Пособие к СНиП 2.05.02-85 Пособие по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах

Государст в енный всесою зный дорожн ый
научн о-и ссле довательский институт
(СОЮ ЗДОРН ИИ ) Мин тран сстро я СССР

ПОСОБИЕ
ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ
ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
НА СЛАБЫХ ГРУНТАХ
(
к СНиП 2.05.02-85)

Одобре н о Главтран спроек том Минтрансстроя СССР
21. 05.86 № 30-0 4/15 -14 -17 8

М оскв а Стройи здат 1989

Рекоме н довано к изданию секцией Ученого совета СОЮ ЗДОРНИИ М ин тран сстроя СССР.

Рассмотрены основные в опросы и зыскани й, проекти ров ани я и строи тельства земляного полотна на участках расп ространен ия слабых гру нтов. Даны методы оценки устойчив ости насыпи и прогноза осадки насыпи.

Для инженерно-тех н ических работников проек тн о-и зы скательски х организаций.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Н астоящее Пособие разработано к СНиП 2.05.02-85. В Пособии рассмотрен ы в опросы и зыскани й, проекти ровани я и строительства землян ого полотна на участках распространени я слабых грунтов. Уточнен ы стадии и зы скани й автомобильных дорог. Даны таблицы физико-механи чески х характеристик наи более часто встречающихся ви дов слабых грунтов. Изложены методики полевых и лабораторных и спытаний слабых грунтов. Рассматрив аются наи более раци ональные конструкции насыпей на слабых грун тах и методы их расчета. В при ложениях прив еден ы примеры расчетов на основе данных лабораторн ых испытан ий, выполненных в полном и в сокращенном объеме.

Пособ и е состави ли доктора техн. наук В. Д. Казарн овский (разд. 1 - 6, прил. 6, 15), И. Е. Евген ьев (разд. 5); кандидаты техн. наук А. Г. Полун овский (разд. 5, п ри л. 10, 13 - 15), Э. К. К узахм етова (разд. 4, прил. 2, 3, 5, 7, 9, 11, 12), ин ж. М . В. Ледин а (прил. 13) (СОЮ ЗДОРНИИ ), В. Н. Яромко (прил. 1, 4, 16) (научн о-прои зводствен ное объединение Дорстрой техника); канд. техн. наук В. Д. Браславский (разд. 2, прил. 8) (Сою здорпроект).

Уч и тывали сь н аряду с разработками СОЮЗДОРНИИ разработки разных лет в данной области Омского и Казахского фили алов СОЮЗДОРНИИ, Калинин ского политехни ческого института, Тюмен ского инженерно-строи тельного института, Московского автомобильно-дорожного и нститута и други х учебных и научно-и сследовательских орган изаций , а также опыт ведущи х организаци й: проектных (Союздорпроект, Гип ротю менн ефтегаз, Лен гипротранс) и строительн ых (Тю мендорстрой , Пермдорстрой , УС Москва - Рига, Севзапдорстрой и др.).

Пособ и е разработан о под общей редакци ей канд. техн. наук Э. К. К узахметовой .

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. К слаб ым грунтам следует относи ть связные грунты, имеющи е прочность на сдви г в услови ях природного залегани я менее 0,0 75 М Па (при испытан ии при бором вращательного среза) или модуль осадки при н агрузке 0,25 МПа более 50 мм/м (модуль деформаци и н иже 5 МПа). При отсутствии данн ых испытани й к слабым грунтам следует относить: торф и заторфованн ые грунты, илы , сапропели, глини стые грунты с коэффициентом консистенции более 0,5, иольдиевы е глины, грун ты мокрых солончаков .

1.2. В основу проектного решения на участке залегани я слабых грунтов может быть положен один из двух при нципов:

удале н ие слабого грунта и замен а его или при менени е эстакад;

использование слабого грунта в качестве основа н ия насыпи с применением мероприятий, обеспечивающи х устойчивость основ ания и ускорение ег о осадки, а также прочность дорожной одежды, сооружаемой на таком земляном полотне.

1.3. Принцип и конкретное проектное решени е по конструкци и насыпи выби раются на основе технико- экономи ческого сравнения вариантов с учетом:

категории автомобильной дороги и типа дорожной одежды;

требуемой высоты насыпи и качества имеющегося для е е отсыпки грунта;

протяженности участка со слабыми грунтам и ;

вида и особе н ностей свойств слабых грунтов, залегающих на участке, и особенностей строени я слабой толщи (мощность, н аличи е переслаиван ия, уклона кровли подстилающи х пород и т.д.);

услов и й прои зводства работ, в том числе сроков завершения строительства, климата района, времени года, в которое будут выполняться земляные работы, дальности возки грунта, возможности строительной организации (обеспеченн ость транспортом, н али чие специ ального оборудовани я и т.п.).

1.4. Использование слабого грунта во многих случаях существенно снижает стоимость и трудоемкость работ, повышает темпы строительств а, поэтому отказ от его использовани я должен быть обоснован технико-экономически м анализом с учетом конкретных условий . Такой анализ осуществляется на основе прогнозов устойчивости, конечной величи ны и длительности осадки слабой толщи при возведении на ней насыпи.

1.5. Земляное полотно на участках слабых грунтов проекти руют в виде н асыпей. Требовани я к грунтам верхней части н асыпи , а также необходимое возвышение низа дорожной одежды н ад расчетным у ровн ем поверхностн ых и грунтовых вод определены СНиП 2.05.02-85 «Автомобильные дороги» при мени тельно к соответствующ ему ти пу местности (слабые грунты обычно залегают в пределах III т и па местности) по характеру и услови ям увлажн ени я.

Примечан ие . При наз н ачении высоты н асыпи, сооружаемой на торфяном основании, кроме обычных требований, связанных с водно-тепловым режимом и снег озаноси мостью, необходимо учитывать требования п. 1.9 настоящего Пособия.

Нижнюю часть насыпи следует устраивать из дрениру ю щих грунтов с толщиной слоя на 0,5 м больше суммарной величин ы расчетной осадки основания и мощности удаляемого слоя (если применяется частичное или полное удаление).

Глинистые грунты допускается использовать в нижней части насыпей только пр и специ альном технико-экономическом обосновани и.

1.6. К зе мляному полотну, сооружаемому с и спользованием слабых грун тов в основани и насыпи, кроме общих требований , и зложенн ых в действ ующи х нормативных документах, предъявляются дополни тельные требовани я:

должна быть исключена возмож н ость выда вли вани я оставляемого слабого грунта из-под насыпи в процессе ее возведения и эксплуатации (обеспечена устойчивость основан ия);

и нтен сивная часть осадки должна заверши ться до сооружени я покрыти я (обеспечена стаби льность, см. п. 1.8);

упругие колебани я земляного полотна, возникающие при наличи и торфяных грунтов в основани и насыпи, не должны превышать вели чин у, допускаемую для при нятого ти па покрытия (см. п. 1.9).

1.7. На насыпях, в основании которых оставлен ы слабые грунты, капи тальн ые покрытия можн о устраивать после завершения не менее 90 % расчетной осадки или при условии, что средняя интенсивность осадки за меся ц, предшествующ ий устройству покрыти я, не превышает 1,5 - 2 см/г. Для устройства облегченных покрытий требуется достижение н е мен ее 80 % конечн ой осадки и ли и нтенси вности осадки н е более 3 - 5 см/г.

1.8. Для исключени я недопусти мых упруги х колебаний толщи на насыпей , сооружаемых на торфяных основани ях, должна быть не менее указанн ой в табл. 1 . Для н асыпей на торфяном основании, толщина которых по статиче скому расчету мен ее значений , приведенных в табл. 1 . н е обходи мо прове сти ди намически й расчет с целью пров ерки допустимости ускорени й колебаний земляного полотна по усло ви ям вибраци онной прочности покрыти я. Метод ика ди намич еского расчета насыпей на торфяных грунтах изложена в прил. 1 .

Т аб ли ца 1. М ин ималь на я толщина насыпного слоя, м

Начальная мощность слабого слоя, м

Тип дорожной одежды

капитальный

облегченный

переходный

1

2

1,5

1,2

2

2,5

2

1,5

4

3

2,5

2

6

3

3

2,5

Примечания : 1. Для промежуточных значе ни й начальн ой мощности сжи ма емого слоя требуе мая толщин а устанавли вается линейн ой и нтерполяци ей. 2. Толщин а насыпи в данном случае определяется разн остью отметок поверхности проезжей части и просевшей подошвы насыпи по оси земляного полотна. При наличии погребенного слоя торфа (слоя, перекрытого сверху слоем песчаного или гли нистого грунта) толщи на перекрывающего слоя включается в толщину насыпи. Допускается для конструкти вных слоев, обладающи х прочностью на растяжение, учитывать эквивалентную толщи ну.

Когда невозможно или нецелесообразно обеспеч и ть треб уемую толщ ину насыпи, можно устроить насыпь меньшей толщ ин ы. При этом необходи мо выполнить пров ерочный расчет дорожн ой одежды на динамическую устойчивость и при необходи мости измени ть (усили ть) в соответствии с его резул ьтатами конструкци ю дорожной одежды.

1.9. При расчете дорожной одежды по ВСН 46-83 в еличин у расчетного эквивален тного модуля упругости на поверхн ости земля ного полотна, сооруженного на слабом грунте, следует определять по формуле

,

где Е сл - модул ь упругости слабого грун та в его расчетном состоянии под насыпью; h н - т олщин а н асыпи; Нсл - мощн ость слабой толщи ; D - расчетный диаметр отпечатка колеса; Е н - модуль упругости грунта насыпи.

1.10. Земляное полотно на участках залегани я слабых грунтов следует проектировать не менее чем в две стадии, которые могут быть назначены после технико-экономического обосновани я проекта дороги .

На пер в ой стадии выделяю т участки, для которых дальнейшая проработка варианта с использовани ем слабого грунта в основании нецелесообразна, и участки, где этот вариант может быть ц елесообразным.

Применительно к первым участкам принимается окончательное решение (за исключением особо сложных случаев, где удален и е слабых г рун тов св язано с п рименением специ альны х методов).

Для участков, где и спользовани е слабых грунтов представляется целесообраз ным, принимают предв арительн ое решение, которое затем подлежит уточн ению на следующей стадии проектировани я. Все уточнения на последующей стадии не должны увели чив ать смету строительства. В особо сложных случаях, когда требуются специ альн ые обследования и опытные работы, следует проектировать в три стади и.

1.11. Конструкция земляного полотна на участках слабых грунтов назначается на основе технико-экономических расчетов и сравнения вариантов.

Для обоснования выбора конструкции земляного полотна проект долже н содержать:

матер и алы подробн ого ин женерн о-геологи ческого обсл едования г рун тов ой толщи на участках залегани я слабых грунтов, в ключая данные по мощности и расположению их в плане, по глубине отде льных слоев и расчетным значени ям физико-механ ически х характери стик грунтов эти х слоев , положению уров ня грунтовых вод и т.п.;

исход н ые данны е по проекти руемой н асыпи (высота и други е геометрически е параметры, а т акже свойств а грунтов, укладываемых в насыпь) и расче тн ые услови я движен ия;

резул ь таты и нженерных расчетов , обосн овывающие принятую конструкци ю;

указа ни я по порядку сооружени я запроектированной конструкци и.

1.12. Объе м, состав и методы получения данных, необходи мых для обосн ования конструкции земляного полотна, так же как и методы расче тов, зависят от стадии проектирования. Рекомендаци и по инжене рно-геологи ческому обследов ани ю участков, на которых залегают слабые грун ты, а также по расчету и конструированию землян ого полотн а на этих участках изложены в разделах 2 - 4 настоящего Пособи я.

Земляное полот н о на участке залеган ия слабых грунтов в общем случае проекти руют в следую щем порядке:

на основе р е зультатов ин жене рно-геологически х обследов аний намечают расчетн ые участки и устанав ли вают расчетные параметры слабой толщи и характеристи к слагающих ее грунтов;

уста н авли ваю т ми ни мально допусти мую в ысоту насыпи на данном участке, руководств уясь усл ови ями водно-теплового режима, снегозан оси мости и исключения упругих колебаний (см. п. 1.9);

с учетом ми ни мально допустимой высоты наносят красн ую ли ни ю, устанав лив ают расчетную высоту насыпи и намечают расчетн ые поперечни ки;

опр е деляют расчетом вели чину осадки ;

проверя ю т устой чивость основ ани я;

прогноз и руют дли те льность завершения осадки ;

нам е чают в ариан ты конструкти вно-технологических решени й, обеспечивающих в случае необходи мости повышение устойчивости, ускорение осадки или сни жени е ее величи ны;

выполняют расч е ты по этим вариантам и выби рают опти мальный;

дают рекомендаци и по наиболее рациональной технологи и, механизаци и и организ аци и работ;

выполняют наблюден и я в процессе строи тельства и вносят коррективы в расчеты по фактически м данным (в случае необходимости) с целью уточнен ия объемов земляных работ, режима возв едения насыпи , сроков устройства дорожной одежды и т.д.

1.1 3. В ц елях оптимиза ции проектных решени й и процесса инженерн о-геологически х изысканий последние необходимо вести в тесной увязк е с проекти рованием как единый комплексный процесс.

2. ОСОБЕННОСТИ ИЗЫСКАНИЙ ДОРОГ НА УЧАСТКАХ ЗАЛЕГАНИЯ СЛАБЫХ ГРУНТОВ

Общий порядок проведения инженерно-геологических обследований на участках слабых грунтов

2.1. Целью инженерно-геологического обследования является получени е данных, необходимых для обоснования положени я трассы и назначения конструкции и технологии сооружения земляного полотна.

2.2. При и нженерно-геологи ческом обследов ани и н еобходимо:

установить гран и цы участка со слабыми грунтами в пределах з оны возможного расположения трассы;

выявить строение слабой толщи (ее стратиграф и ческие особен ности), в том чи сле наличие включений (валуны, пни и т.п.), а также характер подстилающих пород и рельеф их кровли ;

установить ф и зико-механические характери сти ки грун тов, слагающих слабую толщу, необходимые для определен ия их строите льного типа, типа осн ования по устойчивости и расчета кон струкции насыпи;

выяв и ть особенности гидрогеологического режи ма толщи.

2.3. Для получени я требуемых данных выполн яются :

топографическая съемка участка;

проходка зо н ди ровочных и опорных скважин с отбором проб грунтов нарушенного и ненарушенного сложения и испытани я грунтов в ус ловиях их при родн ого залегания (без отбора монолитов);

л а бора то рные ис пытан ия проб грун тов нарушенного сложени я с определени ем основн ых показателей состава и состояния грунтов и испытания монолитов для определения характеристик механических свойств грунтов (параметров, характеризующих сопротивляемость сдвигу, сжимаемость и скорость уплотнения грунта и показателей плотности);

камеральная обработка матер и алов обследования, включающая составление отчетной документации.

2.4. Отчетная документация оформляется в виде паспорта, включающего:

план участка с изолиниями мощности слабой толщи (р и с. 1);

Рис. 1. План б олота . Масштаб 1:2000 (Линии мощности торфа пров еден ы через 0,5 м .)

о - Скв ажин а - 2/83,95 (4,1 5) - о порная скв ажина , ее номер, отметка устья, мощн ость (в скобка х, м); · 83,80 (5,0) - зондированн ая скважин а, отметка устья и мощ ность торфа (в скобках, м)

геологические разрезы по оси вариантов трассы и по характерн ым поперечни кам с нанесенн ыми на них результатами определения основн ых показателей состав а и состояния грун тов и механ ических испытани й грунтов в условиях при родного залегани я полевыми приборами (ри с. 2);

результаты лаборатор н ых испытан ий грунтов слабой толщи;

пояснительную записку.

Пояс ни тельная записка должна содержать: подробн ое описани е участка, включая его происхождение; источники питания грунтовых вод; состав и состояние грунтов слабой толщи ; дан ные о растительно-корневом покрове, пнистост и, наличии поверхностного водоотвода; данные о постоянных в одотоках и о проходе весенних вод; данные о характере пород, слагающих дно толщи и о рельефе последнего. В поясни тельной записке дают оценку строи тельных свойств слабых грунтов; выделяю т расчетные (одноти пные) участки, расчетн ые слои (т.е. слои един ообразные по и нженерно-геологическим св ой ствам) и дают расчетн ые значен ия механическ их характеристик грун тов для эти х слоев .

На основе кол и чествен ной оценки механических свой ств грунтов сла бой толщи д ол жна быть проведена предв арительная оцен ка сла бой толщи как осн ования н асыпи.

Пояснитель н ая записка должна содержать также сведени я о поведении и состоянии существую щи х дорог, расположенных в пределах дан ного участка, состоянии земляного полотна, конфигурации основания насыпи по дан ным бурени я, качественной оценке грунтов тела н асыпи, сведен ия о резервах грунта, намечаемых для и спользован ия при возведении насыпи на участке залегани я слабых грунтов с указани ем характери стик этих грунтов.

2.5. В результате обобщени я всех данных обследовани я должно быть сделано заключени е о при нципи альной возможности или невозможности (нецелесообразности ) использования слабой толщи в качестве основани я и указаны конструкции, которые могут рассматри ваться в качестве конкурирующих вари антов при дальнейшей разработке проекта.

2.6. Состав и объе м работ, выполняемых при обследовании , методи ка их выполнения, при меняемые способы определения свойств грунтов и аппаратура зави сят от стадии проекти ровани я и этапа и зыскани й.

2.7. Инженерно-геологическое обследование следует выполнять поэтапн о. Этапы обследования раз ли чаются методикой определени й и составом работ. При этом каждый последующий этап как по методи ке определен ий, так и по при меняемому оборудован ию и составу определен ий более сложен и трудоемок, чем предыдущ ий.

В общем случае целесообразно выделять тр и этапа обследован ия: на первом (рекогносци ровочном) лабораторных определений не выполняют; на втором лабораторные и сследования ограничи ваю тся определени ем показателей состава и состояни я грунтов в полевой (нестаци он арной) лаборатори и; на третьем выполняют и спытани я в стационарной лаборатории для определени я показателей механи чески х св ойств грунтов.

2.8. В зави си мости от конкретн ых услов ий проектировани я указанн ые этапы могут быть распределены по стадиям проекти ровани я. При двухстадийн ом проекти ровании (п роект и рабочая документация) целесообразно первые два этапа обследований проводи ть на первой стадии, а третий этап - н а второй стади и проектирования.


Рис. 2. Геологические разрез ы по т рассе:

а - продольны й разрез по оси дороги ; б - п оперечный разрез на ПК 44; в - поперечный разрез на ПК 45; Расстояние между скважи нами 25 м


2.9. Необходи мость последующего этапа обследовани я и состав работ выявляют и уточняют по мере обобщени я результатов предшествующего э тапа.

2.10. Во всех случаях при изыскани ях дороги следует стреми ться обой ти участки со слабыми грунтами или, при н евозможности обхода, пересечь их в наиболее узк ом месте и с мен ьшей мощн остью слабых грунтов. Варианты трассы н амечают по картам масштаба 1:25000 (1:10000) или по материалам аэрофотосъемки с последующим осмотром на месте назначен ных вариантов.

2.11. На пересечении трассой участков слабых грунтов должны быть сняты план масштаба 1:2000 с сечени ем рельефа через 0,25 - 0,5 м, продольные и поперечные профили и пров еден первый этап инженерн о-геологи ческого обследования.

Реперы на участках слабых грунтов закладывают на возвышенных местах, на болотах в плотных минеральных грунтах, где исключа е тся возможность их осадки или смещени я.

Первый этап обследо в ания

2.12. На первом этапе обследования до проведения полевых и нженерно-геологи ческих работ изучают карты и предварительно полученные аэрофотоматериалы. Использование аэ рофотоматериалов особен но важно при пересечении значительн ых по площади заболоченных территорий. В этом случае целесообразно дополнять каме ральное деши фрирование фотосхем и аэрофотоснимков ви зуальными наблю дениями с вертолета или тихоходного самолета.

2.13. Опти мальными масштабами материалов аэрофотосъемки являю тся: 1:10000 - 1 :17000. Можно также использовать масштабы 1:6000 и 1:25000. Наибольший эффект дости гается при использован ии аэрофотоснимков масштаба 1: 12000 - 1 :1 7000 в сочетани и с 1:6000 - 1 :8000.

Для детального дешифрирован и я пригодны материалы плановой панхроматической (черн о-белой) аэрофотосъемки, но наи больший эффект дости гается в сочетании со спектрозон альн ой .

По указанным аэрофотоматериалам можно установить границы б олота, отн осительную, а в ряде случаев и абсолютную мощ ность торфяной толщи, приблизи тельный рельеф дна болота, ген ези с болота, источник его водного питания, направление и интен сивность вн утреннего и поверхностного стока в болоте, относительное увлажн ение его отдельных частей, геоморфологический тип болота, его микрорельеф и растительность.

При изучении строения толщи болотных отложени й , мощн ости и расположения отдельных слоев, физико-механи ческих свойств торфа матери алы аэрофотосъемки даю т возможность предвари тельно делить участки болот на характерные типы. Это позволяет более рационально организовать полевое обследование болот и сократить объемы полевых работ за счет меньшей детальности исследовани я повторных участков каждого типа.

2.14. Полевые работы по инженерно-геологическому обследован ию участков со слабыми грун тами, выполн яемые на первом (рекогн осцировочном) этапе, включают зон ди ровочн ое бурение скважин в зоне, примыкающей к трассе, положение которой намечено по данным аэрофотосъемки или по карте. Скважи ны бурят по сетке от 50 × 50 м до 150 × 1 50 м в зависимости от размеров территории, занятой слабыми грун тами , и с учетом дан ных аэрофотосъемки. При этом захватывается зон а шириной при мерно 300 м (по 150 м в каждую сторону от оси трассы).

Зонд и ровочны е скважи ны проходят с помощью бура геолога, торфяного бура или двухдюй мового бурового комплекта без обсадки. Кроме того, может быть применена переносная буровая установка с бензи новым дви гателем.

При проходке зо н ди ровочны х скважин отби раю т пробы через 0,5 - 1 м по глубин е для установления наименовани я грунтов и оценки в перв ом приближени и их физико-механических свойств с помощью визуальных методов и класси фикаци онных таблиц. На этом же этапе изучаю т особенности гидрологического режима толщи.

Лаборатор н ых испытаний на данном этапе н е проводят и образцы для этих целей н е отби рают.

Параллельно с зонд и ров очным бурением или н епосредственно вслед за ни м по той же сетке в ыполняю т статическое зондирование толщи с помощью вдав ливания кон усных наконечников (см. при л. 2).

Результаты стат и ческого зон дирования позволяю т уточни ть границы отдельных слоев слабой толщи , общую ее мощн ость и получи ть предварительн ую и нформацию о механических свойствах слагающих ее грунтов.

2.15. В выводах по результатам первого этапа обследования дают:

рекомендаци и по расположению трассы исходя и з наиболее благоприятных условий пе ресечения участка с точки зрени я строени я, рельефа дна и особенн остей ги дрологического режима слабой толщи;

предварительное определение т и па основания;

пред в арительное заключен ие о целесообразности или нецелесообразности проработки в ари ан та, предусматри вающего использовани е слабой толщи в качестве основания.

Второй этап обследовани я

2.16. Второй этап обследования назначают лишь в том случае, если в результате первого этапа предварительно установ лена целесообразность проработки варианта, предусматривающего использован ие слабой толщи в качеств е основани я.

На этом этапе бурят зондировочн ы е скважины на возможных конкури рующи х вариантах трассы, положение которых уточнено по результатам первого этапа обследов ан ия . Скважин ы располага ют по оси и на поперечниках. При этом захв атыв ается полоса, рав ная полутора-двум ширин ам насыпи понизу.

Расстоя н ие между скважинами по оси трассы при нимают примерно 25 - 5 0 м в зависимости от протяженн ости заболочен ного участка и особенностей строения слабой толщи, в ыявленных на первом этапе обследов ания.

Поперечники подразделяют на основные и промежуточные. На ос н овных проходят пять - с емь скважин, на промежуточных - одну - три (рис. 3).

Рис. 3. Схема расположе ния ск в ажи н при инж ен ерно-г ео лог ич еск ом об следовании болот

1 - о сновны е скв ажи ны; 2 - зон дировочны е скважин ы; 3 - основ ные (опорные) поперечн ики ; 4 - промежуточны е; I - перво н ачальн ый вари ант положени я оси трассы; II - уточ н енный вари ант

2.17. При проходке скважин отбирают пробы грун тов в основн ом с нарушенным сложением и определяют основные показатели и х состава и состояни я в полевой (нестационарной) лаборатори и. Пробы отбирают через 0,5 - 1 м по глубине (но не менее трех проб из каждого хара ктерн ого слоя).

Параллельно с проходкой зо н ди ровочных скважин или непосредств енно вслед за ней выполн яют зон ди ровани е слабой толщи конусным наконечником, а также примерн о через каждые 0,5 м по глубине толщи испытывают грунты на сдвиг с помощ ью крыльчатки. Методики зондирования конусн ым наконечником и испытания крыльчаткой изложены в при л. 2.

2.18. В лаборатории определяют следующие основные показатели состава и состояния грунтов: влажность, содержание органических веществ (для некарбонатны х пород - потери при прокаливании или зольность); степень волокни стости или степе нь разложения (только для торфяных грунтов); пределы пластичности (только для и лов и глинистых грунтов); плотность частиц грун та (выборочно для х арак терных слоев); плотность грунта (выборочн о); ботанический состав (дополни тельно для торфяных грунтов); содержание CaCO 3 (для карбонатных пород).

Метод и ки определени я ука занных характеристик изложены в при л. 3.

2.19. По резул ьтатам и спытани й выделяют расчетные слои и определяю т расчетные зн ачени я основн ых показателей состава и состояни я грунтов в пределах каждого слоя.

Методику определения см. в прил. 3.

В качестве основы для выделе н ия расчетных слоев, т.е. слоев, одн ородных с точки зрен ия основ ных показателей инженерно-геологически х свойств, исп ользую т результаты описания грунтов при зондировочн ом бурени и и материалы статического зондирования конусн ым наконечни ком.

Гран иц ы слоев устанавливают предварительно по визуальным признакам. Далее детальн о расчлен яют толщу по результатам статического зон дирования на отдельные расчетн ые слои, в пределах которых фи зи ко-механи чески е св ой ства грун та могут считаться постоянными.

2.20. Для выделенных расчетных слоев путем статистической обработки результатов испытани й определяют расчетные значения основных показателей состава и состояния грунтов и сопроти вляемость зонди ровани ю и вращательному срезу (см. прил. 4).

2.21. По расчетным значени ям основных показателей состава и состояни я грун тов , и спользуя табл. 2 - 9, ори ентиров очно определяют расчетн ые значени я показателей механических св ойств грунтов в пределах каждого расчетного слоя.

По эт и м данным, а такж е по результатам испытан ий крыльчаткой уточняют гран иц ы расчетных участков и определяют тип основани я по устойчивости или строительный тип болота, а также уточняют место расположе ния расчетных поперечников и границы наиболее не благопри ятных по своим механи ческим свойствам слоев.

2.22. По результатам второго этапа обследования уточняют предвари тельн ый вывод о целесообразности дальнейшей проработки варианта с использованием слабой толщи в качестве основани я. При положи тельном выводе осуществляю т третий этап обследования.

Трет и й этап обследования

2.23. На третьем этапе обследования проводятся следующи е работы:

допол ни тельн ая проходка зондировочны х скважин и и спытание крыльчаткой (при необходи мости);

проходка опорных скважин на расчетных поперечниках с отбором мо н оли тов грунтов;

лабор а тор ные испытан ия мон оли тов;

о п ределени е дин амически х характеристи к торфяной толщи (при необходи мости).

2.24. Места расположени я опорных скв ажин и места отбора моноли тов опре дел яют на осн овани и обобщения результатов второго этапа обследования с таким расчетом, чтобы основные показатели состав а и состояния отбираемых монолитов в возможн о большей степени отв ечали ра счетным значени ям эти х показателей для выделе нн ых слоев в пределах расчетных участков.

Кол и чество отби раемых моноли тов зави сит от состава испытан ий, опреде ляемого ти пом основани я по устойчи вости и ли строи тельным ти пом болота (см. пп. 2.49 - 2.50).

2.25. Если основани е относи тся к ти пу I , то проводят компрессио н ные и к онсоли дационны е испытания. Коли чество моноли тов и и х размеры определяют исходя и з того, чтобы для каждого вида испыта ний можно было получи ть не менее шести образцов для каждого расчетного слоя на каждом расчетном участке.

Пр и осн овани ях II и III типов, кроме компрессио н ных и консолидационны х и спытан ий, проводят испытани я на сдвиг грунта из наиболе е слабых слоев (за исключением грунтов, которые неизбежно будут выдав лены). Количество монолитов, отби раемых для сдвигов ых испытан ий, должно обеспечить возможность получения не менее 9 - 1 2 образцов для каждого расчетн ого слоя н а каждом расчетн ом участке.

К тр е буе мому коли че ств у монолитов необходи мо добавлять 25 % запасных на случай порчи монолитов при транспорти ровке, подготовке и проведении испытан ий.

2.26. Монолиты отби рают из скважи н с помощью оборудовани я (см. п ри л. 2), а в некоторых случаях, например при маломощной слабой толще - из шу рфов . Правила отбора образцов, транспортиров ки и хран ени я и х и зложен ы в прил. 5.

2.27. Испытания на компрессию, консолидац и ю и сдвиг проводят в стационарных лабораториях по специальн ым методи кам (см. прил. 3).

2.28. Оценку динамически х свойств грунтов слабой толщи вып олняют для обеспечения выбора оптимальн ой толщины насыпи при заданн ом типе покрытия по специ альной методи ке.

Классификация слабых грунтов и их свойства

2.29. В зав исимости от состава, фаци ально-г ен ети ческих и петрографически х особенностей, а также состояния слабые грунты следует подразделять на:

ви ды по содержан ию органически х в еществ;

виды по ф аци аль но-ген етическим и петрографи ческим особенностям;

подв ид ы по особен ностям состав а;

разновидности по особе н ностям состояния (плотности и в лажности).

Колич е ственн ые кри терии для выделени я указанных классифи кационных еди ниц и их наименование при ведены в табл. 2 для основн ых ви дов слабых грунтов.

В пред е лах ра знов идн ости фи зико-механи чески е свойства каждого слабого грун та и змен яю тся в относи тель но узки х преде лах, что позволяет использов ать табли чные данн ые для ори ен ти ровочной оценки расчетных показателей.

Таблица 2. Классификация торфяных грунтов

Группа по содержанию органических веществ

Вид по генетико-фациальным и петрографическим особенностям

Подвид по составу

Разновидность по состоянию

Наименование

Определяющий признак

Наименование

Определяющий признак

Наименование

Определяющий признак

Орган и ческие (П > 60 %)

Торф малозольный

П ³ 95 %

Волокнистый

Ф >75 %

Су х ой

ωп р < 300 %

95 % > П ³ 80 %

Мало в олокнистый

75 % ≥ Ф ≥ 60 %

Маловлажный

300 - 6 00 %

Торф средней зольност и

Средней влажности

6 00 - 9 00 %

Торф высокозольный

8 0 > П > 60 %

Не в олок нист ый

Ф < 60 %

Избыточно влажный

1 200 - 2 500 %

Органосапроп ел ь

П > 60 %

Маловлажный

ωпр < 200 %

Средней влажности

200 - 5 00 %

Очень влажный

500 - 100 0 %

Избыточно в лажный

ωпр > 1 000 %

Органо - ми нер аль ные ( 10 ≤ П ≤ 60 % )

Органо- м инеральны й сапропель

60 % ≥ П > 10

-

-

Маловлажный

ω пр < 150 %

Средней влажности

1 50 - 4 00 %

Очень влажный

400 - 9 00 %

Избыт о чно влажный

ωпр > 900 %

Болотный мергель

10 % П ≤ 60 %

-

-

Мало в лажный

ωпр < 100 %

CaCO 3 > 25 %

Средней влажности

100 - 3 00 %

Очень влажный

ωпр > 300 %

Торфянистые грун т ы

3 0 % < П ≤ 60 %

Супесь

1 ≤ ωпл < 7

А

0 , 5 < B < 0,7 5

С и льно заторфо ванные

20 % < П ≤ 30

Суглинок

7 - 1 7

Б

0,75 - 1

В

1 - 1 , 5

Тощая гл и на

17 - 2 7

Г

1,5 - 2

Заторфо в анны й

10 % < П ≤ 20 %

Жирная гл и на

> 2 7

Д

2 - 2 ,5

Е

2 , 5 - 3

Ж

3 - 3,5

Минеральные П ≤ 10 %

Ил морской

-

-

-

А

0,5 ≤ B < 0,7 5

» озерный

-

-

-

Б

0,75 - 1

» аллюви альный

Компле к с фа циал ьно-г енетических и петрографических характеристик П < 10

Супесь

1 ≤ ω пл < 7

В

1 - 1,5

Мокрый солончак

-

Суглинок

7 - 1 7

Г

1,5 - 2

Д

2 - 2 ,5

Е

2,5 - 3

Переувлажненный глин и стый грунт

-

Гл и на

> 17

Ж

3 - 3 ,5

Иольдие в ая глина

-

-

-

А

ωотн < 1

Б

1 ≤ ωотн < 1,5

В

1,5 ≤ ωотн < 2,5

Примечан ия : 1. Для отделения болотного мергеля от орга н о-м инеральн ого сапропеля необходимо определи ть содержание CaCO 3 . 2. Наряду с указанным в гр. 3 определяю щ им признаком для установления вида слабого грунта используется комплекс данных по фаци альн о-ген ети чески м и петрографически м особенностям, устанавливаемым в процессе изысканий. 3. П - п отери при прокаливании , % ; Ф - степень волокни стости, %; ωпл. - число пластичности; ωпр. - природная влажность, % ; B - коэффициент конси стенци и; ωо тн = ωпр. / ωт. - от носительная влажность; ωт - влажность на границе текучести, % . 4. Степень волокни стости Ф вычисляется через степень разложения R м , определ и мую с помощью ми кроскопа по формуле: Ф = 1 00 - R м , % . При определении степ ени разложения весовым методом R в степень волокнистости следует уста на вливать по формулам: Ф = 88 - 0 ,42 R в п ри R в < 50 % ; Ф = 118 - 0, 32 R в пр и R в > 50 % . При определени и R в используется сито 0,25 мм.

2.30. Тор ф - орган оген ная осадочная горная порода, формирующа яся в результа те отми рания болотной растительности при избыточном коли честв е влаг и и недостаточном доступе воздуха.

Для торфа характер н а в ысокая в лагоем кость и в лажность в естестве нном состоян ии (обычно в пределах 150 - 3 000 % ).

Твердое ве щ ество высушенного торфа со стоит из н е в полне раз ложившихся расти тельных остат ков - расти тельного волокна, продуктов разложения расти тельных остатков - темного бесструктурного вещ ества (гумуса) и неорганически х при месей. Волокн истая часть торфа при достаточном ее содержании может образовыв ать своеобразный структурный каркас, ячейки которого заполнен ы аморфной массой из продуктов разложени я и неоргани чески х примесей .

Механические свойства торфов зав и сят от их структурн ых особенностей, определяемых степенью волокни стости, плотностью, влажностью и составом торфообразов ателей , косвенно отражаемым вели чиной конституционной зольности торфа.

При зольности менее 5 % состав торфообразователе й соответствует условиям формирования верхового болота. Торф в этом случае следует называть малозольным (верховым). При зольности от 5 до 20 % состав торфообразователей соответствует условиям форми рования н изинного болота и торф следует называть средней зольности (низинный), при зольности 20 - 4 0 % - о тноси ть к высокозольным (минерализованным).

Значения показателей механических свойств торфя н ых грунтов ориентировочно можно установить по основным показателя м состава и состояния, и спользуя табл. 3. Способы определения влажн ости , зольности и волокнистости изложены в при л. 3.

Таблица 3. Значения показателей механических свойств торфяных гр унтов

Разновидность

Природная влажность, %

Вид по

Подвид

Сопротивляемость сдвигу по крыльчатке сусл, МПа

Сжимаемость

степени разложения R , %

степени волокнистости, Ф, %

Модуль деформации e при нагрузке p , МПа

Модуль осадки e p , мм/м, при нагрузке p , МПа

в природном залегании

после уплотнения под нагрузкой ( p = 0,05 МПа)

0,05

0,1

0,05

0,1

Осушенный (или уплотненны й )

< 30 0

< 25

> 75

м з

> 0,0 49

> 0,2 50

> 0, 25

> 0,3 3

< 200 (< 100)

< 300 (< 200)

сз

> 0 ,0 42

> 0,17 2

25 - 4 0

75 - 6 0

мз

> 0 ,0 30

> 0,12 5

> 0 ,0 33

> 0 ,1 05

> 40

< 6 0

мз

> 0 ,019

> 0,0 80

сз

> 0 ,0 26

> 0,0 73

Мал ов лажный

300 - 600

< 25

> 7 5

мз

0 , 049 - 0, 026

0,250 - 0,1 36

0,25 - 0 ,15

0 ,3 3 - 0, 23

200 - 3 50 (100 - 2 50)

300 - 4 20 (200-3 70)

сз

0,042 - 0 ,022

0 ,1 72 - 0 ,090

25 - 4 0

75 - 6 0

мз

0,030 - 0 ,017

0 ,1 25 - 0 ,060

сз

0 , 033 - 0 ,016

0 ,1 05 - 0 ,056

> 40

< 60

мз

0,019 - 0, 008

0,0 80 - 0 ,036

сз

0,026 - 0 ,013

0,073 - 0 ,036

Средней влажност и

600 - 900

< 25

> 7 5

мз

0,026 -0 ,016

0 ,1 36 - 0 ,087

0,15 - 0 ,11

0,23 - 0 ,190

350 - 4 50 (250 - 4 00)

420 - 5 30 (370 - 5 00)

сз

0,022 - 0 ,016

0,090 - 0 ,066

25 - 4 0

75 - 6 0

мз

0,017 - 0 ,010

0,060 - 0, 042

сз

0,016 - 0 ,011

0,056 - 0 ,035

40

60

мз

0,008 - 0 ,005

0,036 - 0 ,021

сз

0,013 - 0 ,008

0,036 - 0 ,022

Очень влажный

900 - 1200

< 2 5

> 75

мз

0,016 - 0 ,011

0,087 -0 ,062

0, 11 - 0, 090

0,190 - 0 ,1 70

4 50 - 5 50 (400 - 4 70)

530 - 6 00 (500 - 5 50)

сз

0,016 - 0 ,011

0,062 -0 ,046

25 - 4 0

75 - 6 0

мз

0,010 - 0 ,006

0,042 -0 ,028

сз

-

-

> 40

< 6 0

мз

0,005 - 0 ,003

0,021 - 0 ,015

сз

-

-

Избыточно влажный

> 1 200

25

75

мз

0,011 - 0 ,007

0,062 - 0 ,038

0,0 90 - 0 ,085

0,170 - 0 ,150

550 - 6 00 (470 - 4 90)

600 - 650 (550 - 570)

сз

0,011 - 0 ,006

0,046 - 0 ,020

25 - 4 0

75 - 6 0

мз

-

-

сз

-

-

> 40

< 6 0

мз

-

-

сз

-

-

Примечания : 1. В скобках даны средние значения модулей осадки, без скобок - максимальные. 2. мз - малозольный торф (потери при прокали вани и ≥ 95 % ), сз - торф средней зольности (95 % > П ≥ 80 % ). 3. Вели чины показателей механически х свойств при промежуточных значениях в лажности определяются интерполяцией.

2.31. Сапропели представляют собой озерн ые отложен ия, образующиеся в водоемах в результате отмирания животн ых и расти тельных организмов и оседания ми неральных частиц, заносимых водой и ветром.

Механическ и е свойства сапроп елей зави сят от их структурн ых особенностей, состава и плотности (влажности) в природном состоя нии. Значения показателей механических свойств сапропелевых грун тов ориенти ровочно можно установи ть по табл. 4.

Т абли ца 4. З н ачения показателей механи ческих свойств сапропелев ых грунтов

Группа грунта

Содержание органических веществ, %

Разновидность по

Сопротивляемость сдвигу по крыльчатке, с усл , МПа

Сжимаемость

влажности

ω, %

в природном залегании

после уплотнения нагрузкой, p = 0,05 МПа

Модуль деформации e , МПа, при нагрузке p = 0,05 МПа

Модуль осадки e , мм/м, при нагрузке p = 0,05 МПа

Органический

П > 60 ( z < 40 % )

Маловлажный

< 200

> 0,0 2

> 0,0 3

> 0,3

> 150

Средней влажности

200 - 5 00

0,02 - 0 ,01

0 , 030 - 0 ,015

0,3 - 0 ,1

150 - 4 00

Сильно влажный

500 - 1 000

0,01 - 0 ,001

0,015 - 0 ,003

< 0, 1

> 400

И з быточно влажный (жидкий)

> 10 00

< 0, 001

< 0 ,0 03

-

-

Органо-м и неральный

П = 10 - 6 0 (40 < z < 90)

Маловлажный

< 1 50

> 0,0 2

> 0,0 3

> 0 ,5

< 1 00

Средней влажности

150 - 4 00

0,02 - 0 ,01

0,030 - 0 ,01 5

0,5 - 0 ,2

100 - 2 50

Сильно влажный

400 - 9 00

0,01 - 0 ,001

0 , 015 - 0 ,003

0 , 2

260

Избыточно влажный

> 9 00

< 0,0 01

< 0,0 03

-

-

Примечание . Велич и ны показателей механических свойств при промежуточных значениях влажности оп ред еляются интерполяцией.

2.32. Болотный мергель представляет собой рыхлую осадочную породу, образовавшуюся в озерн о-болотны х условиях при поступлении в водоемы воды, содержащей в растворенном ви де ки слый углеки слый кальций Ca ( HCO 3 ). По мере испарен и я воды и удалени я из нее CO 2 и з раствора выпадает углекислый кальц ий CaCO 3 . Болот н ый мергель может подстилать торфяную толщу или переслаи ваться с торфяными пластами.

Мергель содерж и т от 25 до 50 % карбоната кальци я. Остальная часть состои т из песчаных, глини стых, илистых частиц и растительных остатков различной степени разложения.

Механические свойства болотного мергеля в зависимости от величины природной влажности ориентировочно можно определить по табл. 5.

Таблица 5. З н ачени я показателей механических свойств болотн ого мергеля

Разновидность

Природная влажность, %

Содержание CaCO 3 , %

Сопротивляемость сдвигу по крыльчатке сусл, МПа

Сжимаемость

в природном состоянии

после уплотнения под нагрузкой p = 0,05 МПа

Модуль деформации, Е, МПа, при нагрузке p = 0,05 МПа

Модуль осадки e p , мм/м, при нагрузке p = 0,05 МПа

Маловлажный

< 1 00

> 0,0 2

> 0 ,0 3

> 0 ,1 25

< 40 0

Сре д ней влажн ости

100 - 300

25 - 5 0

0,02 - 0,01

0,03 - 0,015

< 0 ,1 25

> 400

Оче н ь влажный

> 3 00

-

< 0 ,0 1

< 0,0 15

-

-

2.33. И лы предста вля ют собой глини стые горн ые породы в начальн ой стадии формиров ания, которые образовались в виде структурн ого осадка в воде при наличии микробиологических процессов и обладают в природном зале гани и влажн остью, превышаю щей влажность на границе текучести , и коэффи цие нтом пори стости ε > 1 для супесей и суглин ков и ε > 1,5 - для глин .

Разв и ти е в эти х грун тах микробиологических процессов, связанных с органически ми составл яющими грунтов, является одни м из важнейши х факторов, отли чающи х и лы от других грунтов. Однако в данном случае речь и дет о грун та х, содержащих не более 10 % орган ических в еществ.

Для илов характерно нал и чие ярко выраженного предела структурной прочности при компрессионном сжа тии (аналоги чно иольдиевы м гли нам).

Ч а стные класси фи кации следует разрабатывать для илов примерно одного генези са и фаци и и при мерно одного возраста (т.е. стадии диаген еза). По фаци ально-ген етическим признакам могут быть выделены три основных вида и лов : морские, озерные и аллю виальн ые. Одн ако такая классифи каци я илов целесообразна главным образом с точки з рени я различи я в услови ях залегани я. Если морски е илы залегаю т п ластами большой мощности и в зн ачи тельной степени однородн ы, то аллюви альн ые и лы отли чаются значи тельной н еоднородностью в силу услови й осадк он акоп лени я.

Меха н ические св ойства илов определя ются не столько ген ети ко-фаци альны м услови ям, сколько и х составом и состоя ни ем (в котором могут непосредственно отражаться фациально-ген ети чески е особенности ). В связи с эти м ориенти ровочные значен ия физи ко-механически х характеристи к для илов можно устанавли вать незави симо от и х вида, учи тывая только состав и состояни е в соответствии с табл. 6.


Т абли ца 6. З н ачения показателей механи ческих свой ств илов

Подвид ила

Число пластичности

Модуль деформации E в зависимости от коэффициента консистенции B , МПа

Сопротивляемость сдвигу в природном состоянии сусл в зависимости от коэффициента консистенции B , МПа

Коэффициент фильтрации Кф в зависимости от коэффициента консистенции B , см/с

0,75-1

1-1,5

1,5-2

2-2,5

2,5-3

0,5 - 1

1 - 1,5

1,5 - 2

2 - 2,5

2,5 - 3

1 - 2

2 - 3

Супесч ан ый

1 ≤ ω пл < 7

3

4,6 - 4, 4

4,4 - 3 ,9

3,9 - 3 ,6

3,6 - 3,3

3,3 - 3 ,1

0,040 - 0,035

0,035

0,026 - 0,021

0,021 - 0,0 1 8

0,018

2 · 1 0-5

-

5

≤ 4

≤ 3,6

≤ 3,3

≤ 3 ,1

≤ 2,9

0,02 6

0,017

1 · 10-4

Суглинистый

7 £ ω пл < 17

-

11

1,6 - 1,4

1,4 - 1 ,2

1,2 - 1 ,1

1,1 - 1,05

1 ,0 5 - 1

12

1,9 - 1 ,6

1,6 - 1 ,3

1,3 - 1 ,2

1 ,2 - 1,05

1 ,0 5 - 0,9 5

0,030 - 0,027

0,077 - 0,022

0,022 - 0,017

1 ,0 17 - 0,013

0 ,0 13 - 0,011

1 · 1 0-6

3 · 1 0-6

13

2,6 - 2 ,3

2,3 - 1 ,8

1,8 - 1 ,4

1,4 - 1,1

1,1 - 0,8

3 · 10-6

14 · 10-6

14

5 - 4

4 - 2 ,5

2,5 - 1 ,8

1 ,8 - 1,1

1,1 - 0,6

Гл ин истый

ωпл ≥ 17 ≤ 2 6

1,3 - 1,2

1,2 - 0, 9

0,9 - 0 ,5

0 ,5 - 0,3

-

0,014 - 0,013

0 ,01 3 - 0,01 1

0 ,01 1 - 0,009

0 ,0 09 - 0,008

-

30

1,4 - 0 ,8

0,8 - 0 ,5

0,5 - 0,35

0 ,3 5 - 0,3

-

0,020 - 0,016

0,016 - 0,012

0,012 - 0,01

-

-

0,5 · 1 0-7

4 · 1 0-7

35

1 - 0 ,65

0 ,6 6 - 0,4

0 ,4 - 0,32

0,32 - 0,3

-

0,03 - 0,021

0,021 - 0,008

0,008 - 0,002

-

-

4 · 10-7

8 · 10-7

45

0,45 - 0,4

0,4 - 0,35

0 ,3 5 - 0, 3

0,3   -0,25

-

0,032 - 0,024

0,024 - 0,014

0 , 01 4 - 0,01 2

-

-

-

-


2.34. И ольди евы е гли ны - особая разн овидность морски х илов ледни ков ого возраста. Верхние слои иоль диевы х глин мощностью 0,3 - 2 м имеют сравни тельно высокую плотность и прикрывают нижележащ ую толщу отложени й, характеризующихся высокой влажностью (> 60 % ), резкой потерей прочности при перемятии, малой уп рочняемостью при уплотнении , низкой водопроницаемостью. Иольдиевы е глины обладаю т пределом структурной прочности при компресси онн ом сжатии . Они деля тся на разнови дности по относительной влажности

,

где ω п р - природн ая влажн ость; ωт - влажность на грани це текучести .

Значения механ и чески х хара ктеристи к для ио льди ев ых глин при ведены в табл. 7.

Табл и ца 7. Значен ия показателей механ ических свойств и ольди евых гли н

Разновидность

Относительная влажность, ωотн

Полное сцепление, сω, МПа

Угол внутреннего трения, φ°ω

Структурное сцепление сс, МПа

Предел структурной прочности при компрессии, МПа

Модуль осадки, мм/м, при нагрузке p

0,02 МПа

0,1 МПа

Текучепластичная

< 1

0,015

> 7

> 0 , 01

-

7 - 9

15 - 4 0

Скрыто-текучая А

1 - 1,5

0 ,0 2 - 0,01

7 - 3

0,0 1 5 - 0,007

> 0 ,0 5

9 - 11

40 - 1 20

Скрыто-текучая Б

1,5 - 2,5

0 ,0 15 - 0,005

3 - 0

0 ,0 07 - 0,003

0,05 - 0,018

1 1 - 1 4

12 0 - 250

2.35. Грунты мокрых солон чаков представ ляю т собой специфи ческую разнови дность мин еральных слабых г рун тов .

Они отличаются от солончаков других типов избыточным увлажнен и ем в течени е в сего года. Постоянному их переувлажнени ю способствует близкий уровень ми не рали зованных грунтовых вод, увели чен ный приток поверхн остных вод, обуслов ленн ый расположени ем мокры х солон чак ов в пони жениях рельефа, слабая испаряемость воды из солевых раств оро в.

Основные характер и сти ки механически х свойств мокрых солон чаков при одном и том же состав е, отражаемом чи слом пласти чности , хорошо коррелируются с коэффициентом консистенц ии незави симо от содержани я солей. По в еличин е коэффици ента конси стенц ии грунты мокрых солончаков делятся на пять разновидносте й (А , Б, В, Г, Д). Значени я механи чески х характеристик мокрых солончаков представлены в табл. 8.

Таб лица 8. Знач ени я показателей механических свойств, мокрых солон чаков

Разновидность грунта

Коэффициент консистенции В

Подвид (по пластичности)

Показатели механических свойств

Сцепление, с , МПа

Угол внутреннего трения, φ°, град.

Модуль деформации, E , МПа, при p = 0,05 МПа

А

0,5 - 0, 75

Супесча н ый

0,07 - 0, 04

35 - 25

4,6 - 3, 2

Сугл ини стый

0,04 - 0,025

25 - 1 7

2,5 - 1, 6

Б

0,75 - 1

Супесча н ый

0,04 - 0 ,02

25 - 1 8

3,2 - 2 ,5

Сугл ини стый

0,025 - 0 ,015

17 - 1 3

1,6 - 1 ,3

В

1 - 1, 5

Супесча н ый

0,02 - 0, 01

1 8 - 1 0

2,5 - 1, 9

Сугл ини стый

0,0 1 5 - 0 ,005

13 - 7

1,3 - 0 ,9

Г

1,5 - 2

Супесча н ый

0,01 - 0

10 - 8

1,9 - 1 ,6

Сугл ини стый

0,005 - 0

7 - 5

0,9 - 0 ,8

Д

> 2

Супесча н ый

0

< 8

< 1,6

Сугл ини стый

0

< 5

< 0 ,8

Примечание . К супесчаному гру н ту отн оси ть при 1 ≤ I p < 7, к сугл ин истому при 7 ≤ I р < 17 , I p - число пласти чности.

2.36. Переувлажненные глинистые грунты. Наряду с перечислен ными выше специфичными категориями к чи слу слабых могут отн оситься и обычные гли нистые грунты разли чного возраста, и меющи е в при родном состоянии пов ышенную влажность.

Анализ за в исимости механических характеристик глин истых грун тов от показателей их состава (число пласти чности ) и состояния (коэффи циен т кон си стенции ) показывает, что при в лажности , соотв етствующе й мя гк опластичной конси стенции и выше ( B > 0,5), гли нистые грун ты в соответствии с при нятыми выше условиями (см. п. 1.2) д олжны б ыть отнесены к слабым грунтам. Ори ентировочные значени я механи ческих характери стик переувлажненных грунтов представ ле ны в та бл. 9.

Таблица 9. Значения показателей меха н ически х свойств переувлажн енных глин

Разновидность грунта

Подвид (по пластичности)

Показатели механических свойств

Плотность, ρ , т/м3

наименование

коэффициент консистенции B

сцепление, с, МПа

угол внутреннего трения, φ, град.

модуль деформации, E , МПа

М ягкопластичный

0,5 - 0 ,75

Супесь

0,005

20

38

1,9

Суглинок

0,015

17

19

1,9

Гли н а

0,020

14

2

1,95

Тек уч епластичный

0 , 75 - 1

Супесь

0,002

≤ 18

19

1,85

Суглинок

0,010

13

12,5

1,85

Глина

0,010

8

3

1 ,9

Текучий

≥ 1

Супесь

0,000

14

12,5

1,85

Суглинок

0,005

10

6

1 ,8

Гл и на

0,005

6

3

1,8

Примечание . К супеси от н осить 1 ≤ I p < 7, к сугли н ку при 7 ≤ I p ≤ 17 , к глине при I p ≥ 1 7 .

2.37. Органо-мине ральные слабые грунты. Наряду с органно-мине ральн ыми сапропел ями и меется целая группа грун тов, представляю щих собой пе рехо дн ую категори ю от органически х к мин еральным. Свойства эти х грун тов прежде в сего зави сят от содержани я органи чески х веществ и по мере ув ели чения содержани я органи ки свойства их меняются от характерных для ми неральн ых слабых грунтов (илов, глин и т.п.) до св ойств вы сок озольны х торфов.

Меха н ические свойства органо-мин еральны х грунтов в значительной степени зави сят от условий формировани я породы. Чаще всего органо-мин еральны е грунты встречаю тся на переходах через поймы рек, староречья и т.п. В этих случаях ми неральная часть грунта обычно имеет аллюви альное происхождение. Орган о-мин еральн ые грунты могут перекрываться слоями минеральн ых или орган ически х грунтов или переслаи ваться с н ими в соответстви и со сменой условий осадконакоплени я. В связи с указанными особенностями э ти грунты могут иметь широкий диапазон изменения состава, плотности, а следовательно, прочности и сжи маемости .

Чрезвычайное разнообразие условий фор ми рования орган о-мин еральны х грунтов не позволяет в настоящее время дать их детальн ую строительную классификаци ю, включающую дан ные о фи зико-ме ханически х св ойствах. Свойств а подобн ых грунтов исследую т обычно п ри мени тельно к некоторым реги ональным условиям.

Классификацию орга н о-минеральны х грунтов следует строить по схеме: вид (по содержанию орган ики); подвид (по числу пластичн ости ); разновидность (по коэффициенту конси стен ции).

При этом целесообразно выделять три вида органо-минеральных грунтов: торфянистый с содержанием органики от 60 до 30 % ; сильно заторфован ны й с содержани ем органи ки от 30 до 20 % ; заторфованны й с содержанием органики от 20 до 10 % .

Внутри каждого вида выделяют четыре подв и да по числу пластичности (супесь, суглинок, тощая гли на, жи рная глина), которые делятся на пять разновидностей по состоянию с коэффициентом консистенции: 0,5 - 0 ,75; 0,75 - 1 ; 1 - 1,5; 1,5 - 2 и 2 - 2 ,5.

Ориентиро в оч ные значени я осн ов ных пока зателей механи чески х св ой ств для н екоторых орган о-мин еральных грунтов представлены в табл. 10.

Т аблица 10. Значения показателей механических свойств органо-минеральн ы х грунтов в завис имости от разновидности по коэффици енту консистенци и

Вид грунта

Подвид

Сцепление, МПа

Угол внутреннего трения, град.

Модуль осадки, мм/м, при p = 0,25 МПа

А

Б

В

Г

А

Б

В

Г

А

Б

В

Г

Торфянистый (3 0 % < П ≤ 60 % )

Глина тощая

(1 7 ≤ I p < 2 7)

-

0,055

-

0,03

-

15

-

10

-

100

-

180

Глина ж и рная

( I p ≥ 27)

-

-

0,070

-

-

-

6

-

-

-

150

-

Заторфованн ый (10 % < П < 2 0)

Суглинок

(7 ≤ I p < 17 )

0,06

-

-

-

20

-

-

-

55

-

-

-

Глина тощая

(17 < I p < 27)

0,043

-

-

-

11

-

-

-

70

-

-

-

Примечание . Разновидности грунта соответствуют следующим значен и ям коэффициента консистенци и: А - 0,5 - 0 75; Б - 0 ,75 - 1 ; В - 1 - 1 ,5; Г - 1,5 - 2 .

Определение расчетных характеристик слабых грунтов

2.38. Для назн ачения кон струкции земляного полотна на участках слабых грун тов необходи мо в результате инж енерно-геологического обследов ани я получи ть расчетн ые значения показателей механи чески х св ойств грун тов, хара ктеризующих прочность (сопротивляемость сдвигу), деф орм ативн ость (сжимаемость) и скорость уплотн ения грунта во времени под статической нагрузкой.

В зав и си мости от цели и степени детальности расчета, определяемых стади ей проекта, могут использоваться различные показатели:

проч н остные характеристики: полная сопротивляемость грунта сдви гу при испытании крыльчаткой , c усл , М Па; параметры сопротив ляемости грунта сдви гу в заданном состоянии его плотности и в лажн ости (угол вн утренн его трения φω, град; сцепление c ω , МПа);

характерист и ки деф ормативн ости: штамповой модуль деформации Ештр, МПа; компрессион ный модуль деформаци и, отвечаю щий проектн ой нагрузке, Е 0 р , МПа; модуль осадки e p , мм/м; коэфф и циент Пуассон а μ (пр и расчете по двухмерной схеме);

характер и стики уп лотняе мости грун тов во времен и: коэффи ци ент консолидаци и с k , см 2 /год; к он соли дационны е параметры: a λp , мин; b λp , ми н /см2 (или a λ , ми н · Н; b λ , ми н · М Па и p λ · Н); mp ; t λ , мин, λt .

2.39. Механи ческие характери стики грунтов, непосредствен но входящи е в расчет, следуе т, как прави ло, определять путем прямых и спытан ий грун тов в услови ях при родного залегани я.

Пр и предв ари тельных расчетах на стадиях ТЭО и составления проекта доп ускается при отсутств ии и ли н едостаточном коли честве данных непосредственн ых испытаний использовать значения механических характери стик, приведенн ые в табл. 2 - 10.

2.40. Перед непосредственным определением в лаборатори и или по табли цам показателей механ ически х свойств слабых грунтов необходимо установить и х основные классификационн ые характеристики (показатели состава и состоян ия): содержание органическ их веществ, %; содержани е CaCO 3 (при наличии реакции грунта с HCl ), % ; степень волокни стости Ф и ли разложен ия R для торфяных грунтов, % ; пределы пласти чности ωp и ωL для минеральных и орга н о- минеральн ых слабых грун тов (за исключени ем сапропелем и болотного мергеля) или только грани ца текучести (для иольди евых глин), % ; природную влажность ω пр , % .

Допол н ит ельно след ует определять плотность частиц грунта ρs , г/см 3 , содержание песчаных частиц (последнее для мин еральных грунтов), а также плотность грун та ρ , г/см 3 . На осн ов е эти х данных дополнительн о в ычисляют: коэффици ент конси стенции грунта B (для ми н еральны х или орг ан о-минеральны х грун тов) или относи тельную влажность ωотн (дл я и ольди евы х глин ); чи сло пластичн ости I p , % ; плотность сухого грунта ρ d , г/см 3 ; коэффициен т пористости грунта в п риродн ом состоянии ε 0 . Метод и ки определения основных классифи каци онн ых характери сти к п ри ве дены в прил. 3.

2.41. Расчетн ые значен ия основ ных класси фикаци он ных характери сти к (показате лей состав а и состояния) для каждого предвари тельно выделенн ого литологически однородн ого слоя устанавли ваю т путем стати сти че ской обраб отки полученн ых зн ачени й эти х показателей.

Пр и обработке данн ых по состав у и состоян ию грунта в предела х каждого слоя оцени вается одн ородность данного слоя и уточн яются границы однородных слоев в плане и по глуби не. При этом за одн ородный при ни мается такой слой, в пределах которого значения основн ых класси фикацион ных показателей не выходят за рамки одной разн ови дн ости, определяемой по табли цам.

2.42. Однородность слоя оцени вают путем построения графика рассеяния значени й того или и ного показателя, на который нан осят грани цы класси фикаци он ной группы (см. при л. 4). Слой считается однородным, если н е менее 90 % экспери ментальных точек укладываются в пределах, доп ускаемых для данной разновидности.

2.43. Для каждого однородного слоя устанавли вают нормативные и расчетн ые значени я в сех основных класси фикацион ных показателей, а зате м и каждого показателя механи чески х свойств. Одновременн о опре деляют н ормативн ые и расчетные значе ния этих же показателей для отдельн ых расчетн ых поп еречни ков , на которых отме чают более неблагоприятные значен ия показателей, чем средни е зн ачения д ля всег о слоя.

2.44. Нормати вные и расчетные значения показателей грунтов можн о устан авлив ать упрощенным графо-ан алити чески м способом или уточненным способом стати сти ческой обработки .

Пр и упрощенн ом способе за нормати вное значени е характери сти ки при нимае тся ее среднемедианн ое значени е, устанав ливаемое н еп осредств ен но по графи ку рассеяни я. Расчетной характери стикой служит гарантированн ое значени е, зависящее от числа опытных определений этой характеристики по предвари тельно построенной с помощью графика рассеян ия интегральной кривой частостей ее отдельных значений в общем числе определе ни й. При определе нии гаран ти ров ан ных зн ачени й следует руководствоваться графиком (ри с. 4).

Р и с. 4. Гра фи к для определен ия гаран тировочн ой частоты Σгар в зависимости от числа определени й n показателей физ и ко-механических свойств грунтов

Пр и приме нении уточненн ого способа обработки результатов расчетная характеристика A p грунта определяется по формуле

A p = A н ± εα,                                                           (1)

где A н - нормативное зн ачени е показателя; εα - о тклон ени е н ормати вного значени я (полуширина доверительн ого ин тервала).

Величина εα определяется по формуле

,

где t α - коэффи ци ент Стьюден та, прин имаемый по графи ку (рис. 5) в зависимости от заданной доверительн ой вероятности (коэффиц иента надежности) α и числа измерений; σ - среднее кв ад рати ческ ое отклонение; N - число измере н ий.

Рис. 5. Граф и к для опреде лени я коэ ффициен та Стьюден та t α при различ н ой надежности α и колич естве определений п

При определении расчетных значе н ий показателей состава и состоян ия величи ны t α , рекомендуется устанавл и вать при следующи х коэффициентах надежн ости:

К а тегори я д ороги

I

II

III

IV , V

Коэффициент надежности α

0,95

0,9

0,8

0,7

Методик а определения расчетных значений характеристик свойств грун тов изложена в при л. 4.

2.45. Для характеристики физических свойств грунта, а также в динами чески х расчетах основани й используются величин ы плотн ости . Плотность грунта ρ и плот н ость частиц грунта ρs определяются опытным путем в соответст в ии с методи ками , изложен ными в прил. 2, 3; плотность сухого грунта ρd - по и звестной формуле

ρ d = ρ / (l + ω).                                                      (2)

Для расчетов конструкции земляного полотна, в част н ости при опред е лении при родного давления, н агрузки от в еса насыпи и т.д., и спользуются величин ы удельн ых в есов.

Удельный вес гру н та γω может быть определен с использовани ем ве ли чи ны плотности по формуле

γω = g ρ .                                                                (3)

Удель н ый ве с сухого грунта γ ск может быть определен по формуле

γск = g ρs .                                                              (4 )

Удель н ый ве с части ц грунта γ уд может быть опр е деле н по формуле

γуд = g ρ d ,                                                             (5)

где g - ускорение св об одн ого падени я.

2 .46 . В ц елях повышения точности оценки свойств грунтов и сокращения объемов трудоемких и спытани й для их пров едени я сле дует выби рать образцы, показ ате ли состав а и состоян ия которых н аи более бли зки к расче тным для выделенного расчетн ого слоя, принимаемого за одн ородн ый (и нженерно-геологич ески й элемен т).

2.47. При н епосредственных испытан иях показатели сопроти вляемости грунтов сдви гу оп ре деляют на лабораторных при борах прямого сдви га и трехосного сжатия (φω и сω), а также путем испытани й грун тов в услови ях природного залегани я с помощью крыльчатки су сл .

Сопрот и вляемость слабых грун тов сдвигу следует во всех случаях оцени вать с учетом в озможности их раб оты под нагрузкой от насыпи в те чен ие того и ли иного вре мени в условиях н езавершившей ся консолид аци и. Н езаверши вшую ся консолидацию проще всего учесть, проводя испытани я образцов грунта по методу «п лотн ость - влажность» (см. прил. 3).

Око н чательный выбор расчетн ых значени й показателей сопроти вляемости грунтов сдви гу φω и сω н адо прои зводить на основе общего ан али за ре зультатов лабораторных и полевых опытов по изучению сопроти вляемости сдвигу грунтов слабой толщи с обязательным учетом ин женерно-геологической обстан овки и наиболее вероятных услов ий сооружени я землян ого полотн а.

2.48. Характеристики деформируемости грунтов для расчета осадок определяю т и з опытов на лабораторных компрессионных при борах (и ли в стаби лометрах) в соответстви и с указаниями прил. 3.

Дл я получени я расчетной компрессионной крив ой выделенного ли тологи ческ ого одн ородного слоя следует испытывать образцы, показатели состава и состоян ия которых наи более близки к расчетным значен иям для данного слоя.

Показат е ли дли тельности уплотнени я определяют по результатам и спытаний на консолидац ию, пров еденных на лабораторных компрессионных п риборах, в соответстви и с рекомендаци ями прил. 3.

2.49. При проектировании насыпей с расчетной высотой до 3 м на торфяных болотах глубин ой не более 6 - 8 м , когда расчетная нагрузка на основание насыпи не превышает 0,055 М Па п ри уче те эффекта взвешивания и 0,075 МПа без учета взвеши вани я, оц ен ку прочности слабых грунтов допускается вести у крупн енно на основе их ти пизации по прочн ости.

Следует различать три строительных типа болотных гру н тов по прочности :

1 - грунты, которые обладают достаточн ой прочностью в природном состояни и и при передаче на них нагрузки от насыпи указанных выше параметров, могут только сжиматься независи мо от скорости передачи нагрузки;

2 - грунты, не обладающие в природном состоян ии достаточной прочностью, в следствие чего при быстрой передаче на них нагрузки от насыпи они выдав ливаются, при медленной передаче нагрузки они успевают уплотниться и упрочн иться настолько, что не в ыдавливаются, а сжимаются;

3 - грунты, которые при передаче на них указа н ной нагруз ки в любом случае выдавливаются из-за недостаточной прочности в природном состоянии и недостаточной упрочн яемости при уплотнении.

2.50. Строи тельный тип болотного грунта по прочности можно установить следующим образом.

1. По основным показателям состава и состояния: торфя н ых грунтов, используя табл. 11, сапропелевых грунтов - табл. 12, болотного мергеля - табл. 13.

Т аб лица 11. Определение строительного типа торфя н ых грун тов

Разновидности грунта

Природная влажность, %

Степень разложения (волокнистости), %

< 25 (> 75)

25 - 40 (75 - 60)

> 40 (< 60)

Осушен н ый

< 300

1

1

1

Маловлажный

300 - 6 00

1

1, 2*

1, 2 **

Средней влажности

600 - 9 00

1

2

2

Оче н ь влажны й

900 - 1 200

1

2

2

Избыточно влажный

> 12 00

1 - 2

2

3

* К 1 ти пу следует относить торф при влажн ости менее 500 %

** К 1 ти пу следует относить торф средней зольности (5 - 2 0 %) с влажностью менее 400 % .

Таблица 12. Определе н ие строи тельн ого типа сапропелевых гру н тов

Разновидность грунта

Природная влажность грунта, %

Строительный тип грунта

органического

органо-минерального

Маловлажный

≤ 350

≤ 150

1, 2*

Сред н ей в лажности

350 - 6 00

150 - 4 00

2

С и льно влажный

600 - 1 200

400 - 9 00

2, 3 **

Избыточ н о в лажный

> 12 00

> 9 00

3

* Для уточнени я типа н еобходимы лабораторные и спытани я на сдви г и компрессию. К 1 ти пу относить органический сапропель при ωпр < 200 % и органо-мин еральный при ωпр < 50 %.

** К 3 типу отн осить органический сапропель при ωпр > 1 000 % и орган о-мин ерал ьный при ωпр > 550 % .

Таб ли ца 13. Определение стро и тельн ого типа болотного мергеля

Разновидность грунта

Природная влажность, %

Строительный тип грунта

М аловлажный

< 70

1, 2*

Средней влажности

70 - 1 50

2

Оче н ь влажн ый

> 150

3

* К 1-му типу относится болотный мергель при ω < 6 0 % .

2. По вел и чине сопротивляемости сдвигу, устанавливаемой путем и спытани й с помощью крыльчатки в услови ях природного залегани я. Для определен ия строительного ти па болотного грунта в этом случ ае можно и спользовать данные табл. 14.

Т аблица 14. Определение стро и тельного типа болотного грунта по результатам испытан ий крыльчаткой

Сопротивляемость сдвигу по крыльчатке, МПа

Вид болотных грунтов

торф

сапропель, ил, мергель

> 0,0 2

1

1

0,02 - 0 ,01

1, 2*

2

0,01 - 0 ,003

2

2, 3 **

< 0,0 03

3

3

* К 1-му типу относить болотный грун т при R < 25 % .

** Для уточнени я ти па грунта необходимы лабораторные испытан ия на компрессию и сдви г.

2.51. Наряду с типизацией по прочности допускается использовать типизацию по де ф ормативн ости. Учитывая, что оценка деформативно сти должна обеспечить достаточную точность прогн оза осадки, типиз ацию по деформ ативн ости следует разрабатывать примените льно к регион альным услови ям. Тип изация по деформ ативн ости может оказаться полезной при проектировании с помощью ЭВМ.

Условия залегания слабых грунтов. Типы слабой толщи по условиям залегания

2.52. Характер поведения слабого грунта в основании насыпи зависит не только от свойств слабого грунта, но и от услови й залегания. Последние характеризуются особенностями строения слабой толщи.

Пр и оценке особенностей строени я слабой толщи следует учитывать:

мощ н ость слабой толщи , от которой могут зави сеть: характер расч етного распределения по глубин е напряжени й от сооружени я, конечн ая велич ина осадки и ее дли тельность, а также степень устойчи вости основани я;

нал и чие и характер слоистости слабой толщи (наличи е различных по физи ко-механи ческим свой ств ам слабых грунтов в пределах толщи, переслаив ани е с прочными грунтами , выде ржанность отдельных слоев по мощн ости и т.п.);

условия отжатия воды и з толщи при ее уплотнен ии (условия дрениров ани я толщи), от которых может зависеть длительность осадки и уплотнени я;

очертание кровли пород, подст и лающих слабую толщу, от которого может зависеть устой чив ость основания и равномерность осадки;

расположе н ие слабой толщи по геологическому разрезу (нали чие перекрыв аю щи х прочных грунтов), от которого зави си т степень устойчи вости осн ования, вели чина осадки и ее длительность;

положение уровня грунтовых вод, учитываемое в расчетах.

По особенностям строения (стратиграфи и ) слабые толщи следует классифици ровать в соответств ии с табл. 15.

Таблица 15 . Класси фи кация особенностей строения слабой толщи

Тип толщи

Характеристика толщи

Подтип толщи (по условиям отжатия из нее воды под нагрузкой)

Вид толщи (по общей местности)

Разновидность (по наличию перекрывающего слоя)

I

Выдержанная по мощности однослойная

А. С односторонним дренированием

а. Маломощ н ая

б. Большой мощности

1. Свобод н ая

2. Погребенная

II

Выдержанная по мощности слоев многослойная

Б. С двусторонним дре н ированием

-

-

III

Не в ыдержанн ая по мощности однослойная

В. Со сложным дренированием

-

-

IV

Не выдержанная по мощности многослойная

-

-

-

Примечания : 1. Выдержанн ой по мощности следует называть слабую толщу, мощность которой в пределах поперечн ика земляного полотна меняется не более чем на 10 % . В противн ом случае толща называется невыдержанной по мощности. 2. Однослойной называется толща, сложенная слабым грунтом одного подвида (одн ого наименовани я). 3. При наличии недрени рую щих подстилающ их толщу пород дренирование толщи считается односторонни м, при н аличии дренирующих подстилающих толщу грунтов - двусторон ни м, а при нали чии в пределах толщи дренирующих прослоек - сложн ым. 4. Маломощной называется слабая толща, мощность которой не превышает полуширины насыпи на подошве.

2.53. Торфяные болота по стратиграфи ческим особенн остям допускается класси фи цировать ук рупн енн о в соответствии с табл. 16.

Т абли ца 1 6. Укрупненная классификаци я болот по стратиграфическим особенностя м

Стратиграфический

Характеристика

тип

подтип

I

а

Болота, заполнен н ые торфом, перекрытым сверху слоем мин ерального грунта (аллювием)

б

Болота, сплошь заполненные торфом

II

а

Болота, включающ и е слой торфа, подстилаемый слоем сапропеля, мергеля или ила и перекрытый сверху слоем мин ерального грунта

б

Болота, включающие слой торфа, подст и лаемый слоем сапропеля, мергеля и ли и ла

III

-

Болота с торфяным слоем, плавающим на поверхности воды (сплавинное болото)

3. ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ОСНОВАНИЯ НАСЫПИ (ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТИПА ОСНОВАНИЯ ПО УСТОЙЧИВОСТИ)

Общие положения. Расчетная нагрузка

3.1. В задачу расчета устойчивости осн ования насыпи входит выявлени е возможности и степени опасности бокового выдавливания слабого грунта из-под подошвы. На основе результатов расчета устойчивости должен быть сделан вывод о возм ожности использования слабых грунтов осн ования.

3.2. Для предварительного суждения о характере специальных мероп рияти й, необходимых для использования слабого грунта в качестве основания проектируемой насыпи , по результатам расчета определяют тип основания по устойчи вости.

3.3. В зависимости от характера и степени устойчивости разли чают три ти па основания:

I - основания, не требующие сп ециальных меропри ятий по обеспечению устойчи вости;

II - основания, для обеспечения устойчивости которых достаточно только технологи ческих мер (ограничение режима отсыпки насыпи);

III - основани я, которые требуют специальных конструктивных мер по обеспечению устойчивости (изменени е конструкци и н асыпи , усилени е основани я, или удаление слабого слоя).

3.4. В общем случае тип основания устанавливают п о результатам расчета устойчивости. При определенных условиях (см. п. 3.21) допускается тип основания определять без расчета на основе типи зации слабых грунтов (п. 2.49).

3.5. В качестве критерия обеспеченной устойчивости основания на слабых грунтах следует принимать отсут стви е областей разрушения, т.е. областей, где сопротивляемость грунта сдвигу ниже величины опасн ых касательных напряжени й.

Примечание . Для гру н тов типа иольди евы х г лин, мало упрочняющихся и мало увеличи вающих вяз кость при уплотнени и в обычном диапазоне нагрузок, в качестве критерия обеспеченной устойчивости следует прини мать отсутствие областей ползучести, т.е. областей, в которых касательные напряжени я τ превышают порог ползучести: τ lim = p tg φω + c c , где c c - необратимая часть сцеплен ия.

3.6. Степень устойчивости устанавливается по величине к оэффициента безопасности

,                                                              (6)

где p без - безопасная нагрузка, т.е. предельная нагрузка, отвеча ю щ ая условию устойчи вости и определяемая по пп. 3.11 и 3.17; p ра с ч - расчетная (проектная) нагрузка.

Устойчи в ость основ ания счи тается об еспеченной при услови и k без ≥ 1 .

3.7. Величины p без и p расч зав и сят н е только от параметров возводи мой насыпи и свойств слаб ых грунтов в их при родном залегании , но и от режи ма в озведен ия насыпи. В связи с эти м величи на k без м ожет устанавли ваться при менительно к условиям:

быстро й (условно мгновенной) отсыпки насыпи k (нач) без ,

медлен н ой (в соотв етствии со скоростью уплотнени я и упрочнени я слаб ой толщи ) отсыпки н асыпи k кон без .

Кроме то г о, степень устойчивости может оцениваться при менительно к любому заданному моменту t процесса уплотнения k без t .

3.8. При простом (трапец еи дальн ом) очертан ии насыпи эпюру расчетн ой нагрузки на основани е следует при ни мать в ви де равнобочной трапеци и (рис. 6 ). Пр и этом величина максимальных напряжений на поверхности осн овани я определяется по формулам:

пр и расчете на быструю отсыпку

p расч = γ н ( h расч + S кон );                                                   (7)

при расчете на медленну ю отсыпку

p расч = γ н ( h расч + z г.в ) + γвзвн( S кон - z г.в );                                    (8)

где γн - удельный вес грун та насыпи; h расч - расчетная высота насыпи; γвзвн - удельн ый вес грунта насыпи н иже уровня грунтовых вод; z г.в - расстояние от поверхности земли до расчетного уровня грунтов ых вод; S кон - конечная осадка основания насыпи.

При наличии на поверхности толщи постоянного уровня воды h п.в , для определения p расч следует соответственно использовать з ав исим ости :

p расч = γ н ( h расч + S кон ) - (γн - γвзвн) h п.в ,                                     (9)

p расч = γ н ( h расч + z г.в ) + γвзвн( S кон - z г.в ) - (γн - γвзвн) h п.в ,                      (10)

П рим ечания : 1. При расчете устойчи вости на промежуточный момент процесса осадки следует использовать вторую формулу с подстановкой в нее вместо S кон величин ы St - осадки на рассматрив аемый момент t и с увели чением h расч на разность S кон - St .

2. Если осадка S меньше z г.в , то расчетн ая нагрузка определяется по первой формуле.

3. В качестве расчетных уровней воды zг.в и h п.в необходи мо принимать их наинизшие значения за весь пери од службы дороги до капитального ремон та (с обеспеченностью 90 % ).

Рис. 6. Эпюра рас че тн ой нагрузки

3.9. Расчетная высота насыпи h расч определяется по формуле

,                                                        (11)

где h 0 - ф актическая высота насыпи (проектная), включая дорожную одежду, по оси над первоначальным уровнем земли; σ 0 - удельная н агрузка на поверхности проезжей части от колеса расчетного автомобиля (или гусеницы при расчете на гусеничные машины); Кэус - к оэффи ци ент приведения подвижн ой н агрузки к эквивалентной статической при расчете устойчивости; γн.ср - средн евзв ешенный удельный вес грунта насыпи.

Велич ин а коэффи циента приведения устанавливается по формулам:

при                                 ;                                       (12)

при                                  ,                                       (13)

где h - толщина насыпи (по оси, считая от поверхности покрытия); D - д иаметр отпечатка расчетного колеса или шири на гусени цы; Н - м ощность слабой толщи (или активная зон а); B - ши рина насыпи поверху; n - показатель, принимаемый равным 1 при расчете на гусенич н ую нагрузку и 2 - при расчете на колесн ую н агрузку.

Примечание . В практическ и х расчетах устойчив ости подвижную нагруз ку можно не учитывать в расчете при толщин е насыпного слоя h ≥ 2,5 м .

Определение типа основания расчетом

3.10. Для определения типа основани я расчетом необходи мо ус танов ить вели чины коэффи циентов безопасн ости для услов ий быстрой k нач без и медленной k кон без отсыпки насып и .

Таблиц а 17 . Тип основания по устойчивости

Тип основания

Определяющий признак

Характеристика устойчивости

Преобладающие деформации грунта наиболее опасного слоя

Возможность использования слабой толщи в качестве основания

I

k нач без ≥ 1

Устой чи вость об еспечена при любой скорости отсыпки насыпи

Сжатие

Мож н о использовать в качестве основания

II

k нач без < 1

k кон без ≥ 1

Устойч и вость при быстрой отсыпке не обеспечен а, но обеспечена при медленной отсыпке

При быстрой отсыпке - с двиг (выдавли вание), при медленной - сжатие

Можно использовать в качестве основан и я при медленн ой отсыпке насыпи

III

k кон без < 1

Устойч и вость не обеспечен а ни при каких режимах отсыпки

Сдвиг (выда в ливание)

Без конструктив н ых меропри ятий в качестве осн ования использовать нельзя. Нужно удалить слабый слой или измени ть кон струкцию насыпи

Примечания : 1 . Требуемый (допусти мый) режи м отсыпки при II типе основа ни я устанавли вается расчетом (см. п. 5.36). 2. При приближенн ом определении ти па осн ован ия на стадии ТЭО и на первой стадии проектирования при расчете k кон без повышение в результате уплотнения н е учитывается, а учитывается только проявление эффекта в звешивания. В этом случае тип II делится на два подтипа II -А и II -Б. К п одти пу II -Б ос н ован ие следует относить при 0,2 ≤ k кон без < 1, а пр и k кон без < 0 ,2 основание следует относи ть к III типу. Основание подт и па II -Б после уточнения расчета с использованием лабораторных данных по сдвигу и компрессии окончательно относят либо к типу II , либо к типу III .

В зависимост и от значения k нач без и k кон без основа ни е может быть отнесено к I , I I и III типам по устойчивост и в соответствии с табл. 17.

Определе н ие безопасной н агрузки для условий быстрой отсыпки насыпи (безопасная нагрузка в природн ом состоянии плотности-влажности грунта основан и я)

3.11. Безопасная нагрузка для услови й быстрой отсыпки насыпи определяется по формуле

,                                               (14)

где снач и φ н ач - сцепление и угол внутренн его трен ия грун та при природной плотности-в лажности; γср - с редневзвешенный удельный вес толщи (в необходимых случаях - с учетом взвеши вани я), расположенн ой выше горизонта z ; z - глубина расположени я рассматриваемого гори зон та от поверхности земли; β - функци я φ нач , формы эпюры нагрузки 2 a / B и относительной глубины z / b , устана в ливаемая по графикам ри с. 7.

Рис. 7. График функции β пр и :

а - φ = 0°; б - φ = 5°; в - φ = 10°; г - φ = 1 5°; д - φ = 20 ° ; е - φ = 30° ; 1 - 2a /B = 10; 2 - 2a/B = 3,0 ; 3 - 2a/B = 1 ,0; 4 - 2 a /B = 0,6; 5 - 2 a /B = 0 ,2

3.12. В общем случае, в том числе и при слои стой слаб ой толще, а также при геологически однородн ой толще, но при н али чи и и зменени я c ω нач и φω нач по глубине, определение p нач без ведется графоаналитическим способом. Для этого строят график и фун кций  и снач + γср z tgφ нач . Затем с выбра нн ым шагом по z определяют отношение значен и й этих функци й, т.е. определяют p нач без к а к функци ю от z и строят гр а фи к этой функции. Мини мум этого графика определи т и скомое зн ачение p нач без (рис. 8).

Рис. 8. Графическ и й способ определени я p без

а - при однородной толще; б - пр и слоистой толще

3.13. Упрощенные расчеты можн о вести по формулам, представ ленным в табл. 18 и основанным на тех или иных допущени ях. При этом следует учитывать, что получаемые решения содержат тем больший запас, чем проще формула и чем ниже она расположена в таблице. В связи с этим в ряде случаев может применяться метод последовательного уточнения расчета, при котором расчет начинают с наиболее простой формулы, переходя к более сложным только в том случае, если k нач без , вычисленный с использованием простой формулы, окажется меньше единицы.

Таблица 18. Рас че тные формулы для определен и я p без

Расчетная формула

Принятые при ее выводе допущения

1

2

p без = 3,14спрнач

Эп ю ра нагрузки в виде прямоугольника

φ = 0

Слабая толща в виде однородного полупространства

c - п остоянно по глуби не

Эпюра нагрузки в в и де прямоугольника

Слабая толща в виде полупространства

c - постоянно по глубине

Слабая толща в в и де полупространства

φ = 0

c - постоя нн о по глубине

Слабая толща в виде полупростра н ств а

φ и c - п остоянн ы по глубин е

γ ср = 0

φ = 0

c - постоянно в пределах слоя

Толща выше слабого слоя и в его пределах имеет

γ ср = 0

c и φ - постоянны в пределах слоя

3.14. Значения приведенного сцепления спрнач при применении формул табл. 17 следует устан овить по выражению

c пр нач = c нач (1 + si nφ нач ) = c нач ( 1 + 0,0172 φ нач ).                                (15)

В расчет можно также вводить значение c пр нач , вы чи сленное по формуле

,                                         (16)

г де p расч - расчетная нагрузка.

Приведе нно е сцеплени е, вычисляемое по формуле ( 16), можно использов ать в расчете при условии

,                                                               (17)

где km φ - ф ун кция, определяемая по графи ку (рис. 9); m - макси мальн о допустим ый процент отклонен ия расчетной сопроти вляемости грунта сдвигу от фактической в сторону завышения, принимаемый равным 5 - 1 0 % .

Рис. 9. Гра фик зависимости km φ = f ( φ ) при ра з личн ых значения х m

3.15. При использовании в расчете полной условной сопротивляемости грунта сдв игу, устанавливаемой с помощью крыльчатки, для расчета p нач без в зав и си мости от условий, может использоваться любая формула табл. 18, относящая ся к случаю φ = 0.

3.16. При сложн ом поперечном сечении насыпи (насыпь с бермами, откосами разной крутизны и т.п.) определение p нач без следует вест и путем анализа соблюдения услов ия прочности в различн ых точках основания по формуле

,                                        (18)

где σ 1 и σ 2 - значения главных напряжени й в рассматриваемой точке от внешней нагрузки; k ст - коэффициент стабильности.

Для определения σ1 и σ2 слож н ую эпю ру разбив ают на ряд простых (проще в сего - треугольных). В каждой рассматри ваемой точке определяют н ормальны е и касательн ые напряжения по верти кальным и горизонтальн ым площа дкам (σ zi , σyi , τyzi ) от каждой эпюры н агрузки, пользуясь формулами п рил. 6. Затем определяют суммарные напряже ния в точке от всех выделенных эпюр нагрузки ( σ z , σy , τzy ). Далее вычисл я ют глав ные напряжения по формулам:

;                                        (19)

.                                        (20)

Если k ст в какой-либо точке окажется меньше 1, то устойчивость считается необесп е ченн ой. Расчеты следует выполнять с помощью ЭВМ.

Определение б езопасной нагрузки для случая медленной отсыпки насыпи

3.17. Для случая медленной отсыпки насыпи расчет безопасной нагрузки п ри простой эпюре осуществ ля ется ан алоги чн ым образом по формуле

,                                                    (21)

где c ′ и φ ′ - кажущиеся сцепление и угол внутренн его трен ия, получаемые в опыте с полн ой консоли даци ей образцов (консолиди рованн ые испытания с дрен ажем); β - та же функция, что и при ра счете на быструю отсыпку (см. рис. 7), но принимаемая в зависимости от значения φ ′.

3.18. Для приб лиженных расчетов допускается при определени и p кон без ис п ользовать те же формулы, что и для p нач без , с подстановкой в них вместо знач е ни я φнач c нач и c пр нач в ели чин φкон , c кон и c пр кон , соотв е тств ующи х кон ечн ой плотн ости - влажности грун та, ωкон на данном горизон те, которую он будет иметь после завершен ия процесса уплотнен ия под расчетной нагрузкой (влияние подвижной нагрузки в данн ом случае н е учитывается).

3.19. При необходимости определения безопасной н агрузки на любой заданный момент процесса уплотн ения толщи следует вести расчет по точкам, используя формулу

,                                                  (22)

где c ωt и φωt - с цепление и угол внутрен него трени я, отвечающие влаж ности ω грунта в зада н ный момент t ; D и θ - разность и сумма главных напряжений в данной точке, определяемые по граф и кам прил. 6.

Значения c ωt и φωt можно устанавливать по графикам c ω = f ( ω ), φω = f ( ω ), получаемым в результате испыта ни й грунта н а сдвиг по методу плотн ости и влажности. При этом расчетн ая в лажность грунта в момент t определяется по формуле

ωt = ω нач - ( ω н ач - ω кон ) U ,                                                   (23)

где ωнач и ωкон - н ачальная и конечная влажн ости ; U - степень консолидац ии в момен т t , устанавливаемая по решен и ям плоской задачи теории консолидации.

Для определен и я U и расчета k ст t следует и спользовать специ альную программу для ЭВМ. В этом случае применя ют следую щи е анали тические выражен ия для функций c ω t = f ( ω ) и φωt = f ( ω ):

;                                                      (24)

,                                        (25)

где c нач и φ н ач - сцеплен ие и угол вн утреннего трения при н ачальной влажности грунта ωнач ; А0 и δ - параметры упрочн яемости, устанавливаемые при и спытаниях на сдвиг по методу плотности-влажности ; ae и θ 0 - параметры уплотн яемости (параметры компрессионной кривой с учетом двухм ерн ости задачи); θ - сумма главных напряжений; U - степень консоли дации, соответствующая заданному t .

3.20. Во многих случаях вследствие небольшого ди апазон а и нте ресующи х нас нагрузок вместо приведенных выше зависимостей можно использовать линейные выражения:

c ω t = c нач + a0 нач - ω t );                                                  (26)

tgφ ω t = tgφ нач + δ 0 нач - ω t ),                                              (27)

г д е a 0 и δ 0 - п араметры упрочняемости, устан авли ваемые экспери ментально путем спрямления зависимостей c ω t = f ( ω ) и tgφωt = f ( ω ) в интересующем д и апазоне влажн ост ей .

Пример расчета устойчивости слабого осно в ани я при быстр ой и медленной отсыпке насыпи приведен в прил. 7.

Упрощенная оценка устойчивости основания на основе типизации

3.21. При проектировании насыпей на торфяных болотах, если расчетная нагрузка на основание насыпи не превышает 0,055 М Па (0,55 кгс/см2) при учете эффекта взвеши вания ни жней части насыпи и 0,075 МПа (0,75 кгс/см2) без учета взвешивания, при мощ ности слабой толщ и не более 6 - 8 м и простом (трапецеидальном) поперечном профиле насыпи, допускается ти п основани я (строи тельн ый тип болота) определять по строи тельным типам слабых грунтов, слагающих слабую толщу (см. п п. 2.49 - 2.51 ).

3.22. В зав иси мости от строительны х ти пов грунтов, слагающих слабую толщу, разли чают три строительны х типа болот:

I - болота, слабая толща которых представле н а только грун тами 1-го строительн ого типа;

II - болота, слабая толща которых представлена грун тами 1-г о и 2-го ти пов;

III - б олота, слабая толща которых включает хотя бы один слой 3-го строи тельного типа.

П ри мечан ие . Если толщина н аи более слабого пласта не превышает 5 % общей мощности слабой толщи, то его наличие при определени и ти па болота не учи тыв ается.

Тип болота соответствует т и пу осн овани я по устойчивости.

4. ПРОГНОЗ ОСАДКИ ОСНОВАНИЯ НАСЫПИ

Общие положения. Расчетная нагрузка

4.1. При обеспеченн ой устойчи вости основани я осадка его обусловлив ае тся сжати ем (уплотн ени ем) слабого грунта под воздействи ем внешних нагрузок, а также н екоторым боковым ра сши рением.

4.2. Осадка слабой толщи всегда растян ута во времени, поэтому п ри прогн озе осадки решаются две самостоятельные, но взаимосвязанн ые задачи: определени е конечной величи ны осадки и определение хода осадки во в ремен и.

4.3. При п рогн озе осадки форма эпюры расчетной нагрузки от веса н асыпи прини мается аналогичной принятой при расчете устойчивости (см. п. 3.8).

Велич ин а расчетн ой н агрузки вычисляется по формулам, при веде нн ым в п. 3.8 для случая медленной отсыпки. При этом входящая в эти формулы величин а расчетн ой высоты насыпи устан авли вается по выражен ию

,                                                             (28)

где σ0 - величина расчетн ых напряжен ий от подвижной нагрузки на уровне п одошвы н асыпи; К э ос - к оэффициент приведен ия подвижн ой нагрузки к экви вален тной статической при расчете осадки .

,                            (29)

гд е B - ши рина з емляного полотна поверху; H - расчетн ая мощн ость сжимаемой толщи; D - диаметр отпечатка колеса и ли шири на расчетной гусеницы; n - показатель степен и, при ни маемый равным 1 при расчете н а гусеничную нагрузку и равн ым 2 при расчете на колесную нагрузку.

Примечание . При толщ и не насыпи (вы сота + осадк а) св. 2 м подвижная нагрузка в расчете может не учитываться.

4.4. Осадка основания насыпи определяется как суммарн ая верти кальн ая деформация по оси всей слабой толщи в пределах акти вной зоны.

4.5. Вели чи на активной зоны устанавливается в каждом конкретном случае с учетом фактической мощн ости слабых слоев и условий и х расположени я. В качестве нижней грани цы активной зоны принимают:

кровлю прочного и малосжимаемого гру н та, подстилающего слабую толщу при относительно небольшой ее мощности;

гор и зонт, на котором вертикальные нормальные напряжения от внешней н агрузки σ z и собственного веса σс.в не превышают величины структурной прочности при компрессионном сжат и и σстр*

σ z + σс.в ≤ σстр .                                                           (30)

* Определение σстр и зложено в при л. 3.

При этом велич и на σс.п определяется в необходимых случаях с учетом взвешивания.

При однородной слабой толще и постоянной по глуб ине разн ости σстр - σс.в глубин а активной зон ы по второму кри терию может быть ориентировочно вычислена по формуле

,                                                (31)

где b ср - полушири на насыпи по средн ей ли нии ; p расч - расче тн ая н агрузка на пов ерх ности основания н асыпи .

Примечание . Пр и приближен ных расчетах и отсутстви и дан ных о величин е σ стр за глубину акт и вной зоны допускается принимать ординату гори зонта, на котором сжи мающие напряжения от расчетной нагрузки не превышают 20 % напряжений от собственного веса (σ z ≤ 0,2 σ с.в ).

4.6. При наличии неоднородной слабой толщи, переменн ости по глубине σстр - σс.в и т.п. глубину активной зоны следует устанавливать графи ческим способом.

Прогноз конечной величины осадки

4.7. В зав иси мости от стадии прое ктиров ан ия и нали чи я и сходн ых данны х расчет осадки может выполняться по более строгим или упрощенн ым решени ям. При этом упрощенные решения дают запас в отн ошени и кон ечн ой осад ки (завышают ее величи ну) по сравнению с уточненными решени ями.

4.8. В общ ем случа е кон ечная величи на осадки определяется методом п ослой ного сумми рования с и спользовани ем зависи мости:

для услов и я одн омерной задачи

;                                                          (32)

д л я условий двухмерной задачи

;                                    (33)

где Hi - мощн ость отдельного слоя; e pzi - модуль осадки грунта этого слоя в верти кальном направлении , устанавли ваемый по компрессионной кри вой при нагрузке, отвечающей н ормальному напряжению на уровне середин ы расчетного слоя и с учетом срока службы дорожной кон струкции (см. при л. 7); e pxi - то же, в горизонтальном направлении; μi - коэффициен т бокового расши рения грунта i -го слоя.

4.9. Для определения расчетного значения модуля осадки н еобходимо :

установ и ть расче тные напряжени я от вн ешн ей н агрузки на данном гориз он те по формуле

σ z = αp расч ,                                                                (34)

где p расч - расчетна я нагруз ка на п оверхн ости осн овани я; α - безразмерны й коэффициен т, зависящий от относи тельной глуби ны расположе ни я рассматри ваемого гори зон та и определяемый в соответствии с прил. 6;

определ и ть расчетные н апряжения от собственн ого веса толщи на данн ом гори зон те

σс.в = γср z ,                                                                 (35)

где γср - средневзвешенный удельный вес толщи , расположенный выше данного горизонта z ; определить по компрессионной кривой в ида e pz = f ( p ) величину модуля осадк и e pz при нагрузке pz + σ с.в ; определить по той же компресс и онной кривой модуль осадки е″ pz при величи н е p , отвечающей структурной прочности σ стр ;

выч и сли ть расчетн ый модуль осадки как разность

epz = e pz - e p z .                                                           (3 6 )

4.10. Если осадка насыпи превышает 10 % высоты н асыпи, то необходимо учитывать в расчете нагрузку от просевшей части насыпи. В этом случае расчет приходится вести методом последовательного приближения. Наиболее удобно этот расчет выполнять графи чески м способом в следующем порядке:

задавшись величиной нагрузки p 0 на поверх н ости толщи, определяю т, пользуясь таблицами и графиками при л. 6, напряжения ( pz - при одномерной задаче, p z и p x - при двухмерной) в расчетных слоях по оси насыпи;

по соответствующ и м компрессионным кри вым находят модули осадки, отвечающие установленным напряжениям в соответствии с п. 4.9;

по формулам п. 4.8 определяют осадки слоев и суммарную осадку;

повторяют расчеты еще для дву х-т рех значений нагрузки p ;

по результатам строят графики осадки отдельных слоев и общей осадки в зависимости от нагрузки на поверхности;

на этом же графике строят прямую , выражающ ую зависимость нагрузки на поверхности от осадки (по формулам п. 3.8).

Точка пересечения построенных кривых полной осадки и прямо й определит расчетную величину полной осадки и нагрузки на поверхности, точки пересечения с кривыми, построенными для отдельных слоев, определяют их частные осадки.

4.11. Если общая мощность слабой толщи не более 1,5 b ср (где b ср - полуши рина насыпи по средней линии), то при расчете осадки и зменен ие по глубине сжимающих напряжений можно не учитывать.

4.12. Для приближенных расчетов при невысоких насыпях (до 5 м) и мощности слабой толщи не более 2 b , когда отсутствуют данные непосредственных компрессионных испытаний , можно использов ать значимость

,                                                (37)

где h расч - расчетная высота насыпи; γ н и γ взв н - удельный вес грунта насыпи над и под уровнем грунтовых вод; z г.в - расстояние от поверхности основания до расчетного уровня грун товых вод, Ешт - штамповый модуль деформации слабой толщи, принимаемый приближенно по табл. 3 основн ого текста ; H расч - расчетная мощ ность слабой толщи.

Величина расчетной мощности слабой толщи прин и мается в зави сим ости от отн ошени я фактической мощности H к полуш и рин е насып и b с р по средней л и нии:

H / b ср ....................

≤ 1,5

1,5 - 2

2 - 4,5

> 4 ,5

H расч .....................

H

0,9H + 0,5b ср

0,4H + b ср

0,18H + 2b ср

Пр и слоистой толще или при значи тельной зависи мости модуля деформации от н апряжени й средний шт амп овый модуль следует определять по формуле

,                                                          (38)

где Hi и Ei - мощность и модуль деформации i - го слоя.

4.13. При расчете осадок насыпей на торфяных болотах, слабая толща которых в ключает слои жи дки х образований , не упрочн яющие ся при сжати и, вели чин у осадки устанавли ваю т с учетом ликви дации эти х слоев в результате отжатия жидких образовани й.

Пр и этом и спользуют зависи мость

S = S сж + Σ H от ,                                                        (39)

где S сж - о садка сжимающихся слоев, устанавливаемая указанн ыми выше методами; Σ H от - сумма мощн остей отдавли ваемых слоев.

Т абли ца 19. Ориентировоч н ые значения величины осадки, %

Толщина обжимаемого слоя, м

Высота насыпи, м

до 3

3 - 4

До 2

50

60

От 2 до 4

40

50

4.14. При проектиров ани и д орог н а торфян ых болотах I т и па глу бин ой до 4 м в поря дке п ерв ого п ри ближения вели чину осадки можно устанавли вать по табл. 19.

Прогноз хода осадки по времени

4.15. При мощности активной зоны H a b ср (где b ср - шири на насыпи по средней лин ии) прогн оз дли тельности осадки может осуществляться по схеме одномерного сжатия. Прогноз хода осадки во вре мени целесообразно вести раздельно для двух участков кривой консолидации, назыв аемых участками первичн ой и вторичной осадок (ри с. 10).

Рис. 1 0. Об щий ви д крив ой кон солидации

λ0 - мгновенн ая осадка, λ I - пер ви чная осадка, λII - втор и чн ая осадка

4.16. На участке первичной осадки время дости жения реальн ым слоем относитель н ой деформации λ при нагрузке p осуществляют упрощенным ил и более точным способом. В перв ом случае время интен си вной части деформации определяется (н а основ е неполного объема испытаний слабого грунта) по формуле

,                                                          (40)

где Ck - коэффициент консолидации , определяемый неп осредственн о путем кон соли дационны х испытани й (см. п рил. 3); KU - коэффи циен т, вели чин а которого зависит от степени кон солидации (и ли от относительн ой деформации) и определяется по табл. 20;

,

(где λI - относительная деформация образца грунта пр и расчетн ой нагрузке, отвечающая завершению первичн ой осадки ); H ф - расчетный путь фи льтрации воды, отжимаемой из слоя, прин имаемый равным мощн ости слоя при одностороннем дренировании и половине мощности при двухстороннем дрен ирова нии.

Таблица 20. Определе н ие коэффициен та KU

U , %

KU

U , %

KU

20

0 ,0 3

70

0,40

30

0,07

80

0,57

40

0,12

85

0,69

50

0,20

90

0,85

60

0,29

95

1,13

4.17. Если в си лу геологического строения толщи или различий в напряженном состоянии слоев по глуби не слабое основани е при ходится рассматривать как слоистое, то время практи ческой стаби лизации деформации основания в целом определяется в з ав исимости от расположени я и свойств грунтов в отдельн ых слоях в ременем стаби ли зац ии д еформаци и слоя, для которого значения Тстаб будут наи больши ми .

4.18. Уточненн ый прогноз первичной осадки осущ ествляется н а осн ове полного объема и спытани й слабого грунта по формуле

T λp = b λp H 2 ф ,                                                            (41)

где b λp - к онсоли даци онный параметр, вели чи на которого зависит от расчетной нагрузки p и относи тельной деформации λi и определяется по р е зультатам к он солидаци онн ых испытани й образцов с различными услови ями дренировани я по формуле (см. прил. 3):

,                                                          (42)

где t 1 - в ремя дости жени я заданной относи тельной деформации при уплотнени и под н агрузкой p образца высотой h 1 при двухстороннем дренирован ии h = h обр /2; t 2 - то же, образца высотой h = h обр при одностороннем дренирован ии .

4.19. На участке втори чн ой кон солидации прогн оз осадки во в ремени осуще ствля ют по формуле

,                                                       (43)

где mp - параметр к онсолид аци онн ой кри вой, определяемый эксперимен тальн о при полном объеме и спытаний, как тангенс угла наклон а участка вторичн ой осадки (см. при л. 3); T I - время окончани я участка первичной осадки при реальном слое, устанавли ваемое по формулам п. 4.16 (при λ = λI ).

4.20. По результатам расчетов строят график осадки основани я во времени, анали зируя который, выявляют условия соблю дения требований п. 1.8 и ре шают вопрос о н еобходи мости ускорения осадки (см. разд. 5).

4.21. В случае сложн ого очертания поперечного сечения насыпи, а также при мощности актив ной зоны более 1,5 b ср расчет ведут по усло ви ям д вухмерн ой задачи, используя специальные программы для ЭВМ.

5. КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПРИ СООРУЖЕНИИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА НА УЧАСТКАХ ЗАЛЕГАНИЯ СЛАБЫХ ГРУНТОВ

Общие положения

5.1. При проекти ровании дороги на участках залегания слабых грунтов по результатам предварительно выполненных прогнозов устой чи вости осн ования, величины и дли тельн ости осадки, с учетом особенностей проектируемой дороги, местн ых услови й и техн ологически х возможностей строительной организации прорабатыв ают н есколько конкурентоспособных вариантов, каждый из которых удов летворяет требованиям обеспечения устойчив ости, стаби льности и ди намической прочности (см. пп. 1.7 - 1.9). Наиболее предпочти тельный в ариант выбирают путем техн ико-экономи ческого сравн ен ия.

5.2. Прин ци пи альной основой выбора технич ески х решений яв ляется выявлени е факторов , представляющих наибольшую опасность для работы дорожной конструкции в данном конкретном случае, и установление мероприятий , ней трализующих эти факторы или сни жающих их влия ние (табл. 21).


Таблица 21. Конструкт и вно-технологи ческие решения при сооружени и землян ого полотна на слабом основании

Мероприятия

Группа решений

А

Б

В

Назначение мероприятий

повышение устойчивости

сокращение времени достижения безопасной интенсивности осадки

уменьшение влияния динамического воздействия нагрузки

снижение величины конечной осадки

ускорение процесса осадки

Результат мероприятий

уменьшение нагрузки

улучшение характера напряженного состояния толщи

увеличение сопротивляемости сдвигу

уменьшение нагрузки

улучшение характера напряженно-деформативного состояния толщи

уменьшение мощности сжимаемой толщи (активной зоны)

снижение сжимаемости грунта

увеличение уплотняющей нагрузки

улучшение условий удаления поровой воды из сжимаемого слоя

снижение напряжений от транспортной нагрузки

повышение динамической устойчивости основания насыпи

Технологически е

-

-

Предварительная кон солидация; промораживание оснований (для I зоны)

-

-

-

Предв ари тельное о су шение дорожной п олосы

Временная п ри гру зка; в ременн ое водопонижение

Отсос воды из толщи в процессе консолидац ии

-

-

Конструктивные

Снижение высоты насыпи; насыпи из ле гки х материалов; замена грунтовой насыпи специальными пустотными конструкциями; насыпи на сваях

Уполож ен ие откосов ; боковые при грузочные бермы; грунтов ые сваи; уменьшение мощности слабой толщи; распределяющая плита (настил) в основании насыпи

Грунтовые сваи; вертикаль ные дрены; дренажные прорези; замен а слабых грунтов

Снижение вы соты насыпи; насыпи из легких ма териалов; насыпи на сваях

Грунтовые сваи; распределяющая пли та (настил) в осн овании насыпи

Част ичная замена слаб ых грун тов

Грунтовые сваи-д рены; з амена сла бы х грунтов

-

Вертикальные дрен ы; дренажные прорези ; частичн ое удаление слаб ого грунта; устройство фильтрующи х прослоек

Увеличение высоты насыпи; уве лич ение толщин ы дорожной одежды; армирование насыпи; ра спределяющая плита ( настил) в основани и насыпи

Грунт овые сваи в основ ании насыпи ; вертикальные сваи-дрены; полн ая или частичная замена слабого грунта


5.3. Ц елью различных конструкти вных решений и технологи ческих мероприятий может быть: повышение устойчи вости основ ания насыпи (группа А); ускорение достижени я допустимой ин тенси вности осадки (группа Б); исклю чение недопустимых уп ругих колебаний (группа В). Некоторые меропри ятия имеют комплексн ый характер и могут выполнять одновременно несколько назначений.

5.4. При предв арительном отборе вариантов в первую очередь рассматривают соблюдение требования устойчивости основания.

Для типа I оснований (по устойчивости) могут пр и меняться решения групп Б и В. Для основани й II т и па примен яют решения групп А (возможно только технологические), Б и В. Для основ аний III типа пр и меняю т решения групп А, Б и В.

Примечание . При использован и и метода временной при гру зк и тип осн ования по устойчивости следует уточн ять с учетом увеличения высоты насыпи на толщину пригрузочн ого слоя.

5.5. По результа там прогноза протекания осадки во времен и определяют целесообразность применени я мероприятий группы Б, которые становятся необходимыми при невыполнении услови я п. 1.8.

5.6. По данным проверки прочности дорожной конструкции на дина мическое воздействи е транспортных средств в случаях, если толщи на насыпи меньше вели чин, уста новленных табл. 1, назначают конструктивные мероприятия группы В.

Конструктивно-технологические решения, предусматривающие использование в основании слабых грунтов

5.7. Независимо от наличия и вида меропри ятий, н аправленн ых на повышение устойчивости, стабильности и прочности, при определении толщины насыпи, возведенной на слабом грунте, следует учитывать погружение ее подошвы, т.е. осадку. Схема конструкции земляного полотна, возведенного на поверхности слабой толщи, показана на рис. 11.

Рис. 11 . Ти пов ая схема з емлян ого полотна, в озве ден ного на поверхности слабой то лщи

5.8. При определении требуемого объема грунта для в озведения насыпи сечение погружен ной части F погр пр и нимают в в иде трапеции с высотой, равной расчетной величине осадки, и меньши м основан ием, равн ым ши ри не земляного полотна поверху (см. рис, 11), т.е.

F погр = SB + S(h - S)m .

Орие н тировочн о об ъем земляных работ может быть определен в соответстви и с при л. 8.

5.9. Если дополнительными мероприятиями не предусмотрено каки х-ли бо и зменени й, крутизн у откосов насыпи и боковые водоотводные кан авы при нимают по общи м прави лам проектирования земляного полотна в обычных услови ях.

5.10. Для н асыпей, сооружаемых на слабых грунтах, следует, как правило, при менять дрени рующи е грунты. Недрен ирую щие грунты допускается и спользовать для дорог с облегченными, переходн ыми и низшими типами покрыти й при условии обеспечения устойчивости и прочн ости кон струкции .

Для дорог с переходными и ни зши ми ти пами покрыти й, а также сборн ыми покрытиями при стади йн ом строи тельстве на переходах че рез торфян ые болота допускается использовать в нижней части н асы пи торф с показателем волокни стости не менее 50 % и влажностью не более 800 % . Верхнюю часть н асыпи при этом устраивают из минеральн ого грун та (ри с. 12). Толщина верхнего слоя от границы торфяной ча сти до ни за одежды для разли чн ых грунтов н асыпи устанавли вается расчетом и должна составлять не мен ее, м:

песок, супесь легкая п ы леватая ................................................................ 0,7

песок п ылев атый , супесь легкая ............................................................... 1,2

суп е сь пылеватая и тяжелая пылеватая, суглинки, глины ..................... 1,6

При проект и ровании насыпи необходимо учитывать сжатие торфяного слоя от давле ния вышележащей кон струкции.

Рис. 12. Схема и спользования торфа в ни жней части насыпи

а - устро й ство ни жнего слоя ; б - устройство в ерхнего слоя

5.11. При строительстве дороги на мокрых солон чаках допуска ется примен ение для насыпей солончаковых грунтов при глубине уровня грунтовых вод не менее 0,5 - 0 ,6 м от п ов ерхности . При этом коэффициент переувлажнени я грунтов, и спользуемых для насыпи, должен быть не выше допустимого по СНиП 2.05.02-85.

Переувлажненные грунты, предназ н аченные для примен ения в земляном полотн е, могут подсушиваться или обезвожи ваться хими чески ми добавками в соответстви и с указани ями СНиП 3.06.03-85 (при соответствую щем технико-экон оми ческом обоснован ии).

Крутизна откосов насыпей из солончаковых грунтов должна быть не более 1:3.

5.12. В случаях, когда требова н ие стабильности не обеспечивается в установленные сроки строительства, при соответствующем техник о-э кон оми ческ ом обосн ован ии допускается стадийный метод строи тельства с открыти ем временной эксплуатации до окончательного устройства покрытия.

Для стадийного строительства из капитальных т и пов наи более пригодн о покрытие из сборн ых железобетон ных плит на пе счаном подсти лающем слое. Омон оли чи вани е с устранени ем возникших неровн остей путем пе рекладки части плит с плани ровкой поверхности основани я производят после фактического окончани я кон солидаци и основания. При использован ии черн ых или щ ебеночн ых покрыти й движени е открывают по нижнему щебеночн ому или грав ийн ому слою. Верхний слой покрытия устраивают после факти че ского окончания консоли дации слабого основани я, плани ровки и очи стки поверхности подстилающего слоя.

Временная пр и грузка

5.13. Н аиболее простым и достаточно эффекти вным методом ускорения осадки насыпей на основании I типа явл я ется метод обжатия сла бо го слоя с по мощью временной при грузки . При увели чении давлени я на осн ование осадка заданной величи ны может быть достигнута за более короткий срок. Воз можны е вари анты временной пригрузки показаны на рис. 13.

Ри с . 13. В арианты в ремен ной приг рузки

а - удаляемый при грузо чный слой; б - экви вален тн ая нагрузка; этапы производст ва работ: 1 - возведение насыпи ; 2 - технологический перерыв на период кон соли даци и; 3 - удалени е пригрузки ; 4 - устрой ство одежды; 5 - эксплуатаци онн ый пе ри од

5.14. Пригрузку в виде дополн ительного слоя н асыпи на всю ширину земляного полотна (см. рис. 13, а) устраивают на дорогах с усовершенствованными покрыти ями . Толщину при грузочного слоя прини мают 0,2 - 1 от проектной толщи ны насыпи в зависимости от несущей способности основания и требуемого срока ускорен ия осадки (обычно 1 - 2 м). Уплотнение грунта в при грузочн ом слое предусматри ваю т т олько при н еобходимости обеспечения в ременн ого проезда. После окончания расчетного срока кон соли дации при грузочный слой снимают и грунт перемещают на сл едующие участки до роги или используют в других элемен та х конструкци и в соответствии с проектом.

5.15. Для дорог в се х категори й, когда оде жда устраивается после окон чания консоли дации осн ов ания и других видов пригрузки не предусмотрено, в целях предупреждени я дополнительной осадки от приращ ения давлен ия за счет одежды рекомендуется применять эквив алентный при грузочн ый слой (см. ри с. 13, б ). Толщина эквивален тного слоя може т быть при нята равной толщине одежды с коэффициентом 1, 5. Грунт при гру зочн ого слоя снимают непосредственно перед устройств ом одежды.

5.16. При предв арительн ой оценке целесообразности применения временной при грузки вместо замены грунта в основании следует учитывать необход имость соблю дени я условия

,                                                    (44)

где h пр - требуемая по расчету толщина пригрузочного слоя; C в - средняя стоимость удаления 1 м 3 слабого грунта; С н - средняя стои мость 1 м3 насыпн ого грун та (в де ле); Суд - средняя стоимость уда лени я 1 м3 грун та пригрузки; H - мощность слабого слоя; 2 b - ш и рин а землян ого полотна пони зу; B - ш и рин а земляного полотна пове рху.

5.17. Расчет временн ой пригрузк и сводится к определению требуемой толщины при грузочного слоя, обеспечивающего дости жение полной расчетной осадки н асыпи принятых размеров в задан ный срок.

Для расчета н еобходимо иметь следующие исходные данн ые:

консолида ци онны е и компресси онн ые характеристи ки грунтов слабой толщи;

да н ные о геологи ческом строени и и мощности слабой толщи;

схему отжатия воды из толщи пр и ее уплотнени и нагрузкой (одностороннее или двустороннее);

показатели сопрот и вляемости сдвигу грунтов слабой толщи.

5.18. Требуемая вел и чина временной при грузк и, обеспечив ающая возможн ость достижения реальн ым слоем H ф заданной осадки за требуемое время T тр , устанавл и вается по формуле

,                                             (45)

где b λ и p λ - ко н соли даци онны е параметры, устанавли ваемые в соответствии с прил. 3 и 7; p расч - расчетная (проектная) нагрузка насыпи на осн ован ие.

5.19. Толщи на слоя временной пригрузки устанав ливается по формуле

,                                                              (46)

где γср.пр - средневзвешенн ый удельный вес грунта пригрузки.

5.20. Ориентировочно величи ну требуемой временной пригрузки p п риг можно определить на основе решения теории ф и льтрационной консолидации по формуле

,                                      (47)

где Ск - коэффици ен т консолидаци и, определяемый опытн ым путем при испытани ях на консолидацию.

5.21. Для обеспечени я устойчивости основан ия н еобходи мо соблюдать условие: суммарная величина проектн ой нагрузки и требуемой в ременной пригрузки не должна превышать в еличи ну безопасной нагрузки

p приг + p расч < p нач без .                                                       (48)

Есл и это условие нарушено, то временную при грузку сле дует прикладывать по частям (как в методе предвари тельной консолид ации) (см. п. 5.36) или принимать дополнительно спец иальные кон структивные меры по повышению устойчи вости основан ия.

Возможность сохранения устойчивост и основания только путем огран ичени я режима отсыпки временной при грузки имеется при условии

p нач без < p приг + p расч < p кон без ,                                              (49)

где p нач без - безопасная нагрузка, вычислен н ая по условию быстрой отсыпки слоя временной пригрузки примен ительно к степени кон солидации основания, достигнутой к моменту приложени я временной при грузки ; p кон без - б езопасная н агрузка при медленной отсыпке слоя временн ой пригрузки.

Пр и этом, если p расч < p нач без , то реж и м отсыпки самой насыпи не ограничив ается, устан авливаются только время нач ала и режим отсыпки в ремен ной при грузки . Если p приг + p расч > p кон без , то временная при грузка может быть осуществлена лишь с принятием специальных конструкти вных мер по обеспечению устойчи вости основания (уполож ени е откосов , устройство боковых берм, свай и т.д.). Пример расчета величины временной пригрузки приведен в при л. 9.

Верт и кальное дрени ровани е

5.22. Верт и кальные дрены устраив ают в слабых водон асы щенны х грунтах с целью ускорения консоли даци и основани я за счет сокращен ия пути фи льтрации воды, отжи маемой и з слабой толщи при консоли дации. Вертикальные дрены способствуют ускорен ию уплотнения слабого грунта с соответствую щи м повышением ег о сопротив ляемости сдви гу, п оэтому их можн о устраи вать также в целях повышения устой чи вости основания (рис. 14).

Рис. 14. Схема земляного полотна с верт и кальны ми дрен ами

а - подготовка основан и я; б - ви д после устрой ств а насыпи

5.23. Верти кальные дрены эффективны в водон асы щенны х органи ческих и ми неральн ых сильн осжи маемы х грунтах мощностью н е мен ее 4 м с коэффиц иен том фильтраци и не менее 1 · 10-4 м/сут. Устраи вать вертикальные дрены в плотных гли нистых грунтах, а также в малоразложивш емся н еуплотн ен ном слое торфа нецелесообразн о. Эффекти вность дрен повышается в случаях, когда дрени руемая толща имеет более высокую горизонтальную проницаемость, нап ример вследствие наличия прослоек дренирующего грунта.

6.24. Верти кальные дрен ы, как пра вило, следует совме щать с в ременной при грузкой , обеспе чи вающей необходи мый ги дравлический гради ент для полного сжати я заданной нагрузкой.

Толщина п ригрузочн ог о слоя (при обеспечен ной устой чивости основани я) в этом случае определяется требованием создания напора в поровой воде , вели чи на которого по всей дренируемой толщ е в любой момен т расчетного времени консолидации должн а быть выше н ачального гради ента фи льтрации грунта

,                                               (50)

где D - эффективный диаметр дренирования (принимается равным расстоянию между дрен ами); γ в - удельный вес воды в порах; I 0 - начальн ый гради ент фи льтрации грун та с учетом уплотнения весом насыпи (при отсутствии лабораторн ых данн ых принимают для торфа I 0 = 2; для ила и глины I 0 = 5); p расч - нагрузка на основание от насыпи проектного се чения; γпр - удельный вес грунта, используемого для пригрузки.

5.25. Вертикальные дрены выполняют в ви де ск важин , заполняемых песком. Диаметр скважин должен быть от 40 до 60 см с учетом технически х параметров при меняемого оборудовани я. Для заполнени я вертикальных дрен применяют песок с коэффици ентом фильтрац ии 6 м/сут.

Эффективность вертикальных дрен значитель н о повышается при добавке к материалу заполнения 5 - 1 8 % (по массе) и звести . При при менении вертикальных дрен насыпь или ее ни жн юю часть толщиной н е менее 50 см следует устраив ать и з дрени рующ их грунтов с коэффициентом фильтрации не менее 3 м/сут.

В зав и си мости от водопроницаемости грунта и требуемого срока стабилизации осадки расстояние между дренами измен яется от 2 до 4,5 м.

5 .26 . П редва рительн ую оцен ку в лияни я дрен на срок стаби ли за ции осадки можно провести по формуле

,                                                       (51)

где T 0 и T др - сроки стабилизации осадки для слабого слоя соответственно без дрен и с дренами; H ф - расчетный путь ф и льтрац ии воды, отжимаемой из уплотняемого слоя при отсутствии дрен, принимаемый равн ым фактической мощности слабой толщи (при ее од ностороннем дренировании) или полов ине этой мощн ости (при двухстороннем дренировани и); l - расстояни е между дренами .

В случае отсутствия песчаного материала в н ижней части насыпи с K ф не менее 3 м/сут следует пр и менять прослой из геотекстиля.

5.27. При и ндив идуальном прое кти ровании земляного полотна с в ерти кальными дрена ми расстояни е между ни ми определяют расче том и сход я из заданного срока достижения полной осадки.

Для рас ч ета оснований с верти кальными дренами необходимы сле дующ ие и сходн ые данные:

результаты компрессионных и к он соли даци онны х и спытани й грунт ов слабой толщи;

рас ч етная мощность слабого слоя (с учетом условий одн осторонн ей или дв усторон ней фильтрации );

расчет н ые величины н агрузки и полной осадки слабой толщ и.

Требуемая степе н ь консолидации и срок ее достижени я задаю тся с учетом капитальности дорожн ой одежды (см. п. 1.8) и установленн ого проектом организаци и строительства срока окончания отсыпки земляного полотн а.

5.28. Расчет основан ия с вертикальными дренами выполняется в виде проверки правильн ости предварительно назначенного расстояния между дренами. Степень консолидации основания (отношение его осадки, достигнутой за вре мя T , к полной осадке от проектной нагрузки) с вертикальными дренами определяют по формуле

U общ = 1 00 - 0,01(1 00 - U г )(100 - U в ) ,                                     (52)

где U в - степень консолидации основан и я без дрен при верти кальной фильтрации воды и з осн ования ; U г - то же, при горизонтальн ой фильтрации к дренам.

Вел и чины U в и U г устанавли в ают по графикам (рис. 15). Вели чину фактора времени, необходимую для определения U в (см. рис. 15, а ), рассчи тывают по формуле

,                                                                (53)

где C в - коэффициент консолидации для вертикальной фильтрации ; H ф - расчетный путь вертикальной фильтрации, равный полной толщине сжимаемого слоя H , если н ижележащий слой состоит и з недренирующих грунтов и H / 2 - при подстилающем слое из дренирующего грунта; T - т ребуемый срок консолидации.

Р и с. 15. График для определения степени консоли да ции

а - пр и в ертик альной фи льтрации ; б - при гори зонтальн ой фи льтраци и; n = l / d , где l - расстояние между дренами (в свету); d - диаметр д рен

Фактор времен и , необходи мый для определения U г (см. рис. 15, б), определяют по формуле

,                                                                (54)

где С г - коэффиц и ент консоли дации грунта при горизон тальн ой фильтрации ; l -р асстоян ие между дренами .

Пр и расчете дрен можно также использовать номограмму (рис. 16).

Рис. 16. Номограмма для ра с чета к он солидации осн ован ий с верти кальными дренами

Если п ри назначен ном расстоянии между дрен ами н е может быть достигнуто требуемое сокращени е срока консоли дации , то шаг дрен уменьшают и расчет повторяю т. Пример расчета осн ова ния с вертикальными дренами приведен в прил. 10.

5.29. В случаях зн ачительной мощности слабой толщи (10 м и более), когда невозможно устро и ть вертикальные дрены доходящими до подстилающи х их плотных грунтов, допускается устройств о ви сячи х дрен. Расчет висячих дре н выполня ют по Методи ческ им рекомен даци ям по прое кти ровани ю и техн ологи и сооружени я ве ртикальн ых песчан ых дрен и песчан ых свай при возвед ени и земляного полотна на слабых грунтах (СОЮ ЗДОРНИ И. - М., 1974. - 57 с.).

5.30. Для устройства вертикальных дрен используют самоходн ый агрегат типа ВВПС 20/11 или ВВПС 32/19. Может также при меняться комплект оборудования с краном и ли экскаватором в качеств е ведущей маши ны. Рабочим органом служит т руба с сам ораскрываю щи мся након ечником и отверсти ем для загрузки (лидер). Если при вдавливан ии лидера прои сходит значительное уплотн ени е грунта по периферии дрены и уплотнени е резко уменьшает прони цаемость грунта, то дрены следует устраивать выбуриванием скважин. Более высокую прои зводительность имеет оборудование для погружени я об садн ой трубы ги дроп одмыв ом с удале нием и з не е грунта по принци пу Эрлифта.

Для вертикального др ени ровани я сла бых вод онасыщ енны х грунтов могут при меняться ле нточные дрены в виде полос и з геотек сти льн ог о мате риала. Ши рин а полос не мен ее 100 мм, толщин а с учетом бок ов ого обжатия слабым грунтом не менее 5 мм, минимальная водоп рон иц ае мость вдоль полотн а в обжатом состояни и 50 м/сут, шаг дрен прини мают в пределах 1 - 2 м по расчету. Расчет проводят с учетом особенностей слабого грунта, заданных сроков строи тельства и характери стик геотекстильного мате риала.

Для вертикальных дрен можно использовать специальные ленты из многослой н ого картона или пластмассы с продольными капиллярами. Картон пропи тывается ан тисептирующим состав ом. Специальная технологи я предусматри вает транспортирование картонн ых полос в рулонах, погружен ие с помощью лидера кинжальн ого ти па и обрезание ленты на уровне пов ерхности.

5.31. Упрощенной разновидн остью вертикального дрени ров ани я являются продольные дренажные прорези. Их устрой ство целесооб разно при мощности слабого слоя до 4 м и в озможн ости сохран ения в слабом грунте вертикальных откосов в течен ие времени, необ ходи мого для заполнения прорези дрени рующи м грунтом.

Расстоя н ие между дренажными прорезями ориенти ровочно наз начают в пределах 1,5 - 3 м и проверяют расчетом. Ширин а прорезей назначается в зави си мости от параметров рабочего органа при меняемого оборудовани я и составляет обычно 0,6 - 1 м.

Для заполнен и я прорезей используют песок, с коэффи цие нтом фи льтрации не менее 3 м/сут.

Расчет дренажных прорезей выполняют по аналог ии с расчетом верти кальных дрен (см. пп. 5.27 - 5.29), но для определен ия сте пени консоли даци и при гори зонтальн ой фильтрации и спользуют графики , приведенн ые на рис. 17, где величина U г дана в зависимост и от величины T г для р а зли чных значений l / H (где l - расстояни е между боковыми поверхн остями прорезей).

Рис. 17. Граф ик для расч ета консолидации слоя водон асыщенн ого грунта с д рен ажными прорезями

Частичное удале н ие слабого грунта

5.32. Удалени е верхн ей части слабой толщи с заполн ени ем траншеи дрени рующи м грун том дает комплексн ый эффект повыш ени я прочности и ускорения достижен ия стаби льности осн овани я.

Частичное удале н ие слабого грунта и з основани я н асыпи целесообразно в случаях:

необход и мости жесткого ограни чени я отметки проезжей части, когда соблюдени е услови я прочности требует устройства масси вн ой насыпи определенн ой толщи ны;

есл и верхни е слои слабой толщи и меют значительн о меньшую прочн ость, чем ни жн ие;

для у с коре ни я ста би ли зации осадки , если по каким-ли бо при чин ам н ецелесооб разн о применение времен ной пригрузки и ли ве рти кального дренирования.

Типовая схема ко н струкции с частичной замен ой слабого слоя п оказана на рис. 18.

Рис. 18. Схем а части чного уда ления грун та

а - под г ото вка транш еи; б - ви д после устрой ств а насыпи

Расчет конструк ц ии с частичным удалением слабого грунта проводят общи ми методами, описанными в разд. 1, 3, 4 исходя и з требований устойчивости, стаби лизации осадки и прочности .

При расч е те устойчи вости необходимо учитывать заглубление подошвы насыпи относительно пов ерхности грунта.

Расч е т глубины замены слабого грунта из условия ускорения осадки выполняют по формуле

,                                             (55)

г де H - полн ая толщин а сжимаемого слоя; t тр - требуемый срок достижени я осадки д опускаемой ин тен сивн ости; t р асч - расчетный срок дости жени я полной осадки без замены слабого грун та (см. п рил. 3 и 7).

Пред в ари тельное осушение слабой толщи

5.33. Существенн ое улучшение св ойств водонасыщ енны х органи ческих грун тов, в том числе сокращени е вели чины и дли тельности осадки, пов ышен ие не сущей способности и проходимости в пери од строи тельства дости гаются предпостроечны м осушением открытыми кан авами . Обя зательным услови ем эффе кти вности осушения является д остаточн ое время действия и обе спечен ие непрерывного стока воды и з канавы.

Как прав и ло, сооружения для предпостроечного осушени я дорожной полосы в пери од эксплуатации дороги должны служи ть водоотводными сооружениями.

Осуше ни е дорожн ой полосы следует выполнять не позднее, чем за г од до строите льства дорожной одежды (при стади йном строительстве земляное полотн о можн о устраивать одновременно с осуше ни ем). При необходи мости повышен ия проходимости болотных залеже й в зон е прои зводства работ и х осушение выполн яют за 1 - 2 года до н ачала строи те льства.

5.34. Осуши тельные канавы устраи вают си мметри чно по обеи м сторонам земляного полотн а на расстоянии 2 - 3 м от подошвы насы пи с макси мальн о возможной по условия м стока и п роизв одства работ глуби ной.

Продольны й уклон по дну осушительн ых канав должен быть не менее 5 ‰ (в начальных участках дли ной до 200 м - 3 ‰). К рути зн а откосов осушительных канав составляет от 1:0,25 для малоразложивши хся торфов до 1:1 - д ля слабых орг ан о-мин еральны х и мине ральных грунтов.

Метод пред в арительной кон соли дации

5.35. Наиболее п ростым и достаточно эффекти вным методом пов ышени я устойчи вости насыпи на слабом основании являе тся метод постепенн ого загружени я (предварительной консоли даци и).

Постепенное загруже ни е применяется на основаниях II типа, а также на основаниях I типа пр и использовании временной при грузки в случаях, когда устойчи вость слабой толщи в природном состоян ии н едостаточна для восприятия прикладываемой нагрузки.

Принцип метода постепен н ого загруж ен ия заключается в назначении определенного режима возведени я насыпи, соответствую щего повышения прочности грунта слабого слоя при уплотнении е го давлением насыпи. Требуемый режим возведения насыпи определяется исходя из условия p факт < p без , которое должно соблюдаться в любой момент сооружения насыпи.

Схема метода предварительной консолидации показа н а на рис. 19. Существенное значение в данном случае имеет упрочн яем ость слабого грунта при уплотнении ; применение метода постепенн ого загружения будет тем эффекти внее, чем и нтенсивнее упрочняется слабый грунт. В этом отн ошении наиболее благоприятными яв ляются торфяные грунты. Грунты типа и ольди евы х глин упрочн яются мало, в связи с чем применени е рассматриваемого метода при таких грунтах оказывается малооправданным.

Рис. 19. Схема во з ведения насыпи методом п остепенного загружения ( предвари тельной к онсолидац ии)

5.36. Расчет режима постепенного загружения производ ят на основе учета взаимосвязи показателей влажности, прочности и осадки слабой толщи. При этом расчетную влажность толщи , соотв етс тв ующую той или иной величине осадки S t , устанавливают по формуле

,                                     (56)

где ωнач и ωкон - соответствен но начальная и кон ечная (т.е. эквивалентная заданной нагрузке) влажность грунта; St - осадка за любой отрезок времени; S кон - расчетная (полная) осадка пр и данной нагрузке.

Примечание . Формула применима при St / S кон ≥ 0 ,4 .

Расчет следует выполнять графо-аналит и ческим методом в следующем порядке:

задавшись тремя-четырьмя значениями осадки St и зная расчет н ую (коне чную) осадку S кон , в ычисляют значения расчетной влажности , отвечающие эти м осадкам, по при веденн ой формуле;

по экспериментальным расчетным кри в ым φω = f (ω) и сω = f ( ω ) опред е ляют значени я φω и c ω д л я полученных значени й влажности;

пр и н ай денных φω и c ω в ычисляют значения p бе з по выражен и ю ( 14) и строят зави симость p без = f ( S ) ;

получен н ую кривую замен яют н екоторой ступен чатой линией, отоб ражающе й реальный характер процесса отсыпки н асыпи; ступенчатую линию пров одят таки м об разом, чтобы ее абсциссы н е отличались более чем на 10 % от абсци сс замен яемых криволинейных участк ов (что обеспе чи т при мерн ое п остоянство фактической н агрузки). Построенная лин ия представ ляет собой допустимый ре жим отсыпки, пре дстав ленный в функци и от осадки;

определяют расчетные значе ни я в ертикальных сжимающих н апряже ни й в слое при прин ятых ступенях нагрузки на поверхности и строят консолид аци онны е кривые для эти х ступеней в виде зависи мости осадки основан ия от времени при различных н агрузках на поверхн ости ;

используя граф и к ре ального режи ма отсыпки и построенн ые графики кон солидаци и, строят графи к осадки во времен и с учетом режи ма н агружения . График дает возможность получи ть и скомую зави симость режи ма нагружени я в зависимости от времени . Эту зависи мость можно перестроить н епосредственн о в технологический график зави си мости толщ ин ы н асып ного слоя от времени.

При р а счете метода предварительной кон солидации ее величина опре де ляе тся без де тального учета вторичной консоли даци и (при мер расче та приве ден в при л. 11).

При слоистой толще расч е т осложн яе тся, одн ако при нцип сохран яе тся такой же. Зде сь н еобходимо только учитывать, что на разных этапах кон солидации оп асн ым може т быть не один и тот же слой.

5.37. Для упрощен ия практических расчетов целесообразно выполн ять и х в обратн ом порядке: задавши сь режимом наг ружен ия, наиболее ре альн ым для конкретн ых условий прои зводства работ, проверяют возможн ость его осуществления, определи в величины безопасной нагрузки на несколько моментов времени и сравнив ее с фактической н агрузкой в эти моменты. Если безопасн ая нагрузка окажется в какой-ли бо момент меньше дей ствующей, то необходи мо изменить режим отсыпки и вновь выполнить проверку.

Величины ступе н ей н агру жени я следует принимать кратными толщинам слоев, принимаемым по условиям технологии послойного уплотнени я н асыпи .

Устройст в о боковых п ригрузочн ых призм (бе рм)

5.38. При нали чи и достаточной полосы отв ода и небольш ом расстоянии перевозки грунта эффекти вным способом обеспечен ия устой чивости основания являются боковые пригрузочны е призмы (бермы)

Для устройства пригрузочных пр и зм пригодны любые грунты за исключением переувлажненных. Шири на призм для удобства плани ровочны х работ должна быть не менее 4 м. Поверхность при зм должна иметь поперечный уклон 20 - 3 0 ‰ (рис. 20).

При проектировании боковых пр и грузочны х призм расчетом определяют их высоту и ширину.

Рис. 20. Повышение устойчи в ости осн ов ан ия насыпи с помощью постоянной боковой п ри грузки

5 .39. Эффективность боковых пригрузочных пр и зм определяется в озможностью повышения безопасной нагрузки. При достаточно большой ширине призм их можно рассматривать как бесконечную боков ую при грузку, при наличии которой безопасная нагрузка определяется выражением

                                                    (57)

где β оп - величина функции β, отвечающая само й опасной точке в основании, расположен ной на горизон те z оп ; p б.п - вели чин а боковой при грузки.

Эффект пр и менения боковой пригрузки можно рассматривать как снижение расчетн ой величин ы действующ ей нагрузки p 0

p рас ч = p 0 - p б .п .                                                             ( 58)

Требуемая толщи н а пригрузочных призм определяется выражен ием

,                                                            (59)

где p - проектная нагрузка на основание насыпи; p без - безопасная н агрузка для проектируемой насыпи без боковых п ри грузочн ых призм ; γпр - средневзвешенный удельн ый вес грунта при грузочны х при зм.

Толщи н а пригрузочных призм ограни чивается услови ем обеспечения устойчивости основания под нагрузкой от самих призм. Доп ускаемая нагрузка от боковых призм на основание ори ентировочно может быть определена по формуле

p доп = M φ c ,                                                                (60)

где M φ - ф ункция уг ла вн утреннего трения грунта; c - сцеп ление грунта.

.                                                   (61)

Отсюда максимальна я толщин а при зм

.                                                             (62)

Необход и мая ши рин а п ригрузочны х призм устанавлив ается из услови я активного в оздей ствия в точках и зонах, в которых напряжен ное состояние от веса самой насыпи оказывается наиболее опасным по услови ю нарушения прочн ости .

Пр и мощности слабой толщи H > Hmax ш и ри на при змы должна быть н е менее

.                                                 (63)

При H < H max соответстве н но имеем

,                                         (64)

где b ср - полушири на проектной насыпи (без при грузочны х призм) по средней ли нии.

Велич и на H max устанавл ив ается по выражению

.                                                     (65)

Значения угла в и ди мости α определяются из выражени я

.                                                   (66)

Для графического определения угла видимости строится зав и симость y 1 = sinα / π - ле вая часть выражения ( 66). Затем на ту же сетку коорди на т н аносят прямую y 2 = m + n α ( m = ( c / cosφ ) / p 0 ; n = sin φ / π), представляющу ю собой правую часть выражени я ( 66). А бсци сса первой от начала координ ат точки пересечения построенн ых фун кций определит искомое значение угла α (пример расчета при грузочных призм дан в при л. 12).

Снижение веса насыпи

5.40. В целях уменьшени я нагрузки на недостаточн о устой чивое основание при соответствующем техн ико- экономическом обоснов ани и можно устраивать насыпь и з материал ов с плотностью меньше, чем у обычного грунта.

Наиболее пригод н ыми для этой цели являются шлаки , искусственные гранулированные материалы (аглопори т, керамзи т), золошлак овы е смеси - о тходы тепловы х электростанци й и т.п.

Для временных сельскохозяйст в енных и промышленн ых дорог с переходн ыми и низшими покрытиями можн о использовать опи лки.

К о нструирование и расчет насыпей из н егрун товы х матери алов выполняются по общим правилам, изложенным выше. Насыпи и з опилок и других органических матери алов незави симо от конструкции дорожной одежды должны быть полн остью (включая откосы) закрыты слоем ми нерального грунта толщиной 20 - 3 0 см.

Применение геотекстильных матер и алов

5.41. При строительстве автомоби льн ых дорог на участках залегания слабых грунтов прослойки из геотексти ля целесообразно укладывать для следующи х целей:

приближения сроков устройства покрыт и я за счет ускорени я осадки насыпи и снижени я ее неравномерности ;

повышения устойчивости насыпи;

устройства временных дорог, подъездов и площ адок;

улучшен и я услови й отсыпки и уплотнения насыпи ;

разделения слоев разл и чных грун тов в теле н асыпи;

устройства вертикальных ленточных дрен.

Прослойка и з геотекстиля в дорожн ой кон струкции выполняет роль:

фил ь тра, пре пятств ующего пе ре меши вани ю слоев н есвязн ых и связны х грун тов между собой при ди на ми чески х возде йствия х и задержи вающего взвешен ные в воде грун тов ые части цы;

дре н ы, способствующей отводу воды из окружающего грунта с малым коэффициентом фильтрации, снижени ю по рового давле ния и повышению плотности и прочн ости грунта;

армиру ю щего элемента, перераспределяющего возникающи е в грунтовом массиве напряжения и частично воспринимающего растяги вающие напряжения.

5.42. При проектирован ии дорожных конструкций с прослойками из геотекстиля необходимо учитывать, что они одн овремен но могут выполнять несколько функци й. Так, прослойка в осн овании насыпи может быть применена как технологическая мера - для улучшени я условий проезда построечного транспорта и уплотнения грунта в нижней части насыпи, одновременно выполнять роль дрены, способствующей ускорению осадки слабого грунта в основани и насыпи, и армирующего элемента, повышаю щего устой чи вость насыпи.

5.4 3. Срок и консоли дации насыпей и устройства покрытий постоянн ых дорог могут быть ускорены с помощью прослойки из геотекстиля, предн азн ач енной для:

снижения порового давления в любом слое путем ускоренного отвода воды из основания;

улучше н ия условий сброса отжатой из осн ования воды в поперечном направлени и за пределами насыпи ;

перераспределения осадки по поперечному сечению насыпи с уменьше ни ем ее по оси;

уменьшен и я неравномерн ости осадок основания насыпи, связанной с перемен ной глубиной болота;

вывода воды и з тела насыпи, сооружаемой из переувлажненного грун та.

Одновремен н о с этим прослойка из геотекстиля может улучшать услови я отсыпки и уплотнения насыпи.

Толщ и на прослойки из геотек сти ля, используемой в качестве дрены, под расчетн ой нагрузкой от вышележащих слоев должна быть не меньше 2 мм. В большинстве случаев этому условию удовлетворяют геотекстиль толщиной в ненагруженном состоянии не менее 3,5 - 4 мм. Толщину геотекстиля под расчетной нагрузкой устанавли вают предвари тельн о путем лабораторных и спытаний геотекстиля на сжимаемость.

5.44. Дрен ирующую прослойку следует укладывать на тщательно сплани рован ную поверхность. При отсыпке слоя поверх прослойки должн ы быть приняты меры, исключающие местное обжатие геотекстиля при укатке насыпи или дви жении построечного тран спорта и резкое уменьшени е толщины прослойки, особенно под колеями, что может вызвать нарушение проц есса дренирова ния.

Кол и чество воды Q , которое может отвести прослойка из геотекстиля, определяют по формуле

Q = K ф dI (1 - λp),                                                          (67)

где K ф - коэффиц и ент фильтрации геотекстиля в продольном направлени и, уплотнен ного нагрузкой от веса насыпи p ; d - толщина матери ала в ненагруженном состояни и; I - гидравлический градиент; λp - относитель н ая осадка материала под действием нагрузки p .

При и спользовании в роли самостоятельной дрены, устраи ваемой в теле насыпи из слабодрен ирующ их грунтов, полотна геотекстиля укладывают в виде сплошных прослоек, располагаемых в один и ли несколько рядов по всей ширине н асыпи с поперечн ым уклоном 40 ‰ и выводом краев прослоек на откос.

5.45. При использовани и для ускорения осадки основ ан ия дренирующие прослойки из геотекстиля укладывают непосредственн о на естественный слабый грунт на ширину подошвы насыпи с запасом по 0,5 м в каждую сторону (рис. 21). Полотна сшивают между собой ли бо укладывают внахлестку с перекрытием соседних полотен на в ели чи ну

b = 15 + 0,2 S ,                                                         (6 8 )

где S - расчетная осадка, см.

Сварка и ли склеивание полотен не допускаются.

Р и с. 21 . Конструкци я насыпи на слабом основании

а - прослойка из г еотекстильного материала в основании насыпи; б - над ни жней частью насыпи из местного грунта; 1 - песчаная насыпь; 2 - прослойка; 3 - местный насыпной грунт; 4 - слабый грунт

Конструкцию с дренирующей прослойкой из геотекстиля р е комендуется применять в случае, если насыпь и ли ее нижняя часть отсыпан ы и з грунта с коэффициентом фильтрации мен ее 1 м/сут.

Прослойка из геотекстиля в этом случае может также выполн я ть роль фильтра, предотвращающего заилени е песка в нижн ей части насыпи и обеспечивающего сохранение его фи льтрацион ной способности на протяжении всего периода консолидации.

При и спользовании прослойки из геотекстиля для ускорения и сн и жени я неравномерности осадки основания расчетную степень кон солидации основани я Up , пр и достижении которой разрешается устраи вать покрытие, можн о сн изить на в ели чину пони жающего коэффициента Ky по сравнению с требуемой нормам и вели чиной U н в соответствии с услов и ем

Up = KyU н .                                                              (69 )

Для дорог не выше III категор ии , на которых нижняя часть насыпи отсыпана из песчаного грунта с коэффици ентом фильтрации менее 1 м/сут, допускается прин имать Ky = 0,95; для дорог I и II категорий велич и ну Ky определяют специальным расчетом.

5.46. Для ускорения и снижен ия неравномерности осадки насыпи на болоте, сооружаемой в зимнее время на мерзлом слое торфа, целесообразно при мен ять конструкци ю (рис. 22) с устройством по обеим сторонам насыпи прорезей шириной не менее 1 0 см на глубину мерзлого слоя с перекрытием прорезей геотекстильными полотнами и последующей теплоизоляцией сн егом. В этом случае достигается уплотнение основания насыпи в зимний пери од, не дожидаясь оттаивания. Одновременно и сключаются неравномерные осадки насыпи и повышается ее устойчивость. Влияние мерз лой корки на устойчивость учи тывается условно как боковая приг рузка бермы, высота которой равна тройной толщине мерзлого слоя торфа. Требуемая степень кон соли дации торфяного осн ов ан ия до устройства покрыти я при толщи не мерзлой корки от 0,5 до 1 м и вели чине осадки до 2 м может быть уменьшена на 10 %.

Рис. 22. Констру к ци я насыпи с прорезями, перекрытыми прослойк ой и з геотек стильн ог о материала, проложенной

а - на всю ш и ри ну н асыпи ; б - н ад прорезями с выпуском за пределы прорези не мен ее чем на три ее шири ны; 1 - насыпь; 2 - б ерма; 3 - прослойка; 4 - прорезь ширин ой > 0 ,1 м; 5 - м ерзлый торф; 6 - талый торф

5.47. Арм и рую щи е прослойки в основании насыпей повышают устойчи вость последних за счет увели чения жесткости нижней части насыпи и соответствующего снижени я напряжений в основании. Прослойки укладывают в одном и ли двух уровнях, причем нижнюю прослойку укладываю т непосредственно на естественное основан ие, а вторую на 50 - 1 00 см выше. В некоторых случаях обе прослойки объедин яют в одну кон струкцию - обойму, плотно охватываю щую ни жни й слой насыпи. Различают замкнутую и разомкнутую обоймы (ри с. 23). Разомкнутая обойма представляет собой однослойн ое арми ровани е основания насыпи с усиленной ан керовк ой полотен и двойным армировани ем откосных частей.

Р и с. 23. Конструкция н асыпи

а - с замкнутой; б - с разомкнутой обой мами и з геотекстильного материала

Конструкц и я насыпи с обоймой эффективна при условии тщательного выполнения - высококачественного уплотнения грунта и плотного при легани я геотекстиля к грунту. При устройстве обоймы н еобходимо обеспечить равн опрочн ость полотна в поперечном н аправлении по всей ширине обоймы, что может быть достигнуто при поперечной раскатке рулон ов геотекстиля с соединени ем полотен сшивкой или склеиванием.

5.48. Армирующий эффект прослойки из г еотекстиля, предназнач енной для повышения устойчивости откосов, уч и тывается ув еличением коэффициен та запаса устойчивости K з путем в ведения дополн ительного удерживающего усилия, возни кающего при п еререзани и прослойки геотекстиля поверхностью скольжен ия

,                                                        (70)

где ΣPy - у держивающие силы без учета прослойки ; n - кол и чество прослоек, перерезаемых поверхностью скольжени я; P p - прочность 1 с м ширины полосы геотек стиля; ΣTc д в - сдви гающие си лы.

Армирующий эффект прослойки про я вляется только при защемлении ее в грунте (при и сключении проскальзыв ани я). Для этого полотно должно быть защемлено в грун те на длину l з , определяемую из условия

,                                                            (71)

где γн - удельный вес насыпного грунта; h н - глуб и на заложения прослойки от верха насы пи; φ - угол внутренн его трения насыпного грунта. Если прослой ка уложена на кон такте двух видов грун та, то в расчет прин имают полусумму и х углов вн утрен него трени я; g - ускорение свободного падения.

При устройстве армирующ и х прослоек должны быть обеспечены сплошность и равн опрочность полотна на ширине дороги в пределах защемленной полосы, т.е. не должно быть ослабляющи х прослойку стыков полотен.

5.49. При необходимости сооружения насыпей, в которых верхняя часть отсыпана и з песка, а нижняя - и з торфа (см. рис. 21, б) или местного переувлажненного сугли нка, при устройстве подсти лающих и ли морозозащи тны х слоев на переувлажненном глини стом грунте, т.е. в случаях, когда зернистый матери ал должен быть уложен на грунт с низкой несущей способностью , на границе зернистого слоя с подсти лающи м г рунтом целесообразно устраи вать прослойку из г еотек стиля . Прослойка исключает вд авлив ани е зе рни стого матери ала в слабый грунт, и х взаи мн ое п еремешив ани е и потери песка в процессе отсыпки и уплотнения слоя. Толщина зернистого слоя при укладке геотекстиля может быть уменьшена на 20 - 2 5 % при условии, что такое уменьшение допустимо по остальным условиям работы дорожной конструкции (устойчивость к пучению, динамическим воздействиям, сн егозан оси мости).

Наличи е прослойки в основании зернистого слоя положительно сказывается на возможности уплотнения зернистого материала на слабом грунте. При обеспечении режима укатки с увеличением массы катков по мере уплотнения от легких до средних, коэффициент уплотнения зернистого материала может быть доведен до 0,92 - 0 ,95. Категорически запрещается при менять тяжелые катки, что может привести к выпору грун та и разрыву геотекстиля. Подбор массы катка и режи ма укатки следует в ести методом пробной укатки.

5.50. Геотекстиль целесообразно использовать при устройстве временн ых автомобильн ых дорог, подъездов, площадок, построечных дорог с ни зши ми типами покрыти й, а также постоянн ых дорог с пиком и нтенсивн ости в период строительства или в начале эксплуатации, проекти руемых как временные дороги. В конструкциях времен ных дорог на слабых грунтах г еотекстиль служи т в качестве прослойки, укладываемой на границе между насыпным дренирующи м ( песком, щебнем, песчано-гравийной смесью) и подстилающим грунтом. При менен ие геотекстиля способствует улучшению услови й движения транспортных средств вследствие снижения колееобразования при задан ной толщин е насыпного слоя, приводит к снижению толщины слоя зерни стых материалов, отказу от при менени я в основани и насыпи хворостяной выстилки, лежневого настила и ли от укладки сборных покрытий из и нвен тарных деревянных щи тов. Прослойки из геоте кстиля рекомен дуется устра ивать при строительстве временных дорог на осн ов аниях, сложенных слабыми мин еральными , орган о-мин еральными и орган ическими грунтами (торфами).

Конструкци и насыпей с прослойками из геотек стиля предусматривают их укладку в основание или тело насыпи , а также под насыпь, поверх лежневого настила. Соответствен но разли чают три типа конструкци и насыпей (рис. 24). Тип насыпи назначается в зависимости от строи тельного типа основания и физико-механических свойств слабого и насыпного грунтов. Минимальную толщину насыпного слоя h п в конструкциях I - I I типа, обеспечиваю щ ую проезд транспорта, определяют специальн ым расчетом. Ориенти ровочно толщину насыпного слоя при нимают по табл. 22.

Рис. 24. Три тип а кон струкц ии насып ей

а , б, в - в ременн ых дорог с прослой ками из геотексти льного материа ла; 1 - насыпь; 2 - прослойка; 3 - грун т; 4 - ни жн яя часть насыпи из торфа; 5 - лежневой насти л

Указанные в табл. 22 толщины рекомендуются для иглопробив ны х геотексти лей (типа дорни т) с услов ным модулем деформаци и 50 - 1 00 Н/см. Мен ьшие значения толщи н принимаю т для насыпей из песчано- гравийны х смесей оптимального состава, большие - для насыпей из мелки х н епы леваты х песков.

Т аб лица 22. Ор и ен ти ров очные значени я толщины насыпи с прослойкой из геотекстиля

Среднемесячная интенсивность движения в одном направлении, автомобиль/сутки

Требуемая толщина насыпи с прослойкой из геотекстиля, см, обеспечивающая проезд транспорта на основании, сложенном

осушенным торфом

маловлажным торфом

глинистым грунтом

е < 0,9ωт)

заторфованным или глинистым грунтом

е > 0,9ωт)

Оди н очн ые автомоби ли

40 - 6 0

50 - 7 0

25 - 4 0

40 - 6 0

До 50*

50 - 8 0

60 - 9 0

40 - 6 0

50 - 8 0

Св. 50*

60 - 9 0

70 - 1 00

50 - 8 0

60 - 9 0

Сверхтяже л ые нагрузки (разовый проезд)

60 - 8 0

60 - 9 0

40 - 6 0

60 - 9 0

* Общая продолж и тельность периодов эксплуатации дороги с указан ной интенсивностью не должна превыш ать одн ого года.

Интенсивность движен и я условно при водят к расчетной н агрузке Н-1 0 в соответствии с табл. 23.

Таблица 23. Коэффиц и ент при ведения к расчетн ой н агрузке

Марка автомобиля

Коэффициент приведения к нагрузке Н-10

Расчетные характеристики автомобилей

диаметр отпечатка колеса, см

удельное давление, МПа

диаметр колеса, см

З И Л-1 30

0,2

30

0,5

102,5

З ИЛ -555

0,2

28

0,53

102,5

К РАЗ-256Б

2

46

0,55

11 4,6

Ур а л 377

1,5

2 8

0,43

11 4,6

М АЗ-503А

1

30

0,72

11 4,6

К амАЗ-53202

1,5

26

0,50

102,5

5 .51. На участках болот глубиной до 4 м, сложе нн ых плотным торфом и относящихся к I строитель н ому типу, а также на слабых глинистых и заторфованн ых грунтах устраиваю т насыпь I т ип а (см. рис. 24).

Применение конструкции I тип а на торфяных болотах ц елесообразно при услов ии

hnSt + h в + Δ h ,                                                           (72)

где hn - толщи на н асыпного слоя по условию проезда; S t - осадка подошвы насыпи за период служб ы дороги t ; h в - глубина поверхност н ых вод на участках подтопления*; Δ h - резервное в озвышени е бров ки н асыпи над горизонтом подтопления или над поверхностью земли на н епод топляемы х уча стках, принимаемое равн ым 0,2 м .

* К подтопляемым от н осятся участки, на которых в период дви жени я по дороге возможно стояни е поверхностн ых вод св. 3 сут.

Ос а дку основ ани я St на зада н ный пери од времени в случае, когда уровень воды сов падает с поверхностью земли, вычисляют по формуле

,                                                         (73)

где g - у скорени е свободн ого пад ения ; ρ н - п лотность насыпн ого грун та; Ut - с тепень консоли дации основания за время службы дороги , t ; Ut орие н ти ровочно при нимают по табл. 24; E e - модуль деформац и и слабого грунта под нагрузкой от веса насыпи; Е e принимают по табл. 25; He - расчетная мощность слабого слоя, при ни маемая равн ой фактической, но н е более половин ы ширины насыпи пони зу.

Таблица 24. Ориентировочные значен и я степени консоли даци и осн ования за в ремя слу жбы дороги

t , м ес

1

3

6

12

Ut

0,4

0,5

0,6

0,8

Таблица 25. Модуль деформаци и торфа

Характеристика торфа

Влажность торфа, %

Модуль деформации торфа, МПа, при нагрузке, МПа

0,015

0,05

Очень в лажн ый

900 - 12 00

0,09 - 0,065

0,20 - 0,1 8

Сред н ей влажности

600 - 9 00

0 ,1 2 - 0 ,09

0,25 - 0,2

М алов лажный

300 - 6 00

0 ,1 8 - 0 ,12

0,50 - 0 ,25

Осу ш енн ый (уплотне нный)

< 3 00

≥ 0,1 8

≥ 0,5

При определени и степени консолидации из срока службы дороги исключается вре мя, когда осн овани е находится в промерзшем состоянии. При налич ии слоистых осн овани й осадку основани я рассчитывают исходя из средневзвешенного модуля деформац ии слабой толщи E ср , определяемого и з выражения

,                                                                 (74)

где H i - мощность отдельного слоя с модулем деформац ии Ei .

Целесообразность сооружения насыпи I т и па толщи ной больше hn следует обосновывать технико-экономическим расчетом.

В конструкциях насыпей I типа (прежде всего на однопутных дорогах) при использовании прослойки и з геотекстиля с условн ым модулем деформации св. 100 Н/см и относительной деформацией при разрыве до 50 % рекомендуется предусматривать боковую ан керовку прослойки и присоединять материал к жестким продольным упорам. В качестве жесткого упора можно использовать круглый лес или специальные элементы. В насыпях с жесткими упорами необходима равн опрочн ость конструкции в поперечном направлен ии, в том числе в стыках полотен и соединении прослоек с упором. Частичн о работу жестких упоров можно компенсировать повторным заведени ем концов полотна в тело насыпи по ти пу разомкнутой обоймы при условии плотного контакта заведенных концов с грунтом.

При устройстве н асыпей I типа геотекстиль укладывают непосредственно на слабый грунт, соед и няя полотна путем сши вки, сварки, склейки или укладывая их внахлестку. В последнем случае ве ли чи на н ахлеста принимается по формуле ( 68), но не мен ее 20 см для н асыпей на осн ован ии из минеральн ых или орган омин еральны х (заторфован ны х) грунтов и 30 - 4 0 см для насыпей на торфяном основании.

Пр и на личии пов ерхн остн ых вод или плохом состоян ии естественной поверхности зе мли (пни, колеи, лужи) необходи мо отсып ать выравнивающий рабочий слой из местного грун та толщиной 20 - 30 см, но не мен ее глубины подтоплени я, по которому затем укладывают геотекстиль (см. рис. 24, тип I ). Толщину насыпного слоя поверх прослойки из геотекстиля в этом случае можно снизить по сравнению с приведен н ой в табл. 22 на 30 % толщины рабочего слоя при глубине подтопления до 20 см.

На болотах преимущественно II типа, а также на участках глубоких болот I типа, сложенных торфами малой или средней влажности, когда не обеспечено условие (см. формулу 72) , устраивают насыпи II типа, которые позволяют уменьш и ть расход песчаных грунтов, приблизить прослойку из геотекстиля к поверхности проезжей част и и ввести тем самым ее в зону дей ствия напряжений от колеса ав томоби ля. Ни жнюю часть насыпи отсыпают из местного торфяного грунта с обязательным е го уплотнени ем (п ромятием).

В насыпях II типа геотекстиль помещают на границе между н и жней торфян ой и верхней мин еральной частями насыпи. Полотн а геотекстиля ук ладыва ют внахлестку, с в еличиной перекрытия не мен ее 0,2 м.

5.52. На болотах I I - I II типа, заполнен н ых си льносжи маемы м слаб оразложивши мся торфом, и на болотах сплав инн ого типа устраив ают насып и III типа. Распределен и е напряжени й от временной нагрузки достигается устройством основани я и з лежн евого настила или фашинной (хворостян ой) выстилки с засыпкой песчаным грунтом толщ ин ой 0,6 - 0 ,7 м. Для пов ышени я эксплуатаци онной надежн ости кон струкции поверх лежн евого насти ла или выстилки укладывают прослойку из геотекстиля, и сключаю щую утечку песка сквозь щели в н асти ле.

Временное пон и жени е грунтовых вод

5.53. В индивидуальных случаях существенн ого ускорен ия осадки на отв етственных об ъектах можно добиться путем в ременного пони жени я уровня грун товых вод. Наи больший эффект этот метод дает в компле ксе с временн ой пригрузкой . Снижение уровня грун товых вод в слабой толще обеспе чивает временное увеличени е нагрузки на ни жни е слои толщи за счет исклю чен ия взвешивания верхних слоев (см. п. 3.8), а также способствует ускорению консолидаци и за счет обеспечени я дополнительного градиен та фильтраци и.

Временное пон и жени е уровня грунтовых вод прои зводят иглофи льтрами и другим специализированным оборудовани ем, предназначенн ым для глубокого осуше ни я.

Грунтовые сва и

5.54. Для повышен ия устойчивости и снижения осадки слабого основани я могут устраиваться песчаные сваи. Эффект от работы песчан ых свай проявляется за счет восприятия ими части нормальных напряжений от веса насыпи с разгрузкой и боковым обжатием слабого грунта в межсвайном пространстве. При заполнении дренирую щи м грунтом песчаные сваи одновременно выполняют функцию вертикальных дрен.

В грунтах, обладающ и х структурн ой прочностью (иольди евые глины и т.п.), при менени е песча ных свай особен но эффектив но, поскольку они позволяют ограничи ть н апряжения в слабом грунте величин ой структурной прочности, резко уменьшить осадку и повысить устойчивость основан ия насыпи.

Песчаные сваи могут быть опертыми, доходящими до подстилающих слабую толщу прочных пород, и висячими, не дост и гающи ми подстилаю щих слоев. Висячие песчаные сваи устраивают при большой мощности слабого слоя, когда устройство опертых свай оказывается технически сложным.

Коэффициент фильтраци и песчаного грунта, используемого для устрой ства грунтовых свай, должен быть 1 - 3 м/сут, содержан ие пы леватых частиц не более 5 % .

Песчаные сваи устраива ю т специальным оборудов ани ем с обсадными трубами (ли дер) диаметром 0,4 - 0 ,8 м, ан ал оги чн ым оборуд ов ани ю для устрой ств вертикальных дрен. В план е сваи распола гаю т по ква дратн ой и ли ромбической сетке.

5.55. Если грунтовые сваи предназначаются для обеспечения устойч и вости (прочности) основания насыпи, то расчетом определяется ми нимальная величи на сближения свай m (отноше н ие диаметра свай d к расстоянию между сваями в свету l ), при которой соблюдается услов и е K с ≥ 1 , где K с - коэффициент запаса.

При мощности слабой толщи не более шир и ны насыпи по подошве расчет может осуществляться по упрощенной расчетной схеме (ри с. 25). При этом K с вычисляют по формуле

,                                  (75)

где c ω - с цепление слабого грунта при расчетной плотности - влажн ости ; φω - у гол внутреннего трения слабого грунта при расчетной плотности - в лажности; p z - в ерти кальные напря жения в грун те межсвайн ого пространства; р x - горизонтальн ые напряжени я от бокового обжати я слабого грунта сваями в ходе осадки основания; р ′ - предвари тельное обжатие слабого грун та, возникающ ее при внедрении свай .

Р и с. 25. Схема для расчета оснований с песчан ыми сваями

H - мощ ность слабой толщи; l - р асстояние между песчан ыми св аями в свету; d - диаметр песч ан ой сваи; S 0 - осадка осн ования без сваи; St - осадка осн овани я со сваями; Sx /2 - боко в ая деформа ци я свай; pz - н агрузка на межсвайное пространств о; p 0 - нагрузка от веса н асыпи; pc - н а грузка на сваи

Вел и чину p ′ определя ю т по компресси онной кривой как н апряжени е, необходи мое для уменьшения коэффи циен та пористости грунта в природном залегании ε 0 до величины ε 1 , отвечающей пористост и грунта, уплотн енн ого в результате внедрения свай, и определяемой и з выражен ия

.                                                     (76)

Верт и кальные p z и горизо н тальные px напряжен и я в основании со сваями определяют по табли цам*. Значения переменных p z и px даны в табл и цах* в долях от давления на основание без свай p 0 = p расч и в зависимости от величины коэфф и ци ента бокового давлени я материала сваи ξ и коэффи ци ента поперечной деформаци и слабого грунта μг .

* Методические рекомендации по проектировани ю и технологии сооружен ия вертикальн ых песчаных дрен и песчаных свай при возведении земляного полотн а на слабых грунтах / СОЮ ЗДОРНИИ. - М ., 1974. - 57 с.

Коэфф и циент бокового давлени я материала свай принимают для песка крупн ого - 0,33; средней крупн ости - 0,34; мелкого и пы леватого - 0,36. При известном угле внутреннего трения φс

.                                                       (77)

Коэфф и ци ен т поперечн ой деформаци и можно определить, прини мая ве личин у коэффи циен та бокового давления для торфа ξ = 0,761,

,                                                          (78)

для гл и нистого грун та пластичной консистенци и ξ = (0,3 - 0 ,4), текуче й кон си стенци и ξ = ( 0,4 - 0 ,45).

В случае возможного н арушения устойчи вости основания с песчан ыми свая ми в форме сдвига по фикси рованной поверхности скольжени я сопротивляемость грун та сдвигу S определя ю т по формуле

,                                  (79)

где pc и p г - да вл ени е от насыпи на сваю и слабый грун т; φc и c c - угол внутреннего трения и сцепление грунта, образующего сваю; m - сближен ие свай. Пример расчета насыпи с песчаными сваями дан в прил. 14.

5 .5 6. Гру н товые сваи могут предназначаться для уменьшени я осадки основания. В этом случае подбирается сближение свай, обеспечивающее сни жение осадки до задан ной величи ны.

Уменьшен и е осадки основания учитывается также при применени и грунтовых свай для обеспечения устойчивости.

При мощности слабой толщи не более шир и ны насыпи по подошве осадку вычисляю т по схеме компресси онного сжатия, прини мая за расчетное зн ачение вертикальных но рмальных напряжений давлен ие, передаваемое на слабый грунт p t , уменьшенное н а величи ну давления предвари тельного обжатия слабого грунта внед рени ем свай p .

Дорожные конструкции с заменой слабого грунта в основаниях

5.57. При соответственном техни ко-экономическом обоснов ани и могут примен яться способы устрой ства земляного полотна, при которых слабый грунт не используется в качестве осн овани я, а з аменяется искусственным основанием в ви де насыпи и з при возного грунта или иной конструкции. Как правило, конструкции с удалением слабого грунта предусматривают в случаях, когда предварительные расчеты показывают невозможность или высокую техн ологи ческую сложн ость выполнения хотя бы одн ого из осн овных требовани й к земляному полотну, возводимому на слабом грунте (см. п. 1.7). Экономически удалени е слабого грунта может оправдываться при сравнительно малой мощности слоя и небольшом протяжени и участка, возможности полезного использовани я удаленного грун та, высокой стоимости мероприяти й по обеспечению устойчивости , прочности и стаби льности.

5.58. При проектировани и конструкции земляного полотн а с заменой в основании слабого грунта следует проводи ть технико-экономическое обоснование принятого способ а п роизводства строительных работ.

При замене слабых грунтов конструкция ниж н ей части земляного полотна в значительной мере зависит от технологии удалени я слабого грунта, поэтому в проекте следует рассматривать и сравнивать вари анты конструктивно-технологически х решений. В п рактике дорожного строи тельства при меняю т механически е, взрывн ые и гидромеханические способы удаления слабого грунта, а также способ погружения с выдавливанием слабого слоя весом насыпи с предварительным рыхлением или без него. Выбор варианта удаления грунта производится путем технико-экон оми ческого сравнени я.

5.59. Проектное сечение траншеи при удалении слабого г рунта определяется необходимостью обеспечения устойчив ости и стабильности краевых частей насыпи при мини мальном объеме работ. Ши рину траншеи по дну для дорог с усовершен ств ов анными капи тальными покрыти ями прин имают равной ши ри не земляного полотн а с учетом заложения откосов, для дорог с переходн ыми и ни зшими типами - р авной ширине земляного полотна поверху (ри с. 26). Крутизну откосов в траншее следует назначать по расчету устойчивости при требуемом коэффициенте запаса, равн ом еди ни це. Для предв ари тельного подсчета объемов работ заложение откосов в траншее следует принимать для торфа малой и средней степени разложен ия (0,25 - 0,5) H ; для других слабых грунтов н етекучей консистенци и (0, 5 - 1 ,25) H .

Рис. 26. Схема земляного полотна с удал е нием слабых грунтов в осн овани и

а - д ля усов ершенствов анных покрыти й; б - для переходных и н изши х покрытий

При взрывном или гидромеханическом удале н ии слабого грун та крутизна откосов траншеи определяется технологией производства работ, но не должна быть больше приведенной.

5.60. При определении потребного объема при возного грун та следует учи тывать и зменение сечения траншеи от активного давления насыпи .

Коэффициент увеличения объема заполнения для грунтов разл и чных типов составляет:

торф влажностью до 60 0 % ................................................................................ 1,15

то же, св. 600 % ................................................................................................... 1,25

органо-ми н еральный грунт ................................................................................ 1, 2

м и неральный слабый грунт ................................................................................ 1,1 5

При посадке насыпи на кровлю более прочного подст и лающего пл аста методом выдавливания крутизну откосов погруженн ой части можно принимать равной углу естественного откоса грунта насыпи.

5.61. При поперечном уклоне кровли пластов, подсти лающи х слабую толщу, более 1:10 во избежание возникновен ия деформаци й сдвига выполняют следующие конструктивные мероприя ти я:

если подстилающ и й слой представлен песком и ли супесью, устраивают упорную траншею или призму из глыбового грунта с низов ой стороны ( рис. 27, а, б);

если подстилающий слой сложен глинистыми грунтам и , осуществляют сплошное выравнивание дна траншеи (см. рис. 27, в ).

Для насыпи из песчаного грунта сплошное выравниван и е допускается заменять ступенчатым.

Рис. 27. С х емы устрой ства д ля пред о твращения сползан ия насыпи по наклонному д ну

а - упорная тран ш ея; б - каменная призма; в - выравнивание дн а

5.62. Грунт, извлеченный из траншеи, укладывают в бан кеты н епосредственно за водоотводными канавами (рис. 28, а). Торф высокой волокнистости допускается и спользовать для уположивани я откосов земляного полотна на высоту насыпи до отметки н иза дорожной одежды (см. рис. 28, б ). Вывозка торфа и орг ан о-мин еральны х грунтов допускается в случае использования в других сооружениях или для це лей сельского хозяйства.

Н а осушенных болотах банкеты и з торфа во избежани е возгоран ия закрывают слоем мин ерального грунта толщи ной 20 - 3 0 см.

Р ис . 28. Ва рианты ра зме ще ния удале нн ого грунта

а - в ба нкетах (за щи тный сл ой ми нерального грунта устраивают при складиров ан ии в б ан кеты торфа); б - в при сыпные при змы

5.63. При исп ользов ан ии метода выдавливания слабого слоя и з-п од н асыпи толщи на насыпн ого слоя, обеспечивающая выдавливани е слабого грун та, ориен ти ровочно может быть определена по формуле

,                                                          (80)

од н ако во всех случаях он а не должна быть менее

,                                                          (81)

г д е c ус л - величина сопротивл я емости грунта сдвигу, определяемая крыльчаткой; b ср - полуширина насыпи по средн ей лини и; γн - удельный вес грун та насы пи; H - мощность слабого слоя.

В случае техническо й сложности или нецелесообразн ости един овременного в озведен ия насыпи требуемой толщины при мен яют механи ческое и ли взрывное рыхлени е, либо гидроразмыв слоя. В этом случае в расчет по формулам ( 80 и 81) вводят c усл для разрыхле н ного грун та.

5.64. Поэтапное погружен ие насыпи, отсыпаемой сн ачала на мен ьшую ши ри ну, но большей высоты (метод перегрузки) доп ускается при услови и, если после посадки средней части образовавшиеся по сторонам продольные валы выпирани я будут пе ред расши рение м н асыпи удалены или разрыхлен ы (рис. 29).

Рис. 29. Схема посадки насып и на дно болота методом перегрузки

1 - в ременное сечени е отсыл аемой насыпи; 2 - проектное сечение земляного полотна; 3 - реальное сечение зе мляного полотна после завершения работы

5.65. При нали чи и в составе слабой толщи более прочных слое в у поверхности (н апример, при мощном дерновом покрове, а также при частичном осушени и торфяных болот) для облегчения выдавли вания при мен яют торфоп риемни ки . Глубина торфопри емни ков должн а быть равн а толщи не верхнего прочного слоя, а ш ири на - н е менее полови ны мощности слоя, подлежащ его выд авлив ани ю (ри с. 30).

Рис. 30. Схема посадки насыпи в залеж и I I типа с использованием торфо при емников

Пр и использован ии торфоп риемни ков верхни й дерново-расти тельный слой н е выдавли вается и следует учитывать его сохранени е в основ ании насыпи .

5.66. Использов ание свайных основан ий и склю чает воспри яти е слабым грун том нагрузки от дорожной конструкции и транспорта.

Эстакады устраивают и з сборн ых железобетонн ых элементов по прави лам проекти рования мостовых сооружен ий. Вли яни е слабого слоя на устойчи вость опор и и х несущ ую способн ость учитывать не следует. Раци ональную вели чину пролетов свайных эстакад определ яют в зависи мости от мощности слабого слоя.

Ор и ен тировочно можно счи тать, что при толще слабого слоя до 5 м наиболее экономи чны простые свайные опоры и пролетные строени я дли ной 6 м, при глубине до 8 м - с вайные оп оры и пр олетн ые строени я длиной до 18 м, при большей глубин е - опоры и з свай-оболочек и ун ифи ци ров анн ых пролетных строений дли ной 24 м и более.

5.67. При проектир овании железобетонных опор в торфяных болотах следу ет уч итывать агр ессивность болотной воды. Агресси вност ь слабой или средн ей степени, ка к прави ло, общекислотного и углеки слотного хар актера, вызывает кор розию типа И.

Общая кислотность болотной воды может изменятьс я от pH = 7 для низ инных бо лот до pH = 3 д ля болот атмосферн ого пи тан ия. Защитные мер ы при нимают в соответствии с д ейству ющи ми указаниями по антик оррозионной защите стр оительных кон стру кц ий.

5.68. Для осн ован ий I и II типов при за трудн ении уда лени я грунта или других осложняющих факторах (н апример, зна чи тельном уклоне) можно прим енять конс трукции землян ого полотн а в вид е насыпи на свайном ростверке (рис. 31).

Рис. 3 1 . Насыпь на с ваях ростверковог о ти па

1 - насыпь; 2 - бетонн ые наголовники ; 3 - дерев янные сваи; 4 - тор ф; 5 - иольдиевая глина

По оголо в кам железобетонных св ай на уровне поверхности грунта укладывают квадратные наголовники в вид е плит, пер екрыв ающи х не мен ее половины расстояни я меж ду сваями . Св ободное р асстояние ме жду пли тами-н аголовн иками в плане должно быть н е более 1, а толщина вышележащего насыпн ого слоя - не мен ее 2 м. Надежность конструкции повышается при укладке в н ижней ча сти насыпи армирующей прослойки из синтети ческих волокни стых материалов.

Сваи ростверковой констру кции рассчи тыва ют на н агрузку от насыпи , дорожной оде жды и эквивалентную тран спортну ю нагрузку.

Для ориентировочных расчетов констр укци й насыпи земл яного полотна, перечисленных в разд. 5, могут быть использ ованы номогр аммы. Методики расчета даны в пр ил. 15.

6. КОНТРОЛЬНЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ В ПРОЦЕССЕ СТРОИТЕЛЬСТВА

6.1 . Пр и сооружении землян ого полотна на слабых грунтах, кроме обусловленного общими нормати вными документами контроля качества строи тельства, необходи мы специальн ые наблюдения за деформаци ями основания. Большинство конструкти вных решени й предусматри ваю т определенный технологическ ий режим возведения земляного полотна, который невозможно правильно осущ ествить без си стематических наблюдени й, поэтому меропри ятия по наблюдению за деформациями земляного полотн а в пери од строи тельства до момента сдачи объекта в эксплуатацию должны быть включены в строительную смету.

6.2. Основными задачами наблюдений яв ляются кон троль за величиной осадки и затухание ее во времени , фиксирование возможных горизонтальных смещений, выявлени е образования бугров выпирания. Основные наблюдения выполняются си лами прои зводственной лаборатории.

Дополн и тельн о проектом организации строительства по специальным методикам могут быть установлены наблю дения за и зменением порового давлени я, послой ными осадками толщи, изменением гидрологи ческого режима, упругими проги бами покрытия, а также дли тельными осадками в период эксплуатации дороги .

6.3. Наблюден ия за вертикальными перемещениями выполн яют по осадочным маркам. Простейшая конструкция марки состои т и з квадратной стальной п ли ты толщи ной 4 - 6 мм размером не менее 0,5 × 0,5 м с приваренн ыми с н ижней стороны по цен тру заостренным штырем длин ой 30 см для фиксирования и с верхней стороны мерной штанги из трубы диаметром 50 мм (рис. 32). Длина мерн ой штан ги прин имае тся равной проектной толщин е насыпного слоя в целях предохранен ия от повреждени я при возведении насыпи . Ее можно составлять из отдель ных соединяемых резьбой или сваркой элемен тов длиной по 30 - 4 0 см.

Рис. 32. Ма рка для наблю д ения за осадкой

Плиту закладывают на поверхности слабой толщи непосредственно перед отсыпкой первого слоя н асыпи. Вертикальн ая отметка плиты фи кси руется нивелирован ием с устан овкой рейки на обрез ме рн ой штан ги .

Поперечн и ки для н аблюдения за осадкой назначают в самом глубоком месте и далее через каждые 50 м.

Осадочные марки устанавл и вают по три на каждом поперечнике - осевую и две боковые - в 1 м от бровки насыпи.

6.4. Наблюдени я за гори зонтальными перемещениями и возможным выпором ведут по боков ым маркам, установленным в одн ом створе, а также по дополнительным, установленным на каждом наблю дательном поперечнике на расстоянии 3 - 5 м от подошвы насыпи. Замеры горизонтальных смещений ведутся с помощью теодолитной съемки или и змерений отклонения от створа мерной лентой.

6.5. Наблюдения за осадкой и горизон тальными смещени ями в едутся в период возведени я н асыпи ежедн евно, пе рвые три месяца после полного возведения насыпи - еженедельно, в дальн ейшем - до сдачи дороги в эксплуатацию - 2 раза в месяц.

Пр и обнаружени и резкого увели чени я осадки или смещени й в плане отсыпку насыпи немедленно прекращают для выя вления причин деформаци й. В случае фиксирования си мптомов поте ри устойчи вости осн ования назн ачают мероприяти я по ликви дации опасного состояни я и предупреждени я дальне йше го разви ти я д еформации.

6.6. При наличии четырех-пяти измерений осадки в первый месяц после возведен ия насыпи дальнейшую осадку можн о прогнози ров ать по формуле

,                                                         (82 )

где Sn - полная расчетная осадка , определенн ая компресси онн ыми испытани ями ; t - время с начала загруж ени я; Т и - параметр, характеризующий интенсивность затухания осадки .

Для использования формулы ( 82) граф и к кон солидации строят в коорди натах t и t / S (рис. 33), что дает возможность спрям и ть кривую осадки в виде уравнения t / S = at + b , п o которой не трудно найт и вели чину параметра T и = bSn , где b - отрезок, отсекаемый графи ком на оси t / S . Тангенс угла наклона графика есть вел и чи на, обратная стаби лизированной осадке a = 1/ S n .

Р и с. 33. Построение графи ка осадки во в ремени в координ атах t , t / S .

Точкам и показаны данн ые натурных н аблюден ий , пун кти ром - эк страполяци онны е зави симости S от t

6.7. В случаях, если данные наблюдений существенн о отличаются от расчетного прогноза протекания осадки, в рабочем проекте следует уточни ть расчетн ые характери стики (коэффи циен ты кон солидации и сжимаемости ) путем обратн ого пересчета по факти чески м данн ым.

6.8. В проц ессе в озведени я насыпи на сл абом грун те необ ходи мо систематически кон тролировать толщину насыпного слоя, определяющую в ели чин у н агрузки на ос нов ани е в заданн ый момент времени . Для этой це ли можн о использовать те же осадочные марки с наращиваемыми штан гами, на которых должн а б ыть нан есен а разметка. Кон троль может быть осуществлен также с помощью легкого динами ческого зонда и ли путем бурени я зон ди ровочны х скв ажин .

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

Д и нами ческий расчет производя т только для н асыпей, в основании которых залегает торф, если толщи на насыпного слоя, рассчи танного стати ческим методом, менее 3 м.

Динам и ческий расчет своди тся к удовлетворени ю следующего условия :

a ф ак т a д оп ,                                                               (1 )

где a фа кт - ускорение колебаний проект и руемой насыпи на торфе; a до п - предель н о допустимое ускорени е колебаний н асыпи на торфе, определяемое в зави симости от типа проектируемого покрытия и частоты собственн ых колебан ий н асыпи (ри с. 1).

Рис. 1. Предельно допустимые ускорения колеба н ий земляного пол отна для

I - усовершенствов анных капи тальных покрыти й; II - усовершенств ов ан ных облегченных покрытий ; III - переходных покрытий

Ус к орени е колебани й проектируемой насыпи на торфе определяют по формуле

a факт = A ω 2 ,                                                               (2)

где A - амплитуда коле бани й н асыпи; ω - круговая частота соб ственн ых кол еба ний насыпи .

Ди н амический расчет н еобходимо прои зводи ть в такой последов ательн ости:

определ и ть частоту собствен ных колебани й насыпи на торфяном основани и;

определить амплитуду колеба ни й насыпи;

вычислить ускорен и е колебаний проектируемой н асыпи ;

определить предель н о допустимые ускорения колебаний;

проверить допустимость ускорений колебани й проекти руемой насыпи ;

н аметить меропри ятия по уменьшени ю ускорений колебани й, если они превышаю т предельно допустимые вели чины.

Определение часто т собственн ых колебаний насыпей на торфяном основ ании

При определени и частот собствен ных колебани й в зависимости от отношен ия толщи ны н асыпи к толщи не оставляемого слоя торфа следует рассматри вать два расчетных случая: 1-й - h н : h т > 0 ,5 и 2-й - h н : h т < 0,5 для h н < 1 0 0 см.

Частоты собственных колебаний насыпей на торфяном осно в ании для 1-го случая определяют по номограмме (рис. 2), которая составлен а на осн ове решени я задачи о колебани ях н асыпи на упругом торфян ом основан ии .

Рис. 2. Номограмма для опре д елен ия част от собств енн ых колебаний насыпей на торфяном основании (1-й расчетный случай)

Частоты собстве н ных колебан ий насыпей на торфян ом осн овании д ля 2-го расчетн ого случая определяют по формуле

.                                                  (3)

В формуле ( 3) E пр - прив еденн ый модуль упругости торфа, учи тывающий отсутствие боковых перемещений колеблющейся призмы торфян ого основани я

,                                                           (4)

г де μ - средн ее значени е коэффи циен та Пуассона для торфа.

Пр и отсутствии данн ых и спытаний допускается принять μ = 0,35.

В этом случае E пр = 1,41 E т .

;

.

Здесь h н - общая толщин а насыпн ого слоя; h т - толщина слоя торфа под н асыпью; γ н , γт - соответственно средние плот н ости грунта н асыпи и торфа.

Общая толщ и на насыпного слоя (рис. 3).

hn = h + S общ = Но д + h ′н.                                                     (5)

Рис. 3. Расчетная схема

а - с истемы д орожн ая од ежд а - насып ь - болотн ый грунт, б - дорожн ой од ежды

Определен и е амплитуды колебаний (ди намически х перемещений) насыпи

А мп ли туду колебаний насыпи на торфе при воздей ствии н а дорожную кон струкци ю транспортной н агрузки (расчетная, нагрузка группы А) определяют по формуле

А = l ( K дин - 1 ),                                                            (6)

г де l - упругий проги б торфян ого осн овани я, вызываемый стати ческ ой н агрузкой от колеса расчетного автомоби ля; K дин - дин ами ческий коэффициент, характери зующий увели чени е проги ба за счет эффекта подвижности н агрузки.

Упруг и й прогиб торфян ого осн ов ан ия

,                                                            (7)

где P и D - параметры расчетн ой нагрузки.

Коэфф и циент К определяют по графику (рис. 4) в зави симости от отношений hl / D и h т / D ( h l - толщина однородного песчаного слоя, эквивале н тного по распределению напряжений многослой ной си стеме дорожная одежда - н асыпь).

hl = h + S общ - H од + h экв = hн + h экв ,                                       (8)

гд е h экв - экв ивалентная толщи на дорожн ой одежды.

,                                                        (9)

г де H од - толщ ин а слоев дорожной одежды, расположенн ых выше песчаного слоя (см. ри с. 3); E н - модуль упругости грунта насыпи; E ср - средний модуль упругости дорожн ой одежды;

,                                      (10)

г де E 1 , E 2 , E 3 , ..., Ei - расчет н ые модули упругости отдельн ых конструктивных слоев, толщина которых равна h 1 , h 2 , h 3 , ..., hi .

Рис. 4. Граф и ки для определения коэффи ци ентов k и η

Динамический коэффициент K дин , равный отношению макс и мального динамического прогиба торфяного основания, вызываемого движущимся автомоби лем, к вели чин е статического проги ба определяют по графику (рис. 5) в зав исимости от коэффи циента демпфи рования ψ. Для 1-го расчетн ого случая он равен 8,6/ω, для 2-го - 0,33/ E т , М Па (3,3/ E т , к г с/см2).

Р и с. 5. График для определения ди намического коэффициента

Мероприятия по с н ижению ускорений колебаний земляного полотна

В случаях, когда не выполняется требование формулы ( 4), обеспечивающее допустимые колебания н асыпи на торфе, находящей ся под дей стви ем дин амической нагрузки , необходи мо наметить меропри ятия по снижению колебаний.

Основным и наиболе е простым способом сни жения ускорений колебаний земля ного полотн а на торфяном основании явля ется увеличение толщины н асыпн ого слоя, что обеспечивает уменьшени е частот и ампли туд колебаний, и, в конечном счете, сни жает ускорения колебаний .

Есл и по услови ям продольного профиля подняти е н асыпи нежелательн о, для увели чения толщины насыпного слоя можно пользоваться методами перегрузки или части чного вы торфовы вани я.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

МЕТОДИКИ ПОЛЕВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СЛАБЫХ ГРУНТОВ

Исследо в ани е слабой толщи методом статического зонди рован ия

Метод стат и ческого зонди ров ан ия основан на том, что грун ты в зав иси мости от и х структурн ых особенностей, состава и состояния оказывают разли чное сопротивление прониканию зонда с рабочим наконечни ком, имеющи м обычно форму конуса. При зон дировании глубин а погружени я наконечни ка всегда превышает его высоту.

Пр и мени тельн о к болотн ым грунтам наиболее уд обен метод статического зон дировани я, так как для вдавливани я зонда в толщу болотных грунтов достаточн о усилия 200 - 5 00 Н (20 - 5 0 кгс), т.е. вдавливани е зон дового пенетрометра могут производить 1 - 2 чел.

Зондирова н ие позволяет получать непрерывную ин формацию о строени и залежи по глубин е, н аличии слабых слоев, что н е всегда удается при обычн ом бурен ии.

Для болот н ых грун тов рекомендуется при менять пен етрометр П-4 кон струкции Кали нин ского политехни ческого ин сти тута (ри с. 1). Пенетрометр П-4 включает конусный наконечник, состоящий из двух часте й, стержень для оцен ки трени я штанг о грунт, соеди ни тельные штан ги, упор и рукоятку, витую пружину и индикатор часового типа. Штан ги прибора П-4 уни фи ци рованы со штангами сдвигомера крыльчатки СК- 8 и взаимозамен яемы.

Рис. 1. Конструкция пенетрометра П -4

1 - конусны й наконечник; 2 - стержень; 3 - штанга; 4 - упор; 5 - направляющая втулка; 6 - рукоятка; 7 - и ндикатор; 8 - упругая пружи на; 9 - ви нт

Задавлива ни е конуса в грунт производят вручную. Оператор на определенных глубин ах фиксирует показание индикатора Δ l . Скорость вдавлива н ия должна быть умеренной и по возможности стабильной (≈ 1 ,5 - 2 ,5 см/с).

Для учета возможного трения штанг о грунт (которое и ногда бывает при большой глубине зонди рования, напри мер, из-за кривизны штанг и т.п.) следует перед каждым последую щим погружением зонда слегка приподнимать прибор (на 20 - 3 0 мм), тогда стержень 2 выдви гается и з кон уса 1. При последую щем погружении в пределах этих 20 - 3 0 мм и ндикатор буд ет фикси ров ать только величин у трени я штанг по грунту.

Усиле ни е зон ди ровани я вычисляют по формуле

,                                                         (1)

где Δ l - показа н ие и ндикатора (общее); Δl тр - показан ие ин ди катора при отключении конуса (для учета трения); n - постоянн ая характеристика упругой пружин ы силои змерителя.

Тарировка п рибора и правила его эксплуатации изложен ы в ин струкции, прилагаемой к прибору.

В качестве показателя стат и ческого зон ди ровани я принято удельное сопротивление зондированию q , равное отношению усилия зондиро в ани я P к к в адрату высоты конического н акон ечн ика h 2 k

.                                                              (2)

По результатам испыта н ий строят график изменени я по глуби не усилия зондировани я, удельн ого сопротивления зонди ровани ю (ри с. 2).

Рис. 2. Пример обработки результато в статич еск ого зондировани я болотн ых грун тов

а - график; б - эпюра (ци фры - слои и прослойки); в - геологи ческий разрез; 1 - древесно-осоковый торф; 2 - тростниковый торф; 3 - сапропель; 4 - мергель; 5 - мелкий песок.

Ис п ытани е грунтов на сдвиг в условиях природного залегания приборами лопастного типа

Испытание заключаетс я в измерени и макси мальн ого крутящего момента, в озни кающего при срезе грунта во время вращения в не м крестообразной лопасти.

Для массовых испытаний при зондировани и торфяных залежей, пластов сапроп елей и илов рекомендуется использовать прибор сдвигом ер-к ры льчатку конструкци и Кали ни нского политехнического инсти тута СК-8 или сдвигомер-кры льчатку БЕЛДОРНИИ .

Метод и ка и спытаний грун тов сдви гомером -крыльчаткой СК-8 (рис. 3) заключается в следующем. Измерительная головка надев ается на перех одник, в отверстие переходника и упора завинчивается стопорный ви нт. Затем при помощи рукояток крыльчатка задав ливается в грун т до полной ее высоты. Перед поворотом проверяется положени е стрелки индикатора и ци ферблат устанавливается на нуль. После указанн ых операций и проверки вертикального положени я штан ги обеими руками осуществляется поворот измерительной голов ки по часовой стрелке. По мере роста угла поворота отк лонени е стрелки индикатора воз растает. В процессе поворота следя т за стрелкой инд икатора до тех п ор, пока н е прекрати тся ее отклон ени е и не н ачн ется спад. Положени е стрелки, соотв етствующее началу ее обратн ого дви жени я, представляет собой и скомое значени е. Эта вели чин а запи сывае тся в журнал. Обычн о разрушени е грунта происходи т при углах поворота от 20 до 6 0°.

Рис. 3. Конструкция сдв и гом ера СК -8

1 - крыльчатка; 2 - устрой ств о для учета трения штанг; 3 - 4 - штанги, соединенные резьбовыми переходниками; 5 - измерительная головка с рукояткой; 6 - индикатор часового ти па

Вл и яние трен ия по ш тангам учитывается следующим образом. После задавливани я крыльчатки до заданной глубин ы при бор слегка поднимают (на 10 - 1 5 мм) при помощ и ручек. При этом лопасти отключаются от ш тан г. Далее осуществляется поворот штан г с фиксацией по индикатору уси лия, идущего на преодоление трения ш танг о грунт. После этого штан ги опускаются и приводятся в зац еплени е с крыльчаткой . Далее осуществляется поворот с в ключен ной крыльчаткой.

По окончании испытания пр и бор изв лек ается из грунта. Для отви нчиван ия штанг можно пользоваться стопорным винтом. При задавливании и и звлечен ии при бора н еобходи мо следить за тем, чтобы дви жени е штанг осущ ествл ялось по в ер ти кали. Если пр и зада вливании и повороте кр ыль чатки встр ечаются пни или камни, то н еобходимо извлечь прибор из грунта и попытаться задавить прибор в другом месте.

Кр ы льчатки имеют следующие размеры: H = 1 00, D 1 = 54 и D 2 = 75 мм.

Сд ви го мер-к ры льчатк а БЕЛДОРН ИИ (р ис . 4) состоит из тр ех осно вных у злов: р абочего нак онечни ка (крыльчатки), ком плекта штан г и ди намометрического устройства.

Рис. 4. Лопаст н ой приб ор БЕЛДОРНИИ для определени я сопроти вле ни я сдвигу торфя ных грунтов

1 - рукоятка; 2 - в ерхняя штанга; 3 - полумуфта; 4 - нижняя штанга; 5 - лопасть

П ри бор ком плектуется двум я крыльчат ками одинаковой высоты (100 мм), но с ра зличными ди аметрами - 54 и 75 мм . Четырехлопас тн ая крыльчатка являетс я сварн ой деталью, состо ящей из металлических лопастей толщиной 2,5 мм, приваренных к штанге. Для обесп еч ени я процесса задавливания и извл ечения кр ыль чатки из грунта верх ние и нижние торцы лопастей затачивают. Длина након ечник а в сборе (с крыльчаткой и полумуф той ) составляет 400 мм.

В качестве гарн итуры, несущей крыльчатку, и спольз ую т стандартн ые штан ги ручного бура с конусными резьбовыми соединени ями . Диаметр штанг 34 мм. Рабочая дли на штанги состав ляет 2 м .

Ди н амометрическое устрой ство предн азн ачено для создания и и змерени я крутящих моментов. Оно состои т из следующих основ ных узлов (ри с. 5): пружи нного динамометра, ведущего рычага, ведомого рычага.

Рис. 5. Д ин амометрическое устройств о

1 - рычаг в сборе; 2 - трубка; 3 - вилка; 4 - вороток; 5 - рукоятка; 6 - серьга; 7 - шкала; 8 - указатель; 9 - пружина; 10 - стержень

Пруж и нный динамометр состои т и з одн ой пружины 9, шкалы 7 и указателя 8. Пружин а шарни рн о крепи тся между ведомым и ведущими рычагами . В комплект к прибору входят три пружины, усили е на растяжени е которых составляет соответственно 300, 400 и 500 Н .

Ведущий рычаг 1 с в ободно вращается на оси. Ведомый рычаг жестко укреплен на штанге независи мо от ведущего рыча га. Рычаги связаны только пружинным динамометром.

В качестве ведомого рычага могут и спользоваться жимки бурового комплекта. Ведомый рычаг служи т также для задавли ван ия гарни туры с крыльчаткой в торф и их извлечени я после окончани я испытаний. Благодаря наличи ю зажи много устройств а он легко перемещается по штанге вместе со всем ди намометрически м устройством и может устанавливаться на любой высоте в процессе работы. Для определения величины деформации пружины имеются указ атель и шкала.

Крыльчаткой ЦНИ И С (ри с. 6) могут быть обследов аны небольшие участки, когда верхние слои слабой толщи осуш ены и уплотн ен ы или перекрыты п ластами более плотных и прочных грунтов и уплотнены их весом, что требует больши х уси ли й при задавлив ании крыльчатки, и проводи ть испытания без бурен ия невозможно. Испытани я указан ным прибором ведут в скважинах.

Рис. 6. Лопаст н ой прибор констр ук ции ЦНИИС

1 - лопасть крыльчатки ; 2 - ш тан га ; 3 - соедини тель ная муфта; 4 - центр и рую щая муфта; 5 - ст оп ка при бора; 6 - голов ка пр иб ора

Бурен и е скважи ны заканчи ваю т выше отметки очередн ого испытан ия с таким расчетом, чтобы крыльчатка при и спытании находилась ни же забоя скважины не менее чем на 5 D ( D - ш и ри на лопастей крыльчатки).

Крыльчатку, опущен н ую н а забой скважины на штан гах, вдав ли вают в грунт до з аданн ой отметки, в ращаю т с помощью головки, установленной над устьем скважины и соединен ной с крыльчаткой штангами. Вращая крыльчатку со скоростью 0,1 - 0 ,2 град/с, срезают грунт и фиксирую т значения максимального крутящего момента. Затем производят два- три полн ых оборота крыльчатки и фикси руют крутя щий момент, соответствующи й прочности грун та н арушенн ой структуры на сдви г.

По око н чании и спытан ия на заданн ой глубин е при бор снимают, крыльчатки и штанги извлекают, а скважину углубляют для испытания.

Для вычисле н ия сопроти вляемости грунта сдвигу в и змерен ный крутящий момент вносят поправку и з тарир овочн ой таблицы прибора. Лопастной при бор конструкции ЦНИИ С комплектуют крыльчатками четырех размеров:

Д, м м .............................................................................

55

75

75

1 00

H , мм ............................................................................

110

150

200

200

По резуль т атам испытаний вычи сляют соп роти вляемость грунта сдви гу, и менуемую условным сцеплени ем,

,                                                            (3)

где M к р - зн ачение крутя щего момен та, устанавлив аемого по тарировочн ой кри вой (по оси ордин ат откладывают показан ия ин ди катора Δ l , а по оси абсцисс M кр в завис и мости от значени я Δ l = Δl полн - Δ l тр ; Δl по лн - показани я инди катора (максимальное чи сло делений в процессе поворота крыльчатки в грунте ненарушен ной структуры); Δ l т р - максимальное чи сло делений при отклонении стрелки ин дикатора в проце ссе поворота штанг без крыльчатки (при необходи мости учета трения грунта о штан ги); K - постоянн ая прибора, опреде ляемая по выражениям: K 1 = π D 2 / 2( D / 6 + H ) при повороте крыльчатки у поверхности толщи или на дне скважины (при срезе од н ой торцовой поверхностью крыльчатки); K 2 = π D 2 / 2( D / 3 + H ) при ср е зе в толще грун та обеими торцов ыми пове рхностями крыльчатки ; H , D - высота и диаметр крыльчатки .

Результаты испытан и й представ ляют в ви де эпюр измен ения сопротивляемости сдвигу по глубине (рис. 7). Количество точек испытаний по глуби не назначают с учетом слабой толщи и особенн остей ее геологического строения.

Рис. 7. Эп ю ра из менени я сопротивля емости сдвигу по глубине

Обычно испытания проводят через 0, 5 - 1 м по глубине; при этом в каждом слое мощностью не менее 1 м следует назначать н е менее трех точек по глубине в пределах одной скважины.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

МЕТОДИКИ ЛАБОРАТОРНЫХ ОПРЕДЕЛЕНИЙ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СЛАБЫХ ГРУНТОВ

Отбор проб

Целью лаборатор н ых испытаний грунтов является определени е классификационных показателей , используемых для установлен ия по таблицам расчетных характеристик грунтов и и дентификации слоев слабой толщи, а также непосредствен ное получение расчетных показателей сжимаемости и сопротивляемости сдви гу. Однако надо иметь в виду, что результаты лабораторных исследований будут достоверн ы лишь в случае принятия строжайших мер предосторожности при отборе, транспорти ровании и хранении монолитов слабых грунтов ( ГОСТ 12071-84).

Конструкци и пробоотборников для отбора проб слабых грун тов приведены на рис. 1 - 5.

Рис. 1. Торфяной бур ТБ-5

1 - винт; 2 - полуконус; 3 - н ож; 4 - серде чни к; 5 - ложка

Рис. 2. Грунто н ос конструкции Игумнова для в зятия монолитов и лов и други х гли нистых г рунтов мягк опластичной и скры тотекучей кон систенци и

1 - башмак; 2 - направ ляющая ; 3 - резцы; 4 - н ижний стакан; 5 - ги льза; 6 - в ерхний стакан ; 7 - ди афрагма; 8 - голов ка с конусн ым переходом

Рис. 3. Гру н тонос конструкци и Ф урса для вз ятия м он оли тов илов и других глини стых грун тов мя гк оп ласти чн ой и ск ры тотек учей кон систе нции

1 - тормоз н ая лоп асть; 2 - ба шмак; 3 - лепесток; 4 - ни жний стака н; 5 - ги льза; 6 - верхний стакан; 7 - г ол овка

Рис. 4. Универсаль н ый грунтон ос конструкции ЦНИИ Са со сме нными коронками для отбора моноли тов торфов и д ругих болотных отложений

I - дл я слаборазложивши хся торфов; II - дл я хорошо разложи вши хся торфов ; III , IV - д ля минер а ли зованны х торфов и пласти чных грунтов; V - для сапроп е лей и и лов

Р и с. 5. Поршн ево й грун тосос конструкции БЕЛДОРН ИИ для отбора проб слабых грунтов

1 - рукоятка п о ршн евой штанги; 2 - рукоятка н аружн ой ш тан ги; 3 - п оршнев ая штанга; 4 - н аружная штан га; 5 - корпус; 6 - кольца; 7 - запирающее кольцо; 8 - поршень; 9 - са льн ик; 10 , 11 - отв ерсти я

Показатели физических свойств

В лаборатории определяют следующие характеристики грунтов: влажность, плотность и плот н ость частиц грунта, гранулометрический (механический) состав, зольность торфа, степень разложения торфа, пластичность, сжимаемость, сопротивляемость сдвигу.

Влажность слабых грунтов определяют в соответств и и с ГОСТ 5180-84.

Торфяные грунты высушивают при температуре не более 11 0 - 105 ° С. После высушивания масса сухой навески должна быть не менее 2 - 3 г. Для обеспечения этого условия навеска сырого грунта должна составлять не менее 20 - 3 0 г.

Для неоднородных торфов и илов высокой естественной влажност и рекомендуется проводить не менее трех параллельных определений влажности. За окон чательный результат прин имаю т средн ее арифметическое полученных значений.

Пр и работе с мон олитами для контроля влажности следует отбирать одну пробу порядка 100 г для получения среднего контрольного значени я.

Влаж н ость определяют по отношению массы воды в данной навеске торфа к массе сухой навески

, %,                                                    (1)

где q - масса сухого бю кса; q 0 - масса бю кса с сухим грунтом; q 1 - масса бюкса с влажным грунтом.

Допускается определять влаж н ость ускоренн ым методом на приборе типа S 10 / V для скоростного определен и я влажн ости сухого веществ а.

При определен ии плотности частиц грунта и зольности воздушн о-сухого грунта необходимо вводи ть поправки на гигроскопическую влажность, представля ющую собой содержани е воды в воз душно-сухом образце, удаляемой при 100 - 1 05 °С, выраженн ые в процентах от веса воздушно-сухого грунта.

Гигроскопическая влажность определяется также методом высушивания ( ГОСТ 5180-84).

Зольность торфа - это масса золы, оставшейся от сжигания торфа, отнесенная к массе сухой пробы и в ыраженная в процентах.

Зольность определяют в соответствии с ГОСТ 11306-83. Сущ н ость метода заключается в следующем: навеску (1 - 2 г сухого торфа) сжи гаю т в муфельной печи , а остаток прокаливают при температуре 800 ± 25 °С до постоянн ой массы (с д опустимой разницей с последующей массой до 0,006 г).

Золь н ость торфа определяют по формуле

, %,                                                   (2)

где z - процент золы к абсолютно сухому веществу; p - масса ти гля с золой , г; p 1 - масса пустого прокаленного тигля, г; p 0 - масса сухого торфа, г .

Пр и определении зольности разни ца двух параллельных определени й не должна составлять более 2 % .

При использовании навески сухого грунта параллельно с сжиганием торфа определяют влажность и затем пересч и тывают массу влажной навески на сухую.

Потер ю при прокали вани и (или содержании органи чески х в еществ для некарбон атн ых грунтов) вычисляют по формуле

П = 1 00 - z , % .                                                           (3)

Содержание орга н ических вещ еств в мергели стых грунтах следует определять в соответствии с методикой, изложенной в Методическом пособии по определени ю физико-механических свой ств грунтов (СОЮ ЗДОРНИИ. - М .: Недра, 1975. - 177 с.).

Степень разложен и я торфа - это процентное содержан и е бесструктурной массы и мельчайши х негумифици рованны х остатков, имеющихся в данной навеске, к величине всей навески.

Степе н ь разложения торфа определяют химическими и фи зическими методами.

В полевых и лабораторных условиях применяют следу ю щи е фи зи ческие методы: м икроскопи ческий, весовой, гла зом ерно-ма кроскоп ический , центрифугиров ание .

В отчетной документа ции по обследованию болота необходимо указывать способ определени я степени разложения, так как от нег о зависят результаты.

Микроскопический метод . Пробу торфа 3 0 - 4 0 г помещают на листке картона, тщательно перемешивают и разравни вают тонки м слоем. Из 10 мест пробы отбирают 3 пробы по 0,5 с м3 торфа, помещают их на предметн ые стекла, разравнивают тонки м слоем, добавляют несколько капель воды и покрывают покровным стеклом.

Затем рассматр и вают на каждом стекле (в равных его частях) до 10 зон под ми кроскопом (при увеличении в 100 раз) и в процентах оценивают площадь, занятую частицами размером 0,25 мм, отн оси тельно всей площади зоны, занятой торфом.

Степень разложения определяют как среднее ар и фметическое и з всех 30 определений с округлени ем до 5 % .

Весовой мето д . Навеску 50 г делят на две равные част и , одну и з которых в ысушивают в термостате при температуре 105 °С и взвеши вают с точн остью до второго знака, а вторую отмучивают струей воды на сито с диаметром отверстий 0,25 мм. Отмучи вани е продолжают до тех пор, пока из сита не будет вытекать прозрачная вода. Оставши еся на сите промытые растительные частицы высушивают в термостате до сухого состояния при t = 1 05 ° С и взвешивают.

Степень разложения определяют по формуле

,                                                     (4)

где a - масса сухого волокна и з отмученной навески; b - то же, н еотмученн ой нав ески .

При необход и мости пересчет степени разложения, определенной весовым методом, на степен ь разложен ия по ми кроскопическому методу приближен но может быть осуществлен с помощью графика ( ри с. 6).

Р и с. 6. Гра фик для прибли женн ого пересчета степени раз ложен ия, определенной весовы м ме тодом, на ст епень разложения по микроскопич ескому методу

Степе н ь разложени я торфа цен трифугированием определяют по ГОСТ 10650-72 с изм .

Глазо м ерн о-макроскопи чески й метод . Пользуясь табл. 1, на глаз оце ни вают структурн о-механически е свойства торфа при сжатии его в руке и по цвету отжимаемой из него воды. Комплекс при знаков визуального определения дополняю т еще одним показателем - мазком торфа. Для этого и з нескольких мест торфяного образца, вынутого из залежи , отбирают средн юю пробу объемом 0,5 - 1 см3 и помещают на ли стке плотной бумаги или на страни це полевого дн евн ика. Нажи мая указательным пальцем на пробу, делают гори зонтальный мазок на 5 - 1 0 см.

Для оце н ки степени разложен ия мазки сравнивают со стандартной шкалой (см. табл. 1).

Т абли ца 1. Оценка сво й ств торфяных грунтов

Степень разложения

Растительные остатки

Пластично-упругие свойства

Отжимаемая вода

Мазок

До 10

Хорошо сохранились и составляют почти всю массу торфа, различные мхи, остатки осоковой растительност и

Торф не мажет руку, отжатая масса пружин и т и быстро прини мает первоначальный объем

Отж и мается легко, бесцветная и ли слабо окрашенная

Бесцветный или слабо-желтый с большим количеством налипшего волокна

10 - 2 0

Хорошо сохранились, но измельчены в большей степени

Пр и сжатии в кулаке не продавли вается между пальцами; в сжатом торфе заметна упругость

Отжимается легко, мутная, желтая; коричневая ил и светло-серая

Желтый или слегка коричневый, светло-серый, имеются налипшие волокна

20 - 3 5

Сохранил и сь, но определить затруднительно, часть из них гумифицирована

Несколько пластичен, при сжатии в кулаке часть торфа продавливается между пальцами, при раст и рании мажет руку

Отжимается с некоторым усилием, мутная, коричневая или бурая

Кор и чневый или серовато-кори чневый, налипшего волокна нет

35 - 50

Заметны, но распознаются трудно, много гумиф и ци рован ны х частиц

Пачкает руку, продавл и вается значительная часть торфа

Отжимается со значительным усилием, мутная, бурая или коричневая

От коричневого до темно-коричневого с серым и черным оттенком и с гладкой поверхностью

Более 50

Мало заметны или почти незаметны, преобладает гумиф и ци рован ная масса

Большая часть полностью продавл и вается между пальцами , пачкает руку

Почт и или совсем не отжи мается

Темно- или черно-кор и чневый, хорошо сохраняет отпечатки пальцев

Степень волок н истости - это содержание в твердой фазе торфа волокни стых остатков размером более 0,25 мм, выражен ное в процен тах от объема тв ердой фазы. Степень волокн истости можно определять через степ ень разложения. Если степень разложен ия устан авлив ают ми кроскопи ческим способом, то сте пень волокн истости можно вычи сли ть по формуле

Ф = 1 00 - R м , % .                                                        (5)

Если степень разложен ия определяют весовым методом R в , то для в ычислени я Ф н еобходи мо степ ень разложени я в весовых процентах пересчитать на степен ь раз ложения в процентах объема, для чего нужно знать плотность частиц, волокнистой и гумусн ой фракций .

Дл я упрощен ных ра счетов можн о и спользовать график (см. рис. 6), с помощью которого R в можно пересчитать на R м , после чего степень волокнистости определяют по формуле ( 5).

Пределы пластичности определяют для минеральных и ор г ан о-мин еральны х болотных грунтов. Грани цу текучести грунта определяю т с помощью « балан си рн ого конуса» по ГОСТ 5180-84.

Определение н и жней гран ицы пластичности производя т раскатывани ем в шнур по указанн ому ГОСТ 5180-84.

Р е зультаты определен ия пределов пласти чности заторфованны х грун тов следует сопровождать указан ием процентного содержания (по массе) расти тельн ых остатков, если масса их состав ляет более 5 % массы сухой минеральной части грунта.

Плотность част иц грунта может быть опр е делена разли чными методами .

Пикном етри ческий метод. Плотность частиц грунта определяют как отношение масс ы части ц грунта, высушенного п ри t = 1 00 - 1 05 ° С до постоянн ой массы, к объему этих части ц в соотв етствии с ГОСТ 5180-84.

Грунт, высуш е нный до воздушно-сухого состояния, растирают пести ком в фарфоров ой ступке и просеивают через си то с ди аметром отв ерстий 1 мм. Частицы крупнее 1 мм механически дробят и добавляют к пробе .

Из просеянного грунта (100 - 2 00 г) отбирают среднюю пробу 15 г для минеральных грунтов и 5 г для торфов на каждые 100 см3 вме стимости пикном етра. При этом дополнительно отбирают две пробы для определения гигроскопи ческой влажности.

В пикнометр нал и вают ди сти лли рованную воду (1/3 вместимости) и взвешивают. При помощи воронки вводят пробу грунта в пикнометр и снова взв еши вают. Разница первого и второго вз вешивания равн а массе введенн ого грун та. Содержимое пикнометра кипятят в течение 1 ч с моме нта закипания суспензии. Кипячен ие должно быть спокойным, без разбрызгивания по стенкам пикн ометра. После ки пячени я пикнометр с суспен зией охлаждают до 20 °С, а затем доли вают ки пя ченую воду до отме ченного уровн я таким образом, чтобы вогнутая часть мениска касалась уровн я.

П и кнометр с грунтом и водой взвешивают, затем освобождают его от грунта и воды, тщательно моют, наполня ют ди сти лли рованной водой (той же температуры, что и вода в пи кн ометре) и вновь взвешивают.

Плотность част и ц грунта вычисляют по формуле

,                                                       (6)

где q 0 - масса сухого грун та, введенного в пи кнометр, г;

,                                                            (7)

q 1 - масса пи кнометра с грунтом и водой, г; q 2 - м асса пикн ометра с водой, г; ω - влажн ость воздушно-сухого грунта, % ; q - масса воздушно-сухого грунта, г.

За расчетную плотность част иц грунта п ри нимают среднее ари фметическое из результатов двух параллельн ых оп ределений; расхождение допускается не более 0,02 г/см3.

Метод высоких давлений . Плотность твердой фазы орган и ческих грунтов можно определи ть с помощью уплотни теля УВД-3 кон струкции Калини нского политехнического института (ри с. 7). Торф в воздушно-сухом состоянии (влажность 10 - 2 5 %) подвергают сжатию в закрытой камере под давлением 350 - 4 00 М Па (3500 - 4 000 к гс/см2 ). В сжатом состоянии определяют его объем с последую щим пересчетом и вычи слени ем плотности ми неральной части.

Порядок определен и я следующи й. Втулки (см. ри с. 7) с верхни м штоком сни мают с ни жнего штока и переворачи вают при вставленном штоке. В свободное простран ство втулки засыпаю т навеску исследуемого грунта, затем во втулку вставляют нижн ий шток с ин дикатором.

Рис. 7. Конс т рукция уплотнителя УВД -3

1 - подставка; 2 - инди катор; 3 - ниж ний шток; 4 - втулка; 5 - в ерхний шток; 6 - и спытываемый грунт; 7 - за жи мн ый болт

Собра нн ый при бор устанавлив ают на подставку и затем на ни жнюю плиту пресса. Далее образец нагружаю т до 10 кН и выдерживают под этой нагрузкой в течение 2 - 3 мин . При этом деформация образца, реги стрируемая инди катором, должна прекрати ться. Затем запи сывают максимальное показание инди катора, по которому вычисляют толщин у образца при заданной н агрузке.

Далее нагрузку снимают, вынимают втулку в м есте с верхни м штоком, и взвешивают шток. Кон троли руют массу остающегося на штоке уплотненного образца кольцевой формы.

Плотность м и неральной части при данн ой влажности вычисляют по формуле

,                                                      (8)

гд е G - н авеска грунта (масса образца), г; D - наружный ди аметр образца, см; d - диаметр (внутренн ий) образца, см; h - толщи на образца после уплотнения под давлени ем, см.

Плотность твердой фазы грунта за вычетом объема влаги определяют по формуле

,                                                         (9)

где ω - влажн ость, % (по массе); Δ - плотность адсорбционн ой воды (г /см3).

Плот н остью грунта называется его масса в един ице объема. Определя ют методом режущего кольца или методом ги дростатического взвеши вания образца, покрытого пленкой парафина ( ГОСТ 5180-84).

Метод режущего кольца применяют в тех случаях, когда объем и форма отбираемого образ ц а могут быть сохранены только с помощью жесткой обоймы. Метод гидростатического взвешивани я можно при менять при образцах неправильной формы. Для определения плотности можно рекомендовать также волю менометри чески й метод.

Метод режущих колец . Режущим кольцом отбирают образец в лаборатории из монолита и ли в шурфе. Остаток грунта, выступающий из гильзы, срезают ножом. Кольцо с грунтом взвешивают. Плотн ость вычи сляют по формуле

,                                                              (10)

где q - масса образца грунта при данной влажности, г; V - объем грунта , заключ енного внутри кольца, см3.

При малоразложившихся торфах метод режущих колец не обеспечивает достаточно й точности , так как трудн о прави льно обработать отобранный образец ножом и, кроме тог о, он деформируется при перерез ании неразложивши хся расти тельных остатков.

Метод парафинирования . Образец грунта многократно опускают на несколько секунд в парафин, чтобы нарастить слой не менее 0, 6 мм. Пузырьки воздуха, обнаруженные в застывшей парафиновой оболочке, удаляют, прокалывая иглой и заглаживая образовавшиеся отверстия.

Охлажденный запараф ини рован ный образец взвеши вают ( q 2 ). Затем подвешивают к серьге коромысла весов и погружают в стакан с водой для взвешивания в воде ( q 3 ). Контрол и рую т массу в воздухе, чтобы убедиться, что в грунт не попала вода (предварительно обтерев запарафини рованный образец). Тщательно удалив парафи н с образца, берут пробы для определения влажности. Пров одят не менее двух параллельных определений.

Плотность грунта определ я ют по следующи м формулам:

                                                          (11)

;                                                          (12)

V = V 2 - V 1 ;                                                             (13)

,                                                               (14)

где V 1 - объем парафина, см3; q 1 - масса образца при данной влажн ости, г; V 2 и q 2 - объем и масса запарафинированн ог о образца, см3, г; q 3 - масса запарафини рован ного образца в воде, г; γn - удельный вес парафина 9 мН/см3 (0,9 г/см 3 ); γ в - удельн ый вес воды 10 м Н/см3 (1 г/см3); V - объем образца без парафин а, см3; ρ - плотность образца, г/см3.

Во люм еном етри ческ ий метод . Образец торфа взвешивают, а затем помещают в сетчатый каркас и погружают в волюме н ометр. При этом по трубке устанавливают изменен ие уровня воды и вычи сляют объем исследуемого образца. Делению шкалы трубки соответствует определенный объем вытесненной воды.

Ботанически й состав торфа определяют с помощью ми кроскопа по характеру неразложившихся растительных остатков в соответствии с описанием различных видов торфа*.

* При определе н ии ботанического состав а торфа, кроме тог о, следует п ользоваться классификацией видов торфа и торфян ых залежей, а также соответствующими атласами и руководствами .

Предвар и тельно гумус отделяют методом отмучи ван ия, пропуская в зв есь через сито с диаметром отверстий 0,10 мм при торфе, си льн о разложи вшемся, и через сито с диаметром отверстий 0,25 мм при торфе с меньшей степенью разложения. Из отмучен ной массы навеску торфа переносят пинцет ом на стекло стандартного размера и под микроскопом (с увеличением не менее, чем в 90 раз) устанавли вают п роцентн ое содержани е растени й - торфообразователей).

Назва н ие ботани ческого вида торфу дается по остаткам, которых в данн ом образце более 15 % . Если , н апример, в составе образц а осоки 30, древесных остатков 40, гипн ума 20 и сфагнума 10 % , то торф н азывают гипно во-осок ово-древесны м.

Показатели меха ни ческих свойств

Сжимаемость - и зменение объема под влияни ем сжатия (компрессии ) от дей ствующей внешней нагрузки в условиях невозможности боков ого расширени я - характеризует компресси онные свойства слаб ых грунтов.

Слабые грунты от н осятся к сильн осжи маемы м и з-за высокой пори стости . Объем грунта под н агрузкой изменяется за счет удалени я и з пор воды и воздуха (влияни е воздуха на компресси онные свой ства н евели ко).

Сж и мае мость слабого грунта должна определяться вслед за отбором образцов, пока не претерпели и зменени я и х естественные свой ства (структура, пори стость и влажность в естественн ом состояни и).

Общ и й объем компрессионных, а также консолидацион ных испытаний зависи т от числа выделенных литологически однородных слоев и стади и проекти рования. При этом и сходят из того, что при выполнении испытани й в полн ом объеме коли чество образц ов должно быть таки м, чтобы для каждого расчетн ого слоя можно было получить стандартную компресси онную кривую и консоли даци онн ые кри вые для трех-четырех различн ых нагрузок при двух разных путях фильтраци и.

Под ста н дартной компрессионн ой кривой пони мается кри вая, получаемая при следующих услов иях: начальная высота образца 2 см; отношени е ди аметра к высоте образца бли зко к 3; дренировани е - двухстороннее; н агружени е осуществляется с последовательн ым ув ели чением, ступен ями; за кон ечную деформацию образца под данной ступенью нагрузки принимается деформация, дости гнутая к моменту, когда ин тенсивн ость осадки стандартного образца v стаб станет ра в ной 0,02 мм /сут (или и нтенсивность относительной деформации состави т 0,001 1 /сут).

Стандарт н ую компресси онную кривую строят по результатам испытаний двух параллельных образцов.

Слабые грунты испытывают на компресс и ю в при борах, используемых для испытаний обычных грунтов, с рабочим кольцом диаметром 7, 14 и высотой 2 с м. Для испытаний могут быть использованы также компресси он ные при боры с максимальной площадью 60 см2, высотой 2,5 см, с дв умя мессурами на штампе, не требующими перестановки нуля. При боры должны быть протари рованы до и спытаний.

Сжимаемость образцов слабых грунтов определяют при ненарушенно й структуре с принятием мер, исключ ающих подсушивание образца в процессе опыта (например, под водой).

Ход определе н ия

Перед опытом замеряют штангенциркулем диаметр и высоту кольца с точностью до 0,1 мм и взвешивают его на техн и ческих весах с точностью до 0,01 г.

Монолит грунта очища ю т от парафина и подсохшего верхнего слоя.

Кольцо устанавливают режущим краем на выровненную поверхность монол и та (или стенку выработки), медленно вдавливают в грунт (для торфов с небольшим поворотом кольца) и срезают грунт по наружному диаметру кольца. При этом необходимо следи ть, чтобы кольцо погружалось вертикально, без перекосов, которые могут вызвать нарушение структуры грунта и исказить вели чин у плотности грунт а. Следует обратить особое внимание на качество вырезки образца, так как от ее тщательности зависи т точность определени я свойств грунта и замера осадки.

С этой целью в процессе вырезки и подготовк и образца к испытанию необходи мо следить, чтобы грун т не выкрашивался, а также, чтобы образец вплотную прилегал к стен кам кольц а. При нарушении естественной структуры образец бракуется.

После заполнен и я кольца грунтом на него устанавли вают насадку и вдавливают в монолит (и ли в грунт) с превышением на 3 - 4 мм. Затем насадку сни мают и осторожно срезают грунт в уровень с краями кольца.

Под кольцом грунт подрезают на конус, и отделяют кольцо с грунтом от монолита (ил и грун тового массива). В случае мягкопластичных грунтов кольцо с грунтом отделяют от монолита сталь ной упругой тугон атян утой проволокой. Об разец кладут на стеклянную пластину и зачищают грунт вровень с кольцом. Кольцо с грунтом взвешивают с точностью до 0,01 г.

Пр и испытани ях при дв ухсторонней фи льтрации верхн ий и нижний торцы образца грунта покрывают влажн ыми кружками фильтровальной бумаги, вырезанными строго по внутреннему диаметру кольца. При проведении опыта при односторонней фильтрации воды и з образца ни жний кружок фи льтровальн ой бумаги заменяют резиновой прокладкой.

Кольцо с образцом ставят на д н ище при бора, одометр соби рают и устанавлив ают под пресс компрессионной установки . Далее устанавлив ают ин дикаторы на нулевой отсчет. При показан иях, отличных от нуля, их записывают в журн але, как начальные. Одн овременно и з грунта мон оли та, непосредственно прилегающего к образцу, отби рают две-три пробы для определения влажности и плотности частиц грунта.

Для предот в раще ния высыхания грунта в местах контакта деталей при бора, где может и спари ться влага, прокладывают влажную вату и ли марлю. При испытании образца грунта в водном окружении спустя 2 мин после приложения первой ступени нагрузки через отверсти е в нижн ей части одометра с помощью бюретки прибор заполняют водой до появления ее в отверстиях штампа. Для удаления воздуха из при бора второе отверстие должно быть открыто до появлен ия в нем воды. Уровень воды в бюретке устан авливают по в ерхней грани рабочего кольца и поддержи ваю т на протяжении всего опыта.

При предвар и тельн ом насыщении грунта водой прибор с образцом ставят под пресс и опускают винт аррети ра так, чтобы грунт не мог набухать или доводят аррети рн ое кольцо прибора до соприкосновения с верхним штампом. Если индикаторы показали н абухание образца, то арретиром в озвращают показани я индикат ора на начальный отсчет. Насыщать обра зец лучше грунтовой водой, взятой из места отбора образцов, или грунтовой вытяжкой. При небольшой ми нерализации можно пользоваться водопроводн ой водой.

Дал е е к грунту при клад ывают нагрузку возрастающими ступен ями .

Для образцов гли ни стых грунтов текучей консистен ции и сапроп елей рекомендуются следующие ступени нагрузок: 0,002; 0,003; 0,005; 0,01; 0,02; 0,03; 0,05; 0,075; 0, 10; 0,15; 0,2 МПа (0,02; 0,03; 0,05; 0,1; 0,2; 0,3; 0,5; 0,75; 1,0; 1,5; 2 кгс/см2 ) и далее до заданной максимальной нагрузки. Для образцов глинистых грунтов пластичн ой консистенции и торфов рекомендуются следующие ступен и н агрузок: 0,01; 0,02; 0,03; 0,05; 0,075; 0,10; 0,20 МПа (0,1; 0,2; 0,3; 0,5; 0,75; 1; 2 к гс/см2 ) и т.д .

В зав и симости от состояни я грунта коли чество ступеней может быть сокращено. Величи ну груза, которую необходимо приложить к по д веске рычага компрессионной установки, определяют по формуле

,                                                        (15)

где σ - задавае мая ступен ь н агрузки (нормальное напряжен ие) на образец грунта, М Па (кгс/см2 ); F - площадь поперечного сечения образца, см 2 ; a - м асса рамы и поршня одометра с шари ком, кг ; N - передаточное чи сло системы рычагов; g - ускорение свободн ого падения.

Каждую ступень выдержива ю т до условной стаби лизации деформаци и образца. При высоте образца h и двусторон н ей фильтрации воды и нтенсивность осадки , прини маемую за условн ую стаби ли заци ю, вычисляют по формуле v ст аб = 0,001 h , м м /сут. Если дренирование односторон нее, то следует пользоваться формулой v стаб = 0,002 h мм/сут. В зависимости от вида гру н та и услов ий опыта указанный критерий может быть несколько и зменен. Однако во всех случаях, принимаемая за завершени е деформаци и и нтенси вн ость относительной осадки не должн а превышать 0,003 1 /сут для супесей, 0,002 1/сут - для песков и 0,001 1/сут - для сугли нков и гли н.

При больших осадках образца, при в одящи х к си льному опускани ю рычага пресса, следует выравни вать рычажную си стему после завершени я осадки от каждой ступени нагрузки, брать нулевой отч ет по индикаторам, после чего при кладывать следующ ую ступень нагруз ки.

Одометр с образцом необходимо защ и щать от сотрясени й и температурных колебаний.

По окончании деформац ии образца грунта от наи большей нагрузки удаляют воду (если образец находится под водой), и сни мают нагрузку с рычажной системы. Далее разбирают одометр, извлекают рабочее кольцо с образцом и сни мают фи льтрационн ую бумагу, удаляю т сухой фильтровальной бумагой влагу с торцов образца и взвешивают его с указанн ой выше точностью. Затем образец высушивают для определения конечной влажности. Все дан ные и змерений и взвешивания записывают в журнал.

После опыта определяют объем образца, для чего пло щ адь поперечного сечения образца умножают на его конечную высоту, рав ную разности между начальной высотой образца (высота рабочего кольца) и его осадкой, определяют плотность и коэффици ен т пори стости образца до и после опыта. Форма записи наблюдений при компрессион ных и спытани ях приведена ниже.

Журнал компрессионных испытани й

Объект ____________________________________________________________________

Место отбора образца ________________________________________________________

Проб а № ___________________________________________________________________

На и менование выработки _____________________________________________________

Глуб ин а отбора _____________________________________________________________

Исходные данные для расчетов

Высота кольца h 0 ____________________________________________________________

Площадь коль ц а F ___________________________________________________________

Объем кольца V _____________________________________________________________

Масса кольца q 0 _____________________________________________________________

Масса гру н та до опыта q 1 _____________________________________________________

Масса гру н та после опыта q 2 __________________________________________________

Плот н ость грун та ρ __________________________________________________________

В лажн ость грунта до опыта ω нач _______________________________________________

Влажность грунта после опыта ωкон ____________________________________________

Коэффиц и ент пористости до опыта, рассчи танный по влажн ости εна ч.вл __________ ____

___________________________________________________________________________

То же , после опыта εкон.вл _____________________________________________________

Обработка результатов. Деформацию образца грунта определяют под каждой ступенью нагрузки, выдержанной до условной стабилизации деформации, вычитая начальные показания индикаторов из показаний при нагрузке.

Из общей деформации образца вычитают значения собстве н ной деформации одометра и кружков фильтровальной бумаги, которые определяют по тарировочн ой кривой, и получают действи тельные деформаци и Δ h образца. Затем вычисляют относитель н ые деформаци и образца грун та по формуле

,                                                                (16)

г де h 0 - начальная высота образца. По вычисленным значениям относительн ой де формации строят компрессионн ую кривую вида λ = f ( p ).

Пример записи показателей состава и состоян и я испытыв аемого грун та при веден в табл. 2. Первый этап обработки на этом заканчивается.

Таблица 2. Показатели состава и состоян и я грунта

Потеря при прокаливании

Плотность частиц грунта

Волокнистость

Степень разложения

Зольность

Плотность

Содержание CaCO 3

Природная влажность

Степень водонасыщения

Граница текучести

Граница раскатывания

Число пластичности

Наименование грунта по классификации

Пр и и спытани ях слабых, практически полн остью водон асыщ енны х грун тов, может прои сходи ть выдавли вание грунта в зазоры в приборе.

Показания ме ссур могут оказаться и скаженн ыми , в этом случае рекомендуется уточнять величин у деформаци и сжатия по изменению влажности грун та в процессе испытани я. С этой целью после завершения в сего опыта и определен ия конечных влажности и плотности грун та в носят поправки в компрессионн ую кри вую . Второй этап обработки, заключающий ся в уточнен ии комп рессионн ой кривой, заключается в следующем. Вычи сляю т вели чины:

коэфф и циен т пори стости образца в конечн ом состояни и уплотн ени я

,                                               (17)

где ρ s - плотность частиц гру н та;

коэфф и циен т пористости грунта в начальном состоянии (до опыта) ε н , и спользуя ту же зависимость с подстановкой вместо кон ечн ых зн ачени й - начальн ые;

изме н ени е коэффи циента пори стости грунта для каждой ступени нагрузки по показани ю мессур

,                                                   (18)

гд е Δ hpi м - конечная деформация образца под данной н агрузкой, фи ксируется по ме ссурам , мм;

коэффиц и ент пористости для каждой ступени нагрузки

ε pi м = ε0 - Δε pi м .                                                        (19)

Вел и чи ны Δε pi м и ε pi м определяют, нач и ная с конечн ых значен ий, соответствующи х последн ей н агрузке.

Уточ н ени е компресси онной кри вой заключается во введении в вычи сленн ые по показани ям мессу р величи ны Δε pi м и ε pi м поправки получа е мой по результатам контрольн ого определения кон ечн ой влажн ости грун та.

Коэффиц и ент рассчитывают по формуле

,                                                             (20)

гд е εконω - конечный коэффи ци ен т пористости , рассчитан ный по влажности ; εкон.м - т о же, по деформации .

Если 1,05 < α < 0,95, т о н еобходимо зна чения деформации образца на разли чные момен ты в ре мен и и при различн ых ступенях нагрузок, установленные по показан иям мессур, уточнить по формуле Δh испр = Δ h м α.

По исправле н ным зн ачени ям Δh испр строят кри в ую λ = f ( p ) , затем определяют значе ни я λ, соотв етств ующие условной стаби лизации деформации , и строят исправ ленн ую стандартную комп ресси онн ую кривую .

Для построен ия зависимости ω = f (р) следует и спользовать формулу ω кон = ωнач - λ(0,01ρ s + ω нач ).

На рис. 8 п ри ведена стан дартная компрессионная крив ая торфа, начальная влажность которого рав на 628, степен ь разложения 40, зольность 7 % . По стандартной компресси онной кривой определяют и рассчи тывают следующи е параметры: структурн ую прочн ость, коэффици ент уплотнения , модуль осадки.

Рис. 8. График и для обработки результатов и спытаний на компре ссию

а - построение компрессионных кривых; б - определени е структурной проч ности; 1 - стандартная компрессионна я кривая; 2 - компресси он ная кри вая перви чной осадки; 3 - зависи мость расчетного модуля от н агрузки

Модуль осадки численно равен величине сжати я , мм, столба грун та высотой 1 м в условиях компрессионн ого опыта

.                                                (21)

Коэффициент уплотнения равен тангенсу угла накло н а спрямленн ого участка в заданн ом диапазон е нагрузок стандартн ой компрессионной кривой

,                                                                (22)

где Δε - и змен ение коэффициента пористости в диапазон е и зменен ия нагрузок Δ p .

Д л я определен ия структурной прочн ости кри вую перестраи вают в в иде ε = f ( lgp ). Определяют точку перегиба A указанной зав и си мости (см. рис. 8). Через эту точку пров одят касательную АВ и гори зонтальную лини ю АД , затем биссектри су АМ угла ВАД . Прямолин ейный участок компресси онн ой кри вой экстраполи руют до пересечения с биссектри сой AM и получают точку N ; з н ачени е р , соответствующ ее точке N , прин и мают за структурную прочность.

Испыта ни я н а консолидацию проводя т на тех же приборах, что и на компрессию. Под готовка приб оров и образцов ан алоги чна подготовке к компрессионным испытаниям.

Испыта н ия на консолидацию могут быть выполнены при одинаковом пути фильтрации и н а образцах-близнецах при различн ых путях фильтрации, кроме того, могут быть выполнен ы в специ альны х одометрах с различными размерами рабочих колец. При этом отношение диаметра к его высоте сохраняют постоян ным.

К онсолидационны е испытания выполняются в полном или сокращенном объемах. При испытаниях в полном объеме должны быть получе ны шесть-в осемь кон соли даци онны х кри вых: для трех-четырех нагрузок и двух путей фильтрации.

Пр и сокращенных испытан иях ограничиваются получени ем консолидационны х кривых для одной н агрузки (заданной ) и двух путей фильтрации .

При оп и сании процесса консолидаци и зависи мостями t λ p = a λp + b λp h 2 ф и t λ = [ b / p - p λ )] h 2 ф для определения кон солидационн ых параметров при полном объеме и спытаний необходимы три-четыре пары образцов, в каждой из которых образцы с различными условиями дренирован ия уплотн яются одн ой из трех-четырех заданных н агрузок. При этом ми ни мальная нагрузка должн а быть не менее σстр, а макси мальн ая не должн а вызывать выдавливание грунта в зазоры при бора. При сокращенн ых испытаниях и описании консолидации указанн ыми зависимостями необходимо уплотнять под одной заданной н агрузкой н е мен ее двух параллельн ых образцов при одном пути фи льтрац ии и столько же при другом.

При пол н ом объеме и спытаний в случае использования выражения t λp = k λp h 2 ф необходимо шесть -в осемь образцов: дв а параллельн ых образца и спытывают под каждой из трех-четырех нагрузок (путь фильтрации оди н и тот же). При сокращенном объеме и спытывают не мен ее двух параллельн ых образцов, уплотн енных под одн ой нагрузкой.

Ход определения

Кажд ы й из подготовлен ных об разцов нагружаю т задан ной ступенью н агрузки , и ведут замеры деформации по индикаторам через оп ределенн ые промежутки вре мени.

Рекомендуемые интервалы между замерам и 5; 10; 30 с, 1; 2; 3; 5; 10; 15; 30 мин., 1; 2; 4 ч и далее 3 раза в сутки. Данн ые наблюдений заносят в журнал (см. табл. 3).

Таблица 3. Данные компресс и онных испытаний

Дата

Время

Нагрузка на образец. Н/(кгс); МПа/(кгс/см2)

Отчеты по мессуре

Деформация образца

Средняя деформация

Относительная деформация

Модуль осадки

Приращение коэффициента пористости

Коэффициент пористости

Одновременно результаты испытан и й нан осят на график в виде λ = f ( l gt ). Испытание счи тается законченн ым при достижени и ин тенси вн ости деформац ии образца, прин ятой за условную стабилизацию деформации.

Для сокращения време н и испытания опыт может быть закончен , когд а экспери ментальн ые точки кривой λ = f ( lgt ), построенные в полулогар и фми ческой зависимости, укладываются на прямую. Далее указанную пря мую экстраполируют до тех пор, пока интенсивно сть деформации не будет менее 0,02 мм /сут. Осадку, соответствую щую моменту достижен ия э той и нтенсивности, при ни мают за конечную. Время достижения интенсивности 0,02 мм/сут может быть определен о н е только графически м путем, но и рассчи тано по формуле

,                                                        (23)

где 0,43 - коэффицие н т перехода от десятичн ого логари фма к натуральному; mp - кон соли даци он ный параметр; h 0 - начальная высота образц а; 0,02 - заданная интенсивность осадки.

По окончании испытания разгрузку образцов и дальнейшие операции выполняют так же, как и при компресс и онных испытани ях.

В качестве примера на рис. 9 нанесены к онсолидационны е кривые торфяного грунта, свойства которого даны выше.

Рис. 9. Кривые ко н солидации

x - точка выхода кривой кон соли дации на прямую; 1 - h ф = h обр / 2; 2 - h ф = h обр

Обработка результатов. Обработка опытных кривых ко н солидации может быть выполнена двумя способами : упрощенным; уточн енным.

При первом способ е по осредняющей кривой кон соли дации двух параллельных испытаний устанавлив ают точку, отв ечаю щую интенсивности деформации 0,001 h мм/сут, при двухсторонней и 0,002 h мм/сут пр и одн осторонней фильтрации в оды. Для этой точки определяют величи ну относительной деформации λ кон . Определяют точку, отвечающую выходу зав исимости λ = f ( t ) на прямолинейный участок в полулогарифмическом масштабе, и устанавливают величины λ 1 и t 1 , отвечающие этой точке. Основываясь на этих параметрах, проводят дальнейшие расчеты.

Пр и втором способе обработки для каждой кривой находят отношение λ 1 / λ кон . Значения, полученные для образцов с двухсторонней фильтрацией, наносят на сетку координат λ1кон - p , и проводят осред н яю щие кривые (рис. 10). Значения t 1 , получе н ные для всех образцов , наносят на сетку координат t 1 - p и через точки, от в ечающие одинаков ому пути фильтраци и, проводят осредн яющи е кривые. При этом следует учитывать, что кривые для различн ых путей фильтрации должны быть параллельны.

Рис. 1 0. График для обработки результатов испытаний на консолидаци ю

1 - за ви си мость  при h ф = h обр ; 2 - з ави си мость t I = f ( p ) пр и h ф = h обр ; 3 - зав иси мость t I = f ( p ) пр и ; 4 - з ави си мость λ I = f ( p ); 5 - з ави симость mp = f ( p ); 6 - зависи мость ;

а - зависимость отношения перви чн ой осадк и к кон ечн ой и времен и и х достижения от нагрузки; б - зав иси мость отн оси тельн ой первичной осадки и коэффици ен та от нагрузки; в - зави симость отношения задан ной относи те льн ой д еформаци и к отн оси тельн ой перв ичной осадке от разности логарифма времени достижения относительной перви чной оса дк и и за данной относите ль ной осадки

Значения λ 1 , полученные для всех образцов, н аносят на сетку координат λ 1 - p и проводят осредняю щ ую крив ую (см. рис. 10). При этом исходят из того, что кривая λ 1 = f ( p ) должна быть одной для образцов с различными путями фильтрац ии .

Далее определяют параметр mp как тангенс угла накло н а прямоли нейного участка к оси абсцисс

,                                                            (24)

где λi - отн оси тельная осадка, соответствующая прои звольно в ыбранному моменту ti > t I .

На н осят знач ения mp для всех образ ц ов на сетку коорди нат mp - p и проводят осредняющ ую кри вую, позволяющую устан овить для любого значения p . Пр и ним ая λ 1 за едини ц у, берут 5 - 6 точек на кри вой кон солид ации при λ < λ 1 и определяют для эт и х точек вели чи ны λi / λ 1 и lgt 1 - lgti .

Для образ ц ов, упло тн енны х одной н агрузкой, но и меющи х разли чн ый путь фильт раци и, строят осредн енный графи к (рис. 10) зависи мости λi / λ 1 = f ( lgti - lgt 1 ) для участка перв и чной осадки t < t 1 . Получе н ные гра фи ки позволяют установить для любой заданной нагрузки (в пре делах задан ного диапазона) значения кон солидаци онны х параметров λ1; t 1 ; m p , а также осредненн ые значени я орди нат точек кривой консоли дации для участка первичной осадки. По этим да нны м стр оят осредн енны е расчетные к он соли даци онны е кри вые для рассматри ваемой нагрузки и двух путей фильтрации (рис. 11).

Р и с. 1 1. Построение и спра вленных кривых консоли дации

1 - опытные крив ые; 2 - и справ ленные крив ые

По исправленной кривой ко н солидации для заданной нагрузки получают коэффициен ты δ = λ1 / λк, осредн яю щи е долю первичной осадки в условной общей (стандартной) осадке.

Дал е е, взяв стандартную компрессионную кри вую и значение δ, относящи еся к образц ам стан дартного размера при одни х и тех же условиях дрени ровани я, умножают орди наты стандартной компрессионной крив ой, от вечаю щие нагрузкам при кон солидационны х и спытания х, на соответ ств ующи е нагрузки при к он солид ационны х и спытани ях, на соответствующи е зн ачени я δ.

Получ е нн ые значени я н аносят на графи к и проводят крив ую первичной осадки (см. рис. 8).

По опытным кр и вым консоли дации (при первом способе обработки ) или по исправленн ым кри вым консолидации (при втором способе обработки) определяют консолид ационны е параметры в зави си мости от приня той д ля прогн оза времени уплотн ения слабого осн овани я формулы пп. 4.16 и 4.18 осн овного текста.

Параметры к он соли даци онн ой зависи мости вида t λ p = a λp + b λp h 2 ф определ я ют:

граф и ческим методом - по кри вым консолидаци и двух образцов с различн ыми услови ями дренировани я, уплотненными под расчетн ой н агрузкой, находят t 1 и t 2 для нескольк и х зн ачений λ (см. рис. 11 ). Далее строят график зависимости t λ = f ( h 2 ф ) (рис. 12). Парам е тр a λp пр и заданной отн осительной деформации λ определяют по оси абсцисс. Параметр b λp опр ед еляют как угловой коэффи ци ент прям ой t λ = f ( h 2 ф );

Р и с. 12. Графи к зави си мости t λ = f ( h 2 ф )

по аналитической за ви симости - по кри вым консоли дации дв ух образцов с различными условиями дрени ровани я, уплотнен ными под расчетн ой нагрузкой, - находят время t 1 и t 2 достижения заданной относительной деформации . Далее определяют a λp и b λp и з системы уравнени й:

t 1 λ = a λp + b λp h 2 1 ф ;                                                       (25)

t 2 λ = a λp + b λp h 2 2 ф .

Если испыты в аю т образцы одн ой высоты с разли чными услови ями дрени рования, то h 2 ф = 2 h . В этом случае параметры a λp и b λp мож н о вычи слить по формулам:

 при λ = 0,35;  мин;

,  мин/см2.

Коэфф и циент консолидации C к определя ю т с и спользовани ем кривой консолидации образца грунта, уплотненного под расчетн ой нагрузкой, по формуле

 см2/мин.                                  (26)

где KU - коэффиц и ент, величина которого зависи т от степени кон соли дации , устанавливаемый по табл. 20; tU - время завершения задан ной степени уплотн ения.

По кривой консолидации образца торфяного грунта, уплот н енного под нагрузкой p 0, 1 МП а (1 кгс/см2) (см. рис. 11), время достижения степени консолидации U = 50 % составляет t = 3,3 мин. Параметр KU по табл. 20 при U = 5 0 % равен 0,2.

К оэффиц иент фильтрации слабых грунтов K ф следует определять по результатам консолидац и онны х испытаний с использованием зависимости

,                                                           (27)

где a - коэффи циент уплотн ен ия, определяемый по компрессионн ой кривой; ε ср - средний коэффици ент пористости, равный (ε1 + ε2)/ 2; ε1 - коэффициент пористости грун та, соответствующий н агрузке p 1 ; ε 2 - соответствующий н агрузке p 2 .

По компресс и онной кри вой (см. ри с. 1) находи м a и ε ср в и н тервале нагрузок p 1 = 0,1 МПа (1 кгс/см 2 ) и p 2 = 0 ,2 МПа (2 кгс/см2), ε 1 = 4,52; ε 2 = 3,75; ε ср = 4,135.

 см2/кгс;

c к = 0,0 6 см2 /мин (см. ни же). K ф = 0,06 · 0,0077 / (1 + 4,1 35) = 0 ,00008 с м/мин = 0,11 см /сут .

Характер и стики определяю тся расчетом по следующи м формул ам

Плот н ость сухого грунта определяют по формуле

,                                                             (28)

г де ρ - плотн ость грун та, г/см3, ω - весовая влажность, % .

Пор и стость грунта опред еля ют по формуле

,                                                   (29)

где ρs - плотн ость части ц грунта, г/см3.

Коэффицие н т пористости рассчи тыв ают по формуле

,                                                       (30)

или

.

Коэфф и ци ент в одо н асыщен ия определяю т по формуле

,                                                          (31)

где Δ - у дельный вес воды 10 мН/см 3 (1 г/см3).

Сопроти в ляемость сдвигу слабых грунтов в лаборатории оцени вается путем испытани й в стандартн ых приборах прямого сдвига или трехосного сжатия.

При оценке сопротивляемост и слабых грунтов сдвигу в лаборатории следует исходить из теори и плотности - влажности , в соответствии с которой сопротивляемость сдв игу практически полностью в одон асыщ енного грунта в общем виде в ыражается как

Sp ω = p tgφω + c ω ,                                                        (32)

где p - полн ое нормальн ое давлени е на площадке сдвига, М Па (кгс/см2); φω - у гол внутреннего трен ия, зависящий от плотности - влажн ости грун та в момент сдви га; c ω - сцепле ние, также зависящее от плотности - в лажн ости грун та в момент сдвига, МПа (кгс/см2).

Пр и этом

c ω = Σω + c c ,                                                             (3 3)

где Σω - ч асть полного сцеплен ия, имеющ ая водно-коллоидную природу; c c - часть полного сцеплени я, обусловлен ная наличием невосстанавливающ ихся связей.

Задача испытаний сводитс я к установлени ю зави симости угла в нутреннего трения φω и сцепления сω от влажности в зоне сдви га, что дости гается в результате сдвига под несколькими (не менее трех) нормальными нагрузками нескольких образц ов, имеющи х разли чные плотности - влажности.

Ход определения. Выбирают величины нормаль н ых нагрузок , под которыми должен прои зводи ться сдвиг, исходя из следующи х основ ных услови й: ми нимальная нагрузка должна быть такой, чтобы соп ротив ляемост ь грунта сдвигу не оказалась больше этой нагрузки; максимальная нагрузка не должна вызывать выдавли вани я обра зца в зазоре сдвигового кольца. При выборе нормальн ых нагруз ок следует учи тывать также возможную величин у напряжений в грунте в реальных условиях. Интервал между минимальн ой и максимальной нормальными нагрузками делят пополам. Таки м образом, получают три величины нормальной н агрузки , при которых п рои зводят сдвиг. Под каждой из нормальных нагрузок производят сдвиг, как правило, не менее четырех образ цов, и меющи х различную влажность. В ряде случаев можно выполнять и по два сдви га на одн ом образце под двумя разными нагрузками , что позволяет сократи ть количество образцов. Для этого начальная высота образца должна быть не менее 2 см.

Различ и я по влажности образцов в момен т сдвига можн о достигать следующими путями.

1. Выдерживанием каждого из образцов, пред н азн аченных для сдвига при одной и той же н ормальной нагрузке, при которой производится сдвиг. В этом случае первый образец сдви гается н емедленно после приложения заданн ой нормальной нагрузки, второй образец сдвигается только после выдерживания его под данной нагрузкой до практически полного заверш ения консолидации , а два других образца перед сдвигом выдерживаются под н агрузкой с таки м расчетом, чтобы их влажность в момент сдви га имела два разли чных промежуточных значения в и нтервале между влажн остями первого и второго образца.

При испытании в сдвиговых приборах предв а рительное выдерживани е образцов под нагрузкой может проводи ться как в самих сдвиговых приборах (до установки зазора), так и в приборах предварительн ого уплотнен ия.

2. Выдерживанием образцов различное время под одной достаточ н о большой по величине н агрузкой, величин а которой должн а б ыть не мен ее максимальн ой н ормальной нагрузки при сдвиге. Предельн ое значе ни е уп лотняюще й нагрузки определяется возможностью передать ее на образец без выдавлив ания грунта в щели. Че м больше нагрузка (в пределах возможн ого), тем мен ьше времени будет затрачено на испы тани е. В этом случае к одному образцу под каждой норма льной нагрузкой испытыв ается без предварите льн ого выдерживания под уплотн яюще й нагрузкой.

3. Выдерживанием образцо в до практи чески полной консоли дации под разли чн ыми нагрузками, н аибольшая и з которых должна быть примерно вдвое больше максимальной нормальной нагрузки при сдви ге . Четыре образца и з сери и в этом случае также не подве ргаются предвари тельному уплотнению .

Контроль за и змен ением влажности грунта в процессе его уплотнения под нагрузкой в любом из указанных случаев может осущ ествляться по осадке образца, фикси руемой мессурами.

Каждый из четырех образ ц ов с разли чной вла жностью и спытывают на сдвиг под одной и той же нормальной нагрузкой. Аналоги чно проводят и спытан ия под остальн ыми двумя н агрузками .

Если пре д варительн ое уплотн ение образца проводилось в при боре предварительного уплотнени я, то после загрузки образца в сдви говой при бор и приложени я к нему заданной нормальной нагрузки сдви г следует производить н емедленно, не дожидаясь завершени я верти кальной деформаци и. При этом, если предвари те льное уплотнени е осуще ствлялось под водой, н еобходи мо перед разгрузкой образца в при боре предварительн ого уплотнени я откачать воду и з стакана, чтобы исклю чить набухание грунта. Сдвиг связных грунтов следует проводи ть без воды. Ин тенси вность сдвигающей нагрузки должн а быть такой, чтобы сдвиг прои зошел н е более чем за 1 - 3 мин .

При ступе н чатом при ложен ии нагрузки (гирями) очередную ступен ь следует при кладывать, н е дожидаясь прекращени я деформации от предыдуще й ступени. Достаточно убедиться, что деформация сдви га, реги стри руемая мессу рой , носи т затухающий характер. Это устан авливается путем сопоставлени я четырех-пяти отсчетов по мессуре, взятых с инте рвалом 3 - 5 с.

При использован и и ступенчатой нагрузки целесообразно при нимать небольшие ступени - 1 00 - 2 00 г на рычаг в зависи мости от консистенции грунта. Сдвиг считается зав ершенным в случае получе ния незатухающей деформации, заканчиваю щейся срывом образца. При при менении автоматического записывающего устройства момент сдвига определяется непосредственно по диаграмме.

Немедленно после завершения сдвига и извлечения образца из зоны сдвига отбира ю т пробы грунта на влажн ость. Если произошел срыв, то пробы следует отби рать и з обеи х полови нок образца.

Для замедлен и я отжатия воды и з образцов , испытываемых в приборах прямого сдвига без предварительного уплотнени я и ли под н агрузками, превышающи ми н агрузки предвари тельного уплотнения, торцы образца следует закрыв ать резиновыми кружками .

В случае пр и менения для испытаний грунта при боров трехосн ого сжатия принци пы подготовки образцов и проведени я и спытани й остаются теми же. Различи е заключается в том, что по результатам стаби лометри ческих испытаний строят зави симости вертикального напряжени я р 1 в моме нт разрушения образца от вели чи ны влажности для двух-трех зн ачений бокового давлени я р 2 . Далее с получен ного графи ка p 1 = f (ω ) для нескольких з н ачений влажности сни мают значени я p 1 , соответствующие тому или и ному значению p 2 ; по полученным значениям строят круги Мора и, проводя к н и м касательные, определяют величи ны сцепления и угла трения обычным поря дком, после чего строят искомые зави си мости

c ω = f ( ω ) и φω = f ( ω ).

Для получения ориентиро в очных данных о сопроти вляемости слабых грунтов сдвигу в состоян ии, соответствующем их при родн ой плотности и заданной влажности, при н едостаточном количестве образцов на первой стадии проекти ровани я может примен яться методика быстрых сдвигов.

Обработка результатов и спытаний на сдвиг. Результаты и спытани й наносят в ви де точек на сетку координат , где по оси абсцисс откладывают влажность грунта ω в зо н е сдви га, а по оси орди нат - сопротивляемость сдви гу Sp ω . Точки, отвечающие одной и той же н ормальной нагрузке при сдвиге, обозначают один аково. Далее че рез точки с одинаковыми обозначен иями проводят осредняющи е кривые, каждая из которых представляет собой зависи мость сопротивляемости грунта сдвигу при данной норма льной н агрузке S = f ( ω ) (рис. 13, а). Построенные по точкам графики н еобходи мо проэкстраполи ровать до значения исходной влажн ости. Для построени я указанного графика рекомендуется использовать полулогарифми че скую се тку координ ат: влажность откладывается в лин ейном масштабе, а сопротивляемость сдвигу - в логарифмическом. В этом случае зави симости представляют собой прямые линии.

Рис. 13. Пр и мер обработк и сдвиговых испытаний

Полученный график перестраивают в завис и мость сопроти вляемости от нормальной н агрузки для различных влажн остей S = f ( ω ). Через точки проводят осредне н ные прямые, соответствую щи е двучленн ой линейной зависимости Sp ω = f ( ω ) (см. рис. 13 , б ). Параметры их соответствуют искомым сдвиговым характеристикам грунта φω, c ω и определяются графическ и . Затем строят искомые зави симос ти c ω = f ( ω ) и φ ω = f ( ω ), также прибегая к осредн яющи м кри вым (см. рис. 13, в ). Последни е зависи мости я вляются кон ечн ым результатом об работки экспе ри мен тальных дан ных.

Значе н ие φω следует устан авлив ать с точностью до 30 мин, а c ω - д о второго знака после запятой в МП а (к гс/см2). Зависимости c ω = f ( ω ) и φω = f ( ω ) для торфяного грунта даны на рис. 14 .

Р и с. 14. Гра фик и зави симости c ω = f ( ω ) и φω = f ( ω ) для торфяного грунта

Определен и е параметров Σ ω и c c при G ≥ 0 , 9. Существуют два метода разделен ия п олного сцепления c ω на соответствующ и е Σ ω и c c : повт орного сдвига и сдвига «плашки по плашке».

В соответствии с первым методом испытыва ю т две сери и образцов: первую - об ычным порядком, а во второй каждый об разец предварительн о сдвигается в срезывателе приб ора любым способом по возможности быстро. После сдвига подвижную каретку прибора в озвращ ают в и сходное положени е и осущес твляю т повторный сдви г образца. Предвари тельный срез образц ов следует выполнять при мин имальной нагрузке, при нятой для и спыт ан ия. Обработку результатов повторного сдвига ведут так же, как и при первом сдв иге. Величи ну c c н аходят как разность между c ω , получаемой при однократном сдвиге, и c ω , получ а емой при п овто рном сдви ге.

В методе сдви га «плашки по плашке» вместо серии с повторным сдв игом проводят сери ю испытаний образцов, разрезанн ых по плоскости сдви га (в срезывателе прибора или в специальн ой обойме с п омощ ью проволоки). При этом необходимо обеспечи ть горизон тальность поверхности среза (строгую ориентацию ее по нап равлению сдв игающего уси ли я).

Каждый из разрезанных образцов поме щ ают в сдвиговой прибор (пре дварительно соединив половни ки), прикладывают выбран ную н ормальн ую нагрузку, и немед лен но осуществ ляют сдви г.

Обработку результатов ведут обычным методом. Вел и чин у c с устан а вли вают по разности сцеплени я, определенного для неразрезан ных c ω и для разрезанн ых Σ ω образцов.

Определение услов н ых показателей соп ротив ляе мости сд ви гу φ ′ и c ′ (ко н соли ди рованный сдвиг). Обобщен ные условн ые показатели сопроти вляемости сдви гу φ ′ и c ′ имеют слож н ый физически й смысл и отвечают не плотности грун та в момент его сдви га, а услови ю 100 % -н ой консоли дации грунта под действием заданного напряженн ого состоян ия.

Определен и е показателей φ′ и c ′ регламентируется ГОСТ 12248-78*. Основ н ые особен ности методи ки этого и спытан ия по сравн ени ю с методи кой установлен ия истинн ых параметров сдви га c ω и φ ω заключаются в следующем. c ′ и φ ′ определяют по результатам и спытани я на сдвиг образцов после предварительного уплотнени я под нагрузками , обычно превышаю щими 0,1 М Па (1 кгс/см2).

Для испыта ни я выбирают не мен ее трех нагрузок предвари тельн ого уплотнения, являю щихся одновременн о и нормальными н агрузками при сдви ге. Каждую н агрузку предварительного уплотнени я передают на грунт ступенями, величи на и количество которых зависят от исходной консистенции грун та и величи ны нагрузки .

Для глинистых гру н тов, имею щих консистенцию 0,75 ≤ B ≤ 1, следует принимать ступен и 0,01; 0,03 (0,1; 0,3) и далее по 0,05 МПа (0,5 кгс/см2), а и меющих B < 0,75 и для песчаных грунто в - ступени по 0,05 МПа (0,5 кгс/см2) до нагрузки 0,3 МПа (3 кгс/см2) и далее по 0, 1 МПа (1 кгс/см2). Каждую ступень нагрузки выдерживают не мене е 5 мин для п есчан ых грунтов и 30 мин для глини стых грунтов . Конечную ступень нагрузки выдерживают до момента, когда ин тенси вность сжатия образца н е будет превышать 0,01 мм за 30 мин для песчаных грун тов, 3 ч для супесей и 1 2 ч для суглин ков и глин .

Сдвигаю щ ую н агрузку можно при кладывать ступеня ми или непрерывно; в первом случае каждая ступен ь не должн а превышать 5 % в ели чин ы нормального напряжения. Следующ ую ступень при кладывают, если скорость деформации сдвига не превышает 0,01 мм/мин . При н епрерыв ном н агружени и скорость деформаци и сдвига должна быть равна 0,01 мм/мин. При каждой нормальной н агрузке должно быть не менее двух параллельных определен ий.

При ступе н чатом наг ружении деформацию сдви га фи ксируют с помощью мессуры . За вели чин у сопротивляемости грунта сдвигу прини мают нагрузку, вызывающую срыв образца по поверхности скольжени я.

Если сры в прои сходи т при деформации сдвига более 5 мм, то за соп ротивляемость сдви гу принимают нагрузку, при которой в опы те была достигн ута деформация сдви га, равная 5 мм.

Рис. 15. Гр а фик для опре делен ия c ′ и φ ′ тор ф яного грунта

Результаты и сп ытаний (в данн ом случае торфяного образца ) н аносят на график с осями «н ормальн ая н агрузка» - абсцисса; «сопротивляемость сдви гу» - о рдината (ри с. 15). Через экспериментальные точки проводят осредн яющ ую прямую. Угол наклона ее к оси абсцисс оп реде ляе т φ′, а отрезок, отсекаемый на оси ордин ат - c ′ . После сдв и га из зоны сдви га следует брать кон трольн ые пробы на влажн ость.

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

ВЫДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ СЛОЕВ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ

Пред в арительно слабую толщ у разделяют на отдельн ые расчетн ые слои на осн ов е геологического разреза, получаемого по результатам б урен ия с в изуальн ой оценкой грунтов по качественн ым при знакам.

Д л я уточнени я грани ц выделенн ых слоев и дальней шей детали зации расчленения толщ и необходимо использовать данные стати ческого зондирован ия, а также всю совокупность полученн ых данных о свойствах грунтов в пределах слабой толщи .

С этой целью на геолог и ческий разрез наносят кривые удельног о сопроти вления зондированию, сопротив ляемости сдви гу по к ры льчатке и основные показатели состава и состояни я грунтов (рис. 1). В качест ве последних для болотных грунтов целесообразно использовать природную влажность.

Рис. 1. Графики из менения по глуби не удельного сопротивле ния зон ди ровани ю и сопротив ляе мости сдв игу по крыльчатке

а - геолог и ческий разрез; б - уде льное сопротивлени е зон ди ровани ю; в - сопротив ляемость сдвигу; 1 - древесн о- осоковый торф; 2 - тростниковый торф; 3 - сапропель; 4 - мергель; 5 - мелки й песок

После выделения расчетных слоев по получен н ым графи кам определяют расчетные значени я физи ко- механически х свойств грунтов в пределах того или иного слоя, оценивают одн ородн ость выделенн ых расчетных слоев с точки зрени я инженерно-геологических св ойств грунтов эти х слоев и при необходимости уточняют их гран ицы.

Обработку материалов начинают с построен и я для в ыде ленн ого расчетн ого слоя графиков рассеяни я показателе й физи ко-механи чески х свойств грунта.

График рассеяния имеет одну ось, н а которой в прои звольн о выбран ном, но удобном для нанесени я точек масш табе, нан есен а ш кала обрабатываемого показателя свойств (рис. 2).

Рис. 2. Пр и мер статист ической обра ботки показате лей физико-механ ическ их св ойств болотных грунтов

а - графи ки рассеяния ; б - полигон распределе ни я

Граф и ческая обработка показателей и методы математических расчетов разбираю тся на примере обработки сопротивляемости торфа сдви гу по результатам и спытаний крыльчаткой на одном из болот, данные по которому представлен ы в табл. 1.

Таблица 1. Да нн ые и спы тан ий на уч астке б олота

Местоположение, км + м

№ поперечника

Глубина, м

Сопротивление сдвигу болотного грунта в скважинах по испытаниям крыльчаткой, МПа

С-1

С-2

С-2

1037 + 275

2

0 , 2

0,015

0,015

0,0161

0 , 3

0,018

0,0178

0,0171

0,4

0,0231

0,0236

0,02 1 5

0,5

0,0265

0,02 6

0,0268

0,6

0 ,0 242

0,02 4 8

0,0272

0,7

0, 023

0,024

0,0293

0,8

0,0252

0,026

0,0281

0,9

0,024

0,0241

0 , 0254

1

0,022

0,021

0,285

1,1

0 , 0217

0,0 1 95

0,027 7 ( 2)

1,2

0,0 1 86

0,0184

0 , 0217

1,3

0,0 1 78

0,0175

0,0206

1,4

0,018

0,0184

0,0189

1,5

0,0188

0,0182

0,0175

1, 6

0,019

0,0194

0,0187

1,7

0,0184

0 , 0192

0,0238

1,8

0,0196

0,0196

0,0171

1, 9

0,0191

0,019

0,0169

2

0,0196

0,0 1 94

0,0164

2,1

0,0185

0,0 1 87

0,0196

2,2

0,0175

0,0195

0,029 2 ( 3)

2,3

0,0189

0,0 1 79

0,0157

2,4

0,0211

0,0201

0,016

2,5

0,0205

0,0191

0,0 1 47

2,6

0,021

0,0203

0,025 6 ( 1)

2,7

0,023

0,0235

0,0268

2,8

0,0234

0,0241

0,024

2,9

0,0237

0,0242

0,0248

3

0,025

0,0269

0,023 7

Примечания : 1. Жирной чертой выделены гран и цы слоев. 2. Цифры в скобках - номера точек на графике рассеяни я (см. ри с. 2, а ).

Частные значе ни я сопротивления сдвигу торфа показаны на графике точками (см. рис. 2, а ).

График рассея ни я служи т основой для построения полигон а рас пределен ия (см. рис. 2, б) показателей в частотах или частостях. Ось графика рассеяния делят на 8 - 1 0 равных по величи не интервалов (классов) с таким расчетом, чтобы в каждый и нтерв ал (за и сключением крайних) попали точки, т.е. чтобы не было пустых к лассов. Число точек, попавших в отдельные классы, носит названи е « частоты». Частоты выпи сывают в специ альную графу (см. рис. 2, а) над графиком рассеяния. Точки, попавшие на грани цы классов, делятся поровн у и при подсчетах частот разносятся по соседним классам, а в случае нечетного и х коли честв а «ли шн юю» точку следует отнести в класс, тяготеющи й к центру графи ка рассеяни я.

Сумма частот должна быть равна количеству определений обрабаты в аемого показателя; она запи сывается над графиком рассеяни я.

Точкам, попавш и м в один класс, присваивают оди наковые значения, равные среднему значению дан ного класса.

При построе н ии полигона распределения частоты наблюдений данн ого показателя откладывают напротив середи ны и нтервалов и полученные точки соеди н яют прямыми (см. рис. 2, б ). Для удобства поли гон распределени я строят ни же графи ка рассеяни я.

Четко выраженный максимум в центре полигона распределения и зако н омерное симметрическое изменение показателя в обе стороны от макси мума сви детельствую т о нормальном законе распределения (закон е Гаусса) показателей свойств грунтов. При резком нарушен ии симметрии графика распределения необходимо проводить пров ерку нормальности распределения. Однако многочисленные провер к и показыв ают, что распред елени е показателей св ойств грунта за редким исключением подчиняется закон у нормального распределения и отклонения от него свидетельств уют об ошибках, допущенных при выделени и еди нообразных и нжен ерно-геологи ческих слоев.

Дальнейшая о б работка результатов заключается в оцен ке однородн ости слоя с точки зрения данной характеристики (оц ен ка разброса значений рассматри ваемой характеристи ки), в устан овлени и значения, характеризующего всю совокупность экспериментально полученных результатов определения э той характеристики (нормативн ое значение), и в установлении расчетного значения рассматриваем ого показателя.

Обработку можно вести подробным или упрощенным способом в з ав исимости от кон кретных условий.

Подробный способ обработк и результатов и определени е расчетных значений характери стик

Определение числовых характер и сти к стати стического распределени я. Любое значение и скомого показателя, вычисленное на основ е огран иченного числа опытов, всегда содержит э лемент случайности. В качестве оценки и сти нн ого зн ачения измеряемой величины при нормальном законе распределения принимают среднее арифметическое значен ие результатов измерений х

,                                                 (1)

где х 1 , x 2 , ..., х n - част н ые зн ачени я измеряемой вели чи ны; п - число измерени й.

Для ускорения выч и слений x используют график рассеян и я. В этом случае средн ее арифметическое значение показателя вычи сляют упрощенным методом по формулам:

,                                                             (2)

,                                                            (3)

,                                                              (4)

где h - ширина интервалов; α - условная средняя вели чи на, близкая к .

Обычно за α принимают середину какого-либо интервала вблиз и от центра распред елен ия; di - кол и чество интервалов между x i и d i ; m - колич е ство интервалов (классов ) на графике рассеян ия; xi - средн ее значен ие показателя в i - м интервале; N i - частота в i -м и нтервале; N - сумма частот, которая рав н а общему чи слу и змерений данного показателя.

Сред н ее арифмети ческое значение рассчитывают под полигоном распределения в следую щей последовательности:

выбирают в качестве условного начала α среднюю точку од н ого из и нтервалов вблизи от центра распределения;

вычисля ю т отклоне ни е d i от условного начала;

умножают отклонение каждого интервала di на частоту Ni с учетом знаков ( N i , di );

находят алгебраическую сумму Σ Nidi ;

делят эту сумму на общую сумму частот и получают попр а вку dn , выраженную в терминах интервалов;

определяют вел и чи ну среднего арифметического x по формуле ( 2).

Для ко н троля повторно вычисляю т среднее арифметическое при другом значении условного среднего α , взятого в соседнем и нтервале.

Вторая важ н ая статистическая характери сти ка - мера рассеяни я показателей относительно среднего арифметического значени я. При одн ом и том же значени и последнего может быть совершенно различный разброс данн ых. О степени неоднородности грунта по какому-либо показателю дают представление характеристики рассеяния - среднее квадратичное отклонение и коэффи ци ен т вариац ии . Чем больше значения этих характеристик, тем разн ороднее грунт по данн ому показателю .

Среднее квадратич н ое отклонен ие σ для огран и ченн ого числа опытных данных вычисляют по формуле

,                                                         (5)

гд е m - ч исло интервалов; x i - среднее значение показателя в i -м ин тервале; Ni - частота в i -м интервале.

Квадрат среднего квадратичного откло н ени я σ 2 называется д и сперсией. Для облегчения вычисления σ мож н о воспользоваться услов ной средней α и расчетам и, выполненными при вычислении средн его ари фметического . В этом случае дисперсию вычи сляют по формуле

,                                                     (6)

где μ 1 и μ 2 - условные начальные моменты, равные:

;                                                        (7)

,                                                         (8)

где h - ши рина ин тервала; N - число и змерен ий.

Пример вычисления среднего ар и фметического и средн его кв адратичного отклонен ия (см. рис. 2) приведен ниже.

Чтобы оценить относ и тельную степень изменчивости показателя, среднее квадратичное отклонени е сопоставляют со средним ари фметическим зн ачением. Такой показатель относительной и зменчивости называется коэффи циентом вариации и представляет собой отношени е средн его квадратичного отклонения к средн ему арифметическому значению, выраженное в процентах,

.                                                               (9)

В практике исследования болотных грунтов обычно считают, что при K в ≤ 20 % грунт по прочностным показателям является однородным, а при K в > 20 % -н еоднородным.

Среднее квадратичное отклонение σ является мерой рассеян ия отдельного и змерени я. Очевидно, важнее знать, насколько может уклоняться от истин ного значени я x среднее арифметическое x да н ных измерени й. Ошибку, допущенную при измерении среднего ари фметического , можно определи ть по формуле

,                                                                 (10)

где   - с редняя к вадрати ческ ая ошиб ка сери и и змерений (ошибк а средн его а ри фмети ческого).

Выч и слен ие х арактеристи к стати сти ческого распределения

Скваж и на 1

№ класса .............

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Частоты Ni ..........

1

2

3

4

2

1

1

2

1

1

Откло н ен ие di ....

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

N i di .......................

-2

-2

0

4

4

3

4

10

6

7

Nid 2 i ......................

4

2

0

4

8

9

16

100

36

49

ΣNidi = 34; α = 0,1 85; h = 0,005; dn = 34 / 18 = 1, 89; d = 1,89 · 0,005 = 0, 009;

  = 0,185 + 0,009 = 0,194; ΣNid2i = 228; μ1 = 34 / 18 = 1,89; μ2 = 228 / 18 = 12,7;

σ 2 1 = (12,7 - 1,892) · 0,0052 · 18 / (18 - 1) = 0,000235; σ 1 = 0,015;

K в = 0,015 / 0,194 · 100 = 7,7 %;  %

Скважина 2

№ класса ...................

1

2

3

4

5

6

7

8

Частоты Ni ................

1

2

3

3

5

1

1

1

Откло н ен ие di ..........

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

N i di .............................

-3

-4

-3

0

5

2

3

4

Nid 2 i ...........................

9

8

3

0

5

4

9

10

Σ idi = 4; α = 0,19 ; h = 0,005; dn = 4 / 17 = 0,236 ; d = 0 ,235 · 0,005 = 0, 0001;

  = 0,19 + 0,0008 = 0,89; ΣNid2i = 54; μ1 = 4 / 17 = 0,235; μ2 = 54 / 17 = 3,17;

σ 2 2 = (3,17 - 0,2352) · 0,0052 · 17 / (17 - 1) = 0,000077; σ 2 = 0,0009,

K в = 0,009 / 0,19 · 100 = 4,7 %;  %

Скважина 3

№ класса ...........................

1

2

3

4

5

6

Частоты Ni .........................

1

4

4

2

1

1

Откло н ен ие di ...................

-2

-1

0

1

2

3

N i di .....................................

-2

-4

0

2

2

3

Nid 2 i ....................................

4

4

0

2

4

9

ΣNidi = 1; α = 0,18 ; h = 0,02; dn = 1 / 13 = 0,077 ; d = 0 ,077 · 0,02 = 0, 002;

  = 0,18 + 0,002 = 0,182; ΣNid2i = 23; μ1 = 0,077; μ2 = 23 / 13 = 1,77;

σ2 = (1,77 - 0,0772) · 13 / 12 · 0,022 = 0,00077; σ = 0,028, K в = 0,028 / 0,182 · 100 = 15,4 %;

 %; N2 = 16; K в = 23,5 %.

Определе ни е расчетных показателей

Средне в звешен ное значен ие сопротивляемости сдвигу и ди сперси и слоя на п оперечн ике

σ2 ср = (18 · 0,000235 + 17 · 0,00007 7 + 13 · 0,0 0077) / (18 + 17 + 13) = 0,00032;

σср = 0,0 018 МПа (0,0 18 кгс/см2).

Сред н евзвешенное значение коэффи циента вари ации сопроти вляемости сдви гу слоя

K в = 0,018 / 0,19 · 100 = 9,5 % .

Зная среднее арифметическое и размер его ош и бки , можн о суди ть о достоверности вычисленного среднего зн ачен ия  по вели чин е показателя точности

.                                          (11)

Учиты в ая в ыражение ( 11), получи м зависимость для определени я показателя точности

.                                                           (12)

Точность вычисле н ия средн его ари фмети ческого зави сит от числа измерени й (количеств а частн ых п оказат елей). Точность вычисления можн о счи тать достаточной, если  = 1 5 %.

Выявление и исключение грубых ош и бок

Если серия и з небольшого числа измерений содержит грубую погрешность - промах, то нали чие этого промаха может сильно и скази ть средн ее зн ачение и змеряемой величи ны и границы довери тельного интервала. Поэтому и з окончательного результата необходимо исключить этот промах. Обычно промах имеет резко отли чающееся от других измерений значение. Но пока не проверено, не я вляется ли это отклонение следствием статистического разброса, определить это и змерени е как промах нельзя. Для определения грубых ошибок, полученн ых вследствие нарушенн ости структуры образцов , каких-либо включений, а в ряде случаев оп исок в журнале испы тани й, можно испол ьзов ать коэффици ент в ариации п оказателя.

При K в > 20 % выска ки вающее зн ачен ие следует подв ергнуть анализу с целью выяснени я, отн осятся ли они к грубым ошибкам и змерени й (промахам) или характеризуют другой слой.

В услов и ях дан ного при мера коэффициен т вариации сопротивляемости сдви гу не выходит за пределы 20 % , поэтому все измерения должны быть приняты при вычислении статистически х характеристик. Результаты испытаний крыльчаткой (скважи на 3) в трех случаях выходя т за довери тельные пределы, в св язи с чем их исключают и при расчете средних значений данного слоя не учи тывают. Анали з показал, что точка 3 является промахом, а точки 1 и 2 отн осятся к другим слоям, ин аче результаты среднего значени я сопротивляемости сдвигу и погрешности измерен ия будут искажены. В частности , при учете выскакивающих значений получены следующи е статистически е характеристики прочности торфа:  = 0,02 МПа (0,201 кгс/см3); σ3 = 0,0047 М Па (0,047 кгс/см2), K в = 23,5 % , а после исключения выскакивающих значений  = 0,0182 МПа (0,182 кгс/см2); σ3 = 0,0028 МПа (0,028 кгс/см2), K в = 15,4 % , т.е. K в ≤ 20 % , и слой торфа можно счи тать однородн ым по прочности.

Только пр и более или менее симметричном характере распределения значений изучаемого показателя отскоки можно н е прин имать в расчет. В противном случае выяснить причины отскоков: не относятся ли они к какому-либо пропущенному (не подвергнутому детальному и сследованию) слою, и мею щему важное значени е для оценки устойчивости сооружени я.

Числовые характеристики стат и стического распределения показателей слабых грунтов

Для однород н ого слоя в целом

Выше был рассмотрен вопрос определе н ия статисти ческих характеристик фи зико-механи ческих показателей грунта, значения которых определены с одинаковой точностью (равноточные и змерени я). Применительно к грунтам это значи т, что приведен ные формулы можно использовать для вычи слени я характери стик стати стического распределения того или иного показателя грунта, который получен по результатам испытаний образцов в п ределах однородного слоя и з одной выработки (скважины, шурфа).

Результаты испытаний грунтов, отобранных из нескольк и х выработок, нельзя считать равноточными в силу возможной неодн ородн ости грунта по прости ранию . В этом случае в качестве оцен ки и сти нного значения показателя грунта всего слоя п ринимают средневзвешенное значени е

,                                          (13)

где pi = 1 / σ 2 i - в еса измерени й; x - средневзве шенн ое значени е показателя для однородного слоя; xi - сред неарифметические значени я показателя отдельн ых в ыработок.

Средневз в ешенное зн ачен ие дисперси и однородного слоя определяют по формуле

σ 2 с р = ( n 1 σ 2 1 + n 2 σ 2 2 + n 3 σ 2 3 ) / ( n 1 + n 2 + n 3 ),                                 (14 )

где n 1 , n 2 , n 3 - коли чество измерений показателя для отдельных скважи н в пределах рассматри ваемого слоя; σ 1 , σ 2 , σ 3 - дисперсии соответствующих показател ей.

В рассматриваемом примере сред н евзвешенн ое значение сопротив ляемости сдвигу слоя в пределах поперечника равно:

x = (4250 · 0 ,1 94 + 1300 · 0,19 + 1300 · 0,1 82) / (4250 + 13000 + 1300) = 0,019 МПа (0,19 кгс/см2);

x 1 = 0,194; x 2 = 0,19; x 3 = 0,0182 МПа (0,1 82 кгс/см2); p 1 = 1 / σ 2 1 = 4250; р 2 = 1 / σ 2 2 = 1 3000; p 3 = 1 / σ 2 3 = 1300; σcp = 0 ,0 018 МПа (0,0 18 кгс/см2).

K в = 0 , 018 / 0,1 9 · 100 = 9,5 % .

Средневзвешенно е значение показателей болотных грунтов, найден ное по формуле ( 14), можно использовать как оц ен ку истинного значени я показателя механи ческих свойств грунтов, характеризующих прочн ость (сопротивляемость сдви гу), деформати вн ость (сжимаемость) и скорость уплотнения грунта во времен и.

Для сло и стой толщи в целом

Толща болотных грунтов, как правило, не бывает однород н ой, а состои т из нескольки х слое в. Каждый слой грунта характери зуется свои ми физико- механ ически ми показателями . В н екоторых случаях в озни кает необ ходимость осредн ять зн ачения того или ин ого параметра для толщи в целом.

Опыт показывает, что с достаточной для практических целей точностью сло и стую толщу можно характеризовать общим средневзвешен ным значени ем показателя, при писывая каждому значению x сл в качестве веса его толщин у Hi

.                              (15)

В качестве примера рассмотрим поперечный проф и ль болота, представлен н ого тремя слоями : каждый слой характеризуется средн евзвешенн ой плотностью сухого грунта ( торфа)  = 0,1 4 г/см3,  = 0,15 г/см3,  = 0,16 г/см3 и мощностью слоев H 1 = 1,8 , H 2 = 1,2 , H 3 = 1, 6 м.

Средневзвешен н ое значени е плотности торфяной толщи в целом определи м по формуле ( 15)

 г/см3.

Вероятностно-статистический метод наз н ачения расче тных характеристи к болотных грунтов

Дл я определени я расчетных зн ачений характеристи к грунтов целесообразно применять непосредственно вероятностн о-статистические методы определени я расчетных характеристик, назн ачая н адежность расчетн ых показателей (доверительную вероятность) в зави си мости от категории автомобильной дороги.

Расчетные характеристик и болотн ых грунтов определяют по формуле

A р = A н ± εα,                                                              (16)

где A р - расчетное зн ачение показателя; A н - нормативное зн ачение показателя; εα - о тклонение нормативного значения пока зателя от его исти нного значения (половина шири ны доверительного интервала);

,                                                          (17)

где t α - к оэффици ент Стьюден та, определяемый по графи ку (см. рис. 5 ос н овн ого текста) в зависимости от зад анн ой доверительной вероятности (коэффициента надежности) α и числа измерен ий; σ - среднее квадратичное отклонение; N - чи сло измерений .

При измерении расчетных характеристик состава и состоя ни я грунтов - коэффициент надежности α назначают по п. 2.44 (основного текста) в зав и симости от категории проектируемой дороги.

При определении расчетных значен и й прочностных характеристи к грунтов (сцепления и уг ла внутреннего трения, сопротивляемости сдвигу по крыльчатке и т.п.) коэффициент надежности принимают равным 0,99 независимо от категории проектируемой дороги.

Из формулы ( 16) видно, что расчет н ое з начение показателя зависит от заданного коэффициента надежности и будет принимать значения в интервале с доверительными границами ( A н - εα ; A н + εα). В качестве расчетного значения следует принимать наименее выгодное значение показателя.

Так, н апример, для сопротив ляемости сдвигу следует прини мать значени е A н - εα, а для в лажн ости A н + εα .

Пр и мер 1 . Определим расчетное значен и е сопротивляемости грунта сдвиг у cn = 0,019 МПа (0,19 кгс/см 2 ); σ = 0,001 8 МПа (0,018 кгс/см2); N = 48. Пр и ни ма ем коэффици ен т н адежности α = 0,99; t α = 2,68 (р и с. 5 основного текста). По формуле ( 17) находи м

  МПа (0,07 кгс/см 2 ).

До в ери тельн ый интервал зн ачени й сопроти вляемости сдви гу равен 0,019 - 0 ,0077 МПа (0,19 - 0 ,007 кгс/см2) или 0,0183 - 0, 0197 МПа (0,1 83 - 0 ,197 кгс/см2). В качестве расчетн ого значени я следует прин ять наимен ьшее зн ачение, т.е. c расч = 0,0183 МПа, (0,183 к гс/см2 ).

Пр и мер 2 . Требуется определить расчетную влажность слабого грунта, используемого в качестве ос н ования дорог III категори и . Все расч еты характе ри стик стати стического распределения прив едены на ри с. 3.

Р и с. 3. График для опре деле ния расчетно й в лажн ости болотных г рунт ов вероя тностн о-ста тисти чески м методом

а - график ра ссеяния; б - п оли гон распределени я

Вычислен и е характеристики статического распределения:

№ класса ......................

1

2

3

4

5

6

7

Частоты Ni ....................

1

1

4

9

3

1

1

Откло н ен ие di ..............

-2

-1

0

1

2

3

4

N i di ................................

-2

-1

0

9

6

3

4

Nid 2 i ...............................

4

1

0

9

12

9

16

ΣNidi = 19; α = 550 %; h = 10 %; dn = 19 / 20 = 0,95 ; d = 0 ,95 · 10 = 9 ,5;   = 550 + 9,5 = 559,5 ≈ 560; ΣNid 2 i = 48; μ 1 = 19 / 20 = 0,95; μ 2 = 48 / 20 = 2,40; σ 2 = (2,40 - 0,952) · 102 · 20 / (20 - 1) = 152; σ = 12,3 ≈ 12; K в = 12 / 560 · 100 = 2,14 %;  %.

Расчетная влажность:

α = 0,80; t α = 1,3 28; εα = 4 % ; ω расч = 564 %;

α = 0 ,9 0; t α = 1, 729; εα = 5 %; ω расч = 565 %;

α = 0, 95; t α = 2,09; ε α = 6 % ; ω расч = 566 %.

В результате этих расчетов получе н о: ω пр = 560 % ; σ = 12 % ; N = 20. Для дороги III категор и и α = 0,8, следо в ательно, t α = 1 ,328.

По формуле ( 17) определяем

 % .

Довери т ельный интервал значени й влажности равен 556 - 5 64 % . В качестве расчетного значени я следует принять менее выгодное, т.е. ω расч = 564 % .

Пр и ни мая соответственно коэффи ци ент надежности α = 0,9 и α = 0,95, получи м следующие значени я расчетной влажности:

 % ; ωрасч = 565 %;

 % ; ωрасч = 566 %.

Определим расчетное з н ачение влажности, предполагая, что испытано не 20, а 6 образцов . В этом случае получим:

 % ; ωрасч = 567 %;

 % ; ωрасч = 570 %;

 % ; ωрасч = 573 %.

Расчеты св и детельствую т о вли янии чи сла испытаний на раз меры довери тельного и нтервала. Чем меньше число из мерени й, тем больше доверительный интервал при данном коэффиц иен те надежн ости , одн о из граничн ых значений которого при нимаю т в качестве расчетн ого значен ия показателя.

Упрощенный способ обработки и опред е ления расчетных зн ачений показателей физи ко-ме ханических св ойств грун тов

Пр и упрощенном способе слой считают однородным, если н е менее 90 % зн ачений рассматриваемой характеристики лежит в пределах условно устанавливаемых грани ц. Последни е можно назн ачать, например, с учетом составленных таблиц физико-механи ческих свойств для данного вида болотного грун та. Например, п римени тельно к торфяным грунтам допустимый диапазон измерени я при родной влажности в однородном слое можно принять равн ым диапазону изменения влажности в пределах одной разновидности грун та (см. табл. 2 основного текста).

В качестве природной влажности определяют сред н емедианн ое зн ачение ее непосредственно по графику рассеяния (рис. 4), соотв етствующее экспериментальной точке, расположенной в середи не ряда, считая снизу и ли сверху. Напри мер, при 15 эксперимен тальн ых точках средн емеди анн ое значение будет соответств овать восьмой точке, отсчитываемой сн изу (или св ерху). При четном количестве точек за средн ем едианное прин имают средн ее значени е между двумя точками в середине ряда. Например, при 16 точках среднее значение б удет между 8-й и 9-й точками.

Рис. 4. График рассея ния значений при родной влажности то рфяного слоя

При определен и и средн емедианн ого зн ачени я графики рассеян ия предв арительно подвергают анализу и при нали чии явн о отскакивающих точек их в расчет не прини мают (если таки х точек не более 10 % от общего коли чества). Средн емедианн ое значени е прини мают за нормативную величи ну данной характеристики.

Рис. 5. Гр а фик для определени я гарантированн ой частости Σгар в з ависим ости от чи сла оп ределен ий п п оказате лей физико-механически х свой ств грунтов

Р и с. 6. График н акопленн ой частости значений при род ной влажности т орфяного слоя

За расчетное значен и е дан ной характеристики прин имают величину, зависящ ую от так н азываемой гарантированной частости Σ гар , определяемой по граф и ку (рис. 5). По вели чине Σ гар , используя интеграль н ый графи к накопленной частости (ри с. 6), определяют расчетн ое значение характеристики. При этом необходи мо учитывать характер определяемого параметра, чтобы расчетное значение в одн их случаях оказалось больше (влажность), а в других меньше (прочность) средн емедианного значения.

ПРИЛОЖЕНИЕ 5

ОТБОР ОБРАЗЦОВ, УПАКОВКА, ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ И ХРАНЕНИЕ

Обра з цы грунта (н арушен ной и ненарушен ной структуры) отбирают из скважины или шурфов.

Образ ц ы с ненарушенным сложени ем (мон олиты) отби рают и з буровых скв ажин в специ альные жесткие ги льзы, располагаемые вн утри грун тон оса. Ги льз ы изготов ляют из металла (же сти ) или из плотного картона, пропи танного парафи ном.

Открытые поверхности образца грунта закрывают крышками ил и марлей, пропитанной парафин ом. Перед изоляци ей открыты х поверхностей образца на верхн юю пов ерхность кладут этикетк у, кроме того, этикетку кладут на боковую поверхность в п роцессе парафи нировани я монолита.

Если гильза и зготовлена и з картон а, то после отбора образц а следует обернуть ги льзу с образцом нескольки ми слоями марли и зап арафини ровать . Нарушенн ые образц ы грун тов , в которых требуется сохрани ть естественн ую влажн ость, ук лады ваю т в метал лически е или пластмассовые бан ки (бю ксы ) с гермети чески закрывающимися крышками. Для сохранени я влажности образца грунта г орловинн ую часть банки, закрытую крышкой, следует запарафини ровать. Для гермети зации по стыку крышки бюк са с корпусом при клеивают также хлорвин иловую изоляционную ленту.

Пр и заложении шурфов на поверхн ости земли намечают лопатой прямоугольник следую щи х размеров: 80 × 170 см - при отборе образцов с глубины 1 - 2 м и 40 × 60 см с глубин ы 50 - 7 0 см.

Затем по абр и су прямоугольни ка копают яму так, чтобы не испортить «лицевой» стенки (одн а и з коротких стен ок); на противоположной стороне шурфа делают ступени. Воду, поступающую в шурф, удаля ют. Каждый заложенн ый шурф регистрируют в полевом журнале.

На лицевой стенке шурфа вырезают образцы грунта н ен арушенн ой структуры в форме прямоугольного параллелепипеда и ли куба с размерами сторон не менее 100 и н е более 250 мм и сразу отмечают «верх».

В целях сохран е ния естественн ой влажности грун та мон оли та на месте отбора его н емедленно изоли руют от наружного воздуха парафинированием. С этой целью образец обматывают двумя слоями марли (пористый образец заворачи вают в целлофан или поли эти леновую пленку) и парафинируют. Первый слой парафин а рекомендуется наносить щеткой, а затем образец несколько раз погружают в расплавленный парафин до тех пор, пока толщин а оболочки па ра фин а будет н е менее 2 - 3 мм; до заве ртывания образца в марлю на в ерхнюю его пов ерх ность кладут эти кетку, п ропитанн ую парафином, второй экземпляр эти кетки , смоченный парафин ом, наклеи вают сверху запарафини рованн ого образца.

В целях увел и чени я пласти чн ости в парафин желательно добавлять воск (20 - 2 5 % по массе), кани фоль (5 - 1 0 % ) и минеральн ое масл о (3 - 5 %).

Для отбора монол и тов в шурфах могут быть применены специ альн ые мета ллические ящ ики (см. ри сун ок), которые состоят из металлич еского корпуса толщи ной 1,5 - 2 мм, съемных крышек с уплотни тельн ыми прок ладк ами и стя жн ых болтов.

Р и с. Тара для образц ов слабых грун тов

а - ящ и к д ля отб ора монолитов; б - ци лин др для отбора мон оли тов.

К стенкам ящ и ка приварены две ручки для удобства переноса и извлечения ящика с моноли том и з шурфа.

Процесс отбора монолита с п омощью мет аллического ящика. На устроен ный выступ (на заданной глубине отбора) к узкой стенке шурфа ставят ящик, который зал авливают в торфяной грунт таким образом, чтобы верх ящи ка оказался ниже поверхности грунта.

Затем осторож н о острым ножом или лопатой монолит с ящиком подрезают и извлекают из шурфа.

Изл и шки торфа сверху и сн изу срезают заподлицо со стенками ящика, кладут эти кетку монолита и закрывают ящи к крышками с уплотн ит ельными прокладками.

Образцы грунтов для отправки в лаборатории, расположен н ые на з н ачи тельном расстоянии от места отбора образцов, упаковывают в деревянные ящи ки, вмещ ающи е не более 30 кг. Образцы уклад ывают плотно, заполняя свободное пространство древесными опи лками, стружками и т.п. Образцы хранят в помещении при температ уре воздуха не ниже 2 и не выше 20 ° С. При этом срок хранен ия, как правило, не должен превышать 30 сут, считая со дня отбора образца до прои зводства лабораторн ых испытани й.

ПРИЛОЖЕНИЕ 6

ГРАФИКИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В ОСНОВАНИИ НАСЫПИ ТРАПЕЦЕИДАЛЬНОГО ОЧЕРТАНИЯ

График и (рис. 1 - 15) позволяют определи ть величин у большего и меньшего главных напряжени й, возникающих в задан ной точке грунтового масси ва от нагрузки, приложенной к поверхности и распределен ной по закон у равн обочн ой трапеци и.

Рис. 1. Расчетная сх ема н агруз ки

Рис. 2. Графики значений α1 = σ 1 / p 0 при 2 a / B = 0,2

Рис. 3. Графики значений α2 = σ 2 / p 0 при 2 a / B = 0,2

Рис. 4. Графики значений α1 = σ 1 / p 0 при 2 a / B = 1

Рис. 5. Графики значений α2 = σ 2 / p 0 при 2 a / B = 1

Рис. 6. Графики значений α1 = σ 1 / p 0 при 2 a / B = 1,6

Рис. 7. Графики значений α2 = σ 2 / p 0 при 2 a / B = 1,6

Рис. 8. Графики значений α1 = σ 1 / p 0 при 2 a / B = 3

Рис. 9. Графики значений α2 = σ 2 / p 0 при 2 a / B = 3

Рис. 10. Графики значений α1 = σ 1 / p 0 при 2 a / B = 6

Рис. 11. Графики значений α2 = σ 2 / p 0 при 2 a / B = 6

Рис. 12. Графики значений α1 = σ 1 / p 0 при 2 a / B = 10

Рис. 13. Графики значений α2 = σ 2 / p 0 при 2 a / B = 10

Рис. 14. Графики значений α1 = σ 1 / p 0 при 2 a / B = 30

Рис. 15. Графики значений α2 = σ 2 / p 0 при 2 a / B = 30

Для точки с задан н ыми относительными координатами - U = z / b и ω = x / b (где z и x - соответственно вертикальная и гори зонтальн ая координаты точки в абсолютных един ицах) при заданной характеристике очертания эпюры н агрузки 2 a / B по граф и ка м устанавли вают значения главных напряжен ий σ1 и σ2 в долях от нагрузки на поверхности p 0

α 1 = σ1 / p 0 и α 2 = σ2 / p 0

Значе н ия α 1 и α2 определяют непосредственно по изолиниям или по интерполяции.

ПРИЛОЖЕНИЕ 7

ПРИМЕР РАСЧЕТА КОНСТРУКЦИИ НАСЫПИ НА СЛАБОМ ОСНОВАНИИ

И сходны е данные . Насыпь (рис. 1): расчет н ая высота 4 м; ширин а поверху 12 м; откосы 1:1, 5; плотность грунта н асыпи 2 т/м3; то же, в о взвешенном состоянии - 1 т/м3.

Основание насыпи: торф сред н ей зольн ости , слабоволокнистый, средн ей влажности, мощностью 4 м; плотность торфа 0,94 т/м3 . Гори зон т грунтовых вод совпа дает с поверхностью толщи.

Слабая толща подстилается гл и ной твердой конси стенци и, т.е. дренирование одностороннее.

Рис. 1. Расчетны й поперечн ик

Компресс и онные и кон соли даци онны е кривые, а также зави симость сцеплени я и угла внутренн его трения от влажн ости торфян ого грунта представлены в при л. 3.

Расчетный срок службы автомоб и льн ой дороги T сл = 20 лет, покрытие капитального типа.

Расчет ко н струкции насыпи на слабом осн ован ии может быть выполнен по упрощенной методике и по уточненн ой в зави си мости от категории дороги и сложности инженерно-геологических условий.

В первом случае при прогнозе устойчивост и, величины осадки слабого основани я и времени завершения ее интенсивной части расчетн ые показатели механических свойств грунтов основания определяются непосредственно по опытным кривым, полученным по результатам испытан ий в лаборатории представительных образцов на компрессию , консолидацию и сдвиг при уплотнении их под расчетн ыми нагрузками.

Во втором случае пр и проектировани и конструкции н асыпи на слабом основании расчетные показатели механических свойств грунтов основания определяются по уточненным компрессион ным и кон соли дац ионны м кривым, полученным в результате дополн ительной обработки опытн ых кривых, с учетом характера изменения их за период срока службы дорожной кон струкции.

Расчет конструкции нас ы пи на слабом основани и по упрощенной методи ке

1. Расчет конечной величины осадки

Расчет конечной осадки слоя торфа провод и м и сходя из услови й одномерной задачи по формуле

  или S = 0 ,0 01epzH,                                       (1)

где S - осадка, м ; epz i - модуль осадки по компрессио н ной крив ой, соотв етств ующ ей расчетной нагрузке, мм/м (для расчетных слоев); H - м ощн ость торфа, м ( H 1 - мощность отдельн ых слоев).

Провер им , есть ли необх оди мость дели ть слой торфа на н есколько слоев , отличающихся по величин е вертикальн ых нормальных нап ряжений и деф ормативн ости. С этой целью сравним величи ны н ормальных напряжени й на верхней и ни жней границах слоя торфа.

Нагрузка от насып и зада нной высоты на поверхности слоя торфа состави т p 0 = 4 · 2 · 9,8 = 0,08 МПа (0,8 к гс/см 2 ).

При ширине насыпи поверху 12, высоте 4 м и откосах 1:1,5 a = 1,5 · 4 = 6 м; 2 a / B = 1 .

Для слоя торфа, для которого z / B /2 = 4/6 = 0 ,6 7 по оси симметри и по при л. 6 находим α = pz / p 0 = 0,97, так и м образом pz = 0,97 × 0,08 = 0,0766 МПа (0,776 кгс/см2 ).

По н а пряженному состояни ю слой торфа однороден.

Выдел и м три разли чных нагрузки: соответствующую половин е н агрузки от насыпи заданн ой высоты, полную и в два раза большую, а именн о 0,04; 0,08; 0,16 МПа (0, 4; 0,8; 1,6 кгс/см2).

Если на поверхность слоя торфа прилож и ть указанные нагрузки, то на нижн ей грани слоя по оси симметрии вертикальные нормальные напряжени я составят: 0,04 · 0,97 = 0,039 МПа (0,39 кгс/см2); 0,08 · 0,97 = 0,078 МПа ( 0,78 кгс/см2); 0, 16 · 0,97 = 0, 155 МПа (1,55 кгс/см2).

По расчетной компресс и онной кривой ep = f ( p ) наход и м ep , соответст в ую щи е расчетным н агрузкам (см. кривая 1, рис. 8 при л. 3).

Из таблицы видно, что модули осадки для верхней и нижней грани слоя торфа в пр и нятом ди апазоне нагрузок практически не мен яются, так как разли чи я составляю т мен ее 10 % , т.е. слой торфа одн ороден и его можно не дели ть на расчетные слои. Для расчета величин ы осадки применяется графоаналитический метод. С этой целью определяем величин у осадки слоя торфа при н ескольки х (ранее выбранн ых ) значени ях p :

p = 0,04 МПа (0,4 кгс/см 2 ); S = cpziH = 295 · 4 = 118 см;

p = 0,08 МПа (0,8 кгс/см2); S = 447 · 4 = 178,8 см;

p = 0 ,1 6 МПа (1,6 кгс/см2); S = 544 · 4 = 21 7, 6 см;

pz , МПа (кгс/см2)

ep , мм/м

е p среднее, мм/м

0,04 (0,4)

300

295

0,039 (0,39)

290

0,08 (0,8)

450

447

0 ,0 78 (0,7 8)

445

0, 1 6 (1 ,6)

545

544

0,155 ( 1 ,55)

542

Получен н ые зн ачен ия нан оси м на сетку коорди нат S = f ( p ) (р и с. 2).

Рис. 2. Определе н ие расч етн ой осадки и нагрузки

На ту же сетку коорд ин ат необ ходи мо нан ести линию, вы раж ающ ую зависимость нагрузки н а основани е от величи ны осадки p = f ( S ) .

Определим эту зав и си мость. Поскольку в данн ом случае уров ень грун товых вод совп ад ает с пов ерхностью земли, то зави симость p = f ( S ) выражается ф ормулой

p 0 = γ н h + γвзв н S ,                                                                (2)

где γ н - удельный вес грунта насыпи ; γвзвн - т о же, с учетом взвеши вания; S - осадка; h - высота насыпи.

p 0 = (2 · 4 + 0,1 · S ) · 9,8 МПа ;

при S = 0 м p 0 = 0,08 МПа (0,8 кгс/см2);

S = 1 м p 0 = 0,09 МПа (0,9 кгс/см2).

Наносим эту зав и си мость на графи к на рис. 2. По точке пересечения зависи мостей S = f ( p ) и p = f ( S ) определяем конеч н ую нагрузку и расчетную осадку: S расч = 1,8 м, p расч = 0,098 МПа (0,98 кгс/см 2 ).

2. Проверка устойчивости основания

Устойчивость основан и я оцени ваем по величи не коэффи циента без опасности в соответств ии с п. 3.6 основ ного текста.

k без = p б ез / p расч .                                                       (3)

Расчет на быс т рую отсыпку проводим следующим образом. Расчетная нагрузка составит p расч = γн( h расч + s кон ) = 2 · 9, 8( 4 + 1 ,8) = 0,1 16 М Па (1,16 кгс/см2). Безопа сная нагрузка для условий быстрой отсыпки исходя из прочностных свойств грунта равна

p нач без = ( c нач + γ z tgφ нач ) / β.                                            (4)

Т а к как п лотн ость торфа во взвешенн ом состоянии бли зка к н улю , то в данн ом случае формула упрощает ся

p нач без = c нач / β.                                                        (5)

Для определе н ия β необходи мо рассчи тать 2 a / B и z / b . В дан н ом случае в ели чи на 2 a / B = 2 · ( 4 · 1 ,5) / 12 = 1; z / b = 4 / 12 = 0,33.

В природном состоян ии влажн ость торфа составляет ω = 600 % . По график ам ри с. 14 (прил. 3) значени я сцеп ления и угл а вн утренн его трения, соответствующи е указанной вла жности , со ставляю т: c ωнач = 0,0 1 7 МПа (0,17 кгс/см2); φω нач = 7°.

Далее по граф и кам 6 и 7 основного текста определяем для 2 a / B = 1 и z / b = 0, 33 коэффициент β , который составляет 0,275. За расчетн ый коэффициент β может быть пр и нят β = 0,275 дл я z = 4 м , так как эта вели чина макси мальная для всего слоя.

Безопасная нагрузка для слоя торфа соста в ит p без = 0, 0 17 / 0,275 = 0,062 МПа (0,62 кгс/см3).

Коэфф и цие нт безопасн ости в дан ном случае равен k без = 0,062 / 0, 11 6 < 1 .

Следов а тельно, устойчивость насыпи при быстрой отсып ке не обеспечена. В эт ом случае необходимо проверить устойчи вость основани я при медлен ной отсыпке.

При м едлен ной отсыпке насыпи за расчетные значени я прочностных характеристи к c ω и φω при н имают значени я, соответствующи е влажн ости грунта при полн ом уплотнении под н агрузкой о т веса насып и.

Расчет н ая величин а нагрузки, определенн ая при расчете конечной осадки, состав ляет 0,098 МПа (0,98 кгс/см2).

По компрессионной кр ив ой вида ω = f ( p ) (см. рис. 8, пр и л. 3) н аходим в лажность грунта, соответствующую расчетной нагрузке, ω = 350 % . По графику рис. 14 (прил. 3) определяем расчетн ые зн ачения c кон ω и φконω, соответствующие это й влажности : c кон ω = 0,041 М Па (0,41 кгс/см2) и φконω = 13,7°.

Далее опред е ляем значения функции β для слоя торфа при φ = 1 3,7 % . При V = 4 / 12 = 0,33 и 2 a / B = 1 по графикам рис. 6 и 7 основного текста, интерполи руя значен ия β д ля φ = 1 0° и φ = 1 5°, находим β = 0,171. Бе з опасная нагрузка составит p кон без = 0,0 41 / 0,171 = 0,24 МП а (2,4 к гс/см2).

Коэффиц и ент безопасности в дан ном случае равен k б е з = 0,24 / 0,098 > 1.

Таким образом, пр и медленной отсыпке насыпи устойчив ость основания обеспечена.

Слабый грунт может быть и спользован в качестве основания, но необходи мо реши ть вопрос о режиме отсыпки насыпи и времени завершения интенсивной части осадки.

3. Расчет осадки во вр емени

Время заверше н ия первичн ой осадки , как было отмечено, может быть рассчитано по нескольким расчетным формулам, предопределяющим объем испытаний образцов грунта основания на консо лидацию.

Для расчета по формуле T 1 = b λp H 2 ф по опытной ко н соли даци онной к ри вой находим, что завершение перви чн ой осадки соответствует λ = 0,4 . По графику t λ = f ( h 2 ф ) см 2 (см. рис. 12, пр и л. 3) определяем консолидационны й параметр b λp = 5 м ин /см2.

По в ышеприведенной формуле T 1 = 5(400)2 = 8 53930 мин = 1,6 г.

Таким образом, время завершения перв и чной осадки составляет 1,6 года.

Определим время завершен и я заданной степени консоли дации, н апри мер, U = 70 % . Осадка, соответствующая U = 70 % , составляет 1,26 м , а относи тельная осадка λ = 1,26 / 4 = 0, 31 .

По графику р и с. 12, прил. 3 находи м к онсолидаци онный параметр b λp для λ = 0,31; b λp = 1 м ин/см2 . Отсюда TU = 7 0 % = 1,1 · 4002 = 1 76000 мин =133 сут.

Для ориент и ровочных расчетов прогноз х ода осадки во времен и (в данном примере времени завершения первичной осадки) может быть осуществлен по формулам теории фильтраци онной консолидации .

С этой целью определяем коэффицие н т консоли дации по опытным кривым консолидации образца грунта основания, уплотненного под расчетной нагрузкой (см. рис. 11, прил. 3) по формуле

Ck = 1,13 h 2 ф / t стаб ,                                                           (6)

где t стаб - время завершения первично й осадки.

 см2 /ч.

Время за в ершения фильтрац ионной осадки слоя торфа мощностью 4 м при односторон ней фи льтрации составит T стаб = 1,13 · 4002 / 14,16 = 1,1 3 · 160000 / 14,16 = 136 0,4 ч = 1 ,45 г.

Расчет конструкц ии насып и на слабом основании по уточ н енн ой методике

1. Расчет конечной величины осадки

По компрессио н ным и кон соли даци он ным зависи мостя м опреде ляе м расчетное значение модуля осадки e расч р с учетом срока службы дорож н ой конструкции по формуле

e расч p = e I + 10 00 mp lg ( t расч / t I ) ,                                              (7)

где e I - модуль первичн ой осадки; mp - к он соли дационный параме тр; t I - время завершени я перви чной осадки ; t расч - расчетн ое время, определенное по формуле

t pa c ч = T сл ( h ф / H ф )2,                                                    (8)

где h ф и H ф - путь ф и льтрации воды соответств енно из образца и из слоя.

В данном случае t ра сч = 20 · 525200 · (2 / 400)2 = 262 ми н.

Задава я сь нескольки ми вели чин ами нагрузок, рассчитаем e расч р . При p = 0,05 МПа (0,5 к гс/см 2 ) e расч р =290 + 1000 · 0,0 4 lg (262) / 50 = 318 мм /м; p = 0,10 МПа (1,0 кгс/см 2 ); e расч p = 3 90 + 10 00 × 0 ,056 l g (262/50 ) = 430 мм /м; p = 0,15 МПа (1,5 кгс/см 2 ) e расч p = 440 + 10 00 · 0,05 lg (262 / 50) = 476 м м /м.

Получе н ные значения наносят на сетку « e - p » и получают за в исимость расчетного модуля осадки от нагрузки, т.е. расчетную компрессионную кривую (кривая 3 , рис. 8, прил. 3).

Величину осадки определяем по формуле ( 32) основ н ого текста.

S = 0,001 ΣepziHi .

При имеющемся соотношен и и ширины подошвы насыпи пон изу к мощности слабого слоя можно принять, что слой однороден по глубине по напряженному состоянию, т.е. расчет следует вести в соответствии с указанным выше пунктом по формуле

S = 0,001 epzH .

Для расчета осадки н а сыпи применяем также графоаналитичес кий метод, согласно которому необходимо определить расчетную нагрузку в зависимости от осадки насыпи p = f ( S ) и зав и симость о садки от нагрузки S = f ( p ).

Рас ч етн ую нагрузку определяем по ф ормуле (см. п. 3.8):

p = γ н h + γ взв н S ,

где γ н - удельный вес гру н та насыпи ; γвзвн - то же , с учетом взвешив ани я; h - высота насыпи ; S - осадка. При S = 0 p = 2 · 4 = 8 т/м2 = 0,08 М Па (0,8 кгс/см2). При S = 1 и p = (2 · 4) + (2 - 1) · 19,8 = 0,09 МПа (0,9 кгс/см2).

Далее определяем осадку слабого основа ни я под раз ли чн ой нагруз кой от в еса насыпи с использованием расч етного модуля осадки торфа.

Пр и p = 0,0 5 М Па (0,5 кгс/см2) e расч p = 3 1 8 мм/м, S = 0,00 1 · 318 · 4 = 1,27 м ; p = 0,1 М Па (1 кгс/см2); e расч p = 430 мм/м, S = 0,00 1 · 430 · 4 = 1,72 м ; p = 0,1 5 М Па (1,5 кгс/см2); e расч p = 476 мм/м, S = 0,00 1 · 476 · 4 = 1,9 м .

Рис. 3. Р а счет о садки гра фоан алити ческ им м етодом

Результаты наносят на сетку координат « S - p » (р и с. 3), получая кри вую S = f ( p ) и пряму ю p = f ( S ). Точка пересечения указанных зависи мостей определит расчетные осадку и на грузку: S расч = 1,68 м и p расч = 0,097 МПа (0,97 кгс/см 2 ).

2. Расчет устой чив ости основания

Расчет устойч и вости основания может быть выполнен по ан алоги и с вышеизложенным. Одн ако при оцен ке устойчивости осн овани я при медленной отсыпке в качестве расчетных показате лей прочностных свойств грунтов могут быть приняты вели чи ны «кажущи еся» сцеплени я и угла внутреннего трения грунта, получен ны е в опыте с полной консолидаци ей, соответс тв ующие состоянию грун та при полном уплотнении под расчетн ой н агрузкой. В дан ном примере c ′ = 0,011 МПа (0, 11 кгс/см2), φ ′ = 30° .

По гр а фикам рис. 6, 7 осн овного текста находим при V = 0,33 коэффициент β = 0, 1 08, отсюда p кон без = 0,011 / 0,108 = 0,102 М Па (1,02 кгс/см2 ).

Определяем

k без = p кон без / p расч = 0,1 02 / 0,097 = 1,05.

Таким о б разом, расчет устойчивости показал, что в данном случае торфяной слой может быть использов ан в качестве основани я прин ятой кон струкции при условии медленной отсыпки насыпи.

3. Про гно з осад ки во времени

Прог н оз осад ки по в ремени слабого осн ов ани я под нагруз кой от в еса насыпи осуществляем по перечисленным выше формула м, но расчетные показатели следует определять по и справленным кри вым кон солидации, получен ным после соответствующ ей обработки опы тны х кривых (см. рис. 12, при л. 3).

Даль н ейший расчет выполняется по ан алогии с вышеприв еден ным.

В тех случаях, когда необхо д имо оцени ть и нт енси вность осадки к моменту окон чания строи тельн ого пере рыва и начал у устройства дорожной одежды, выполн яется следую щий расчет.

Задаемся несколькими значе н иями λ i ( λ 1 , λ 2 , λ 3 , λ 4 ) и определя е м по кривой кон солидации для данн ого грунта соответствующее время t i ( t 1 , t 2 , t 3 , t 4 ).

Если прогноз осадки во в ремени осуществляется по теории фи льтрационн ой кон солидации, то время завершени я реальн ым слоем Ti задан н ых величин относи тельной деформаци и λi определяем по формуле

Ti = ti(H ф / h ф )2.                                                          (9)

По получе н ным зна чениям строи м кривую осадки во времени .

Если п рогноз осадки во в ремени осуществляется, с учетом вторичной осадки, то время завершения реальным слоем Ti заданных величин относитель н ой деформации λi определяем по формуле

lgT = (λ - λI) / mp + lgTI.                                                 (10)

По найде н ным парам значени й λi - Ti строится кривая осадки реаль н ого слоя во времени.

По полученной кр и вой Ti = f ( λi ) может быть определена и н тенсивн ость уплотнен ия на заданн ый период времени ΔT по формуле

v = ( λ 2 - λ 1 ) H / ΔT .                                                      (11)

ПРИЛОЖЕНИЕ 8

ОРИЕНТИРОВОЧНЫЙ РАСЧЕТ ОБЪЕМА ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ С УЧЕТОМ ОСАДКИ НАСЫПИ

Увел и чени е объема землян ых работ за счет осадки слабого основан ия под н агрузкой от веса насыпи может быть определен о по графику на ри сунке.

Р и с. Номо грамма для расч ета об ъема землян ых работ

ПРИЛОЖЕНИЕ 9

ПРИМЕР РАСЧЕТА ВЕЛИЧИНЫ ВРЕМЕННОЙ ПРИГРУЗКИ

Исходны е данн ые. Насыпь: расчетная высота 2, ширина повер ху 12 м - откосы 1:1 ,5; плотн ость грун та насыпи 2 т/м 3; расчетная нагрузка на осн ование от насыпи после завершения осадки 0,05 М Па (0,5 к гс/см2).

Основание насыпи: сла б ая толща сложена торфом сред ней зольности , слабоволокнистым, средней влажности.

Мо щн ость слабой толщи 3 м. Слаб ая толща подстилается мелкозерн истым песком (т.е. отж атие воды при уплотн ении - двухсторон нее).

Ко н со лидаци онные крив ые торфяного грун та представлены на ри с. 9 и 11, при л. 3 .

Требуется рассчитать вел и чину временн ой п ри грузки , которая обеспечи т достижени е относительной осадки слабого слоя, λкон = 0,3 (что соответствует степени уплотнения основания U = 90 % ) за время T стаб = 7 мес.

По кр и вым консолидации образца высотой h = 2 с м устанавливаем время t расч , достижени я расчетной отн оси тельной осадки λрасч = 0,3 пр и разл ичных нагрузках и двух путя х фильтрации; строим графики зависимости lgt расч = f ( p ) (р и с. 1).

Р и с. 1. Зав исимость времени достижен и я λрасч = 0,3 от на грузки

По графикам устанавливаем величины t ра сч = 650 мин и t расч = 1350 мин, отвечающие расчетной нагрузке p расч = 0,05 М Па (0,5 кгс/см2) соотв етственно при двух- и одностороннем отжатии вод ы.

Затем строим график завис им ости времени достижен ия расчетной относи тельн ой деформации λ = 0,3 от квадрата высоты об разца t расч = f ( h 2 ф ) (р и с. 2). По этому графи ку н аходим значения параметров a λp = 417 мин и b λp = 233 мин/см2, отвечающие расчетной осадке λ расч = 0,3 и расчетн ой нагрузке p расч = 0,05 МПа (0,5 кгс/см2).

Рис. 2. Завис и мость времени достижен ия расчетной отн осительной д еформац ии от квадра та вы соты образц а

Время достижен и я относительной осадки λрасч = 0 ,3 лабораторного образца (путь фильт раци и h ф = h / 2 = 1 см), соответствующи е требуемому времен и Ттре б = 7 мес достижения расчетной осадки ( λ расч = 0 ,3) реальным слоем, оп ределим по формуле

 мин.            (1)

По граф и ку t ра сч = f ( p ) для h = h ф / 2 = 1 с м (см. ри с. 1) устанавли ваем величину уплотняющей нагрузки p треб = 0,07 М Па (0,7 кгс/см2), отвечающую найденн ому времени t треб = 37 ,6 мин.

Величина време н ной нагрузки

p приг = p треб - p расч = 0 ,07 - 0 ,05 = 0,02 МПа ( 0,2 кгс/см2).

Графоаналитическ и й способ. Для определен ия в ели чины в ременн ой при грузки и спользуем приближенную зависимость T = f ( p )

T = (a λ + b λ H 2 ф ) / (p - p λ ).                                             (2)

Определим параметры a λ , b λ , p λ .

По кривой консолидации образца высотой 2 с м под расчетной нагрузкой p расч = 0 ,05 МПа (0,5 кгс/см2) при двухстороннем отж ати и воды устанавливаем время, соответствующ ее λрасч = 0,3, t расч = 650 м и н.

По криво й кон солидаци и образца под нагрузкой p 1 = 0,1 МПа (1 кгс/см2) при двухстороннем отжатии воды устанавливаем время, соответствующее λ расч = 0,3, t 1 = 14 мин.

Из уравнения находим

 МПа (0,488 кгс/см2).        (3)

По кривой консолидации образца (см. рис. 1) под нагрузкой p расч = 0,05 МП а (0,5 кгс/см2) при односторонн ем отжат и и воды устанавливаем в ремя t 2 = 1350 мин достижения λ расч = 0,3.

Параметры a λ и b λ н аходим из выражений :

a λ = ( p расч - p λ ) · (4 t расч - t 2 ) / 3 = (0,05 - 0,0488) · (4 · 650 - 1350) / 3 = 0,5 мин · МПа,    (4)

b λ = [( t 2 - t расч )( p расч - p λ )] / 0,75 h 2 = [(1 350 - 6 50)(0,0 5 - 0,04 83)] / 3 = 0,28 мин /см2 · М Па.                                                                                                                                      (5)

Уста н авливаем вели чин у времен ной приг ру зки

p приг = [( a λ + b λ H 2 ф ) / T треб ] + ( p λ - p расч ) = (0,5 + 0,28 · 1502) / 303100 + 0,0488 - 0,05 = 0,0196 МПа.

Так и м образом, согласн о расчету нагрузка от временн ой при грузки на основание должн а быть равна 0,02 МПа (0,2 кгс/см2). При плотности грун та н асыпи 2 т /м3 для об еспечения этой н агрузки должен быть отсыпан слой грунта толщи ной 1 м .

ПРИЛОЖЕНИЕ 10

ПРИМЕР РАСЧЕТА ОСНОВАНИЯ С ОПЕРТЫМИ ВЕРТИКАЛЬНЫМИ ДРЕНАМИ

Исход н ые данные . А втомобил ьн ая дорога III кат е гории с асфальтобетонн ым пок рытием.

Насыпь: высота 2, шир ин а поверху 12 м; заложени е откосов m = 2:3 ; плотность грунта н асыпи 2 т/м3.

Основание н асыпи: слабая толща сложен а шестиметровым слоем торфа средн ей зольности, слабоволокнистым, средней влажности . Слабая толща подсти лается моренной супесью с коэффициентом фильтрации K ф = 0, 01 м/сут.

Услови я отж атия воды - одн осторонн яя фильтрация. Горизон т грун товых вод совп адает с поверхн остью. Компрессион ные и к он соли даци онны е кривые торфа даны на рисун ке, а, б. Фильтрационн ая способность торфа при верти кальной и гори зон тальной фильтраци и оди накова.

Р и с. Графи к для определен ия

а - расчет н ой нагрузки и осадки; б - хода осадки во в ремени

Требуется рассч и тать диаметр и шаг дрен, обеспечи вающи х дости жени е расчетн ой осадки или требуемой степени консолидаци и о сн ования 90 % за 9 мес.

Расчет . Расчетную нагрузку на осно в ан ие определяем по формуле

p расч = γн h расч + (γн - γвзв) S расч .                                             (1)

Величина нагрузки на осно в ани е при S = 0 и S = 2 м составит соответствен но 0,04 и 0,06 М Па (0,4 и 0,6 кгс/см2).

Точка пересече н ия графи ков зави си мостей S = f ( p ) и p = f ( S ) (см. р и сунок) отвечает расчетной н агрузке p расч = 0,054 МПа (0,54 кгс/см2 ) и расчетной осадке S расч = 1 ,4 м . Расчет проводим, задавши сь диаметр ом обсадной тр уб ы d = 0,4 м и расположением дрен по квадратной сетке с шагом l = 3 м.

Эффективный диамет р дрены D = 1,13, l = 3,4 м. Величин а сбли жени я n = D / d = 3,4 / 0,4 = 8,5.

Согласно результатам испытаний на консолидацию, вр е мя зав ершения 90 %- ной фи льтрационной оса дки образца в ысотой 20 м м при одн осторонн ем оттоке воды под нагр узкой 0,06 МПа (0,6 кгс/см2) состави т 30 ми н.

Определяем коэфф и ци ент кон солидации торфа (см. рис. 1, б )

C = KUH 2 / tU = 0 ,85 · 6 / 30 = 0,1 7 см2 /мин = 10,2 см2 /ч.                        (2)

Фактор време ни при горизонтальной фи льтраци и

T г = CT / l2 = 10,2 · 9 · 3 0 · 24 / 3402 = 0,5 7.                                      (3)

Фактор време н и при вертикальн ой фильтрации

T в = CT / H2 = 1 0,2 · 9 · 24 / 6002 = 0,18.                                         (4)

По графику (см. р ис. 16 основн ого текста) при n = 8,5 U г = 88, U в = 37 %.

Общую степень консолидации основания определяем по формуле U об щ = 100 - 0,01 (100 - U г )(100 - U в ) = 100 - 0,01(100 - 88)(10 0 - 3 7) = 92 % , что достаточн о бли зко к заданному значени ю U тр = 90 %.

Следовательно, устройство вертикальных дре н диаметром 400 мм, с шагом 3 м позволяет за 9 мес достигнуть 92 %- ной консоли дации слоя торфа.

ПРИЛОЖЕНИЕ 11

РАСЧЕТ РЕЖИМА ВОЗВЕДЕНИЯ НАСЫПИ

Выраже ни е, св язывающее расчетную влажн ость слабой тол щи (в лажн ость н а горизонте z = нф , г де нф - максимальн ый путь фильтрации отжимаемой воды) с осадкой ее поверхности , имеет вид

ω t = ω н - (1 ,57 St / S кон - 0,5 7)(ωнач - ωкон),                                    (1)

где St - осадка поверхн ости осн ов ани я н а момент t ; S кон - кон ечная осадка при расчетной н агрузке; ωнач - ωкон - начальная и конечн ая влажность грун та под расчетной нагрузкой .

Расчет режима возведен и я н асыпи с и спользовани ем указанной зависимости осуществляют графоан алити чески м способом в следующей последовательности.

Задаются четырьмя значениям и осадки St :

St 1 = 0, 67 м ; St 2 = 0 , 84 м ; St 3 = 1,1 7 м ; St 4 = 1,51 м .

По вышеприведен н ому в ыражен ию вычи сляют влажность, соответствующую моменту достижени я осадок:

ωt 1 = [6,28 - (1,57 · 0,67 / 1 ,68 - 0,5 7)( 6,28 - 3, 62)] · 100 = 612 %;

ωt 2 = [6,28 - (1,57 · 0,84 / 1,68 - 0,5 7)(6,2 8 - 3,62)] · 1 00 = 571 % ;

ωt 3 = [ 6,28 - ( 1,57 · 1,1 7 / 1,68 - 0,5 7)(6,1 8 - 3,6 2)] · 100 = 487 % ;

ωt 4 = [6, 28 - (1, 57 · 1 ,51 / 1,68 - 0, 57)(6,2 8 - 3 ,62)] · 1 00 = 405 %.

Для дан н ого примера формула для расчета безопасной нагрузки и меет вид

p без z = c ω / β .                                                             (2)

По кривой c ω = f ( ω ) (см. рис. 14, прил. 3) определяют c ω для получе н ных в лажн остей .

Пр и 2 a / B = 1 V = 0,33 и β = 0,275.

p без t 1 = 0, 019 / 0,2 75 = 0,066 М Па ( 0,6 6 кгс/см2);

p без t 2 = 0,02 / 0,2 75 = 0,07 МПа (0,7 кгс/см2);

p без t 3 = 0,027 / 0, 275 = 0,09 МПа (0,9 кгс/см2);

p без t 4 = 0,036 / 0, 275 = 0,13 МПа (1,3 кгс/см2);

p без t 5 = 0,04 / 0 ,2 75 = 0,145 МПа (1,4 5 кгс/см2).

Наносят завис и мость S = f ( p без ) на граф и к (см. ри сунок , а) и получа ют кривую АВСДЕ.

Рис. Граф и к для определен ия

а - ступеней на гру зки при наиболее рацио нальном режиме отсыпки насып и; б - в ремени выдержив ани я раз личных ступеней нагрузки по кри вым оса дки во времени в зави симо сти от нагрузки p , МПа

Величина факт и чески действующей нагрузки не должна быть ни же б езопасн ой более чем на 10 % , и нагрузка в процессе осадки слоя должн а снижаться не более чем на 10 % . Для того, чтобы удобнее было кон тролировать эти условия, строят кри вую, абсци ссы точек которой не отличаются более чем н а 10 % от крив ой S = f ( p без ). Получают кривую А′В′С′Д′Е ¢ .

Безопас н ая нагрузка на основ ани е в его прир одном состоянии с учетом расположения расчетного горизонта на н ижней грани слоя равна 0,062 МП а (0,62 кгс/см2). При удельном весе грун та н асыпи γн = 2 · 9,8 Н/м3 на основание можно отсыпать сразу слой толщин ой

h нач = p нач без / γн = 0,062 / 2 · 9,8 = 3,1 м .                                    (3)

Нагрузка от насып н ого слоя по мере уплотнен ия (роста осадки ) будет сни жаться вследствие проявления эффекта взв ешив ания в соответствии с ли нейн ой зависи мостью

p = h нач γн - S γ взв н .                                                        (4)

При S 1 = 0 p 1 = 3,1 · 2 · 9,8 = 0,062 МПа (0,62 кгс/см2); S 2 = 0,5 м p 2 = ( 3,1 · 2 - 0 ,5 · 1) · 9,8 = 0,057 МПа (0,57 кгс/см2); S 3 = 1 м p 3 = ( 3,1 · 2 - 1 · 1) · 9,8 = 0,052 МПа (0,52 кгс/см2).

Получе н ные значения н аносят на график, получают прямую АМ .

В соответствии с расчетом осадки конечная осадка слоя торф а мощностью 4 м составляет 1,68 м и нагрузка 0,096 МПа (0,96 кгс/см2). Эту точку н аносят на график. Получаю т точку F , котора я я вляется конечной точкой графика зав исимости нагрузки, действующ ей на осн овани е в процессе осадки после отсыпки полного объема грунта.

Эта зависимость выражается в да нн ом случае формулой р = p нач - S γ взв н . Наносим эту зависимость на график, для чего через точку F проводим пряму ю , парал лельн ую прямой AM . Отрезок Fp N пре д ставляет собой конечн ый участок искомой факти ческой зави сим ости нагрузки от осадки при наи более рац ион альном режиме загруж ени я.

Нагрузка от первоначально отсыпан н ого слоя составит 90 % безопасной нагрузки при осадке 0,48 м (точка p 1 ). В этот момент необходимо повысить нагрузку до величины безопасной нагрузки p 3 . После этого нагрузка будет с нова постепенно снижаться в проце ссе осадки (линия p 2 M 1 ) и достиг н ет вели чин ы 90 % безопасной при оса дке 0,76 м. Рассуждая ана логи чно, получают ломаную лини ю p 1 p1, p 2 p2 , p 3 p3, ..., p 8 p8, представляющу ю собой и скомую реальн ую зависи мость нагрузки от осадки.

Получе н ный график показывает, какими ступен ями можно прикладывать н агрузку на осн ование из условия обеспечен ия устойчи вости на наиболее опасном гори зонте. Далее определяют толщин у слоев (см. таблицу).

№ слоя

Нагрузка, МПа (кгс/см2)

Толщина слоев, м

Общая толщина, м

1

0,06 2 ( 0,62)

3,1

-

2

0,064 (0,64)

0,4

3,5

3 и т.д.

0,069 (0,69)

0,5

3,9

Насыпь из условия обеспе ч ен ия устойчи вости может отсыпаться рассчитан ными слоями.

Далее определяют время выдерживания каждого сло я , используя кривые консолидации (см. рисун ок, б). Первая ступень должна быть выдержана до достижени я осадки 0,48 м. Откладывают на оси ординат S = 0,48 м и проводят горизонталь н ую пунктирн ую линию до пересечения с кривой, отвечающей нагрузке p = 0 ,06 М Па (0,6 кгс/см2). Получают точку, которой соответствует время при мерно 3 мес. Это и будет необходимое время выдерживания первой ступен и нагрузки. Далее можн о отсыпать второй слой , повысить наг рузку до 0,064 М Па (0,64 кгс/см2). При этом грунт основан ия будет уже консолидироваться в соответствии с кривой, отвечающ ей нагрузке p = 0,07 М Па (0,7 кгс/см2) до достижения осадки 0,76 м . Время воздействи я этой ступени состави т 5 - 3 = 2 мес. После достижения осадки 0,76 м нагрузка может быть увеличена до 0,075 МПа (0,75 кгс/см2). Грунт осн ования будет уплотняться в соответствии с к ривой, отвечающ ей н агрузке p = 0,08 М Па (0,8 кгс/см2). Время дости жения этой осадки составит 6 мес. А налогичн о строят график далее до достижения вели чины первичной осадки .

ПРИЛОЖЕНИЕ 12

ПРИМЕР ОРИЕНТИРОВОЧНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗМЕРОВ БОКОВЫХ ПРИГРУЗОЧНЫХ БЕРМ

Исходные да н ные . Насыпь: высота 6 м ; ши рин а по верху 12 м; крутизна откосов 1:1 ,5; плотн ость грунта насыпи 2 т /м3. Основание насыпи представлено двухметровым слоем торфа средней зольности, слабов олок ни сты м средней влажности и восьмиметровым слоем иольди евы х глин I I I разновидности, подстилаемых плотной супесью (рис. 1). С опротивляемость сдвигу торфяного грунта в природном состоянии c усл = 0,02 МПа (0,2 кгс/см2), а в состоян ии полного уплотнен ия под нагрузкой от веса н асыпи сцепление составляет c ω = 0,03 МП а (0,3 кгс/см2) и угол внутреннего трен ия φω = 1 2° . Сопротивляемость сдвигу иольди евы х глин в природном состояни и c ус л = 0 ,01 МПа (0,1 кгс/см2), а в состоянии полного уплотн ен ия под в оздействи ем на грузки от насыпи c ω = 0,018 МПа (0 , 18 кгс/см2) и φω = 1 0° . Супесь, подстилающая иольдиевую глину, и меет сопротивляемость сдвигу в природном состоян ии более 0,1 МПа (1,0 кгс/см2). Расчеты показали, что безопасная нагрузка для основания при быстрой отсыпке p без = 0,035 МПа (0,35 кгс/см 2 ) и регламенти руется слоем и оль диевой глины, расчетная осадка насыпи составляет 1 м, а безопасная нагрузка при медленной отсыпке p б ез - 0,08 МПа (0,8 кгс/см2).

Рис. 1. Расчетны й попереч ник

1 - торф; 2 - и ольдиев ая гли на; 3 - супесь

При осадке в 1 м фактическая нагрузка на основание при быстрой отсыпке составит p = (6 + 1) · 2 · 9,8 = 0,14 МПа (1,4 кгс/см2) и при медленной отсыпке (считая горизон т грунтовых вод совпадающ им с поверхностью земли) p = (6 · 2 + 1 · 1) · 9,8 = 0,13 МПа (1 ,3 кгс/см2).

Отсюда коэфф и циент безопасности при быстрой отсыпке k нач без = 0,035 / 0,14 = 0,25, а при медленной отсыпке k кон без = 0,08 / 0,1 3 = 0,6 9 < 1, т.е. устойчивость осн ов ания при заданной кон струкции н асыпи не обеспечена.

Требуется обеспечить устойчивость основания путем устройства боковых пригрузоч ны х берм и определи ть ориен ти ровочно размеры берм, полагая, что плотность грунта берм выше уровня воды равна 1,8 т/м3, при расчете на медленную отсыпку.

Расчет . Устанавливаем ориентировочно требуемую высоту пригрузочных берм, используя формулу

h треб = ( p 0 - p безпрср = (0,13 - 0,08) / (1,8 · 9 ,8) = 2,8 м.

Полагая пр и бли женно, что увеличен ие сцеплен ия и угла вн утренн его трения п ри уплотнении грунта основания нагрузкой от веса насыпи пропорци онально вели чине этой нагрузки (т.е. толщине насыпного слоя), получаем, что сцепление грун та основания под бермами при полном уплотнении от их веса состави т (учитывая, что при высоте насыпи 6 м c кон = 0,01 8 М Па (0,18 кгс/см2 ) c кон = 0 ,0 1 + [( 0,018 - 0 ,01) / 6] 2,8 = 0,014 МПа (0,14 кгс/см2).

При высоте насыпи 6 м конечная велич и на угла внутреннего трени я равна 10°. Полагая аналогично, что величи на угла внутреннего трени я пропорциональна толщине насыпного слоя, получаем при толщине 2,8 м (счи тая φнач = 0) .

φкон = [(1 0 - 0) / 6] · 2,8   5°.

При получе нн ых зн ачениях φкон и c кон определяем по формуле ( 62 основного текста) максимальную высоту пр и грузочны х бе рм, допустимую с точки зрени я устойчивости основания под сами ми бермами h max = 3 ,2 7 · 0,1 4 / 1,8 = 2,9 м, что больше требуемой высоты (2,8 м). Таки м образом, конструкци я с п ри грузочны ми бермами высотой 2,8 м может быть осуществлен а.

Определяем требуему ю длин у пригрузочных берм. Для этого предвари тельн о вычисли м вели чин у b ср и определ и м α: b ср = 2 · 1 2 + 2 · 6 · 1 ,5 / 2 · 2 = 10,5 м .

Велич ин у α устанавл и ваем по формуле ( 66) основн ого текста. При этом в расчет вводим значения φ и c , соответствующие гру н ту, расположе нному под бермами в состоянии полного уплотнения под н агрузкой от и х веса, т.е . принимаем c = 0,0 14 МПа (0,14 кг с/см2 ) и φ = 5°. Вычисляем c / p 0 cosφ = 0,108 и sinφ / π = 0,0873 / 3,14 = 0,0278.

Наносим зависимость у 1 = α sin φ / π + c / p 0 cos φ = α · 0,0 278 + 0,108 на график рис. 2 и по первой слева точке пересечения пос троен ных прямой и кривой y 2 = sinα / π определяем вел и чину α = 2 2°.

Р и с. 2. График зависи мостей y 1 = f 1 ( α ), y 2 = f 2 ( α )

Вычисляем величину H max

H max = b cp · ( cos α + 0, 8) / sin α = 10,5 [( 0,925 + 0,8) / 0,3 75] = 10,5 · 4,6 = 48, 5 м.       (1)

Так как H = 10 м < 48,5 м , то для определен ия длины берм используем формулу

 м .                                (2)

Так и м образом, устройство приг рузочны х берм в ысотой 2,8 и длиной 26 м должн о обеспечить устойчивость насыпи проектной высоты при условии медленной отсыпки .

Получе н ные результаты следует проверить и при необходи мости уточни ть, при меняя метод расчета устойчивости по круглоцилин дрическим п оверхностям скольжения.

ПРИЛОЖЕНИЕ 13

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ДРЕН ИЗ ГЕОТЕКСТИЛЬНОГО МАТЕРИАЛА

Вертикаль н ые текстильны е дрен ы представ ля ют собой ленты из текстильного материала, верти кально помещаемые в грун т. Они применяются в тех же услов иях, что и вертикальн ые пе счаные дрен ы, и также в комп лексе с временной при грузк ой .

Исход н ым и данными для расчета кон солидации слаб ого осн овани я с верти кальными тексти льн ыми дренами являются:

коэффицие н т фильтрации дрен в продольном направлени и;

размеры и площадь поперечного сечения дрены;

мо щн ость слабого основания или , в случае мн огослойн ого основани я, мощн ость каждого из слагающи х ег о слоев в отдельн ости;

услов и я отж ати я воды из основан ия (одн осторонн яя или двусторонняя фильтраци я);

результаты испытаний грунтов ос н ования на компрессию и кон солидаци ю;

ф и зико-механ ич еские характеристики грунтов осн овани я;

требуемая сте п ень консоли дации основани я и время ее достижени я (задается исходя из сроков строительства).

До начала расчета необходимо выделить слои слабого ос н овани я по составу и состоян ию слагающих и х грунтов на осн овани и геологического разреза, полученн ого по результатам бурения. Для ка ждого слоя определяют расчетн ые значения физи ко-механически х характери стик грунтов в пределах того и ли иного слоя, оц енивают однородность в ыделенн ых слоев и назначают расчетные слои.

Для о п ределения коэффи ци ентов консолидации и фи льтраци и н еобходи мо п ровести компрессионн ые и к он солидаци он ны е испытан ия. Эти и спытани я проводятся по стандартной методике для каждого слабого слоя отдельно (см. прил. 2, 3). При прибли жен ном расчете достаточно определени я коэффициентов консолидации и фи льтрации только при вертикальн ом потоке во всей кон соли дируемой области. Более точный расчет требует определения данных коэффиц иентов при радиальном потоке. Он и определяются по данн ым кон соли даци онны х испыта ни й, при этом грунт в кольцо компресси он ного при бора должен отби раться поперек слоя.

Коэффициенты ко н соли даци и определяются по выражени ю

Cn = (T90h2i)t90,                                                         (1)

где hi - половин а высоты образца грун та при двухсторонн ей фи льтраци и и вы сота образца - при одн осторонней; Т - фактор времени , соответствующий 90 % кон солидации грунта; t 90 - время 90 % фильтраци онн ой консоли даци и грун та.

Для расчета слоистого основан и я рекомен дуется использовать прив еденные коэффи циен ты консолидации и фильтрации , определяемые по следующ им формулам

,                                                    (2)

где C в - коэффици ен т консолидации при вертикальн ом фильтрацион ном потоке по всей кон соли ди руемой области; n - число направлени й верти кальн ого дрени рован ия ( n = 1 при одностороннем дре ни ровании и n = 2 при двухстороннем дренировании); h i - толщи на ка ждого i - го слабого слоя основани я; C в i - коэффи ци ент кон солидации каждого слабого слоя.

,                                                   (3)

где K в - коэффициент фи льтраци и при верти кальном фильтрационн ом потоке по всей кон соли дируе мой области; K в i - коэффици ент фильтрации каждого i - го слабого слоя основания.

Расчет в едется следующим образом.

Дре ны располагаются по треугольн ой или кв адратной сетке. Расстояние между дренами (шаг дрен) назначается сначала ориенти ровочн о в пределах 1 - 2 м , а затем окон чательно устанавливается подбором, и сходя и з заданного срока консолидации. Предв ари тельно определяется диаметр зоны влияни я дрены: d в = l ,0 5 l - треугольн ая сетка, d в = 1,1 3 l - квадратная сетка,

где l - расстояние между дренами (шаг дрен).

Затем определяется параметр n , рав н ый

n = de / dω,                                                                (4)

где d ω - э кви валентный ди аметр дрены.

d ω = b / π ,                                                                 (5)

гд е b - шири н а дрены.

После этого определяются отношен и я K г / K н и lgK г / K п

K г = C г a γ в / (1 + e ср ) ,                                                      (6 )

где K г - коэффици ент фи льтрации грунта основания в радиальн ом направлении (гори зонтальном); K п - коэффициент фильтраци и си нтетического текстильного материала в продольном направлени и; γ в - удельный вес воды; a и e ср - коэффи ци ент сжи маемости и средний коэффи ци ент пористости в диапазоне уплотняю щих нагрузок, определяемые по результатам компрессионных испытани й; C г - коэффициент консолидац ии грун та при ради альной фильтрации.

По графику (рис. 1) и извест н ым зн ачени ям l и lg K г / K п определя ю т значение β, а затем вычисляют значение β H , где H - мощ н ость слабого основания.

Рис. 1. Зав и си мость  от β дл я различн ых значений l

Затем вся слабая толща разбиваетс я на 10 равных отрезков (0, 0,1 H , 0,2 H ... 1,0). По графику (рис. 2) и зн ачен ию βH определяют значение функц ии f ( z ) на глубинах от 0 до 1,0 H , после чего рассчитывают значение фактора времен и T г , рав н ое

T г = C г t / d2l,                                                               (7)

где C г - коэффици ент консоли даци и грунта при радиальной фи льтрации; t - время от момента приложения нагрузки (в н атуре).

Р и с. 2. График зависи мости βH от f ( z ) для различных значен и й z

Исходя и з полученного значени я T г и значен и й функции f ( z ) сред ня я степень консолидации основани я определяется по формуле

.                                               (8)

Параметр F ( n ) рассчитывается по формуле

F ( n ) = [ n 2 / (n2 - 1)] ln(n) - (3n2 - l) / 4n2.                                (9)

В случае, е сли Q г окажется меньше требуемой, расчет повторяется с са м ого начала, при э том шаг дрен уменьшается и варьируется до получения требуемой степени консолидации основания.

Тех н ология сооружения текстильных дрен соответствует техн ологии сооружени я песчаных дрен.

Установку др е н осущ ествляют с помощью установок, оборудов анных механизмом для погружения обсадной трубы и катушками для дрен . В качестве базовой машины могут быть использованы сваебойный агрегат, экскаватор или кран.

После уст ан овки дрен необходимо установить н аблюдательн ые марки, по которым должен проводиться контроль для определен ия сроков сняти я п ри грузки и устройства покрытия.

Все работы по устройству дрен и установке н аблюдательн ых марок необходи мо оформля ть актом на скрытые работы.

ПРИЛОЖЕНИЕ 14

ПРИМЕР РАСЧЕТА НАСЫПИ С ПЕСЧАНЫМИ СВАЯМИ

Исходные данные . А втомоби льн ая д орога IV категор ии с асф альтобетонны м покрытием. Насыпь: рабочая отметка 3; ши рин а поверху 1 2 м; заложен ие откосов 2:3 ; плотн ость грунта насыпи ρ н = 2 т/м3 .

Основан и е на сыпи: и ольди евы е глины III разнов и дности скры тотекучей кон си стен ции ; мощность H = 7 м .

Прочностные характер и стики глин в условиях природного залегания: п олн ое сцеп лени е c ω = 0,0 15 М Па (0,1 5 кгс/см2); угол вн утрен него трени я φω = 0°, структур н ое сцепление c c = 0,01 МП а (0,1 кгс/см2).

Предел структурной прочности при компрессион н ом сжатии p стр = 0 ,04 МПа (0,4 кгс/см2). Отн осительн ая осадка под нагрузкой 0,06 МПа (0,6 кгс/см2) составляет λ0 = 0,1. Коэффициент поперечной деформации μг = 0,45.

Устойчивость необходимо проверить исходя из двух условий:

p расч < p без - иск лючение деформации сдвига;

p расч < p стр - и сключени е осадки.

Расчет н ая нагрузка на осн овани е

p расч = γн h = 9,8 · 2 · 3 = 0,06 МПа (0,6 кгс/см2).

Безопасная нагрузка пр и φ = 0.

p без = c c / β = 0,04 / 0,31 = 0,032 МПа (0,32 кгс/см2 ),

т.е. p расч > p без и устойчивость по первому условию не обеспечена. Поскольку, p расч > p стр , то устойчивость основания по второму условию также н е обеспечен а.

Для обеспече н ия устой чив ости осн ования предлага ется устроить песчаные св аи диаметром d = 0 ,3 м . Коэффициент бокового давления песка ξ = 0,3.

Условие обеспече н ия устойчивости при φ = 0 имеет вид pz - px = 2 · c с = 2 · 0,01 = 0,02 М Па (0,2 кг с/см2).

В долях от расчетной н агрузки доп устимая разн ость главных напряжений составит

(pz - px) / p0 = 0,02 / 0,06 = 0,3.

По таблицам пр и λ 0 = 0 ,1 этой вели чин е отвечает сбли жен ие m = d / l = 0,2.

Для обеспечения второго услов и я давлен ие на слабый слой должно быть огран ичено 0,04 МПа (0,4 кгс/см2). В долях от p 0 это составит 0,04 / 0,0 6 = 0,66.

По таблице * этой величине соответствует сбл и жен ие 0,2.

* Методические рекомендац и и по проектированию и технологии сооружения вертикальных песчаных дрен и песчаных свай при возведении земляного полотна на слабых грунтах / С ОЮЗДОРН ИИ , - М., 1974. - 57 с.

Из расчета по обо и м условиям при нимаем m = 0,2 и шаг свай l + d =1 ,8 м.

ПРИЛОЖЕНИЕ 15

РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ НАСЫПИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НОМОГРАММ

Прогноз конечно й величин ы осадки

Величину погружения насыпи в болотную залежь (осадку насыпи) определяют по формуле

S о бщ = S с ж + S от ,                                                         (1)

где S общ - общая осадка н асыпи; S сж - осадка сжимающи хся (уплотняющи хся) слоев болотной залежи; S от - осадка отдавливаемых слоев болотной залежи, прои сходящая за счет выдавлив ани я (выпора) слабых грунтов (3б ти па) при лю бой скорости отсыпки, частичного выдавливани я грунтов (3а типа) при нев озможности их предвари тельного уплотн ения в течен ие строи тельн ого пери ода вследствие того, что в си лу их высокой сжи маемости и низкой прочности н агрузка от воз водимой насыпи растет быстрее чем упрочнен ие слабого грунта, боковых деформаций слабых грун тов (2 строительн ого типа) при интенсивн ости отсыпки насыпи в первые десять суток более 2 м.

Осадку S от вычисляют по формуле

,                                                     (2)

г де S от - осадка i -го отда в ливаемого слоя; λi от - отн осительн ая деформация i -го отдавл и ваемого слоя толщин ой h i ; n - количество расчетных слоев болотн ой залежи.

Относительну ю деформацию λi от определяют по табл. 1 в зависимости от велич и ны сопроти влени я сдвигу τ по крыльчатке расчетного слоя в п риродном залегании.

Таблица 1

τ, МПа

λот

τ, МПа

λот

τ, МПа

λот

0,001

1

0,006

0,56

0,011

0,2

0,002

1

0,007

0,45

0 , 012

0,15

0,003

1

0,008

0,37

0,013

0,1

0,004

0,82

0,009

0,3

0,014

0,05

0 ,0 05

0,67

0,0 1

0,25

0,015

0

Осадку S сж определ я ют по формуле

,                                                     (3)

где λ i сж - отн осительная в ертикальная деформация расчетн ого слоя, п олученн ая по данн ым и спытаний в компресси онн ом при боре для н агрузки, дей ствующ ей на этот слой.

Пр и расчете осад ки слабое основан ие разби вают на расчетные слои в соо тветствии с геологическим строением, прочностными и деформати вны ми свойствами слабых грун тов и вели чиной действующих ве рти кальных напряжений по глуби не.

При от н оси тельн ой мощности слабого осн ован ия H / B 1 < 0 ,5 ( H - мощ н ость слабых грунтов, B 1 - ш и рина н асыпи по подошве) вертикальные напряжения по глубине можно считать постоянными. Вели чин у н апряжени й для всей мощности залежи в этом случае прини мают равн ой вели чине расчетной нагрузки p расч . При H / B 1 > 0,5 вел ич ину напряжений следует рассчи тывать с учетом и зменени я по глубин е (см. основной текст).

Расчетну ю нагрузку p расч , действующу ю на болотную залежь от массы возводи мой насыпи , определя ют с учетом положения уровн я грунтовых вод

p расч = k 0 λ сж + p 0 ,                                                           (4)

где λ сж - относительная осадка сжатия основания.

λсж = S сж / ( H - S от ),                                                        (5)

Параметры нагру з ки k 0 и p 0 определяют по следующим формула м:

k 0 = γ взв н H (1 - λ от ) ;                                                         (6)

p 0 = γ н ( h + h г.в ) + γвзвн( H λ от - h г.в ),                                            (7)

где γн и γвзвн - соответств енн о удельн ый вес грунта насыпи, расположен ного выше и ни же уров ня грун товых вод; h - проектная высота насыпи (рабочая отметк а ); h г.в - расстоя ни е от поверхности болота до горизонта грун товых вод (рис. 1) λот = S от / H .

Рис. 1. Расчетная схема

а - с истемы до рожная одежда - на сыпь - болотн ый грунт; б - дорож н ой одежды

Если h г.в > S об щ , то в формулах ( 6) и ( 7) пр и нимают γ взв н = γн.

Параметры сжимаемост и λi сж определяют по результатам компрессионных и спытан ий и расчет осадки ведут графоан али ти чески м методом. При отсутстви и данных компрессионных испытаний допускается пользоваться номограммой (ри с. 2), построенной на осн ов е обобщени я результатов обработки многочи сленных компрессионны х кривых. В кач естве характеристи ки сжимаемости болотной залежи принят коэффици ен т пористости e 0 .

Рис. 2. Номограмма д ля опред елени я осад ки (ци фры на кривых - коэффициент пористости торфа e 0 )

Номограмма связывает четыре параметра k 0 , p 0 , λ сж и e 0 ( e 0 - средневзвешенн ое зн ачен ие коэффициента пористости для болотной залежи) и позволяе т путем одн ого наложени я линейки , соедин яю щей дв е точки на шкалах k 0 и p 0 в точке пересече ни я ли нии с задан ным e 0 найт и и скомое зн ачен ие λ сж .

Прогноз осадк и во времени

Продолж и тельность осадки t для достижен и я требуемой степен и консолидации U слабого основан ия определяют по номограмме (ри с. 3) в зави си мости от режи ма возведения насыпи, характери зуемого вели чи ной нагрузки p 1 , допускаемой по условиям устойчивости ос н овани я и длительностью строительного периода t 0 , в течение которого нагрузка на основа н ие возрастет от p 1 до p ра сч .

Р и с. 3. Номогра мм а для расчета продолжительности осадк и (цифры на кривых - отношени е t 0 / T )

Номограмма свя з ывает четыре комплексных параметра: t 0 / T , t /Т, ( λ 1 / λ )/ (1 - λ 1 / λ ) и U /(1 - λ 1 / λ ),

где t 0 - продолжительн ость строительного периода; t - время, необходи мое для дости жени я требуемой степени консоли дации U слабой толщи; λ 1 - конечная от н осительная деформация сжатия (уплотн ения) основания для нагрузки p 1 ; λ - конечная относительная деформаци я сжатия (уплотнения) основания для нагрузки p расч ; T - кон солид ационный параметр, имеющи й размерн ость времени , характеризует ин тенсивн ость затухани я осадки.

По любым трем и звестным параметрам, обозначенн ым на шкалах номограммы, с помощью одного наложения ли нейки определяют искомый четвертый параметр.

Ко н солидаци онный параметр T определяют по следующим завис и мостям:

для ос н ований I типа по устойчивост и

T = ( 2,5 · 10 -5 S сж ) / ( λ сж p )2,                                               ( 8)

для ос н овани й II и III А типа по устойч и вости

,                                                  (9)

где T - кон соли даци онный параметр, сут; p - н агрузка от массы насыпи, действующая на осн овани е, М Па; λ сж - относительная деформаци я сжати я слабого осн ования от дей стви я нагрузки p ; S сж - осадк а сжи мающи хся слоев слаб ого основания.

Расчет деятель н ости осадки оснований I типа по устойчивост и при быстрой отсыпке н асыпи можно вести также по следующей формуле

t / T = U / (1 - U) .                                                     (10)

Расчет режима возведения насыпи

При расчете режима возведения н асыпи с помощью номограмм следует соблюдать следующи й порядок расчета.

Назначают толщину насып и (величину нагрузки p 1 ), котору ю можн о отсыпать сразу (в один при ем). Вели чину нагрузки p 1 принимают рав н ой p 1 = γ н h 1 ,

где γ н - удель н ый вес грун та насыпи; h 1 - толщ ин а насыпи, отсыпаемой сразу, которая при нимается равной

h 1 = p нач безн при p нач без / γ н > S от ;

h 1 = S от при p нач без / γ н S от .

Уста н авливают продолжительность строительного пери ода t 0 , в течен и е которого необходимо возводить насыпь до проектн ой толщины, чтобы осн овани е успело приобрести необходимое упрочнение в проц ессе кон соли дации. Для этого определяю т параметры λ 1 / λрасч / (1 - λ1 / λрасч) и U 0 / (1 - λ 1 / λ расч ). Допуск а ется прин има ть λ1 / λрасч = p 1 / p расч и U 0 по табл. 2 (где U 0 - степень консоли дации основания, дости гаемая в течени е строительного периода t 0 ).

Таблица 2

λсж

< 0,05

0,05 - 0,15

0,15 - 0,3

0,3 - 0,4

> 0,4

U0

0,25

0,33

0 , 5

0 , 6

0,65

Затем на вертикальных шкалах номограммы (рис. 4) находят точки, отвечающие заданным зна ч ениям переменных λ 1 / λрасч / (1 - λ1 / λрасч) и U 0 / (1 - λ 1 / λ расч ) и соединяют их линией наложением л ин ей ки . Точка пересечения этой линии со шкалами t 0 / T и t / T при усло вии t 0 / T = t /Т дает искомое значе ни е t 0 / T .

Р и с. 4. Н ом ограм ма для ра сч ета прод олжитель ности строи тельного периода (цифры на кривых - отношен ие f 0 / T )

Устанавл и вают допустимую ин тенси вность отсыпки насыпи q в расчете на меся ц

q = 30 (h н - h1 ) / t 0 ,                                                    (11)

г д е h н - проектн ая толщина насыпи.

Уста н авливают дли тельность консолидации основан ия t , необходимую для достижен и я заданной степени консолидации U . Д л я этого по и звестн ым параметрам λ 1 / λрасч / (1 - λ1 / λрасч), U / (1 - λ 1 / λ расч ) и t 0 / T по номограмме (см. рис. 3) определяют и скомый параметр t / T . При значениях t 0 / T и t / Т , не превышающих 7 , следует пользоваться н омограммой, прив еденной на рис. 2, которая является деталью номограммы, изображенн ой на рис. 3.

Расчет врем е нной пригрузк и

Пр и строи тельстве дорог на болотных грун тах при мен яют следующи е конструктивн о-технологически е реш ения време нн ой приг рузки (ри с. 5):

в в и де дополни тельного слоя насыпи на всю ширин у земляного полотна - схема а;

в в и де сужен ной насыпи (н асы пи-при грузки) - с хема б .

Пр и и спользовани и схемы а грунт пригрузки после завершени я кон соли дации и спользуют на следующих участках дороги или в други х элементах конструкци и в соответствии с проектом организации строительства; при и спользовании схемы б - грунт распределяю т на откосы.

Толщ ин а слоя временн ой пригрузки принимается исходя и з требуемых сроков достижени я заданной степен и консолидации при одновремен ном обесп ечени и устойчивости осн ования.

Следует собл ю дать следующи й порядок расчета.

Определяют вел и чину временной при гру зки Δ p для схемы а по формуле

Δp = dp расч .                                                             ( 1 2)

где d - коэффи ци ент перегрузки , мин имальные значения которого следует при ни мать по графику (рис. 6).

Рис. 5. Конструкт ив ные решен ия землян ого по лотна с в ременной при грузкой

а - в в и де доп олни тельного слоя насып и; б - в в иде суженной насыпи (насып ь-п ри грузк а)

Рис. 6. График для опреде л ения ми нимального коэффици ента перегрузки

Коэффициен т перегрузки d для пр и грузки , выполн яемой по схеме б , определяют методом последовательного приближения в зави симости от требуемых сроков консоли дации основания по следующей формуле :

d = 2h / B( m - m 1 ),                                                        ( 1 3)

где h - высота проектируемой насыпи; B - ширина проект и руемой насыпи поверху; m - показатель крутизны заложен и я откоса проектируемой насыпи ; m 1 - пок а затель крутизны заложения откоса суженн ой н асыпи (насыпи-пригрузки).

Пр и проектировании насыпи-пригрузки варьирование значений крути зны откосов осуществляют в пределах: m = 1 ,5 - 4 ; m 1 = 1 - 2 .

Коэффиц и ен ты перегрузки d , вычисленные по формуле ( 13), должны быть не менее м ин имальных значений, полученных из графика на рис. 6. В проти вном случае при грузка по схеме неэффекти вна, и для получения требуе мого коэффициента перегрузки необходимо при менять временн ую пригрузку по схеме.

Определяют ко н соли даци онный параметр T пр для н асыпи с при гр узко й по формулам ( 8) и ли ( 9). При этом параметры λ , S сж и p . Дл я насыпи с при грузк ой вычисляют по формулам:

                                                (14)

где b - коэффициент, определяемый по формуле

b = 1 / [1 + 1,52(1 + e0) / p расч ],                                         (15)

где p рас ч - расчетная нагрузка на основан и е, МП а; e 0 - средневзвешенное зн ачени е коэффициента пористости основания.

Проверяют устойчивость слабого ос н ован ия при возведении насыпи с временной п ри грузкой . Коэффициент безопасности основания вычи сляют по формуле

k нач без пр = p нач без / p пр .                                                   (16)

Если k нач без пр ≥ 1, допускается быстрая отсыпка насып и и временной пригрузки и расчет дли тельности консолидации производят по формуле

t = UT пр / bd.                                                              (17)

Пр и k нач без пр < 1 определяют коэфф и ци ент безопасности основ ания с учетом его упрочнени я при медленной отсыпке насыпи

,                                                  (18)

где U 0 - степень консолидации основания, достигаемая за время строительного пери ода t 0 . Определ я ется по табл. 2 в зависимости от величины λ сж.пр .

Есл и k нач без пр ≥ 1, допускается медле нн ая отсыпка насыпи и пригрузки.

Назначе н ие строи тельной высоты насыпи

Для приложе н ия заданн ой расчетн ой нагрузки на основан ие ( h н - при отсыпке н асыпи без при грузки или h пр - при отсыпке с пригруз к ой ) н асыпь в течени е строительного периода н еобходимо отсыпать выше проектн ых отметок на высоту Δ x . Стро и тельную высоту н асыпи h 0 определяют по формуле

h 0 = h + Δx ,                                                                (19)

г де h - проектн ая высота насыпи (рабочая отметка).

Толщ и ну слоя насыпи Δx , отсыпаемого сверх проектных отметок дл я компенсаци и дли тельно протекающих осадок консолидаци и, определяют по формуле

Δx = Δh + S сж.расч [1 - U 0 (1 + bd )] ,                                          (20)

г де Δh - толщина слоя приг рузки ; S сж.расч - осадка за счет сжати я торфа от н асыпи проектной толщины; U 0 - степень консолидации , определяемая по табл. 2; b , d - коэффиц и енты.

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие . 1

1. Общие положения . 1

2. Особенности изысканий дорог на участках залегания слабых грунтов . 4

Общий порядок проведения инженерно-геологических обследований на участках слабых грунтов . 4

Классификация слабых грунтов и их свойства . 11

Определение расчетных характеристик слабых грунтов . 19

Условия залегания слабых грунтов. Типы слабой толщи по условиям залегания . 23

3. Оценка устойчивости основания насыпи (определение типа основания по устойчивости) 24

Общие положения. Расчетная нагрузка . 24

Определение типа основания расчетом .. 26

Упрощенная оценка устойчивости основания на основе типизации . 32

4. Прогноз осадки основания насыпи . 32

Общие положения. Расчетная нагрузка . 32

Прогноз конечной величины осадки . 34

Прогноз хода осадки по времени . 36

5. Конструктивно-технологические решения при сооружении земляного полотна на участках залегания слабых грунтов . 37

Общие положения . 37

Конструктивно-технологические решения, предусматривающие использование в основании слабых грунтов . 39

Дорожные конструкции с заменой слабого грунта в основаниях . 60

6. Контрольные наблюдения в процессе строительства . 64

Приложение 1. Динамический расчет земляного полотна . 65

Приложение 2. Методики полевых исследований физико-механических свойств слабых грунтов . 70

Приложение 3. Методики лабораторных определений показателей физико-механических свойств слабых грунтов . 76

Приложение 4. Выделение расчетных слоев и определение расчетных значений физико-механических характеристик грунтов . 99

Приложение 5. Отбор образцов, упаковка, транспортирование и хранение . 110

Приложение 6. Графики для определения напряжений в основании насыпи трапецеидального очертания . 111

Приложение 7. Пример расчета конструкции насыпи на слабом основании . 116

Приложение 8. Ориентировочный расчет объема земляных работ с учетом осадки насыпи . 122

Приложение 9. Пример расчета величины временной пригрузки . 123

Приложение 10. Пример расчета основания с опертыми вертикальными дренами . 125

Приложение 11. Расчет режима возведения насыпи . 126

Приложение 12. Пример ориентировочного определения размеров боковых пригрузочных берм .. 129

Приложение 13. Методика расчета дрен из геотекстильного материала . 130

Приложение 14. Пример расчета насыпи с песчаными сваями . 133

Приложение 15. Расчет конструкции насыпи с использованием номограмм .. 134

Еще бесплатно скачать

Рейтинг:
  • Итоги рейтинга 1.00/5
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
1.0/5 (1 голос)

Данную страницу никто не комментировал. Вы можете стать первым.

Ваше имя:
Ваша почта:

RSS
Комментарий:
Введите символы: *
captcha
Обновить