– 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 набухающ х грунтах при опасности их увлажнения.

морозного пучения следует определять расчетом по результатам испытаний.

10.2. Грунты для сооружения земляного полотна

бА

Грунты при проектированииДземляного полотна классифицируют в соответствии с общей инженерно-геологической классификацией грунтов согласно ГОСТ 25100–2011 «ГрунтыИ. 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 водно-коллоидными 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.

В классе природных скальных грунтов выделяют группы (скальные и полускальные), подгруппы (по генезису), типы (по минералоги-

116

ческому составу), виды (по наименованию) и разновидности (по прочности, плотности, выветрелости, размягчаемости, водопроницаемости, засоленности, структуре и текстуре, температуре).

В классе природных дисперсных грунтов выделены группы (по связности), типы (по минералогическому составу и содержанию орга- Сники), виды (по наименованию) и разновидности (по зерновому составу, его неоднородности, по числу пластичности, наличию включений, показателю текучести, набухаемости, просадочности, степени водонасыщен я, коэфф циенту пористости и степени плотности, вы- , ст раемости, содержанию органических веществ, степени разложен я, степени зольности, степени засоленности, пучинисто-

при промерзан ).

В классе пр родных мерзлых грунтов различают группы (по характеру структурных связей), подгруппы (по генезису), типы (по на-

–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%.

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

117

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%;

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 17 (табл. 10.1) [28].

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

118

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

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).

119

Таблица 10.4

Разновидности грунта, используемого в земляном полотне, по степени засоления

Пр мечан е. В ч сл теле даны значения для V дорожно-климатической зоны, в знаменателе – для остальных зон.

ражающая спосо ность грунта к морозному пучению (табл. 10.5), выражается относ тельной 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.

120

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) [39].

я: 1. Испытан е на пучинистость при промерзании грунта. Допускается группу грунта по степени пучинистости при промерзании определять по табл. 10.5 без спытан й в ла оратории по специальной методике с подтоком воды.

2. При оценке морозного пучения расчетом испытание грунтов на интенсив-

121

полнительные 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

Пр мечан е: wo – оптимальная влажность: wпр – максимально возможная влажность грунта при коэффициенте уплотнения 0,9; wдоп – максимальная влаж-

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.

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.

123

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

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).

124

Таблица 10.11

Применение грунтов для устройства насыпей

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.

125

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.

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

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

– 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 площад-

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-

126

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, реко-

Изменен е 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 полотнаД(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 факто-

–проектирование, исходя из заданногоИтем 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:

127

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 обеспечен я первого условия в верхней части рабочего слоя следует спользовать устойчивые грунты (табл. 10.12).

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

бования 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.

128

Примечание. Большие значения коэффициента уплотнения грунта следует принимать при цементо етонных 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 устанавливаютИв результате специальных расчетов.

Д

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 осад-

129

ков и грунтовых вод или верховодки, а при необеспеченном поверхностном стоке – и от поверхностных вод.

В районах, где наблюдаются частые продолжительные оттепели, за расчетный следует принимать максимальный весенний уровень

подземных вод за период между капитальными ремонтами.

Сисходных матер алов должны быть региональные прогнозы режима грунтовых вод. При отсутствии указанных данных, а также при наличии верховодки за расчетный допускается принимать уровень, определяемый по верхней л нии оглеения грунтов.

Гидрологический прогноз следует выполнять на основе много-

летних наблюдений за режимом грунтовых вод, а также разовых краткосрочных замеров в период изысканий. Обязательной частью

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

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

при воздействии подземных вод – дренаж (понижение уровня

воды), капилляропрерывающие слои, гидроизолирующие слои;

рабочего слоя;

геосинтетических материалов для повышения несущей способности земляного полотна и его устойчивости. Прослойки могут быть как плоскими, так и объемными. Особенности их применения будут рассмотрены при проектировании дорог в сложных условиях.

130

10.4.Поперечные профили земляного полотна

вобычных условиях

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.

131

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.

ческих условий ра оты откосы насыпей и выемок классифицируют в соответствии с та л. 10.16 [34].

По табл. 10.16 устанавливаютДиндекс 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 откосИ. 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.

132

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, И

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.

При выборе метода расчета можноруководствоваться табл. 10.17.

133

Возможны три расчетные схемы:

– полное и постоянное затопление части откоса;

– наличие в откосе водоносных горизонтов с установившимся режимом фильтрации;

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.

134

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

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 обводнен я (т.е. при влажности W, соответствующей полному

геологических 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.

135