Методические рекомендации по использованию торфа в нижней части насыпи при строительстве автомобильных дорог на болотах (46196)

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА СССР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ВСЕСОЮЗНЫЙ ДОРОЖНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ (СОЮЗДОРНИИ)

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ТОРФА В НИЖНЕЙ ЧАСТИ НАСЫПИ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ НА БОЛОТАХ

Одобрены Минтрансстроем СССР

Москва 1973

Предложена конструкция земляного полотна с использованием торфа в основании и в нижней части насыпи при строительстве автомобильных дорог III-V категорий в сильно заболоченных районах Западной Сибири.

Приведены расчетные показатели торфов нарушенного и ненарушенного сложения и методы расчета устойчивости, осадки и времени уплотнения торфяной части насыпи и основания.

Рекомендованы способы назначения конструктивных размеров земляного полотна (толщины торфяной и минеральной частей насыпи, крутизны откосов, ширины и глубины резервов).

Предложены методы расчета дорожных конструкций на торфяных основаниях. Разработана технология земляных работ по сооружению насыпей с использованием торфяных грунтов в основании и в нижней части земляного полотна.

Предисловие

«Методические рекомендации по использованию торфа в нижней части насыпи при строительстве автомобильных дорог на болотах» составлены на основе изучения физико-механических свойств минеральных грунтов и торфов, обследования существующих насыпей на болотах, материалов наблюдений за специально построенным опытным участком дороги, опыта строительства автомобильных дорог на болотах Западной Сибири.

Настоящие «Методические рекомендации» предусматривают использование торфов в основании и в нижней части земляного полотна и, могут применяться при проектировании и строительстве автомобильных дорог III-V категорий с усовершенствованными облегченными, переходными и низшими типами покрытий. Они разработаны для условий Западной Сибири применительно ко II дорожно-климатической зоне и предназначены для производственной проверки.

В «Методических рекомендациях» дана конструкция земляного полотна с отсыпкой нижних слоев из торфа, рекомендованы методы расчета устойчивости, осадки и времени уплотнения торфяного основания и слоев насыпи из торфяных грунтов, приведены расчетные показатели торфов нарушенного и ненарушенного сложения, предложена методика расчета дорожных одежд на торфяных основаниях, разработана технология земляных работ.

«Методические рекомендации» составили канд. техн. наук Г.Г. Тришин, канд. с.-х. наук Н. М. Голяков, инженеры М.И. Шалыгин, В.И. Бессонов (Омский филиал Союздорнии), кандидаты технических наук М.П. Болштянский, А. В. Линцер, В. А. Семенов, инженеры В.Ф. Архипова, А.Н. Шуваев и Я.Д. Фукс (Тюменский инженерно-строительный институт), Г.Б. Леменков и Н.В. Табаков (Институт Гипротюменнефтегаз).

Лабораторные работы выполняли Л.Н. Чеканова и Т.Г. Фомичева (Омский филиал Союздорнии).

Замечания и пожелания просьба направлять по адресу: 143900, Балашиха-6 Московской обл., Союздорнии или Омск-80, проспект Мира, 3, Омский филиал Союздорнии.

ДИРЕКТОР СОЮЗДОРНИИ

доктор технических наук, профессор

В.В. Михайлов

Конструкция и расчет земляного полотна

1. Конструктивные размеры земляного полотна назначают с учетом мощности торфяной залежи, прочностных и деформативных свойств торфа, уровня длительно стоящих поверхностных вод на болоте и вида грунта земляного полотна, а также исходя из условий наименьшей его снегозаносимости.

2. Ширину земляного полотна устанавливают в зависимости от категории автомобильной дороги, а высоту насыпи над поверхностью болота определяют расчетом из условия обеспечения требуемых влажности и прочности минерального грунта земляного полотна, а также с учетом допустимых упругих деформаций конструкции и ее снегонезаносимости.

3. Нижнюю часть насыпей на болотах рекомендуется отсыпать из торфа в случае возведения земляного полотна без выторфовывания, отсутствия минеральных грунтов или при значительной дальности их возки. Частичная замена минеральных грунтов торфом позволяет сократить объемы привозных грунтов, обеспечивая при правильном конструировании и технологии работ необходимую прочность земляного полотна.

Применение данной конструкции возможно при соответствующем технико-экономическом обосновании.

4. Рекомендуемая конструкция земляного полотна включает минеральную (верхнюю) и торфяную (нижнюю) часть, отсыпанную на торфяное основание (рис. 1).

Верхнюю (минеральную) часть насыпи отсыпают из непылеватых песчаных или глинистых грунтов.

Нижнюю (торфяную) часть насыпи устраивают из торфа боковых резервов или карьеров.

5. Крутизну откосов земляного полотна (включая торфяную часть) принимают при отсыпке минеральной части из суглинков и глин равной 1:2, а мелких песков и супесей - 1:2 ÷ 1:3.

Рис. 1. Конструкция земляного полотна с использованием торфа в нижней части насыпи:

1 - минеральный грунт; 2 - торфяная часть насыпи; 3 - торфяное основание

6. Резервы на болотах закладывают с обеих сторон земляного полотна. Глубина резервов не должна превышать 2 м, а ширина бермы должна быть не менее 5 м. Заложение откосов резервов принимают равным 1:0,5 и 1:1 (в зависимости от плотности торфа). Более крутые откосы устраивают при использовании менее плотных торфов (с плотностью менее 0,10 г/см3). Ширина резервов определяется потребностью в торфе для устройства нижней части насыпи (с учетом уплотнения торфяного грунта).

Назначение толщины торфяной и минеральной частей насыпи

7. Толщину торфяной части земляного полотна назначают с учетом необходимого возвышения верха торфяного слоя насыпи над расчетным уровнем воды* на болоте и осадки торфяного основания.

* За расчетный уровень воды следует принимать горизонт длительно стоящих поверхностных вод. При отсутствии таковых за расчетный уровень принимают поверхность болота.

Минимальное возвышение верха торфяной части hт земляного полотна над расчетным уровнем воды на болоте назначают по графику (рис. 2) из условия непревышения допустимой влажности Wдоп минерального грунта на границе с торфом в период службы земляного полотна.

Значения допустимой влажности грунтов могут быть приняты по табл. 1.

Осадку торфяного основания рассчитывают в соответствии с п.19.

8. Толщину торфяного слоя насыпи Нт определяют по формуле

Нт = hт + S0 + hв,                                                          (1)

где hт   - возвышение верха торфяной части насыпи над расчетным уровнем воды на болоте;

S0  - осадка торфяного основания под действием веса насыпи и подвижной нагрузки;

hв  - расчетный уровень воды на болоте.

Рис. 2. Возвышение верха торфяной части над расчетным уровнем воды в зависимости от допустимой влажности грунта на границе с торфом

Таблица 1

9. Толщину верхней (минеральной) части насыпи hм определяют на основе комплексного расчета дорожной одежды и земляного полотна.

Расчет дорожных конструкций на торфяных основаниях

Расчетные нагрузки

10. При проектировании автомобильных дорог принимают расчетную нагрузку Н - Р - автомобиль с нагрузкой на ось 10 тс (по ГОСТ 9314-59), соответствующий грузовому автомобилю МАЗ-500.

11. Проектную или фактическую интенсивность движения приводят к расчетной Nр путем умножения на коэффициенты, указанные в табл. 2. Расчетная интенсивность дается для двух полос движения. Автомобили с нагрузкой на ось менее 4 тс в расчет не принимаются.

Таблица 2

Примечания: 1. Коэффициенты для автомобиля с нагрузкой на ось 33 тс соответствуют не более 25-30 проходам в сутки этих тяжелых автомобилей.

2. Для автомобилей, имеющих три оси (КрАЗ, УРАЛ и др.), численные значения коэффициентов удваиваются; для имеющих четыре оси - утраиваются.

3. Автопоезда учитывают введением коэффициента, равного 2, к соответствующему коэффициенту приведения для автомобиля-тягача.

Расчет полужестких и нежестких дорожных одежд*

По классификации проф. Н.Н. Иванова

12. Для расчета полужестких и нежестких дорожных одежд принимают перспективную среднесуточную интенсивность движения в неблагоприятный летний период наиболее грузонапряженного года за 10 лет для усовершенствованных покрытий облегченного типа и за 8 лет - для переходных покрытий.

Требуемый модуль упругости дорожной одежды определяют по рис. 3.

Рис. 3. Требуемые модули упругости дорожных одежд в зависимости от интенсивности нагрузки:

1 - для усовершенствованных покрытий облегченного типа; 2 - переходных; 3 - низших покрытий

Он может быть вычислен по формулам:

 или ,                                             (2)

где Р  - расчетное давление, кгс/см2 (6 кгс/см2 для Н - Р);

Д   - диаметр круга, равновеликого следу колеса (32,6 см для Н - Р);

Eю - модуль Юнга;

μ   - коэффициент Пуассона;

[W]    - Допустимый упругий прогиб.

Рис. 4. Расчетная номограмма

13. Расчет производят по допустимым упругим деформациям. Для определения Деформации рекомендуется номограмма рис. 4. Общую осадку конструкции находят по формуле

                                                        ,                                                        (3)

где Еi - модуль упругости i-го слоя (i = 1,2,3... n)*;

Fi - функциональный коэффициент для низа i-го слоя; определяется по номограмме (см. рис. 4) в зависимости от вспомогательной величины Ki:

                                                                                                                          (4)

Hi - толщина дорожной одежды от места приложения нагрузки до низа i-го слоя;

R - радиус расчетного штампа.

* Модули упругости материалов определяются экспериментально или принимаются по проекту «Инструкции по расчету и конструированию полужестких и нежестких дорожных одежд». М., «Транспорт», 1970.

Суммирование деформаций сжатия ведется от верхнего слоя до минерального дна болота, которое считается несжимаемым. Модуль упругости торфяного массива зависит от степени разложения торфа, влажности, плотности и действующего давления, поэтому в каждом конкретном случае требуется экспериментальное определение модуля упругости. Ориентировочно для торфов 1 строительного типа можно принимать следующие значения модуля упругости (табл. 3).

Таблица 3

Для точности расчета можно для торфа производить послойное суммирование по формуле (3) с учетом табл. 3. Ориентировочные значения давления могут быть определены по формуле М.И. Якунина

                                                           ,                                                           (5)

где Z - глубина от поверхности, к которой приложена нагрузка, до точки определения давления.

14. Если в конструкции имеются один или несколько слоев из связных материалов, способных воспринимать растягивающие усилия при изгибе, то при расчете по формуле (4) толщину этих слоев необходимо привести к эквивалентной по формуле Г.И. Покровского

                                                              ,                                                              (6)

где        - общий модуль упругости нижележащих слоев; с достаточной степенью точности можно принять его равным требуемому модулю упругости на поверхности связного слоя;

        Eв   - модуль упругости верхнего слоя.

15. Зная требуемый модуль упругости всей конструкции, определяют толщину верхнего слоя покрытия, исходя из допустимых напряжений на растяжение при изгибе. При этом используют график (рис. 5) и данные табл. 4.

Таблица 4

16. Если в дорожной конструкции имеется несколько слоев из связных материалов, то растягивающие напряжения нужно проверять в каждом таком слое, приводя все вышележащие слои к одному эквивалентному:

                                                       ,                                                       (7)