Страница 17: Методика оценки безопасности движения и транспортных качеств автомобильных дорог (46582)

Результаты анализа сводятся в следующую таблицу.

Таблица 32

Влажность грунтов земляного полотна во многом определяет сопротивление его нагрузкам.

Накопление влаги в теле земляного полотна приводит к потере несущей способности, образованию деформаций земляного полотна дорожной одежды. Прочность грунтов зависит главным образом от степени их влажности.

Из всех существующих методов определения влажности наибольшее распространение получил весовой метод.

Из характерных горизонтов в шурфах отбираются пробы грунта. В некоторых случаях влажность дополнительно определяют на глубине 0,2 - 0,4 м, где определяется модуль деформации.

Пробу грунта весом 40 - 70 г помещают в металлический бюкс с плотно прижатой крышкой, взвешивают три раза и за достоверное принимают среднее из трех взвешиваний.

Взвешивание грунта производят сразу после отбора пробы грунта в поле, так как при перевозке его в стационарную лабораторию часть влаги может испариться.

В стационарной лаборатории грунт высушивают до постоянного веса в сушильных шкафах при температуре 100 - 110°, причем крышки бюксов открывают. Для просушки глинистых и суглинистых грунтов необходимо 5 - 6 час, супесчаных 3-х час. Затем бюкс закрывают крышкой и охлаждают до комнатной температуры. Охлажденный бюкс с грунтом взвешивают и вновь помещают в сушильный шкаф на 2 часа; затем опять охлаждают и взвешивают. Если разница в весе превышает 0,02 г, сушку повторяют.

Влажность вычисляют по формуле:

                                                         (27)

где: q - вес пустого бюкса, г;

q1 - вес влажного грунта с бюксом, г;

q0 - вес высушенного грунта с бюксом, г.

Более характерным показателем физического состояния грунта является его относительная влажность Kw, которая характеризует степень заполнения пор грунта водой. Относительную влажность определяют расчетным путем, как отношение фактической влажности к влажности при полном насыщении грунта, когда грунт начинает переходить в текучее состояние (предел текучести грунта).

При Kw < 0,5 грунты считают маловлажными, при Kw = 0,5 - 0,8 - очень влажными. При Kw > 0,8 - грунты практически насыщены свободной водой и остающийся в них воздух находится в виде отдельных пузырьков.

Для оценки степени уплотнения грунтов в земляном полотне и при определении устойчивости откосов, насыпей, склонов и т.д. необходимо при грунтовых обследованиях определять объемный вес скелета грунта методом режущего кольца, а при выкрашивающихся грунтах - методом парафинирования или песчаного эквивалента.

Объемный вес γоб вычисляют по формуле:

                                                         (28)

где q - вес образца грунта, г;

V - объем кольца, см3.

Для оценки степени уплотнения используют вес сухого грунта, а для проверки устойчивости - естественную влажность.

Удельный вес грунта обычно определяют в стационарных лабораториях.

Поскольку величина его меняется в узких пределах, при обработке материалов обследований можно исходить из средних значений, равных:

крупнообломочные, песчаные непылеватые грунты - 2,66 г/см3; пылеватые пески, супеси - 2,7 г/см3; суглинки, глины - 2,7 г/см3.

Зная объемный и удельный вес грунта, можно вычислить общую пористость грунта (отношение объема пор в грунте ко всему объему грунта), выражаемую в %, и коэффициент пористости - отношение объема пор в грунте ко всему объему твердой фазы (скелета) грунта.

При оценке свойств грунта широко используются показатели пластичности.

Влажность, при которой грунт переходит из пластичного состояния в текучее, называют верхним пределом пластичности, а из пластичного состояния в твердое - нижним пределом пластичности.

Разность между значениями влажности, выраженная в процентах на пределе текучести и пределе раскатывания, называется числом пластичности.

Wп = Wт - Wр.                                                           (29)

Верхний предел текучести определяют при помощи балансирного конуса или методом раскатывания Аттерберга. Нижний предел текучести определяют методом раскатывания грунта в шнур. По числу пластичности судят о содержании в грунтах глинистых частиц. С увеличением в грунте количества глинистых частиц число пластичности увеличивается. На основании числа пластичности разработана дорожная классификация грунтов.

Определение степени уплотнения грунтов проводится в пределах активной зоны, т.е. в верхних слоях земляного полотна до глубины 0,5 - 0,8 м, где напряжения, вызываемые проездом автомобилей, существенно (более чем в 5 - 10 раз) превышают давление от собственного веса грунта и дорожной одежды.

Степень уплотнения грунта определяют в приборе стандартного уплотнения по методу Союздорнии.

Для определения плотности из шурфов отбирают пробу грунта весом 3,0 - 3,5 кг.

Фактический коэффициент уплотнения определяют как отношение:

                                                           (30)

где: γс - объемный вес скелета грунта,

γ0 - стандартная или оптимальная плотность грунта, полученная методом стандартного уплотнения в приборе Союздорнии.

По величине фактического коэффициента уплотнения определяют соответствие плотности грунта требованиям технических условий.

Все упомянутые методы определения физико-механических свойств грунтов стандартизированы и при их проведении в условиях обследований подлежит руководствоваться имеющимися руководствами и лабораторными пособиями.

§ 23. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ ГРУНТА ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

Правильное установление величины характеристик прочности грунтов имеет очень большое значение для проверочных расчетов дорожных одежд и проектирования их усиления.

Прочность грунта характеризуется модулем деформации. В течение года модуль деформации грунта изменяется. Поэтому необходимо определять его расчетную величину во время наибольшего ослабления, чтобы дать оценку прочности грунтов земляного полотна в наиболее неблагоприятный период года. В условиях большей части СССР этому соответствует конец периода весеннего оттаивания грунта.

Продолжительность ослабленного состояния грунта обычно не превышает одной - полутора недель. Очень важно захватить обследованиями этот период и провести необходимое число испытаний. В связи с этим оценку модулей деформаций грунтов земляного полотна проводят по упрощенным методам испытаний грунтов вдавливанием штампа.

Для определения модуля деформации грунта наибольшее распространение получил навесной пресс.

На рис. 48 показана конструкция навесного рычажного пресса. Рычажной пресс монтируется на автомобилях типа ЗИЛ-164 или МАЗ-200.

Рис. 48. Схема рычажного пресса

Соотношение плеч навесного рычажного пресса равно 1:20.

Величину вдавливания штампа 6 измеряют двумя мессурами 7, прикрепленными к опорной балке 9 держателями 8.

Процесс определения модуля деформации грунта заключается в следующем:

1. Автомобиль устанавливают таким образом, чтобы середина упорной балки 1 и рамы автомобиля 10 находилась над серединой шурфа, отрываемого на обочине у кромки проезжей части.

2. Под задние и передние колеса подкладывают упорные бруски.

3. Рычаг 2 с домкратной стойкой 5 прикрепляют к спаренному швеллеру.

4. На оба конца рычага одеваются каретки (малая 3 и большая 4).

5. Устанавливают штамп под рычажной стойкой так, чтобы его центр находился на оси рычажной стойки, устанавливаемой в строго отвесном положении.

6. На месте установки штампа отрывают шурф глубиной 25 - 50 см с выровненным дном. Штамп должен плотно прилегать к площадке вдавливания. Для выравнивания неровностей основания можно применять подсыпку песка.

После окончательной пригонки штампа устанавливают поперек шурфа жесткую балку для крепления мессур, измеряющих осадку штампа после приложения нагрузки.

Опоры балки должны быть удалены от штампа не менее чем на два его диаметра. Мессуры устанавливают по диаметру штампа, параллельному балке, на равном расстоянии от центра штампа.

В процессе испытания к штампу прикладывается несколько ступеней нагрузки. Вначале для уравновешивания рычага загружают маленькую каретку гирями, которые остаются до конца испытания.

После уравновешивания рычага, проворачивая воротком переходник, имеющий резьбу, приводят рычаг в горизонтальное положение и записывают два начальных отсчета по мессурам. Нагрузку прикладывают ступенями, нагружая в большую каретку по одной гире весом 20 кГ.

После загрузки рычаг приводят в горизонтальное положение при помощи воротка и берут отсчеты по мессурам. Каждую ступень загрузки выдерживают до практически полной стабилизации осадки (приращение не более 0,05 мм за пять минут).

Обычно при определении модуля деформации грунтов применяют семь ступеней нагружения: 400, 800, 1200, 1600, 2000, 2400, 2800 кГ, а на слабых пучинистых участках три ступени нагружения: 400, 800 и 1200 кГ.

Для каждой ступени нагрузки вычисляют удельное давление Pуд. Относительная деформация λ вычисляется по показаниям двух мессур, как .

Данные испытаний записываются в специальную таблицу.

Таблица 33

Местоположение испытаний км ... + ....

По данным измерений строят график (рис. 49) зависимости относительной деформации от удельного давления подошвы штампа на грунт. Через экспериментальные точки графика проводят осредненную плавную кривую.

Рис. 49. Зависимость относительной деформации от удельного давления на грунт

По графику λ = f(Pуд) находят значения расчетной относительной деформации, принимаемой для грунтов равной λрас = 0,01, и соответствующее ей значение Pуд.

Модуль деформации вычисляют по формуле:

                                                               (31)

где Pуд - удельное давление на штамп, соответствующее расчетной деформации;

λ - относительная деформация, 0,01.

На одном из участков дороги, во избежание ошибок, модуль деформации грунта определяют дважды.

Местоположение второго испытания находится на расстоянии 7 - 10 м от первого.

Все вычисления производят непосредственно в поле, и при достаточном навыке вычисления это занимает не более 10 мин. В случае, если расхождения между полученными значениями превышают 5 %, проводится еще одно испытание.

На сильно увлажненных пучинистых участках часто оказывается невозможным определить модуль деформации грунтов. Поэтому на этих участках в первую очередь проводят работы по усилению дорожной одежды.

Полученные при обследовании дороги значения модулей деформации сводятся в таблицу, в которой также отмечают отметки земляного полотна и состояние водоотвода, а также строят линейный график изменения модулей деформации грунта по всему протяжению дороги.

Таблица 34

Как правило, в местах определения модуля деформации грунта делают грунтовые обследования, описанные в § 21, 22.

По отношению абсолютной влажности к нижней границе текучести находят относительную влажность и строят зависимости модуля деформации от относительной влажности для различных типов грунта.

Как видно из графика (рис. 50), построенного для мелкой супеси, прочности грунта уменьшаются с увеличением влажности и при относительной влажности порядка. 1,5 для данного грунта достигает лишь 10 кг/см2. По данному графику назначают расчетный модуль грунта в зависимости от условий увлажнения или улучшают водоотвод с тем, чтобы увеличить прочность грунта.