МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА СССР
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ВСЕСОЮЗНЫЙ ДОРОЖНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
СОЮЗДОРНИИ
Предложения по уточнению классификации засоленных грунтов для дорожного строительства
МОСКВА 1966
ПРЕДИСЛОВИЕ
Одной из актуальных современных проблем дорожного строительства является использование для возведения земляного полотна местных грунтов особых разновидностей. К грунтам особых разновидностей, отличающихся по своим свойствам от обычных грунтов аналогичного гранулометрического состава, относятся широко распространенные в V дорожно-климатической зоне грунты, содержащие легкорастворимые и труднорастворимые соли; хлориды, сульфаты натрия, гипс и карбонаты. В настоящее время пригодность засоленных грунтов для возведения земляного полотна, а также основные нормы его проектирования при использовании этих грунтов устанавливают на основе их классификации по степени и качественному характеру засоления, предусмотренной «Инструкцией по сооружению земляного полотна автомобильных дорог» ВСН 97-63.
Поскольку различным пределам степени засоления при данном его качественном характере соответствуют разные нормы проектирования земляного полотна и мероприятия по повышению его устойчивости, от принятой классификации засоленных грунтов в конечном счета зависят конструкции земляного полотна и стоимость его сооружения на участках распространения этих грунтов.
За 10-летний период применения существующей классификации засоленных грунтов накоплен и изучен большой опыт строительства и эксплуатации дорог в засушливых и пустынных районах, проведены широкие исследования физико-механических свойств этих грунтов.
В результате лабораторных исследований, полевых наблюдений за водно-солевым режимом и устойчивостью земляного полотна, возведенного из засоленных грунтов, и обобщения практического опыта их использования Среднеазиатским филиалом Союздорнии в 1965 г. разработаны «Предложения по уточнению классификации засоленных грунтов для дорожного строительства», несколько расширяющие возможность их применения. Эти уточнения позволяют снизить стоимость работ по возведению земляного полотна в районах распространения засоленных грунтов (в пределах V дорожно-климатической зоны) за счет их более широкого использования без замены привозными грунтами.
«Предложения» составлены и. о. старшего научного сотрудника Л.Ф. Ступаковой под научно-методическим руководством и редакцией канд. техн. наук Ю.Л. Мотылева. В работе учтены замечания и пожелания проф. докт. геол.-минер. наук В.М. Безрука и зав. кафедрой химии Ташкентского института инженеров транспорта канд. техн. наук доц. Л.Б. Смолиной.
В полевых работах и лабораторных исследованиях, кроме автора, принимали участие инженеры Р.А. Попова, Г.И. Какурина и ст. техник Г.Н. Муминова.
Директор Союздорнии кандидат технических наук - В. Михайлов
1. РЕЗУЛЬТАТЫ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЗАСОЛЕННЫХ ГРУНТОВ
Влияние солей на величину предельного сопротивления сдвигу лессовидного грунта
Влияние солей на величину предельного сопротивления сдвигу лессовидного грунта изучали двумя методами: с помощью ионического пластометра и на сдвиговом приборе Гидропроекта.
Исследования с помощью конического пластометра. Этот метод разработан акад. П.А. Ребиндером1). Предельное сопротивление сдвигу (пластическую прочность) вычисляли по формуле
1) Ребиндер П.А. и Семаненко И.А. О методе погружения конуса для характеристики структурно-механических свойств пластично-вязких тел. Изд-во АН СССР, т. 64, 1949, № 6.
где F - нагрузка на конус, кг;
h - предельная глубина погружения конуса, см;
K - константа прибора, зависящая от угла конуса:
K30 = 0,959; K45 = 0,416; K60 = 0,2741)
1) Агранат Н.Н. и Воларович М.П. О вычислении предельного напряжения сдвига дисперсных систем в опытах с коническим пластометром. Коллоид. журн. XX, 1957, № 1.
В результате проведенных исследований было выявлено, что пластическая прочность грунтов, содержащих 5 - 8 % легкорастворимых солей, с сульфатным и хлоридным характером засоления при оптимальной влажности и максимальной плотности незначительно отличается от пластической прочности тех же грунтов с предельно допускаемым содержанием легкорастворимых солей, что подтверждает возможность использования таких грунтов при возведении земляного полотна автомобильных дорог в V дорожно-климатической зоне (табл. 1). Присутствие солей в грунте оказывает влияние на оптимальную влажность и максимальную плотность: хлористый натрий (NaCl) повышает максимальную плотность, снижая оптимальную влажность; сернокислый натрий (Na2SO4) уменьшает объемный вес скелета грунта и увеличивает оптимальную влажность, начиная с дозировки 8 - 10 % (табл. 1).
Таблица 1
Влияние NaCl и Na2SO4 на оптимальную влажность, максимальную плотность и предельное сопротивление сдвигу засоленных грунтов
|
Содержание в грунте, % |
Оптимальная влажность, % |
Максимальный объемный вес скелета грунта, г/см3 |
Предельное сопротивление сдвигу при оптимальной влажности и максимальной плотности, кг/см2 |
|
NaCl |
|
|
|
|
0,5 |
15,0 |
1,79 |
10,0 |
|
1 |
15,1 |
1,78 |
10,0 |
|
2 |
15,2 |
1,78 |
10,0 |
|
3 |
14,6 |
1,80 |
7,9 |
|
4 |
14,6 |
1,81 |
6,8 |
|
5 |
13,4 |
1,83 |
7,0 |
|
8 |
13,2 |
1,85 |
6,4 |
|
10 |
12,9 |
1,85 |
5,8 |
|
13 |
12,8 |
1,83 |
5,6 |
|
Незасоленный грунт |
15,0 |
1,79 |
10,1 |
|
Na2SO4 |
|
|
|
|
0,5 |
15,0 |
1,79 |
10,0 |
|
1 |
15,1 |
1,79 |
10,0 |
|
2 |
15,1 |
1,79 |
10,1 |
|
3 |
15,4 |
1,79 |
7,9 |
|
4 |
15,7 |
1,78 |
7,7 |
|
5 |
16,1 |
1,78 |
6,8 |
|
8 |
19,2 |
1,68 |
6,1 |
|
10 |
22,2 |
1,61 |
4,5 |
|
13 |
26,0 |
1,52 |
4,0 |
Результаты опытов (табл. 2) по определению влияния солей на пластическую прочность грунтов при абсолютной влажности, равной оптимальной влажности исходного незасоленного грунта, показали, что хлористый натрий значительно понижает пластическую прочность, начиная с дозировки 8 %. С дальнейшим ростом степени засоления грунта хлористым натрием пластическая прочность изменяется очень медленно.
Низкие значения пластической прочности объясняются тем, что абсолютная влажность (W = 15 %) при такой степени засоления превышает оптимальную примерно на 10 - 15 %. Следует отметить, что для среднеазиатских грунтов характерно резкое снижение прочности при влажности выше оптимальной. Влияние Na2SO4 на пластическую прочность зависит от содержания этой соли в грунте (табл. 2).
Таблица 2
Влияние солей на пластическую прочность искусственно засоленных грунтов при оптимальной влажности незасоленного грунта
|
Содержание в грунте, % |
Объемный вес скелета грунта, г/см3 |
Пластическая прочность, кг/см2 |
|
NaCl |
|
|
|
0,5 |
1,79 |
10,0 |
|
1 |
1,79 |
9,9 |
|
2 |
1,79 |
9,8 |
|
3 |
1,80 |
6,3 |
|
4 |
1,81 |
6,3 |
|
5 |
1,81 |
6,2 |
|
8 |
1,80 |
2,3 |
|
10 |
1,78 |
2,1 |
|
13 |
1,78 |
2,1 |
|
Незасоленный грунт |
1,79 |
10,1 |
|
Na2SO4 |
|
|
|
0,5 |
1,79 |
10,0 |
|
1 |
1,79 |
10,0 |
|
2 |
1,79 |
10,0 |
|
3 |
1,79 |
9,8 |
|
4 |
1,79 |
9,7 |
|
5 |
1,75 |
9,5 |
|
8 |
1,44 |
9,5 |
|
10 |
1,39 |
10,2 |
|
13 |
1,19 |
14,7 |
С увеличением количества Na2SO4 пластическая прочность повышается. При одинаковых условиях сульфаты натрия оказывают на структурно-механические свойства грунта менее отрицательное действие, чем хлориды.
Известно, что в основу разделения засоленных грунтов по качественному характеру был положен принцип, принятый в почвоведении, с той лишь разницей, что для хлоридно-сульфатного засоления соотношение Cl'/SO4" приняли равным 1-0,3 вместо 1-0,2, а для сульфатного < 0,3 вместо < 0,2. Однако для дорожного строительства этот принцип не обоснован. Поскольку автомобильная дорога является инженерным сооружением, то в основу качественной характеристики грунтов был положен принцип прочностной характеристики (предельное сопротивление сдвигу или пластическая прочность грунтов).
Полученные данные зависимости пластической прочности засоленных легких пылеватых суглинков от соотношения ионов хлора к сульфат-ионам в легкорастворимых солях, содержащихся в грунте, положены в основу разделения грунтов по качественному характеру засоления (рис. 1).
Рис. 1. Влияние качественного характера засоления на пластическую прочность грунтов.
Характер засоления: с - сульфатный; х-с - хлоридно-сульфатный; с-х - сульфатно-хлоридный; х - хлоридный
Известно, что на территории Средней Азии широко распространены грунты, содержащие 20 - 40 % гипса различной дисперсности.
Результата проведенных опытов показали, что содержание 50 % мелкокристаллического гипса в грунте практически не оказывает влияния на пластическую прочность (табл. 3).
Увеличение пластической прочности грунтов, содержащих крупнокристаллический гипс, происходит за счет усиления трения между отдельными элементами скелета.
Естественно засоленные грунты с ненарушенной структурой имеют более высокую пластическую прочность, чем грунты с нарушенной структурой при одинаковых влажности и объемном весе (табл. 4).
Таблица 3
Влияние содержания гипса на пластическую прочность
|
Содержание гипса, % |
Оптимальная влажность |
Максимальный объемный вес, г/см3 |
Пластическая прочность, кг/см2 |
Оптимальная влажность, % |
Максимальный объемный вес, г/см3 |
Пластическая прочность, кг/см2 |
|
|
Мелкокристаллический (< 0,14 мм) |
Крупнокристаллический (2 - 1 мм) |
||||
|
10 |
15,3 |
1,83 |
10,1 |
15,5 |
1,82 |
10,7 |
|
30 |
19,1 |
1,76 |
9,9 |
16,9 |
1,83 |
13,1 |
|
40 |
20,7 |
1,69 |
11,7 |
17,3 |
1,80 |
14,0 |
|
50 |
21,5 |
1,70 |
9,1 |
17,6 |
1,78 |
13,5 |
|
Незасоленный грунт |
15,0 |
1,79 |
10,1 |
|
|
|
И.М. Горькова2) отмечает, что грунты с естественной структурой обладают большей прочностью, несмотря на большую влагоемкость, объясняя это структурными изменениями во времени, благодаря которым происходят переориентация и сближение частиц. В результате сближения частиц, а также процессов старения и перекристаллизации, происходящих в водно-коллоидных пленках, связи между частицами грунта делаются более прочными. Упрочнение может происходить и за счет выпадения из воды труднорастворимых соединений (углекислой извести, гипса, гидратов окиси железа и алюминия и др.) в порах грунта.
2) Горькова И.М. Структурные и деформационные особенности осадочных пород. М., Изд-во «Наука», 1965.
В.М. Безрук3) определил пластическую прочность, или предельное сопротивление сдвигу, естественно засоленных грунтов и этих же грунтов после отмывки солей и пришел к выводу, что присутствие легкорастворимых солей практически не понижает предельное сопротивление грунтов сдвигу, а в некоторых случаях естественно засоленные грунты имеют предельное сопротивление сдвигу в 1,5 - 3 раза большее по сравнению с теми же грунтами, отмытыми от солей.
3) Безрук В.М., Мотылев Ю.Л., Грот А.И., Иерусалимская М.Ф., Знаменский А.И. Строительство дорог на засоленных грунтах и подвижных песках. М., Автотрансиздат, 1953.
