книги из ГПНТБ / Силкин А.М. Инженерные сооружения на осушительных системах в торфяниках учеб. пособие

где ft — коэффициент трения грунта насыпи по грунту минерального дна болота.

В целях уменьшения величины осадок торфяного основания и большей гарантии устойчивости насыпи же­ лательно устраивать из легких материалов, например из торфа и торфо-песчаных смесей, оптимальный состав которых (30—40% песка и 70—60% торфа по объему их в естественном залегании) для гидротехнических на­ сыпей подбирают из условия получения наименьшего коэффициента фильтрации тела насыпи. СНиП П-И. 3-62 * разрешают применять торф со степенью раз­ ложения не менее 50%. Но если учесть, что большая часть болот нашей страны имеет торфы со степенью разложения до 50%, то требования СНиП невыполнимы. А. Е. Тетеркин [7] на основании исследований рекомен­ дует для гидротехнических насыпей торфы со степенью разложения более 30%• Наши предварительные прора­ ботки говорят о том, что для торфо-песчаных смесей можно применять торфы с меньшей степенью разложе­ ния (20—25%). Однако решение этого вопроса,требует

местными материалами для устройства насыпей явля­ ется глина и торф, низконапорные оградительные дамбы можно возводить из торфо-глинистой смеси. При этом может быть использован как хорошо разложившийся, так и слабо разложившийся торф. Каждого из компо­ нентов в смеси может содержаться от 25 до 75%. Пу­ чение торфо-глинистых смесей не наблюдается. Филь­ трации через тело дамбы практически нет.

Как показано выше, на болотах, заполненных торфом со степенью разложения более 75%, насыпь рано или поздно погружается до минерального дна. Таким обра­ зом, происходит как бы полное выторфовывание. Но иногда по тем или иным соображениям возникает не­ обходимость в посадке насыпи на твердое минеральное дно и на болотах группы I, заполненных торфом со степенью разложения менее 75%. В этом случае часть насыпи, ниже поверхности болота, можно рассматривать

* Кандидатская диссертация на тему: «Защита мокрого откоса низконапорных дамб из торфо-глинистой смеси на торфяном осно­ вании» (1965 г.).

64

V v v v v v v v

Рис. 30. Типовые поперечные сечения насыпей с предварительным выторфовыванием:

/ — экскаваторами или земснарядами; II — взрывом на выброс (пунктиром показаны допускаемые контуры подземной части насыпи для дорог); III — то

же, на болотах, заполненных торфом со степенью разложения 45—75%.

как искусственное основание (песчаную подушку) для части насыпи выше поверхности болота *.

Для болот, заполненных торфом со степенью разло­ жения менее 45%, можно рекомендовать два типовых сечения насыпи (рис. 30, / и //). Ширину траншеи вы­ торфовывания по дну принимают равной ширине насыпи на уровне поверхности болота. Стенки траншеи в первом случае — вертикальные, во втором — наклонные. Кру­ тизна откосов траншеи выторфовывания взрывным спо­ собом зависит как от физико-механических характерис­ тик торфа, так и от параметров взрыва; определяется опытным путем (обычно m т> 1).

Для болот, заполненных торфом со степенью разло­ жения 45—75%, при предварительном удалении торфа из основания насыпи можно рекомендовать типовое по­ перечное сечение, показанное на рисунке 30, ///.

Так как в неосушенных болотах торф с большой сте­ пенью разложения не может длительное время держать

* Это в равной степени относится и к насыпям на болотах, заполненных торфом со степенью разложения более 75%.

вертикальные откосы, траншею при любом способе вы­ торфовывания проектируют с заложением откосов не менее /пт= 0,5-т-1. Ширина траншеи пр-дну^ определя­ ется глубиной болота Я, шириной насыпи на уровне по­ верхности болота В и крутизной откосов ее подземной части, которая должна быть равна углу естественного откоса ф материала насыпи в водонасыщенном состоя­ нии, но не. более 45°.

В некоторых случаях, если болото когда-либо осуша­ лось, торф и со степенью разложения 45—75% может обеспечить устойчивость траншеи с вертикальными стен­ ками (откосами). Однако окончательно сечение насыпи принимают лишь после натурного определения устойчи­ вости откосов-стенок в шурфах.

11. Определение величины осадки

Известно много формул для прогнозирования осадки насыпей на болотах. Анализ существующих формул до­

рим здесь один из способов, который, по нашему мне­ нию, для практики мелиоративного строительства более достоверный и простой.

Величина осадки сооружения (насыпи) зависит как от характера и величины нагрузки, передаваемой соору­ жением на основание, так ,н от физико-механических свойств торфов, слагающих основание. Этими же факто­ рами обусловливается и характер деформируемости тор­ фов в основании сооружений (деформация сжатия, сжатия и бокового выдавливания, выпирание торфа пол­ ностью из-под насыпи). Характер же деформации торфя­ ного основания предопределяет способ прогнозирования величины ожидаемой осадки.

В механике минеральных грунтов при расчете оса­ док оснований, деформирующихся без бокового расши­ рения грунта, применяют метод расчета по изменению

коэффициента пористости. Величина сжатия расчетного слоя:

66

е0 — начальный (в природном состоянии до строи­ тельства) коэффициент пористости грунта расчетного слоя;

ер — коэффициент пористости грунта расчетного слоя после полного его уплотнения нагрузкой Р (после строительства).

При слоистом напластовании грунтов основания и при неравномерном давлении по глубине общую величи­

где п — число расчетных слоев в основании;

Si — величина сжатия грунта i-го расчетного слоя. Торфы со степенью разложения до 45%, как показа­

ли наши исследования (глава I), при нагрузках, соот­ ветствующих насыпям высотой до 3—4 м, имеют только деформацию сжатия, а осадка происходит лишь за счет уменьшения пористости. Поэтому при устройстве насы­ пей на болотах группы I, заполненных торфом со сте­ пенью разложения до 45%, можно осадку определять по формулам (27) и (28), считая минеральное дно болота несжимаемым. При этом коэффициенты пористости е0 и вр для каждого расчетного слоя следует устанавливать по данным компрессионных испытаний образцов нена­ рушенной структуры, отобранных из залежи в процессе изысканий.

Величина е0 соответствуеткоэффициенту пористости,

где Рп,-_, — природное давление на кровлю расчетного

слоя от веса вышележащих слоев, Г/см2; Рп. — природное давление в рассматриваемой

точке от собственного веса торфа расчетно­

где уоб.т; — объемный вес торфа расчетного слоя, Г/см3;

hi — толщина слоя торфа (расстояние от кровли до рассматриваемой точки), см.

Коэффициент пористости ер соответствует коэффи­ циенту пористости, снимаемому с компрессионной кри­ вой, при суммарном давлении, равном сумме природно­ го давления и давления, возникающего в расчетном слое торфа основания от веса насыпи. Давление от веса на­ сыпи — сжимающее давление — в каждом расчетном слое можно определить, согласно теории линейно дефор­ мируемой среды, по формуле

где а — коэффициент уменьшения сжимающего давле­ ния;

Ян — давление на торфяное основание по подошве на­ сыпи от ее собственного веса, Г/см2.

Коэффициент а принимают как для ленточного фун­ дамента в зависимости от величины т *:

а1,000 0,977 0,881 0,755 0,642 0,550 0,477 0,420 0,374 0,337 0,306

(32)

где 2 — глубина расположения точки, в которой опре­ деляется сжимающее давление; исчисляется от уровня приложения нагрузки (в данном случае от поверхности болота);

b — ширина «подошвы фундамента», равная шири­ не насыпи по верху.

Давление на торфяное основание по подошве насыпи

где уоб.н — объемный вес материала насыпи, Г/см3; Лн — толщина насыпи, см.

Ожидаемую величину осадки вычисляют по форму­ лам (27) и (28) методом постепенного приближения. Для этого толщу торфов основания разбивают на расчет­

* Из таблицы 8 СНиП Н-Б. 1-62

68

редине каждого слоя по формуле (29). Далее по высоте насыпи над поверхностью болота определяют давление на торфяное основание по подошве насыпи по формуле (33) и сжимающее давление в середине каждого расчет­ ного слоя по формуле (31). Для каждого расчетного слоя торфа по компрессионным кривым устанавливают коэффициенты пористости е0 и ер и подсчитывают вели­ чину осадки.

Затем уточняют давление на торфяное основание по подошве насыпи. При этом за толщину насыпи принима­

где у — удельный вес материала насыпи, Г/см3**;

ув— объемный вес воды, равный 1 Г/см3;

е— коэффициент пористости материала насыпи. Давление по подошве насыпи, если уровень грунто­

вых вод расположен на поверхности, составляет:

Далее определяют сжимающие давления в середине каждого расчетного слоя, коэффициенты пористости ер торфов *** и величину ожидаемой осадки во втором при­

даемых осадок торфяного основания под насыпями, опре­ деленные по изменению коэффициентов пористости, ко­ торые принимаются по результатам компрессионных

* То есть слоев торфа, различных между собой как по ботани­ ческому составу, так и по степени разложения и другим характе­ ристикам.

**Для песчаных грунтов — 2,65—2,66 Г/см3, для супесей и су­ глинков— 2,70—2,71 Г/см3.

***Начальные коэффициенты пористости торфов расчетных

слоев ео те же.

69

испытаний, имеют отклонения от натурных в среднем на 12%. Такая точность для торфов вполне доста­ точна *.

Компрессионные испытания торфов очень трудоемки и требуют длительного времени. Поэтому для ориенти­ ровочных расчетов величину ожидаемой осадки можно определять по формулам (27) и (28), не проводя ком­ прессионных испытаний.

На неосушенных болотах, особенно при уровне стоя­

бречь. Тогда начальный коэффициент пористости ео для торфов каждого расчетного слоя можно будет опреде­ лить по формуле

t (1 + 0,01 IT)

(36)

Т>б

где у — удельный вес торфа, Г/см3; W — природная влажность, %;

уоб— объемный вес торфа в естественном состоянии, Г/см3.

При этом для ориентировочных расчетов удельный и объемный вес торфов можно принимать по таблицам 1, 2, 3, а влажность — по зависимости, показанной на ри­ сунке 6, для чего достаточно знать только степень раз­ ложения и зольность торфа.

Коэффициент пористости ер для расчетных слоев можно определить по формуле (7) или (8). По мнению А. Ф. Печкурова, формула (7) применима только для торфов неосушенных и неуплотненных болот. Форму­ лой (8) П. А. Дррзд и В. Н. Заяц рекомендуют пользо­ ваться для различных болотных грунтов в широком диа­ пазоне изменения их плотности. Нам же представляется, что распространять эту формулу, например на илы и сапропеля, преждевременно. По одним только испыта­ ниям образцов грунта в компрессионном приборе нельзя утверждать, что илы и сапропели, имеющие большие

* Другие методы в среднем дают больший процент отклонения.

70

начальные коэффициенты пористости *, являются надеж­ ными основаниями для насыпей высотой до 10 м.

Рекомендовать метод определения величины дефор­ мации торфяного основания для болот группы I, запол­ ненных торфами со степенью разложения 45— 75%, с учетом бокового выдавливания торфа пока не пред­ ставляется возможным. Процесс деформируемости та­ ких торфов требует дальнейшего изучения.

Под насыпями, высота которых соответствует нагруз­ кам, менее критических сжимающих или им равных (глава I), осадку торфяного основания, сложенного тор­ фами со степенью разложения 45—75%, с достаточной точностью можно определить по формулам (27) и (28).

На болотах, заполненных торфом со степенью раз­ ложения более 75%), за конечную величину осадки при­ нимают полную глубину болота.

12. Методы ускорения осадок

При устройстве насыпей непосредственно на торфя­ ной залежи как на естественном основании применяет­ ся послойное возведение или возведение с головы на пол­ ную высоту насыпи.

С точки зрения устойчивости насыпи предпочтение следует отдавать послойному возведению, так как в этом случае, как отмечалось выше, торфы даже с вы­ сокой степенью разложения благодаря уплотнению мо­ гут служить вполне надежным основанием. Надо только правильно выбрать интенсивность возведения.

Для торфов со степенью разложения до 45%, основы­ ваясь на характере их деформируемости под нагрузкой (глава I), интенсивность возведения практически можно не ограничивать.

Стоимость возведения насыпей непосредственно на торфяной залежи при прочих равных условиях наиболее низкая. Однако такие насыпи требуют значительных затрат в период эксплуатации из-за больших, длитель­ ных и неравномерных осадок. Чтобы в какой-то мере избежать этого, дорожники рекомендуют устраивать жесткое покрытие только после одно-, двухгодичной эксплуатации насыпей.

* П. А. Д р о з д и В. Н. З а я ц испытывали в компрессион­ ном приборе сапропели с начальным коэффициентом пористости до

18,6 [ 12].

71

Такие же рекомендации можно дать и для гидротех­ нических насыпей, по верху которых устраивается доро­ га с жестким покрытием или мокрый откос которых кре­ пится жестким покрытием. Однако это значит, что ввод объекта в нормальную эксплуатацию задерживается на год или на два. Поэтому при оставлении торфа в основа­ нии насыпи необходимо предусмотреть мероприятия, ускоряющие осадку торфяного основания.

В соответствии с теорией фильтрационной консоли­ дации скорость осадки водонасыщенных минеральных грунтов определяется скоростью отжатия воды из пор грунта, а это, в свою очередь, зависит от фильтрацион­ ной способности грунта. Одни исследователи считают, что уплотнение неосушенных торфов под нагрузкой во времени также происходит по законам теории фильтра­ ционной консолидации, другие исследователи указыва­ ют на неприменимость ее.

Результаты наших исследований сжимаемости тор­ фов, изложенные выше, говорят о том, что на скорость уплотнения торфов при различных нагрузках оказывает влияние как фильтрационное уплотнение, так и уплот­ нение за счет ползучести торфа, но при небольших на­ грузках *; по крайней мере для торфов со степенью раз­ ложения до 45% основным фактором является фильтра­ ционное уплотнение. Следовательно, для ускорения осадки торфяного основания необходимо обеспечить бо­ лее быстрый отвод воды из пор торфов, слагающих осно­ вание, чем отвод, происходящий под действием нагрузки от возводимой насыпи (сооружения).

Наиболее простой способ — о т с ы п к а н а с ы п и на п р е д в а р и т е л ь н о о б ж а т у ю т о р ф я н у ю з а л е жь . Для этого за 8— 12 месяцев до возведения насыпи торфяную залежь пригружают слоем песка тол­ щиной около 3 м. До начала возведения насыпи основ­ ная часть воды, заключенная в порах торфов основания, отжимается и торфяное основание существенно уплот­ няется. Потом песчаную пригрузку удаляют и на уплот­ ненном основании возводят насыпь; торфяное основание под ней получает небольшую осадку и достаточно быст­ рую стабилизацию. Однако этот способ связан с допол­

* Соответствующих нагрузкам от насыпей высотой до 3—4 м или нагрузкам от шлюзов-регуляторов и труб-переездов на осуши­ тельных каналах.

72

нительными объемами работ и на целый год задержива­ ет строительство.

Вариант этого способа — устройство насыпи с пере­ грузкой торфяного основания. Насыпь возводят на пол­ ную ее высоту (с учетом величины ожидаемой осадки) с послойной укладкой грунта, а сверху на насыпь укла­ дывают временный пригрузочный слой толщиной 1,0— 1,5 м и более. После достижения расчетной осадки пригрузочный слой удаляют и насыпи придают проект­ ные очертания.

Эффективный способ ускорения осадки за счет отво­

оси насыпи до осушительных каналов должно быть та­ ким, чтобы они не мешали возводить насыпь. Осуши­ тельные каналы обеспечивают снижение уровня грунто­ вых вод в залежи, верхние слои ее, освобождаясь от взвешивания, заметно увеличивают природное давление.

Общая осадка торфяной залежи при снижении уров­

Благодаря уплотнению торфяной залежи при осуше­ нии существенно увеличивается ее прочность. По дан­ ным Л. С. Амаряна [3], прочность залежи за счет осу­ шения возрастает примерно в 2,0—2,5 раза. Насыпь, возведенная на осушенной залежи, имеет большую прочность, чем на неосушенной; торфяное основание под насыпью получает меньшую, более равномерную и быстрее стабилизирующуюся осадку. Кроме того, су­ щественным является тот факт, что повышение прочно­ сти залежи при ее осушении создает благоприятные условия для производства работ по возведению на­ сыпи.

Однако вопрос ускорения осадки предварительным осушением полностью не решается, тем более, что строи­ тельство задерживается не менее, чем на год (на период предварительного осушения). Осушение надо проводить

73