где hв - толщина верхнего слоя;
hн - толщина нижнего слоя;
Eв, Eн - модуль упругости, соответственно, верхнего и нижнего слоев.
17. Полученную конструкцию проверяют по условию равновесия на сдвиг грунтового основания. Эта проверка не относится к покрытиям низшего типа. Если толщина конструкций оказывается недостаточной, то ее увеличивают за счет слоя из наиболее дешевого материала.
Проверку выполняют в такой последовательности:
а) многослойную одежду представляют в виде двухслойной, в которой все верхние слои, расположенные выше проверяемого, заменяют одним слоем с модулем упругости Еср, определяемым по следующей формуле:
, (8)
где Е, h - модуль упругости и толщина слоев.
Рис. 5. Изгибающие напряжения в покрытии в зависимости от его относительной толщины h/R и соотношения модулей упругости покрытия и основания E1/Eн
Затем по формуле (3) и рис. 4 определяют модуль упругости на поверхности проверяемого слоя (Eн);
б) исходя из величины Еср к Ен по номограммам, приведенным на рис. 6-8, определяют величину h, при которой будет обеспечено предельное равновесие.
Пример расчета дорожной конструкции приведен в приложении.
18. Общая высота насыпи над расчетным уровнем воды на болоте составляет:
h = hт + hм.
При назначении высоты насыпи в соответствии с пп. 7-18 снегонезаносимость земляного полотна в рассматриваемых районах обеспечена.
Рис. 6. Номограмма для проверки порожной одежды по местному предельному равновесию в суглинистом грунте (цифры на кривых означают средний модуль упругости Eср вышележащих слоев)
Рис. 7. Номограмма для проверки по местному предельному равновесию в супесчаном грунте основания (цифры на кривых - Eср вышележащих слоев)
Рис. 8. Номограмма для проверки песчаного слоя по местному предельному равновесию (цифры на кривых соответствуют модулю упругости песка)
Расчет устойчивости и осадки торфа
19. Степень устойчивости, величину осадки и время уплотнения торфяного основания рассчитывают в соответствии с «Методическими указаниями по проектированию земляного полотна на слабых грунтах» (М., Оргтрансстрой, 1968).
Расчет торфяной части насыпи производят следующим образом.
Расчет устойчивости
20. Степень устойчивости торфяной части насыпи оценивают коэффициентом безопасности Kбез:
,
где Pбез - безопасная нагрузка;
Pт - расчетная нагрузка, передаваемая на поверхность торфяной части насыпи (п. 21).
Безопасная нагрузка определяется по уравнению
Pбез = Mc ∙ C + γмMh ∙ hм,
где ;
;
γм - объемный вес минеральной части насыпи (включая дорожную одежду), т/м3;
hм - толщина минеральной части насыпи (включая дорожную одежду), м;
??, С - угол внутреннего трения и сцепления (тс/м2) торфяной части насыпи.
21. Расчетная нагрузка, передаваемая на поверхность торфяной части насыпи, находится по формуле
, (9)
где Q - нагрузка на колесо расчетного автомобиля, кгс;
γм - объемный вес минерального грунта насыпи, кг/см3;
hм - толщина минеральной части насыпи, см.
22. Значения расчетных показателей определяют лабораторными и полевыми испытаниями торфов. Приближенно величины этих показателей для торфов могут быть назначены или рассчитаны исходя из плотности торфа γск.
23. Численные значения угла внутреннего трения и сцепления С для торфа нарушенного сложения в зависимости от объемного веса скелета приведены в табл. 5.
Таблица 5
|
Объемный вес скелета торфа, г/см3 |
Структура нарушена |
|
|
|
φ, град |
С, кгс/см2 |
|
0,22 |
32 |
0,09 |
|
0,20 |
28 |
0,10 |
|
0,17 |
25 |
0,10 |
|
0,14 |
21 |
0,10 |
|
0,13 |
19 |
0,09 |
Расчет осадки
24. Для расчета осадки используют модуль осадки р:
Sс = 0,001 ∙ р ∙ Hр, (10)
где Sс - осадка торфяного слоя, м;
Hр - толщина этого слоя, м.
В зависимости от величины расчетной нагрузки, действующей на поверхности торфяного слоя насыпи (см. п. 21), ориентировочные значения модуля осадки торфов нарушенного сложения могут быть назначены по табл. 7.
Таблица 7
|
Вид торфа |
Объемный вес скелета, г/см3 |
Модуль осадки р , мм/м, при нагрузке, кгс/см2 |
||
|
|
|
0,2 |
0,5 |
0,7 |
|
Низинный |
0,12-0,15 |
340-360 |
410-430 |
470-490 |
|
|
0,15-0,18 |
280-320 |
330-370 |
370-430 |
|
|
0,18-0,20 |
260-280 |
320-350 |
350-370 |
|
Верховой |
0,07-0,09 |
220-250 |
400-420 |
430-480 |
|
|
0,09-0,12 |
190-220 |
330-360 |
370-420 |
|
|
0,12-0,18 |
160-190 |
260-320 |
300-350 |
Расчет времени уплотнения торфа
25. Время уплотнения торфяной части земляного полотна в случае использования глинистых грунтов для минеральной части насыпи можно приближенно определить по формуле
, (11)
где tт - время уплотнения торфяной части насыпи толщиной Hр
t - время консолидации лабораторного образца торфа нарушенной структуры высотой h;
в1 - полуширина понизу минеральной части насыпи;
ч1 - показатель степени консолидации, определяемый по результатам лабораторных испытаний образцов торфа нарушенной структуры разной высоты,
, (12)
t1, t2 - время уплотнения образцов высотой h1 и h2
tм - время, в течение которого торф нижней части насыпи находится в мерзлом состоянии (для районов Среднего Приобья этот период составляет 5,5-6,5 месяцев).
26. При назначении срока устройства покрытия за расчетное время консолидации принимают наибольший период стабилизации торфяного основания или торфяной части насыпи.
Расчет ширины резервов
27. Размеры резервов определяют с учетом потребности в торфе для отсыпки нижней торфяной части насыпи. При подсчете объема торфа, перемещаемого из резервов в насыпь, изменение его объема за счет разрыхления можно не учитывать.
Расчет ширины резерва можно произвести с помощью номограммы рис. 9.
Для этого с учетом высоты минеральной части насыпи и подвижной нагрузки определяют удельную нагрузку Р на торф (см. п. 21).
Рис. 9. Номограмма для определения ширины резервов
Зная удельную нагрузку, находят осадку торфа S нижней части насыпи и основания.
Исходя из высоты минеральной части насыпи hм и осадки торфа S, определяют площадь торфяной части насыпи Fт по левой части номограммы (см. рис. 9). Затем с учетом уплотнения торфа вычисляют площадь резерва Fр:
, (13)
где ?? - коэффициент, зависящий от ширины земляного полотна поверху В:
при В = 8 м - ?? = 0,88;
при B =10 м - ?? = 1,00;
при В =12 м - b = 1,12;
Нδ - глубина болота.
Зная глубину резерва и используя правую часть номограммы (см. рис. 9), находят требуемую ширину резерва исходя из определенной по формуле (13) площади резерва.
Технология работ по сооружению земляного полотна
28. В комплекс работ по возведению земляного полотна на болотах с использованием торфа в основании нижней части насыпи входят:
а) подготовка полосы отвода и основания;
б) отсыпка нижней части земляного полотна из торфа;
в) отсыпка верхней минеральной части насыпи.
29. Подготовку полосы отвода начинают с наступлением устойчивых отрицательных температур воздуха, когда становится возможным проезд по болоту. При этом толщина промерзшего слоя должна быть не менее 25-30 см.
30. В целях более быстрого промерзания торфа по полосам движения экскаватора с внешних сторон от подошвы насыпи очищают с помощью бульдозера снег, кустарник, мелколесье и кочки на ширину 5-7 м и на длину фронта работ экскаватора.
31. После промерзания очищенных полос на глубину, обеспечивающую работу экскаватора, бульдозером удаляют снег с основания насыпи и с полосы одного бокового резерва на всю длину фронта работы. Полосу другого резерва оставляют под снегом.
32. На очищенной полосе разбивают земляное полотно (восстанавливают ось насыпи, отмечают линии подошвы насыпи, разбивают контуры бокового резерва). Земляное полотно сооружают как в зимний, так и в летний период.
33. Разработку торфа в резерве в зимний период ведут экскаваторами-драглайнами с предварительным рыхлением промерзшего слоя торфа клин-молотами. При этом экскаватор движется вдоль бровки траншеи, разрабатывая ее за одну проходку. Торф, вынутый из резерва, укладывают в насыпь на всю ширину земляного полотна. При этом не допускается укладка в насыпь льда и мерзлых комьев торфа, размер которых превышает 1/3 толщины торфяной части насыпи (Hт).
Если длина стрелы экскаватора не позволяет укладывать торф на всю ширину насыпи, часть его укладывают в промежуточный вал, из которого в дальнейшем торф перемещают бульдозером в насыпь под углом к оси земляного полотна.
34. Торф, уложенный в насыпь, разравнивают бульдозером. При этом он уплотняется до плотности, примерно равной плотности естественной залежи. Дальнейшее уплотнение торфяной части насыпи и торфяного основания происходит под действием веса минеральной части насыпи и подвижной нагрузки.
35. После отсыпки торфа из одного бокового резерва на всю ширину земляного полотна и на всю длину фронта работ экскаватора начинают разработку противоположного резерва. Расчищают полосу от снега, льда, мелколесья и кустарника, отсыпают и уплотняют второй слой насыпи таким же способом, как первый.
36. При отсыпке торфа высота торфяной части насыпи над поверхностью болота Нр после разравнивания и уплотнения бульдозером должна составлять:
, (14)
где Hт - толщина нижней (торфяной) части насыпи;
Hδ - глубина болота;
S0 - осадка торфяного основания.
Ширина поверху торфяного слоя (Вт) насыпи должна быть не менее ширины минеральной части насыпи понизу:
Bт = B + 2hм ∙ m,
где В - ширина насыпи поверху;
hм и m - соответственно толщина и заложение откосов минеральной части насыпи.
37. Отсыпку торфяной части насыпи можно вести экскаваторами с обратной лопатой, но в этом случае весь торф, вынутый из бокового резерва, укладывают в промежуточный вал, а затем бульдозером перемещают в насыпь.
38. После устройства торфяной части насыпи и промерзания ее на величину 10-15 см производят послойную отсыпку и уплотнение минеральной части насыпи до требуемой плотности (0,95-0,98 от плотности стандартного уплотнения).
Грунт доставляют с помощью автомобилей-самосвалов. Отсыпку насыпи ведут с «головы». Привезенный грунт разравнивают и уплотняют слоями толщиной, зависящей от вида уплотняющих средств (ВСН 97-63). Разравнивают грунт только после отсыпки его по всей длине захватки и непосредственно перед уплотнением. При уплотнении нижнего слоя минерального грунта количество проходов уплотняющих средств должно быть увеличено в 1,5-2 раза по сравнению с нормами ВСН 97-63 дополнительные проходы уплотняющих средств позволяют несколько уплотнить торфяной слой земляного полотна, повысив прочностные показатели торфов нарушенного сложения. Для окончательного уплотнения целесообразно использовать тяжелые катки, например Д-551.
39. При производстве работ в летний период расчистку полосы отвода от леса и кустарника выполняют согласно СНиП III-Б.2-62.
40. Для разработки торфа в резервах применяют экскаваторы-драглайны, передвигающиеся непосредственно по поверхности болота или, в случае низкой несущей способности торфяной залежи, по щитам. Щиты переставляются экскаватором путем строповки их к ковшу. Для повышения производительности экскаватора емкость ковша может быть увеличена на 30-50 %.
41. Разработанный торф отсыпают в вал. После этого предусматривают технологический перерыв не менее 5 суток для снижения влажности торфа в валу. Проектные размеры насыпи придают торфяному массиву бульдозером, который перемещает торф слоями толщиной 30-40 см под углом 45° от оси насыпи к откосам.
42. Предварительное уплотнение вала торфа производят трактором Т-100 МБ за 10 проходов и более по одному следу при движении от оси к краям. Признаком окончания укатки является обеспечение возможности движения трактора на III передаче.
43. После придания насыпи проектных размеров торфяную часть окончательно уплотняют бульдозерами или тракторами болотной модификации за 10-12 проходов по одному следу при движении от краев к середине.
44. Минеральную часть насыпи отсыпают с помощью самосвалов с «головы». Грунт разравнивают бульдозером и уплотняют послойно катками на пневматических шинах.
