На дорогах с двумя полосами движения вертикальные дрены устанавливают под крайними полосами наката и вблизи оси дороги по трем параллельным продольным рядам в шахматном порядке (рис. 8.2). Диаметр дрен принимают 0,4-0,6 м в зависимости от размера рабочего органа буровых установок, выпускаемых промышленностью. Высота дрен зависит от высоты насыпи, толщины дорожной одежды и нижнего Дренирующего слоя.
Расстояние между дренами в насыпи из связных грунтов 1,5-3 м. Оптимальное расстояние следует устанавливать расчетом на основе технико-экономического анализа конкурентоспособных вариантов.
Вертикальные дрены рекомендуется устраивать из однородного песка средней крупности или мелкого.
Рис. 8.1. Схема конструкции земляного полотна с вертикальными песчаными дренами, в виде сплошного цилиндра (а) и цилиндрической трубы (б):
1 - верхний дренирующий слой; 2 - песчаная дрена; 3 - дрена с кольцевым сечением; 4 - грунт земляного полотна; 5 - нижний дренирующий
слой; i1 = 20 ‰; i2 = 40 ‰
Рис. 8.2. Схема расположения вертикальных песчаных дрен в земляном полотне двухполосных дорог
8.20. Для обеспечения надлежащего стока воды из вертикальных дрен в нижний горизонтальный дренирующий слой последний должен иметь толщину h hкап (где hкап - высота капиллярного поднятия влаги в дренирующем материале), но не менее 0,5 м, поперечный уклон - 40-50 ‰.
Для отвода воды от земляного полотна следует предусмотреть устройство боковых канав.
8.21. При назначении вертикальных песчаных дрен следует учитывать, что начальная влажность грунта существенно влияет на интенсивность его осушения. Наиболее эффективно работают вертикальные песчаные дрены при влажности связного грунта с коэффициентом увлажнения 1,2-1,6.
Следует учитывать, что при коэффициенте увлажнения, равном и более 1,4, весьма затруднительно производить окончательное уплотнение грунта в процессе возведения земляного полотна, что не позволяет сразу после его сооружения устраивать дорожную одежду. Необходимо сделать технологический перерыв, в течение которого грунт осушается вертикальными песчаными дренами до допустимого значения влажности.
Оптимальную продолжительность технологического перерыва определяют по номограмме рис. 8.3 или формуле
(8.3)
где W (x, t) - влажность грунта в любой точке на расстоянии х от центра междренной зоны в момент t;
Wк - конечная влажность грунта, равная влажности на границе раскатывания Wp;
Wн - начальная влажность грунта;
- безразмерный коэффициент, зависящий от вида грунта;
- коэффициент влагопроводности, м2/сут;
L - половина расстояния между дренами.
8.22. С помощью номограммы рис. 8.3 определяют время, необходимое для осушения грунта до заданной или конечной влажности (технологический перерыв) при известном расстоянии между дренами, или расстояние между дренами при заданном технологическом перерыве.
Номограмма построена применительно к центру междренной зоны , т.е. для наиболее отдаленных от вертикальных дрен точек.
Рис. 8.3. Номограмма для определения продолжительности технологического перерыва для осушения земляного полотна вертикальными песчаными дренами. Цифры на кривых - половина расстояния между вертикальными дренами.
На рис. 8.3 пунктиром показан пример определения расстояния между вертикальными дренами, необходимого для осушения грунта до заданной влажности W (L, 90) =1,2 Wo за 90 сут.
Грунт - тяжелый пылеватый суглинок Wн = 25,3 %, Wк = Wр = 17 %, Wо = 16 %. Его необходимо осушить за 90 сут до W (L, 90) = 19,2 % = 1,2 Wо, т.е. до влажности, при которой может быть достигнут коэффициент уплотнения 0,95.
При указанных данных 0,265. Отложив ILу = 0,265 на оси ординат, приводят из этой точки горизонтальную линию до пересечения с перпендикуляром к оси абсцисс, отсекающим на ней отрезок, соответствующий 90 сут. Как видно, горизонтальная линия и перпендикуляр пересекаются в точке L = 0,75 м. Таким образом, расстояние между дренами должно быть принято 2L = 2 · 0,75 = 1,5 м.
8.23. При проектировании земляного полотна из связных грунтов повышенной влажности с вертикальными песчаными дренами рекомендуется руководствоваться одной из следующих трех схем организации работ (рис. 8.4). Первую схему (см. рис. 8.4,а) применяют при перевозке песка по подъездным путям и складировании его на трассе или рядом с ней, вторую (см. рис. 8.4,б) - при перевозке по подъездным путям непосредственно на трассу без промежуточного складирования, третью (см. рис. 8.4,в) - при отсутствии специальных подъездных путей доставке песка автомобилями-самосвалами и складировании его непосредственно на трассе.
а)
б), в)
Рис. 8.4. Схемы организации работ по устройству вертикальных песчаных дрен: 1 - автовозка песка; 2 - то же, суглинка; 3 - перевозка песка со склада автомобилями, скреперами; 4 - то же, транспортными тележками (для дрен);
5 - дополнительная подвозка песка на склад; 6 - склад песка; 7 - нижний дренирующий слой; 8 - суглинок; 9 - верхний дренирующий слой;
10 - вертикальные дрены; 11 - подъездной путь
8.24. В общем случае насыпи с устройством вертикальных песчаных Дрен необходимо сооружать в такой последовательности: подготовка основания под насыпь; доставка песка для нижнего горизонтального дренирующего слоя; разравнивание, профилирование и уплотнение песчаного слоя; отсыпка грунта повышенной влажности способом “в прижим" с последующей подвижкой его до проектной отметки; разравнивание, профилирование и предварительное уплотнение грунта в насыпи; выбуривание в насыпи вертикальных колодцев и заполнение их дренирующим материалом; разравнивание, предварительное уплотнение и профилирование грунтовой поверхности после устройства вертикальных дрен; отсыпка верхнего дренирующего слоя, его разравнивание и уплотнение; технологический перерыв; устройство дорожной одежды.
8.25. Для устройства вертикальных дрен в зависимости от условий проезда по насыпи могут быть использованы различные типы бурильно-крановых машин:
при затрудненном проезде - машина на гусеничном ходу БМ-305, а для засыпки вертикальных колодцев дрен песком - прицепная тракторная тележка (разбрасыватель минеральных удобрений РУМ-8);
при обеспечении возможности проезда по насыпи (например, в том случае, если сначала укладывается верхний дренирующий слой, а затем устраиваются дрены) - бурильно-крановая машина на пневмоколесном ходу типа БМ-302, а для засыпки их дренирующим материалом - пескоразбрасыватель КДМ-130 с переоборудованным рабочим органом.
Приложение
Методика определения сдвиговых, компрессионных
и консолидационных характеристик
Методика определения сдвиговых характеристик
Сопротивляемость грунта сдвигу Spw (МПа, кгс/см2) рассчитывают по формуле
где р - вертикальная нагрузка, МПа (кгс/см2);
w и Сс - связность и структурное сцепление грунта, МПа (кгс/см2).
Испытания проводят по методике быстрого сдвига на образцах с искусственной структурой (насыпи) и естественной (выемки). Скорость сдвига подбирают с таким расчетом, чтобы весь опыт длился не более 2 мин.
Величину нормальных напряжений необходимо подбирать таким образом, чтобы при проведении испытаний они не были меньше сопротивляемости грунта сдвигу при этих напряжениях. Рекомендуются следующие напряжения (нагрузки): 0,15, 0,25, 0,35 МПа (1,5; 2,5; 3,5 кгс/см2).
Начальные плотность и влажность грунта должны охватывать диапазон изменения его плотности и влажности в различных конструктивных элементах земляного полотна.
Довести грунт до заданной плотности при одинаковой начальной влажности или до заданных плотности и влажности можно путем выдерживания образцов перед испытанием под различными нагрузками либо под одной нагрузкой, но разное время в приборе предварительного уплотнения.
После сдвигового испытания образца из зоны сдвига отбирают часть грунта для определения контрольной влажности.
Для разделения полного сцепления Сw на восстанавливающуюся (w) и невосстанавливающуюся (Сс) части испытывают идентичные образцы методом "плашек".
Для этой цели образцы после сдвиговых испытаний разрезают на две половины (плашки) в зоне сдвига, соединяют их в сдвиговом приборе, прикладывают ту же нормальную нагрузку, которая была принята при предшествующем испытании, и производят сдвиг образца по фиксированной поверхности. Начальные плотность и влажность образцов грунта и нагрузка на них должны быть такие же, что и при основных испытаниях.
Результаты обрабатывают по методике плотности - влажности проф. Н. Н. Маслова.
Методика определения компрессионных характеристик
Перед установкой в прибор рабочего кольца его торцевую поверхность с двух сторон покрывают кружками фильтровальной бумаги для обеспечения двусторонней фильтрации или с одной стороны - резиновой прокладкой, с другой - фильтрационной бумагой для создания условий одномерной фильтрации.
Загружение образца грунта необходимо осуществлять ступенями: 0,05; 0,1; 0,2; 0,4; 0,6 МПа (0,5; 1; 2; 4; 6 кгс/см2). Каждую нагрузку выдерживают до условной стабилизации деформации образца, равной 0,02 мм/сут.
Деформацию образца замеряют мессурами - индикаторами часового типа с ценой деления 0,01 мм.
При методике испытаний, предусматривающей взвешивание образца после стабилизации деформации грунта под каждой ступенью нагрузки, из прибора быстро извлекают рабочее кольцо с образцом и взвешивают его, определяя изменение массы (или массу отжатой воды). Затем образец вновь помещают в компрессионный прибор и уплотняют той же нагрузкой, после чего прикладывают следующую ступень нагрузки и выдерживают ее до завершения деформации, снова определяют деформацию образца и потерю массы и т.д.
Во время опыта следует одновременно регистрировать деформацию образца и время ее достижения для определения компрессионных и консолидационных характеристик испытываемого грунта.
По опытным данным рассчитывают относительную деформацию образца под каждой ступенью нагрузки и строят график зависимости = f (р) и = f (lgt). Для определения пороговой нагрузки рассчитывают коэффициент пористости и строят график зависимости = f (lgР). Величина нагрузки, соответствующая точке перелома указанной зависимости, является начальной (пороговой).
Для возможности оценки величины и характера доуплотнения глинистых грунтов в насыпи (или в расчетных слоях) значения ступеней нагрузки в компрессионных испытаниях необходимо пересчитать на соответствующие толщины слоев насыпи по формуле h = Р/w, где Р - нагрузка, МПа (кгс/см2).
Далее но данным компрессионных испытаний определяют плотность сухого грунта по известной формуле . На основе полученных значений строят эпюру изменения плотности сухого грунта по высоте насыпи, т.е. плотность, которая достигается в результате доуплотнония под статической нагрузкой в зависимости от рабочей отметки. При необходимости рассчитывают коэффициент уплотнения Ку.
Для определения влияния степени влажности глинистого грунта на его деформативные свойства зависимости = f (Р), полученные для образцов грунта с различной начальной влажностью (различными коэффициентами увлажнения), следует перестроить, представив их в виде зависимости относительной деформации образца грунта от начального коэффициента увлажнения при различных нагрузках (или по высоте насыпи) = f (Kw).
При необходимости учета соотношения объемов компонентов (воды, воздуха) грунта в заданном объеме в зависимости от различных условий (степени влажности действующей нагрузки и т.д.) их рассчитывают по результатам компрессионных испытаний:
масса сухого грунта:
где Vr - объем грунта;
масса воды:
объем грунта:
объем воздуха:
где Vк - объем кольца;
Vв - объем воды.
Методика определения консолидационных характеристик
В тех случаях, когда недостаточно данных совмещенных компрессионных и консолидационных испытаний, проводится дополнительная серия испытаний грунта на консолидацию.
Испытывают идентичные образцы различной высоты (при этом необходимо соблюдать их геометрическое подобие) или одинаковой высоты, но при разных условиях дренирования. Уплотняющая нагрузка в опыте должна соответствовать расчетной для данного слоя.
Деформацию образца следует фиксировать через определенные промежутки времени: 0,15'; 0,30'; 0,45'; 1', 2', 3', 5', 10', 15', 20', 30', 60', 90', 120', 180', 360' и далее 3 раза в сутки до достижения условной стабилизации деформации образца.
В результате обработки опытных данных строят графики зависимости = f (lgt). По характеру получен н ы х консолидационных кривых и их взаимному расположению определяют закономерности процесса уплотнения для данного конкретного случая и факторы, влияющие на скорость этого процесса.
Условия независимости интенсивности уплотнения от высоты образца на фильтрационной и вторичной стадиях уплотнения считаются достигнутыми в следующих случаях:
кривые консолидации образцов различной высоты (или одинаковой, но при разных условиях дренирования) совпадают;
расхождение в относительной деформации за одно и то же время по кривым консолидации указанных образцов не превышает точности измерения деформации;
кривые консолидации образцов с различными путями фильтрации параллельны.
Исходя из указанных условий, на полученной консолидационной зависимости = f (lgt)следует выделить участки дофильтрационной, фильтрационной консолидации и консолидации ползучести.
Переход первой стадии во вторую выражается в том, что экспериментальные точки выходят на криволинейный участок, при испытании образцов различной высоты кривые консолидации начинают расходиться. Переход второй стадии в последнюю характеризуется тем, что экспериментальные точки устойчиво ложатся на прямую линию (см. рис. 5.5).
За консолидационный параметр на стадии дофильтрационной консолидации и консолидации ползучести принимают угловой коэффициент тр, на стадии фильтрационной консолидации - показатель степени консолидации п.
