(3.4)
где С - сцепление, Па;
γw - объемный вес грунта, Н/м3;
φw - угол внутреннего трения, град.
Рис. 5. Номограмма для расчета устойчивости однородных откосов по второму предельному состоянию
При φw < 20 для расчета можно использовать формулу
(3.5)
Затем определяют величину отношения
(3.6)
Для определения крутизны стабильного откоса (1:m) на графике (а) номограммы (см. рис. 5) находят точку, соответствующую расчетной величине n, на графике (б) - точку, соответствующую высоте насыпи Н, и на графике (в) - величину 1:m.
Если по номограмме крутизна запроектированного откоса окажется больше крутизны стабильного, а также если стабильный откос будет пологим (более 1:4), то расчетом определяют допустимую крутизну (см. п. 3.13). Длительная устойчивость откоса будет обеспечена, если величина расчетного Кзап будет больше , приведенного в табл. 7.
3.16. Для повышения устойчивости насыпей из грунтов повышенной влажности возможно использование метода армирования грунта. Горизонтальное армирование можно выполнять из сеток, прослоек синтетического нетканого материала, отдельных стержней, связанных с вертикальными элементами, удерживающими откосы, и т.п. /2/.
3.17. Локальные деформации, связанные с нарушением местной устойчивости откосов земляных сооружений из грунтов повышенной влажности, возникают в пределах активной зоны, толщина которой hк в большинстве случаев соответствует глубине промерзания или высушивания грунтов.
Для обеспечения местной устойчивости откосов земляного полотна следует применять комплекс специальных конструктивных, технологических и эксплуатационных мероприятий, цель которых обеспечить возможность регулировать глубину активной зоны (ограничение или недопущение ее образования) путем уменьшения крутизны откоса, компенсации сниженной прочности, защиты грунта или пород поверхностных слоев от силовых воздействий, частичной или полной изоляции от влияния погодно-климатических факторов. Во всех случаях следует обеспечивать поверхностный сток воды в процессе строительства и эксплуатации земляных сооружений.
3.18. Для компенсации снижения прочности глинистых грунтов в пределах активной зоны поверхностных слоев откосов следует применять конструкции укрепления несущего типа (решетчатые сборные и монолитные с заполнением ячеек слоем почвы с посевом трав, морозостойким неусадочным грунтом, щебнем, гравием, гравийно- и торфопесчаными смесями), а также покрытие из синтетических нетканых текстильных материалов по ВСН 181-74 «Технические указания по применению сборных решетчатых конструкций для укрепления конусов и откосов земляного полотна».
3.19. Конструкции укрепления из СТМ могут выполнять защитные или несущие функции. Такие конструкции целесообразно комбинировать с другими типами укрепления (см. п. 3.18). Конструкции из СТМ выполняют роль покрытия на откосе (сплошного или мелкоячеистого), защищающего откос от водной или ветровой эрозии; армирующего элемента, повышающего устойчивость откосных частей в поверхностной зоне. Кроме того, они являются обратным фильтром и предотвращают вынос глинистых частиц грунтовыми водами.
Уложенный на откосе слой СТМ закрывают слоем почвы толщиной 10 - 20 см и засевают травой.
4. Технология производства работ
4.1. При наличии грунтов повышенной влажности можно выполнять следующие работы по сооружению земляного полотна:
устройство сооружений для дренажа и водоотвода;
устройство оснований насыпей;
разработку грунтов в выемках и резервах и перемещение;
сооружение насыпей, в том числе с устройством осушающих прослоек и осушением грунта добавками;
складирование грунта в насыпных бермах, банкетах, отвалах;
укрепление откосов;
устройство противооползневых и других защитных сооружений.
Кроме того, в проект производства работ следует включать специальные мероприятия, обеспечивающие наиболее эффективную и качественную реализацию принятых конструктивных решений и бесперебойную работу машин.
4.2. При выполнении земляных работ в грунтах повышенной влажности или при использовании последних в качестве оснований целесообразно предусматривать мероприятия по заблаговременному снижению влажности: устройство дренажей, поглощающих колодцев, водоотводящих систем и др.
Размещение, конструкция и расчетное время действия осушительных устройств устанавливают индивидуальным порядком по нормам проектирования мелиоративных систем с учетом временного характера сооружений.
4.3. Во всех случаях проведения работ с грунтами повышенной влажности во избежание дополнительного увлажнения следует обеспечивать своевременный и постоянный отвод поверхностных ливневых и талых вод. Не допускается выполнение работ, затрудняющих сток влаги и ее испарение (рыхление, подготовка забоев, устройство котлованов и бессточных заглублений и т.п.), при наличии грунтов повышенной влажности.
Система водоотвода поверхностных вод с территории производства работ включает:
водоотводные и нагорные канавы, служащие для перехвата поверхностного стока с верховой стороны;
заблаговременную планировку рабочей площадки с образованием уклонов поверхности для улучшения стока атмосферных осадков и талых вод;
водосборные и водоотводные канавы из пониженных мест;
защитные валы, призмы и банкеты, преграждающие поверхностный сток с верховой стороны.
4.4. Для обеспечения водоотвода в максимальной степени должны быть использованы постоянные сооружения, предусмотренные проектом. В случае невозможности их сохранения в процессе строительства на период производства работ устраивают временные сооружения.
Места проложения водоотводных канав и отсыпки банкетов должны быть увязаны с размещением в плане забоев, дорог для перевозки грунта, проездов и линий коммуникаций.
4.5. Поперечное сечение русел и уклонов временных водоотводных устройств должны быть рассчитаны на пропуск ливневого стока с повторяемостью в 3 раза большей срока строительства сооружения. Бровка временных водоотводных канав или защитных валов должна возвышаться над расчетным уровнем воды не менее чем на 0,1 м. Продольный уклон водоотводных канав должен быть не менее 3 ‰.
4.6. В проекте производства работ должны быть предусмотрены мероприятия по уменьшению влияния атмосферных осадков на свойства поверхностных слоев грунта в забое, на транспортных путях, в зоне уплотнения: планировка, обеспечение стабильности уклонов поверхности, своевременное уплотнение и выравнивание грунта. В случае выпадения дождя до окончания уплотнения продолжать укатку связного грунта можно после срезки и удаления во временный отвал верхнего разжиженного слоя толщиной 10 - 15 см.
В особых случаях для защиты от увлажнения осадками забоя или насыпи можно применять набрызг гидрофобизирующих веществ или пленочные покрытия из полимерных материалов.
4.7. Постоянный перехватывающий дренаж, предупреждающий выход грунтовых вод на откосы выемки, устраивают, как правило, до начала разработки выемки.
Постоянный подкюветный дренаж в нулевых отметках и при наличии невысоких насыпей, сооружаемых продольной возкой, устраивают заблаговременно, в выемках - сразу после выхода на соответствующую отметку дренирования.
При устройстве дренажей в глинистых слоях высокой и избыточной влажности грунт из траншей следует вывозить в кавальер или укладывать в банкет за пределами основания земляного полотна.
4.8. Способ разработки выемок и сооружения насыпей из грунтов повышенной влажности выбирают при составлении проекта производства работ на основе технико-экономического сравнения вариантов с учетом состава и состояния грунтов, вида конструкции, сроков строительства, погодно-климатических условий.
При использовании в насыпях грунтов допускаемой степени переувлажнения возможно применение типовой технологии разработки, транспортировки, отсыпки, укатки и планировки грунта. При более высокой влажности связных грунтов следует использовать машины на гусеничном ходу и предусматривать устройство временных дорог для перевозки грунта или укладку на существующих дорогах покрытий сборно-разборного или облегченного типа.
4.9. Бульдозерами на гусеничном ходу рационально возводить насыпи высотой до 3 м из боковых резервов и мелких выемок при дальности перемещения грунта до 80 м. Для связных грунтов высокой степени переувлажнения целесообразно применять бульдозеры с гусеницами увеличенной ширины.
Разработку грунтов повышенной влажности бульдозерами в сухую погоду рационально производить по «гребенчатой» схеме, оставляя перемычки шириной 1 - 1,5 м. Распределение грунта в насыпи в этих условиях также следует выполнять полосами, между которыми должны быть промежутки шириной 0,5 - 1,0 м. Они заполняются повторными проходами непосредственно перед подготовкой захватки к уплотнению. Указанные приемы ускоряют высушивание грунта.
4.10. Производительность бульдозеров при повышении влажности грунтов уменьшается в 1,5 - 3 раза (рис. 6) вследствие прилипания грунтов к отвалу, особенно глинистых (см. табл. 2). При работе с такими грунтами целесообразно применять гидрофобизирующие смазки и покрытия рабочей поверхности отвалов.
Рис. 6. Характер зависимости производительности бульдозеров ДЗ-17 и ДЗ-53 от влажности грунта (грунт - пылеватые суглинки; L - расстояние перемещения)
4.11. Разработку грунта повышенной влажности в выемках или притрассовых карьерах и перемещение его в насыпь или кавальер на расстояние 80 - 600 м целесообразно выполнять прицепными скреперами, на расстояние 600 - 3000 м - полуприцепными и самоходными скреперами. При этом прицепными скреперами с гусеничной тягой возможно разрабатывать связные грунты допустимой и средней, а несвязные грунты - любой степени переувлажнения; самоходными скреперами - связные грунты допустимой, а несвязные - допустимой и средней степени переувлажнения.
Разработка грунтов повышенной влажности скреперами выполняется без предварительного рыхления, с использованием толкачей на гусеничном ходу.
4.12. Производительность скреперов существенно снижается при повышении влажности глинистых грунтов (рис. 7). Основными причинами снижения производительности скреперов являются повышенная липкость грунта и ухудшение проходимости машин вследствие усиления колееобразования. Уменьшить влияние этих факторов можно путем гидрофобизирующей смазки внутренней поверхности ковша, а также снижением давления в шинах до 2,5∙105 - 3∙105 Па (2,5 - 3,0 кгс/см2).
Рис. 7. Характер зависимости производительности прицепного скрепера с емкостью ковша 6,0 м3 от влажности грунта:
1 - легкая супесь; 2 - суглинок; 3 - суглинок легкий и тяжелый
4.13. Разработку грунтов повышенной влажности в выемках или притрассовых карьерах при расстоянии перемещения свыше 80 м для связных грунтов высокой степени переувлажнения, свыше 600 м - для связных грунтов средней степени переувлажнения, свыше 3000 м - для всех видов грунтов, целесообразно выполнять экскаватором с перевозкой грунта автомобилями-самосвалами.
Связные грунты высокой и избыточной степени переувлажнения, а также несвязные грунты избыточной степени переувлажнения следует разрабатывать преимущественно драглайном с его стоянкой и организацией движения автомобилей-самосвалов на верхнем уровне забоя. Для разработки таких грунтов используют транспортные средства повышенной проходимости.
4.14. Для погрузки в автомобили-самосвалы несвязных и малосвязных грунтов повышенной влажности в резервах и притрассовых карьерах при наличии плотного основания забоя рационально применять фронтальные тракторные погрузчики в комплекте с бульдозерами для надвижки грунта.
4.15. При возведении насыпи из грунтов допустимой и средней степени переувлажнения применяют обычную технологию с распределением грунта слоями. Толщину технологических слоев определяют пробной укаткой. Перед уплотнением поверхность каждого слоя выравнивают бульдозером, а в процессе укатки, особенно на завершающих этапах, проводят планировку поверхности с приданием поперечных уклонов 40 - 50 ‰. Наличие на поверхности колей, местных углублений и возвышений в процессе укатки и после ее окончания не допускается.
4.16. Грунты высокой и избыточной степени переувлажнения, уплотнение которых происходит в процессе консолидации, транспортируют автомобилями-самосвалами и разгружают в насыпь способом «в прижим» с расчетом получить слой проектной толщины. Аналогичным способом отсыпают кавальеры и другие насыпи, не требующие уплотнения.
При невозможности разравнивания поверхности глинистого слоя из-за недостаточной его несущей способности вышележащий слой более сухого или дренирующего грунта отсыпают «от себя» с надвижкой бульдозером и последующим уплотнением и планировкой.
Конструктивные и технологические мероприятия, обеспечивающие ускорение консолидации грунтов повышенной влажности, осуществляют по индивидуальным проектам.
4.17. Уплотнение глинистых грунтов допустимой степени переувлажнения до требуемой плотности производят в два этапа: на первом - катками на пневматических шинах массой 10 - 15 т (без балласта) с пониженным до 0,2 - 0,3 МПа (2 - 3 кгс/см2) давлением в шинах за 4 - 6 проходов; на втором - тяжелыми катками на пневматических шинах массой 15 - 25 т с давлением в шинах более 0,5 МПа (5 кгс/см2) за 4 - 6 проходов. Толщину слоя и требуемое число проходов катка определяют пробной укаткой.
4.18. Уплотнение грунтов средней степени переувлажнения до наибольшей (при данной влажности) плотности (Ку ?? 0,90) производят прицепными катками на пневматических шинах с гусеничной тягой средней массы (без балласта) с пониженным до 0,2 - 0,3 МПа (2 - 3 кгс/см2) давлением в шинах. Возможность использования тяжелых катков, а также толщину слоев и требуемое число проходов катка определяют пробной укаткой.
