Proceedings of Petersburg Transport University Proceedings of Petersburg Transport University Известия Петербургского университета путей сообщения 1815-588X 2658-6851 53039 10.20295/1815-588X-2022-3-444-454 Проблематика транспортных систем PROBLEMATIC OF TRANSPORT SYSTEM Проблематика транспортных систем Methods for Stabilizing and Strengthening Yoldian Clays and Weak Clay Soils When Creating a Subgrade in the Far North Regions Способы стабилизации и укрепления иольдиевых глин и слабых глинистых грунтов при создании земляного полотна в районах Крайнего Севера Абу-Хасан Махмуд Самиевич Abu-Hasan Mahmud Samievich pgups1967@mail.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Соловьева Валентина Яковлевна Solov'eva Valentina Yakovlevna

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Сахарова Антонина Сергеевна Saharova Antonina Sergeevna

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Санкт-Петербург Россия Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University Saint-Petersburg Russian Federation Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Россия Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University Russian Federation Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Россия Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University Russian Federation 25 09 2022 25 09 2022 19 3 444 454 23 09 2022 https://atjournal.ru/en/nauka/article/53039/view

Цель: Определение наиболее эффективных способов и компонентов для укрепления слабых иольдиевых глин, используемых при создании транспортных магистралей в регионах Севера. Методы: Определение основных физико-механических характеристик глинистого грунта проводилось в соответствии с требованиями: ГОСТ 12536—2014 «Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава»; ГОСТ 25584—2016 «Методы лабораторного определения коэффициента фильтрации»; ГОСТ 22733—2016 «Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности»; ГОСТ 5180—2015 «Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик»; ГОСТ 25100—2020 «Грунты. Классификация». Показано, что эффективное укрепление слабого глинистого грунта достигается в результате его предварительной стабилизации при помощи гранулированного доменного шлака или природного известняка фракции ≈ 2,5 мм. Рациональное количество гранулированного доменного шлака или известняка составляет 15 мас.% от массы грунта, и при этом глинистый грунт имеет наибольшее значение прочности (2,25–2,45) МПа. Разница в показателях прочности в пользу известняка составляет 9,0 %. Экспериментально установлено, что для повышения прочности укрепляемого глинистого грунта эффективно использовать гранулированный доменный шлак в сочетании с тонкомолотым доменным шлаком, рациональное количество которого составляет 10 мас.% от массы грунта, достигаемая прочность которого соответствует маркам М20–М25. Определено, что для комплексного улучшения показателей прочности, плотности, морозостойкости необходимо к глинистому грунту, укрепленному доменным металлургическим шлаком, дополнительно ввести реакционно-активные компоненты, в качестве которых эффективно использовать портландцемент в количестве не более 5 мас.% от массы грунта в сочетании с сухой комплексной химической добавкой «ПРА», рациональное количество которой составляет 2,0 мас.% от массы (ПЦ + ТДШ). Практическая значимость: Стабилизированный и комплексно укрепленный слабый глинистый грунт характеризуется следующими фактическими показателями: M50 F35 K10 — 0,026 м/сут, который может быть использован в качестве основания при строительстве транспортных магистралей местного значения в регионах Севера.

Purpose: Definition of the most effective methods and components for strengthening weak Yoldian clays used in the creation of transport routes in the North regions. Methods: The definition of the main physical-mechanical characteristics of clay soil was carried out in accordance with the requirements: of GOST (Russia State Standard) 12536—2014 “Soils. Methods for laboratory determination of granulometric (grain) and microaggregate composition”; GOST 25584—2016 “Methods for laboratory determination of the filtration coefficient”; GOST 22733—2016 “Soils. Method for laboratory determination of maximum density”; GOST 5180—2015 “Soils. Methods of laboratory determination of physical characteristics”; GOST 25100—2020 “Soils. Classification”. It is shown that the effective strengthening of weak clay soil is achieved as a result of its preliminary stabilization with the help of granulated blast-furnace slag or natural limestone of ≈2.5 mm fraction. The rational amount of granulated blast-furnace slag or limestone is 15 wt.% of the soil mass and at the same time, clay soil has the highest strength value — (2.25–2.45) MPa. The difference in strength indicators in favor of limestone constitutes 9.0%. It has been experimentally established that in order to increase reinforced clay soil strength it is effective to use granulated blast-furnace slag in combination with finely ground blast-furnace slag which rational amount of is 10 wt.% of soil mass which achieved strength of corresponds to M20–M25 grade. It has been defined that for comprehensive improvement of the indicators as strength, density, and frost resistance it is necessary to introduce additionally to clay soil, reinforced with blast-furnace metallurgical slag as reactive components which it’s effective to use Portland cement in amount of not more than 5 wt.% of soil mass in combination with dry complex chemical additive “PRA” which rational amount of constitutes 2.0 wt.% by weight of (Portland cement + finely ground blast-furnace slag). Practical significance: Stabilized and comprehensively strengthened weak clayey soil is characterized by the following actual indicators: M50 F35 K10 — 0.026 m/day which can be used as a base at construction of transport routes of local importance in the regions of the North.

 Глинистый грунт стабилизация укрепление прочность коэффициент фильтрации гранулированный доменный шлак тонкомолотый шлак химическая добавка Clay soil stabilization strengthening strength filtration coefficient granulated blast-furnace slag finely ground slag chemical additive

Абу-Хасан М. С. Влияние различных видов армирования на деформационные характеристики глинистого грунта в условиях сезонного замерзания и оттаивания / М. С. Абу-Хасан, В. В. Егоров // Серия конференций IOP: Материаловедение и инженерия. - 2020. - Т. 753. - Вып. 4, 5. - DOI: 10.1088/1757-899X/753/4/042083. Abu-Hasan M. S. Vliyanie razlichnyh vidov armirovaniya na deformacionnye harakteristiki glinistogo grunta v usloviyah sezonnogo zamerzaniya i ottaivaniya / M. S. Abu-Hasan, V. V. Egorov // Seriya konferenciy IOP: Materialovedenie i inzheneriya. - 2020. - T. 753. - Vyp. 4, 5. - DOI: 10.1088/1757-899X/753/4/042083. Аввад Т. Численный анализ с использованием модели упругопластического грунта для одиночной сваи в глиняном слое для изучения влияния дополнительной нагрузки на распределение поверхностного трения / Т. Аввад, С. Аль Кодси, В. Улиц-кий, А. Шашкин, Л. Аввад // Конспект лекций по гражданскому строительству. - 2020. - № 49. - С. 499-506. - DOI: 10.1007/978-981-15-0450-1_52. Avvad T. Chislennyy analiz s ispol'zovaniem modeli uprugoplasticheskogo grunta dlya odinochnoy svai v glinyanom sloe dlya izucheniya vliyaniya dopolnitel'noy nagruzki na raspredelenie poverhnostnogo treniya / T. Avvad, S. Al' Kodsi, V. Ulic-kiy, A. Shashkin, L. Avvad // Konspekt lekciy po grazhdanskomu stroitel'stvu. - 2020. - № 49. - S. 499-506. - DOI: 10.1007/978-981-15-0450-1_52. Соловьева В. Высокоэффективная ремонтная смесь для восстановления и за-щиты поврежденных бетонных конструкций / В. Соловьева, И. Степанова, Д. Соловьев, А. Касаткина // Конспект лекций по гражданскому строительству ссылка отключена. - 2020. - № 50. - С. 369-375. - DOI: 10.1007/978-981-15-0454-9_38. Solov'eva V. Vysokoeffektivnaya remontnaya smes' dlya vosstanovleniya i za-schity povrezhdennyh betonnyh konstrukciy / V. Solov'eva, I. Stepanova, D. Solov'ev, A. Kasatkina // Konspekt lekciy po grazhdanskomu stroitel'stvu ssylka otklyuchena. - 2020. - № 50. - S. 369-375. - DOI: 10.1007/978-981-15-0454-9_38. Шершнева М. Геоэкозащитные экраны при строительстве и эксплуатации до-рог в холодных регионах / М. Шершнева, А. Сахарова, И. Козлов // Конспект лекций по строительству ссылка отключена. - 2020. - № 50. - С. 347-356. - DOI: 10.1007/978-981-15-0454-9_36 27. Shershneva M. Geoekozaschitnye ekrany pri stroitel'stve i ekspluatacii do-rog v holodnyh regionah / M. Shershneva, A. Saharova, I. Kozlov // Konspekt lekciy po stroitel'stvu ssylka otklyuchena. - 2020. - № 50. - S. 347-356. - DOI: 10.1007/978-981-15-0454-9_36 27. Егоров В. Применение эволюционного алгоритма оптимизации шпренгелевых систем транспортных зданий и сооружений для северных районов / В. Егоров, А. Кравченко, М. Абу-Хасан // Серия конференций ИОП: Материаловедение и инженерия. - 2020. - C. 753(2). - DOI:10.1088/1757-899X/753/2/022020. Egorov V. Primenenie evolyucionnogo algoritma optimizacii shprengelevyh sistem transportnyh zdaniy i sooruzheniy dlya severnyh rayonov / V. Egorov, A. Kravchenko, M. Abu-Hasan // Seriya konferenciy IOP: Materialovedenie i inzheneriya. - 2020. - C. 753(2). - DOI:10.1088/1757-899X/753/2/022020. Богомолова Н. Особенности инженерных изысканий в районах распространения вечной мерзлоты на примере проекта «Северный широтным способом» / Н. Богомолова, Ю. Милюшкан, С. Шкурников и др. // Конспект лекций по гражданскому строительству. - 2020. - № 50. - С. 215-221. - DOI: 10.1007/978-981-15-0454-9_23 31. Bogomolova N. Osobennosti inzhenernyh izyskaniy v rayonah rasprostraneniya vechnoy merzloty na primere proekta «Severnyy shirotnym sposobom» / N. Bogomolova, Yu. Milyushkan, S. Shkurnikov i dr. // Konspekt lekciy po grazhdanskomu stroitel'stvu. - 2020. - № 50. - S. 215-221. - DOI: 10.1007/978-981-15-0454-9_23 31. Клемяционок П. Экстраполяция кривых сжатия на высокие давления для мягких глинистых грунтов / П. Клемяционок, С. Колмогорова, С. Колмогоров // Конспект лекций по гражданскому строительству. - 2020. - № 50. - С. 233-238. - DOI: 10.1007/978-981-15-0454-9_25 32. Klemyacionok P. Ekstrapolyaciya krivyh szhatiya na vysokie davleniya dlya myagkih glinistyh gruntov / P. Klemyacionok, S. Kolmogorova, S. Kolmogorov // Konspekt lekciy po grazhdanskomu stroitel'stvu. - 2020. - № 50. - S. 233-238. - DOI: 10.1007/978-981-15-0454-9_25 32. Бабак Н. Структура атомов основной фазы промышленных отходов прогнозирует свойства строительных материалов в транспортном строительстве в холодных регионах / Н. Бабак // Конспект лекций по гражданскому строительству. - 2020. - Т. 50 - С. 451-457. - DOI: 10.1007/978-981-15-0454-9_47. 33. Babak N. Struktura atomov osnovnoy fazy promyshlennyh othodov prognoziruet svoystva stroitel'nyh materialov v transportnom stroitel'stve v holodnyh regionah / N. Babak // Konspekt lekciy po grazhdanskomu stroitel'stvu. - 2020. - T. 50 - S. 451-457. - DOI: 10.1007/978-981-15-0454-9_47. 33. Белаш Т. А. Сейсмостойкость зданий на оттаивающих многолетнемерзлых грунтах / Т. А. Белаш, Т. В. Иванова // Строительный журнал. - 2020. - № 93(1). - С. 50-59. - DOI: 10.18720/MCE.93.5 34. Belash T. A. Seysmostoykost' zdaniy na ottaivayuschih mnogoletnemerzlyh gruntah / T. A. Belash, T. V. Ivanova // Stroitel'nyy zhurnal. - 2020. - № 93(1). - S. 50-59. - DOI: 10.18720/MCE.93.5 34. Богданова Г. Методика оценки параметров реакции многоэтажных зданий с нелинейными динамическими виброгасителями при сейсмических воздействиях / Г. Богданова, А. Бенин // Конспект лекций по гражданскому строительству. - 2022. - № 180. - С. 553-564. - DOI:10.1007/978-3-030-83917-8_50. Bogdanova G. Metodika ocenki parametrov reakcii mnogoetazhnyh zdaniy s nelineynymi dinamicheskimi vibrogasitelyami pri seysmicheskih vozdeystviyah / G. Bogdanova, A. Benin // Konspekt lekciy po grazhdanskomu stroitel'stvu. - 2022. - № 180. - S. 553-564. - DOI:10.1007/978-3-030-83917-8_50. Николаев С. В. Методика выбора эффективного погружения и контроля глубины заполнения строительных материалов с открытой текстурой / С. В. Николаев, А. В. Бенин, А. М. Попов // Journal of Physics: Conference Seriesthis link is disabled. - 2021. - № 2131(2). - DOI: 10.1088/1742-6596/2131/2/022055 36. Nikolaev S. V. Metodika vybora effektivnogo pogruzheniya i kontrolya glubiny zapolneniya stroitel'nyh materialov s otkrytoy teksturoy / S. V. Nikolaev, A. V. Benin, A. M. Popov // Journal of Physics: Conference Seriesthis link is disabled. - 2021. - № 2131(2). - DOI: 10.1088/1742-6596/2131/2/022055 36. Huang W. Снижение гидратации глины путем добавления органического стабилизатора / W. Huang, Y. Zhang, Z. Luo Et al. // Глины и глинистые минералы. - 2021. - Т. 69. - С. 489-499 (2021). - DOI: 10.1007/s42860-021-00139-4 37. Huang W. Snizhenie gidratacii gliny putem dobavleniya organicheskogo stabilizatora / W. Huang, Y. Zhang, Z. Luo Et al. // Gliny i glinistye mineraly. - 2021. - T. 69. - S. 489-499 (2021). - DOI: 10.1007/s42860-021-00139-4 37. Соловьева В. Повышение уровня свойств композиционных материалов для строительных геоконструкций с применением добавок нового поколения / В. Соловьева, И. Степанова, Д. Соловьев и др. // Конспект лекций по строительству неорганических добавок. - 2020. - № 50. - С. 387-393. - DOI: 10.1007/978-981-15-0454-9_40 38. Solov'eva V. Povyshenie urovnya svoystv kompozicionnyh materialov dlya stroitel'nyh geokonstrukciy s primeneniem dobavok novogo pokoleniya / V. Solov'eva, I. Stepanova, D. Solov'ev i dr. // Konspekt lekciy po stroitel'stvu neorganicheskih dobavok. - 2020. - № 50. - S. 387-393. - DOI: 10.1007/978-981-15-0454-9_40 38. Соловьева В. Многофункциональные наномодифицированные бетоны нового поколения / В. Соловьева, И. Степанова, Д. Соловьев и др. // Конспект лекций по строительному строительству ссылка отключена. - 2020. - № 50. - С. 377-386. - DOI: 10.1007/978-981-15-0454-9_39. 39. Solov'eva V. Mnogofunkcional'nye nanomodificirovannye betony novogo pokoleniya / V. Solov'eva, I. Stepanova, D. Solov'ev i dr. // Konspekt lekciy po stroitel'nomu stroitel'stvu ssylka otklyuchena. - 2020. - № 50. - S. 377-386. - DOI: 10.1007/978-981-15-0454-9_39. 39. Соловьева В. Восстановление поврежденных геооснований на транспорте с использованием высокоэффективного ремонтного раствора / В. Соловьева, Д. Соловьев, И. Степанова, А. Касаткина // MATEC Web of Conferences. - 2018. - № 239. - DOI:10.1051/matecconf /201823901015. Solov'eva V. Vosstanovlenie povrezhdennyh geoosnovaniy na transporte s ispol'zovaniem vysokoeffektivnogo remontnogo rastvora / V. Solov'eva, D. Solov'ev, I. Stepanova, A. Kasatkina // MATEC Web of Conferences. - 2018. - № 239. - DOI:10.1051/matecconf /201823901015.