicznych w gruncie nie powinna być większa niż 5%. Ze względów technologicznych największy wymiar ziarna nie powinien przekraczać 50 mm, aby nie doszło do uszkodzenia mechanizmu mieszającego w maszynach rolniczych.

Grunt stabilizowany spoiwem można wcześniej poddać badaniom, a uzyskane wyniki powinny mieć następujące wartości:

–      wytrzymałość na ściskanie po 28 dniach – R₂₈ = 2,5–5,0 MPa,

–      wskaźnik mrozoodporności – n ≥ 0,7.

Minimalna grubość stabilizowanej warstwy podbudowy o powyższych parametrach powinna wynosić 20 cm po zagęszczeniu.

• Woda – stosowana do stabilizacji gruntu i pielęgnacji gruntu stabilizowanego spoiwami; powinna być czysta, klarowna, najlepiej zdatna do picia. Nie zaleca się stosowania wody z wątpliwych źródeł.

4.    Przygotowanie robót

Przed rozpoczęciem robót inwestor powinien dysponować podstawowym projektem oraz mapą sytuacyjno-wysokościową, dostępną w Powiatowym Ośrodku Dokumentacji Geodezyjnej i Kartograficznej. Mapa musi posiadać klauzulę „dla celów projektowania” skala 1:1000 lub 1:500. Jeżeli jest to nowo powstająca droga, to należy wytyczyć oś drogi, trasę i szerokość. Paliki lub szpilki do prawidłowego ukształtowania warstwy nawierzchni z gruntu stabilizowanego spoiwem jonowymiennym powinny być wcześniej przygotowane. Rozmieszczenie palików lub szpilek powinno umożliwiać naciągnięcie linek do wytyczenia robót w odstępach nie większych niż 10 m.

Jeżeli wymaga tego dokumentacja, tyczenie drogi należy przeprowadzić z wykorzystaniem pomiarów geodezyjnych, dowiązując jej przebieg do istniejących punktów geodezyjnych.

5.    Warunki gruntowo-wodne

Warunki gruntowo-wodne można określić na podstawie prostych badań polowych mających na celu określenie, jaki rodzaj gruntu zalega w podłożu, np. na podstawie analizy makroskopowej, liczby wałeczkowań. Poziom wody gruntowej można określić na podstawie istniejących w pobliżu oczek wodnych, rowów melioracyjnych lub poprzez ewentualne wykonanie odwiertu świdrem na głębokość stwierdzenia wód gruntowych, następnie odczekać (co najmniej 2 godz.) i określić poziom zwierciadła wody gruntowej.

6.    Opis stanu projektowanego

Projektowana droga powinna być jednopasmowa, dwukierunkowa, opracowana dla prędkości projektowej 30 km/h, o szerokości jezdni 3,50–5,00 m (jeżeli 3,50 m, to należy uwzględnić mijanki), o nawierzchni z gruntu stabilizowanego spoiwem jonowymiennym i cementem, przykryta warstwą z kruszywa łamanego lub destruktu betonowego, który stanowi jednocześnie umocnienie konstrukcji nawierzchni. Jeżeli jest planowana druga warstwa z grubookruchowych odpadów betonowych, to jako warstwę wyrównująco-odsączającą należy zastosować podsypkę piaskową o grubości 5,0–10,0 cm. Alternatywnie można użyć geowłókniny polipropylenowej o gramaturze 200–300 g/m² i wytrzymałości na rozrywanie 5–10 MPa. W przypadku stabilizacji spoiwami jonowymiennymi spadek dna koryta projektuje się 2%, w innych przypadkach, np. z zastosowaniem podsypki piaskowej – spadek dna 4%. Opcjonalnie należy przewidzieć rowy odwadniające o głębokości do 50 cm.

Oś drogi powinna stanowić linia prosta, łamana lub łuki w przypadku zakrętów. Wartości geometryczne wg DU nr 43/99 i WPD 3 dla tyczenia osi drogi należy oznaczyć na planie sytuacyjnym i przedstawić w obliczeniach charakterystyki trasy. Skrzyżowania projektowanej drogi rolniczej z innymi drogami, promienie wyokrąglenia itp. powinny znaleźć się na planie sytuacyjnym.

 

Należy uwzględnić podstawowe parametry techniczne projektowanej drogi rolniczej:

-      droga: jednojezdniowa, dwupasowa, dwukierunkowa;

-      klasa techniczna drogi: D;

-      prędkość projektowa drogi: v_p = 30–40 km/h;

-      kategoria obciążenia ruchem: KR1;

-      dopuszczalny nacisk na oś: 100–120 kN;

-      szerokość jezdni: 3,50–5,00 m;

-      spadek poprzeczny jezdni: na odcinkach prostych – daszkowy 2,0–4,0% (2% w przypadku stabilizacji warstwy podbudowy, 4% – jeśli stosuje się podsypkę piaskową);

-      długość projektowanej drogi: zależnie od projektu;

-      pochylenie skarp: 1:1 umocnione płytami ażurowymi lub 1:1,5 darnią.

7.    Konstrukcja nawierzchni i elementów drogowych

Projekt konstrukcji nawierzchni można opracować na podstawie „Katalogu typowych konstrukcji nawierzchni podatnych” IBDM z 1995 r. lub Rozporządzenia Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej albo też innego poradnika dotyczącego dróg rolniczych. Obciążenie ruchem można przyjąć takie samo, jak dla kategorii ruchu KR1.

Drogi te zawierają następujące elementy:

-      warstwa ścieralna (wierzchnia usypana z tłucznia kamiennego lub destruktu betonowego grubości 20 cm);

-      warstwa ustabilizowanego gruntu cementem i spoiwem Road Bond EN-1; opcjonalnie można wykorzystać spoiwo Stabidrox lub spoiwo Consolid System, minimalna grubość warstwy powinna wynosić 20 cm;

-      w przypadku występowania wysokiego poziomu wód gruntowych po obu stronach należy wykonać rowy odwadniające o przekroju trapezowym, o szerokości 50 cm, głębokości 50 cm;

-      podłoże z gruntu rodzimego;

-      wzmocnione podłoże: powinno charakteryzować się wytrzymałością na ściskanie o R_m = 5,0 MPa i mrozoodpornością co najmniej n = 0,7.

8.    Odwodnienie

Odwodnienie drogi można wykonać za pomocą rowów odwadniajacych.

 

9.        Dobór sprzętu i maszyn do budowy dróg rolniczych

Wszystkie roboty w trakcie budowy dróg rolniczych można wykonać za pomocą maszyn rolniczych. 

10.               Uwagi dotyczące wykonania drogi

Uwagi dotyczące gruntu

Grunt przewidziany do stabilizacji powinien być spulchniony i rozdrobniony przez wstępne przejście kultywatora lub brony talerzowej. Po spulchnieniu gruntu można kontrolnie sprawdzić jego wilgotność (powinna być zbliżona do wilgotności optymalnej) i w razie potrzeby ją zwiększyć w celu ułatwienia rozdrobnienia. Woda powinna być dozowana z wykorzystaniem beczkowozu lub przyczepy asenizacyjnej, zapewniających równomierne i kontrolowane dozowanie.

Wilgotność gruntu powinna wynosić ok. 12–14%. Jeżeli wartość wilgotności naturalnej gruntu przekracza znacząco wartość wilgotności optymalnej  i uniemożliwia efektywne zagęszczanie gruntu, to grunt powinien być osuszony przez mieszanie i napowietrzanie w czasie suchej pogody, lub poprzez dodanie wapna palonego lub hydraulicznego o dużej wodochłonności. Spoiwa należy dodawać do rozdrobnionego i ewentualnie ulepszonego gruntu w ilości ustalonej w projekcie.

Grunt powinien być wymieszany ze spoiwem jonowymiennym w sposób zapewniający jednorodność na określoną głębokość, gwarantującą uzyskanie projektowanej grubości warstwy po zagęszczeniu.

Mieszanie składników bezpośrednio na drodze powinno być wykonywane do czasu uzyskania przez mieszankę jednorodnego wyglądu na całej grubości warstwy spulchnionej w trakcie mieszania. Czas od momentu rozłożenia spoiwana gruncie do momentu zakończenia mieszania nie powinien przekroczyć 2 godz. [PN-S-96012:1997].

Po wymieszaniu gruntu ze spoiwem powinno się sprawdzić wilgotność mieszanki. Jeżeli mieszanka jest zbyt sucha, należy dodać odpowiednią ilość wody i mieszankę ponownie dokładnie wymieszać.

Wilgotność mieszanki przed zagęszczeniem nie może różnić się o więcej niż ±(10–20%) od wilgotności optymalnej.

Po zakończeniu mieszania należy powierzchnię warstwy wyrównać i wyprofilować do wymaganych w dokumentacji projektowej rzędnych oraz spadków poprzecznych i podłużnych.

Po wyprofilowaniu należy natychmiast przystąpić do zagęszczania warstwy.

W celu zwiększenia trwałości nawierzchni i poprawy jej szorstkości wskazane jest przykrycie wierzchnią warstwą  z kruszywa łamanego. W tym celu należy po wstępnym zagęszczeniu ułożyć na całej szerokości warstwę kruszywa łamanego lub destruktu o uziarnieniu  f 0–30 mm. Kruszywo należy „wtłoczyć” w warstwę stabilizowaną przez niezwłoczne zagęszczenie.

Dopuszcza się utrwalenie powierzchni w inny sposób, np. przez ułożenie płyt betonowych lub wykończenie dywanikiem asfaltowym.

Grubość warstwy

Grubość warstwy zależy od możliwości użytego sprzętu. Jeżeli wymagana grubość warstwy jest większa od maksymalnej możliwej do stabilizacji, to stabilizacji należy poddać dwie warstwy.

Zagęszczanie

Zagęszczanie warstwy gruntu stabilizowanego spoiwami jonowymiennymi należy wykonywać za pomocą ciężkiego sprzętu, np. ciągników, walców gładkich, wibracyjnych lub ogumionych.

Zagęszczanie nawierzchni o przekroju daszkowym powinno rozpocząć się od krawędzi jezdni i przesuwać pasmami podłużnymi, częściowo nakładającymi się w stronę osi jezdni. Zagęszczanie warstwy o jednostronnym spadku poprzecznym powinno rozpocząć się od niżej położonej krawędzi i przesuwać się pasami podłużnymi, częściowo nakładającymi się w stronę wyżej położonej krawędzi. Pojawiające się w czasie zagęszczania obniżenia, ubytki, rozwarstwienia i podobne wady muszą być natychmiast naprawiane przez wymianę mieszanki na pełną głębokość, wyrównanie i ponowne zagęszczenie. Powierzchnia zagęszczonej warstwy powinna mieć prawidłowy przekrój poprzeczny i jednolity wygląd.

Operacje zagęszczania i obróbki powierzchniowej muszą być zakończone nie później niż w ciągu 5 godz. od momentu rozpoczęcia mieszania gruntu ze spoiwami jonowymiennymi.

Szczególną uwagę należy poświęcić zagęszczeniu mieszanki w sąsiedztwie spoin roboczych podłużnych i poprzecznych oraz wszelkich budowli/obiektów obcych.

Wszystkie miejsca luźne, rozsegregowane, spękane podczas zagęszczania lub w inny sposób odbiegające od prawidłowo wykonanych powinny być naprawione przez zerwanie warstwy na pełną grubość, wbudowanie nowej mieszanki o odpowiednim składzie i ponowne zagęszczenie.

Spoiny robocze

Należy unikać podłużnych spoin roboczych poprzez wykonanie warstwy na całej szerokości. Jeżeli nie ma takiej możliwości, należy niezwłocznie obciąć pionową krawędź. Po zwilżeniu jej wodą należy wbudować kolejny pas. W podobny sposób należy wykonać poprzeczną spoinę roboczą na połączeniu działek roboczych. Można zrezygnować z obcięcia pionowej krawędzi w zagęszczonej mieszance, gdy czas między zakończeniem zagęszczania jednego pasa, a rozpoczęciem wbudowywania sąsiedniego pasa nie przekracza 2 godz.

Jeżeli w przypadku wykonywania nawierzchni w dwóch warstwach na niżej położonej warstwie występują spoiny robocze, to spoiny w warstwie leżącej wyżej powinny być względem nich przesunięte o co najmniej 0,3 m w odniesieniu do spoiny podłużnej i 1,0 m w odniesieniu do spoiny poprzecznej.