МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА СССР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ВСЕСОЮЗНЫЙ ДОРОЖНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ (СОЮЗДОРНИИ)

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО КОНСТРУКЦИЯМ И ТЕХНОЛОГИИ СООРУЖЕНИЯ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ НА УЧАСТКАХ ЗАЛЕГАНИЯ ИОЛЬДИЕВЫХ ГЛИН

 

ОДОБРЕНЫ ГЛАВДОРСТРОЕМ МИНТРАНССТРОЯ СССР

 

МОСКВА 1973

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО КОНСТРУКЦИЯМ И ТЕХНОЛОГИИ СООРУЖЕНИЯ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ НА УЧАСТКАХ ЗАЛЕГАНИЯ ИОЛЬДИЕВЫХ ГЛИН. Союздорнии. М., 1973.

Рассмотрены особенности проектирования и выбора конструкций автодорожных насыпей на иольдиевых глинах, учитывающие физико-механические свойства глин и условия их залегания. Приведены варианты конструктивных решений насыпей: легкая насыпь; насыпь с распределительной плитой; насыпь с пригрузочными бермами; насыпь с песчаными сваями в основании. Разработан расчет рекомендуемых конструкций и даны указания по технологии их сооружения.

Предисловие

При строительстве автомобильных дорог с капитальными покрытиями на Северо-Западе европейской части СССР нередко возникает необходимость использовать иольдиевые глины в качестве естественного основания автодорожных насыпей. Возведение насыпей на иольдиевых глинах часто требует специальных мероприятий, повышающих устойчивость основания. Для решения вопроса о конструкции земляного полотна на участках залегания иольдиевых глин в Союздорнии были выполнены исследования глин, их работы в основании насыпи и предложены рациональные варианты конструктивных решений.

Настоящие «Методические рекомендации по конструкциям и технологии сооружения земляного полотна автомобильных дорог на участках залегания иольдиевых глин» разработаны в развитие «Методических указаний по проектированию земляного полотна на слабых грунтах» и содержат классификацию иольдиевых глин для дорожного строительства, методику расчета устойчивости оснований, сложенных иольдиевыми глинами, рекомендации по выбору конструкций земляного полотна, их расчет и технологию сооружения.

Настоящие «Методические рекомендации» составили канд. техн. наук В.Д. Казарновский и инж. А.Г. Полуновский.

Замечания, пожелания по данной работе просьба направлять по адресу: 143900 Балашиха-6 Московской обл., Союздорнии.

ЗАМ. ДИРЕКТОРА СОЮЗДОРНИИ кандидат технических наук

                                                                                               Ю. Мотылев

Общие положения

1. Свойства иольдиевых глин и их поведение под нагрузками от дорожных насыпейх) позволяют отнести иольдиевые глины к слабым грунтам. Поэтому изыскания, проектирование и строительство автомобильных дорог на участках залегания иольдиевых глин следует вести в соответствии с требованиями, изложенными в «Методических указаниях по проектированию земляного полотна на слабых грунтах» (М., 1968), в дальнейших ссылках сокращенно именуемых «Методическими указаниями».

х) В исследованиях физико-механических свойств иольдиевых глин принимали участие инженеры Е.Т. Семенова, Т.И. Федосеева, а в строительстве опытных участков - инженеры Б.Е. Беляев, Ю.В. Пудов, Н.С. Трошков.

2. Конструкция, грунты и методы возведения верхней части земляного полотна на иольдиевых глинах должны отвечать общим требованиям, изложенным в СНиП II-Д.5-72 и СНиП III-Д.5-62.

При назначении сроков сооружения покрытий капитального типа на участках насыпей, построенных на иольдиевых глинах, необходимо руководствоваться требованиями п. 1.14 СНиП III-Д.5-62 независимо от высоты насыпи.

3. При проектировании и строительстве автомобильных дорог на участках залегания иольдиевых глин следует классифицировать глины по приводимой таблице.

4. Конструкцию земляного полотна на иольдиевых глинах необходимо назначать с учетом особенностей свойств глин и условий их залегания.

Глины залегают слоями мощностью 5 - 10 м, иногда до 30 м, и перекрыты обычно торфами мощностью 2 - 3 м. В условиях природного залегания глины отличаются высокой пористостью, влажностью выше предела текучести, слабой водопроницаемостью, низкими прочностными показателями и резким снижением прочности при разрушении природной структуры.

Группа

Относительная влажность

Модуль осадки, мм/м, при нагрузке, кгс/см2

Предел структурной прочности, кгс/см2

Полное сцепление, кгс/см2

Угол внутреннего трения, град.

Структурное сцепление, кгс/см2

0,2

1,0

I

Менее 1,0

7 - 9

15 - 40

-

Более 0,15

Более 7

Более 0,10

II

От 1,0 до 1,5

9 - 11

40 - 120

Более 0,5

0,20 - 0,10

7 - 3

0,13 - 0,07

III

Более 1,5

11 - 14

120 - 250

Менее 0,5

0,15 - 0,05

3 - 0

0,07 - 0,03

К характерным особенностям физико-механических свойств глин (приложение 1) и условий их залегания относятся:

- слабая упрочняемость под нагрузками до 1 кгс/см2;

- наличие предела структурной прочности при компрессионном сжатии;

- возможность разделения полного сцепления на восстанавливающуюся и невосстанавливающуюся при сдвиге составляющие.

5. Полную сопротивляемость сдвигу иольдиевых глин выражают зависимостью:

Spw = ptgw + w + Cc,                                                     (1)

где Spw - полная сопротивляемость сдвигу;

p - нормальное давление;

w - угол внутреннего трения при данной влажности;

åw - восстанавливающаяся при сдвиге часть сцепления;

Cc - невосстанавливающееся при сдвиге структурное сцепление.

6. Длительную сопротивляемость сдвигу lim определяют по формуле

lim = ptgw + Cc,                                                          (2)

Величина невосстанавливающейся части сцепления может быть найдена с помощью сдвиговых испытаний как разность между полной сопротивляемостью сдвигу глин с ненарушенной структурой и сопротивляемостью повторному сдвигу или сдвигу по методике «плашка по плашке»:

Cc = Spw - (ptgw + w).                                                  (3)

7. В основании, сложенном иольдиевыми глинами, развитие недопустимых по условиям работы дорожного покрытия деформаций может происходить под действием касательных напряжений, превышающих мгновенную или длительную сопротивляемость грунта сдвигу, или нормальных сжимающих напряжений, превышающих предел структурной прочности при компрессионном сжатии.

Работу грунта на сдвиг можно выразить следующими зависимостями:

а) быстрое разрушение с образованием кривой скольжения

 > Spw = ptgw + w + Cc,                                                   (4)

где t - касательные напряжения, действующие по наиболее опасным площадкам;

б) медленная деформация сдвига типа ползучести

ptgjw + w + Cc >  > ptgjw + Cc;                                            (5)

в) отсутствие деформаций сдвига

 < ptgjw + Cc.                                                          (6)

Работу грунта на сжатие можно выразить зависимостями:

а) значительные и длительные деформации уплотнения

σ > Рстр,                                                               (7)

где σ - большее главное напряжение;

Рстр - предел структурной прочности при компрессионном сжатии;

б) отсутствие деформаций уплотнения

σ < Рстр.                                                                 (8)

Назначение конструкций земляного полотна на участках залегания иольдиевых глин

8. При назначении конструкций земляного полотна необходимо принимать во внимание особенности физико-механических свойств и условий залегания иольдиевых глин (п. 4).

9. Целесообразно применять конструкции с полным или частичным удалением глины или перекрывающего ее торфа на участках иольдиевых глин. Замена торфа привозным грунтом увеличивает давление на основание, к тому же удаление торфа сопряжено с возможностью нарушения естественного сложения верхнего, наиболее прочного горизонта иольдиевых глин. Удаление самой иольдиевой глины с заменой ее стабильным грунтом практически исключено из-за значительной мощности иольдиевых глин и опасности их разжижения в случае нарушения естественной структуры грунта.

10. Нерационально применять на иольдиевых глинах конструкции, ускоряющие процесс консолидации глинистой толщи или упрочняющие иольдиевые глины путем их уплотнения весом насыпи (вертикальные дрены, дренажные прорези, временная пригрузка и предварительная консолидация). Неприемлемость таких конструкций обусловлена чрезвычайно низкой водопроницаемостью иольдиевых глин и их слабой способностью к упрочнению при уплотнении, поэтому стимулирование процесса консолидации не в состоянии существенно сократить его продолжительность и повысить прочность глин.

Расчет высоты насыпи

11. Высота насыпи на иольдиевых глинах должна быть не меньше минимальной толщины насыпного слоя по условию воздействия напряжений от временной нагрузки. Минимальную толщину насыпного слоя рассчитывают в соответствии с п. 62 «Методических указаний».

При залегании глин I группы на поверхности минимальную толщину насыпного слоя уменьшают на толщину корки, т.е.

hmin  hвр - hк,                                                          (9)

где hmin - минимальная высота насыпи на иольдиевых глинах;

hвр - минимальная толщина насыпного слоя;

hк - толщина корки.

12. Высота насыпи на иольдиевых глинах должна быть не меньше минимального возвышения бровки земляного полотна по условиям снегозаносимости и водно-теплового режима (СНиП II-Д.5-72, пп. 5.4 и 5.7).

13. Максимальную допустимую высоту насыпи обычного очертания без специальных мер по обеспечению устойчивости оснований, сложенных иольдиевыми глинами II или III группы, рассчитывают исходя из следующих условий:

                                                            (10)

Pдоп = Рстр,                                                            (11)

где Pдоп - допустимое давление на основание;

Сс - структурное сцепление глины;

Рстр - предел структурной прочности при компрессионном сжатии;

 - функция проектного очертания насыпи, принимаемая по графику (рис. 5 «Методических указаний»).

14. Если глины выходят на поверхность, максимальную допустимую высоту насыпи обычного очертания определяют по формулам:

                                                             (12)

                                                           (13)

где  - осредненный объемный вес всей дорожной конструкции (насыпь и дорожная одежда).

В расчет принимают меньшее из полученных значений hдоп.

15. На участках глин, перекрытых торфами, величину hдоп принимают равной

                                          (14)

                                              (15)

где ?? - ожидаемая относительная осадка торфа под насыпью;

hт - мощность торфяной залежи.

16. Если максимальная допустимая высота насыпи (пп. 14, 15) меньше минимального возвышения бровки (пп. 11, 12), то необходимы специальные мероприятия по обеспечению устойчивости и недеформируемости основания.

17. Расчет оснований, сложенных иольдиевыми глинами, следует вести по двум предельным состояниям:

а) по предельной величине опасных сдвигающих напряжений, т.е.

σ1 - σ2 ?? (σ1 + σ2)sinw + 2Cccosw;                                     (16)

б) по предельной величине нормальных сжимающих напряжений, т.е.

σ1 < Рстр.                                                               (17)

18. Условия работы иольдиевых глин в основании насыпи (п. 17) можно улучшить путем:

а) снижения веса насыпи (ограничения ее высоты, отсыпки в насыпь материала с малым объемным весом);

б) изменения конструкции насыпи (придание определенного поперечного очертания, устройство в основании конструкций, позволяющих разгрузить слабый грунт).

19. Для обеспечения устойчивости и недеформируемости основания, сложенного иольдиевыми глинами, можно применить следующие конструкции: легкую насыпь; насыпь с распределяющей плитой; насыпь с пригрузочными бермами; насыпь с песчаными сваями.

При этом конструкции с пригрузочными бермами следует устраивать для обеспечения устойчивости основания при условии п. 17, а.

Легкая насыпь

20. Легкие насыпи отсыпают из материалов с объемным весом менее 1,5 т/м3 (шлаков, керамзита, антисептированных опилок, торфа, смеси песка с торфом).

Кроме того, снижение веса насыпи может быть достигнуто устройством ячеистой конструкции из гравийного материала с добавкой цемента.

21. Материалы для легкой насыпи необходимо подбирать на основе специальных лабораторных испытаний с определением водопоглощения, водо- и морозостойкости, долговечности и других показателей.

22. При использовании в насыпи опилок и торфа необходимо индивидуальным расчетом или экспериментально оценить величину упругих прогибов покрытия. Тип покрытия назначают в зависимости от величины ожидаемого упругого прогиба. При этом необходимо обеспечить пожарную безопасность конструкции.

Поскольку легкие насыпи отсыпают из материалов, значительно отличающихся по своим теплофизическим свойствам от обычных грунтов, минимальное возвышение бровки легкой насыпи по условию п. 11 может быть снижено при соответствующем обосновании в проекте.