Вопрос 3. Частичное удаление слабого грунта

4.24. Удаление верхней части слабой толщи с заполнением траншеи дренирующим грунтом даёт комплексный эффект повышения прочности и ускорения достижения заданной степени консолидации основания.

Частичное удаление слабого грунта из основания насыпи целесообразно в случаях:

- необходимости жёсткого ограничения отметки проезжей части, когда соблюдение условия прочности требует устройства массивной насыпи определённой толщины;

- если верхние слои слабой толщи имеют значительно меньшую прочность, чем нижние; для ускорения стабилизации осадки, если по каким-либо причинам нецелесообразно применение временной пригрузки или вертикального дренирования.

Типовая схема конструкции с частичной заменой слабого слоя показана на рис. 4.5.

Расчёт конструкции насыпи с частичным удалением слабого грунта из основания проводят по выше изложенным методикам, исходя из требований несущей способности основания и ускорения осадки.

Рис. 4.5. Схема частичного удаления грунта:

а - подготовка траншеи; б - вид после устройства насыпи

При расчёте устойчивости необходимо учитывать заглубление подошвы насыпи относительно поверхности грунта. Расчёт глубины замены слабого грунта из условия ускорения осадки выполняют по формуле

                                                    (44)

где Н - полная толщина сжимаемого слоя;

t_тр - требуемый срок достижения осадки допускаемой интенсивности;

t_расч - расчётный срок достижения конечной осадки без замены слабого грунта.

Предварительное осушение слабой толщи

4.25. Существенное улучшение свойств водонасыщенных слабых грунтов, в том числе сокращение величины и длительности осадки, повышение несущей способности и проходимости в период строительства достигается предпостроечным осушением толщи открытыми канавами. Обязательным условием эффективности осушения являются достаточное время и обеспечение непрерывного стока воды из канав. В дальнейшем сооружения для предпостроечного осушения дорожной полосы должны служить водоотводными сооружениями в период эксплуатации дороги.

4.26. Осушение дорожной полосы следует выполнять не позднее, чем за год до строительства дорожной одежды (при стадийном строительстве устройство земляного полотна можно начинать одновременно с осушением).

При необходимости повышения проходимости болотных залежей в зоне производства работ их осушение выполняют за 1 - 2 года до начала строительства дороги.

Осушительные канавы следует устраивать симметрично по обеим сторонам земляного полотна на расстоянии 2 - 3 м от подошвы насыпи с максимально возможной глубиной по условиям стока воды и производства работ.

Продольный уклон по дну осушительных канав должен быть не менее 5 ‰ (на начальных участках длиной до 200 м - 3 ‰). Крутизна откосов осушительных канав должна быть принята от 1:0,25 для малоразложившихся торфов до 1:1 - для слабых органоминеральных и минеральных грунтов.

Лекция 2. Метод предварительной консолидации

Вопрос 1. Метод постепенного загружения слабого основания

4.27. Наиболее простым и достаточно эффективным методом повышения несущей способности слабого основания насыпи является метод постепенного его загружения (предварительной консолидации).

Постепенное загружение применяется на основаниях 2-го типа, а также на основаниях 1-го типа при использовании временной пригрузки в случаях, когда прочность слабых грунтов в природном состоянии недостаточна для восприятия расчётной нагрузки.

4.28. Метод постепенного загружения заключается в назначении определённого режима возведения насыпи для необходимого повышения прочности слабого грунта расчётного слоя при уплотнении под давлением отсыпаемых слоев насыпи. Требуемый режим возведения насыпи определяется, исходя из условия Р_факт < P_без, которое должно соблюдаться в процессе сооружения насыпи.

Применение метода постепенного загружения будет тем эффективнее, чем интенсивнее упрочняется слабый грунт. В этом отношении наиболее благоприятными являются торфяные грунты. Грунты типа иольдиевых глин и глинистые грунты группы А, Б, В (см. п. 2.23) упрочняются мало, в связи с чем применение рассматриваемого метода для них оказывается малооправданным.

4.29. Расчёт режима постепенного загружения слабого основания производится с учётом взаимосвязи показателей влажности, прочности и осадки слабых грунтов. При этом расчётную влажность толщи, соответствующую той или иной величине осадки S_t, устанавливают по формуле

                            (45)

где W_нач и W_кон - соответственно начальная и конечная (т.е. эквивалентная заданной нагрузке) влажность грунта;

S_t - осадка за любой момент времени;

S_кон - расчётная (конечная) осадка при данной нагрузке.

Примечание. Формула применима при S_t / S_кон ≥ 0,4.

4.30. Расчет целесообразнее выполнять графоаналитическим методом в следующем порядке:

- задаются тремя-четырьмя значениями осадки S_t и, зная расчётную (конечную) осадку S_кон, вычисляют значения расчётной влажности, отвечающие этим осадкам, по приведённой формуле;

- по экспериментальным расчётным кривым _w = f(W) и c_w = f(W)определяют значения _w и c_w для полученных значений влажности;

- при найденных _w и c_w вычисляют значения P_без и строят зависимость Р_без = f(S);

- полученную кривую заменяют некоторой ступенчатой линией, отображающей реальный характер процесса отсыпки насыпи; ступенчатую линию проводят таким образом, чтобы её абсциссы не отличались более чем на 10 % от абсцисс заменяемых криволинейных участков (что обеспечит примерное постоянство фактической нагрузки). Построенная линия представляет собой допустимый режим отсыпки насыпи, представленный в функции от величины осадки;

- определяют расчётные значения вертикальных сжимающих напряжений в слое при принятых ступенях прикладываемой нагрузки и строят консолидационные кривые для этих ступеней в виде зависимости осадки основания от времени при различных нагрузках на поверхности;

- используя график реального режима отсыпки и построенные кривые консолидации, строят график осадки во времени с учётом режима нагружения.

График даёт возможность получить искомую зависимость режима нагружения слабого основания в зависимости от времени. Эту зависимость можно перестроить непосредственно в технологический график зависимости толщины отсыпаемого слоя от времени.

4.31. Метод расчёта основан на учёте скорости осадки и изменении состояния и свойств грунтов на этапе фильтрационной консолидации (т.е. без учёта вторичной консолидации).

При слоистой толще расчёт осложняется, однако принцип сохраняется такой же. В таких случаях необходимо учитывать, что на разных этапах консолидации опасным может быть не один и тот же слой слабой толщи.

4.32. Для упрощения практических расчётов можно выполнять их в обратном порядке: задавшись режимом нагружения, наиболее реальным для конкретных условий производства земляных работ, проверяется возможность его осуществления путём сравнения величины безопасной нагрузки на несколько моментов времени с фактической нагрузкой на те же моменты времени. Если безопасная нагрузка окажется в какой-либо момент меньше действующей, то необходимо изменить режим отсыпки и повторить расчёт.

Величины ступеней нагружения целесообразнее принимать кратными толщинам слоев, принимаемым по условиям технологии послойного уплотнения грунтов насыпи.

Пример расчёта режима возведения насыпи приведён в приложении 5 (Д).