Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)»
СибАДИГ.И. Гречнева
В.С. Акимова
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
НА СЛ БЫХ ГРУНТАХ
Уче но-методическое пособие
Омск • 2018
УДК 625.731:625.711.83 |
____________________________ |
ББК 39.311-043 |
Согласно 436-ФЗ от 29.12.2010 «О защите детей от информа- |
|
ции, причиняющей вред их здоровью и развитию» данная про- |
Г81 |
дукция маркеровке не подлежит. _________________________ |
|
Рецензенты:
СибАДИканд. техн. наук, доц. В.Г. Степанец (СибАДИ); генеральный д ректор, канд. техн. наук О.Г. Бабак (Омский СоюзДорНИИ)
Работа утверждена редакционно-издательским советом СибАДИ в качестве учебно-метод ческого пособия.
Гречнева, Гал на Илларионовна.
Г81 Проект рован е земляного полотна автомобильных дорог на слабых
грунтах [Электронный ресурс] : учебно-методическое пособие / Г.И.
Гречнева, В.С. Ак мова. – Омск : Сиб ДИ, 2018. – URL: http://bek.sibadi.org/ cgi-bin/irbis64r plus/cgiirbis 64 ft.exe. - Режим доступа: для авторизованных пользователей.
Состоит из двух разделов: первый содержит теоретическую основу вопроса, приведены контрольные вопросы; второй – методику расчета земляного полотна с торфом в нижней части насыпи и примерами расчетов для выполнения лабораторных работ. Студентам предлагается произвести вышеупомянутый расчет с помощью программного продукта Microsoft Office Excel, выполненный авторами пособия.
Имеет интерактивное оглавление в виде закладок.
Разработано для обучающихся всех форм обучения направления «Строительство» (бакалавриат магистратура) профилей и магистерских программ до-
рожной отрасли и специальности «Строительство уникальных зданий и соору-
жений» дорожной специализации при проектировании земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах.
Подготовлено на кафедре «Проектирование дорог».
Мультимедийное издание (3,2 МБ)
Системные требования: Intel. 3,4 GHz; 150 Мб; Windows XP/Vista/7; DVD-ROM;
1 Гб свободного места на диске; программа для чтения pdf-файлов: Adobe Acrobat Reader; Foxit Reader, Google Chrome ;
Windows Media Player, колонки
Редактор Н.В. Павлова
Техническая подготовка Н.В. Кенжалинова Издание первое. Дата подписания к использованию 28.12.2018
Издательско-полиграфический комплекс СибАДИ. 644080, г. Омск, пр. Мира, 5 РИО ИПК СибАДИ. 644080. г. Омск, ул. 2-я Поселковая, 1
©ФГБОУ ВО «СибАДИ», 2018
Ссылки на документы кликабельны
ВВЕДЕНИЕ
Настоящее учебно-методическое пособие разработано на основе «Пособия по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах» (к СНиП 2.05.02–85*) и Инструкции по проектированию и строительству автомобильных дорог нефтяных и газовых про-
мыслов Западной Сибири. (ВСН 26–90).
СибАДИментах дорожной отрасли.
В пособии рассмотрены вопросы инженерно-геологических изы-
сканий проект рован я земляного полотна автомобильных дорог на
участках распространения слабых грунтов. Приведены схемы и расчетный аппарат, необход мые для оценки устойчивости и осадки слабых основан й насыпей, а также для проектирования отдельных конструк- тивно-технолог ческ х мероприятий. Изложены уточненные методики
полевых |
лабораторных испытаний различных разновидностей слабых |
грунтов. |
Представленный в пособии материал основан на полученных |
в последн е годы результатах научно-исследовательских работ в этой |
|
области, а также с учетом изменений в нормативно-технических доку- |
|
Полученные знания студенты закрепляют на практических и лабораторных работах, осваивая методику расчета земляного полотна с торфом в нижней части насыпи.
В результате изучения студенты овладевают способностью проводить предварительное технико-экономическое обоснование проектных расчетов, разрабатывать проектную и рабочую техническую документацию, оформлять законченные проектно-конструкторские работы, контролировать соответствие разрабатываемых проектов технической документации заданию, стандартам, техническим условиям и другим нормативным документам.
3
1.ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
ВЗАБОЛОЧЕННЫХ РАЙОНАХ
1.1. Классификация болот и торфяных грунтов
С
Болота и их классификация
Болота – избыточно увлажненные в течение большей части года участки местности, сложенные торфяными грунтами. Торфяной грунт
– органом неральная масса, содержащая более 60% (по весу) расти-
тельных остатков |
отличающаяся большой сжимаемостью и малой |
плотностью. |
|
Грунты, в которых содержание растительных остатков менее 60%,
называются заторфованными.
Участки местности, где застаиваются поверхностные воды или систематически про сход т увлажнение грунтовыми водами, но торфяной
покров отсутствует |
не превышает 30 см, называютсязаболоченными. |
ли |
|
|
процессы, т.е. неполное разложение бо- |
лотной раст тельности при затруднительном доступе воздуха и |
|
большой влажности, протекают как в условиях холодного арктическо- |
|
го, такБолотообразовательныеи в условиях су тропического климатов, поэтому болота и за- |
|
болоченные участки распространены повсеместно. Однако наибольше- |
|
го развития болота достигают в зоне избыточного увлажнения и уме- |
|
ренного климата, т.е. в I и II дорожно-климатических зонах, иногда яв- |
|
ляясь основным элементомАландшафта. |
|
Например, в нефтегазоносных районах Западной Сибири заболо- |
|
ченность составляет от 30% (в тундре) до 80% (в тайге) при общей пло- |
|
щади болот около 0,5 млн км2 с запасом торфа около 90 млрд тонн (су- |
|
хой вес). |
Д |
|
|
Не следует рассматривать болота только как зло, помеху для дея- |
|
тельности человека; в природе все рационально, взаимообусловлено. |
|
Болота – аккумулятор влаги, регулятор стока рек; торф – топливо, сы- |
|
рье для получения |
ряда ценных продуктов, удобрение, т. е. народнохо- |
зяйственная ценность. Чрезмерное осушениеИболот в настоящее время осуждается, на них организуются заповедники.
Дорожников болота интересуют с точки зрения прокладки на них дорог. В этом отношении болота создают определенные затруднения и представляют естественные препятствия для строительства дорог. Стоимость строительства дорог на болотах в 2–3 раза выше, чем в обычных условиях.
По характеру поверхностного стока и степени увлажнения болота и заболоченные участки относят к 3-му типу местности (мокрые места).
4
Торфяные грунты относятся к категории слабых грунтов. Применительно к условиям дорожного строительства под слабыми понимают грунты, которые удовлетворяют хотя бы одному из трех критериев для торфа:
сопротивляемость сдвигу по крыльчатке СКР 75 кПа (0,75 кгс/см2) СКР < 15 кПа;
модуль осадки lр 50 мм/м при нагрузке p = 250 кПа (2,5 кгс/см2) |
lр > 300 мм/м; |
||
модуль деформации ЕД < 5 МПа (50 кгс/см2) при той же нагрузке |
ЕД < 500 кПа |
||
(ЕД < 5000 кПа). |
|
||
Болота образуются не только на отрицательных формах рельефа, во |
|||
впадинах |
ли речных долинах, но также на водоразделах и горных скло- |
||
исхожден |
|
||
нах. |
|
|
|
СПо услов ям расположения и питания водой, т.е. по условиям про- |
|||
|
|
я, разл чают олота: |
|
верховые, о разующиеся при застое атмосферных осадков на во- |
|||
|
нообразных |
|
|
дораздельных участках с малыми уклонами; |
|
||
н з нные, о разующиеся в результате зарастания водоемов или в |
|||
котлов |
|
впадинах за счет питания от грунтовых вод. |
|
Верховые болота на всю глу ину состоят из торфа, обычно имеют |
|||
|
|
А |
|
большую глубину, например, глу ина рямов в Западной Сибири дохо-
дит до 8 м.
Низинные болота о ычно имеют меньшую глубину, чем верховые, но напластование торфяных грунтов в них более разнообразное.
Деление болот на верховые и низинные важно, но еще не дает указаний по выбору технических решенийД. Нас интересует не столько происхождение торфяного грунта, сколько физико-механические свойства торфа как материала, на котором будет строиться дорога или который будет использоваться в дороге.
Физико-механические свойства торфяныхИгрунтов зависят от ряда характеристик, главные из которых: зольность, степень разложения,
природная влажность (плотность).
Зольность торфа – это количество золы, оставшееся от сжигания торфа, отнесенное к массе сухой пробы и выраженное в процентах. Зольность (Z, %) отражает состав торфообразователей (травянистые, моховые, лесные) и условия формирования болота (питающие воды, наносы). Обычно зольность Z < 5% характеризует верховой торф – малозольный. При зольности от 5 до 20% – торф среднезольный или низинный.
Степень разложения – процентное содержание бесструктурной массы и остатков размером менее 0,25 мм, имеющихся в данной навеске. Степень разложения (R, %) характеризует состав торфа, т.к. она определяет количество волокнистой части торфа.
5
Ф > 75% – (волокнистый, R < 25%); Ф = 75–60 – (слабоволокнистый, R от 25 до 40%); Ф < 60 – (неволокнистый, R > 40%).
Показатель волокнистости (по В.Д. Казарновскому) Ф = 100 – R. Чем больше степень разложения (меньше волокнистость), тем
меньше сопротивление торфа сдвигу.
Торф обладает большой влагоемкостью и может удерживать воды в
10 – 20 раз больше своей массы в сухом состоянии. В естественном со- |
|
СибАДИ |
|
стоянии влажность торфа колеблется в широком диапазоне – от 150 |
|
до 3 000%. |
|
Влажность торфа – важнейшая характеристика, она связана с |
|
зольностью |
степенью разложения (волокнистостью); увеличение |
зольности ли степени разложения приводит к снижению природной влажности. Кроме того, влажность, характеризуя состояние торфа, тесно связана с механ ческими свойствами торфа – сопротивлением сдвигу, сж маемостью.
В соответств с этими показателями (зольностью, степенью разложен я, влажностью, плотностью) выполнена классификации торфяных грунтов представлена в та л. 1.1 ВСН 26–90 [1].
1.2. Классификация торфяных грунтов
В пределах разновидности по влажности (плотности) физикомеханические свойства торфяных грунтов обычно изменяются в узких пределах. Поэтому классификация торфяных грунтов позволяет инженеру использовать табличные значения для ориентировочной оценки расчетных показателей (модулей деформации, модулей осадки и т.п.) и устанавливать тип грунта по прочности, проведя минимум испытаний, например, только сдвигомером-крыльчаткой. В этом ценность и значение классификации.
Тип грунта по прочности устанавливают в зависимости от поведения торфяного грунта под нагрузкой. Важно установить величину расчетной нагрузки.
Обычно при проектировании насыпей на болотах высота насыпей не превышает 3 м. При такой высоте насыпи глубине болот до 6 м расчетные нагрузки на торфяные основания не превышают 75 кПа
(0,75 кгс/см2) – без учета взвешивания просевшей части насыпи и 55 кПа (0,55 кгс/см2) – с учетом эффекта взвешивания.
В зависимости от поведения торфяных грунтов под этими расчет-
ными нагрузками различают три типа грунтов по прочности 1 :
6
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1.1 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
Расчетные характеристики торфяных грунтов |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Разновид- |
|
сти |
Плот- |
Коэффи- |
Сопротивле- |
Модуль осадки lp,мм/м, при |
||||||||
Тип грун-Тип грунта |
опрот влен е |
Влаж- |
||||||||||||
ность тор- |
та по |
по дефор- |
сдв гу по |
ность |
ность |
циент |
ние зонди- |
давлении р, кПа (кгс/см2) |
||||||
фяного |
прочно- |
мативно- |
крыльчатке Ск, |
W, % |
χск, |
пористо- |
рованию q, |
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
|
|
грунта |
сти |
|
кПа (кгс/см2) |
|
г/см3 |
сти ε0 |
кПа (кгс/см2) |
(0,2) |
(0,4) |
(0,6) |
(0,8) |
(1,0) |
|
|
Мало- |
1 |
А |
б |
< 10 |
> 30 |
80 |
170 |
220 |
280 |
330 |
|
|||
15 |
|
< 600 |
> 0,13 |
|
||||||||||
влажный |
|
|
(0,15) |
|
|
|
|
(> 0,3) |
|
|
|
|
|
|
Средней |
1 |
Б |
15–10 |
|
600– |
0,13– |
10–13 |
> 30 |
150 |
270 |
350 |
430 |
500 |
|
влажно- |
|
|
(0,15–0,10) |
800 |
0,10 |
|
(> 0,3) |
|
|
|
|
|
|
|
сти |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Очень |
2 |
- |
5–10 |
А |
- |
220 |
340 |
430 |
500 |
580 |
|
|||
|
800– |
0,10– |
13–20 |
|
||||||||||
влажный |
|
|
(0,10–0,05) |
1200 |
0,07 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Избыточ- |
3 |
А |
< 5 |
|
> 1200 |
< 0,07 |
> 20 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
|
но влаж- |
|
|
(< 0,05) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ный |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
выдавливаться, но при медленной – сжимаются; Д 3 – грунты, которые при передаче на них расчетных нагрузок в любом случае выдавливаются.
Примечание:
1 – грунты, которые обладают достаточной прочностью в природном состоянии, при передаче на них расчетных нагрузок
только сжимаются, независимо от скорости передачи нагрузки;
2 – грунты, не обладающие в природном состоянии достаточной прочностью, при быстрой передаче на них нагрузок могут И
7