Страница 27: ВСН 61-89. Изыскания, проектирование и строительство железных дорог в районах вечной мерзлоты (46699)

2. Для обеспечения местной устойчивости откосов в оттаивающих вечномерзлых грунтах или в слое сезонных изменений их свойств и состояния толщину обсыпки и ее изменение по высоте определяют расчетом. Расчет целесообразно выполнять применительно к схемам, приведенным на рис. 1, а, б.

3. Проектирование обсыпки откосов выполняют согласно расчетной схеме рис. 1, в, определяя величину заложения упорной призмы l по формуле

                                                  (1)

где m - показатель заложения поверхности обсыпки проектируемого откоса, принимаемый равным или более 1,3 и 1,5 соответственно для обсыпки из крупнообломочных грунтов слабовыветривающихся пород и из крупнообломочных грунтов сильновыветривающихся пород, дресвяно-щебенистых без содержания глины, гравийно-галечниковых и песчано-гравийных грунтов; h - вертикальная составляющая мощности деятельного слоя (см. рис. 1), определяемая по соотношению

                                                (2)

где hд - мощность деятельного слоя; г, д - расчетные значения угла внутреннего трения, соответственно, глинистого грунта на границе оттаивания и материала обсыпки на длине l; к - обобщенный угол внутреннего трения грунта и обсыпки на длине mh (см. рис. 1, в), необходимый для обеспечения устойчивости откоса; его величину определяют из выражения

                                                (3)

где Т - величина сдвигающего усилия оползневого блока, определяемая по формуле

                                           (4)

q - масса упорного блока, определяемая по формуле

                                                             (5)

G - масса оползневого блока, определяемая по формуле

G = γmHh-q,

Н - высота откоса; Сг - расчетное значение сцепления грунта, определяемое согласно указаниям СНиП 2.02.01-83 и СНиП 2.02.04-88.

Рис. 1. Схема присыпки на откосах для предотвращения сплывов:

а - для нижней части выемки; б - для верха выемки при залегании в нижней части скальных пород; в - расчетная схема

4. Величины, характеризующие прочность грунтов и обсыпки, а также высоту откоса, устанавливают расчетом по данным инженерно-геологических изысканий и материалов проектирования. Показатель заложения откоса n определяют из условия

n > nд,

где nд - допустимая величина заложения откоса выемки в глинистом грунте.

Значение n определяют из зависимости

                                                          (7)

Объем земляных работ может быть уменьшен посредством назначения минимально возможных значений m.

5. Обсыпку откосов глубоких выемок необходимо проектировать с учетом общих конструктивных решений, выполняя решения (1) - (6) для каждой части откоса, не превышающей 3 м, например, применительно к схеме на рис. 1, б.

Пример. Запроектировать обсыпку для откоса высотой 7,5 м из глинистого грунта, имеющего плотность грунта γ = 2 т/м3, коэффициент внутреннего трения tg г = 0,2, сцепление Сг = 0,3 т/м2.

Материал обсыпки - дресвяно-щебенистый грунт, имеющий плотность γ = 2 т/м3, коэффициент внутреннего трения tg д = 0,75.

По условиям сооружения откоса

nд > 1; m > 1,5; hд = 1,4 м.

Определение значения l для m = 1,5 проводим в табличной форме при высоте откосов выемки 3; 5 и 7,5 м.

Полученные значения l откладывают на соответствующих глубинах, начиная от линии крутизной 1:m (рис. 2), а затем поверхность глинистого откоса спрямляют для получения прямой, удовлетворяющей условию n > nд и ширины присыпки на уровне бровки откоса l’ = 0,2 - 0,3 м.

Поверхность откоса глинистого грунта необходимо спрямлять через точки, лежащие на глубинах 3 и 5 м.

При этом получим (см. рис. 2):

Рис. 2. Расчетная схема проектирования обсыпки (к примеру)

В рассматриваемом случае условие n > nд соблюдено. Если бы оказалось n < nд, потребовалось бы увеличить величину заложения откоса m.

Приложение 9

Рекомендуемое

Методика расчета местной устойчивости откосов выемок

1. Расчет местной устойчивости откосов выполняют для грунтов: вечномерзлых, приобретающих при оттаивании в откосах выемок тугопластичную, мягкопластичную или текучепластичную консистенцию;

мерзлых и талых грунтов деятельного слоя, имеющих влажность на пределе текучести Wт  36, твердую, полутвердую или тугопластичную консистенцию и изменяющих объем и строительные свойства при переменном увлажнении - высыхании или промерзании.

Откосы выемок при нормативной крутизне в грунтах твердой и полутвердой консистенции с влажностью на пределе текучести Wт < 36 обладают достаточной устойчивостью и не требуют проверки расчетом.

В грунтах текучей консистенции устойчивость откосов требуется обеспечивать применением специальных укреплений, например, обсыпкой дренирующим материалом. Их устойчивость может быть проверена в соответствии с рекомендуемым приложением 8.

2. Устойчивость откосов в оттаивающих грунтах можно считать обеспеченной, если соблюдается условие

k  kд,

где k и kд - соответственно расчетный и допускаемый коэффициенты устойчивости.

Значение k определяют по формуле

                                                   (1)

где γ - объемная плотность грунта, т/м3; р, Ср - расчетные значения угла внутреннего трения и сцепления грунта; , n = с tg - соответственно угол и коэффициент заложения откоса; А, В - безразмерные коэффициенты, определяемые по графику рис. 1, построенному в зависимости от значения ; hр - мощность деятельного слоя, определяемая по данным мерзлотной съемки или по результатам теплотехнических расчетов; Н - высота откоса.

График рис. 1 построен применительно к схемам деформирования откосов, представленным на рис. 2.

Рис. 1. График для определения коэффициентов А и В

Рис. 2. Схемы к расчету местной устойчивости откосов при значениях коэффициента ξ:

а - менее 0,1; б - 0,1 - 0,2; в - более 0,2

3. Расчетные значения угла внутреннего трения и сцепления грунта определяют:

лабораторными испытаниями оттаявших образцов грунта в сдвиговом приборе по методике неконсолидированного ускоренного сдвига с разделением общего сцепления грунта на структурную и водноколлоидную составляющие;

приближенным способом в зависимости от коэффициента пористости грунта и его влажности на пределе раскатывания.

Разделение общего сцепления грунта на структурную и водноколлоидную составляющие осуществляют путем испытания образцов ненарушенной и нарушенной структур при одинаковых значениях плотности и влажности грунта.

Образцы нарушенной структуры грунтов, имеющих влажность на границе текучести Wт £ 0,25, изготавливают:

из пасты заданной плотности и влажности, для чего сухой грунт предварительно измельчают и просеивают;

из образца с ненарушенной структурой с предварительным образованием в нем поверхности скольжения (например, разрезая образец тонкой проволокой) и последующего сдвига способом «плашка по плашке».

Расчетное значение сцепления Ср при этом принимают

                                                             (2)

где Сcр и Снр - соответственно расчетные значения сцепления, полученные при статистической обработке результатов испытания на сдвиг образцов ненарушенной и нарушенной структуры.

Расчетное значение р определяют из условия

р = н - 2,                                                                 (3)

где н - нормативное значение угла внутреннего трения, определяемое по результатам испытаний образцов ненарушенной структуры.

Расчетное значение сцепления может быть определено приближенно по формуле

                                                             (4)

где IL - показатель консистенции грунта.

4. Нормативное значение Сн можно определять приближенным способом по графику рис. 3, в зависимости от коэффициента пористости и влажности на пределе раскатывания, а угол внутреннего трения н - по формуле

н = 32 - 10ε - 0,25 Wр,                                                      (5)

Рис. 3. Номограмма дам определения нормативных значений Сн

Расчетные значения р и Ср определяют по формулам (3) и (4) с использованием нормативных значений н и Сн, определенных приближенным способом.

5. При использовании значений ?? и С, полученных лабораторным способом, оценку устойчивости откосов допускается выполнять, назначая kд = 1,3, а в случае проведения приближенных расчетов - 1,5.

Пример 1. Проверить устойчивость откоса высотой 6 м, запроектированного при крутизне 1:2,5 в грунтах, имеющих Wр = 18, Wт = 30, W = 25, при мощности деятельного слоя hр, определенной теплотехническим расчетом, равной 1,5 м.

Принимаем плотность скелета грунта равной  = 2,70 т/м3, плотность воды γв = 1 т/м3.

Определяем коэффициент пористости

показатель консистенции

по графику рис. 3 устанавливаем Сн = 0,33 кг/см2;

по формуле (4) определяем

по формуле (5) определяем ??н = 32 - 10∙0,675 - 0,25∙18 = 20,75°;

??Р = 20,75 - 2 = 18°75; tg р = 0,340;

по графику рис. 1 для n = 2,5, А = 16, В = 1,035;

Используя полученные значения расчетных параметров, по формуле (1) определяем величину коэффициента устойчивости

Полученное значение коэффициента устойчивости оказалось больше 1,5, что означает: откос крутизной 1:2,5 при данных условиях будет устойчивым.

6. Для откосов в средне- и сильнонабухающих грунтах твердой, полутвердой и тугопластичной консистенции местная устойчивость оценивается по показателям возможности:,

перехода грунта в текучее состояние;

образования сплывов в слое сезонного промерзания-оттаивания.

7. Устойчивость поверхностных слоев грунта можно считать обеспеченной, если влажность предела текучести Wт окажется больше ожидаемой, определяемой по формуле

                                           (6)

где γск - плотность скелета грунта; анр - показатель набухания грунта под бытовой нагрузкой; fа - показатель пучения грунта после его набухания.

Значение анр можно определять:

лабораторными испытаниями образцов грунта ненарушенной структуры при естественной влажности;

приближенно, используя зависимость

                                                       (7)

где рн - давление набухания грунта, определяемое приближенно по зависимости

рн ≈ 0,6 Wт∙ано;                                                        (8)

где ано - показатель набухания грунта без нагрузки, определяемый по формуле

                                     (9)

где nг - пористость грунта; е - основание натуральных логарифмов.

Значение ано можно также определять как произведение

Ано = А∙В,                                                                    (10)

где А и В - показатели, значения которых можно определять по графику рис. 1.

Значения коэффициента пучения f определяют с учетом изменения влажности и плотности грунта после набухания по данным, приведенным в табл. 1* или по формуле

* Рекомендации по проектированию земляного полотна дорог в сложных инженерно-геологических условиях. М., ЦНИИС, 1974.

                             (11)

где γа - плотность скелета грунта после набухания, определяемая по зависимости

                                                             (12)

где Wа - влажность грунта после набухания, определяемая по зависимости

                                                            (13)

Расчет ожидаемой влажности целесообразно выполнять, используя табличную форму для различных горизонтов деятельного слоя (табл. 2, пример 2).

Таблица 1