20.3 Конструкции земляного полотна следует назначать в зависимости от его расположения на элементах рельефа, вида грунтов, категории просадочности основания вечномерзлых грунтов (таблица 20.1)*; состава грунтов в карьере и состояния их при оттаивании в откосах выемок, а также технологии производства работ.
_________
* Вечномерзлые грунты в зависимости от их температуры подразделяются на низкотемпературные и высокотемпературные.
К низкотемпературным относят грунты, имеющие температуру минус 2 °С и ниже на глубине 10—15 м от поверхности земли.
К высокотемпературным грунтам — грунты, имеющие температуру выше минус 2 °С, а при островном залегании — независимо от значения отрицательной температуры.
Вечномерзлые грунты по степени их деформативности при оттаивании разделяются на устойчивые и неустойчивые.
К неустойчивым относятся глинистые грунты, дресвяные и щебенистые грунты с глинистым заполнителем, которые при оттаивании приходят в мягкопластичное и текучее состояние (показатель текучести IL > 0,5), а также все нескальные грунты, независимо от их вида при наличии в них подземного льда.
20.4 Для обеспечения прочности и устойчивости земляного полотна при его проектировании следует предусматривать:
преимущественное размещение трассы на участках распространения грунтов, слагающих прочное основание и устойчивых при оттаивании в откосах выемок;
для сооружения насыпей преимущественное использование грунтов, имеющих лучшие стройтельные свойства и в меньшей степени подверженных изменению состояния под воздействием природных факторов;
конструктивные и организационно-технологические мероприятия, направленные на ограничение величины, интенсивности и неравномерности осадок и морозного пучения грунтов земляного полотна и его основания;
создание запасов по ширине и высоте насыпей в соответствии с расчетной величиной деформаций грунтов основания;
устройство искусственного основания и применение других противодеформационных конструкций (в том числе с использованием пенопласта, геотекстиля и т.д.) в выемках и на подходах к ним, при наличии пучинистых грунтов, слабых и просадочных оснований;
минимальное нарушение естественного растительно-мохового покрова, а также режима поверхностной и грунтовой вод на участках со слабым и просадочным основанием.
Таблица 20.1
|
Тип основания |
Величина относительной осадки |
Основные виды и состояние грунтов основания |
|
I прочное |
< 0,03 |
Скальные, крупнообломочные и песчаные грунты без включений льда; глинистые талые грунты в твердом и полутвердом состояниях |
|
II недостаточно прочное |
0,03 < 0,1 |
Глинистые грунты в тугопластичном и мягкопластичном состояниях, а также песчаные и крупнообломочные грунты с глинистым заполнителем при наличии в них прослоев или линз льда суммарной толщиной до 0,10 м в каждом слое мощностью 1 м исследуемой вечномерзлой толщи основания |
|
III слабое |
0,1 < 0,4 |
Глинистые грунты в текучепластичном и текучем состояниях, а также торфы, песчаные и крупнообломочные грунты при наличии в них линз или отдельных прослоев льда суммарной толщиной до 0,4 м в каждом слое мощностью 1 м |
|
IV просадочное |
> 0,4 |
Глинистые грунты в текучем состоянии, торфяные отложения, а также грунты всех видов при наличии в них подземного льда суммарной мощностью более 0,4 м в каждом слое толщиной 1 м |
20.5 Типовые конструкции земляного полотна следует применять для участков трассы, характеризуемых величиной относительной осадки основания 0,1 (см. таблицу 20.1) и устойчивыми грунтами в откосах независимо от глубины, характера залегания и температуры вечномерзлых грунтов:
для насыпей на основаниях I и II категорий просадочности, сооружаемых из скальных, крупнообломочных, песчаных талых и сыпучемерзлых грунтов (с влажностью до 3 %);
для выемок глубиной до 12 м в скальных и крупнообломочных грунтах, талых песках крупных и средней крупности и вечномерзлых грунтах I категорий просадочности.
При этом ширину земляного полотна, очертание его верха, крутизну откосов следует назначать в соответствии с требованиями раздела 5 в зависимости от вида, состояния и свойств грунтов с учетом возможного их изменения.
20.6 Минимальную высоту насыпей на всех видах оснований следует назначать по условиям проектирования продольного профиля, а на участках со слабыми и просадочными основаниями — кроме того, по результатам теплотехнических расчетов.
20.7 Индивидуальному проектированию подлежат объекты, перечисленные в п. 6.2, и дополнительно в условиях вечной мерзлоты земляное полотно в пределах:
марей, представляющих собой слабые и просадочные основания ( > 0,1, т.е. III и IV категорий просадочности);
участки с активным развитием или возможным возникновением термокарстового процесса;
участки с наличием сезонных или многолетних бугров пучения;
наледей, действующих в естественных условиях, и прогнозируемых.
20.8 Независимо от температуры вечномерзлых грунтов основания следует учитывать осадки насыпей и основной площадки выемок, возникающие в результате деформирования грунтов деятельного слоя Sg и от деформирования оттаивающих вечномерзлых грунтов S0.
20.9 Суммарную величину осадки насыпей S = Sg + S0 следует подразделять на строительную Sc и эксплуатационную Sэ.
Соотношение между ними следует устанавливать на основании опытных данных. При отсутствии таких данных ориентировочно можно принять Sс = Sэ =0,5 S.
Увеличение ширины насыпи b на уровне профильной бровки следует определять по формуле
b = 3 Sэ, (20.1)
В тех случаях, когда предусматривается частичный запас на осадку по высоте насыпи, величина уширения насыпи должна быть соответственно уменьшена (рисунок 20.1).
1 — откос насыпи типовой конструкции; 2 и 3 — запас по ширине и высоте насыпи; 4 — верхний слой насыпи, досыпаемый в условиях эксплуатации; 5 и 6—поверхность вечномерзлого грунта соответственно в естественных условиях и после ее понижения на расчетную глубину; Бпр и Бп — отметка бровки земляного полотна соответственно проектной и профильной высоты
Рисунок 20.1 — Расчетная схема к определению осадок и увеличению начальных размеров насыпей
1 — водоотводная канава; 2 — дренирующий грунт; 3 — теплоизоляция, назначаемая по результатам теплофизических расчетов; 4 — дренажная труба; 5 — глинистый грунт; 6 — поверхность вечномерзлого грунта в естественных условиях (размеры в м); Н0 — общая высота слоя насыпного грунта со слоем вырезки hв
Рисунок 20.2 — Схема устройства искусственного основания насыпей высотой менее 1 м на участках с вечномерзлыми грунтами II и III категорий (а) и IV категории просадочности (б)
1 — дренирующий грунт; 2 — глинистый грунт; 3 — поверхность вечномерзлого грунта после образования деятельного слоя по периметру выемки; Нп — глубина выемки по продольному профилю; Нр — глубина выемки с учетом величины вырезки hв слабого грунта основания, назначаемой по расчету; hос — величина осадки оттаивающего грунта основания при образовании деятельного слоя по периметру выемки
Рисунок 20.3 — Поперечный профиль выемки в тугопластичных и мягкопластичных глинистых грунтах
1 —дренирующий, крупнообломочный грунты, в том числе с песчаным и глинистым заполнителем; 2—дренажная труба; l—толщина слоя, назначаемая по расчету
Рисунок 20.4 — Поперечный профиль выемки в глинистых грунтах, переходящих при оттаивании в текучепластичное и текучее состояние
1 — лоток противопучинной конструкции; 2 — галька или гравий, а если выемка прорезает плывуны или глинистые грунты, то крупнозернистый песок; 3 — укрепление откосов; hв — глубина вырезки, назначаемая по расчету; Нп — глубина выемки по продольному профилю
Рисунок 20.5 — Поперечный профиль выемки в глинистых грунтах, переходящих при оттаивании в текучепластичное и текучее состояние
20.10 На участках слабых и просадочных оснований насыпей высотой менее 1,0 м при наличии растительно-мохового покрова и менее 1,5 м при его отсутствии следует предусматривать устройство искусственного основания из скального, крупнообломочного или песчаного хорошо дренирующего грунта (рисунок 20.2). Глубина траншеи вырезки определяется расчетом.
20.11 В выемках, на участках залегания глинистых грунтов или крупнообломочных с глинистым заполнителем при содержании частиц размером 0,1 мм и менее в объеме более 20 % следует предусматривать замену естественных грунтов основания дренирующими путем соответствующего увеличения глубины выемки (рисунки 20.3, 20.4) или разработки траншеи под основной площадкой с устройством лотков противопучинной конструкции (рисунок 20.5).
Для неустойчивых грунтов при оттаивании в откосах (см. п. 20.3) необходимы дополнительные противодеформационные мероприятия: уположение откосов, теплоизоляция, устройство откосного дренажа, обсыпка откосов дренирующим и крупнообломочным материалом.
20.12 Участки трассы с наличием подземного льда, залегающего на глубине меньшей, чем двойная или тройная толщина деятельного слоя в районах соответственно с низкотемпературными и высокотемпературными вечномерзлыми грунтами, подлежат выделению.
Для таких участков в проектах земляного полотна следует предусматривать:
создание запретных зон, ограждаемых специальными знаками, в пределах которых запрещается хозяйственная деятельность как при строительстве, так и в период эксплуатации;
указания о времени и технологии производства земляных работ, исключающих возможность оттаивания грунтов;
размещение притрассовой автодороги на расстоянии не менее 50 м от подошвы насыпи;
требования к грунтам, устройствам теплоизоляции и т.д.
Минимальную высоту насыпи Hmin на таких участках следует назначать в соответствии с требованиями п. 20.6 и, кроме того, исходя из условия
2hд - lл Hmin hmin (20.2)
где hд — толщина деятельного слоя, м;
lл — расстояние от поверхности вечномерзлого грунта до верха слоя льда, м;
Hmin — 2м для дорог I и II категорий, 1,2м — для дорог III—IV категорий.
Принимать следует большую из полученных величин.
При существенном нарушении растительно-мохового покрова, а также на участках, где возможно нарушение режима поверхностного стока воды, следует предусматривать противодеформационные мероприятия.
20.13 В пределах участков залегания подземного льда непосредственно под деятельным слоем, где по техническим причинам высота насыпи назначается менее требуемой пункта 20.6, следует предусматривать полное или частичное удаление льда из основания насыпи с заполнением траншеи местным грунтом (рисунок 20.6).
Если сумма толщин деятельного слоя и высоты насыпи будет равна или превысит 4 м, подземный лед разрешается не удалять.
20.14 Выемки в грунтах, содержащих подземный лед, следует проектировать по нормам ВСН 61-89.
Если выемка прорезает линзу льда, то необходимо раскрывать ее в пределах контура линзы на такую ширину, чтобы лед из откосов был удален (рисунок 20.7).
При значительном простирании слоя льда раскрытие выемки целесообразно в соответствии с рисунком 20.8. Лед, обнаженный на откосах выемки, следует прикрывать слоем дренирующего грунта.
При залегании слоя льда ниже бровки земляного полотна на глубине менее или равной толщине деятельного слоя необходимо предусматривать удаление льда и замену его местным грунтом; при большей глубине залегания льда его разрешается не удалять.
20.15 Выемки, прорезающие водоносные горизонты, следует ограждать дренажными устройствами или противоналедными сооружениями. Последние надлежит предусматривать на участках, действующих в природных условиях или на участках прогнозируемых наледей, в комплексе с водоотводными устройствами.
20.16 Дренажи разрешается применять только при дебите источника и температуре грунтовой воды, обеспечивающих круглогодичную работу дренажа, или в случаях осуществления подогрева или других мероприятий, предохраняющих дренаж от промерзания.
1 — подземный лед; 2 — засыпка местным глинистым грунтом; 3 — поверхность вечномерзлого грунта в естественных условиях; hд — мощность деятельного слоя в естественных условиях
Рисунок 20.6—Схема устройства насыпи над подземным льдом, залегающим на глубине, равной мощности деятельного слоя
1 — контуры линзы льда; 2— ось пути; Нп— глубина выемки по продольному профилю; hос — величина осадки оттаивающего грунта основания при образовании деятельного слоя по периметру выемки
Рисунок 20.7 — Поперечный профиль выемки, прорезающей линзу льда
1 — откос не круче 1:1,5; 2 — грунт замены; 3 — расстояние до поверхности слоя льда (не менее двойной глубины оттаивания грунта замены); 4 — лед
Рисунок 20.8— Поперечный профиль выемки, прорезающей слой подземного льда
20.17 Водоотводные сооружения на участках с вечномерзлыми грунтами, сохраняющими устойчивость в откосах при оттаивании, следует проектировать по нормам раздела 17.
20.18 На марях водоотводные канавы следует предусматривать на расстоянии 5—10 м от подошвы насыпи.
Продольный уклон водоотводных канав следует назначать не менее 0,004 на моховой и не менее 0,002 на кочковатой мари. Ширину канавы понизу следует принимать не менее 0,8 м (после укрепления), глубину не менее 0,6 м от низа кочек.
Если требуемый продольный уклон не может быть обеспечен или устройство продольной канавы может привести к возникновению термокарстового процесса, следует предусматривать поперечный пропуск поверхностной воды посредством фильтрующих насыпей, дренирующих прорезей или других водопропускных сооружений.
