Страница 5: Методические рекомендации по сооружению земляного полотна автомобильных дорог из грунтов повышенной влажности (46154)

Примечание. При применении цементов низких марок рекомендуемое количество их должно быть соответственно увеличено в 1,1 - 1,3 раза.

6.12. Прочностные показатели грунтов повышенной влажности, обработанных рекомендуемым количеством добавок, соответствуют аналогичным показателям грунтов оптимальной влажности и отвечают требованиям «Инструкции по проектированию дорожных одежд нежесткого типа» ВСН 46-72. Слой из грунта, обработанного активными добавками, заменяет переходный слой из привозного грунта.

6.13. При обработке грунтов активными добавками в проект производства работ включают описание принятого метода работ, особенностей грунтов, указывают вид и количество вяжущих материалов, потребные машины и другие данные.

При этом необходимо учитывать следующее:

активные добавки следует вводить, равномерно распределяя и перемешивая их с грунтом. Содержание добавок в обработанных грунтах после перемешивания и уплотнения не должно отклоняться от установленного количества более чем на 0,5 %;

грунты, обработанные добавками, должны иметь плотность не менее 95 % максимальной стандартной плотности смеси.

6.14. Работы по возведению насыпей из грунта повышенной влажности с обработкой его активными добавками выполняют в следующем порядке:

подготовка основания под насыпь;

отсыпка слоя грунта и разравнивание его;

рыхление грунта;

распределение добавок;

смешение грунта с добавками, разравнивание и профилирование смеси;

уплотнение слоя.

6.15. Толщину отсыпаемого слоя грунта назначают исходя из возможной глубины проработки слоя существующими смесительными и уплотняющими машинами. При использовании дорожных фрез типа ДС-18А толщина отсыпаемого слоя (в плотном теле) составляет 15 - 20 см.

Для более равномерного распределения добавок связный грунт необходимо предварительно разрыхлить 1 - 2 проходами фрезы по одному следу.

6.16. Активные добавки распределяют специальным распределителем (типа ДС-9, ДС-72). Добавки загружают в бункер распределителя только механическим способом. Их смешивают с грунтом 2 - 4 проходами фрезы типа ДС-18А.

6.17. Обработанный грунт целесообразно уплотнять самоходными катками на пневматических шинах типа ДУ-31А или ДУ-16Б (все виды грунтов) и вибрационными катками (пески, легкие супеси). У катков уменьшают давление воздуха в шинах до 0,25 - 0,3 МПа (2,5 - 3,0 кгс/см2) и частично снимают пригрузочный балласт. Оптимальные условия работы уплотняющих машин устанавливают пробной укаткой.

6.18. При обработке грунта добавками необходимо соблюдать установленное время перерыва между введением добавок и окончанием уплотнения. Для грунтов, обработанных цементом или известью, оно не должно превышать 4 - 6 ч, для грунтов, обработанных золой уноса, 14 - 18 ч. Работы с активными добавками не следует производить в дождливую погоду.

6.19. Осушение известью грунта высокой и избыточной степени переувлажнения можно проводить методом сосредоточенного воздействия, без распределения извести по поверхности слоев. Для этого в толще грунта, подлежащего осушению, устраивают вертикальные скважины или щели и заполняют их размельченной негашеной известью. Объем скважины или щели назначают из расчета вместимости в них извести в количестве, необходимом для осушения данного слоя грунта (табл. 9).

При использовании этого метода дорожное покрытие следует устраивать на следующий год после сооружения земляного полотна.

6.20. При обработке переувлажненных грунтов активными добавками необходимо соблюдать общие правила техники безопасности ведения дорожных работ, а также правила техники безопасности при работах с химически активными веществами.

Приложение 1

Определение механических характеристик глинистых грунтов повышенной влажности

1. Подготовка грунта к испытанию на сдвиг, компрессию, консолидацию и вязкость. Подготовка грунта к испытанию заключается в приготовлении образцов, имеющих плотность и влажность, близкую к естественной.

Перед началом работ по определению механических характеристик грунта его испытывают методом стандартного уплотнения по ГОСТ 22733-77.

Затем приготавливают грунтовую пасту, имеющую влажность, соответствующую заданному коэффициенту переувлажнения Wi = Kw∙Wo, (Wo - оптимальная влажность грунта).

Требуемая плотность образцов, соответствующая рассчитанной влажности по правой ветви кривой стандартного уплотнения, достигается либо на приборе стандартного уплотнения, либо прессованием.

2. Определение сдвиговых характеристик грунта. Сопротивляемость грунта сдвигу Spw (Па) оценивают в соответствии с зависимостью

Spw = P∙tg jw + ∑w + Cc,

где jw - угол внутреннего трения грунта, град;

∑w и Сc - соответственно связность и структурное сцепление грунта, Па;

Р - вертикальная нагрузка, Па.

Испытания проводят по методике быстрого сдвига. Скорость сдвига подбирают с расчетом, чтобы весь опыт длился не более 2 мин.

В целях обеспечения разрушения образца в виде сдвига (исключить влияние отрыва) величину нормальных нагрузок необходимо подбирать таким образом, чтобы нормальные напряжения при сдвиге не были меньше сопротивляемости грунта сдвигу при этих напряжениях.

На каждой ступени нагрузки параллельно испытывают два образца.

После испытания часть грунта отбирают из зоны сдвига для определения контрольной влажности.

Для разделения полного сцепления Cw на восстанавливающуюся ∑w и невосстанавливающуюся Сс части испытывают идентичные образцы по методу плашек. Влажность образцов грунта и нагрузка на них те же, что и при основных испытаниях.

Образец грунта разрезают тонкой проволокой или леской по плоскости сдвига, образовавшиеся поверхности выравнивают под один уровень с гранями колец, прикладывают к нему в течение 1 мин требуемую вертикальную нагрузку, а затем производят сдвиг. По данным испытаний строят график, общий вид которого показан на рис. 1. По графику определяют величину углов внутреннего трения jw, сцепления Сw, и Сc, связность ∑w. Ориентировочно степень изменения величины угла внутреннего трения и общего сцепления в зависимости от изменения влажности грунта может быть оценена по графику рис. 2.

Рис. 1. Общий вид зависимостей, полученных при сдвиговых испытаниях грунтов

Оценка сдвиговых характеристик грунтов повышенной влажности для выемок производится на образцах ненарушенной структуры с обязательным определением связности и структурного сцепления.

Рис. 2. Изменение относительных величин сцепления и угла внутреннего трения глинистых грунтов при повышении их влажности:

где wi (Cwi) и jwo (Сwo) - угол внутреннего трения (сцепление) соответственно при повышенной и оптимальной влажности

3. Определение компрессионных и консолидационных характеристик. Испытания грунтов повышенной влажности по определению компрессионных и консолидационных характеристик и обработка опытных данных должны выполняться в соответствии с требованиями к методам испытаний слабых грунтов и обработке их результатов /4/.

По данным компрессионных испытаний должна быть получена стандартная компрессионная кривая, по которой определяют относительную деформацию λ или модуль осадки грунта е (мм/м).

По результатам консолидационных испытаний находят следующие параметры: консолидационные параметры аλр (мин), отражающий вязкостные свойства грунта, и вλр, (мин/см2), отражающий скорость фильтрации воды; параметр вторичной осадки mp или время достижения tλр (мин) заданной относительной деформации на стадии первичной осадки при уплотнении под нагрузкой Р.

4. Определение коэффициента динамической вязкости. Величину коэффициента динамической вязкости глинистых грунтов можно определять (наряду с известными методами) на основе специальных испытаний с использованием динамометрического шарикового пенетрометра (рис. 3), конструкция которого и методика испытаний разработаны инж. А.П. Аксеновым.

Рис. 3. Схема прибора релаксационного типа:

1 - ворот; 2 - нагрузочный винт; 3 - втулка; 4 - верхнее основание; 5 - шарнирная опора штока; 6 - рычажок; 7 - шток с шариком; 8 - крышка эксикатора; 9 - уплотнитель; 10 - корпус эксикатора; 11 - индикатор смещения шарика; 12 - динамометр ДССМ-0,1; 13 - стойка; 14 - нижнее основание; 15 - виброизолируюшее основание; 16 - площадка для установки образца; 17 - вода; 18 - диск с отверстиями; 19 - металлическое кольцо; 20 - образец грунта; 21 - сальник

Из уплотненного грунта с помощью колец-обойм вырезают образцы грунта диаметром 70 мм и высотой 40 - 50 мм. В целях исключения подсыхания образцов грунта в процессе длительного опыта их торцевые поверхности смазывают техническим вазелином и помещают в полиэтиленовые мешочки.

Приготовленный образец грунта в кольце-обойме устанавливают на площадку прибора, жестко соединенную с упругим элементом динамометра или с пружиной, и по индикатору динамометра снимают начальное показание λо. Определяют нагрузку Ро = λоq, где q - цена деления индикатора динамометра (определяется по тарировочному графику).

С помощью нагрузочного винта в грунтовый образец вдавливают стальной шарик строго на половину его диаметра. Глубину вдавливания фиксируют индикатором смещения шарика. По окончании вдавливания с индикатора динамометра снимают показания Рвдавл.

В последующем проводят наблюдение за изменением усилия, действующего на шарик, от величины Pвдавл. до момента условной стабилизации Plim, которому соответствует приращение деформации, равное 1∙10-3÷2∙10-3 мм в сутки. Нагрузку на шарик, соответствующую моменту стабилизации деформаций Рlim, определяют по индикатору динамометра. По данным наблюдений строят график изменения усилия, действующего на шарик, во времени P = f(t) (рис. 4).

Рис. 4. Изменение усилия, действующего на шарик во времени

На различных участках полученного графика определяют (не менее 10 раз) скорость погружения шарика в грунт

При этом величина λ не должна превышать 1∙10-3 - 2∙10-3 мм.

Величину нагрузки, действующей на шарик, определяют по формуле

где λi - показания индикатора динамометра в i-й момент времени;

λi+1 - то же, в момент времени i+1.

Величину коэффициента вязкости на отдельных участках графика определяют по формуле Стокса

где ηi - коэффициент вязкости, Па∙с (П);

γш(t) - фиктивная плотность шарика, кг/м3;

γгр - плотность грунта, кг/м3;

υ - скорость погружения шарика, м/с;

d - диаметр шарика, м;

g - ускорение свободного падения, м/с2.

Фиктивную плотность шарика γш(t) определяют по формуле

где  объем шарика радиусом r, м3.

По результатам расчетов строят графики зависимости коэффициента вязкости от уровня нагрузки η = f(μ), где

и коэффициента стабильности η = f(Кстаб.),

где

Приложение 2

Прогноз осадки насыпи и времени её завершения

1. Осадку слоя грунта S вследствие его уплотнения под действием вышележащих слоев и собственной массы можно рассчитать по формуле

                                                 (1)

где Нi - толщина расчетного слоя, м;

epzi - модуль осадки, определяемый по компрессионной кривой, соответствующий расчетной нагрузке Рzi расч. для данного слоя, мм/м.

Расчетную нагрузку Рzi расч. (Па) на заданном горизонте следует определять по формуле

Рzi расч = Рн∙azi + γw∙zi,                                              (2)

где Рн - нагрузка от переходного слоя грунта и пассивной зоны, Па;

azi - коэффициент, учитывающий уменьшение напряжений по глубине слоя;

γw - объемный вес грунта, Н/м3;

zi - координата середины слоя, м.

Коэффициент zi вводят в расчет, если максимальное значение вертикального нормального напряжения (или модуля осадки) отличается от минимального более чем на 10 %.

2. Прогноз протекания осадки глинистых грунтов повышенной влажности во времени рассчитывается:

а) на стадии первичной осадки по формуле

Тλip = aλp + вλp∙Hф2,                                                  (3)

где Тλiр - время завершения заданной относительной деформации при λi<λI, сут;

Hф - путь фильтрации воды из расчетного слоя, м;

аλр; вλр - консолидационные параметры, определяемые по кривым консолидации, соответственно мин и мин/см2;

λi - заданная относительная деформация;

λI - то же, в момент завершения первичной осадки;

б) на стадии вторичной осадки по формуле

                                                       (4)

где Tλip - время завершения заданной относительной деформации при λi > λI, сут.;

ТI - время завершения первичной осадки, сут.;

mp - консолидационный параметр вторичной осадки, определяемый как тангенс угла наклона прямолинейного участка консолидационной кривой к оси lg t.

Время завершения первичной осадки для приближенного прогноза можно рассчитать по формуле теории фильтрационной консолидации

                                                         (5)

Для ориентировочных расчетов по табл. 1 можно установить время Т достижения заданной степени консолидации u и коэффициент уплотнения грунта Ку в зависимости от разновидности грунта, толщины слоя Н, степени переувлажнения грунта Кw и начальной степени уплотнения Ку нач.

Достигнутую степень уплотнения Ку в зависимости от массы вышележащих слоев (т.е. по высоте насыпи), вида грунта и степени его переувлажнения Кw можно ориентировочно определить по табл. 2.

Таблица 1