Страница 2: Методические рекомендации по конструкциям и технологии сооружения земляного полотна при прохождении обводненных болот, озер и грядово-озерковых болотных комплексов в условиях севера Западной Сибири (46197)

Не рекомендуется проектировать дороги на промороженных основаниях на участках топей выклинивания и проточных топей с циркулирующими потоками болотных вод.

Конструкции дорог на промороженных основаниях (см. рис. 3)* включают следующие элементы: торфяное основание, состоящее из талого и промороженного слоев; намороженную плиту из торфа в нижней части земляного полотна; верхнюю (минеральную) часть насыпи; боковые теплоизолирующие призмы из торфа. Промороженный слой торфяного основания и намороженная плита рассредоточивают нагрузки на талые слои основания, что снижает величину его осадки. Устройство в нижней части насыпи намороженной плиты позволяет сократить объем привозных минеральных грунтов, вывести минеральную часть насыпи из зоны постоянного увлажнения.

*Авторское свидетельство № 550477 - «Бюллетень изобретений», 1977, № 10.

15. Конструкцию земляного полотна на промороженном основании на болотах I типа назначают применительно к поперечному профилю типа I (см. рис. 3), а на болотах II и III типов - применительно к поперечным; профилям II и III типа. На болотах II типа конструкцию типа 1 (резервный профиль) предусматривают в том случае, если болото сложено достаточно плотным торфами (??ск ³ 0,1 г/см3) или нижняя часть залежи относится к болотам I типа.

Рис. 3. Поперечные профили насыпей на промороженных основаниях конструкции в период строительства (а) и в процессе эксплуатации на конец теплого периода года (б):

1 - промороженный слой торфяной залежи; 2 - намороженная торфяная плита; 3 - боковые призмы из торфа; 4 - насыпь из минерального грунта; 5 - боковой резерв; 6 - талый слой торфяной залежи; 7 - талые слои торфяной плиты; 8 - граница мерзлого торфяного основания; 9 - минеральное дно болота

Если в верхней части торфяной залежи болот I и II типов имеются слои неустойчивой консистенции (мочажины, жидкие образования), насыпи проектируют применительно к поперечному профилю IV, предусматривая удаление слабых слоев зимой и замену их торфом устойчивой консистенции.

Нижнюю часть насыпи (намораживаемую плиту) устраивают из торфа боковых резервов (профиль типа I) или из торфа сосредоточенных карьеров (профили типа II-IV), закладываемых на болотах I типа.

Торфяную часть насыпи устраивают в серповидном профиле, предусматривая толщину намораживаемой плиты по оси насыпи на 0,2-0,3 м больше, чем по бровкам. Крутизну откосов торфяной насыпи принимают 1:2.

16. Конструкцию земляного полотна при прохождении мелководных озер глубиной до 1,5-2 м (типа оз. Самотлор) назначают в зависимости от несущей способности донных отложений, применительно к поперечным профилям типа I и II (рис. 4), предусматривая устройство торфяной части насыпи в сухом котловане в зимнее время. Крутизну откосов торфяной насыпи принимают не более 1:3.

Нижнюю часть насыпи на озерах устраивают из торфа сосредоточенных карьеров, закладываемых на болотах I типа, с соблюдением рекомендаций п. 15.

Для обеспечения устойчивости откосов торфяной части насыпи необходимо предусматривать их укрепление (например, фашинами) и присыпку грунтом. В качестве временной защиты для снятия ударного воздействия волны земляное полотно применяют деревянные боны.

Рис. 4. Поперечные профили насыпей на озерах:

конструкции в период строительства (а) и в процессе эксплуатации на конец теплого периода года (б): 1 - промороженный слой донных отложений; 2 - намороженная торфяная плита; 3 - насыпь из минерального грунта; 4 - талые слои донных отложений; 5 - талые слои торфяной плиты; 6 - граница мерзлого торфяного основания; 7 - лед; 8 - вода; 9 - минеральное дно озера.

17. Методы полного выторфовывания и посадка насыпи на дно болота (или озера) позволяют получить устойчивое земляное полотно с момента его возведения, но требуют больших объемов земляных работ (до 80-100 тыс. м3 минерального грунта на 1 км).

Использование торфа в основании и в нижней части насыпей позволяет значительно снизить стоимость и повысить темпы дорожного строительства. Однако необходимое качество и устойчивость земляного полотна будут обеспечены при условии, что оно запроектировано и сооружено с учетом прочностных и деформативных свойств торфяного основания.

С учетом высокой эффективности безвыторфовочных методов сооружения земляного полотна в сильно заболоченных районах, отказ от использования торфа при строительстве дорог на Севере должен в каждом конкретном случае быть обоснован технико-экономическим расчетом.

18. Для отсыпки верхней части насыпей на болотах (см. рис. 1-4) можно использовать все виды минеральных грунтов, отвечающих общим нормативным требованиям.

Для отсыпки нижней части насыпей (см. рис. 1) предпочтение следует отдавать дренирующим зернистым грунтам. Толщину дренирующего слоя назначают на 0,5 м больше суммы величин расчетной осадки и глубины выторфовывания.

Учитывая высокую стоимость и трудоемкость получения дренирующих грунтов в заболоченных районах, для отсыпки нижней (подводной) части насыпи допускается использовать местные глинистые грунты, но технология строительства при этом должна обеспечить требуемую степень их уплотнения путем устройства сухих траншей выторфовывания на болотах; отсыпки грунта на промороженный слой донных отложений или на промороженную торфяную залежь.

19. Общую толщину насыпного слоя из минерального грунта Н для насыпей, сооружаемых методом полного выторфовывания или посадкой на минеральное дно болота, определяют как сумму проектной высоты насыпи hН и глубины выторфовывания (глубины болота) НT.

При проектировании земляного полотна с частичным выторфовыванием общую толщину насыпного слоя из минеральных грунтов H определяют как сумму проектной высоты насыпи hН, глубины частичного выторфовывания НТН и величины осадки So оставшегося слоя торфяной залежи (HТ-НТН).

Конструктивные параметры земляного полотна, сооружаемого методом полного или частичного выторфовывания, посадкой насыпи на минеральное дно, назначают в соответствии с требованиями СН 449-72.

20. Общую толщину насыпного слоя грунта Н для плавающей насыпи определяют как сумму проектной высоты насыпи hН и величины осадки торфяного основания по осевому сечению So.

21. Проектную высоту насыпей на болоте hН определяют по единым общим нормативам с учетом требований продольного профиля, обеспечения снегонезаносимости дороги и нормы минимального возвышения низа дорожной одежды над расчетным уровнем воды на болоте.

22. Степень устойчивости торфяного основания (для насыпей высотой более 2,5 м) и величину осадки основания So земляного полотна с частичным выторфовыванием и плавающей насыпи рассчитывают согласно указаниям СН 449-72.

Для ускорения расчетов рекомендуется метод графического определения осадок торфяных оснований применительно к типизации торфов по сжимаемости (см. табл. 1) для условий нефтедобывающих районов Западной Сибири. Сущность метода заключается в приведении слоистой торфяной залежи (слои I-А, I-Б и 2) к условно эквивалентному по сжимаемости слою I-Б с дальнейшим определением осадок по номограмме (рис. 5).

Расчет величины осадки выполняют в такой последовательности:

по графику рис. 5, а определяют эквивалентную мощность торфяного основания Hэнв;

определяют расчетную нагрузку на торфяное основание; по графику рис. 5, б находят величину осадки, для чего по оси абсцисс откладывают расчетную нагрузку и проводят линию параллельно семейству наклонных линий до пересечения с соответствующей линией эквивалентной мощности. Точка пересечения этих линий сносится на ось ординат и определяется величина конечной осадки.

Рис. 5. Номограмма для расчета конечной величины осадки торфяного основания:

а - график приведения трехслойной системы к однослойной, эквивалентной по сжимаемости (Н2=2 м; Н1-Б=1 м; Н1-А= 2 м); б - определение величины осадки эквивалентного слоя ( Нэкв= 4,5 м; р = 0,52 кгс/см2)

23. При конструировании земляного полотна с торфом в нижней части насыпи (см. рис. 2) толщину насыпного слоя из минеральных грунтов hгр назначают в первом приближении равной требуемому возвышению низа дорожной одежды над расчетным уровнем воды на болоте (СН 449-72) и проверяют расчетом на прочность с учетом принятой конструкции дорожной одежды, руководствуясь «Методическими рекомендациями по использованию торфа в нижней части насыпи при строительстве автомобильных дорог на болотах» (Союздорнии, М.,1973).

Рис. 6. Возвышение верха торфяной части насыпи над уровнем воды в зависимости от допустимой влажности грунта на границе с торфом:

1 - пески мелкие и супеси; 2 - суглинки и глины

Толщину нижней (торфяной) части насыпи hТ определяют с учетом необходимого возвышения верха торфяного слоя насыпи над расчетным уровнем воды и осадки торфяного основания по формуле

                                                         (1)

где hвоз - возвышение верха торфяного слоя насыпи над расчетным уровнем воды на болоте, м; определяется по графику (рис. 6) из условия непревышения допустимой влажности Wдоп минерального грунта на границе с торфом;

hгв - расчетный уровень воды на болоте, м; при отсутствии длительно стоящих (более 20 суток), поверхностных вод за расчетный уровень принимают поверхность болота hгв=0;

So и ST - осадка соответственно торфяного основания и торфяного слоя насыпи, м.

24. Величину осадки основания So определяют согласно п. 22 при расчетной нагрузке, устанавливаемой по формуле

                                                        (2)

где hгв и гв - соответственно толщина слоя, м, и объемный вес минерального грунта т/м3;

hвоз и ??Т - соответственно возвышение торфяной части насыпи, м, и объемный вес торфа в нижней части насыпи, т/м3; Т ?? 1 т/м3.

Величину осадки (сжатия) торфяного слоя в нижней части насыпи можно определить по формуле

                                                                   (3)

где lp - модуль осадки торфа нарушенного сложения, мм/м; определяется по формулам:

                                                                  (4)

                                                       (5)

где сн - объемный вес скелета торфа в нижней части насыпи, г/см3;

Q - нагрузка на колесо расчетного автомобиля, тс.

25. Прочность и устойчивость автомобильных дорог на промороженных основаниях (см. рис. 3) будут обеспечены, если земляное полотно будет запроектировано с соблюдением условий (6-13):

;                                                    (6)

;                                                              (7)

 ;                                                     (8)

;                                                      (9)

                                                                 (10)

;                                          (11)

;                                       (12)

,                                                                (13)

где Нн - толщина намораживаемой плиты из торфа, м;

hвоз - возвышение верха торфяной плиты над расчетным уровнем воды на болоте, м (см, п. 23);

hгв - расчетный уровень воды на болоте, м; при отсутствии длительно стоящих (более 20 суток ) поверхностных вод за расчетный уровень принимается поверхность болота и hгв =0;

So и ST - осадка торфяного основания и намороженной: торфяной плиты при максимальном оттаивании ее сверху в период строительства, м;

Нпр - толщина промороженного слоя торфяной залежи, м; назначается в зависимости от несущей способности торфа по табл. 3;

Нg - минимальная толщина мерзлого основания из условия обеспечения деформационной устойчивости конструкции в период стабилизации осадки, м (см. табл. 3);

Bп - требуемая ширина мерзлой торфяной плиты в период строительства земляного полотна и стабилизации осадки, м;

 - ширина минеральной части насыпи понизу, м;

в - ширина берм для размещения защитных призм из торфа, в =3 hгр, где hгр - высота минеральной части насыпи по бровке, м;

Вус - минимальная ширина плиты, при которой обеспечивается плавучесть конструкции в период ее строительства и стабилизации осадки, м; Вус ?? 24 м;

Нуп - высота насыпи, при которой исключаются недопустимые по величине упругие деформации м; принимается по СН 449-72;

tо - среднегодовая температура мерзлого основания (на подошве сезонного оттаивания сверху), рассчитанная по средним многолетним климатическим данным, °С;

hОТ - средняя (по многолетним данным) глубина оттаивания намороженной торфяной плиты сверху, м;

hg - допустимая глубина оттаивания намороженной плиты из условия обеспечения требуемой прочности конструкции в процессе эксплуатации, м;

hog - толщина дорожной одежды, м;

h'гв - толщина слоя минерального грунта под дорожной одеждой, м;

h'OT - глубина оттаивания многослойной дорожной конструкции сверху в наиболее теплый (расчетный) год, м;

hпр - глубина промерзания многослойной дорожной конструкции сверху, м;

hпред - предельная толщина мерзлой торфяной плиты, устанавливаемая из условий обеспечения прочности, устойчивости и усталости конструкции в период ее эксплуатации, после полной консолидации торфяного основания, м (табл. 4).

Таблица 3

Таблица 4