Investigation of the Influence of Subgrade's Stabilization on the Decrease of Bearing Capacity of the Road Pavement Structure during the Spring Thaw Period

Abstract

All road pavement structures according to national regulations are designed on the same strength of subgrade (45 MPa (roads), 30 MPa (pathways)), with the provision that the strength of subgrade does not decrease lower than the design limit value. Usually happens that subgrade strength during the spring thaw period decreases dramatically thus leading to insufficient (not supplying design criteria) pavement structure deflection and faster deterioration. The purpose of this master’s thesis is to investigate how bearing capacity changes during spring thaw dependent on pavement structures subgrade improvement type including natural subgrade case. Researchers note that pavement structure is being highly deteriorated during mild winter when the densest quantity of ice lenses forms in upper pavement structure layers and during the rapid spring thaw due to excess moisture content in the drainage. The author experimental research in 7 different roads sections and 2 seasons presented that the bearing capacity of the whole pavement structure is mainly dependent on asphalt layer thickness and thickness of the whole pavement structure. Results revealed that the subgrade area, compared to pavement structure layers, expresses the lowest E600,sub modulus values independently from road structure composition. The bearing capacity of the measured subgrade expressed with E600,sub modulus, varied from 159 MPa to 219 MPa in the dry autumn period and from 131 MPa to 189 MPa in the spring thaw period. Subgrade soil improvement or stabilization reduces the seasonal impact on the pavement structure performance by reducing the difference of the stiffness at the surface of the pavement structure during spring thaw and dry autumn periods since the difference of stiffness on unimproved roads is 32% and 8% on improved roads. The analysis presented that the deformation modulus of the subgrade still often decreases below 45 MPa during the spring thaw period even if the subgrade was improved. Master's thesis consists of 100 pages that include 55 figures, 13 tables and 53 references.

Vadovaujantis nacionalinėmis projektavimo taisyklėmis sankasos stiprumas visiems keliams turi būti projektuojamas lygiai toks pats (45 MPa (keliams), 30 MPa (pėsčiųjų takams)) su nuostata, kad šis stiprumas niekada nepasieks žemesnių reikšmių nei yra nustatyta projekte. Tačiau sankasos stiprumas pavasario polaidžio metu dažniausiai stipriai nukrenta, kas lemia per didelius dangos konstrukcijos įlinkius ir greitesnį jos nusidėvėjimą. Šio baigiamojo magistro darbo tikslas yra nustatyti kaip kinta dangos konstrukcijos laikomoji geba pavasario polaidžio metu esant skirtingiems sankasos pagerinimo būdams, o taip pat įskaitant ir natūralius sankasos gruntus. Mokslininkai teigia, kad dangos konstrukcija labiausiai pažeidžiama esant švelniai žiemai, kai ledo gabaliukai tankiausiai susiformuoja viršutiniuose dangos konstrukcijos sluoksniuose ir dėl per didelio vandens kiekio drenažo tinkluose vykstant greitam pavasario polaidžiui. Autoriaus atliktas 7 skirtingų kelių ir 2 sezonų tyrimas parodė, kad visos dangos konstrukcijos laikomoji geba daugiausia priklauso nuo asfalto dangos ir visos dangos konstrukcijos storių. Rezultatai parodė, kad žemiausia E600,sub modulio reikšmė lyginant su visa dangos konstrukcija buvo užfiksuota ties sankasos riba nepriklausomai nuo dangos konstrukcijos struktūros. Sankasos laikomoji geba išreikšta E600,sub moduliu kito nuo 159 MPa iki 219 MPa sausuoju metu ir nuo 131 MPa iki 189 MPa pavasario polaidžio metu. Sankasos pagerinimas arba sustiprinimas sumažina standumo skirtumus esančius dangos konstrukcijos paviršiuje pavasario polaidžio ir sausojo rudens periodo metu, taip sušvelninant sezoniškumo įtaką dangos konstrukcijos eksploatacinėms savybėms. Keliuose, kuriuose nėra atliktas sankasos pagerinimas, skirtingų sezonų paviršiaus standumas skiriasi 32%, o keliuose, kuriuose sankasa yra pagerinta - 8%. Analizė parodė, kad sankasos deformacijų modulis pavasario polaidžio metu vis tiek dažnai nukrenta žemiau 45 MPa, net jeigu ir buvo atliktas sankasos pagerinimas. BMD apimtis – 100 psl., 55 paveikslai, 13 lentelių ir 53 literatūros šaltiniai.