8.2. Грунты для земляного полотна

Грунты, используемые для сооружения насыпей, и грунты, в которых вскрываются выемки, классифицируются в соответствии с СТБ 943-2007 "Грунты. Классификация".

С учетом работы грунтов в сооружениях они подразделяются на

скальные, дисперсные и мерзлые.

Скальные грунты могут быть невыветриваемыми, слабовыветриваемыми, выветриваемыми и сильновыветриваемыми в зависимости от способности к выветриванию, трещиноватости и блочности.

Кслабовыветриваемым относятся грунты магматического

происхождения, метаморфические и осадочные, а также грунты

глыбовощебенистой и щебенисто-глыбовой структуры. Все они,-

как правило, неразмягчаемые и имеют коэффициент размягчаемости Ksat> 0,75 (он представляет собой отношение временных сопротивлений грунта одноосному сжатию в водонасыщенном и воздушно-сухом состояниях).

Квыветриваемым относятся грунты магматического происхождения крупнозернистой структуры, метаморфические, осадочные, неразмягчаемые (Ksat> 0,75), а также осадочные размягчаемые (Ksat< 0,75): аргиллиты, алевролиты, песчаники с различным цементом и др.

Слабовыветриваемые грунты могут быть слабо- и сильнотрещиноватыми, выветриваемые — сильнотрещиноватыми; они часто разрушаются до обломочно-щебенисто-дресвяного состояния (неразмягчаемые) или песчано-пылевато-глинистого (размягчаемые).

Дисперсные грунты подразделяются на крупноблочные, песчаные (классифицируются по степени дренирования), глинистые (классифицируются по гранулометрическому составу, засоленности, набухаемости, пучинистости, просадочности и

чувствительности к вибродинамическому воздействию), биогенные (сапропели, заторфованные, торфы), искусственные отходы производства (шлаки, золы и пр.).

Если в крупноблочном грунте содержится более 40 % песчаного заполнителя или более 30 % глинистого (от общей массы воздушносухого грунта), то в его название включается наименование заполнителя, например гравийно-песчаный и пр.

При применении отходов производства, а также специфических естественных грунтов, прочностные свойства которых резко снижаются под воздействием климатических факторов, следует предусматривать мероприятия по обеспечению надежности конструкций (стабильности основной площадки и устойчивости откосов).

В насыпях предпочтительнее использовать неоднородные пески для обеспечения большей устойчивости откосов под воздействием динамических поездных нагрузок. Поэтому следует определять показатель неоднородности гранулометрического состава

где d60 и d10 — диаметры частиц, меньше которых в данном грунте по массе содержится соответственно 60 и 10 %.

При Cv < 3 пески считаются однородными, при Cv > 3 — неоднородными. К однородным относятся также мелкие пески с содержанием по массе 90 % и более частиц размером 0,1— 0,25 мм.

По коэффициенту водонасыщения Sr крупнообломочные и песчаные грунты подразделяются на: малой степени водонасыщения (0 < Sr < 0,5), средней степени водонасыщения (0,5 < Sr < 0,8) и насыщенные водой (0,8 < Sr < 1). Коэффициент водонасыщения определяется по формуле

(8.2)

где W — природная влажность грунта (в долях единицы);

ρs и ρw — плотности частиц грунта и воды соответственно,

г/смЗ;

е — коэффициент пористости.

По водопроницаемости грунты делятся на дренирующие и недренирующие.

К дренирующим по условиям работы земляного полотна относятся грунты, имеющие при максимальной плотности по стандартному уплотнению коэффициент фильтрации Кф=0,5 м/сут и содержащие в гранулометрическом составе не более 10 % частиц размером менее 0,1 мм. С согласия заказчика можно применять в качестве дренирующих грунтов пески мелкие и пылеватые с Кф < 0,5 м/сут при соответствующем технико-экономическом обосновании.

Глинистые грунты различаются в зависимости от числа пластичности JL, степени влажности (консистенции), содержания растворимых солей и органических веществ, набухания и просадочности.

От консистенции грунтов зависит прочность и устойчивость земляного полотна. В табл. 3.5 приведены значения Ji для различных консистенций разных грунтов.

От набухаемости и просадочности глинистых грунтов зависит их возможная деформативность в сооружении. Набухаемость проверяется по показателю усадки — набухания

(8.3)

где ау и ан - показатели усадки и набухания соответственно. При Эун< 0,10 грунты считаются слабонабухающими,

при 0,10 <аун< 0,20 — средненабухающими и при аун> 0,20 — сильнонабухающими. Значения ау и ан определяются по ГОСТ 24143—80 "Грунты. Методы лабораторного определения набухания и усадки".

Глинистые грунты, которые при замачивании под воздействием внешней нагрузки и собственного веса дают дополнительную осадку,считаются просадочными (относительная деформация просадочности у них — не менее 0,01). Это лёссы и лёссовые грунты.

Для возведения насыпей разрешается использовать все грунты, кроме глинистых избыточно увлажненных или засоленных, торфов, ила, мергелей, трепельных, гипса, заторфованных грунтов (содержащих органические включения более 10—50 %), содержащих гипс в количестве 20—30 % и др.

Естественные основания насыпей могут быть сухими (W < Wp + 0,25JL до глубины 1,0 м, грунтовые воды отсутствуют или залегают на глубине более 2,0 м), сырыми (W от Wp + 0,25 Jp до Wp + 0,75 Jp, грунтовые воды залегают на глубине 1,0 м и ниже, имеются признаки поверхностного заболачивания) и мокрыми (W > Wp + 0,75 Jp, грунтовые воды залегают на глубине 1,0 м, имеются их выходы на поверхность).

Кроме того, в зависимости от прочности, влажности, степени однородности грунтов, а также расчетных нагрузок основания подразделяются на прочные, недостаточно прочные и слабые.

Для обеспечения надежности конструкций земляного полотна и расширения сферы применения местных грунтов производится уплотнение грунтов до нормируемой плотности в насыпях и в необходимых случаях под основной площадкой в выемках, на нулевых местах и основаниях насыпей.

Грунты насыпей послойно уплотняются (рис. 8.1) до достижения нормируемой минимальной плотности сложения сухого грунта

Рис. 8.1. Схема уплотнения насыпей

г/смЗ, которая принимается постоянной по всей ширине слоя толщиною h, м (имея в виду, что в средней части насыпи имеют место наибольшие нормальные напряжения, а в откосных частях — касательные). Величина h зависит от рода грунта, его влажности и типа уплотняющего средства.

При надлежащем уплотнении грунта можно обеспечить:

•

инимальные остаточные деформации грунтов и практически упругую работу грунта под воздействием внешних динамических нагрузок;

•

рактическую водонепроницаемость или существенное снижение инфильтрации атмосферной воды в грунт;

•

остаточное сопротивление сдвигу;

•

ведение к минимуму тиксотропных явлений.

Специальному уплотнению подлежат основания насыпей высотой до 0,5 м и грунты под основной площадкой выемок в случаях, если их естественная плотность меньше нормируемой.

Грунты в насыпях можно специально не уплотнять, если насыпи сооружаются из слабовыветриваемых скальных и близких к ним по свойствам выветриваемых неразмягчаемых скальных грунтов, -при применении сухих барханных песков, при отсыпке насыпей в воду (в подводной части), а также при возведении их способом гидронамыва.

Таблица 8.1 - Наименьший коэффициент уплотнения грунта

следует принимать в случаях применения цементобетонных покрытий и оснований.

В настоящее время, исходя из требований минимальных остаточных деформаций (осадки) и возможностей современной грунтоуплотняющей техники, приняты значения k, приведенные в

табл. 8.1.