12.Как определяется минимальное возвышение проектной линии над водопропускными трубами?

13.Как вычисляют уклоны участков проектной линии?

14.Как определяется длина вертикальной кривой?

15.Как находится тангенс вертикальной кривой?

16.Как находятся точки с нулевым уклоном?

17.Как найти точку на вертикальной кривой с нулевым уклоном?

18.Какую минимальную длину имеет выпуклая вертикальная кривая?

19.С чего начинают проектирование продольного профиля при графоаналитическом методе?

20.Как пользуются шаблонами для проектирования линии продольного профиля автомобильных дорог?

21.Как вычисляют отметки продольного профиля?

22.Какие документы регламентируют оформление продольного и поперечного профилей автомобильных дорог?

23.Где следует размещать временные реперы высотных отметок при проектировании дороги?

10.ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

10.1.Элементы земляного полотна

Основные элементы земляного полотна представлены на рис. 10.1:

верхняя часть земляного полотна (рабочий слой) 1 – зона высо-

той, равной 2/3 глубины промерзания, но не менее 1,5 м, считая от верха покрытия. Для выемок, участков с нулевыми отметками или низких насыпей в рабочий слой могут попадать грунты в природном залегании с ненарушенной структурой;

откосная часть 2 – зоны, ограниченные поверхностями откосов и вертикалями, проходящими через бровки насыпей или выемок; снизу откосные зоны ограничены основанием насыпи или выемки;

основание насыпи 3 – зона, расположенная под насыпью в пределах естественной грунтовой толщи; мощность основания, принимаемую в расчет, устанавливают в зависимости от инженерногеологических условий, в частности, от свойств грунтов, но не менее ширины насыпи по низу;

126

Для обеспечения устойчивости различных элементов земляного полотна предусматривают соответствующие мероприятия, отвечающие механизму нарушения прочности и устойчивости данного элемента. В число таких мероприятий входят:

выбор грунтов для насыпей;

обеспечение правильного расположения и требуемой степени уплотнения грунта;

защита грунта от источников увлажнения устройством дренажей, гидроизоляции и т.д.;

защита от опасных температурных воздействий, эрозии, волновых воздействий;

правильное назначение геометрических параметров;

выбор конструкция поперечного сечения;

назначение конструкции насыпей и выемок.

Указанные мероприятия необходимо проводить комплексно с учетом местных условий, а также категории дороги, типа дорожной одежды и др.

Земляное полотно устраивают в виде насыпей или в выемках. Высоту насыпей и глубину выемок определяют в результате проектирования продольного профиля. Наиболее рациональное решение при сложном рельефе получают при проектировании продольного профиля совместно с земляным полотном.

При назначении конструкции земляного полотна учитывают [32]:

1)категорию дороги;

2)тип дорожной одежды;

3)высоту насыпи или глубину выемки;

4)свойства грунтов, используемых в земляном полотне;

5)особенности инженерно-геологических условий того или иного участка дороги;

6)характер и условия залегания грунтов;

7)наличие подземных и поверхностных вод;

8)возможное влияние опасных геологических процессов и т.д.;

9)комплекс природных особенностей района строительства. Кроме того, учитывают условия производства работ (сезонность,

наличие строительной техники, сроки производства работ и т.д.), а также опыт эксплуатации дорог в данном районе.

Геометрическая форма земляного полотна и его конструкция должны обеспечивать:

128

-незаносимость дороги снегом;

-безопасность движения;

-отвечать эстетическим и экологическим требованиям.

При проектировании применяют либо типовые конструкции земляного полотна, либо индивидуальные решения. Для типовых решений разработаны альбомы типовых конструкций. В ряде случаев используют типовые конструкции с индивидуальной привязкой (например, осадку основания насыпи и т.д.).

Индивидуальные решения или индивидуальную привязку типовых решений осуществляют во всех случаях, когда необходимы проверка устойчивости откосов или склона, на котором расположено земляное полотно, оценка устойчивости или деформаций основания насыпи, учет возможных осадок за счет доуплотнения во времени слоев грунта самой насыпи, меры по защите земляного полотна от опасных геологических процессов, специальный учет неблагоприятных свойств особых грунтов, в случаях применения нетрадиционных конструктивных мер и т.д.

Для насыпей такие решения необходимы в следующих случаях:

-при их высоте более 12 м;

-на участках временного подтопления;

-при пересечении постоянных водотоков и водоемов;

-при наличии слабых оснований или оснований, сложенных просадочными грунтами;

-на болотах глубиной более 4 м при выторфовывании;

-на болотах при поперечном уклоне минерального дна болота более 1:10;

-при использовании в насыпях грунтов повышенной влажности;

-при недостаточном возвышении земляного полотна над уровнем грунтовых или поверхностных вод (низкие насыпи и так называемые «нулевые места»);

-при применении конструкции земляного полотна со специальными прослойками (термоизолирующими, гидро-изолирующими, армирующими и т.д.);

-при специальном поперечном профиле (откосы повышенной крутизны, сложный поперечный профиль и т.п.);

-при использовании в насыпи грунтов особых разновидностей. Индивидуальные решения для выемок применяют:

-при глубине выемок более 12 м в нескальных и 16 м в скальных грунтах при благоприятных инженерно-геологических условиях;

129

-при слоистой толще с наклоном пластов в сторону проезжей части;

-в случае наличия водоносных горизонтов в основании выемки или водоносных горизонтов, вскрываемых выемкой;

-при глинистых грунтах с консистенцией более 0,5;

-при глубине выемок более 6 м в глинистых и пылеватых грунтах в районах избыточного увлажнения и сезонного промерзания;

-в глинистых и скальных размягчаемых грунтах, теряющих прочность под воздействием погодно-климатических факторов;

-в набухающих грунтах при опасности их увлажнения.

Наряду с этим индивидуальные решения применяют также во всех случаях сооружения земляного полотна в сложных инженерногеологических условиях: на косогорах круче 1:3, при наличии или возможности развития опасных геологических процессов (оползни, обвалы, карст, осыпи, сели, снежные лавины, наледи, вечная мерзлота или подземный лед и т.д.).

В нормах указано, рабочий слой на глубину 1,2 м от поверхности цементобетонных и на глубину 1 м асфальтобетонных покрытий во II дорожно-климатической зоне и на 1 и 0,8 м соответственно в III до- рожно-климатической зоне должен состоять из непучинистых или слабопучинистых грунтов. При использовании в пределах 2/3 глубины промерзания грунтов III – V категорий пучинистости величину морозного пучения следует определять расчетом по результатам испытаний.

10.2. Грунтыдлясооруженияземляного полотна

Грунты при проектировании земляного полотна классифицируют в соответствии с общей инженерно-геологической классификацией грунтов согласно ГОСТ 25100–95 «Грунты. Классификация». При этом выделяют четыре класса грунтов [6]:

I класс – природные скальные грунты с жесткими структурными связями (кристаллизационными или цементационными);

II класс – природные дисперсные грунты с водноколлоидными и механическими структурными связями;

III класс – природные мерзлые грунты с криогенными структурными связями;

IV класс – техногенные (скальные, дисперсные и мерзлые) грунты с различными структурными связями.

130

Вклассе природных скальных грунтов выделяют группы (скальные и полускальные), подгруппы (по генезису), типы (по минералогическому составу), виды (по наименованию) и разновидности (по прочности, плотности, выветрелости, размягчаемости, водопроницаемости, засоленности, структуре и текстуре, температуре).

Вклассе природных дисперсных грунтов выделены группы (по связности), типы (по минералогическому составу и содержанию органики), виды (по наименованию) и разновидности (по зерновому составу, его неоднородности, по числу пластичности, наличию включений, показателю текучести, набухаемости, просадочности, степени водонасыщения, коэффициенту пористости и степени плотности, выветрелости, истираемости, содержанию органических веществ, степени разложения, степени зольности, степени засоленности, пучинистости при промерзании).

Вклассе природных мерзлых грунтов различают группы (по характеру структурных связей), подгруппы (по генезису), типы (по названию), виды и разновидности (по льдистости за счет видимых ледяных включений, температурно-прочностным свойствам, степени засоленности и криогенной текстуре).

Вклассе техногенных грунтов различают грунты (по характеру структурных связей), подгруппы (по особенностям образования), типы, виды и разновидности (как соответствующие разновидности классов природных грунтов с учетом специфических особенностей и свойств техногенных грунтов).

Вкачестве видов природных дисперсных грунтов выделяют:

-глинистые грунты;

-илы, сапропели, заторфованные грунты;

-торфы и другие органические грунты;

-пески, крупнообломочные грунты.

Крупнообломочный грунт – несвязный минеральный грунт, в котором масса частиц размером крупнее 2 мм составляет более 50 %.

По гранулометрическому составу крупнообломочные грунты делят на разновидности:

-валунный (при преобладании неокатанных частиц – глыбовый)

–при массе частиц крупнее 200 мм более 50 %;

-галечниковый (при преобладании неокатанных частиц – щебенистый) – масса частиц крупнее 10 мм более 50 %:

-гравийный (при преобладании неокатанных частиц – дресвяный) – масса частиц крупнее 2 мм более 50 %.

131

Песок – несвязный минеральный грунт, в котором масса частиц размером меньше 2 мм составляет более 50 %.

Различают пески:

гравелистый – масса частиц крупнее 2 мм более 25 %;

крупный – масса частиц крупнее 0,5 мм более 50 %;

средней крупности – масса частиц крупнее 0,25 мм более 50 %;

мелкий – масса частиц крупнее 0,1 мм 75 % и более;

пылеватый – масса частиц крупнее 0,1 мм менее 75 %.

По степени неоднородности гранулометрического состава крупнообломочных грунтов и песков различают: однородный Си < 3; неоднородный Си > 3 (Си – коэффициент неоднородности – отношение диаметра частиц, меньше которого в грунте содержится более 60 % частиц, к диаметру, меньше которого содержится 10 % частиц по массе).

Таблица 10.1

Разновидности глинистых грунтов, используемых в рабочем слое земляного полотна автомобильных дорог

Примечания: 1. Для супесей легких крупных учитывается содержание песчаных частиц размером 2 – 0,25 мм, 2. При содержании в грунте 20 – 50 % (по массе) частиц крупнее 2 мм к названию видов глинистых грунтов, устанавливаемых по табл. 10.1, добавляется слово «гравелистый» (при окатанных частицах) или «щебенистый» (при неокатанных частицах).

Глинистый грунт – связный минеральный грунт, обладающий числом пластичности более 1 (табл. 10.1) [28].

132

Супеси, суглинки и глины делят по содержанию песчаных частиц (2 – 0,5 мм), наличию крупнообломочных включений и относительному содержанию органических веществ.

Глинистые грунты делят на разновидности по относительному набуханию, относительной просадочности, степени засоления.

Грунт считается набухающим, если при замачивании водой или другой жидкостью увеличивается в объеме и имеет относительную деформацию набухания (в условиях свободного набухания), sw 0,04 (табл. 10.2).

Примечание. wо – оптимальная влажность.

Грунт считают просадочным, если под действием внешней нагрузки и собственного веса или только от собственного веса при замачивании водой получают вертикальную деформацию (просадку) и имеет относительную деформацию просадки sl 0,01 (табл. 10.3).

Таблица 10.3

Разновидности грунта, используемого в рабочем слое, по просадочности при замачивании

Примечание. Классификация не распространяется на скальные водоустойчивые грунты и грунты с включением водонерастворимых цементирующих веществ, просадочность которых оценивают по данным лабораторных испытаний.

Степень засоленности – характеристика, определяющая количество водно-растворимых солей в грунте (табл. 10.4).

133

Примечание. В числителе даны значения для V дорожно-климатической зоны, в знаменателе – для остальных зон.

Степень морозной пучинистости грунтов – характеристика, от-

ражающая способность грунта к морозному пучению (табл. 10.5), выражается относительной деформацией морозного пучения fn, которая определяется по формуле

Примечание. Коэффициент морозного пучения щебенистых, гравелистых, дресвяных песков при содержании частиц мельче 0,05 мм свыше 15 % ориентировочно принимают как для пылеватого песка и проверяют в лаборатории.

134

Грунт пучинистый – дисперсный грунт, который при переходе из талого в мерзлое состояние увеличивается в объеме вследствие образования кристаллов льда и имеет относительную деформацию мороз-

ного пучения fn 0,01 (табл. 10.6, 10.7) [28].

Таблица 10.6

Классификация грунтов, используемых в верхней части земляного полотна, по степени пучинистости при промерзании

Примечания: 1. Испытание на пучинистость при промерзании грунта. Допускается группу грунта по степени пучинистости при промерзании определять по табл. 10.5 без испытаний в лаборатории по специальной методике с подтоком воды.

2. При оценке морозного пучения расчетом испытание грунтов на интенсивность морозного пучения ведут по специальной методике.

135

Примечание. Числитель – при 1-й схеме увлажнения верхней части земляного полотна. Знаменатель – при 2-й и 3-й схемах.

При использовании обычных грунтов в типовых случаях проектные решения принимают на основе оценки грунтов по составу и состоянию с выходом на количественные показатели физикомеханических свойств по табличным данным (классификации и типизации), приводимым в соответствующих нормативных документах.

В число дисперсных связных грунтов входят также сапропели, илы, заторфованные грунты и торфы. Внутри выделяются разновидности по особенностям состава и состояния.

При оценке грунтов, используемых в дорожном строительстве, наряду с обычными грунтами, представленными в основном четвертичными отложениями, выделяют особые грунты, которые обладают специфическими свойствами, требующими дополнительного учета при проектировании.

К особым грунтам относят: торфяные и заторфованные грунты, сапропели, илы, иольдиевые глины, лёссы, аргиллиты и алевролиты, мергели, глинистые мергели и мергелистые глины, трепел, тальковые и пирофиллитовые грунты, дочетвертичные глинистые грунты, глинистые сланцы и сланцевые глины, черноземы, барханные пески, техногенные грунты (отходы промышленности).

136

При использовании особых грунтов, независимо от того относится ли конструкция земляного полотна по своим геометрическим параметрам к типовому или индивидуальному случаю, требуются дополнительные данные, отражающие особенности их свойств и специфику их поведения в том или ином элементе земляного полотна. Такие оценки делают на основе непосредственных испытаний конкретного грунта или по специальным типизациям, обобщающим изучение свойств того или иного особого грунта.

Важной характеристикой грунта, влияющей на технологию сооружения земляного полотна, является его влажность в естественном залегании (табл. 10.8).

Примечание. wo – оптимальная влажность: wпр – максимально возможная влажность грунта при коэффициенте уплотнения 0,9; wдоп – максимальная влажность, при которой обеспечивается еще возможность уплотнения грунта до требуемого нормами коэффициента уплотнения.

При требуемом коэффициенте уплотнения грунта ограничена допустимая влажность wдоп в долях от оптимальной (табл. 10.9).

Примечания: 1. При возведении насыпей из непылеватых песков в летних условиях допустимая влажность не ограничивается.

2. Возможность применения связных грунтов с влажностью более (1,2-1,3) wo должна быть проверена пробным уплотнением.

137

3. При возведении насыпей в зимних условиях допускаемая влажность не должна быть более 1,3wo для песчаных и непылеватых супесчаных, 1,2wo – для супесчаных пылеватых и суглинков легких и 1,1wo – для других связных грунтов.

По показателю текучести IL глинистые грунты подразделяют согласно табл. 10.10.

Таблица 10.10

Разновидность глинистых грунтов по показателю текучести

Грунты, используемые в основании дорожных насыпей, делят на прочные и слабые.

К слабым относят связные грунты, имеющие прочность на сдвиг в условиях природного залегания менее 0,075 МПа (при испытании вращательным срезом) или модуль осадки при нагрузке 0,25 МПа более 50 мм/м (модуль деформации менее 5,0 МПа). При отсутствии данных испытаний к слабым грунтам относят: торф, заторфованные грунты, илы, глинистые грунты с коэффициентом консистенции более 0,5, иольдиевые глины, грунты мокрых солончаков.

Все грунты делят на дренирующие и недренирующие. К дренирующим относят грунты, имеющие при плотности, соответствующей максимальной при стандартном уплотнении (ГОСТ 22733), коэффициент фильтрации не менее 0,5 м/сут.

Грунты для насыпей следует применять с учетом их свойств и состояния, особенностей природных условий в пределах участка размещения проектируемого объекта, а также места нахождения запасов грунта (табл. 10.11).

138

Допускается использовать местные грунты, в том числе техногенные (отходы производства): металлургические шлаки, золошлаковые смеси [17], материалы породных отвалов и др., пригодные для сооружения земляного полотна.

139

Для насыпей во всех условиях можно применять грунты, состояние которых под воздействием природных факторов практически не изменяется или изменяется незначительно и не влияет на прочность и устойчивость земляного полотна

Грунты, состояние и свойства которых существенно изменяются под воздействием природных факторов, допускаются к использованию в качестве материала для насыпей с учетом ограничений.

Возможность и целесообразность применения таких грунтов устанавливают в зависимости от местных условий и техникоэкономических соображений с учетом обоснованного выбора конструкций насыпей, а также способов защиты земляного полотна от разрушающего действия природных факторов.

При применении техногенных грунтов в проектах должны предусматриваться мероприятия по обеспечению стабильности и по защите откосов от ветровой и водной эрозии.

Не допускается применять для насыпей следующие грунты:

-глинистые с влажностью, превышающей допустимую (табл.

10.9);

-глинистые избыточно засоленные и сильнонабухающие, жир-

ные глины (табл. 10.3, 10.4);

-торф, ил, мел, заторфованные грунты, содержащие более 15 % органических веществ;

-грунты заторфованные (содержащие органические вещества в количестве 10 – 15 %) – для верхнего трехметрового слоя насыпей;

- грунты с примесью органических веществ (в количестве 3 –10 %) для верхнего метрового слоя насыпи (под основной площадкой);

- грунты, содержащие гипс в количестве, превышающем 30 % – для насыпей на сухом основании, 20 % – для насыпей на мокром основании, 5 % – для подтопляемых насыпей.

Перечисленные грунты разрешается использовать в исключительных случаях для дорог при соответствующем технико-эконо- мическом обосновании при обязательном осуществлении мер, обеспечивающих требуемую устойчивость земляного полотна.

Для нижней части постоянно подтопленных насыпей, при сооружении которых требуется отсыпка грунта в воду, рекомендуется применять скальные (слабовыветривающиеся и выветривающиеся неразмягчаемые), крупнообломочные грунты (в том числе с песчаным заполнителем), пески гравелистые крупные, средней крупности. Допус-

140

каются также мелкие и пылеватые пески и супеси легкие при условии ограничений по крутизне откосов и технологии производства работ. При этом отметка верха отсыпки указанных грунтов назначается с учетом высоты капиллярного поднятия.

Для периодически подтопляемых насыпей, при отсыпке их на незатопленное основание, нижнюю подтопляемую часть насыпи следует отсыпать из дренирующих грунтов или песчанистых супесей.

Для насыпей, возводимых средствами гидромеханизации, рекомендуется использовать гравийно-галечниковые, песчано-гравелис- тые и песчаные грунты. Возможность применения пылеватых песков, а также супесей определяется проектом с учетом обогащения состава грунтов при их намыве, при этом в теле насыпи содержание частиц размером менее 0,1 мм должно быть не более 15 % по массе.

10.3.Учет водно-тепловогорежима при проектировании верхнейчасти земляногополотна

Изменение влажности и температуры грунта в насыпи и выемке сопряжено со вторичными процессами: набуханием и усадкой, морозным пучением и просадкой при оттаивании, просадкой при замачивании, изменением плотности, прочностных и деформационных характеристик.

Верхняя часть земляного полотна (рабочий слой) должна быть запроектирована таким образом, чтобы обеспечивалась требуемая прочность этого слоя (сопротивление нагрузкам) и его устойчивость (стабильность), под которой понимается исключение недопустимых деформаций в результате воздействия погодно-климатических факторов.

При этом могут быть реализованы два принципа проектирования:

-проектирование, исходя из заданного тем или иным способом уровня прочности и стабильности рабочего слоя (например, уровня, обеспечивающего возможность применения заданной типовой конструкции дорожной одежды);

-проектирование конструкции рабочего слоя совместно с конструкцией дорожной одежды в целях оптимизации проектного решения.

Для создания оптимального водно-теплового режима необходимо его регулирование. Наиболее простой метод регулирования предусматривает выполнение одновременно трех условий:

141

применение в пределах рабочего слоя грунтов, обладающих повышенной устойчивостью к воздействию погодно-климатических факторов;

обеспечение требуемой степени уплотнения этих грунтов;

обеспечение требуемого возвышения земляного полотна над расчетным уровнем подземных и поверхностных вод или над уровнем земли (на участках местности 2-го типа).

Для обеспечения первого условия в верхней части рабочего слоя следует использовать устойчивые грунты (табл. 10.12).

Таблица 10.12

Грунты, допускаемые в верхнюю часть рабочего слоя при простейшем способе регулирования водно-теплового режима

Примечание. В числителе – при цементобетонных покрытиях, в знаменателе – при асфальтобетонных.

Для соблюдения второго условия степень уплотнения грунта рабочего слоя должна отвечать требованиям табл. 10.13 [33].

Коэффициент уплотнения грунта – отношение плотности скеле-

та грунта в конструкции к максимальной плотности скелета (сухого) того же грунта при стандартном уплотнении.

Для выполнения третьего условия должны быть обеспечены требования по возвышению поверхности покрытия над расчетным уровнем грунтовых и поверхностных вод и поверхностью земли в соответствии с табл. 8.1.

При выполнении указанных трех условий производить специальные расчеты водно-теплового режима не требуется. При этом разрешается определять расчетные значения влажности, прочностных и деформативных характеристик грунта рабочего слоя при расчете дорожных одежд по табличным данным, приводимым в нормативных документах по проектированию дорожных одежд.

142

Примечание. Большие значения коэффициента уплотнения грунта следует принимать при цементобетонных покрытиях и цементогрунтовых основаниях, а также при дорожных одеждах облегченного типа, меньшие значения – во всех остальных случаях.

При невозможности или нецелесообразности выполнения всех трех условий необходимость и характер специальных мероприятий по учету водно-теплового режима устанавливают в результате специальных расчетов.

При этом задаются некоторой конструкцией земляного полотна, дорожной одежды и определяют для этой конструкции расчетные значения плотности – влажности грунта и пучения. Первоначально в расчет вводят плотность грунта в момент постройки дороги и при этой плотности определяют эпюру влажности грунта перед промерзанием. При 1-й схеме увлажнения рабочего слоя эпюру влажности устанавливают только от осадков, выпадающих на проезжую часть, обочины и разделительную полосу. При 2-й схеме эту эпюру суммируют с эпюрой влажности от поверхностных вод, застаивающихся вблизи дороги. При 3-й схеме суммируют эпюру влажности от осадков и грунтовых вод или верховодки, а при необеспеченном поверхностном стоке – и от поверхностных вод.

143

В районах, где наблюдаются частые продолжительные оттепели, за расчетный следует принимать максимальный весенний уровень подземных вод за период между капитальными ремонтами.

Гидрологический прогноз следует выполнять на основе многолетних наблюдений за режимом грунтовых вод, а также разовых краткосрочных замеров в период изысканий. Обязательной частью исходных материалов должны быть региональные прогнозы режима грунтовых вод. При отсутствии указанных данных, а также при наличии верховодки за расчетный допускается принимать уровень, определяемый по верхней линии оглеения грунтов.

Могут быть рекомендованы следующие мероприятия по защите верхней части земляного полотна и дорожной одежды в зависимости от источников увлажнения:

при воздействии атмосферных осадков – гидроизолирующие слои, дренирующие слои;

при воздействии поверхностных вод – капилляропрерывающие слои, гидроизолирующие слои, применение специального поперечного профиля (бермы, уположенный откос), поверхностный водоотвод;

при воздействии подземных вод – дренаж (понижение уровня воды), капилляропрерывающие слои, гидроизолирующие слои;

при промерзании – морозозащитные слои дорожной одежды, термоизолирующие слои, армирующие прослойки (для снижения неравномерности морозного пучения), улучшение и укрепление грунта рабочего слоя;

замена грунта в верхней части насыпи.

Выбор рекомендаций по улучшению водно-теплового режима решается путем технико-экономического обоснования, при котором учитываются затраты на улучшение, срок действия мероприятий и достигаемый эффект.

В последнее время при проектировании земляного полотна на слабых основаниях широко применяют армирующие прослойки из геосинтетических материалов для повышения несущей способности земляного полотна и его устойчивости. Эти прослойки могут быть как плоскими, так и объемными. Особенности применения этих материалов будет рассмотрено при проектировании дорог в сложных условиях.

144

10.4.Поперечныепрофили земляного полотна

вобычных условиях

Поперечные профили назначают в зависимости от высоты насыпи или глубины выемки, а также от грунтовых условий с учетом природных особенностей района строительства и категории дорог.

Крутизна откосов насыпей и выемок в типовых решениях не должна превышать указанной в табл. 10.14 и 10.15 [33].

Примечания: 1. В числителе даны значения для пылеватых разновидностей грунтов в дорожно-климатических зонах II и III и для одноразмерных мелких песков.

2. Высота откоса насыпи определяется разностью отметок верхней и нижней бровок откоса. При наличии косогорности высота откоса насыпи определяется разностью отметок верхней и нижней бровок низового откоса.

145

Примечания: 1. В числителе приведена крутизна откосов в засушливой зоне, в знаменателе – вне засушливой зоны.

2.В скальных слабовыветривающихся грунтах допускаются вертикальные

откосы.

3.На территориях с закрепленными растительностью песками допускается наибольшую крутизну при высоте откоса до 12 м принимать 1:2.

4.Высоту откоса выемки определяют разностью отметок верхней и нижней бровок откоса. В случае косогорности в расчет берут верховой откос.

Типовые решения принимаются при проектировании автомобильных дорог категорий II – V в нормальных условиях, при отсутствии специфических грунтов (переувлажненных, засолённых, просадочных, набухающих, слабых и вечномерзлых).

Проектирование автомобильных дорог I категории производится по индивидуальным проектам.

10.5.Проверкаустойчивостиоткосов при проектировании высоких насыпейиглубоких выемок

В зависимости от инженерно-геологических особенностей грунтовой толщи, образующей откос и его основание, и от гидрогеологических условий работы откосы насыпей и выемок классифицируют в соответствии с табл. 10.16 [34].

По табл. 10.16 устанавливают индекс классификационной группы откоса. Например, откосу выемки, сложенному горизонтальными слоями, не несущему грунтовой воды, соответствует индекс (В)-Б-М.

Различают общую и местную устойчивость откоса. В результате нарушения общей устойчивости происходит смещение значительных по размерам массивов грунта, слагающего откос. Нарушения местной устойчивости возникают в приоткосной зоне, непосредственно подверженной воздействию погодно-климатических факторов, вызывающих циклические процессы набухания-высушивания, промерзания, оттаивания и связанного с ними нарушения сплошности и снижения прочности грунта (выветривание).

Основные формы нарушения общей устойчивости: скольжение, выдавливание, расползание.

Расчет по методу круглоцилиндрических поверхностей скольже-

ния (КЦПС) находит наиболее широкое применение.

146

Коэффициент устойчивости

где Qi – вес i-го блока; i – средний угол наклона поверхности скольжения в пределах i-го блока к горизонту; i и сi – угол внутреннего трения и сцепление грунта на поверхности скольжения в пределах i-го блока.

Для выделения блоков предварительно ограничивают отсек обрушения проведением дуги скольжения из вероятного центра вращения. Отсек делят на блоки вертикальными сечениями. Ширина блоков принимается примерно одинаковой (не более 2 – 3 м). Желательно, чтобы границы блоков проходили через точки перелома линии поперечного профиля откоса и через точки пересечения различных слоев, слагающих откос, с поверхностью скольжения.

Выбор метода расчета зависит от конкретных условий работы сооружения. Применять один метод расчета можно лишь в тех случаях, когда с большой вероятностью известна форма нарушения устойчивости.

В сложных случаях необходимо проводить комплексный расчет по вероятным схемам. При выборе метода расчета можно руководствоваться табл. 10.17.

Возможны три расчетные схемы:

- полное и постоянное затопление части откоса;

147

-наличие в откосе водоносных горизонтов с установившимся режимом фильтрации;

-мгновенный спад уровня воды при ранее затопленном откосе.

Примечания: 1. Заведомо прочным можно считать основание из скальных, полускальных и песчано-гравийных грунтов.

2. Из оснований, сложенных глинистыми грунтами, к прочным следует относить основания, отвечающие условию с ·h/М , где с – сцепление грунта;– удельный вес грунта насыпи; h – ее высота; М – коэффициент, являющийся функцией угла внутреннего трения ; при =0°С М =3,14; при = 10°С М = =4,2; при = 20°С М = 8,7; при = 30°С М = 7,9.

Учет силового воздействия воды (взвешивающий эффект) по первой схеме заключается в том, что учитывают взвешивающий эффект при определении как сдвигающих, так и удерживающих сил.

148

Учет силового воздействия по второй и третьей схемам сводится к определению сдвигающих сил без учета взвешивания, а удерживающих сил – с учетом взвешивания. По третьей схеме за расчетный горизонт воды на откосе принимают горизонт подтопления до его мгновенного спада.

Во всех случаях в зоне обводнения значения и с принимают с учетом обводнения (т.е. при влажности W, соответствующей полному водонасыщению).

Взвешивающее воздействие воды учитывают путем введения в

расчет уменьшенного значения удельного веса .

Учет сейсмических воздействий осуществляют умножением сдвигающие силы на сейсмический коэффициент Кс (табл. 10.18).

где jо – сейсмичность района; jт – сейсмическая характеристика грунтовой толщи.

Таблица 10.18

Сейсмический коэффициент

Значения jт зависят от вида грунта:

Аллювиальные отложения, щебенистые или песчаные грунты 1-2 Глинистые, мергелистые и лёссовидные грунты......................... 1-3

Болотистые и водонасыщенные грунты........................................3-4

При проектировании насыпей или выемок необходимо обеспечивать определенное значение коэффициента устойчивости, значение которого зависит от применяемого метода расчета и инженерногеологических условий и определяется по табл. 10.19.

Выбираемое мероприятие по повышению устойчивости высоких откосов должно отвечать механизму и вероятной форме нарушения устойчивости. Эффект повышения общей устойчивости может обусловливаться либо улучшением напряженного состояния, либо повышением сдвиговых характеристик грунта.

149

Примечания: 1. При учете сейсмических сил требуемый коэффициент устойчивости по методам 1-3 принимается равным 1,1.

2. Приведенные значения коэффициентов устойчивости предусматривают введение в расчет гарантированных значений и с.

Рекомендуемые мероприятия:

-для улучшения напряженного состояния откоса – уположение откоса; устройство разгрузочных берм; устройство контрбанкетов; снижение высоты откоса; использование в откосе легких материалов; защита от насыщения грунта водой с поверхности; дренирование для снижения силового воздействия подземных вод;

-для повышения сдвиговых характеристик грунтов откоса – дренирование с целью снижения влажности грунта; защита от проникания воды в грунт откоса с поверхности; использование в насыпи грунтов с повышенными значениями φ и с; укрепление грунта откоса.

10.6.Объемынасыпейивыемок

Для определения объемов земляных работ и стоимости строительства дороги необходимо определить объемы насыпей и выемок. Объемы находят на основании составленного продольного профиля по рабочим отметкам.

Участок насыпи в пределах постоянного продольного уклона можно представить в виде геометрического тела – призматоида. Основание и оба поперечных сечения имеют форму трапеции. В поперечном сечении рассмотрим вертикальный слой на расстоянии l от переднего сечения и протяженностью dl. Толщина этого слоя равна h.

150

где В – ширина земляного полотна поверху; m – коэффициент заложения откосов насыпи.

Полный объем призматоида

L

Полученный объем грунта в насыпи соответствует плотному грунту. В резервах и карьерах в естественном состоянии грунт залегает при меньшей плотности. Для получения требуемого объема грунта в насыпи требуется разрабатывать больший объем грунта, так называемый оплачиваемый объем. Этот объем находят как

V опл = Vпр kотну. (10.9)

Коэффициент относительного уплотнения грунта в насыпи – это отношение плотности грунта в насыпи к плотности грунта в резерве. Значения коэффициента относительного уплотнения kотну принимают на основе лабораторных определений. Приближенные значения принимают по табл. 10.20 [28].

При определении объема грунта в выемках коэффициент относительного уплотнения не учитывается (kотну = 1,0).

Поправка на устройство дорожной одежды находится при известной толщине одежды, поперечных уклонов покрытия и обочин и ширине дорожной одежды с учетом ширины краевых укрепительных полос.

При изысканиях автомобильных дорог также проводят изыскания грунтовых карьеров и резервов. По местоположению грунтовых карьеров определяют расстояние перемещения грунта на каждый километр дороги. Эти данные заносятся в ведомость объемов работ.

151

10.7.Деформациииразрушенияземляного полотна

Под совместным воздействием многократно повторяющихся нагрузок от автомобилей и природных факторов в земляном полотне и в дорожной одежде возникают напряжения и деформации, которые, постепенно накапливаясь, могут привести к их разрушению. При деформациях и разрушениях земляного полотна неизбежно деформируется и разрушается дорожная одежда [34].

Под деформацией понимают изменение размеров или формы тела без уменьшения его массы и потери сплошности.

Разрушение – это изменение размеров и формы тела с изменением (уменьшением) массы тела или потерей сплошности.

Деформации земляного полотна связаны с грунтовогидрологическими условиями, воздействием климатических факторов, сложившегося водно-теплового режима земляного полотна и дорожной конструкции в целом, условиями эксплуатации дороги; в ряде случаев связаны с технологией строительства и своевременностью проведения мероприятий по содержанию автомобильной дороги. В конечном счете, они определяют условия увлажнения грунтов земляного полотна. Наиболее часто используемые для сооружения земляного полотна связные грунты с увеличением влажности из твёрдого или полутвердого состояния переходят в пластичное, пластичнотекучее и текучее. Эти переходы сопровождаются уменьшением прочностных и деформативных характеристик во много раз, что приводит к потере прочности и устойчивости земляного полотна и образованию различных видов деформаций (рис. 10.2).

152

Деформации в активной зоне (рабочем слое) и на обочинах (рис. 10.2, а) возникают при доуплотнении грунта, локальной потере им прочности при переувлажнении, особенно в случае возведения насыпи при строительстве из неоднородных грунтов или в результате пучинообразования (явление комплексного воздействия на пучиноопасный грунт влаги и отрицательной температуры).

Рис. 10.2. Основные виды деформаций насыпей:

а – деформации грунта в активной зоне (рабочем слое); б – просадка насыпи на слабом основании; в, г – расползание (растекание) насыпи; д – деформации откосов; е – сползание (смешение) насыпи по наклонённому основанию

Деформации, связанные с дополнительным уплотнением грунта в зоне проезжей части, возникают под воздействием транспортных нагрузок, веса вышележащих слоев грунта и дорожной одежды в процессе эксплуатации дороги в виде отдельных просадок покрытия различной площади с плавными очертаниями краев или осадки по всему поперечнику на определенном протяжении дороги. Потеря грунтом прочности на отдельных участках дороги или локально в отдельных местах возникает при переувлажнении грунта активной зоны поверхностными (грунтовыми) водами. В результате под действием транспортных нагрузок на покрытии образуются просадки с сеткой трещин, проломы дорожной одежды.

153

Характерные деформации и повреждения земляного полотна приведены в табл. 10.21.

154

Пучинами называют деформации увеличения объёма грунта в активной зоне земляного полотна, проявляющиеся зимой во взбугривании и потере ровности покрытия, а в период оттаивания при проезде автомобилей – в проломах одежды, вызванных снижением прочности переувлажнённых грунтов (табл. 10.22).

155