Требования к инженерным изысканиям и проектированию земляного покрытия

где Есл - модуль упругости  слабого грунта в его расчетном  состоянии под насыпью;

hH - толщина насыпи;

Hсл - мощность слабой  толщи;

D - расчетный диаметр  отпечатка колеса;

Ен - модуль упругости  грунта насыпи.

 На стадии разработки  инженерного проекта конструкцию  земляного полотна следует обосновывать  поэтапно. На стадии обоснования инвестиций целесообразно рассматривать такие варианты конструкций, уточнение которых на стадии инженерного проекта и рабочей документации давали бы возможность снизить строительную стоимость без снижения уровня надежности.

На первом этапе выделяют участки, для которых дальнейшая проработка варианта с использованием слабого грунта в основании нецелесообразна, и участки, где этот вариант может быть целесообразным.

Применительно к первым участкам принимается окончательное  решение (за исключением особо сложных случаев, где удаление слабых грунтов связано с применением специальных методов).

Для участков, где использование  слабых грунтов представляется целесообразным, на первом этапе принимают предварительное  решение, которое затем подлежит уточнению при разработке рабочей документации. В особо сложных случаях могут быть предусмотрены специальные обследования и опытные работы для окончательного обоснования.

 Для обоснования  выбора конструкции земляного  полотна проект должен содержать:

материалы подробного инженерно-геологического обследования грунтовой толщи на участках залегания слабых грунтов, включая данные по мощности отдельных слоев и расположению их в плане и по глубине, а также данные по расчетным значениям физико-механических характеристик грунтов этих слоев, положению уровня грунтовых вод и т.п.;

исходные данные по проектируемой  насыпи (высота и другие геометрические параметры, а также свойства грунтов, укладываемых в насыпь), расчетные  условия движения и данные по особенностям условий эксплуатации;

результаты инженерных расчетов, обосновывающие принятую конструкцию;

указания по порядку  сооружения запроектированной конструкции.

 Объем, состав и  методы получения данных, необходимых  для обоснования конструкции  земляного полотна, так же как  и методы расчетов, зависят от стадии проектирования.

Земляное полотно на участке залегания слабых грунтов  в общем случае проектируют в  следующем порядке:

на основе результатов  инженерно-геологических обследований намечают расчетные участки и  устанавливают расчетные параметры слабой толщи и характеристик слагающих ее грунтов;

устанавливают минимально допустимую высоту насыпи на данном участке, руководствуясь условиями водно-теплового  режима, снегозаносимости и исключения упругих колебаний;

с учетом минимально допустимой высоты наносят красную линию, устанавливают расчетную высоту насыпи на различных поперечниках и намечают расчетные поперечники;

определяют расчетом величину осадки на расчетных поперечниках;

проверяют устойчивость основания на расчетных поперечниках;

прогнозируют длительность завершения осадки;

намечают варианты конструктивно-технологических  решений, обеспечивающих в случае необходимости  повышение устойчивости, ускорение  осадки или снижение ее величины;

выполняют расчеты по этим вариантам и выбирают оптимальный;

дают рекомендации по наиболее рациональной технологии механизации  и организации работ;

выполняют наблюдения в  процессе строительства и (в случае необходимости) вносят коррективы в  расчеты по фактическим данным с  целью уточнения объемов земляных работ, режима возведения насыпи, сроков устройства дорожной одежды и т. д.

Грунты, применяющиеся  в дорожном строительстве

 

 Грунты для сооружения земляного полотна по своим физико-механическим характеристикам должны обеспечивать устойчивость основной площадки насыпей и выемок и их откосов и исключать возможность образования деформаций при оттаивании, промерзании и пучении.

Земляное полотно как  основание дороги возводится из естественных и искусственных грунтов.

Грунты для дорожного  строительства классифицируются на крупнообломочные, песчаные и глинистые. Наибольшее распространение имеют глинистые грунты, которые по показателю текучести подразделяются на твердые, полутвердые, пластичные и текучие.

Грунты по степени  увлажнения и допустимой влажности  разделяются на недоувлажненные, нормальные и повышенной влажности.

При замерзании по степени  пучинистости грунты классифицируются на 5 групп.

Для определения типов  грунтов, их плотности и влажности  в полевых условиях необходимо пользоваться таблицами.

 Условия использования грунтов для устройства земляного полотна, ограничения их применения в зависимости от грунтов приведены в табл. 1.

Таблица 1

Грунты	Ограничения для применения	Условия использования грунтов
Скальные, крупнообломочные, дренирующие песчаные, а также супеси легкие крупные	Без ограничения при условии  обеспечения устойчивости земляного  полотна	Во всех случаях
Недренирующие мелкие и пылеватые  пески и супеси легкие	При отсыпке в воду	При всех условиях, в том числе на болотах I и II типов, за исключением отсыпки грунтов в воду, при пересечении водотоков и водоемов, а также болот III типа
Глинистые грунты, кроме избыточно  засоленных	В случаях увлажненных грунтов  основания и тела насыпи	Во всех случаях при влажности, не превышающей установленные нормы: на сухом основании - для насыпей высотой до 12 м; на сыром и мокром основании - для насыпей не менее установленных высот

 

 Грунты, а также шлаки и золошлаковые смеси допускаются к использованию в качестве материала для насыпей с ограничением. К таким грунтам относятся скальные из легковыветривающихся размягчаемых пород, мелкие недренирующие и пылеватые пески, глинистые грунты, лессы, барханные пески, засоленные, набухающие, вечномерзлые, сланцевые глины, мел, опоки и др. Целесообразность применения этих грунтов устанавливается в зависимости от природных условий, технико-экономических обоснований конструкции и способов защиты земляного полотна от вредных природных факторов.

Глины мергелистые, сланцевые, жирные, меловые, тальковые и трепельные разрешается применять только для сооружения верхней части пойменных и подтопляемых насыпей.

 Не допускаются для сооружения насыпей следующие грунты:

глинистые избыточно  засоленные;

глинистые с влажностью, превышающей допустимую;

торф, ил, мелкий песок  и глинистые грунты с примесью ила и органических веществ;

верхний почвенный слой, содержащий в большом количестве корни растений, - для насыпей  высотой до 1 м;

тальковые, грунты и трепелы - для насыпей на мокром основании;

грунты, содержащие гипс в количествах, превышающих пределы, установленные для II - IV дорожно-климатических зон, - для насыпей на участках со следующими основаниями: с сухими и сырыми - 40 %, мокрыми - 30 % по массе;

для нижней части пойменных  и подтопляемых насыпей железных дорог - во всех дорожно-климатических зонах.

 Для насыпей, возводимых средствами гидромеханизации, следует применять дренирующие грунты.

Использование мелких, пылеватых  песков и супесей разрешается  при условии, что в теле возводимой насыпи частицы размером менее 0,1 мм не будут превышать 15 %.

При отсыпке грунта в  воду следует применять скальные или крупнообломочные грунты, песок  крупный или средней крупности.

 Для сооружения насыпей в условиях вечной мерзлоты должны максимально использоваться скальные или песчаные грунты из сосредоточенных резервов (карьеров), закладываемых на водоразделах или поймах и на террасах рек.

 По температуре вечномерзлые грунты, используемые для сооружения земляного полотна, разделяются на низкотемпературные от минус 1,5 - 2 °С и ниже, высокотемпературные выше минус 1,5 - 2 °С.

 Грунты в теле насыпи должны быть уплотнены до требуемой плотности по ГОСТ 22733-77. Объем грунта, необходимого для возведения насыпи, определяется с учетом коэффициента уплотнения. Для верхней части железнодорожной насыпи толщиной 0,5 - 1 м не допускается применять грунты, абсолютное значение коэффициента уплотнения которых менее 1,05 г/см³.

                    Требования к выбору грунтов

Для устройства земляного  полотна должны применяться грунты и отходы промышленных предприятий, мало меняющие свою прочность и устойчивость под воздействием погодно-климатических факторов.

Пылеватые грунты на дорогах  с капитальными покрытиями во II и III климатических зонах допускаются  лишь для отсыпки нижней части  насыпи. Верхнюю же часть земляного полотна на 1,2 м при цементобетонных покрытиях и 1,0 м при асфальтобетонных во II климатической зоне необходимо отсыпать из непылеватых, преимущественно песчаных и супесчаных грунтов. ВIII климатической зоне применение непучинистых грунтов обязательно в верхней части полотна в соответствии с типом покрытия на высоту 1,0-0,8 м.

Насыпи на сопряжении с мостами следует отсыпать из непучинистых дренирующих грунтов. Не допускается использовать в пределах рабочего слоя мергелистые глины, глинистые  сланцы, трепел и другие особые грунты без специальных технико-экономических  обоснований .

При возведении насыпей  не допускается использование илистых  грунтов (ила, мелкого песка с примесью торфа или ила, жирных глин с примесью ила), сильно засоленных недренирующих грунтов и торфа.

Отсыпка насыпей должна производиться из однородных грунтов  слоями на всю ширину земляного полотна, толщиной, назначаемой в зависимости от имеющихся средств уплотнения. При использовании грунтов, различных по своим физико-механическим свойствам, недопустима их беспорядочная отсыпка, так как в этом случае внутри насыпи возможно образование водяных мешков и плоскостей скольжения вышележащих грунтов по нижерасположенным глинистым (рис. 1).

 

 

Рис. 1. Примеры отсыпки  грунтов в насыпь: а, б- правильная отсыпка; в, г - неправильная отсыпка; 1 - дренирующий грунт; 2 - плохо дренирующий грунт

 

 

Мало дренирующие грунты следует отсыпать в нижние слои насыпи, а хорошо дренирующие - в верхние. Для обеспечения внутреннего  водоотвода поверхность слоев менее  дренирующих грунтов, расположенных  под слоями более дренирующих  грунтов, должна иметь поперечный уклон от оси насыпи к обочинам не менее 40 %о. Во избежание неравномерных осадок сопряжение двух соседних участков насыпи, отсыпаемых из различных грунтов, должно устраиваться по наклонной плоскости путем постепенного замещения одного грунта другим. При уширении насыпей существующих дорог присыпаемый грунт должен быть, как правило, однородным с грунтом старой насыпи. При неоднородности присыпаемый грунт должен обладать лучшими дренирующими свойствами. При возведении земляного полотна грунты должны разрабатываться и отсыпаться при влажности, близкой к оптимальной. Переувлажненные и чрезмерно сухие грунты разрабатываются с большим трудом и плохо уплотняются.

По трудности разработки все грунты подразделяются на одиннадцать  категорий. К первым трем относятся нескальные, к четвертой - полускальные грунты. Остальные категории составляют скальные грунты. Земляное полотно возводится преимущественно из нескальных грунтов. I категория - легкие грунты (песок, супесь, растительный грунт и т. д.); II - средние (суглинок, песок и супесь с включением гальки, камней, корней); III - тяжелые (глина, гравий, галька, растительный грунт и торф с корнями деревьев и т. д.); IV - очень тяжелые (крупная галька, тяжелая глина, дресва и др.).

 

 

 

 

 

 

Используемая литература

 

1. В.Ф. Бабков, О.В. Андреев «Проектирование автомобильных дорог -I»

2. М.Н. Першин, Г.И. Артюхин «Возведение земляного полотна автомобильных дорог». Учебное пособие/ СПбГАСУ – СПб., 2007. 

3. http://www.complexdoc.ru/ntdtext/485308/2 - Руководство по сооружению земляного полотна автомобильных дорог.