5.3 Требования к степени уплотнения грунтов земляного полотна

Чтобы в теле насыпи не возникало просадок от уплотнения под действием собственного веса, давления проезжающих автомобилей и попеременного увлажнения и просыхания, пористость грунта должна соответствовать напряжениям, действующим внутри насыпи.

1 – внешняя нагрузка; 2 – напряжение от внешней нагрузки; 3 – напряжение от собственного веса грунта; 4 – суммарная эпюра напряжений.

Для определения необходимой степени уплотнения высоту насыпи разделяют на несколько зон. Требуемая степень уплотнения грунта в каждой из зон назначается в соответствии с действующими в ее пределах напряжениями и водно-тепловым режимом грунта.

Требования к уплотнению грунтов нормируют по значению плотности скелета грунта δ_п, которую выражают в долях от максимальной стандартной плотности δ_max, соответствующей стандартному уплотнению, выполняемому в лаборатории при оптимальной влажности грунта. Отношение δ_п/ δ_max называется коэффициентом уплотнения.

В верхнем слое насыпи («рабочий слой») толщиной до 1,5 м и в пределах зоны сезонного в выемках и основаниях низких насыпей до глубины 1,2 м уплотнение грунтов должно соответствовать:

• для связных грунтов – давлению внутренних сил, вызывающих осадку;

• для супесей, легких суглинков и песков – напряжению от автомобилей.

В средних слоях насыпей на расстоянии 6,0 м от бровки при отсутствии подтопления и ниже слоя промерзания в выемках водный режим земляного полотна относительно постоянен. В пределах этой зоны может быть допущена несколько меньшая степень уплотнения, чем в верхних слоях.

Для нижних слоев насыпей на глубине от бровки более 6,0 м, где грунт при кратковременных подтапливаниях может подвергаться капиллярному увлажнению и последующему просыханию, к степени уплотнения грунтов предъявляются требования, близкие к требованиям к верхним слоям насыпей.

5.4 Устойчивость земляного полотна на косогорах

Насыпь, возведенная на косогоре, может сползти вниз, если составляющая ее веса, направленная параллельно косогору, окажется больше силы трения, удерживающей насыпь на месте.

Согласно рисунку удерживающая сила

R = Q f cosα,

где Q – вес насыпи;

f – коэффициент трения насыпного грунта по поверхности косогора;

α – угол наклона косогора.

Сила, сдвигающая насыпь

F = Q sinα.

Отсюда коэффициент устойчивости

К_у = R/F = (Q f cosα)/ (Q sinα) = f/i,

где i – поперечный уклон косогора.

Мероприятия по повышению устойчивости насыпи на косогорах сводятся к увеличению значения коэффициента трения f. С этой целью при поперечных уклонах местности от 1:10 до 1:5 из-под насыпи обязательно удаляют дерн. При поперечном уклоне от 1:5 до 1:3 на поверхности косогора устраиваются уступы высотой 0,5 м. При уклоне местности более 1:3 возводят подпорные стенки или отсыпают контрбанкеты.

Если насыпь возведена на наклонных напластованиях, залегающих на устойчивых горных породах, подстилающий грунт в результате нагрузки от веса насыпи может оползти. Аналогичное явление может наблюдаться при подрезании откосом выемки наклонных слоев грунта. В этом случае проверка устойчивости насыпи производится по методу проф. Г.М. Шахунянца, в соответствии с которым проверка устойчивости сводится:

• к выделению в оползающей части массива в соответствии с очертаниями поверхности скольжения вертикальных отсеков таким образом, чтобы основание отсека можно было принять прямолинейным (а);

• к оценке устойчивости каждого из отсеков под влиянием собственного веса и передающегося давления смежных отсеков. При этом каждый отсек рассматривается как затвердевший массив (б).

а) разбивка на отсеки; б) условия равновесия одного отсека.

Давление, передающееся от i-го отсека на нижерасположенный (I + 1)-й отсек,

F_i = F_i-1cos(α_i – α_i-1) + Q_i sinα_i – Q_i cosα_i tgφ – cL_i,

где F_i-1 – давление, передающееся от отсека, расположенного выше;

Q_i – вес отсека и приходящаяся на него сила давления насыпи;

L_i – длина поверхности скольжения;

φ – угол внутреннего трения сползающего грунта;

c – сцепление грунта.

Если для вышерасположенной секции сила F_i-1 имеет отрицательное значение, то ее в расчет не вводят.

Коэффициент устойчивости каждого отсека

.

Последовательно рассматривая условия устойчивости группы отсеков, можно определить места наиболее вероятного возникновения трещин разрыва, соответствующие границам отсеков со значениями К_уi, меньшим 1, и мест образования бугров выпирания у нижних границ тех же отсеков.