Rambler's Top100

Разработка выемок в глинистых грунтах Скачать Предварительный просмотр

Скачать

Предварительный просмотр

(отсутствуют изображения, таблицы и формулы)

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ВСЕСОЮЗНЫЙ ДОРОЖНЫЙ
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
СОЮЗДОРНИИ
МЕТОДИЧЕСКИЕ
РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО РАЗРАБОТКЕ ВЫЕМОК В ГЛИНИСТЫХ ГРУНТАХ
ВЛАЖНОСТЬЮ ВЫШЕ ОПТИМАЛЬНОЙ И ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ЭТИХ ГРУНТОВ ДЛЯ ВОЗВЕДЕНИЯ НАСЫПЕЙ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
ВО II и III ДОРОЖНО-КЛИМАТИЧЕСКИХ ЗОНАХ
Утверждены зам. директора Союздорнии
канд. техн. наук В. М. Юмашевым
Одобрены Главным техническим управлением
(письмо № 37-03-105/14 от 18.02.87 г.)

Составлены на основе исследований Союздорнии, выполненных в целях комплексного подхода к проектированию и строительству автомобильных дорог с использованием глинистых грунтов, влажность которых выше оптимальной, для повышения качества и надежности строительства.
Приведены требования к назначению допустимых коэффициентов увлажнения глинистых грунтов при их использовании в насыпях. Даны рекомендации по инженерно-геологической оценке грунтов, залегающих в выемках. Рассмотрены требования к рабочей документации по проектированию выемок и насыпей из грунтов повышенной влажности. Разработаны принципы назначения конструкций земляного полотна из грунтов с влажностью выше оптимальной, а также приведены типовые и индивидуальные конструкции.
Для индивидуальных решений предложена комплексная оценка устойчивости и стабильности земляного полотна насыпей и выемок, на основе которой, рекомендуется назначать конструктивные мероприятия для обеспечения надежности насыпей из грунтов повышенной влажности, а также допустимые коэффициенты увлажнения. Рассмотрены особенности организации и технологии сооружения земляного полотна из грунтов повышенной влажности с учетом выбора машин и снижения их производительности; даны мелиоративные и конструктивные решения по осушению грунтов повышенной влажности и переувлажненных.
Предисловие
Настоящие Методические рекомендации разработаны в соответствии с планом научно-исследовательских работ по теме 3Р-86-02.02 и предназначены для использования при проектировании и строительстве земляного полотна автомобильных дорог из местных глинистых грунтов с влажностью выше оптимальной во II и III дорожно-климатических зонах.
Методические рекомендации составлены на основе и в развитие СНиП 2.05.02-85 и СНиП 3.06.03-86 с учетом выполненных теоретических и экспериментальных работ, полевых обследований автомобильных дорог во II и III дорожно-климатических зонах, а также отечественного и зарубежного опыта строительства. В разработанный документ включены новые решения по инженерно-геологической оценке грунтов, залегающих в выемках; предложен комплексный подход к проектированию и назначению типовых и индивидуальных конструкций земляного полотна в зависимости от его типа, вида грунта и степени его влажности.
При разработке технологических решений приняты во внимание особенности подготовительных, основных и укрепительных работ при использовании существующего парка землеройно-транспортных и грунтоуплотняющих машин с учетом регламента их работы в зависимости от состава и степени влажности разрабатываемого в выемках грунта. Один из разделов посвящен современным способам осушения грунта.
Выполнение рекомендаций должно способствовать расширению возможностей сооружения надежного и стабильного земляного полотна из глинистых грунтов, влажность которых выше оптимальной. Экономический эффект от применения предложенных рекомендаций составит до 100 тыс. руб. на 1 км дороги.
1. Общие положения
1.1. Настоящие Методические рекомендации предназначены для применения при проектировании и строительстве земляного полотна из глинистых грунтов с влажностью выше оптимальной, получаемых при разработке выемок, и использовании этих грунтов для возведения насыпей во II и III дорожно-климатических зонах.
1.2. В Методических рекомендациях регламентируется использование грунтов с влажностью выше оптимальной и предлагаются конкретные конструктивные и технологические решения Для условий типового и индивидуального проектирования.
1.3. Грунты, применяемые для устройства земляного полотна насыпей, по степени влажности разделяют на следующие разновидности: нормальной влажности (от 0,9 оптимальной до допустимой), повышенной влажности (от допустимой влажности до предельной), переувлажненные (влажность выше предельной).
Под предельной понимается такая влажность грунта, при которой еще может быть достигнут коэффициент уплотнения 0,9 при использовании современных средств уплотнения. Значения допустимой влажности грунта, при которой могут быть приняты типовые решения, приведены в табл. 1.1.
Таблица 1.1

Грунт
Допустимый коэффициент увлажнения грунта Kw при требуемом коэффициенте уплотнения Kу

более 1
1-0,98
0,95
0,9
Песок пылеватый, супесь легкая крупная
1,3
1,35
1,60
1,6
Супесь легкая и пылеватая
1,2
1,25
1,35
1,6
Супесь тяжелая пылеватая, суглинок легкий и легкий пылеватый
1,1
1,15
1,30
1,5
Суглинок тяжелый и тяжелый пылеватый, глина
1,0
1,05
1,20
1,3

Примечания: 1. При возведении насыпей из непылеватых песков в летних условиях допустимая влажность не ограничивается.
2. При возведении насыпей в зимних условиях допустимая влажность песков и непылеватых супесей не должна, как правило, превышать 1,3 W0, супесей пылеватых и суглинков легких - 1,2 W0, других связных грунтов - 1,1 W0 (W0 - оптимальная влажность грунта).

1.4. В тех случаях, когда при проектировании и строительстве земляного полотна насыпей применяют индивидуальные решения согласно СНиП 2.05.02-85, допустимую влажность используемого в насыпи грунта устанавливают на основе комплексной оценки устойчивости и обеспечения стабильности земляного полотна (см. разд. 5).
При этом определяемая расчетом допустимая влажность не должна превышать значений, приведенных в табл. 1.1.
1.5. Влажность грунтов, уплотняемых только катками на пневматических шинах, не должна выходить за пределы значений, приведенных в табл. 1.2.
Таблица 1.2

Грунт
Коэффициент увлажнения Kw при требуемом коэффициенте уплотнения Kу

1-0,98
0,95
0,9
Песок пылеватый, супесь легкая крупная
Не более 1,35
Не более 1,60
-

Супесь легкая и пылеватая
1,25
1,85
1,6
Супесь тяжелая пылеватая, суглинок легкий и легкий пылеватый
1,15
1,20
1,3
Суглинок тяжелый и тяжелый пылеватый, глина
1,05
1,10
1,2

При возведении насыпей в зимний период и их уплотнении только катками на пневматических шинах допустимая влажность песков, супесей и суглинков легких и легких пылеватых не должна, как правило, превышать 1,25-1,15. Использование суглинков тяжелых и глин с влажностью выше оптимальной во II дорожно-климатической зоне в зимний период не рекомендуется. Для южных и юго-западных районов III дорожно-климатической зоны допустимая влажность указанных грунтов не должна превышать (1,05?1,1) Wo в зависимости от абсолютной отрицательной температуры воздуха и наличия атмосферных осадков.
1.6. Степень влажности грунта рекомендуется характеризовать коэффициентом увлажнения Kw, который представляет собой отношение фактической влажности грунта в источнике его получения или в теле насыпи We к оптимальной Wo:
(1.1)
Для ориентировочного определения коэффициента увлажнения оптимальную влажность допускается устанавливать по выражению
(1.2)
где ? - коэффициент, равный для песков и супесей 0,75-0,7, суглинков - 0,6-0,55, глин - 0,5-0,45;
WL - влажность на границе текучести, %.
При влажности грунта выше оптимальной максимально возможную плотность грунта (при уплотнении катками на пневматических шинах) можно считать достигнутой при содержании воздуха в порах песков и супесей 6 %, суглинков - 3 %, глин - 4 %.
При этом максимально возможную (при данной степени влажности) плотность сухого грунта ?d (г/см3) ориентировочно рекомендуется определять по формуле
(1.3)
где ?s - плотность частиц грунта, г/см3;
Vвозд - содержание воздуха в грунте при максимальной плотности, доли единицы;
?в - плотность воды в грунте, г/см ;
We - фактическая влажность грунта, доли единицы.
Для ориентировочных расчетов принимают следующие значения плотности частиц грунта и содержания воздуха в грунте (табл. 1.3).
Таблица 1.3
Грунт
?s, г/см3
Vвозд, доли единицы
Песок, супесь легкая и пылеватая
2,67
0,05-0,08
Супесь тяжелая, суглинок легкий
2,70
0,03-0,04
Суглинок тяжелый, глина
2,72
0,04-0,05

1.7. Расчетные значения плотности каждой разновидности грунтов с влажностью выше оптимальной в источнике их получения следует устанавливать путем их испытания в большом приборе стандартного уплотнения Союздорнии.
При определении параметров стандартного уплотнения испытания необходимо выполнять таким образом. чтобы полученные результаты позволяли построить кривую зависимости плотности сухого грунта от его влажности, особенно ее правую ветвь. При этом диапазон влажности испытуемого грунта должен соответствовать зафиксированным значениям влажности грунта W в источнике его получения (рис. 1.1).






а)


б)


Рис. 1.1. Кривые стандартного уплотнения грунтов четвертичного (а)
и третичного (б) возраста: 1 - суглинок легкий; 2 - суглинок тяжелый;
3 - суглинок тяжелый пылеватый; 4 - глина пылеватая; 5 - глина жирная

Выполненные таким образом испытания для конкретного грунта позволяют уточнить значения допустимой влажности, приведенные в табл. 1.1.
1.8. Для комплексной оценки состояния глинистых грунтов, залегающих в выемках, помимо коэффициента увлажнения, рекомендуется использовать также коэффициент относительной влажности Kо и коэффициент консистенции В:
(1.4)
где Wт, Wp, Ip - соответственно границы и число пластичности.
1.9. При разработке в выемках грунтов с влажностью выше оптимальной и сооружении из них насыпей необходимо с учетом технико-экономического обоснования предусматривать конструктивные, технологические, организационные и мелиоративные мероприятия.
Комплекс этих мероприятий должен обеспечить устойчивость и стабильность земляного полотна, его конструктивных элементов и дорожной одежды в период строительства и эксплуатации автомобильной дороги.
2. Инженерно-геологическая оценка грунтов, залегающих в выемках
2.1. Инженерно-геологическую оценку глинистых грунтов, залегающих в выемках, следует выполнять в целях определения целесообразности их использования в насыпях, установления показателей физико-механических свойств грунтов с естественной и искусственной структурой при зафиксированном диапазоне влажности, разработки проектных решений земляного полотна насыпей и выемок.
2.2. Для получения данных, необходимых для инженерно-геологической оценки грунтов, проводят бурение массива грунта в пределах будущей выемки. При этом устанавливают состав и состояние грунта, характер их изменения по глубине выемки; значения влажности и консистенции грунтов, их оптимальную влажность и максимальную плотность при стандартном уплотнении, склонность к набуханию и усадке; прочностные показатели, характеризующие сопротивляемость сдвигу грунта с искусственной структурой в расчетном диапазоне влажности (степени влажности грунта в источнике его получения).
На литологических буровых колонках отмечают уровни подземных вод. По полученным результатам оценивают залегающие на различных горизонтах грунты по степени их влажности в долях от оптимальной и влажности на границе текучести.
2.3. Если бурение производят в сухие периоды года, необходимо выполнять прогноз возможного повышения естественной влажности грунтов, залегающих на различных горизонтах выемки, вследствие изменения условий увлажнения в расчетные (осенний и весенний) периоды года, а также при разработке выемки. С этой целью анализируют гидрометеорологические данные, а также изменение показателей физических свойств образцов глинистых грунтов с естественной структурой после их полного водонасыщения. Для оценки степе н и изменения влажности необходимо лабораторным путем установить: влажность грунта на отдельных горизонтах выемки, его плотность, плотность частиц грунта, пористость (коэффициент пористости) при естественной влажности и после полного водонасыщения. Лабораторными испытаниями определяют увеличение влажности и консистенцию после водонасыщения, степень влажности и относительную влажность в долях от оптимальной и влажности на границе текучести. В определенных случаях, в частности для дочетвертичных глинистых грунтов, необходимо выполнить испытания на свободное набухание и усадку образцов с естественной и искусственной структурой и установить влажность грунта после набухания.
2.4. В результате инженерно-геологической оценки должны быть получены следующие данные: геологические разрезы по оси выемки и ее бортам; эпюры изменения влажности по глубине выемки (фактические и прогнозируемые); наличие водоносных горизонтов и отметки их уровней; степень влажности и плотность грунта на различных горизонтах; прочностные характеристики грунтов с естественной структурой с их привязкой к установленному диапазону влажности, т.е. зависимость угла внутреннего трения ?w, величины общего сцепления Сw и сцепления, обусловленного водно-коллоидными связями, ?w от влажности.
Полученные данные необходимы для оценки устойчивости откосов выемок и назначения комплекса противооползневых мероприятий.
2.5. Если на основе технико-экономического расчета принято решение использовать в насыпи грунты, разрабатываемые в выемке, необходимо оценивать рассматриваемый массив как источник получения грунта.
Для этой цели в массиве выемки выделяют зоны грунтов с различной степенью влажности, определяют границы и уровни их залегания, источники увлажнения и обусловливающие их факторы. Для обоснования выбора конструкций земляного полотна насыпей из грунтов выемки следует определять прочностные и деформативные характеристики грунта с искусственной структурой при диапазоне влажности, зафиксированном изысканиями в расчетный период или установленном путем прогноза.
2.6. В результате комплексной инженерно-геологической оценки грунтов, залегающих в выемках, должны быть получены данные:
позволяющие оценить устойчивость откосов выемки, назначить комплекс мероприятий по обеспечению их общей и местной устойчивости, запроектировать конструкцию рабочего слоя выемки, разработать проектные решения по понижению уровней подземных вод, в том числе в пределах рабочего слоя;
характеризующие выемку как источник получения грунта для сооружения земляного полотна насыпей различной высоты.
Для прогноза величины осадки грунта с влажностью выше оптимальной в насыпях высотой более 6 м дополнительно следует определять показатели сжимаемости.
Результаты инженерно-геологической оценки должны быть представлены в виде графиков и пояснительной записки, в которой необходимо указать целесообразность разработки выемки и возможность сооружения земляного полотна насыпи в зимний период.
3. Требования к рабочей документации при разработке
выемок и сооружений насыпей
3.1. Рабочая документация должна включать подробную проработку проектных решений по всем видам конструкций земляного полотна при влажности грунтов выше оптимальной.
В зависимости от рабочей отметки и степени влажности грунтов документация должна содержать необходимую информацию о типовых решениях, типовых решениях с индивидуальной привязкой и индивидуальных.
3.2. В рабочей документации по типовым решениям и решениям с индивидуальной привязкой должны быть указаны конструкции земляного полотна насыпей, рассчитанные для конкретных значений степени влажности грунта, разрабатываемого в выемках.
В рабочей документации по типовым решениям с индивидуальной привязкой должен быть приведен также специальный расчет, обосновывающий конструкции переходного слоя.
3.3. Рабочая документация по индивидуальным решениям должна содержать чертежи конструкций земляного полотна насыпей или выемок, обосновывающие расчеты устойчивости и стабильности, допустимые значения коэффициента увлажнения. Такая документация разрабатывается:
для выемок, вскрывающих водоносные горизонты или имеющих в основании водоносный горизонт, а также в глинистых грунтах с коэффициентом консистенции более 0,5;
для выемок с высотой откоса более 6 м в пылеватых грунтах в районах избыточного увлажнения (II дорожно-климатическая зона), а также в глинистых (дочетвертичных) грунтах, теряющих прочность и устойчивость в откосах под воздействием погодно-климатических факторов;
для выемок в набухающих и сильно усадочных глинистых грунтах при неблагоприятных условиях увлажнения;
насыпей высотой более 12 м из грунтов повышенной влажности;
насыпей высотой более 3 м из переувлажненных грунтов.
3.4. В рабочей документации по индивидуальным решениям земляного полотна должны быть приведены расчеты для обоснования:
рациональной конфигурации откосов;
конструкций рабочего слоя в комплексе с дорожной одеждой для получения наиболее экономичных решений в соответствии с п.6.21 СНиП 2.05.02-85;
конструкции дренирующего слоя с водоотводными и водосбросными элементами;
мероприятий по обеспечению общей и местной устойчивости откосов;
конечной величины осадки земляного полотна насыпей и основания и необходимого запаса грунта на осадку;
интенсивности осадки земляного полотна насыпи (и основания, если это определено инженерно-геологической оценкой);
допустимых коэффициентов увлажнения грунта рабочего слоя и земляного полотна насыпей с учетом времени их сооружения - в летний или зимний период;
мероприятий по уменьшению влажности грунта, снижению осадки и времени ее прохождения;
объемов переувлажненного грунта, предназначенных для вывозки в кавальер.
Все проектные решения должны быть учтены при разработке соответствующих разделов сметы строительства.
3.5. В рабочей документации по индивидуальным решениям в разделе "Проект производства работ" необходимо отразить особенности технологии и последовательность выполнения земляных работ, все виды предлагаемых конструктивных элементов, способы осушения грунтов.
3.6. Рабочая документация для конструкций земляного полотна из грунтов с влажностью выше оптимальной должна быть представлена в полном комплекте с взаимной увязкой всех намеченных конструктивных мероприятий и технологических решений.
3.7. В комплект рабочей документации необходимо включать решения (в рабочих чертежах и пояснительной записке, смете) по охране и защите окружающей среды.
4. Принципы назначения конструкций земляного полотна из грунтов с влажностью выше оптимальной
4.1. Конструкции земляного полотна выемок и насыпей назначают в зависимости от рабочей отметки, рельефа местности, условий увлажнения верхней части земляного полотна с учетом состава и состояния залегающего в выемках грунта, который предусмотрено использовать в насыпи.
4.2. Конструкции насыпей с рабочей отметкой до 12 м следует назначать по типовым решениям согласно СНиП 2.05.02-85, если коэффициент увлажнения Kw грунта в источнике его получения (в выемке) будет иметь следующие значения: для супесей легких и пылеватых - не более 1,2; супесей тяжелых пылеватых, суглинков легких и легких пылеватых - не более 1,15; суглинков тяжелых, тяжелых пылеватых и глин - не более 1,05.
Параметры таких насыпей принимают по рис. 4.1.

а)


б)


в)


Рис. 4.1. Конструкции насыпи высотой до 12 м при Kw не более 1,2 для супесей легких и пылеватых, не более 1,15 - для супесей тяжелых пылеватых, суглинков легких и легких пылеватых, не более 1,05 - для суглинков тяжелых, тяжелых пылеватых и глин: 1 - переходный слой; 2 - грунт повышенной влажности;
3 - песчаный грунт с Kw ? 0,5 м/сут; 4 - снимаемый растительный грунт;
5 - слой геотекстиля

При этом конструкцию, представленную на рис. 4.1,а, рекомендуется применять на устойчивых и необводненных основаниях, на рис. 4.1,б - на неустойчивых и обводненных основаниях, на рис. 4.1,в - при дефиците дренирующих грунтов с коэффициентом фильтрации не менее 0,5 м/сут.
Крутизну откосов назначают для насыпей высотой до 3 м не дорогах I-III категорий 1:4, до 2 м на дорогах IV-V категорий - 1:3.
Для насыпей высотой от 3 до 12 м на автомобильных дорогах всех категорий крутизну откосов назначают следующим образом:
для супесей легких и пылеватых, тяжелых пылеватых, суглинков легких и легких пылеватых - по СНиП 2.05.02-85, табл. 23;
для суглинков тяжелых пылеватых, глин пылеватых и жирных при высоте насыпи от 3 до 6 м - по СНиП 2.05.02-85, табл. 23; от 6 до 12 м - по табл. 4.1 настоящих Методических рекомендаций.
4.3. Переходный слой в конструкциях насыпей, который является дополнительным слоем между земляным полотном и основанием дорожной одежды (см. рис. 4.1), устраивают только в случае производства основных работ по сооружению насыпей в зимнее время из суглинков тяжелых, тяжелых пылеватых и глин во II дорожно-климатической зоне для автомобильных дорог I-III категорий. Толщину переходного слоя назначают по расчету, но не менее 0,5 м для дорог I-II категорий и 0,3 м - III категории.
Переходный слой устраивают из песчаных или непылеватых супесчаных грунтов. Кроме того, возможны варианты устройства таких слоев из грунтов, улучшенных стабилизирующими или осушающими добавками.
4.4. Если степень влажности грунта в выемке в период разработки находится в пределах 1,25-1,35 для супесей легких и пылеватых, 1,15-1,2 - супесей тяжелых пылеватых, суглинков легких и легких пылеватых, 1,05-1,15 - для суглинков тяжелых и тяжелых пылеватых, а также глин, то конструкцию земляного полотна насыпи назначают по рис. 4.2,а.



б) в)



Рис. 4.2. Конструкция насыпи высотой до 12 м: а - Kw = 1,25?1,35 - для супесей легких и пылеватых, Kw = 1,15?1,2 - для супесей тяжелых пылеватых, суглинков легких и легких пылеватых, Kw = 1,05?1,15 - для суглинков тяжелых, тяжелых пылеватых и глин; б, в - Kw = 1,2?1,3 - для суглинков легких и легких пылеватых, Kw = 1,15?1,25 - для суглинков тяжелых, тяжелых пылеватых и глин:
1 - переходный слой; 2 - грунт повышенной влажности; 3 - снимаемый растительный грунт; 4 - слой геотекстиля; 5 - песчаный слой

При использовании суглинков легких и легких пылеватых с Kw = 1,2?1,3, суглинков тяжелых, тяжелых пылеватых и глин с Kw = 1,15?1,25 конструкцию насыпи назначают по рис. 4.2, б, в.
Крутизну откосов принимают: для насыпей до 3 м - согласно п. 4.2; от 3 до 6 м - 1:1,75 для всех разновидностей супесей, 1:2 - для суглинка легкого пылеватого; для остальных грунтов, а также при высоте насыпи от 6 до 12 м - по табл. 4.1.
Таблица 4.1

Грунт
Крутизна откосов насыпи в зависимости от коэффициента увлажнения Kw

1,05
1,1
1,15
1,2
1,25
1,3
1,35
Супесь легкая
1,50
1,50
1,50
1,75
2,0
2,5
2,5
Супесь пылеватая
1,75
1,75
1,75
2,0
2,5
2,5
2,5
Супесь тяжелая пылеватая, суглинок легкий
1,75
1,75
1,75
2,0
2,0
2,5
-
Суглинок легкий пылеватый
1.75
2,0
2,00
2,0
2,5
2,5
-
Суглинок тяжелый и тяжелый пылеватый
1,75
2,00
2,00
2,5
2,5
2,5
-
Глина пылеватая
1,75
1,75
2,00
2,5
2,5
-
-
Глина жирная
2,00
2,00
2,00
2,5
2,5
-
-

Толщину переходного слоя назначают по расчету на прочность дорожной одежды (по критерию сдвига) таким образом, чтобы общая толщина рабочего слоя была не более 1 м для супесей и суглинков легких и 1,5 м - для суглинков тяжелых, тяжелых пылеватых и глин во II дорожно-климатической зоне и соответственно 0,8 и 1,2 м в III дорожно-климатической зоне. Если толщина переходного слоя больше высоты насыпи или равна ей, использовать грунты влажностью выше оптимальной не допускается.
4.5. При сооружении насыпей из грунтов с влажностью, указанной в п. 4.4, необходимо учесть их возможную осадку и предусмотреть отсыпку соответствующего дополнительного объема грунта.
Запас на осадку принимают для супесей легких и пылеватых 1,5-3 % высоты насыпи, супесей тяжелых пылеватых, суглинков легких и легких пылеватых - 1-3 %, суглинков тяжелых и тяжелых пылеватых, а также глин - 1-4 %. Причем меньшие значения принимают для грунтов с меньшим коэффициентом увлажнения, а большие - соответственно с большим.
4.6. При залегании в выемках грунтов, степень влажности которых выше предельной или близка к ней, конструкции насыпей назначают в соответствии с рис. 4.1 и 4.2 при условии возможности доведения естественной влажности этих грунтов до допустимой. В противном случае грунты с предельной влажностью должны быть удалены в кавальер.
4.7. Конструкции земляного полотна в выемках назначают по индивидуальному проекту для всех случаев, указанных в п. 3.3 настоящих Методических рекомендаций. В выемках необходимо предусматривать: укрепленные водоотводные канавы для регулирования стока поверхностных вод в пределах верхней части земляного полотна (рабочего слоя выемки); закюветные полки шириной не менее 3-3,5 м; подкюветные или закюветные перехватывающие дренажные системы для понижения уровня подземных вод, осушения или исключения возможности переувлажнения грунтов рабочего слоя выемки; перехватывающие, присыпные или горизонтальные дренажи в откосах; перехватывающие дренажные системы за пределами выемки; нагорные канавы; конструкции, обеспечивающие местную устойчивость от образования сплывов, оплывин, размывов.
4.8. При проектировании конструкций земляного полотна в выемках в глинистых грунтах, степень влажности которых в зоне рабочей отметки рабочего слоя равна или больше предельной (см. табл. 1.1), следует предусматривать частичную или полную замену таких грунтов дренирующими непучинистыми. Замене подлежат грунты на глубине 1,5 м от поверхности покрытия во II дорожно-климатической зоне и 1,2 м - в III дорожно-климатической зоне на автомобильных дорогах I-III категорий. Для автомобильных дорог IV-V категорий эта глубина может быть уменьшена на 25 %.
5. Комплексная оценка устойчивости и стабильности земляного полотна при разработке индивидуальных конструкций насыпей и выемок
5.1. Для обоснования проектной конфигурации насыпей высотой более 12 м, определения допустимой влажности используемого для отсыпки грунта из выемки необходима комплексная оценка устойчивости и стабильности земляного полотна.
Расчеты осуществляют в такой последовательности:
оценивают устойчивость откосов по прочности и определяют рациональную конфигурацию конструкции при допустимой степени влажности используемого грунта;
определяют на основе реологического анализа длительную устойчивость откосов и выполняют прогноз деформаций ползучести;
для расчетной конфигурации насыпи устанавливают конечную величину осадки нестабильных слоев грунта повышенной влажности и время ее завершения.
5.2. Для оценки устойчивости откосов насыпей по прочности следует использовать метод круглоцилиндрической поверхности скольжения (КЦПС) в интерпретации Союздорнии с применением ЭВМ для массовых расчетов.
При залегании в основании грунтов повышенной влажности, переувлажненных или слабых необходимо оценивать устойчивость основания также методом КЦПС. Расчетная кривая должна при этом проходить в слабых грунтах основания.
Для выполнения расчетов устойчивости необходимы следующие данные: рабочие отметки насыпи по всей длине участка ее сооружения из грунтов выемки; диапазон влажности разрабатываемых грунтов; зависимости прочностных характеристик грунта насыпи и ее основания ?w, Сw, ?w, Сc от влажности в зоне сдвига.
5.3. Расчет устойчивости выполняют для нескольких (по менее трех) рабочих отметок (высот насыпей) и нескольких заложений откосов. Рациональную конфигурацию откосов для каждой рабочей отметки определи -ют следующим образом. Рассчитывают общую устойчивость насыпи высотой Н при нескольких заложениях откосов, принимаемых, например, по табл. 4.1. Для каждого заложения и каждой i-й пары прочностных характеристик используемого грунта Сwi и tg ?wi или Сci и tg ?wi определяют коэффициент устойчивости насыпи данной высоты. Причем каждая пара значений прочностных характеристик грунта должна соответствовать одному из значений влажности в расчетном диапазоне. По результатам расчета строят зависимости коэффициентов устойчивости К1 (для Сwi и tg ?wi) и К2 (для Ссi и tg ?wi) от влажности для конкретной рабочей отметки (высоты насыпи) Н и различных заложений откоса mi : К = f (W) (рис. 5.1).
Этот график может быть перестроен и представлен в виде зависимости коэффициента устойчивости от заложения откоса при различных значениях влажности для конкретной высоты насыпи (рис. 5.2).
5.4. Проектирование расчетной (по условию прочности - первое предельное состояние) конфигурации откосов насыпей при Н ? 12 м осуществляют следующим образом.
По оси абсцисс графика К1 = f (W) откладывают расчетный, а также допустимый (см. табл. 1.1) диапазоны влажности для данного грунта; по оси ординат - значение требуемого коэффициента устойчивости Ктр (см. п. 5.6). Через точку, соответствующую значению Ктр на оси ординат, проводят прямую, параллельную оси абсцисс; точки пересечения с кривыми К1 = f (W) при mi = const сносят на ось абсцисс. Точки пересечения прямой, проведенной через точку, соответствующую Ктр, с кривыми для различных заложений откоса будут соответствовать их расчетным значениям, а величины абсцисс для этих точек - расчетному значению допустимой влажности грунта.



Рис. 5.1. Зависимость прочностных характеристик грунта и коэффициента устойчивости откоса от влажности грунта

5.5. В диапазоне допустимых влажностей грунта при К1 = Ктр на основе построенных по результатам расчета графиков (см. рис. 5.1, 5.2) для данной рабочей отметки насыпи получают несколько расчетных заложений откосов, каждое из которых соответствует определенному допустимому (по степени влажности грунта) значению влажности.



Рис. 5.2. Зависимость коэффициента устойчивости насыпи высотой 20 м
от показателя заложения откоса при различной влажности грунта: ____ - при расчете устойчивости по К1; - - - - то же, по К2

Выбор заложения (крутизны) откоси для заданной рабочей отметки осуществляют в зависимости от степени влажности используемого грунта. Допустимая степень влажности конкретного грунта в конструкции насыпи определяется (при заданной высоте) максимально возможным заложением откосов по условиям размещения земляного полотна и полосы отвода, однако она не должна превышать значений, приведенных в табл. 1.1.
Окончательный выбор расчетного заложения и допустимой степени влажности грунта следует осуществлять на основе технико-экономического обоснования.
5.6. Требуемый коэффициент устойчивости насыпи Ктр по прочности (первое предельное состояние) следует определять по выражению
(5.1)
где Кн - коэффициент надежности по назначению сооружения (см. СНиП 2.02.01-83), Кн = 1,25 - для дорог I категории, Кн = 1,1 - для II и Кн = 1,1 - для III категории;
nc - коэффициент сочетания нагрузок; nc = 1?0,9;
no - коэффициент перегрузки; no = 1,1 - для выемок, no = 1,2 - для насыпей;
то - коэффициент условий работы; то = 0,9 - для пылевато-глинистых грунтов в стабилизированном состоянии (выемки), то = 0,85 - в нестабилизированном состоянии.
5.7. При необходимости сооружения насыпей из суглинков тяжелых пылеватых и глин следует выполнить прогноз возможной потери устойчивости откосов во времени, уточнить параметры конструкции и диапазон допустимой влажности грунта.
С этой целью определяют коэффициент устойчивости по порогу ползучести (К2) для запроектированной из условия прочности (К1) конструкции насыпи. Расчетные значения tg ?w и Сc должны соответствовать установленному значению допустимой влажности.
Если К2 ? 1, то длительная устойчивость откосов насыпи обеспечена. При К2 < 1 в откосах насыпи возможны деформации ползучести; в этом случае необходимо оценить их устойчивость при учете только остаточной прочности грунта (Коу).
Расчет осуществляют по методу КЦПС, подставляя в формулу для определения коэффициента устойчивости значения параметров остаточной сдвиговой прочности tg ?n и ?w, соответствующие расчетной влажности. Если условие Коу ? 1 не удовлетворяется, то следует рассмотреть вопрос о снижении рабочей отметки насыпи, изменении ее конфигурации или уменьшении допустимой влажности грунта.
5.8. В тех случаях, когда К2 < 1, но Коу ? 1, следует оценить величину деформации ползучести за период межремонтного срока службы дороги.
Прогнозируемое значение деформации опускания бровки ?Z (м) определяют по зависимости
(5.2)
где т - крутизна откоса;
Д - коэффициент деформируемости, м2/с;
t - расчетный период, равный межремонтному сроку службы автомобильной дороги, с.
Коэффициент деформируемости рассчитывают по формуле
(5.3)
где ? - плотность грунта, кг/м3;
g - ускорение свободного падения, м/с2;
? - единичное сечение площадью 1 м2;
?w - коэффициент вязкости грунта насыпи при допустимой влажности, установленной при оценке устойчивости откосов по прочности, Па(с.
Расчетные значения коэффициента вязкости, необходимые для определения коэффициента деформируемости Д, следует принимать: для четвертичных суглинков и глин - 1(1013 Па(с, дочетвертичных суглинков - 1(1012 Па(с, жирных глин - 1(1011 Па(с.
5.9. Прогнозируемое значение ?Z сравнивается с допустимыми значениями ?Zo (табл. 5.1), принимаемыми из условия нераспространения деформаций ползучести под дорожную одежду.
Таблица 5.1
Категория дороги
Крутизна откоса насыпи 1 : т
Допустимое значение ?Zo

1 : 1,5
16
I
1 : 2,0
14

1 : 3,0
12

1 : 1,5
23
II
1 : 2,0
20

1 : 3,0
18

1 : 1,5
29
III
1 : 2,0
26

1 : 3,0
23

Если ?Z < ?Zo, то изменение отметки бровки удовлетворяет условиям эксплуатации насыпи, в частности безопасности движения.
В противном случае необходимо предусмотреть мероприятия, обеспечивающие нормальную эксплуатацию насыпи: уменьшение допустимой влажности грунта для данной конструкции насыпи; увеличение показателя крутизны откосов при ранее установленной допустимой влажности; применение специальных конструктивных элементов в виде армирующих грунтовых прослоек (см. разд. 6).
5.10. При сооружении насыпей из глинистых грунтов (с влажностью выше оптимальной) дочетвертичного возраста (например, палеогеновых, неогеновых и т.п.) определяют коэффициент устойчивости К2 откосов, используя только характеристики порога ползучести tg ?w и Сс. Проектирование требуемого заложения осуществляется с учетом рекомендаций пп. 5.3-5.5. Значение К2 для принятой высоты и заложения, соответствующее допустимому коэффициенту увлажнения, не должно превышать единицы. Реологический анализ в этом случае не проводят.
5.11. После определения расчетной конфигурации насыпи оценивают осадку конечную и во времени. С этой целью выполняют расчет: величины конечной осадки, времени ее постижения; времени достижения заданной относительной деформации (например, соответствующей 80 или 90 % конечной осадки), интенсивности уплотнения на заданный период времени, времени достижения допустимой интенсивности уплотнения Для данного тина покрытия (в соответствии со СНиП 2.05.02-85, п. 6.30), плотности грунта расчетного слоя, достигаемой в процессе его доуплотнения под нагрузкой от собственного веса и веса вышележащих слоев насыпи.
Полученные данные следует использовать для обоснования дополнительных объемов грунта ( запас на осадку), времени устройства покрытия и оценки достигаемого коэффициента уплотнения в консолидируемой зоне.
5.12. Перед выполнением расчета осадки составляют расчетную схему, разделяя запроектированную конструкцию насыпи на две зоны - консолидируемую (активную) под нагрузкой от веса грунта вышележащих слоев ha и неконсолидируемую (пассивную) hп.
Мощность неконсолидируемой (пассивной) зоны устанавливают по формуле
(5.4)
где Рo - предельная (пороговая) нагрузка от собственного веса вышележащих слоев грунта, под воздействием которой происходит доуплотнение нижележащих слоев, МПа;
?w - удельный вес грунта насыпи, Н/см3; ?w = ?sg.
Для глинистых грунтов с влажностью (1,1?1,4) Wo и плотностью, соответствующей степени уплотнения (0,8?0,95) ?dmax, величина пороговой нагрузки составляет 0,025-0,1 МПа (0,25-1 кгс/см2) (?dmax - максимальная плотность сухого грунта).
Мощность консолидируемой (активной) зоны ha устанавливают по разности общей высоты насыпи (ее рабочей отметки) и мощности пассивной зоны hп:
(5.5)
где Н - высота насыпи, м (отсчет ведется от проектной отметки).
5.13. Для оценки величины доуплотнения слоев консолидируемой зоны выполняют расчет осадки.
Для этого выделяют в консолидируемой зоне расчетные слои грунта (рис. 5.3) и устанавливают их мощность и показатели физико-механических свойств.



Рис. 5.3. Расчетная схема для прогноза осадки: 1 - неконсолидируемая (пассивная) зона насыпи hп; 2 - то же, консолидируемая (активная) ha;
3 - нагрузка от веса грунта неконсолидируемой зоны и собственного веса
грунта консолидируемой зоны; 4 - расчетные слои; Zi - координата
середины слоя

5.14. При сооружении насыпей из неоднородных по составу или состоянию грунтов величина конечной осадки определяется как сумма осадок нестабильных слоев в консолидируемой зоне, а время завершения ее интенсивной части - по наиболее неблагоприятному слою, исходя из условий увлажнения, дренирования, величины передаваемой на расчетный слой нагрузки и водопроницаемости грунта.
5.15. При использовании однородного грунта конечную осадку определяют путем суммирования осадок каждого расчетного слоя в консолидируемой зоне, а время осадки - также по наиболее неблагоприятному слою.
5.16. Расчетные слои в консолидируемой зоне насыпи устанавливают по условию однородности напряженно-деформированного состояния грунта. Для этого определяют нормальные напряжения:
на поверхности расчетного слоя, расположенного непосредственно под дорожной одеждой и переходным слоем (hобщ), - как распределенную нагрузку от их веса ( Р = ?w hобщ);
на поверхности расчетного слоя, расположенного под неконсолидируемой зоной насыпи, - как распределенную нагрузку от веса всех остальных конструктивных слоев;
на поверхности последующих слоев - с учетом нагрузки от веса всех вышележащих слоев и веса дорожниц одежды;
на подошве расчетного слоя - как сумму напряжений ниаповерхности слоя и нагрузки от собственного веса грунта расчетного слоя.
Для ориентировочных расчетов осадки расчетная нагрузка Р для предварительно выделенных слоев может быть определена без учета изменения напряжений по высоте насыпи от веса вышележащих слоев по формуле

5.17. Для оценки степени однородности слоя на основе компрессионных зависимостей необходимо определить модули осадки, соответствующие максимальному и минимальному напряжениям в предварительно выделенном расчетном слое. Слой считается однородным, если найденные компрессионные параметры отличаются друг от друга но более чем на 10 %.
5.18. Для расчета осадки грунта в консолидируемой зоне по результатам компрессионных испытаний для каждого расчетного слоя определяют модуль осадки грунта lpzi = ?p ( 1000 мм/м, где ?p - относительная деформация, соответствующая расчетной нагрузке на данный слой (рис. 5.4).

а) б)


Рис. 5.4. Зависимость относительной деформации образцов глинистых грунтов
от нагрузки при коэффициенте увлажнения Kw1 (а) и Kw2 < Kw1 (б):
1, 2, 3, 4, 5 - при коэффициентах уплотнения
соответственно Kу1 > Kу2 > Kу3 > Kу4 > Kу5

Осадку грунта S (м) рассчитывают по формуле
(5.6)
где lpzi - модуль осадки грунта по компрессионной кривой, соответствующий расчетной нагрузке на глубине zi для данного слоя, мм/м;
Нi - мощность расчетного слоя, м.
5.19. Для комплексной оценки времени достижения заданной относительной деформации и плотности грунта активной зоны следует учитывать, что в общем случае консолидация после мгновенной осадки имеет три стадии: дофильтрационную, фильтрационную и за счет ползучести скелета грунта (рис. 5.5).



Рис. 5.5. Зависимость изменения относительной деформации во времени образцов глинистых грунтов с различной высотой h < h2 < h3

5.20. Расчетным слоем в насыпи для прогноза времени достижения заданной относительной деформации или завершения интенсивной части осадки назначается слой с наиболее невыгодными условиями для его консолидации, к которым относятся: наибольшие коэффициент увлажнения грунта, действующая нагрузка от веса вышележащих слоев и удаление от дренирующего слоя.
5.21. В тех случаях, когда в результате предварительного анализа по указанным факторам сложно оценить расчетный слой для прогноза времени завершения осадки, необходимо провести консолидационные испытания образцов с соответствующими плотностью и влажностью грунта для каждого слоя под нагрузкой, действующей на этот слой, в условиях компрессионного опыта (одномерной задачи).
5.22. По полученным опытным кривым консолидации для различных расчетных слоев насыпи оценивается характер протекания процесса консолидации.
В результате могут быть получены следующие варианты сочетания этапов консолидации на момент достижения заданной относительной деформации и предшествующих этапов для различных слоев:
1-й - ?i = ?мгн +?iдф;
2-й - ?i = ?мгн +?дф + ?iф;
3-й - ?i = ?мгн +?дф + ?iп;
4-й - ?i = ?мгн +?дф + ?ф + ?iп;
5.23. Если для слоев, наряду с остальными, будет получен 3-й или 4-й вариант кривой консолидации, то за расчетный принимается соответственно 3-й или 4-й вариант.
Если для слоев, наряду с остальными, будут получены и 3-й и 4-й варианты кривой консолидации, то оценивается интенсивность осадки по кривой консолидации на момент достижения заданной относительной деформации каждым слоем. В этом случае за расчетный принимается слой с наибольшей интенсивностью осадки, зависящей от вязкостных свойств грунта и величины действующей нагрузки.
Если для слоев будут получены 1-й и 2-й варианты кривой консолидации или только 2-й, то за расчетный следует принимать 2-й вариант. Скорость протекания консолидации в этом случае будет зависеть от водопроницаемости грунта, величины действующей нагрузки и пути фильтрации отжимаемой воды.
5.24. Путь фильтрации воды из расчетного слоя определяется в зависимости от условий фильтрации, предопределяемых расположением дренирующих слоев в насыпи.
Путь фильтрации воды для расчетного слоя равен его мощности, если слой находится между слоями дренирующего и недренирующего грунта, и половине его мощности, если он расположен между слоями дренирующего грунта.
В тех случаях, когда расчетный слой находится между слоями недренирующего грунта, путь фильтрации равен половине ширины большего основания слоя.
5.25. Заданную относительную деформацию ?iдф, достигаемую к моменту времени t, на стадии дофильтрационной консолидации определяют по формуле
(5.7)
где ?мгн - мгновенная относительная осадка;
тр - угловой коэффициент касательной к данной точке (на данный момент времени) кривой ? = f (lg t) в пределах логарифмического цикла;
(5.8)
5.26. На стадии фильтрационной консолидации время достижения заданной относительной деформации реального слоя T?iф определяется по формуле
(5.9)
где t?iф - время достижения заданной относительной деформации образца, мин;
Нф - путь фильтрации воды в расчетном слое, м;
hф - путь фильтрации воды из образца, см;
n - показатель степени консолидации (для глинистых грунтов с Kw = 1,1?1,4 ориентировочно может быть принят равным 1).
5.27. Прогноз осадки во времени, соответствующий последней стадии, осуществляют по формуле
(5.10)
где ?in - расчетная относительная деформация на стадии ползучести;
?ф - относительная деформация, соответствующая завершению фильтрационной консолидации;
- угловой коэффициент кривой консолидации;
t?in - время достижения ?in;
t?ф - время завершения фильтрационной консолидации.
5.28. Для оценки интенсивности (скорости) осадки необходимо построить кривую осадки во времени реального слоя насыпи, используя формулы (5.7), (5.9) и (5.10).
Скорость консолидации ни первой и последней стадиях следует определять соответственно по формулам:
(5.11)
(5.12)
где t < tф < tп.
Прогноз интенсивности уплотнения на стадии фильтрационной консолидации целесообразно осуществлять с помощью графиков; с этой целью кривую осадки реального слоя насыпи во времени необходимо перестроить в линейном масштабе ? = f (t). На этот же график наносят график осадки с заданной скоростью, который представляет собой прямую. Абсцисса точки касания последней к кривой ? = f (t) определяет момент времени, когда будет достигнута заданная скорость (интенсивность).
5.29. При оценке времени протекания процесса осадки следует учитывать, что дофильтрационная консолидация завершается, как правило, в период строительства; время завершения фильтрационной консолидации в зависимости от указанных выше факторов ориентировочно составляет от 6 мес до 1 года, а в ряде случаев - до 2-3 лет; консолидации ползучести - от 1 года до 5 лет и более.
5.30. Плотность сухого грунта ?d, достигаемую под действием той или иной нагрузки, т.е. на различных горизонтах, в заданный момент времени и коэффициент уплотнения Ку определяют по результатам компрессионных и консолидационных испытаний по формулам:


5.31. Для предварительного прогноза осадки и времени ее завершения для суглинков тяжелых пылеватых и глин могут быть использованы данные соответственно табл. 5.2 и 5.3.
Таблица 5.2
Коэффициент увлажнения Kw
Относительная деформация в консолидируемой зоне ?
Модуль осадки lp, мм/м
Начальный коэффициент уплотнения Kу
Нагрузка Р, МПа
Ориентировочная мощность слоя над расчетным горизонтом Z, м
1,1-1,2
0,01-0,02
10-20
> 0,90
< 0,2
< 10
1,1-1,2
0,02-0,05
20-50
< 0,90
< 0,2
< 10
1,2-1,3
0,05-0,10
50-100
? 0,90
0,2-0,4
10-20
1,3
0,10-0,25
100-250
> 0,90
0,2-0,4
10-20
1,3
0,20-0,25
200-250
< 0,90
0,2-0,4
10-20
Таблица 5.3
Коэффициент увлажнения Kw
Нагрузка Р, Мпа
Ориентировочная мощность слоя над расчетным горизонтом Z, м
Время завершения интенсивной части осадки
1,1-1,2
0,1-0,3
5-15
Период строительства
1,2-1,9
До 0,2
0,2-0,4 (0,6)
До 10
10-20 (40)
До 6 мес
8-10 мес
1,3-1,4
До 0,2
0,2-0,4 (0,6)
До 10
10-20 (40)
6-12 мес
От 1 года до 2-3 лет

Примечания: I. Значения начального коэффициента уплотнения Ку равны или близки к 0,9.
2. В скобках указаны максимальные значения.

5.32. Комплексная оценка устойчивости земляного полотна выемок должна включать: оценку общей и местной устойчивости откосов; оценку устойчивости к образованию выпора или выдавливания на уровне рабочей отметки или отметки отдельных ярусов в процессе разработки выемок; определение предельной крутизны откосов, которая может быть временно принята в процессе строительства в зависимости от сезона работ.
При выполнении оценочных расчетов необходимо учитывать влияние следующих факторов: наличия горизонтов (уровней) подземных вод (в том числе и верховодки в весенний период), попеременного промерзания-оттаивания и набухания-высушивания в поверхностных зонах на глубину не менее 2 м; глубины залегания слоев грунта с низкими прочностными характеристиками, их наклона к горизонту и т.п.
Оценку устойчивости однородных откосов выполняют по методу КЦПС (общая устойчивость) и по единичному элементу в пределах поверхностной зоны, (местная устойчивость) при соответствующих расчетных значениях влажности и плотности грунта на установленных горизонтах . Для неоднородных по литологии и показателям физико-механических свойств грунтов откосов выемок оценку устойчивости выполняют комплексно, используя методы: КЦПС; горизонтальных сил для проверки возможности смещения отдельных блоков по слоям грунта с низкими прочностными характеристиками; равноустойчивого откоса; метод, основанный на оценке напряженного состояния в основании или на уровне отдельных ярусов при залегании на соответствующих горизонтах слабых глинистых грунтов, особенно дочетвертичного возраста. Крутизну откоса выемки, высоту ярусов, ширину полок устанавливают на основе анализа всех результатов оценочных расчетов. Для размещения водоотводных сооружений за пределами верхней бровки необходимо определять также ширину отсека обрушения по верху выемки.
6. Конструктивные мероприятия по обеспечению надежности насыпей из грунтов влажностью выше оптимальной
6.1. Конструктивные мероприятия по обеспечению надежности насыпей из грунтов влажностью выше оптимальной включают: устройство переходных слоев в верхней части насыпей для обеспечения расчетной прочности дорожной одежды; устройство прослоек в теле насыпей для повышения устойчивости откосов и снижения общей величины осадки, а также для обеспечен и я движения построечного транспорта; уположение откосов, в том числе создание откосов переменной крутизны; устройство берм в откосных частях.
6.2. Расчет толщины переходного слоя h0 осуществляют по критерию сдвига в подстилающем грунте повышенной влажности согласно "Инструкции по проектированию дорожных одежд нежесткого типа" ВСН 46-83 (Минтрансстрой. М., 1985). Переходный слой при этом принимают в качестве дополнительного слоя основания дорожной одежды. Он находится в пределах рабочего слоя насыпи или выемки.
6.3. Значения расчетной влажности Wрасч грунтов, уложенных в земляное полотно при Kw > 1, вычисляют по формуле
Wрасч = (6.1)
где - среднее значение влажности грунта; принимается согласно табл. 6 ВСН 46-83 с учетом табл. 9 прил. 2;
? - добавка, доли WL, к среднему значению влажности, связанная с дополнительным зимним влагонакоплением в грунтах; принимается по табл. 6.1;
tн - коэффициент нормированного отклонения, принимаемый в зависимости от заданного уровня проектной надежности Кн конструкции порожной одежды (табл. 6.2);
? - коэффициент вариации влажности, равный 0,1.
Таблица 6.1
Грунт
Дорожно-климатическая зона
Добавка ? к среднему значению влажности, доли WL, при Kw


1,15
1,25
1,35
Супесь пылеватая и
II1
0,020
0,044
0,070
тяжелая пылеватая,
II2
0,015
0,037
0,055
суглинок пылеватый

III
0,010
0,030
0,045
Суглинок легкий и
II1
0,015
0,045
0,085
тяжелый, глина
II2
0,011
0,035
0,065


III
0,010
0,027
0,052
Таблица 6.2
Кн
0,60
0,85
0,90
0,95

0,26
1,06
1,32
1,71

6.4. Расчетные прочностные характеристики грунтов при расчетной влажности Wрасч принимают по табл. 10 прил.2 ВСН 46-83.
6.5. Для предварительного назначения толщины переходного слоя при расчетах используются ориентировочные данные, приведенные в табл. 6.3.
Таблица 6.3
Дорожно-климатическая
Категория
Толщина переходного слоя, см
зона
дороги
Супесь пылеватая, суглинок
Суглинок тяжелый, глина
I1
I-II
30/50
40/80

III
25/30
30/50
II2
I-II
25/40
30/50

III
20/25
25/40
III
I-II
-/40
30/40

III
-/20
20/30

Примечание. Над чертой приведены значения толщины слоя при Kw = 1,25, под чертой - при Kw = 1,35.

6.6. Прослойки для повышения или обеспечения устойчивости откосов насыпей применяют в случае сооружения насыпей выше 12 м из суглинков тяжелых и пылеватых глин. Прослойки устраивают из песчаных или супесчаных грунтов.
6.7. Расчет общей толщины армирующих прослоек, достаточной для обеспечения устойчивости откосов и стабильности земляного полотна, выполняют следующим образом.
Строят график зависимости K = f (W) (см. рис. 5.1) при различных значениях крутизны откоса mi насыпи высотой Н. Если для расчетного значения mi (при данной влажности грунта в выемке) не соблюдается условие К = Ктр, то следует запроектировать армирующие прослойки. Для этой цели на оси абсцисс этого же графика устанавливают значение влажности, которому соответствует при рассмотренных условиях значение К1 = Ктр. По графику зависимости сцепления и угла внутреннего трения от влажности (см. рис. 5.1, б) находят расчетные значения Стр и tg ?тр, которые соответствуют требуемому коэффициенту общей устойчивости откосов проверяемой конструкции насыпи.
Далее общую мощность армирующих прослоек ?hi в теле насыпи высотой Н и крутизной mi устанавливают по рис. 6.1 или по формулам:


где tg ?гр, Сгр, tg ?тр, Стр - расчетные и требуемые значения прочностных характеристик грунта при К = Ктр;
tg ?n, Сп - расчетные значения прочностных характеристик грунта прослоек;


(см. рис. 6.1)



Рис. 6.1. Зависимость суммарной толщины прослоек ?hi
от параметра ? для насыпей различной высоты:
1-20 м; 2-15 м; 3-12 м; 4-10 м; 5-8 м; 6-6 м; 7-4 м

При устройстве слоев из супесчаных грунтов последовательно выполняют расчет по обеим формулам - (6.2) и (6.3), а в качестве расчетных принимают большие значения ?hi. При использовании для прослоек песчаных грунтов для расчетов применяют формулу (6.3).
6.8. После определения расчетной суммарной толщины грунтовых армирующих прослоек устанавливают толщину отдельных слоев и их рациональное расположение в теле насыпи, используя метод КЦПС для многослойного откоса. При этом целесообразно применять ЭВМ и программы Союздорнии. Первоначальную толщину прослоек назначают 0,5-1,5 м, а расстояние между ними - 1-2 м.
Рациональное расположение прослоек в теле насыпи устанавливают на основе комплексных расчетов устойчивости, учитывая при этом изменение крутизны откоса и наличие берм.
Целесообразно назначать армирующие прослойки в нижней части насыпи. Толщина такой прослойки может быть определена следующим образом. На основе оценки общей устойчивости насыпи строится график зависимости коэффициента устойчивости от ее высоты при заданных допустимой влажности грунта и крутизне откоса. По графику определяют такую расчетную высоту Нр, при которой для указанных условий обеспечивается требование К = Ктр. Разность между расчетной и фактической высотой насыпи дает требуемую толщину прослойки в основании, которую располагают на 0,5-1 м выше уровня земли.
6.9. В целях усиления армирующих песчаных или супесчаных прослоек, а также исключения перемешивания их с грунтами повышенной влажности земляного полотна насыпи - тяжелыми суглинками и глинами - при коэффициенте их увлажнения 1,2 и более прослойки целесообразно устраивать в сочетании с геотекстильными элементами. Геотекстильный материал размещают в основании грунтовых прослоек.
6.10. При назначении армирующих грунтовых прослоек и размещении их в активной зоне насыпи следует учитывать снижение общей величины осадки за счет уменьшения толщины расчетного слоя в активной зоне на толщину прослойки (см. разд. 5).
6.11. Прослойки из песчаных и супесчаных грунтов могут выполнять только технологические функции обеспечивать проезд построечного транспорта, предупреждать колееобразование и другие деформации от землеройно-транспортных машин. Толщину прослоек из суглинков тяжелых и глин при допустимых коэффициентах увлажнения назначают соответственно 0,5 и 0,3 м при условии их армирования геотекстильным материалом.
6.12. Необходимость устройства берм устанавливают расчетом по общей методике (см. разд. 5). Расчетом обосновывают также расположение берм по высоте насыпи, их ширину и крутизну откосов разделяемых частей насыпи. Как правило, бермы целесообразно назначать в ее нижней, контрфорсной части в зависимости от рабочей отметки земляного полотна (рис. 6.2).
При применении ЭВМ для массовых расчетов устойчивости получают зависимости Кi = f (b) или Кi = f (Zi) при заданных Н0 и mi, где b и Zi - ширина бермы и горизонт ее расположения в конструкции; Н0 и mi - высота и крутизна откоса между бермами. Для Кi = Ктр определяют рациональную конфигурацию насыпи и допустимый коэффициент увлажнения.
При сооружении насыпи из глинистых грунтов дочетвертичного возраста расположение берм назначают также исходя из обеспечения местной устойчивости частей откосов между ними.



Рис. 6.2. Конструкция насыпи с бермами: 1 - растительный грунт (0,15 м);
2 - засев трав по слою растительного грунта толщиной 0,15 м; 3 - снимаемый растительный грунт

6.13. Для обеспечения местной устойчивости откосов насыпей их поверхность должна быть укреплена. В качестве основного способа укрепления следует использовать гидропосев трав по растительному грунту толщиной не менее 0,2 м. При использовании глинистых грунтов дочетвертичного возраста следует устраивать защитные слои из непучинистых грунтов во II дорожно-климатической зоне и неусадочных - в III. Защитный слой устраивают толщиной от 0,3 до 1 м (в последнем случае для жирных глин дочетвертичного возраста). Для уменьшения толщины защитного слоя он может быть армирован геотекстильным материалом.
Укрепление гидропосевом трав в этом случае назначают по поверхности защитного слоя.
7. Особенности технологии и организации работ
7.1. При разработке технологии сооружения земляного полотна и выборе, комплектов машин для рассматриваемых условий, наряду с требованиями основных нормативных документов по дорожному строительству, необходимо учитывать: наличие в источнике получения грунтов на различных горизонтах с различной степенью влажности от оптимальной до предельной, т.е. переувлажненных, удаляемых в большинстве случаев в кавальер; период разработки выемки и сооружения насыпи (сезон, условия работы в самом сезоне). При разработке технологии также устанавливают последовательность осуществления организационных, конструктивных и технологических мероприятий и опытным путем определяют эффективность предлагаемых в проекте технологий для фактических условий производства работ.
7.2. Организация разработки выемок из грунтов повышенной влажности и укладки их в насыпь должна включать два взаимоувязанных, но самостоятельных (с точки зрения технологии и механизации этих работ) процесса: сооружение земляного полотна и выполнение комплекса мероприятий, обеспечивающих его устойчивость и стабильность.
7.3. Выбор и назначение комплектов машин для выполнения основных земляных работ необходимо осуществлять на основе оптимизации плана перемещения грунта повышенной влажности, а также переувлажненного из выемок в насыпи или кавальеры с учетом: дорожно-климатической зоны строительства; сезона производства земляных работ; вида, состава и состояния грунта; необходимости выполнения специальных работ по его мелиорации; объемов земляных работ и характера их распределения по линейным и сосредоточенным объектам на конкретном участке строительства.
7.4. В проектах производства работ при использовании глинистых грунтов повышенной влажности с числом пластичности более 12 следует учитывать неизбежное снижение производительности землеройно-транспортных машин и возможности достижения норм плотности уплотняющей техникой в соответствии с табл. 7.1-7.3.
Таблица 7.1

Технологический процесс

Тип машины
Производительностьх) машин в зависимости
от коэффициента увлажнения Kw


1,05
1,1
1,2
1,3
Подготовка дорожной полосы
Снятие и перемещение плодородного слоя почвы на расстояние, м:
до 80



Бульдозер на тракторе кл. тяги 10-15



0,95



0,90



0,80



0,65
300
Скрепер самоходный с ковшом вместимостью 8-10 м3
0,90
0,80
0,60
0,40


Экскаватор с ковшом вместимостью 0,5-1 м3 и автомобиль-самосвал грузоподъемностью 8-12 т
0,95
0,90
0,75
0,60
Сооружение земляного полотна
Разработка грунта в боковых резервах и мелких выемках с перемещением в насыпь высотой до 1,5 м на расстояние, м:
до 80





Бульдозер на тракторе кл. Тяги 10-15





0,95





0,85





0,75





0,60
800
Скрепер самоходный с ковшом вместимостью 8-10 м3
0,85
0,75
0,45
0,30
Разработка грунта в выемках или притрассовых карьерах с перемещением в насыпь или кавальер на расстояние, м:










300
Скрепер прицепной с ковшом вместимостью 4,5-8 м3
0,95
0,80
0,60
0,40
600-1000
Скрепер самоходный с ковшом вместимостью 8-10 м3
0,85
0,75
0,55
0,35


Экскаватор с ковшом вместимостью 0,5-1 м3 и автомобиль-самосвал грузоподъемностью 10-12 т
0,90
0,85
0,68
0,50
свыше 1000
Экскаватор с ковшом вместимостью 0,5-1 м3 и автомобиль-самосвал грузоподъемностью 8-12 т
0,90
0,85
0,70
0,55
Рыхление грунтов в выемках в зимнее время
Рыхлитель на тракторе кл. тяги 15-25
0,95
0,85
0,70
0,50
Устройство и содержание подъездных дорог и съездов
Автогрейдер средний, тяжелый
0,95
0,85
0,65
0,35
Разравнивание грунта в насыпях при послойной
Автогрейдер средний, тяжелый
0,95
0,85
0,60
0,30
отсыпке
Бульдозер кл. тяги 15
0,05
0,90
0,80
0,65
Уплотнение грунтов в насыпях земляного полотна слоем, см:
20-25



Каток прицепной и полуприцепной на пневматических шинах массой 25 т



0,95



0,80



0,70



0,60
35-40
Каток самоходный с кулачковым вибровальцом массой 22 т
0,95
0,85
0,80
0,70
35-40
(в зимних условиях)
То же, с решетчатым вибровальцом
0,95
0,83
0,75
0,65
Отделочные и укрепительные работы, планировка поверхности земляного полотна и дна боковых и при -трассовых резервов
Автогрейдер средний, тяжелый
0,95
0,85
0,60
0,30

х) Производительность машин указана в долях производительности при коэффициенте увлажнения грунта Kw = 1.

Таблица 7.2

Тип машины
Расстояние перемещения,
Производительность машин, тыс. м3
в смену, в зависимости от коэффициента увлажнения Kw

м
1,0
1,05
1,1
1,2
1,3
Бульдозер гусеничный с отвалом:
поворотным, кл. тяги 10


20


0,460


0,4370


0,4140


0,3680


0,2990

40
0,160
0,1520
0,1440
0,1280
0,1040

60
0,142
0,1349
0,1278
0,1136
0,0923

80

0,130
0,1235
0,1170
0,1040
0,0845
неповоротным, кл. тяги 10
20
0,260
0,2470
0,2340
0,2080
0,1690

40
0,140
0,1330
0,1260
0,1120
0,0910

60
0,096
0,0912
0,0864
0,0768
0,0624

80

0,074
0,0703
0,0666
0,0592
0,0481
неповоротным, кл. тяги 15
20
0,820
0,7790
0,7380
0,6560
0,5330

40
0,480
0,4560
0,4320
0,3840
0,3120

60
0,304
0,2888
0,2736
0,2432
0,1976

80

0,230
0,2185
0,2070
0,1840
0,1495
Скрепер прицепной с ковшом вместимостью, м3:
6


200


0,22


0,2090


0,176


0,132


0,088

300

0,17
0,1615
0,136
0,102
0,069
10
300
6,27
0,2565
0,216
0,162
0,108

400

0,23
0,2185
0,184
0,138
0,092
15
400
0,42
0,3990
0,336
0,252
-

500
0,36
0,3420
0,288
0,216
-

600

0,31
0,2945
0,248
0,186
-
Скрепер самоходный с ковшом вместимостью, м3:
8 (типа Д-35711)


400


0,35


0,2975


0,2625


0,1575


0,1050

600
0,30
0,2550
0,2250
0,1350
0,0900

800

0,24
0,2040
0,1800
0,1080
0,0720
15 (типа ДЗ-115)
600
0,54
0,4590
0,4050
0,2970
-

800
0,45
0,3825
0,3375
0,2475
-

1000
0,41
0,3485
0,3075
0,2255
-

1200

0,37
0,3145
0,2775
0,2035
-
Экскаватор с ковшом
1000
1,26
1,1340
1,0710
0,8820
0,6930
вместимостью 1,25 м3
2000
1,26
1,1340
1,0710
0,8820
0,6930
(Э-1252)и автомобиль-
4000
1,26
1,1340
1,0710
0,8820
0,6930
самосвал грузоподъемностью 12 т (КрАЗ-256Б)

6000
1,26
1,1340
1,0710
0,8820
0,6930
Экскаватор с ковшом
1000
1,40
1,2600
1.1900
0,9800
0,7700
вместимостью 1,6 м3
2000
1,40
1,2600
1,1900
0,9800
0,7700
(Э-1602)и автомобиль-
4000
1,40
1,2600
1,1900
0,9800
0,7700
самосвал грузоподъемностью 12 т (КрАЗ-256Б)
6000
1,40
1,2600
1,1900
0,9800
0,7700
Таблица 7.3

Тип машины

Тип грунта
Толщина слоя,
Производительность машин, тыс. м3 в смену,
в зависимости от Kw


см
1
1,05
1,1
1,2
1,3
Каток прицепной и
Связный
20-25
0,9-1,0
0,95-1,14
0,80-0,96
0,70-0,84
0,60-0,72
полуприцепной на пневматических шинах массой 25 т

Несвязный
20-30
1,0-1,2
0,85-0,95
0,72-0,80
0,63-0,70
0,54-0,60
Каток, прицепной кулачковый массой 9-18 т
Комковатый, связный
15-20
0,8-1,0
0,76-0,95
0,68-0,85
0,64-0,80
0,56-0,70
Каток прицепной решетчатый массой 25 т
То же
30-40
1,2-1,4
1,15-1,33
1,00-1,10
-
-

7.5. Особенности технологии разработки выемок в грунтах влажностью выше оптимальной заключаются в следующем.
В период подготовительных работ, которые необходимо выполнять с опережением основных работ не менее чем на 3 мес в весенне-летний и 1-1,5 мес в осенне-зимний периоды, осуществляют строительство временных подъездных коммуникаций, временных водоотводных сооружений и дренажей несовершенного типа для перехвата подземных вод и осушения разрабатываемых горизонтов выемок.
Плодородный слой следует снимать только в весенне-летний период после оттаивания и схода снегового покрова с площадей, отводимых под земляное полотно насыпей и соответствующих ширине выемок поверху с учетом размещения водоотводных канав. Не следует снимать плодородный слой полностью со всей площади поверхности массива выемки или основания насыпи, чтобы не допустить дополнительного насыщения влагой за счет атмосферных осадков.
7.6. Снятие плодородного слоя почвы выполняют бульдозерами класса тяги 10-15. В тех случаях, когда проектом производства работ предусматривается вывоз плодородного слоя почвы для временного хранения или использования в сельском хозяйстве, рекомендуется применять экскаваторы с ковшом вместимостью 0,65 м3 либо фронтальные погрузчики грузоподъемностью 2 т с автомобилями-самосвалами грузоподъемностью 10 т.
7.7. Технологию разработки выемки выбирают в зависимости от ее рабочей отметки, степени обводнения, наличия горизонтов подземных вод и характера их выклинивания в откосных частях. При наличии ярко выраженных уровней подземных вод постоянного действия и запроектированных в связи с этим траншейных дренажей разработка глубоких выемок производится поярусно. Причем разработку нижних ярусов следует начинать только после устройства дренажных конструкций всех типов и выполнения комплекса мероприятий по обеспечению местной устойчивости откосов.
7.8. Неглубокие, но обводненные или мокрые выемки необходимо разрабатывать после устройства дренажей для понижения горизонта подземных вод и осушения грунта в выемке.
7.9. При разработке выемок применя