Методические рекомендации по применению временной пригрузки взамен выторфовывания при сооружении земляного полотна на торфяных болотах


МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА СССР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ВСЕСОЮЗНЫЙ ДОРОЖНЫЙ НАУЧНО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ (СОЮЗДОРНИИ)

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ВРЕМЕННОЙ ПРИГРУЗКИ ВЗАМЕН ВЫТОРФОВЫВАНИЯ ПРИ СООРУЖЕНИИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА НА ТОРФЯНЫХ БОЛОТАХ

Одобрены Минтрансстроем СССР

Москва 1974

Метод временной пригрузки является простейшим методом, обеспечивающим ускорение осадки. Этот метод не требует никакой специальной механизации и по существу является технологическим приемом. Указанные обстоятельства являются предпосылками для широкого внедрения этого способа (когда он эффективен).

Даны условия применения метода временной пригрузки. Одним из преимуществ метода является то, что он в отличие от других (например, метода вертикального дренирования) позволяет ускорить не только первичную, но и вторичную осадку.

Приведен уточненный метод расчета требуемой величины пригрузки и длительности ее выдерживания. Расчет по предлагаемым зависимостям является простым и достаточно точным.

Даны также рекомендации технологического плана. Обращено внимание на особенности технологии сооружения насыпи с временной пригрузкой. Предусмотрена возможность выполнения работ в летнее и зимнее время. Подчеркнута важность своевременного снятия временной пригрузки.

Предисловие

«Методические рекомендации по применению временной пригрузки взамен выторфовывания при сооружении земляного полотна на торфяных болотах» разработаны в развитие «Методических указаний по проектированию земляного полотна на слабых грунтах» (М., Оргтрансстрой, 1968) и «Указаний по технологии возведения насыпей железных и автомобильных дорог на болотах и устройству построечных дорог» (ВСН 134-66) на основе лабораторных и теоретических исследований, результатов, полученных в процессе проектирования, строительства и эксплуатации специальных опытных участков, сооруженных с применением метода временной пригрузки, а также изучения и обобщения зарубежного опыта.

«Методические рекомендации» составлены канд. техн. наук В.Д. Казарновским при участии канд. техн. наук Э.К. Кузахметовой и инженеров Л.И. Чернявской и Е.С. Кузнецовой.

Замечания и пожелания по данной работе просьба направлять по адресу: 143900, Московская обл., Балашиха-6, Союздорнии.

Общие положения

1. Метод временной пригрузки предназначен для ускорения осадки основания насыпей, возводимых на болотах без выторфовывания или с частичным выторфовыванием. Он может применяться как самостоятельный метод, так и в сочетании с другими способами ускорения осадки или повышения устойчивости основания насыпи.

Метод временной пригрузки может применяться для ускорения осадки на стадии первичной и вторичной консолидации.

Временную пригрузку как самостоятельный метод ускорения осадки насыпей на болотах I и II типа следует рассматривать как вариант решения преимущественно для дорог II-IV категории с покрытиями нежесткого типа (включая асфальтобетон), а также со сборными железобетонными покрытиями при глубине болот до 5 - 6 м.

2. Метод основан на том, что время достижения заданной осадки основания зависит от величины действующей нагрузки и уменьшается с ее ростом (рис. 1).

3. Метод заключается в том, что к поверхности насыпи проектной толщины (высотах) плюс проектная осадка) временно прикладывается некоторая дополнительная нагрузка, снимаемая после достижения подошвой насыпи проектной осадки (рис. 2).

х) В данном случае под высотой насыпи следует понимать расстояние от первоначального уровня поверхности болота до проектной отметки поверхности покрытия дорожной одежды по оси земляного полотна.

4. Дополнительную нагрузку (временную пригрузку) можно осуществить путем отсыпки дополнительного слоя грунта, укладки специальных блоков (цементобетонных, металлических и т.п.) или установки и заполнения водой специальных резервуаров. Поскольку на практике обычно используют устройство исполнительного грунтового слоя, рекомендации относятся к этому способу устройства временной пригрузки.

Рис. 1. Зависимость времени Т достижения заданной осадки S от величины действующей нагрузки Р

5. Применение временной пригрузки возможно при условии, что она не вызовет нарушения устойчивости основания. Опасность нарушения устойчивости определяют расчетами в соответствии с «Методическими указаниями по проектированию земляного полотна на слабых грунтах».

6. Решение о применении метода временной пригрузки должно приниматься на основе технико-экономического сравнения различных способов ускорения осадки.

Для ускорения осадки насыпи на слабом основании, кроме рассматриваемого метода временной пригрузки, могут быть назначены следующие мероприятия: 1) устройство вертикальных песчаных дрен и дренажных прорезей; 2) частичное удаление слабого грунта.

При выборе конструкции насыпи необходимо учитывать также реально имеющиеся средства механизации, сроки строительства, категорию дороги, глубину и протяженность болота, свойства слагающих его болотных грунтов и другие факторы.

7. Если вопрос о применении временной пригрузки взамен выторфовывания решен положительно, необходимо учитывать, что при оставлении в основании насыпи торфяного слоя толщина насыпного слоя должна быть, как правило, не меньше значений, приведенных в таблице (приложение 1).

Рис. 2. Метод временной пригрузки

Рприг - временная пригрузка

Толщина насыпного слоя, указанная в этой таблице, включает толщину слоев дорожной одежды из несвязных материалов и эквивалентную (приведенную к грунту земляного полотна) толщину слоев из материалов, обладающих прочностью на растяжение. В связи с этим в некоторых случаях применение временной пригрузки взамен выторфовывания может потребовать повышения рабочей отметки насыпи.

Возможность применения насыпей, имеющих толщину меньше указанной в таблице приложения 1, требует специальных обоснований динамическими расчетамих).

х)Эти расчеты могут быть выполнены, например, в соответствии с «Методическими рекомендациями по учету воздействия транспортной нагрузки при проектировании автомобильных дорог на болотах». (Минск, «Полымя», 1972).

8. При предварительной оценке целесообразности применения временной пригрузки взамен выторфовывания для болот глубиной до 4 м можно считать, что временная пригрузка окажется экономически эффективным способом при условии:

                                                       (1)

где         hприг - требуемая толщина пригрузочного слоя;

               Св - средняя стоимость 1 м3 выторфовывания;

               Сн - средняя стоимость 1 м3 насыпного грунта (в деле);

               Суд.п - средняя стоимость удаления 1 м3 пригрузки;

               Нб - глубина болота;

               В - ширина земляного полотна по верху;

               2в - ширина земляного полотна по низу.

Если удаляемый слой пригрузки предполагается использовать для возведения насыпи на соседнем участке, то в формуле (1) следует полагать Суд.п=0.

9. Следует также учитывать, что в обычных условиях по технологическим соображениям толщина пригрузочного слоя практически не может быть менее 0,5 и более 1,5 - 2 м. Если требуемая толщина пригрузочного слоя оказывается больше 1,5 - 2 м, следует рассмотреть другие варианты ускорения осадки.

10. Способ временной пригрузки нельзя смешивать со способом перегрузки. Последний применяется для ускорения бокового отжатия слабого грунта и посадки насыпи на плотные грунты, подстилающие слабую толщу, тогда как способ временной пригрузки направлен на ускорение уплотнения слабого грунта при исключении его бокового отжатия.

Расчет требуемой величины временной пригрузки

11. Для расчета конструкции насыпи с временной пригрузкой необходимо определить величину последней. Существуют графический метод расчета и графо-аналитический.

Для расчета требуемой величины временной пригрузки необходимо иметь данные:

а) консолидационных и компрессионных испытаний грунтов слабой толщи;

б) о фактическом строении слабой толщи (геологическое строение, мощность слоя);

в) об условиях отжатия воды из толщи при ее уплотнении под нагрузкой (одностороннее или двустороннее);

г) испытаний грунтов слабой толщи на сдвиг (полевые и лабораторные);

д) о расчетной нагрузке и расчетной осадке слабой толщи (по результатам расчета конструкции насыпи на участке распространения слабых грунтов);

е) о требуемом времени достижения расчетной осадки.

12. Расчет временной пригрузки для насыпей на торфяных болотах при соотношении конечной мощности сжимаемых пластов (т.е. мощности после завершения их сжатия) к ширине насыпи по средней линии (средняя линия трапеции) не более 1 - 1,5 выполняется исходя из схемы одномерного сжатия (одномерная задача). В этом случае снижение сжимающих напряжений по глубине не учитывают. Расчет осуществляют непосредственно по результатам испытаний грунтов слабой толщи на консолидацию, выполняемых в соответствии с «Методические рекомендации по определению компрессионных и консолидационных характеристик слабых грунтов» (М., Союздорнии, 1974).

Графический метод

13. Если консолидационные испытания выполнены в полном объеме (восемь консолидационных кривых; консолидация при четырех различных нагрузках и при двух путях фильтрации), необходимо по расчетным кривым консолидации для образцов при двустороннем отжатии воды (рис. 1 приложение 2) установить время tрасч. достижения расчетной относительной осадки  при различных нагрузках и построить график зависимости  (рис. 2 приложение 2).

По этому графику устанавливается величина tрасч1, отвечающая расчетной нагрузке ррасч.

Аналогичным образом необходимо получить tрасч2, отвечающее расчетной нагрузке ррасч., для кривых консолидации, полученных при одностороннем отжатии воды (hф=h).

14. Поскольку зависимость времени достижения заданной осадки от пути фильтрации описывается выражением

                                                                                   (2)

строят график зависимости в виде прямой  (рис. 3 приложение 2). По этому графику находят значения параметров  и  отвечающие проектной осадке  и расчетной нагрузке ррасч. (рис. 3 приложение 2).

х) Выражение  где  - время достижения заданной относительной осадки  при уплотнении под заданной нагрузкой р образцом высотой hф (при односторонней фильтрации),  и  - параметры, зависящие от величины относительной деформации и нагрузки, предложено Союздорнии (Труды Союздорнии, вып. 60, М., 1972).

15. Требуемое время осадки лабораторного образца (путь фильтрации hф) на величину  соответствующее требуемому времени Ттреб достижения проектной осадки реальным слоем Нф определяют по формуле

                                                      (3)

16. По графику  соответствующему принятому  при расчете по формуле (3) устанавливают величину Ртреб, отвечающую найденной величине tтреб (см. рис. 2 приложение 2).

Величина временной пригрузки определится как разность между требуемой и проектной нагрузками:

                                                          (4,а)

Требуемую высоту пригрузочного слоя можно вычислить по формуле

                                                              (4,б)

где Рприг - требуемая величина временной пригрузки;

g - средневзвешенный объемный вес грунта пригрузки.

Графо-аналитический метод

17. Если консолидационные испытания выполнены не в полном объеме, для определения величины временной пригрузки можно использовать следующую приближенную зависимость времени Т достижения заданной относительной деформации  слабого грунта при величине уплотняющей нагрузки Р

                                                                (5)

где  - параметры, зависящие от заданной деформации и определяемые экспериментально

Нф - расчетный путь фильтрации воды из сжимаемого слоя.

Рис. 3. Расчетные кривые консолидации для определения консолидационных характеристик.

1 - двустороннее отжатие воды; 2 - то же; 3 - одностороннее отжатие воды

18. Для определения параметров  необходимо иметь три расчетные кривые консолидации (рис. 3):

а) образца высотой h (кривая 2) под расчетной нагрузкой Ррасч при двустороннем отжатии воды ();

б) образца высотой h (кривая 1) под нагрузкой Р1>Pрасч при двустороннем отжатии воды ();

в) образца высотой h (кривая 3) под нагрузкой ррасч (или Р1) при одностороннем отжатии воды (hф=h).

19. Порядок определения параметров п. 17 заключается в следующем.

По кривой 2 устанавливаем время tрасч соответствующее расчетной (проектной) относительной деформации

По кривой 1 устанавливаем время t1, соответствующее той же относительной деформации .

Используя выражение (5) для кривой 2 и 1, и учитывая, что при  также являются постоянными, получаем систему уравнений

                                                         (6)

где  при заданном λ - функция только расчетного пути фильтрации hф

Учитывая, что кривые 2 и 1 получены для одного и того же пути фильтрации (), после решения системы уравнений (6) получаем

                                                         (7)

Для определения параметров  по кривой консолидации 3 устанавливаем время t2 достижения расчетной относительной осадки

Используя выражение (5) для кривых 2 и 3, получаем систему уравнений:

                                                      (8)

Решая ее относительно  получаем

                                                   (9)

                                               (10)

20. Требуемая величина временной пригрузки, обеспечивающая возможность достижения реальным слоем Нф заданной осадки за требуемое время Ттреб, устанавливается по формуле

                                            (11)