Страница 4: Методические рекомендации по разработке выемок в глинистых грунтах влажностью выше оптимальной и использованию этих грунтов для возведения насыпей автомобильных дорог (33049)

Нi - мощность расчетного слоя, м.

5.19. Для комплексной оценки времени достижения заданной относительной деформации и плотности грунта активной зоны следует учитывать, что в общем случае консолидация после мгновенной осадки имеет три стадии: дофильтрационную, фильтрационную и за счет ползучести скелета грунта (рис. 5.5).

Рис. 5.5. Зависимость изменения относительной деформации во времени образцов глинистых грунтов с различной высотой h < h2 < h3

5.20. Расчетным слоем в насыпи для прогноза времени достижения заданной относительной деформации или завершения интенсивной части осадки назначается слой с наиболее невыгодными условиями для его консолидации, к которым относятся: наибольшие коэффициент увлажнения грунта, действующая нагрузка от веса вышележащих слоев и удаление от дренирующего слоя.

5.21. В тех случаях, когда в результате предварительного анализа по указанным факторам сложно оценить расчетный слой для прогноза времени завершения осадки, необходимо провести консолидационные испытания образцов с соответствующими плотностью и влажностью грунта для каждого слоя под нагрузкой, действующей на этот слой, в условиях компрессионного опыта (одномерной задачи).

5.22. По полученным опытным кривым консолидации для различных расчетных слоев насыпи оценивается характер протекания процесса консолидации.

В результате могут быть получены следующие варианты сочетания этапов консолидации на момент достижения заданной относительной деформации и предшествующих этапов для различных слоев:

1-й - i = мгн +iдф;

2-й - i = мгн +дф + iф;

3-й - i = мгн +дф + iп;

4-й - i = мгн +дф + ф + iп;

5.23. Если для слоев, наряду с остальными, будет получен 3-й или 4-й вариант кривой консолидации, то за расчетный принимается соответственно 3-й или 4-й вариант.

Если для слоев, наряду с остальными, будут получены и 3-й и 4-й варианты кривой консолидации, то оценивается интенсивность осадки по кривой консолидации на момент достижения заданной относительной деформации каждым слоем. В этом случае за расчетный принимается слой с наибольшей интенсивностью осадки, зависящей от вязкостных свойств грунта и величины действующей нагрузки.

Если для слоев будут получены 1-й и 2-й варианты кривой консолидации или только 2-й, то за расчетный следует принимать 2-й вариант. Скорость протекания консолидации в этом случае будет зависеть от водопроницаемости грунта, величины действующей нагрузки и пути фильтрации отжимаемой воды.

5.24. Путь фильтрации воды из расчетного слоя определяется в зависимости от условий фильтрации, предопределяемых расположением дренирующих слоев в насыпи.

Путь фильтрации воды для расчетного слоя равен его мощности, если слой находится между слоями дренирующего и недренирующего грунта, и половине его мощности, если он расположен между слоями дренирующего грунта.

В тех случаях, когда расчетный слой находится между слоями недренирующего грунта, путь фильтрации равен половине ширины большего основания слоя.

5.25. Заданную относительную деформацию iдф, достигаемую к моменту времени t, на стадии дофильтрационной консолидации определяют по формуле

(5.7)

где мгн - мгновенная относительная осадка;

тр - угловой коэффициент касательной к данной точке (на данный момент времени) кривой  = f (lg t) в пределах логарифмического цикла;

(5.8)

5.26. На стадии фильтрационной консолидации время достижения заданной относительной деформации реального слоя Tiф определяется по формуле

(5.9)

где tiф - время достижения заданной относительной деформации образца, мин;

Нф - путь фильтрации воды в расчетном слое, м;

hф - путь фильтрации воды из образца, см;

n - показатель степени консолидации (для глинистых грунтов с Kw = 1,11,4 ориентировочно может быть принят равным 1).

5.27. Прогноз осадки во времени, соответствующий последней стадии, осуществляют по формуле

(5.10)

где in - расчетная относительная деформация на стадии ползучести;

ф - относительная деформация, соответствующая завершению фильтрационной консолидации;

- угловой коэффициент кривой консолидации;

tin - время достижения in;

tф - время завершения фильтрационной консолидации.

5.28. Для оценки интенсивности (скорости) осадки необходимо построить кривую осадки во времени реального слоя насыпи, используя формулы (5.7), (5.9) и (5.10).

Скорость консолидации ни первой и последней стадиях следует определять соответственно по формулам:

(5.11)

(5.12)

где t < tф < tп.

Прогноз интенсивности уплотнения на стадии фильтрационной консолидации целесообразно осуществлять с помощью графиков; с этой целью кривую осадки реального слоя насыпи во времени необходимо перестроить в линейном масштабе  = f (t). На этот же график наносят график осадки с заданной скоростью, который представляет собой прямую. Абсцисса точки касания последней к кривой  = f (t) определяет момент времени, когда будет достигнута заданная скорость (интенсивность).

5.29. При оценке времени протекания процесса осадки следует учитывать, что дофильтрационная консолидация завершается, как правило, в период строительства; время завершения фильтрационной консолидации в зависимости от указанных выше факторов ориентировочно составляет от 6 мес до 1 года, а в ряде случаев - до 2-3 лет; консолидации ползучести - от 1 года до 5 лет и более.

5.30. Плотность сухого грунта d, достигаемую под действием той или иной нагрузки, т.е. на различных горизонтах, в заданный момент времени и коэффициент уплотнения Ку определяют по результатам компрессионных и консолидационных испытаний по формулам:

5.31. Для предварительного прогноза осадки и времени ее завершения для суглинков тяжелых пылеватых и глин могут быть использованы данные соответственно табл. 5.2 и 5.3.

Таблица 5.2

Таблица 5.3

Примечания: I. Значения начального коэффициента уплотнения Ку равны или близки к 0,9.

2. В скобках указаны максимальные значения.

5.32. Комплексная оценка устойчивости земляного полотна выемок должна включать: оценку общей и местной устойчивости откосов; оценку устойчивости к образованию выпора или выдавливания на уровне рабочей отметки или отметки отдельных ярусов в процессе разработки выемок; определение предельной крутизны откосов, которая может быть временно принята в процессе строительства в зависимости от сезона работ.

При выполнении оценочных расчетов необходимо учитывать влияние следующих факторов: наличия горизонтов (уровней) подземных вод (в том числе и верховодки в весенний период), попеременного промерзания-оттаивания и набухания-высушивания в поверхностных зонах на глубину не менее 2 м; глубины залегания слоев грунта с низкими прочностными характеристиками, их наклона к горизонту и т.п.

Оценку устойчивости однородных откосов выполняют по методу КЦПС (общая устойчивость) и по единичному элементу в пределах поверхностной зоны, (местная устойчивость) при соответствующих расчетных значениях влажности и плотности грунта на установленных горизонтах . Для неоднородных по литологии и показателям физико-механических свойств грунтов откосов выемок оценку устойчивости выполняют комплексно, используя методы: КЦПС; горизонтальных сил для проверки возможности смещения отдельных блоков по слоям грунта с низкими прочностными характеристиками; равноустойчивого откоса; метод, основанный на оценке напряженного состояния в основании или на уровне отдельных ярусов при залегании на соответствующих горизонтах слабых глинистых грунтов, особенно дочетвертичного возраста. Крутизну откоса выемки, высоту ярусов, ширину полок устанавливают на основе анализа всех результатов оценочных расчетов. Для размещения водоотводных сооружений за пределами верхней бровки необходимо определять также ширину отсека обрушения по верху выемки.

6. Конструктивные мероприятия по обеспечению надежности насыпей из грунтов влажностью выше оптимальной

6.1. Конструктивные мероприятия по обеспечению надежности насыпей из грунтов влажностью выше оптимальной включают: устройство переходных слоев в верхней части насыпей для обеспечения расчетной прочности дорожной одежды; устройство прослоек в теле насыпей для повышения устойчивости откосов и снижения общей величины осадки, а также для обеспечен и я движения построечного транспорта; уположение откосов, в том числе создание откосов переменной крутизны; устройство берм в откосных частях.

6.2. Расчет толщины переходного слоя h0 осуществляют по критерию сдвига в подстилающем грунте повышенной влажности согласно "Инструкции по проектированию дорожных одежд нежесткого типа” ВСН 46-83 (Минтрансстрой. М., 1985). Переходный слой при этом принимают в качестве дополнительного слоя основания дорожной одежды. Он находится в пределах рабочего слоя насыпи или выемки.

6.3. Значения расчетной влажности Wрасч грунтов, уложенных в земляное полотно при Kw > 1, вычисляют по формуле

Wрасч = (6.1)

где - среднее значение влажности грунта; принимается согласно табл. 6 ВСН 46-83 с учетом табл. 9 прил. 2;

 - добавка, доли WL, к среднему значению влажности, связанная с дополнительным зимним влагонакоплением в грунтах; принимается по табл. 6.1;

tн - коэффициент нормированного отклонения, принимаемый в зависимости от заданного уровня проектной надежности Кн конструкции порожной одежды (табл. 6.2);

 - коэффициент вариации влажности, равный 0,1.

Таблица 6.1

Таблица 6.2

6.4. Расчетные прочностные характеристики грунтов при расчетной влажности Wрасч принимают по табл. 10 прил.2 ВСН 46-83.

6.5. Для предварительного назначения толщины переходного слоя при расчетах используются ориентировочные данные, приведенные в табл. 6.3.

Таблица 6.3

Примечание. Над чертой приведены значения толщины слоя при Kw = 1,25, под чертой - при Kw = 1,35.

6.6. Прослойки для повышения или обеспечения устойчивости откосов насыпей применяют в случае сооружения насыпей выше 12 м из суглинков тяжелых и пылеватых глин. Прослойки устраивают из песчаных или супесчаных грунтов.

6.7. Расчет общей толщины армирующих прослоек, достаточной для обеспечения устойчивости откосов и стабильности земляного полотна, выполняют следующим образом.