Методические рекомендации по сооружению земляного полотна автомобильных дорог из грунтов повышенной влажности (46154)

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ВСЕСОЮЗНЫЙ ДОРОЖНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ (СОЮЗДОРНИИ)

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СООРУЖЕНИЮ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ ИЗ ГРУНТОВ ПОВЫШЕННОЙ ВЛАЖНОСТИ

Одобрены Минтрансстроем

Москва 1980

 «Методические рекомендации» составлены по результатам исследований, выполненных в целях расширения области применения в дорожном строительстве местных грунтов при их влажности выше оптимальной.

В работе использованы данные лабораторных экспериментов, наблюдений на опытных участках и производственных объектах.

Показана зависимость основных свойств грунтов от их влажности. На основе этих данных приведена классификация грунтов, повышенной влажности, обеспечивающая выбор технологических решений. На основе расчетов рекомендованы дифференцированные по видам грунтов и по их влажности значения допустимой высоты насыпей, крутизны откосов. Приведена методика проектирования насыпей с расчетом на консолидационное уплотнение грунтов. Рассмотрены технологические приемы разработки, перемещения и уплотнения грунтов повышенной влажности, показано влияние степени переувлажнения грунтов на производительность основных дорожных машин. Предложены способы естественного просушивания грунтов, осушения их активными добавками.

«Методические рекомендации» предназначены для использования при проектировании конструкции и при разработке технологии строительства земляного полотна автомобильных дорог.

Предисловие

«Методические рекомендации по сооружению земляного полотна автомобильных дорог из грунтов повышенной влажности» составлены в Союздорнии на основе результатов исследований, выполненных в последние годы. При их составлении учтены опыт проектных и производственных организаций, накопленный при сооружении земляного полотна в неблагоприятных грунтовых и гидрогеологических условиях, а также разработки в данной области, выполненные в Ленинградском и Омском филиалах Союздорнии, Гипротюменнефтегазе, МАДИ.

«Методические рекомендации» составлены на основе и в развитие СНиП III.40-78 «Автомобильные дороги». По сравнению с ВСН 166-70 «Технические указания по возведению земляного полотна автомобильных дорог из переувлажненных грунтов» настоящие «Методические рекомендации» включают ряд новых положений, содержат более подробный анализ состояния грунтов и рекомендации по конструированию земляного полотна. В приложениях даны методы определения некоторых специфических характеристик грунтов повышенной влажности, типичные примеры расчетов осадки насыпи и времени ее завершения.

Выполнение требований «Методических рекомендаций» должно способствовать расширению возможностей сооружения достаточно прочного и стабильного земляного полотна из грунтов повышенной влажности.

«Методические рекомендации» составлены докт. техн. наук И.Е. Евгеньевым, кандидатами технических наук Э.М. Добровым, Э.К. Кузахметовой, инженерами А.П. Аксеновым, Р.Е. Чеплановой при участии докт. техн. наук В.Д. Казарновского, кандидатов технических наук Ю.М. Васильева, А.Г. Полуновского, инженеров Ю.М. Львовича, А.С. Плоцкого, А.Д. Каюмова, Е.С. Кузнецовой, Л.И. Семендяева. Общая редакция осуществлена докт. техн. наук И.Е. Евгеньевым.

1. Общие положения

1.1. Настоящие «Методические рекомендации» предназначены для применения при производстве следующих работ по сооружению земляного полотна автомобильных дорог из грунтов повышенной влажности: подготовке оснований, разработке выемок, устройстве насыпей, дренажных и водоотводных сооружений.

В «Методических рекомендациях» рассмотрены лишь основные задачи расчета, главным образом для типовых конструктивных решений, и не освещены специальные вопросы, связанные с проектированием и сооружением земляного полотна в условиях вечной мерзлоты, при отрицательной температуре, при использовании в насыпи или в основании органических, засоленных и просадочных грунтов. При индивидуальном проектировании в дополнение к данным «Методическим рекомендациям» следует использовать специальные пособия.

1.2. К грунтам повышенной влажности следует относить грунты, которые в период укладки их в насыпь или во время разработки выемки имеют влажность выше оптимальной, определенную по ГОСТ 22733-77 «Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности».

1.3. Гарантированные расчетные значения прочности и стабильности земляного полотна могут быть получены только при условии достижения требуемой плотности грунтов. Приведенные ниже рекомендации дают возможность достичь этой цели в процессе строительства без применения типовой технологии послойной отсыпки и уплотнения машинами. Данные рекомендации не предполагают изменения требуемых соответствующими разделами СНиП норм плотности грунтов земляного полотна при сдаче дороги в эксплуатацию.

1.4. Ограничения, установленные действующими нормативными документами для глинистых и пылеватых грунтов, используемых в верхней части земляного полотна, при условии обеспечения прочности и стабильности (независимо от их состояния), действительны и для грунтов повышенной влажности.

1.5. Независимо от принятых проектных решений, при производстве земляных работ в грунтах повышенной влажности следует принимать меры по предупреждению или максимально возможному снижению дополнительного увлажнения грунта атмосферными осадками, поверхностными и грунтовыми водами.

1.6. В проекте производства работ следует учитывать специфические особенности грунтов повышенной влажности, которые оказывают влияние на выбор землеройных, транспортных и уплотняющих машин, их производительность, проходимость машин по построечным дорогам, эксплуатацию временных сооружений и т.п.

1.7. На стадии проектировании при выборе источников получения грунтов для сооружения земляного полотна и определения способов производства земляных работ следует учитывать влажность в предусмотренный проектом сезонный период производства работ. Прогноз расчетной влажности выполняют с учетом количества осадков, условий влагонакопления, глубины промерзания земляного полотна, расчетного уровня грунтовых вод, средней температуры воздуха. Расчетный уровень грунтовых вод принимают с повторяемостью один раз в десять лет.

1.8. Конструктивные и технологические решения при сооружении земляного полотна из грунтов повышенной влажности выбирают на основе технико-экономического сравнения вариантов.

При сравнении вариантов следует учитывать, кроме строительных затрат, длительность строительства, стоимость земель для кавальеров и резервов, затраты на устройство временных дорог и другие дополнительные расходы.

1.9. Во всех случаях применения для возведения земляного полотна грунтов повышенной влажности (кроме песчаных грунтов допустимой степени переувлажнения) следует учитывать снижение производительности машин при разработке, перемещении и уплотнении этих грунтов. Выбор машин осуществляется на основа технико-экономического сравнения с учетом ограничений их проходимости.

2. Особенности свойств грунтов повышенной влажности

2.1. С учетом комплекса физико-механических свойств, определяющих выбор конструкции и технологии сооружения земляного полотна, глинистые грунты повышенной влажности можно разделить на четыре категории по степени переувлажнения (табл. 1).

Таблица 1

Грунты допустимой степени переувлажнения применяют в насыпях автомобильных дорог без специальных ограничений, но с учетом конструктивных и технологических особенностей, вытекающих главным образом из недостаточной прочности грунтов и уменьшения производительности машин.

Грунты средней степени переувлажнения допускается применять в нижних слоях насыпей автомобильных дорог при условии получения в процессе укатки максимально возможного коэффициента уплотнения с учетом возможности последующего доуплотнения в процессе консолидации до требуемой плотности. Выбор машин для уплотнения слоев и режима укатки производится при пробном уплотнении.

Грунты высокой и избыточной степени переувлажнения допускается укладывать в насыпь при условии их естественного просушивания или при осушении активными добавками до влажности, отвечающей средней или допустимой степени переувлажнения.

2.2. При наличии процессов консолидации в конструкции насыпи длительность технологического перерыва до сооружения постоянного покрытия определяется временем консолидации (см. п. 3.6). При соответствующем технико-экономическом обосновании проектом может быть предусмотрено стадийное строительство покрытий с эксплуатацией дороги на первой стадии консолидации при неполном уплотнении земляного полотна или его основания и устройством постоянного покрытия по окончании консолидации.

2.3. Степень переувлажнения грунта характеризуется превышением его фактической влажности W над оптимальной Wо, определенной по ГОСТ 22733-77, и выражается коэффициентом

                                                             (2.1)

Для характеристики грунтов в естественном залегании, для которых не проводятся стандартные испытания на максимальную плотность, оптимальную влажность можно определить ориентировочно по выражению

Wо =  Wт,                                                         (2.2)

где Wт - влажность на границе текучести, определенная по ГОСТ 5183-77 «Грунты. Методы лабораторного определения границ текучести и раскатывания»;

?? - коэффициент, равный для песков и супесей 0,75 - 0,70, суглинков - 0,60 - 0,55, глин - 0,50 - 0,45.

2.4. Категории грунтов по степени переувлажнения разграничивают по значениям влажности (табл. 2).

Таблица 2

Примечания: 1. Значения допускаемой влажности даны для коэффициента уплотнения Ку = 1,0+0,98; для Ку = 0,95 они могут быть повышены на 10 % (кроме суглинков тяжелых и глин).

2. Значения влажности максимального водонасыщения даны для поверхностных слоев четвертичных пород ненарушенной структуры.

2.5. При влажности грунта выше оптимальной максимально возможную плотность грунта можно считать достигнутой при содержании воздуха в порах: песков и супесей - 6 %, суглинков - 3 %, глин - 4 %.

При этом максимально возможная (при данной влажности) плотность скелета грунта  (г/см3) ориентировочно определяется по формуле

                                                   (2.3)

где γу - плотность минеральной части грунта, г/см3;

vq - содержание воздуха в грунте при максимальной плотности, доли единицы;

∆в - плотность воды в грунте, г/см3, ∆в ≈ 1.

W - фактическая влажность грунта, доли единицы.

Для ориентировочных расчетов значения γу можно принимать: для песков, легких и легких пылеватых супесей - 5,67 г/см3; тяжелых супесей и легких суглинков - 2,7 г/см3; тяжелых суглинков и глин - 2,72 г/см3, значения vq принимают соответственно 5 - 8; 3 - 4; 4 - 5 долей единицы.

Более точное значение предельной плотности грунтов повышенной влажности можно получить путем испытания пробы в приборе стандартного уплотнения Союздорнии.

2.6. Увеличение влажности грунтов сопровождается снижением их сдвиговой прочности. Интенсивность снижения прочности грунтов Повышенной влажности зависит от вида грунта. Изменение сдвиговой прочности грунтов при повышении влажности оценивается с учетом величин структурного сцепления Сс и связности ∑w (приложение 1 настоящих «Методических рекомендаций»).

2.7. При длительном действии на глинистые грунты с повышенной влажностью касательных напряжений при определенных условиях могут развиваться во времени деформации ползучести. В качестве реологической характеристики глинистого грунта в расчетах устойчивости откосов используют коэффициент динамической вязкости η. Методика определения приведена в приложении 1 настоящих «Методических рекомендаций».

2.8. Связные грунты повышенной влажности после их укладки в дорожные насыпи способны при определенных условиях дополнительно уплотняться - консолидироваться.