BUDOWA DROGI ROLNICZEJ ZE SPOIWEM HYDRAULICZNYM

1.    Wprowadzenie

Niniejsza instrukcja przedstawia schemat budowy prostej drogi rolniczej z uwzględnieniem stabilizacji podłoża spoiwami hydraulicznymi i umocnieniem nawierzchni destruktem betonowym oraz najprostszy sposób odwodnienia za pomocą rowów przy poboczach. Wytyczne mają zastosowanie do dróg gminnych klasy D (dojazdowe), zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 2 marca 1999 nr 43, poz. 430.

2.    Określenia podstawowe

• Droga gruntowa – droga, której nawierzchnia składa się z gruntu miejscowego w stanie naturalnym lub ulepszonego mechanicznie i/lub spoiwami chemicznymi, 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, spoiwa i wody dobranych w optymalnych ilościach, zapewniających uzyskanie odpowiedniej wytrzymałości i mrozoodporności.
• Spoiwa hydrauliczne – spoiwa działające po dodaniu wody, wiążące 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:

-      spoiwa z grupy Terramix – sproszkowane, szare materiały o strukturze cementu, dużej powierzchni właściwej, łączące w sobie właściwości wiążące cementu i osuszające wapna; główne składniki spoiw z grupy Terramix to: cement, klinkier cementu portlandzkiego, dodatki pucolanowe, wapno, związki gipsu i regulatory czasów wiązania; odznaczają się dużą wodożądnością (zapotrzebowaniem na wodę) i reaktywnością hydrauliczną; spoiwa z grupy Terramix występują w różnych odmianach odznaczających się różnymi wartościami wytrzymałości na ściskanie i wskaźnikami wodożądności;

-      Geosta K1 – spoiwo do geologicznej stabilizacji gruntów oraz scalania odpadów przemysłowych, stabilizacji z cementem portlandzkim i wodą; jest to ziarnisty dodatek składający się z alkaloidów i elementów alkaloidów ziemnych, uzupełnionych złożonymi związkami, które są zależne od zastosowania oraz materiału bazowego, na którym dany typ produktu spoiwa ma być zastosowany; preparat stosuje się w proporcjach 2–6 kg/m³ gruntu;

-      Silment CQ 25 – sproszkowane, drobnoziarniste spoiwo hydrauliczne, otrzymane w wyniku przemiału klinkieru cementowego razem z pucolaną przemysłową typu Q; charakteryzuje się dużym udziałem aktywnej krzemionki, co powoduje, że w zaprawach mineralnych następuje relatywnie szybki przyrost fazy CSH, odpowiedzialnej za dużą wytrzymałość spoiw, ich hydrofobowość i zwiększoną odporność na warunki atmosferyczne;

-      spoiwo Solitex – sucha mieszanina różnych materiałów, popiołów lotnych, cementów, wapna, aktywnej krzemionki itp.; produkowane na bazie spoiw hydraulicznych, działa dokładnie tak, jak one (wiąże, osusza); po zetknięciu się z wodą ulega twardnieniu zarówno na powietrzu, jak i pod wodą oraz zachowuje stan stały również pod wodą; cechą charakterystyczną tego spoiwa jest zawartość wolnego wapnia, które reaguje z pucolanami zawartymi w popiele, tworząc krzemiany i glinokrzemiany wapniowe o charakterze hydraulicznym; zawartość aktywnej krzemionki zapewnia ulepszenie gruntów i kruszyw; spoiwo to może być stosowane w zależności od potrzeb do ulepszania właściwości gruntów i kruszyw oraz ich osuszania, a także do zmian struktury i poprawy nośności; może być stosowane z innymi spoiwami, tj. wapnem czy cementem;

-      spoiwo Lipidur – złożone mineralne spoiwo hydrauliczne o właściwościach osuszająco-wzmacniających, przeznaczone do stabilizacji, uszczelniania i wzmacniania gruntu podczas budowy, naprawy i modernizacji dróg; spoiwo spoiwo to wykazuje cechy pośrednie między wapnem i cementem, dzięki czemu łączy korzystne cechy obu spoiw; właściwości osuszające typowe dla wapna i cechy wiążące typowe dla cementu stanowią uzupełnienie asortymentu spoiw stosowanych w drogownictwie; w zależności od rodzaju gruntu Lipidur zastępuje całkowicie użycie cementu lub wspomaga stabilizację cementem; w przypadku występowania w podłożu gruntów spoistych o dużej wilgotności preparat ten zastępuje całkowicie cement, przy czym trzeba go dużo mniej niż samego cementu; ten środek można stosować także jako dodatek do gruntów sypkich o różnej wilgotności; wtedy w wyniku połączenia preparatu i cementu strefy suche podłoża są ulepszane cementem, natomiast mokre – spoiwem Lipidur;spoiwo to może zastępować wapno w przypadku stabilizacji kwaśnych gleb, np. do budowy dróg leśnych, rolniczych; preparat może być stosowany do ulepszania powierzchniowego i wgłębnego.

• 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 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.

Pozostałe określenia są zgodne z odpowiednimi normami polskimi, dotyczącymi warstw konstrukcji nawierzchni drogowych, stabilizowanych spoiwami hydraulicznymi.

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, należy składować na wskazanym przez inwestora miejscu, destrukt betonowy,  nadmiar gruntu z urobku i inne należy wywozić na odkład.
• Materiały nienadające się do wykorzystanie 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 0–8 mm; zalecany wskaźnik różnoziarnistości C_u > 4.

• Spoiwa, w tym np.:

–      Terramix – w przypadku stabilizacji gruntu w warstwach, zaprojektowanej w klasach wytrzymałości R_m = 0,5–5,0 MPa dawkowanie zazwyczaj wynosi 4–8% spoiwa w stosunku do masy suchego gruntu, natomiast w przypadku poprawy parametrów geotechnicznych gruntu (uzyskanie nośności i zagęszczenia) dawkowanie wynosi 2–6% spoiwa w stosunku do masy suchego gruntu;

–      Geosta K-1 – zalecane proporcje, to 2–6 kg/m³ gruntu;

–      Silment CQ 25 – w proporcji 5–10% wagowo w stosunku do suchej masy gruntu;

–      Solitex – w proporcji 2–8% wagowo w stosunku do suchej masy gruntu;

–      Lipidur – zawartość spoiwa należy przyjmować w granicach od 5 do 10% liczonych do masy suchego gruntu, zależnie od rodzaju i uziarnienia gruntu.

Okres przechowywania spoiw w warunkach powietrzno-suchych przed wbudowaniem w drogę nie powinien być jest dłuższy niż 60 dni, licząc od daty produkcji umieszczonej na liście przewozowym lub worku.

• Grunty do stabilizacji spoiwem – do wykonywania nawierzchni z gruntów stabilizowanych spoiwami hydraulicznymi można stosować grunty niespoiste, grunty spoiste o granicy plastyczności mniejszej od 50% lub grubo­okruchowe o spoiwie ilastym; najlepsze efekty uzyskuje się, stosując grunty o wskaźniku piaskowym S_E ≤ 20 oraz zawartości frakcji pyłowo-iłowych ≥20,0%; zawartość części organicznych w gruncie nie powinna być większa niż 5%; największy wymiar ziarna, oznaczony po przejeździe maszyny mieszającej grunt ze spoiwem nie powinien być większy niż 100 mm.

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 warstwy nawierzchni 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 urzędzie gminy. 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 hydraulicznym 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 dołu odkrywkowego.

6.    Opis stanu projektowanego

Projektowana droga powinna być drogą jednopasmową, dwukierunkową dla prędkości projektowej 30 km/h, o szerokości jezdni 3,50–5,00 m, o nawierzchni z gruntu stabilizowanego spoiwem hydraulicznym i cementem, przykrytą warstwą z kruszywa łamanego lub destruktu betonowego, który stanowi jednocześnie umocnienie konstrukcji nawierzchni. Jako warstwę wyrównująco-odsączającą należy zastosować podsypkę piaskową. Alternatywnie można użyć geowłókniny polipropylenowej o gramaturze 200–300 g/m² i wytrzymałości na rozrywanie 5–10 MPa. Spadki poprzeczne drogi powinny być w formie daszkowej z 2–4% spadkiem poprzecznym. Dodatkowo należy przewidzieć rowy odwadniające o głębokości do 40 cm.

Niweletę projektowanej drogi należy dowiązać do istniejącej drogi lub sieci dróg.

Oś drogi powinna stanowić linia prosta, łamana lub łuki w przypadku zakrętów. Wartości charakterystyczne 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: Z;

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

-      kategoria obciążenia ruchem: KR1;

-      dopuszczalny nacisk na oś: 100–120 kN;

-      szerokość pasa ruchu: 3,50–5,00 m;

-      spadek poprzeczny jezdni: na odcinkach prostych – daszkowy 2,0–4,0%;

-      na łukach – jednostronny;

-      długość projektowanej drogi: zależnie od projektu;

-      pochylenie skarp: 1:1 umocnione.

7.    Charakterystyka ruchowa

Na istniejącej drodze natężenie ruchu powinno odpowiadać kategorii obciążenia ruchem KR1 o nacisku na oś do 115 kN, taką kategorię przyjęto do określenia nośności konstrukcji. Droga powinna być użytkowana w okresie od wiosny do późnej jesieni. Zimą, szczególnie w okresie przełomów powinna być użytkowana epizodycznie. Z uwagi na rozmarzające podłoże istnieje ryzyko uszkodzenia nawierzchni.

8.    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.

Przykładowa konstrukcja drogi rolniczej skłąda się z następujących elementów:

-      warstwa ścieralna (wierzchnia usypana z destruktu betonowego lub kruszywa grubości 10 cm);

-      warstwa wyrównująco-odsączająca z piasku grubości 5 cm;

-      opcjonalnie można ułożyć geowłókninę polipropylenową w przypadku występowania gruntów nieprzepuszczalnych w podłożu;

-      warstwa ustabilizowanego gruntu cementem i spoiwem Geosta K-1; opcjonalnie można wykorzystać spoiwo Silment CQ 25 lub spoiwo Terramix bez dodatku cementu, gdyż są to spoiwa jednoskładnikowe bazujące na pucolanach pochodzących z ubocznych produktów paleniskowych; minimalna grubość warstwy powinna wynosić 20 cm; po obu stronach rowy odwadniające o przekroju trapezowym lub łukowym 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 mrozoodporności n = 0,7.

9.    Odwodnienie

Odwodnienie drogi rolniczej można wykonać za pomocą rowów o przekroju trójkątnym, trapezowym lub łukowym.

10.     Dobór sprzętu i maszyn do budowy dróg rolniczych

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

11. Uwagi dotyczące wykonania drogi

Uwagi dotyczące gruntu miejscowego

Grunt przewidziany do stabilizacji powinien być spulchniony i rozdrobniony przez wstępne przejście mieszarki. Po spulchnieniu gruntu można kontrolnie sprawdzić jego wilgotność 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 wilgotność naturalna gruntu jest zbyt duża i uniemożliwia efektywne zagęszczanie gruntu, to grunt powinien być osuszony przez mieszanie i napowietrzanie w czasie suchej pogody.

W warunkach atmosferycznych uniemożliwiających powietrzne osuszanie należy zwiększyć udział spoiw hydraulicznych w mieszance w celu wstępnego osuszenia.

Spoiwa należy dodawać do rozdrobnionego i ewentualnie ulepszonego gruntu w ilości ustalonej w projekcie.

Grunt powinien być wymieszany ze spoiwem 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.

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% i –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 wykończenie jej powierzchni warstwą wyrównującą z piasku, a następnie z kruszywa łamanego. W tym celu należy po wstępnym zagęszczeniu ułożyć na całej szerokości warstwę piasku, a następnie kruszywa łamanego o uziarnieniu

8/63 lub alternatywnym grubookruchowym grubości 10 cm. 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 hydraulicznyminależy wykonywać za pomocą ciężkiego sprzętu, ciągników, wałów łąkowych 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., licząc od momentu rozpoczęcia mieszania gruntu ze spoiwami hydraulicznymi.

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

O ile to możliwe, należy unikać podłużnych spoin roboczych poprzez wykonanie warstwy na całej szerokości. Jeżeli nie ma takiej możliwości, należy niezwłocznie 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.