Величина предельной пороговой нагрузки Ро на грунт, с которой начинается процесс их консолидации, обусловлена структурной прочностью грунта, проявляющейся в условиях компрессионного сжатия. Значения Ро при различных коэффициентах переувлажнения приведены в табл. 3.
Таблица 3
|
Вид грунта (число пластичности Wn) |
Значение Ро, МПа (кгс/см2) при Kw |
||||
|
|
1,1 |
1,2 |
1,3 |
1,4 |
1,5 |
|
Суглинок легкий (7 < Wn 12) |
0,06 (0,6) |
0,05 (0,5) |
0,045 (0,45) |
0,04 (0,4) |
0,03 (0,3) |
|
Тяжелый суглинок и глина (Wn > 12) |
0,11 (1,1) |
0,1 (1,0) |
0,87 (0,87) |
0,075 (0,75) |
0,05 (0,5) |
2.9. Процесс дополнительного уплотнения связных грунтов повышенной влажности под статической нагрузкой, превышающей предельную пороговую Ро, растянут во времени и обусловлен совместным проявлением процессов фильтрационного сжатия поровой жидкости и ползучести скелета грунта.
Консолидационные характеристики глинистых грунтов повышенной влажности определяют по общепринятой методике /1/ на образцах заданной плотности и влажности (см. п. 1 приложения 1 настоящих «Методических рекомендаций»).
3. Конструкция земляного полотна
3.1. Конструкцию земляного полотна выбирают по заданной рабочей отметке в зависимости от рельефа и условий увлажнения местности, с учетом состава и состояния грунта, предлагаемого к использованию в насыпи или имеющегося в выемке.
3.2. Конструкцию насыпи, сооружаемой из грунтов допустимой степени переувлажнения с их послойной отсыпкой и уплотнением по типовой технологии, назначают на основе существующих типовых решений в соответствии с требованиями СН 449-72 «Указания по проектированию земляного полотна железных и автомобильных дорог».
3.3. Конструкцию земляного полотна из грунтов средней и высокой степени переувлажнения проектируют с учетом пониженной прочности грунтов и возможности их дополнительного уплотнения.
3.4. В конструкциях насыпи из глинистых грунтов средней и высокой степени переувлажнения следует предусматривать устройство в ее верхней части переходного слоя, обеспечивающего необходимую прочность и стабильность конструкций дорожной одежды.
Переходный слой отсыпают из непылеватых песчаных, супесчаных, суглинистых и глинистых грунтов допустимой влажности с уплотнением до требуемой плотности в процессе строительства.
При использовании для устройства переходного слоя непылеватых песчаных и супесчаных грунтов его толщина hо (рис. 1 - 3) должна составлять 1,5 м во II дорожно-климатической зоне и 1,2 м - в III - IV дорожно-климатических зонах.
Для автомобильных дорог IV - V категорий толщина переходного слоя может быть уменьшена на 25 %.
При устройстве переходного слоя из непылеватых связных грунтов его толщина должна быть не менее расчетной глубины промерзания.
Если требуемая толщина переходного слоя hо оказывается равной проектной высоте насыпи Н или больше ее, использование грунтов повышенной влажности без специальных мероприятий по их осушению должно быть исключено. В этом случае в основании насыпи, сооружаемой из привозных грунтов допустимой влажности, производится замена переувлажненного грунта, как это показано на рис 1. Данный тип поперечного профиля применяется также на участках перехода насыпей в выемки (нулевые отметки).
Рис. 1. Поперечный профиль насыпи из привозного грунта и с частичной заменой грунта высокой влажности
Рис. 2. Поперечный профиль насыпи из грунта повышенной влажности с выделением неконсолидируемой (пассивной) и консолидируемой (активной) зон
Рис. 3. Поперечный профиль выемки в грунтах повышенной влажности
3.5. В зависимости от степени переувлажнения глинистого грунта по высоте насыпи выделяют две зоны: консолидируемую (активную) - с толщиной hк и неконсолидируемую (пассивную) - hн (см. рис. 2).
В неконсолидируемой зоне отсутствует процесс уплотнения связных грунтов во времени под действием их собственной массы. Толщина неконсолидируемой зоны hn (м) зависит от вида грунта, степени его переувлажнения, плотности и с учетом величины предельной пороговой нагрузки Рo (Па) (см. п. 2.8) может быть определена по формуле
(3.1)
где γw - средний объемный вес грунта, Н/м3.
Если высота насыпи Н (м) меньше или равна суммарной мощности переходного слоя и неконсолидируемой зоны (hо + hн), то такая насыпь не будет существенно уплотняться под действием массы вышележащих слоев грунта. Ориентировочно предельная высота насыпей Но, в которых консолидация отсутствует приведена в табл. 4.
Таблица 4
|
Вид грунта |
Предельная высота неконсолидируемых насыпей Но, м, при Kw |
||||
|
|
1,1 |
1,2 |
1,3 |
1,4 |
1,5 |
|
Легкий суглинок |
3,0 |
2,5 |
2,25 |
2,0 |
1,5 |
|
Тяжелый суглинок и глина |
5,5 |
5,0 |
4,35 |
3,5 |
2,5 |
При наличии консолидируемой активной зоны, т.е. при Н > (hо + hн), нижняя часть насыпи после ее сооружения будет испытывать деформации осадки, происходящей за счет уплотнения во времени грунтов повышенной влажности в зоне консолидации толщиной hк = Н - (hо + hн) или hк = Н - Но.
Схема конструкции насыпи из грунтов повышенной влажности при наличии консолидируемой зоны приведена на рис. 2.
3.6. Время завершения деформации уплотнения в консолидируемой зоне насыпи зависит от степени переувлажнения грунтов, толщины вышележащего слоя, состава грунта, условий его дренирования и определяется на основе консолидационных испытаний. Величину запаса высоты на осадку уплотнения определяют по результатам компрессионных испытаний с учетом значения модуля осадки и толщины активного слоя грунта hк. Пример расчета уплотнения грунта высокой влажности в процессе его консолидации дан в приложениях 2, 3 настоящих «Методических рекомендаций».
Ориентировочно запас на осадку консолидируемой зоны насыпи рекомендуется принимать по табл. 5.
Таблица 5
|
Вид грунта |
Кw |
Запас на осадку, %, при высоте насыпи Н, м |
|||
|
|
|
4 |
6 |
8 |
10 |
|
Легкий суглинок |
1,2 |
- |
1,0 |
1,2 |
1,5 |
|
|
1,4 |
1,0 |
1,5 |
2,0 |
3,0 |
|
|
1,5 |
1,0 |
2,0 |
3,0 |
3,5 |
|
Тяжелый суглинок и глина |
1,2 |
- |
- |
1,0 |
1,5 |
|
|
1,4 |
- |
1,0 |
2,0 |
3,0 |
|
|
1,5 |
1,0 |
2,0 |
3,0 |
4,0 |
3.7. С целью ускорить процесс уплотнения грунта в консолидируемой зоне допускается устраивать дренажные прослойки толщиной 30 - 50 см из дренирующего грунта. При этом, если учесть, что интенсивная часть осадки должна завершиться в течение года, максимальную толщину слоя глинистого грунта повышенной влажности следует назначать не более 2 м для суглинков и 1,5 м - для тяжелых суглинков и глин.
3.8. В целях повышения эффективности дренирующей прослойки под песчаный слой можно укладывать синтетический нетканый текстильный материал (СТМ), исключающий заиливание и перемешивание песка с глинистым грунтом при проезде уплотняющих машин. В этих случаях используют легкие СТМ толщиной до 2 мм.
В ряде случаев при соответствующем технико-экономическом обосновании песчаные дренирующие прослойки могут быть целиком заменены на слои СТМ толщиной не менее 4 мм с продольной водопроницаемостью более 10 м/сут.
Поперечный профиль насыпи из глинистых грунтов повышенной влажности с дренирующими прослойками из песчаных грунтов и синтетических текстильных материалов показан на рис. 2.
3.9. При устройстве выемок в глинистых грунтах средней или высокой степени переувлажнения следует предусматривать частичную замену глинистых грунтов в основании выемок дренирующими непылеватыми грунтами. Конструкция земляного полотна при замене грунта показана на рис. 3.
Замена глинистого грунта повышенной влажности производится на глубину 1,5 м от поверхности покрытия для II дорожно-климатической зоны и 1,2 м - для III - IV дорожно-климатических зон.
Для автомобильных дорог IV - V категорий эта глубина может быть уменьшена на 25 %.
3.10. При наличии выходов грунтовых вод на поверхность откосов или основания выемки следует предусматривать разработку комплекса противооползневых мероприятий, обеспечивающих устойчивость по индивидуальному проекту, учитывающему местные инженерно-геологические условия.
3.11. При высоте насыпей и глубине выемок, не превышающих значений, приведенных в табл. 6, крутизну откосов можно назначать без расчета в зависимости от степени переувлажнения грунта и его разновидности в соответствии с табл. 6.
3.12. Если высота насыпей и глубина выемок, превышают значения, указанные в табл. 6, то крутизну откосов, ширину и высоту берм рассчитывают, исходя из условий обеспечения их общей и местной устойчивости.
Таблица 6
|
Вид грунта (число пластичности Wn) |
Предельная высота насыпей, глубина выемок и крутизна откосов, назначаемая без расчета, при Kw |
||||
|
|
1,1 |
1,2 |
1,3 |
1,4 |
1,5 |
|
Суглинок легкий (7 < Wn 12) |
|
|
|
|
- |
|
Суглинок тяжелый (12 < Wn 17) |
|
|
|
|
|
|
Глина (Wn > 17) |
|
|
|
|
|
Примечание. Над чертой приведены значения предельной высоты насыпей и глубины выемок, под чертой - предельной крутизны откосов.
При расчете общей устойчивости откосов по условиям длительной деформации необходимо либо исключать деформации ползучести откосов и бровок земляного полотна, либо учитывать допустимую величину деформации при которой не снижаются расчетные сроки службы конструкции и дорожных одежд.
3.13. Расчет устойчивости откосов следует выполнять по следующей методике.
В соответствии с методикой оценки реологических свойств глинистых грунтов повышенной влажности, приведенной в приложении 1 настоящих «Методических рекомендаций», устанавливают зависимость коэффициента динамической вязкости η от коэффициентов переувлажнения Кw и стабильности Кстаб:
η = f (Кстаб; Кw). (3.2)
При этом, если оценивается устойчивость откосов выемки, то коэффициент динамической вязкости определяют при естественных плотности и влажности грунта, а для откосов насыпи - при расчетных.
Исходя из того, что допускаемая интенсивность накопления деформаций ползучести откосов земляного полотна может быть достигнута при η 2∙1011 Па∙с (2∙1012 П), по графику η = f (Кстаб; Кw) (рис. 4) определяем требуемую величину коэффициента стабильности .
3.14. Для получения минимального расчетного значения коэффициента запаса Кзап, общей устойчивости откоса земляного полотна, определяемого, в частности, по методу круглоцилиндрической поверхности скольжения (КЦПС), следует к найденному по графику значению коэффициента стабильности прибавить 0,25, т.е.
(3.3)
Рис. 4. Определение требуемого коэффициента стабильности
Ориентировочно минимальные значения коэффициента запаса устойчивости при расчете по методу КЦПС для глинистых грунтов различной степени переувлажнения можно принимать по табл. 7.
Таблица 7
|
Вид грунта |
Значение при величине Кw |
||||
|
|
1,1 |
1,2 |
1,3 |
1,4 |
1,5 |
|
Суглинок легкий |
1,4 |
1,6 |
2,2 |
2,6 |
2,9 |
|
Суглинок тяжелый |
1,3 |
1,4 |
1,5 |
1,6 |
1,7 |
|
Глина |
1,4 |
1,5 |
1,6 |
1,7 |
1,9 |
3.15. В ряде случаев оценку устойчивости запроектированных откосов удобно производить путем сравнения их с устойчивостью откосов предельной крутизны (Kзап = 1,0) и стабильных, для которых деформации ползучести во времени исключены. Для такого сравнения целесообразно использовать номограмму, приведенную на рис. 5. При этом следует учитывать, что при расчете предельной крутизны откоса (пунктирная линия) используют величину полного сцепления грунта Сw, а при определении крутизны стабильного откоса (сплошная линия) - только часть полного сцепления - жесткое структурное сцепление Сс (см. рис. 5, а).
Для определения по номограмме крутизны откоса (1:m) высоту столба грунта Нкр(м), эквивалентную действию раздавливающей нагрузки при одноосном его сжатии, рассчитывают по формуле
