Методические рекомендации по совершенствованию методов расчета дренирующих слоев и уточнению требований к материалам для их устройства (48303)

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ВСЕСОЮЗНЫЙ ДОРОЖНЫЙ НАУЧНО- ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

СОЮЗДОРНИИ

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ДРЕНИРУЮЩИХ СЛОЕВ И УТОЧНЕНИЮ ТРЕБОВАНИЙ К МАТЕРИАЛАМ ДЛЯ ИХ УСТРОЙСТВА

Москва 1985

Утверждены директором Союздорнии

кандидатом технических наук Э.М. Добровым

Одобрены Главтранспроектом

(письмо № 3002/13/1-22 от 27.07.83)

Изложены требования к материалам для устройства дренирующих слоев, работающих по принципу осушения и поглощения. Даны расчетные зависимости для определения коэффициента фильтрации материала без проведения фильтрационных испытаний.

Изложен расчет толщины дренирующих слоев, работающих по принципу поглощения.

Даны расчетные зависимости для определения угла внутреннего трения песчаного грунта, учитывающие повторный характер воздействия нагрузки. Рекомендованы значения удельного сцепления и модуля упругости песчаного грунта. Изложена методика определения прочностных и деформационных характеристик песчаного грунта с учетом повторного воздействия нагрузки.

Освещены вопросы технико-экономического обоснования проектных решений. Даны примеры расчета.

Предисловие

Устройство дренирующих слоев, работающих по принципу осушения, в ряде случаев затруднено из-за необходимости применения привозных кондиционных песков и других хорошо фильтрующих зернистых материалов (дальность возки достигает 50 км, а стоимость 1 м3 песка достаточно высока - до 10 руб.). В «Методических рекомендациях по совершенствованию методов расчета дренирующих слоев и уточнению требований к материалам для их устройства» предлагается снизить объем привозных песков путем внедрения в практику строительства дренирующих слоев, работающих по принципу поглощения.

Применение некондиционных песков в дренирующих слоях требует учета морозного пучения и условий размещения воды в порах грунта в момент оттаивания, а также динамической сдвигоустойчивости этих песков.

В настоящих «Методических рекомендациях» приведена методика и предложены расчетные зависимости для определения прочностных и деформационных характеристик песка под действием транспортной нагрузки с учетом интенсивности движения автомобилей и влажности песков. Введение в расчет упомянутых динамических характеристик позволяет более надежно обеспечивать сдвигоустойчивость песка дренирующих слоев, работающих по принципам поглощения и осушения, и прочность всей дорожной конструкции.

«Методические рекомендации» разработали доктора технических наук В.Д. Казарновский (Союздорнии), М.Б. Корсунский (Ленинградский филиал Союздорнии), кандидаты технических наук В.И. Рувинский (Союздорнии), В.Н. Гайворонский (Ленинградский филиал Союздорнии), В.М. Смирнов (Гипродорнии). Общее редактирование выполнено В.Д. Казарновским.

1. Общие положения

1.1. Настоящие «Методические рекомендации» предназначены для применения при проектировании и реконструкции автомобильных дорог в районах избыточного увлажнения и сезонного промерзания грунтов во II и III) дорожно-климатических зонах.

1.2. Осушение основания дорожной одежды и подстилающих грунтов следует предусматривать на участках дорог, где земляное полотно возводится из грунтов, коэффициент фильтрации которых не отвечает требованиям, предъявляемым к материалам дренирующих слоев, работающих по принципу осушения или поглощения, т.е. мероприятия по осушению необходимо проводить в случае возведения земляного полотна из грунтов с коэффициентом фильтрации менее 0,5 м/сут.

Тип конструкции следует выбирать на основании технико-экономического сравнения вариантов, включая устройство дренирующих прослоек из синтетических нетканых материалов (СНМ) и дренирующих слоев из зернистых материалов, работающих по принципу осушения или поглощения.

1.3. Расчет дренирующих прослоек из СНМ для отвода воды атмосферных осадков, просочившейся через покрытие, а также воды, отжимаемой из грунта при его осадке после оттаивания и под действием динамической нагрузки, следует проводить согласно «Методическим рекомендациям по проектированию оптимальных конструкций земляного полотна автомобильных дорог на основе методов расчета и регулирования водно-теплового режима» (Союздорнии. М., 1983).

1.4. При проектировании дренирующего слоя необходимо предусматривать возможность осушения основания дорожных одежд, обеспечения сдвигоустойчивости самого зернистого материала и прочности всей дорожной конструкции.

1.5. Дренирующий слой, работающий по принципу осушения, следует проектировать исходя из условия, что суммарный суточный приток воды, поступающей в основание проезжей части, полностью отводится за тот же период времени. При этом необходимо предусматривать: возможность кратковременного (в течение 3 - 6 сут) размещения воды в свободных порах дренирующего слоя из-за разных сроков оттаивания дренажной системы. Конструирование дренажных устройств и расчет дренирующих слоев, работающих по принципу осушения, нужно проводить согласно «Инструкции по проектированию дорожных одежд нежесткого типа» ВСН 46-72.

1.6. Дренирующий слой, работающий по принципу поглощения, следует проектировать из условия размещения в порах песчаного грунта в течение длительного времени воды, поступающей в основание проезжей части. Расчет толщины такого слоя нужно проводить согласно разд. 3 настоящих «Методических рекомендаций», а величину притока воды, поступающей в дренирующий слой, устанавливать на основе «Методических рекомендаций по расчету водно-теплового режима для разработки оптимальных конструкций земляного полотна автомобильных дорог» (Союздорнии. М., 1983).

1.7. Дренирующий слой, работающий по принципу поглощения, выполняет также функции морозозащитного слоя. В этом случае толщину слоя назначают из условия обеспечения дренирования и морозозащиты дорожной одежды, руководствуясь положениями упомянутых в п. 1.6 «Методических рекомендаций».

1.8. Расчет дорожной одежды на прочность следует проводить в соответствии с «Инструкцией» ВСН 46-72 с учетом прочностных и деформационных характеристик песчаного грунта дренирующего слоя, определяемых по новой методике в специальной установке (типа стабилометра), которая позволяет достаточно полно моделировать работу песчаного грунта под воздействием транспортных нагрузок (см. приложение к настоящим «Методическим рекомендациям»).

В этом случае в расчет не вводится коэффициент, учитывающий снижение сопротивления грунтов сдвигу под действием повторных нагрузок.

При ориентировочных расчетах можно устанавливать значения угла внутреннего трения и удельного сцепления (прочностные характеристики), а также модуля упру госты (деформационная характеристика) в соответствии с разд. 4 настоящих «Методических рекомендаций».

1.9. Для устройства дренирующих слоев, работающих по принципу осушения, следует применять материалы с коэффициентом фильтрации не менее 1 м/сут.

Материал с коэффициентом фильтрации 1 - 2 м/сут целесообразно применять на участках, где он одновременно выполняет дренирующие и морозозащитные функции. В этих случаях дренирующий слой устраивают на всю ширину земляного полотна и в нем допускается непродолжительная частичная аккумуляция свободной воды, если обеспечивается существенный запас над ней дренирующего материала, предотвращающего возникновение «гидравлического удара».

Для устройства дренирующего слоя сравнительно не большой толщины (до 30 см) на всю ширину земляного полотна следует применять материалы с коэффициентом фильтрации 10 м/сут и более и коэффициентом неоднородности , обладающие незначительным капиллярным поднятием. Для устройства дренирующего слоя только на ширину проезжей части до закромочных дрен могут быть использованы материалы с коэффициентом фильтрации 2 - 10 м/сут. Большее значение коэффициента фильтрации соответствует большей длине пути фильтрации, определяемой числом полос движения и видом поперечного профиля (одно- или двухскатный).

1.10. При устройстве дренирующих слоев, работающих по принципу осушения, в районах с количеством атмосферных осадков более 300 мм в год следует принимать специальные меры по предупреждению разрушения усовершенствованного покрытия в результате «гидравлического удара» на участках дорог с интенсивностью движения более 200 авт./сут с нагрузкой на ось более 60 кН (6 тс). На таких участках вода, поступающая с поверхности в основание под покрытие, должна быть отведена за пределы проезжей части в течение 1 - 2 ч. Для достижения этого дренирующий слой следует устраивать из прочных зернистых материалов со сравнительно узким диапазоном размеров частиц, например 5 - 20, 10 - 20 или 20 - 30 мм. Такие высокопористые слои следует устраивать взамен слабофильтрующих слоев основания.

1.11. При устройстве дренирующих слоев, работающих по принципу поглощения, величина коэффициента фильтрации песчаного грунта должна быть такой, чтобы не происходило образования слоя воды под дорожной одеждой, а вода атмосферных осадков, поступающая через покрытие проезжей части в дренирующий слой, полностью впитывалась бы в тот же момент времени в поры этого слоя. Этим требованиям обычно удовлетворяют песчаные грунты с коэффициентом фильтрации 0,5 м/сут и более.

1.12. При оценке песчаного грунта в предполагаемом для разработки карьере должны быть отобраны как минимум 15 проб на каждые 500 м3 песчаного грунта. По этим пробам в соответствии с п. 2.3 настоящих «Методических рекомендаций» устанавливают значение коэффициента фильтрации.

1.13. При разработке вариантов дренирующих слоев, работающих по принципу осушения и поглощения, следует учитывать положительные и отрицательные стороны каждой из этих конструкций.

Дренирующие слои, работающие по принципу осушения, нужно устраивать из кондиционных песчаных грунтов или высокопроницаемой скелетной смеси (щебня или гравия) открытого типа (с незаполненными пустотами) и укладывать этот слой под дорожной одеждой на всю ее ширину с дренажными трубами для сбора и быстрого отвода воды за пределы земляного полотна. При этом необходимо обеспечить выходы дренирующего слоя на откос. Кроме того, следует устраивать противозаиливающую защиту дрен и дренирующих слоев, а также защиту выпусков труб от замерзания в них воды. Высокие требования предъявляются к качеству устройства дренажа, плотности и ровности земляного полотна, а также к содержанию дренажа в процессе эксплуатации автомобильной дороги, чтобы исключить скапливание воды в дренирующем слое.

При устройстве дренирующих слоев, работающих по принципу поглощения, требуется устраивать более мощные слои из песчаного грунта и принимать в расчет на прочность дорожной одежды значения прочностных характеристик песчаного грунта с учетом более продолжительного периода его нахождения в неблагоприятном расчетном состоянии.

2. Материалы для устройства дренирующих слоев

2.1. Для устройства дренирующих слоев следует использовать зернистые каменные материалы: щебень и гравий, шлаки и пески. Для оценки качества этих материалов нужно учитывать их зерновой состав, морозо- и износостойкость, а также коэффициент фильтрации по стандартным испытаниям.

2.2. Для устройства дренирующего слоя, работающего по принципу осушения, могут применяться песчаные грунты, отвечающие требованиям табл. 1.

Таблица 1

Примечание. Над чертой приведены данные для конструкций с отводом воды закромочными трубчатыми дренами под чертой - для конструкций с отводом воды через фильтрующий слой под обочинами.

Коэффициент неоднородности песчаного грунта нужно определять по формуле

                                                                  (1)

где Д60 и Д10  - диаметр частиц, мм, мельче которых в песке содержится соответственно 60 и 10 % массы.

Для песчаных грунтов, не удовлетворяющих требованиям табл. 1, а также при числе полос движения более четырех коэффициент фильтрации песчаного грунта определяют на приборе ПКФ Союздорнии при максимальной плотности, установленной методом стандартного уплотнения.

2.3. В целях предварительной оценки пригодности песчаного грунта для устройства дренирующего слоя коэффициент фильтрации можно определить по формуле

                                                         (2)

где Kф  - коэффициент фильтрации данного песчаного грунта, м/сут;

Kф.1 - коэффициент фильтрации песка-эталона, т.е. песка, в котором содержится N1 = 2 % массы частиц мельче 0,1 мм, м/сут;

N - содержание частиц мельче 0,1 мм в данном песке, % массы.

Значение Kф.1 для групп песка, принятого за эталон по коэффициенту неоднородности, приведено в табл. 2.

Таблица 2

2.4. При наличии в карьере или на участке дороги, подлежащей реконструкции, песчаного грунта с постоянным коэффициентом неоднородности, но разного гранулометрического состава, рекомендуется для сокращения объема испытаний проводить расчет коэффициента фильтрации по формуле (2). Для этого на одной пробе песчаного грунта с содержанием частиц мельче 0,1 мм в количестве 2 % массы определяют коэффициент фильтрации Kф.1 на приборе ПКФ Союздорнии при максимальной плотности, установленной методом стандартного уплотнения. Далее, приняв эту пробу за эталон, можно для остальных многочисленных проб песчаного грунта данного участка дороги или из данного карьера находить коэффициент фильтрации только в зависимости от содержания в нем частиц мельче 0,1 мм.