h3 = Zmax - hб - hдоп, (В.1)

где Zmax - максимальная глубина сезонного промерзания земляного полотна из дренирующих грунтов от верха балластной призмы; определяется по среднему многолетнему значению суммы градусо-суток (, °С · сут) отрицательных температур наружного воздуха (СНиП 2.01.01-82);

hб - толщина балластного слоя (от верха балластной призмы);

hдоп - допустимая толщина промерзающего глинистого грунта под подушкой из дренирующих грунтов.

В Технических указаниях [10] приведены поправочные коэффициенты для определения расчетной глубины промерзания

(В.2)

где q — коэффициент, учитывающий вид дренирующего грунта (q = 1 для песчано-гравийной смеси и 0,90 —для асбестовых отходов);

n — коэффициент, учитывающий вид конструкции земляного полотна (п = 1 для нулевых мест, 0,95—для выемок глубин более 1 м, 1,05 — для насыпей высотой более 1 м);

т — коэффициент, учитывающий увеличение глубины промерзания земляного полотна по сравнению с многолетними и средними данными, определяется по формуле

, (В.3)

где 10 — максимальная в десятилетнем периоде сумма градусо-суток отрицательных температур наружного воздуха за год, 10 °С · сут.

Величина hдоп, определяется по формуле

, (В.4)

где доп допустимая величина пучения, принимается в зависимости от категории дорог и перспективной скорости движения поездов.

Категория дорог ........ IV III II—I

доп, мм....................... 35 25 20

С — коэффициент, характеризующий условия промерзания и пучения С = 1 для условий сезонного промерзания и несливающейся мерзлоты, С = 1,4—для условий сливающейся мерзлоты;

f — расчетная интенсивность пучения, зависит от вида и состояния грунта (в наибольшей степени от его влажности).

Установление толщины защитного слоя, при которой значение морозного пучения земляного полотна не превысит допустимых значений, должно проводиться методом подбора — путем последовательных приближений. Для упрощения этих расчетов составлены вспомогательные графики (рисунки В.1, В.2).

Для построения первичных графиков (рисунок В.1), характеризующих глубину промерзания двухслойной среды в зависимости от толщины поверхностного слоя дренирующих грунтов при различных климатических условиях, использована номограмма, взятая из Технических указаний [10], рисунок В.3.

а — при многолетней средней сумме градусо-суток отрицательных температур наружного воздуха , °С · сут — 2600; б — то же  — 2200; в — то же  — 1800; г — то же  — 1400;

д — то же  — 1000

Нпр — глубина промерзания двухслойной среды, м.

Рисунок В.1 — Графики для определения толщины слоя дренирующего грунта, обеспечивающего непревышение допустимой величины пучения 20 мм, при различной интенсивности пучения f, %, для различных климатических условий

а — при допустимой величине пучения  = 20 мм; б — то же, при  = 25 мм; в — то же, при  = 35 мм; Hдр — толщина слоя дренирующего грунта, м; f — интенсивность пучения, %;  — средняя многолетняя сумма отрицательных температур наружного воздуха, градусо-сутки

Рисунок В.2 — Толщина дренирующего слоя, обеспечивающая непревышение допустимой величины пучения, в зависимости от интенсивности пучения, для различных климатических условий

Zпр — глубина промерзания;  — средняя многолетняя сумма градусо-суток отрицательных температур наружного воздуха; h — толщина слоя дренирующего грунта (песчано-гравийного)

Рисунок В.3 — Номограмма для определения глубины промерзания в зависимости от климатических условий при различной толщине дренирующего грунта

На итоговом графике (рисунок В.2) представлены значения суммарной толщины слоя дренирующих (песчано-гравийных) грунтов (H = h3 + hб), обеспечивающего непревышение заданной величины пучения подстилающих глинистых грунтов (20—25—35 мм) при известных климатических и грунтовых условиях, выражаемых через суммарное количество градусо-суток отрицательных температур  и через интенсивность пучения глинистых грунтов f.

Требуемая толщина защитного слоя из песчано-гравийных грунтов h3 определяется по формуле

h3 = nm Hдр - hб. (В.5)

Значения  определяются по СНиП 2.01.01-82.

Значения интенсивности пучения могут быть установлены по прилагаемой таблице В.1 с учетом прогнозируемого режима поверхностных и грунтовых вод, устанавливающегося в результате разработки земляного полотна и осуществления запроектированных противодеформационных устройств.

В таблице В.2 приведены результаты расчетов, выполненных с использованием приведенных графиков по двум пунктам при различных условиях для насыпей и выемок.

Окончательно решение о требуемой толщине защитного слоя для каждого объекта принимается по большему из двух значений, полученных из условия непревышения допустимой величины морозного пучения подстилающих грунтов и по условию их прочности, но не менее предусмотренных СНиП 32-01-95.

Расчет толщины защитного слоя по условию обеспечения необходимой прочности подстилающего слоя

Принятая в настоящее время методика расчета представлена в ВСН 61 -89, Технических указаниях и Методических рекомендациях [9—11 ] и в другой технической литературе.

Для предотвращения возможности возникновения в грунте деформаций, пластических сдвигов суммарные нормативные напряжения «» (от поездной нагрузки, собственного веса грунта и веса верхнего строения пути) не должны превышать критической для данного грунта нагрузки —Ркр.

Таблица В. 1 — Характеристика пучинистости грунтов

Грунты

Интенсивность пучения грунтов f

Основания выемок и естественные основания

Насыпи высотой более 2 м

сухие

сырые

мокрые

Влажность глинистых грунтов

от Wp +0,10Wп

до Wp +0,25Wп

от Wp +0,25Wп

до Wp +0,50Wп

от Wp +0,5Wп

до Wp +0,75Wп

более

Wp + 0,75Wп

от Wp +0,10Wп

до Wp +0,25Wп

от Wp +0,25Wп

до Wp +0,50Wп

Суглинки и глины пылеватые

0,03—0,05

0,10-0,15

0,15-0,20

0,20—0,30

0,02—0,03

0,04—0,07

Суглинки, глины, пылеватые супеси

0,02—0,04

0,08—0,12

0,12—0,18

0,18—0,25

0,01—0,02

0,03—0,06

Супеси

0,01—0,03

0,06—0,10

0,10—0,15

0,15—0,20

0,01-0,2

0,02—0,05

Песок пылеватый и мелкий

0,00-0,01

0,02—0,05

0,05-0,10

0,05—0,10

Крупнообломочные с пылевато-глинистым заполнителем, более 30 % по массе

0,01—0,02

0,03—0,05

0,05-0,07

0,07—0,10

0,01—0,02

0,02-0,03

Таблица В.2

Исходные данные

Определяемые величины

Определение h3 = тпНдр — hб для дорог

Место расположения

Вид сооружения, грунты

Влажность грунтов Показатель текучести, IL

По СНиП 2.01.01-82 , , °С·сут

Коэффициенты по формуле В.2

Интенсивность пучения f по таблице В.1

I—II категорий

 = 20 мм

IV категории,

 = 35 м

m

n

по СНиП 32-01-95, hб, м

требуемая толщина дренирующего грунта по рисунку Б.2, Ндр, м

h3, м

hб, м

Hдр, м

h3, м

Москва

(Калинин)

Выемка глубиной более 1 м

Сухая

0,1—0,25

1032

1,10

0,95

0,03-0,05

0,7

0,6

0

0,6

0,10

0

Суглинки

Сырая

1032

1,10

0,95

0,10—0,15

0,7

1,1

0,45

0,6

0,85

0,29

пылеватые

0,25—0,50

Мокрая

1032

1,10

0,95

0.15—0,20

0,7

1,15

0,50

0,6

1,0

0,45

0,50—0,75

Насыпь,

0,1-0,25

1032

1,10

1,05

0,02-0,03

0,7

0,2

0

0,6

0

0

Н > 1 м

Суглинки

0,25—0,50

1032

1,10

1,05

0,04—0,07

0,7

0,8

0,22

0,6

0,4

0

пылеватые

Челябинск

Выемка

Сухая

1783

1,10*

0,95

0,04

0,7

1,15

0,50

0,6

0,6

0,03

(Свердловск)

Н > 1 м

0,1—0,25

Суглинки

Сырая

1783

1,10*

0,95

0,12

0,7

1,8

1,18

0,6

1,5

0,97

пылеватые

0,25-0,50

Мокрая

1783

1,10*

0,95

0,18

0,7

1,9

1,29

0,6

1,65

1,12

0,5-0,75

Насыпь

0,1—0,25

1783

1,10*

1,05

0,025

0,7

0,7

0,11

0,6

0

0

Н > 1 м

Суглинки

0,25-0,50

1783

1,10*

1,05

0,055

0,7

1,4

0,92

0,6

0,9

0,44

пылеватые

Примечание — Значения коэффициента т приняты условно.

В указанных нормативах значение Ркр определяется по формуле

, кПа (тс/м2) (В.6)

где С — удельное сцепление, кПа (тс/м2);

 — угол внутреннего трения, рад;

 — удельный вес грунта, кН/м3 (тс/м3);

h — расстояние от основной площадки до рассматриваемого горизонта, м.

Значение Ркр может быть определено по преобразованной — упрощенной формуле

, кПа(тс/м2), (В.7)

где А и Б — параметры, значения которых устанавливаются по номограмме (рисунок В.4) в зависимости от сдвиговых характеристик грунта.