Поиск:  
 
Примеры: ГОСТ Р 34.1980.4-93   Нефть   28906-91   охрана труда   методика пожар   50571   Геоинформационная система   Промышленная безопасность
 
Добавить в избранное
Размещение рекламы
в документах

Получение разрешения Главгосэкспертизы

Закладки Нормативные документы ГОСТы Тендеры Услуги! Форум
Разместить рекламу на этом месте

Пособие к СНиП 2.05.02-85

Скачать PDF

Документ:Пособие к СНиП 2.05.02-85
Название:Пособие по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах
Начало действия:1989-01-01
Дата последнего изменения:2004-09-14
Завершения срока действия:2003-12-03
Вид документа:Пособие к СНиП
Область применения:В Пособии рассмотрены вопросы изысканий, проектирования и строительства земляного полотна на участках распространения слабых грунтов. Уточнены стадии изысканий автомобильных дорог. Даны таблицы физико-механических характеристик наиболее часто встречающихся видов слабых грунтов. Изложены методики полевых и лабораторных испытаний слабых грунтов. Рассматриваются наиболее рациональные конструкции насыпей на слабых грунтах и методы их расчета. В приложениях приведены примеры расчетов на основе данных лабораторных испытаний, выполненных в полном и в сокращенном объеме.
Разработчики документа: Союздорнии Минтрансстроя(87),


Государственный всесоюзный дорожный
научносследовательский институт
(СО
ЮЗДОРНИИ) Минтрансстроя СССР

ПОСОБИЕ
ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ
ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
НА СЛАБЫХ ГРУНТАХ
(
к СНиП 2.05.02-85)

Одобрено Главтранспроектом Минтрансстроя СССР
21.05.86 № 30-04/15-14-178

Москва Стройиздат 1989

Рекомендовано к изданию секцией Ученого совета СОЮЗДОРНИИ Минтрансстроя СССР.

Рассмотрены основные вопросы изысканий, проектирования и строительства земляного полотна на участках распространения слабых грунтов. Даны методы оценки устойчивости насыпи и прогноза осадки насыпи.

Для инженерно-технических работников проектнозыскательских организаций.

mso-bidi-font-family:"Times New Roman"'>

Настоящее Пособие разработано к СНиП 2.05.02-85. В Пособии рассмотрены вопросы изысканий, проектирования и строительства земляного полотна на участках распространения слабых грунтов. Уточнены стадии изысканий автомобильных дорог. Даны таблицы физико-механических характеристик наиболее часто встречающихся видов слабых грунтов. Изложены методики полевых и лабораторных испытаний слабых грунтов. Рассматриваются наиболее рациональные конструкции насыпей на слабых грунтах и методы их расчета. В приложениях приведены примеры расчетов на основе данных лабораторных испытаний, выполненных в полном и в сокращенном объеме.

Пособие составили доктора техн. наук В. Д. Казарновский (разд. 1 - 6, прил. 6, 15), И. Е. Евгеньев (разд. 5); кандидаты техн. наук А. Г. Полуновский (разд. 5, прил. 10, 13 - 15), Э. К. Кузахметова (разд. 4, прил. 2, 3, 5, 7, 9, 11, 12), инж. М. В. Ледина (прил. 13) (СОЮЗДОРНИИ), В. Н. Яромко (прил. 1, 4, 16) (научно-производственное объединение Дорстройтехника); канд. техн. наук В. Д. Браславский (разд. 2, прил. 8) (Союздорпроект).

Учитывались наряду с разработками СОЮЗДОРНИИ разработки разных лет в данной области Омского и Казахского филиалов СОЮЗДОРНИИ, Калининского политехнического института, Тюменского инженерно-строительного института, Московского автомобильно-дорожного института и других учебных и научно-исследовательских организаций, а также опыт ведущих организаций: проектных (Союздорпроект, Гипротюменнефтегаз, Ленгипротранс) и строительных (Тюмендорстрой, Пермдорстрой, УС Москва - Рига, Севзапдорстрой и др.).

Пособие разработано под общей редакцией канд. техн. наук Э. К. Кузахметовой.

PO0000001'>1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

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

1.2. В основу проектного решения на участке залегания слабых грунтов может быть положен один из двух принципов:

удаление слабого грунта и замена его или применение эстакад;

использование слабого грунта в качестве основания насыпи с применением мероприятий, обеспечивающих устойчивость основания и ускорение его осадки, а также прочность дорожной одежды, сооружаемой на таком земляном полотне.

1.3. Принцип и конкретное проектное решение по конструкции насыпи выбираются на основе технико-экономического сравнения вариантов с учетом:

категории автомобильной дороги и типа дорожной одежды;

требуемой высоты насыпи и качества имеющегося для ее отсыпки грунта;

протяженности участка со слабыми грунтами;

вида и особенностей свойств слабых грунтов, залегающих на участке, и особенностей строения слабой толщи (мощность, наличие переслаивания, уклона кровли подстилающих пород и т.д.);

условий производства работ, в том числе сроков завершения строительства, климата района, времени года, в которое будут выполняться земляные работы, дальности возки грунта, возможности строительной организации (обеспеченность транспортом, наличие специального оборудования и т.п.).

1.4. Использование слабого грунта во многих случаях существенно снижает стоимость и трудоемкость работ, повышает темпы строительства, поэтому отказ от его использования должен быть обоснован технико-экономическим анализом с учетом конкретных условий. Такой анализ осуществляется на основе прогнозов устойчивости, конечной величины и длительности осадки слабой толщи при возведении на ней насыпи.

1.5. Земляное полотно на участках слабых грунтов проектируют в виде насыпей. Требования к грунтам верхней части насыпи, а также необходимое возвышение низа дорожной одежды над расчетным уровнем поверхностных и грунтовых вод определены СНиП 2.05.02-85 «Автомобильные дороги» применительно к соответствующему типу местности (слабые грунты обычно залегают в пределах III типа местности) по характеру и условиям увлажнения.

Примечание. При назначении высоты насыпи, сооружаемой на торфяном основании, кроме обычных требований, связанных с водно-тепловым режимом и снегозаносимостью, необходимо учитывать требования п. 1.9 настоящего Пособия.

Нижнюю часть насыпи следует устраивать из дренирующих грунтов с толщиной слоя на 0,5 м больше суммарной величины расчетной осадки основания и мощности удаляемого слоя (если применяется частичное или полное удаление).

Глинистые грунты допускается использовать в нижней части насыпей только при специальном технико-экономическом обосновании.

1.6. К земляному полотну, сооружаемому с использованием слабых грунтов в основании насыпи, кроме общих требований, изложенных в действующих нормативных документах, предъявляются дополнительные требования:

должна быть исключена возможность выдавливания оставляемого слабого грунта из-под насыпи в процессе ее возведения и эксплуатации (обеспечена устойчивость основания);

интенсивная часть осадки должна завершиться до сооружения покрытия (обеспечена стабильность, см. п. 1.8);

упругие колебания земляного полотна, возникающие при наличии торфяных грунтов в основании насыпи, не должны превышать величину, допускаемую для принятого типа покрытия (см. п. 1.9).

1.7. На насыпях, в основании которых оставлены слабые грунты, капитальные покрытия можно устраивать после завершения не менее 90 % расчетной осадки или при условии, что средняя интенсивность осадки за месяц, предшествующий устройству покрытия, не превышает 1,5 - 2 см/г. Для устройства облегченных покрытий требуется достижение не менее 80 % конечной осадки или интенсивности осадки не более 3 - 5 см/г.

1.8. Для исключения недопустимых упругих колебаний толщина насыпей, сооружаемых на торфяных основаниях, должна быть не менее указанной в табл. 1. Для насыпей на торфяном основании, толщина которых по статическому расчету менее значений, приведенных в табл. 1. необходимо провести динамический расчет с целью проверки допустимости ускорений колебаний земляного полотна по условиям вибрационной прочности покрытия. Методика динамического расчета насыпей на торфяных грунтах изложена в прил. 1.

Таблица 1. Минимальная толщина насыпного слоя, м

7.0pt'>Начальная мощность слабого слоя, м

Тип дорожной одежды

капитальный

облегченный

переходный

1

2

1,5

1,2

2

2,5

2

1,5

4

3

2,5

2

6

3

3

2,5

Примечания: 1. Для промежуточных значений начальной мощности сжимаемого слоя требуемая толщина устанавливается линейной интерполяцией. 2. Толщина насыпи в данном случае определяется разностью отметок поверхности проезжей части и просевшей подошвы насыпи по оси земляного полотна. При наличии погребенного слоя торфа (слоя, перекрытого сверху слоем песчаного или глинистого грунта) толщина перекрывающего слоя включается в толщину насыпи. Допускается для конструктивных слоев, обладающих прочностью на растяжение, учитывать эквивалентную толщину.

Когда невозможно или нецелесообразно обеспечить требуемую толщину насыпи, можно устроить насыпь меньшей толщины. При этом необходимо выполнить проверочный расчет дорожной одежды на динамическую устойчивость и при необходимости изменить (усилить) в соответствии с его результатами конструкцию дорожной одежды.

1.9. При расчете дорожной одежды по ВСН 46-83 величину расчетного эквивалентного модуля упругости на поверхности земляного полотна, сооруженного на слабом грунте, следует определять по формуле

,

где Есл - модуль упругости слабого грунта в его расчетном состоянии под насыпью; hн - толщина насыпи; Нсл - мощность слабой толщи; D - расчетный диаметр отпечатка колеса; Ен - модуль упругости грунта насыпи.

1.10. Земляное полотно на участках залегания слабых грунтов следует проектировать не менее чем в две стадии, которые могут быть назначены после технико-экономического обоснования проекта дороги.

На первой стадии выделяют участки, для которых дальнейшая проработка варианта с использованием слабого грунта в основании нецелесообразна, и участки, где этот вариант может быть целесообразным.

Применительно к первым участкам принимается окончательное решение (за исключением особо сложных случаев, где удаление слабых грунтов связано с применением специальных методов).

Для участков, где использование слабых грунтов представляется целесообразным, принимают предварительное решение, которое затем подлежит уточнению на следующей стадии проектирования. Все уточнения на последующей стадии не должны увеличивать смету строительства. В особо сложных случаях, когда требуются специальные обследования и опытные работы, следует проектировать в три стадии.

1.11. Конструкция земляного полотна на участках слабых грунтов назначается на основе технико-экономических расчетов и сравнения вариантов.

Для обоснования выбора конструкции земляного полотна проект должен содержать:

материалы подробного инженерно-геологического обследования грунтовой толщи на участках залегания слабых грунтов, включая данные по мощности и расположению их в плане, по глубине отдельных слоев и расчетным значениям физико-механических характеристик грунтов этих слоев, положению уровня грунтовых вод и т.п.;

исходные данные по проектируемой насыпи (высота и другие геометрические параметры, а также свойства грунтов, укладываемых в насыпь) и расчетные условия движения;

результаты инженерных расчетов, обосновывающие принятую конструкцию;

указания по порядку сооружения запроектированной конструкции.

1.12. Объем, состав и методы получения данных, необходимых для обоснования конструкции земляного полотна, так же как и методы расчетов, зависят от стадии проектирования. Рекомендации по инженерно-геологическому обследованию участков, на которых залегают слабые грунты, а также по расчету и конструированию земляного полотна на этих участках изложены в разделах 2 - 4 настоящего Пособия.

Земляное полотно на участке залегания слабых грунтов в общем случае проектируют в следующем порядке:

на основе результатов инженерно-геологических обследований намечают расчетные участки и устанавливают расчетные параметры слабой толщи и характеристик слагающих ее грунтов;

устанавливают минимально допустимую высоту насыпи на данном участке, руководствуясь условиями водно-теплового режима, снегозаносимости и исключения упругих колебаний (см. п. 1.9);

с учетом минимально допустимой высоты наносят красную линию, устанавливают расчетную высоту насыпи и намечают расчетные поперечники;

определяют расчетом величину осадки;

проверяют устойчивость основания;

прогнозируют длительность завершения осадки;

намечают варианты конструктивно-технологических решений, обеспечивающих в случае необходимости повышение устойчивости, ускорение осадки или снижение ее величины;

выполняют расчеты по этим вариантам и выбирают оптимальный;

дают рекомендации по наиболее рациональной технологии, механизации и организации работ;

выполняют наблюдения в процессе строительства и вносят коррективы в расчеты по фактическим данным (в случае необходимости) с целью уточнения объемов земляных работ, режима возведения насыпи, сроков устройства дорожной одежды и т.д.

1.13. В целях оптимизации проектных решений и процесса инженерно-геологических изысканий последние необходимо вести в тесной увязке с проектированием как единый комплексный процесс.

PO0000015'>2. ОСОБЕННОСТИ ИЗЫСКАНИЙ ДОРОГ НА УЧАСТКАХ ЗАЛЕГАНИЯ СЛАБЫХ ГРУНТОВ

Общий порядок проведения инженерно-геологических обследований на участках слабых грунтов

2.1. Целью инженерно-геологического обследования является получение данных, необходимых для обоснования положения трассы и назначения конструкции и технологии сооружения земляного полотна.

2.2. При инженерно-геологическом обследовании необходимо:

установить границы участка со слабыми грунтами в пределах зоны возможного расположения трассы;

выявить строение слабой толщи (ее стратиграфические особенности), в том числе наличие включений (валуны, пни и т.п.), а также характер подстилающих пород и рельеф их кровли;

установить физико-механические характеристики грунтов, слагающих слабую толщу, необходимые для определения их строительного типа, типа основания по устойчивости и расчета конструкции насыпи;

выявить особенности гидрогеологического режима толщи.

2.3. Для получения требуемых данных выполняются:

топографическая съемка участка;

проходка зондировочных и опорных скважин с отбором проб грунтов нарушенного и ненарушенного сложения и испытания грунтов в условиях их природного залегания (без отбора монолитов);

лабораторные испытания проб грунтов нарушенного сложения с определением основных показателей состава и состояния грунтов и испытания монолитов для определения характеристик механических свойств грунтов (параметров, характеризующих сопротивляемость сдвигу, сжимаемость и скорость уплотнения грунта и показателей плотности);

камеральная обработка материалов обследования, включающая составление отчетной документации.

2.4. Отчетная документация оформляется в виде паспорта, включающего:

план участка с изолиниями мощности слабой толщи (рис. 1);

Рис. 1. План болота. Масштаб 1:2000 (Линии мощности торфа проведены через 0,5 м.)

о - Скважина - 2/83,95 (4,15) - опорная скважина, ее номер, отметка устья, мощность (в скобках, м); · 83,80 (5,0) - зондированная скважина, отметка устья и мощность торфа (в скобках, м)

геологические разрезы по оси вариантов трассы и по характерным поперечникам с нанесенными на них результатами определения основных показателей состава и состояния грунтов и механических испытаний грунтов в условиях природного залегания полевыми приборами (рис. 2);

результаты лабораторных испытаний грунтов слабой толщи;

пояснительную записку.

Пояснительная записка должна содержать: подробное описание участка, включая его происхождение; источники питания грунтовых вод; состав и состояние грунтов слабой толщи; данные о растительно-корневом покрове, пнистости, наличии поверхностного водоотвода; данные о постоянных водотоках и о проходе весенних вод; данные о характере пород, слагающих дно толщи и о рельефе последнего. В пояснительной записке дают оценку строительных свойств слабых грунтов; выделяют расчетные (однотипные) участки, расчетные слои (т.е. слои единообразные по инженерно-геологическим свойствам) и дают расчетные значения механических характеристик грунтов для этих слоев.

На основе количественной оценки механических свойств грунтов слабой толщи должна быть проведена предварительная оценка слабой толщи как основания насыпи.

Пояснительная записка должна содержать также сведения о поведении и состоянии существующих дорог, расположенных в пределах данного участка, состоянии земляного полотна, конфигурации основания насыпи по данным бурения, качественной оценке грунтов тела насыпи, сведения о резервах грунта, намечаемых для использования при возведении насыпи на участке залегания слабых грунтов с указанием характеристик этих грунтов.

2.5. В результате обобщения всех данных обследования должно быть сделано заключение о принципиальной возможности или невозможности (нецелесообразности) использования слабой толщи в качестве основания и указаны конструкции, которые могут рассматриваться в качестве конкурирующих вариантов при дальнейшей разработке проекта.

2.6. Состав и объем работ, выполняемых при обследовании, методика их выполнения, применяемые способы определения свойств грунтов и аппаратура зависят от стадии проектирования и этапа изысканий.

2.7. Инженерно-геологическое обследование следует выполнять поэтапно. Этапы обследования различаются методикой определений и составом работ. При этом каждый последующий этап как по методике определений, так и по применяемому оборудованию и составу определений более сложен и трудоемок, чем предыдущий.

В общем случае целесообразно выделять три этапа обследования: на первом (рекогносцировочном) лабораторных определений не выполняют; на втором лабораторные исследования ограничиваются определением показателей состава и состояния грунтов в полевой (нестационарной) лаборатории; на третьем выполняют испытания в стационарной лаборатории для определения показателей механических свойств грунтов.

2.8. В зависимости от конкретных условий проектирования указанные этапы могут быть распределены по стадиям проектирования. При двухстадийном проектировании (проект и рабочая документация) целесообразно первые два этапа обследований проводить на первой стадии, а третий этап - на второй стадии проектирования.


Рис. 2. Геологические разрезы по трассе:

а - продольный разрез по оси дороги; б - поперечный разрез на ПК 44; в - поперечный разрез на ПК 45; Расстояние между скважинами 25 м


2.9. Необходимость последующего этапа обследования и состав работ выявляют и уточняют по мере обобщения результатов предшествующего этапа.

2.10. Во всех случаях при изысканиях дороги следует стремиться обойти участки со слабыми грунтами или, при невозможности обхода, пересечь их в наиболее узком месте и с меньшей мощностью слабых грунтов. Варианты трассы намечают по картам масштаба 1:25000 (1:10000) или по материалам аэрофотосъемки с последующим осмотром на месте назначенных вариантов.

2.11. На пересечении трассой участков слабых грунтов должны быть сняты план масштаба 1:2000 с сечением рельефа через 0,25 - 0,5 м, продольные и поперечные профили и проведен первый этап инженерно-геологического обследования.

Реперы на участках слабых грунтов закладывают на возвышенных местах, на болотах в плотных минеральных грунтах, где исключается возможность их осадки или смещения.

Первый этап обследования

2.12. На первом этапе обследования до проведения полевых инженерно-геологических работ изучают карты и предварительно полученные аэрофотоматериалы. Использование аэрофотоматериалов особенно важно при пересечении значительных по площади заболоченных территорий. В этом случае целесообразно дополнять камеральное дешифрирование фотосхем и аэрофотоснимков визуальными наблюдениями с вертолета или тихоходного самолета.

2.13. Оптимальными масштабами материалов аэрофотосъемки являются: 1:10000 - 1:17000. Можно также использовать масштабы 1:6000 и 1:25000. Наибольший эффект достигается при использовании аэрофотоснимков масштаба 1:12000 - 1:17000 в сочетании с 1:6000 - 1:8000.

Для детального дешифрирования пригодны материалы плановой панхроматической (черно-белой) аэрофотосъемки, но наибольший эффект достигается в сочетании со спектрозональной.

По указанным аэрофотоматериалам можно установить границы болота, относительную, а в ряде случаев и абсолютную мощность торфяной толщи, приблизительный рельеф дна болота, генезис болота, источник его водного питания, направление и интенсивность внутреннего и поверхностного стока в болоте, относительное увлажнение его отдельных частей, геоморфологический тип болота, его микрорельеф и растительность.

При изучении строения толщи болотных отложений, мощности и расположения отдельных слоев, физико-механических свойств торфа материалы аэрофотосъемки дают возможность предварительно делить участки болот на характерные типы. Это позволяет более рационально организовать полевое обследование болот и сократить объемы полевых работ за счет меньшей детальности исследования повторных участков каждого типа.

2.14. Полевые работы по инженерно-геологическому обследованию участков со слабыми грунтами, выполняемые на первом (рекогносцировочном) этапе, включают зондировочное бурение скважин в зоне, примыкающей к трассе, положение которой намечено по данным аэрофотосъемки или по карте. Скважины бурят по сетке от 50 × 50 м до 150 × 150 м в зависимости от размеров территории, занятой слабыми грунтами, и с учетом данных аэрофотосъемки. При этом захватывается зона шириной примерно 300 м (по 150 м в каждую сторону от оси трассы).

Зондировочные скважины проходят с помощью бура геолога, торфяного бура или двухдюймового бурового комплекта без обсадки. Кроме того, может быть применена переносная буровая установка с бензиновым двигателем.

При проходке зондировочных скважин отбирают пробы через 0,5 - 1 м по глубине для установления наименования грунтов и оценки в первом приближении их физико-механических свойств с помощью визуальных методов и классификационных таблиц. На этом же этапе изучают особенности гидрологического режима толщи.

Лабораторных испытаний на данном этапе не проводят и образцы для этих целей не отбирают.

Параллельно с зондировочным бурением или непосредственно вслед за ним по той же сетке выполняют статическое зондирование толщи с помощью вдавливания конусных наконечников (см. прил. 2).

Результаты статического зондирования позволяют уточнить границы отдельных слоев слабой толщи, общую ее мощность и получить предварительную информацию о механических свойствах слагающих ее грунтов.

2.15. В выводах по результатам первого этапа обследования дают:

рекомендации по расположению трассы исходя из наиболее благоприятных условий пересечения участка с точки зрения строения, рельефа дна и особенностей гидрологического режима слабой толщи;

предварительное определение типа основания;

предварительное заключение о целесообразности или нецелесообразности проработки варианта, предусматривающего использование слабой толщи в качестве основания.

Второй этап обследования

2.16. Второй этап обследования назначают лишь в том случае, если в результате первого этапа предварительно установлена целесообразность проработки варианта, предусматривающего использование слабой толщи в качестве основания.

На этом этапе бурят зондировочные скважины на возможных конкурирующих вариантах трассы, положение которых уточнено по результатам первого этапа обследования. Скважины располагают по оси и на поперечниках. При этом захватывается полоса, равная полутора-двум ширинам насыпи понизу.

Расстояние между скважинами по оси трассы принимают примерно 25 - 50 м в зависимости от протяженности заболоченного участка и особенностей строения слабой толщи, выявленных на первом этапе обследования.

Поперечники подразделяют на основные и промежуточные. На основных проходят пять - семь скважин, на промежуточных - одну - три (рис. 3).

Рис. 3. Схема расположения скважин при инженерно-геологическом обследовании болот

1 - основные скважины; 2 - зондировочные скважины; 3 - основные (опорные) поперечники; 4 - промежуточные; I - первоначальный вариант положения оси трассы; II - уточненный вариант

2.17. При проходке скважин отбирают пробы грунтов в основном с нарушенным сложением и определяют основные показатели их состава и состояния в полевой (нестационарной) лаборатории. Пробы отбирают через 0,5 - 1 м по глубине (но не менее трех проб из каждого характерного слоя).

Параллельно с проходкой зондировочных скважин или непосредственно вслед за ней выполняют зондирование слабой толщи конусным наконечником, а также примерно через каждые 0,5 м по глубине толщи испытывают грунты на сдвиг с помощью крыльчатки. Методики зондирования конусным наконечником и испытания крыльчаткой изложены в прил. 2.

2.18. В лаборатории определяют следующие основные показатели состава и состояния грунтов: влажность, содержание органических веществ (для некарбонатных пород - потери при прокаливании или зольность); степень волокнистости или степень разложения (только для торфяных грунтов); пределы пластичности (только для илов и глинистых грунтов); плотность частиц грунта (выборочно для характерных слоев); плотность грунта (выборочно); ботанический состав (дополнительно для торфяных грунтов); содержание CaCO3 (для карбонатных пород).

Методики определения указанных характеристик изложены в прил. 3.

2.19. По результатам испытаний выделяют расчетные слои и определяют расчетные значения основных показателей состава и состояния грунтов в пределах каждого слоя.

Методику определения см. в прил. 3.

В качестве основы для выделения расчетных слоев, т.е. слоев, однородных с точки зрения основных показателей инженерно-геологических свойств, используют результаты описания грунтов при зондировочном бурении и материалы статического зондирования конусным наконечником.

Границы слоев устанавливают предварительно по визуальным признакам. Далее детально расчленяют толщу по результатам статического зондирования на отдельные расчетные слои, в пределах которых физико-механические свойства грунта могут считаться постоянными.

2.20. Для выделенных расчетных слоев путем статистической обработки результатов испытаний определяют расчетные значения основных показателей состава и состояния грунтов и сопротивляемость зондированию и вращательному срезу (см. прил. 4).

2.21. По расчетным значениям основных показателей состава и состояния грунтов, используя табл. 2 - 9, ориентировочно определяют расчетные значения показателей механических свойств грунтов в пределах каждого расчетного слоя.

По этим данным, а также по результатам испытаний крыльчаткой уточняют границы расчетных участков и определяют тип основания по устойчивости или строительный тип болота, а также уточняют место расположения расчетных поперечников и границы наиболее неблагоприятных по своим механическим свойствам слоев.

2.22. По результатам второго этапа обследования уточняют предварительный вывод о целесообразности дальнейшей проработки варианта с использованием слабой толщи в качестве основания. При положительном выводе осуществляют третий этап обследования.

Третий этап обследования

2.23. На третьем этапе обследования проводятся следующие работы:

дополнительная проходка зондировочных скважин и испытание крыльчаткой (при необходимости);

проходка опорных скважин на расчетных поперечниках с отбором монолитов грунтов;

лабораторные испытания монолитов;

определение динамических характеристик торфяной толщи (при необходимости).

2.24. Места расположения опорных скважин и места отбора монолитов определяют на основании обобщения результатов второго этапа обследования с таким расчетом, чтобы основные показатели состава и состояния отбираемых монолитов в возможно большей степени отвечали расчетным значениям этих показателей для выделенных слоев в пределах расчетных участков.

Количество отбираемых монолитов зависит от состава испытаний, определяемого типом основания по устойчивости или строительным типом болота (см. пп. 2.49 - 2.50).

2.25. Если основание относится к типу I, то проводят компрессионные и консолидационные испытания. Количество монолитов и их размеры определяют исходя из того, чтобы для каждого вида испытаний можно было получить не менее шести образцов для каждого расчетного слоя на каждом расчетном участке.

При основаниях II и III типов, кроме компрессионных и консолидационных испытаний, проводят испытания на сдвиг грунта из наиболее слабых слоев (за исключением грунтов, которые неизбежно будут выдавлены). Количество монолитов, отбираемых для сдвиговых испытаний, должно обеспечить возможность получения не менее 9 - 12 образцов для каждого расчетного слоя на каждом расчетном участке.

К требуемому количеству монолитов необходимо добавлять 25 % запасных на случай порчи монолитов при транспортировке, подготовке и проведении испытаний.

2.26. Монолиты отбирают из скважин с помощью оборудования (см. прил. 2), а в некоторых случаях, например при маломощной слабой толще - из шурфов. Правила отбора образцов, транспортировки и хранения их изложены в прил. 5.

2.27. Испытания на компрессию, консолидацию и сдвиг проводят в стационарных лабораториях по специальным методикам (см. прил. 3).

2.28. Оценку динамических свойств грунтов слабой толщи выполняют для обеспечения выбора оптимальной толщины насыпи при заданном типе покрытия по специальной методике.

Классификация слабых грунтов и их свойства

2.29. В зависимости от состава, фациальноенетических и петрографических особенностей, а также состояния слабые грунты следует подразделять на:

виды по содержанию органических веществ;

виды по фациально-генетическим и петрографическим особенностям;

подвиды по особенностям состава;

разновидности по особенностям состояния (плотности и влажности).

Количественные критерии для выделения указанных классификационных единиц и их наименование приведены в табл. 2 для основных видов слабых грунтов.

В пределах разновидности физико-механические свойства каждого слабого грунта изменяются в относительно узких пределах, что позволяет использовать табличные данные для ориентировочной оценки расчетных показателей.

Таблица 2. Классификация торфяных грунтов

Группа по содержанию органических веществ

Вид по генетико-фациальным и петрографическим особенностям

Подвид по составу

Разновидность по состоянию

Наименование

Определяющий признак

Наименование

Определяющий признак

Наименование

Определяющий признак

Органические (П > 60 %)

Торф малозольный

П ³ 95 %

Волокнистый

Ф >75 %

Сухой

ωпр < 300 %

95 % > П ³ 80 %

Маловолокнистый

75 % Ф ≥ 60 %

Маловлажный

300 - 600 %

Торф средней зольности

Средней влажности

600 - 900 %

Торф высокозольный

80 > П > 60 %

Неволокнистый

Ф < 60 %

Избыточно влажный

1200 - 2500 %

Органосапропель

П > 60 %

 

 

Маловлажный

ωпр < 200 %

Средней влажности

200 - 500 %

Очень влажный

500 - 1000 %

Избыточно влажный

ωпр > 1000 %

Органо-минеральные (10 ≤ П 60 %)

Органо-минеральный сапропель

60 % ≥ П > 10

-

-

Маловлажный

ωпр < 150 %

Средней влажности

150 - 400 %

Очень влажный

400 - 900 %

Избыточно влажный

ωпр > 900 %

Болотный мергель

10 % П ≤ 60 %

-

-

Маловлажный

ωпр < 100 %

CaCO3 > 25 %

 

 

Средней влажности

100 - 300 %

Очень влажный

ωпр > 300 %

Торфянистые грунты

30 % < П ≤ 60 %

Супесь

1 ≤ ωпл < 7

А

0,5 < B < 0,75

Сильно заторфованные

20 % < П30

Суглинок

7 - 17

Б

0,75 - 1

 

 

В

1 - 1,5

Тощая глина

17 - 27

Г

1,5 - 2

Заторфованный

10 % < П ≤ 20 %

Жирная глина

> 27

Д

2 - 2,5

Е

2,5 - 3

Ж

3 - 3,5

Минеральные П ≤ 10 %

Ил морской

-

-

-

А

0,5 ≤ B < 0,75

» озерный

-

-

-

Б

0,75 - 1

» аллювиальный

Комплекс фациальноенетических и петрографических характеристик П < 10

Супесь

1 ≤ ωпл < 7

В

1 - 1,5

Мокрый солончак

-

Суглинок

7 - 17

Г

1,5 - 2

Д

2 - 2,5

Е

2,5 - 3

Переувлажненный глинистый грунт

-

Глина

> 17

Ж

3 - 3,5

Иольдиевая глина

-

-

-

А

ωотн < 1

Б

1 ≤ ωотн < 1,5

В

1,5 ≤ ωотн < 2,5

Примечания: 1. Для отделения болотного мергеля от органо-минерального сапропеля необходимо определить содержание CaCO3. 2. Наряду с указанным в гр. 3 определяющим признаком для установления вида слабого грунта используется комплекс данных по фациально-генетическим и петрографическим особенностям, устанавливаемым в процессе изысканий. 3. П - потери при прокаливании, %; Ф - степень волокнистости, %; ωпл. - число пластичности; ωпр. - природная влажность, %; B - коэффициент консистенции; ωотн = ωпр. / ωт. - относительная влажность; ωт - влажность на границе текучести, %. 4. Степень волокнистости Ф вычисляется через степень разложения Rм, определимую с помощью микроскопа по формуле: Ф = 100 - Rм, %. При определении степени разложения весовым методом Rв степень волокнистости следует устанавливать по формулам: Ф = 88 - 0,42Rв при Rв < 50 %; Ф = 118 - 0,32Rв при Rв > 50 %. При определении Rв используется сито 0,25 мм.

2.30. Торф - органогенная осадочная горная порода, формирующаяся в результате отмирания болотной растительности при избыточном количестве влаги и недостаточном доступе воздуха.

Для торфа характерна высокая влагоемкость и влажность в естественном состоянии (обычно в пределах 150 - 3000 %).

Твердое вещество высушенного торфа состоит из не вполне разложившихся растительных остатков - растительного волокна, продуктов разложения растительных остатков - темного бесструктурного вещества (гумуса) и неорганических примесей. Волокнистая часть торфа при достаточном ее содержании может образовывать своеобразный структурный каркас, ячейки которого заполнены аморфной массой из продуктов разложения и неорганических примесей.

Механические свойства торфов зависят от их структурных особенностей, определяемых степенью волокнистости, плотностью, влажностью и составом торфообразователей, косвенно отражаемым величиной конституционной зольности торфа.

При зольности менее 5 % состав торфообразователей соответствует условиям формирования верхового болота. Торф в этом случае следует называть малозольным (верховым). При зольности от 5 до 20 % состав торфообразователей соответствует условиям формирования низинного болота и торф следует называть средней зольности (низинный), при зольности 20 - 40 % - относить к высокозольным (минерализованным).

Значения показателей механических свойств торфяных грунтов ориентировочно можно установить по основным показателям состава и состояния, используя табл. 3. Способы определения влажности, зольности и волокнистости изложены в прил. 3.

Таблица 3. Значения показателей механических свойств торфяных грунтов

TO0000003'>

Природная влажность, %

Вид по

Подвид

Сопротивляемость сдвигу по крыльчатке сусл, МПа

Сжимаемость

 

степени разложенияR, %

степени волокнистости, Ф, %

Модуль деформации e при нагрузке p, МПа

Модуль осадки ep, мм/м, при нагрузке p, МПа

в природном залегании

после уплотнения под нагрузкой (p = 0,05 МПа)

0,05

0,1

0,05

0,1

 

Осушенный (или уплотненный)

< 300

< 25

> 75

мз

> 0,049

> 0,250

> 0,25

> 0,33

< 200 (< 100)

< 300 (< 200)

 

 

 

сз

> 0,042

> 0,172

 

25 - 40

75 - 60

мз

> 0,030

> 0,125

 

 

 

 

> 0,033

> 0,105

 

> 40

< 60

мз

> 0,019

> 0,080

 

 

 

сз

> 0,026

> 0,073

 

Маловлажный

300 - 600

< 25

> 75

мз

0,049 - 0,026

0,250 - 0,136

0,25 - 0,15

0,33 - 0,23

200 - 350 (100 - 250)

300 - 420 (200-370)

 

 

 

сз

0,042 - 0,022

0,172 - 0,090

 

25 - 40

75 - 60

мз

0,030 - 0,017

0,125 - 0,060

 

 

 

сз

0,033 - 0,016

0,105 - 0,056

 

> 40

< 60

мз

0,019 - 0,008

0,080 - 0,036

 

 

 

сз

0,026 - 0,013

0,073 - 0,036

 

Средней влажности

600 - 900

< 25

> 75

мз

0,026-0,016

0,136 - 0,087

0,15 - 0,11

0,23 - 0,190

350 - 450 (250 - 400)

420 - 530 (370 - 500)

 

 

 

сз

0,022 - 0,016

0,090 - 0,066

 

25 - 40

75 - 60

мз

0,017 - 0,010

0,060 - 0,042

 

 

 

сз

0,016 - 0,011

0,056 - 0,035

 

40

60

мз

0,008 - 0,005

0,036 - 0,021

 

 

 

сз

0,013 - 0,008

0,036 - 0,022

 

Очень влажный

900 - 1200

< 25

> 75

мз

0,016 - 0,011

0,087-0,062

0,11 - 0,090

0,190 - 0,170

450 - 550 (400 - 470)

530 - 600 (500 - 550)

 

 

 

сз

0,016 - 0,011

0,062-0,046

 

25 - 40

75 - 60

мз

0,010 - 0,006

0,042-0,028

 

 

 

сз

-

-

 

> 40

< 60

мз

0,005 - 0,003

0,021 - 0,015

 

 

 

сз

-

-

 

Избыточно влажный

> 1200

25

75

мз

0,011 - 0,007

0,062 - 0,038

0,090 - 0,085

0,170 - 0,150

550 - 600 (470 - 490)

600 - 650 (550 - 570)

 

 

 

сз

0,011 - 0,006

0,046 - 0,020

 

25 - 40

75 - 60

мз

-

-

 

 

 

сз

-

-

 

> 40

< 60

мз

-

-

 

 

 

сз

-

-

 

Примечания: 1. В скобках даны средние значения модулей осадки, без скобок - максимальные. 2. мз - малозольный торф (потери при прокаливании ≥ 95 %), сз - торф средней зольности (95 % > П ≥ 80 %). 3. Величины показателей механических свойств при промежуточных значениях влажности определяются интерполяцией.

2.31. Сапропели представляют собой озерные отложения, образующиеся в водоемах в результате отмирания животных и растительных организмов и оседания минеральных частиц, заносимых водой и ветром.

Механические свойства сапропелей зависят от их структурных особенностей, состава и плотности (влажности) в природном состоянии. Значения показателей механических свойств сапропелевых грунтов ориентировочно можно установить по табл. 4.

Таблица 4. Значения показателей механических свойств сапропелевых грунтов

TO0000004'>

Содержание органических веществ, %

Разновидность по

Сопротивляемость сдвигу по крыльчатке, сусл, МПа

Сжимаемость

влажности

ω, %

в природном залегании

после уплотнения нагрузкой, p = 0,05 МПа

Модуль деформации e, МПа, при нагрузке p = 0,05 МПа

Модуль осадки e, мм/м, при нагрузке p = 0,05 МПа

Органический

П > 60 (z < 40 %)

Маловлажный

< 200

> 0,02

> 0,03

> 0,3

> 150

Средней влажности

200 - 500

0,02 - 0,01

0,030 - 0,015

0,3 - 0,1

150 - 400

Сильно влажный

500 - 1000

0,01 - 0,001

0,015 - 0,003

< 0,1

> 400

Избыточно влажный (жидкий)

> 1000

< 0,001

< 0,003

-

-

Органо-минеральный

П = 10 - 60 (40 < z < 90)

Маловлажный

< 150

> 0,02

> 0,03

> 0,5

< 100

Средней влажности

150 - 400

0,02 - 0,01

0,030 - 0,015

0,5 - 0,2

100 - 250

Сильно влажный

400 - 900

0,01 - 0,001

0,015 - 0,003

0,2

260

Избыточно влажный

> 900

< 0,001

< 0,003

-

-

Примечание. Величины показателей механических свойств при промежуточных значениях влажности определяются интерполяцией.

2.32. Болотный мергель представляет собой рыхлую осадочную породу, образовавшуюся в озерно-болотных условиях при поступлении в водоемы воды, содержащей в растворенном виде кислый углекислый кальций Ca(HCO3). По мере испарения воды и удаления из нее CO2 из раствора выпадает углекислый кальций CaCO3. Болотный мергель может подстилать торфяную толщу или переслаиваться с торфяными пластами.

Мергель содержит от 25 до 50 % карбоната кальция. Остальная часть состоит из песчаных, глинистых, илистых частиц и растительных остатков различной степени разложения.

Механические свойства болотного мергеля в зависимости от величины природной влажности ориентировочно можно определить по табл. 5.

Таблица 5. Значения показателей механических свойств болотного мергеля

TO0000005'>

Природная влажность, %

Содержание CaCO3, %

Сопротивляемость сдвигу по крыльчатке сусл, МПа

Сжимаемость

в природном состоянии

после уплотнения под нагрузкой p = 0,05 МПа

Модуль деформации, Е, МПа, при нагрузке p = 0,05 МПа

Модуль осадки ep, мм/м, при нагрузке p = 0,05 МПа

Маловлажный

< 100

 

> 0,02

> 0,03

> 0,125

< 400

Средней влажности

100 - 300

25 - 50

0,02 - 0,01

0,03 - 0,015

< 0,125

> 400

Очень влажный

> 300

-

< 0,01

< 0,015

-

-

2.33. Илы представляют собой глинистые горные породы в начальной стадии формирования, которые образовались в виде структурного осадка в воде при наличии микробиологических процессов и обладают в природном залегании влажностью, превышающей влажность на границе текучести, и коэффициентом пористости ε > 1 для супесей и суглинков и ε > 1,5 - для глин.

Развитие в этих грунтах микробиологических процессов, связанных с органическими составляющими грунтов, является одним из важнейших факторов, отличающих илы от других грунтов. Однако в данном случае речь идет о грунтах, содержащих не более 10 % органических веществ.

Для илов характерно наличие ярко выраженного предела структурной прочности при компрессионном сжатии (аналогично иольдиевым глинам).

Частные классификации следует разрабатывать для илов примерно одного генезиса и фации и примерно одного возраста (т.е. стадии диагенеза). По фациально-генетическим признакам могут быть выделены три основных вида илов: морские, озерные и аллювиальные. Однако такая классификация илов целесообразна главным образом с точки зрения различия в условиях залегания. Если морские илы залегают пластами большой мощности и в значительной степени однородны, то аллювиальные илы отличаются значительной неоднородностью в силу условий осадконакопления.

Механические свойства илов определяются не столько генетико-фациальным условиям, сколько их составом и состоянием (в котором могут непосредственно отражаться фациально-генетические особенности). В связи с этим ориентировочные значения физико-механических характеристик для илов можно устанавливать независимо от их вида, учитывая только состав и состояние в соответствии с табл. 6.


Таблица 6. Значения показателей механических свойств илов

TO0000006'>

Число пластичности

Модуль деформации E в зависимости от коэффициента консистенции B, МПа

Сопротивляемость сдвигу в природном состоянии сусл в зависимости от коэффициента консистенции B, МПа

Коэффициент фильтрации Кф в зависимости от коэффициента консистенции B, см/с

0,75-1

1-1,5

1,5-2

2-2,5

2,5-3

0,5 - 1

1 - 1,5

1,5 - 2

2 - 2,5

2,5 - 3

1 - 2

2 - 3

Супесчаный

1 ≤ ωпл < 7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

4,6 - 4,4

4,4 - 3,9

3,9 - 3,6

3,6 - 3,3

3,3 - 3,1

0,040 - 0,035

0,035

0,026 - 0,021

0,021 - 0,018

0,018

2 · 10-5

-

5

4

3,6

3,3

≤ 3,1

2,9

 

0,026

 

 

0,017

1 · 10-4

 

Суглинистый

7 £ ωпл < 17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

 

 

11

1,6 - 1,4

1,4 - 1,2

1,2 - 1,1

1,1 - 1,05

1,05 - 1

 

 

 

 

 

 

 

12

1,9 - 1,6

1,6 - 1,3

1,3 - 1,2

1,2 - 1,05

1,05 - 0,95

0,030 - 0,027

0,077 - 0,022

0,022 - 0,017

1,017 - 0,013

0,013 - 0,011

1 · 10-6

3 · 10-6

13

2,6 - 2,3

2,3 - 1,8

1,8 - 1,4

1,4 - 1,1

1,1 - 0,8

 

 

 

 

 

3 · 10-6

14 · 10-6

14

5 - 4

4 - 2,5

2,5 - 1,8

1,8 - 1,1

1,1 - 0,6

 

 

 

 

 

 

 

Глинистый

ωпл17 ≤ 26

1,3 - 1,2

1,2 - 0,9

0,9 - 0,5

0,5 - 0,3

-

0,014 - 0,013

0,013 - 0,011

0,011 - 0,009

0,009 - 0,008

-

 

 

30

1,4 - 0,8

0,8 - 0,5

0,5 - 0,35

0,35 - 0,3

-

0,020 - 0,016

0,016 - 0,012

0,012 - 0,01

-

-

0,5 · 10-7

4 · 10-7

35

1 - 0,65

0,66 - 0,4

0,4 - 0,32

0,32 - 0,3

-

0,03 - 0,021

0,021 - 0,008

0,008 - 0,002

-

-

4 · 10-7

8 · 10-7

45

0,45 - 0,4

0,4 - 0,35

0,35 - 0,3

0,3  -0,25

-

0,032 - 0,024

0,024 - 0,014

0,014 - 0,012

-

-

-

-


2.34. Иольдиевые глины - особая разновидность морских илов ледникового возраста. Верхние слои иольдиевых глин мощностью 0,3 - 2 м имеют сравнительно высокую плотность и прикрывают нижележащую толщу отложений, характеризующихся высокой влажностью (> 60 %), резкой потерей прочности при перемятии, малой упрочняемостью при уплотнении, низкой водопроницаемостью. Иольдиевые глины обладают пределом структурной прочности при компрессионном сжатии. Они делятся на разновидности по относительной влажности

,

где ωпр - природная влажность; ωт - влажность на границе текучести.

Значения механических характеристик для иольдиевых глин приведены в табл. 7.

Таблица 7. Значения показателей механических свойств иольдиевых глин

TO0000007'>

Относительная влажность, ωотн

Полное сцепление, сω, МПа

Угол внутреннего трения, φ°ω

Структурное сцепление сс, МПа

Предел структурной прочности при компрессии, МПа

Модуль осадки, мм/м, при нагрузке p

0,02 МПа

0,1 МПа

Текучепластичная

< 1

0,015

> 7

> 0,01

-

7 - 9

15 - 40

Скрыто-текучая А

1 - 1,5

0,02 - 0,01

7 - 3

0,015 - 0,007

> 0,05

9 - 11

40 - 120

Скрыто-текучая Б

1,5 - 2,5

0,015 - 0,005

3 - 0

0,007 - 0,003

0,05 - 0,018

11 - 14

120 - 250

2.35. Грунты мокрых солончаков представляют собой специфическую разновидность минеральных слабых грунтов.

Они отличаются от солончаков других типов избыточным увлажнением в течение всего года. Постоянному их переувлажнению способствует близкий уровень минерализованных грунтовых вод, увеличенный приток поверхностных вод, обусловленный расположением мокрых солончаков в понижениях рельефа, слабая испаряемость воды из солевых растворов.

Основные характеристики механических свойств мокрых солончаков при одном и том же составе, отражаемом числом пластичности, хорошо коррелируются с коэффициентом консистенции независимо от содержания солей. По величине коэффициента консистенции грунты мокрых солончаков делятся на пять разновидностей (А, Б, В, Г, Д). Значения механических характеристик мокрых солончаков представлены в табл. 8.

Таблица 8. Значения показателей механических свойств, мокрых солончаков

TO0000008'>грунта

Коэффициент консистенции В

Подвид (по пластичности)

Показатели механических свойств

Сцепление, с, МПа

Угол внутреннего трения, φ°, град.

Модуль деформации, E, МПа, при p = 0,05 МПа

А

0,5 - 0,75

Супесчаный

0,07 - 0,04

35 - 25

4,6 - 3,2

Суглинистый

0,04 - 0,025

25 - 17

2,5 - 1,6

Б

0,75 - 1

Супесчаный

0,04 - 0,02

25 - 18

3,2 - 2,5

Суглинистый

0,025 - 0,015

17 - 13

1,6 - 1,3

В

1 - 1,5

Супесчаный

0,02 - 0,01

18 - 10

2,5 - 1,9

Суглинистый

0,015 - 0,005

13 - 7

1,3 - 0,9

Г

1,5 - 2

Супесчаный

0,01 - 0

10 - 8

1,9 - 1,6

Суглинистый

0,005 - 0

7 - 5

0,9 - 0,8

Д

> 2

Супесчаный

0

< 8

< 1,6

Суглинистый

0

< 5

< 0,8

Примечание. К супесчаному грунту относить при 1 ≤ Ip < 7, к суглинистому при 7 ≤ Iр < 17, Ip - число пластичности.

2.36. Переувлажненные глинистые грунты. Наряду с перечисленными выше специфичными категориями к числу слабых могут относиться и обычные глинистые грунты различного возраста, имеющие в природном состоянии повышенную влажность.

Анализ зависимости механических характеристик глинистых грунтов от показателей их состава (число пластичности) и состояния (коэффициент консистенции) показывает, что при влажности, соответствующей мягкопластичной консистенции и выше (B > 0,5), глинистые грунты в соответствии с принятыми выше условиями (см. п. 1.2) должны быть отнесены к слабым грунтам. Ориентировочные значения механических характеристик переувлажненных грунтов представлены в табл. 9.

Таблица 9. Значения показателей механических свойств переувлажненных глин

TO0000009'>

Подвид (по пластичности)

Показатели механических свойств

Плотность, ρ, т/м3

наименование

коэффициент консистенции B

сцепление, с, МПа

угол внутреннего трения, φ, град.

модуль деформации, E, МПа

Мягкопластичный

0,5 - 0,75

Супесь

0,005

20

38

1,9

Суглинок

0,015

17

19

1,9

Глина

0,020

14

2

1,95

Текучепластичный

0,75 - 1

Супесь

0,002

18

19

1,85

Суглинок

0,010

13

12,5

1,85

Глина

0,010

8

3

1,9

Текучий

1

Супесь

0,000

14

12,5

1,85

Суглинок

0,005

10

6

1,8

Глина

0,005

6

3

1,8

Примечание. К супеси относить 1 ≤ Ip < 7, к суглинку при 7 ≤ Ip17, к глине при Ip ≥ 17.

2.37. Органо-минеральные слабые грунты. Наряду с органно-минеральными сапропелями имеется целая группа грунтов, представляющих собой переходную категорию от органических к минеральным. Свойства этих грунтов прежде всего зависят от содержания органических веществ и по мере увеличения содержания органики свойства их меняются от характерных для минеральных слабых грунтов (илов, глин и т.п.) до свойств высокозольных торфов.

Механические свойства органо-минеральных грунтов в значительной степени зависят от условий формирования породы. Чаще всего органо-минеральные грунты встречаются на переходах через поймы рек, староречья и т.п. В этих случаях минеральная часть грунта обычно имеет аллювиальное происхождение. Органо-минеральные грунты могут перекрываться слоями минеральных или органических грунтов или переслаиваться с ними в соответствии со сменой условий осадконакопления. В связи с указанными особенностями эти грунты могут иметь широкий диапазон изменения состава, плотности, а следовательно, прочности и сжимаемости.

Чрезвычайное разнообразие условий формирования органо-минеральных грунтов не позволяет в настоящее время дать их детальную строительную классификацию, включающую данные о физико-механических свойствах. Свойства подобных грунтов исследуют обычно применительно к некоторым региональным условиям.

Классификацию органо-минеральных грунтов следует строить по схеме: вид (по содержанию органики); подвид (по числу пластичности); разновидность (по коэффициенту консистенции).

При этом целесообразно выделять три вида органо-минеральных грунтов: торфянистый с содержанием органики от 60 до 30 %; сильно заторфованный с содержанием органики от 30 до 20 %; заторфованный с содержанием органики от 20 до 10 %.

Внутри каждого вида выделяют четыре подвида по числу пластичности (супесь, суглинок, тощая глина, жирная глина), которые делятся на пять разновидностей по состоянию с коэффициентом консистенции: 0,5 - 0,75; 0,75 - 1; 1 - 1,5; 1,5 - 2 и 2 - 2,5.

Ориентировочные значения основных показателей механических свойств для некоторых органо-минеральных грунтов представлены в табл. 10.

Таблица 10. Значения показателей механических свойств органо-минеральных грунтов в зависимости от разновидности по коэффициенту консистенции

TO0000010'>

Подвид

Сцепление, МПа

Угол внутреннего трения, град.

Модуль осадки, мм/м, при p = 0,25 МПа

А

Б

В

Г

А

Б

В

Г

А

Б

В

Г

Торфянистый (30 % < П60 %)

Глина тощая

(17 ≤ Ip < 27)

-

0,055

-

0,03

-

15

-

10

-

100

-

180

Глина жирная

(Ip27)

-

-

0,070

-

-

-

6

-

-

-

150

-

Заторфованный (10 % < П < 20)

Суглинок

(7 ≤ Ip < 17)

0,06

-

-

-

20

-

-

-

55

-

-

-

Глина тощая

(17 < Ip < 27)

0,043

-

-

-

11

-

-

-

70

-

-

-

Примечание. Разновидности грунта соответствуют следующим значениям коэффициента консистенции: А - 0,5 - 075; Б - 0,75 - 1; В - 1 - 1,5; Г - 1,5 - 2.

Определение расчетных характеристик слабых грунтов

2.38. Для назначения конструкции земляного полотна на участках слабых грунтов необходимо в результате инженерно-геологического обследования получить расчетные значения показателей механических свойств грунтов, характеризующих прочность (сопротивляемость сдвигу), деформативность (сжимаемость) и скорость уплотнения грунта во времени под статической нагрузкой.

В зависимости от цели и степени детальности расчета, определяемых стадией проекта, могут использоваться различные показатели:

прочностные характеристики: полная сопротивляемость грунта сдвигу при испытании крыльчаткой, cусл, МПа; параметры сопротивляемости грунта сдвигу в заданном состоянии его плотности и влажности (угол внутреннего трения φω, град; сцепление cω, МПа);

характеристики деформативности: штамповой модуль деформации Ештр, МПа; компрессионный модуль деформации, отвечающий проектной нагрузке, Е0р, МПа; модуль осадки ep, мм/м; коэффициент Пуассона μ (при расчете по двухмерной схеме);

характеристики уплотняемости грунтов во времени: коэффициент консолидации сk, см2/год; консолидационные параметры: aλp, мин; bλp, мин/см2 (или aλ, мин · Н; bλ, мин · МПа и pλ · Н); mp; tλ, мин, λt.

2.39. Механические характеристики грунтов, непосредственно входящие в расчет, следует, как правило, определять путем прямых испытаний грунтов в условиях природного залегания.

При предварительных расчетах на стадиях ТЭО и составления проекта допускается при отсутствии или недостаточном количестве данных непосредственных испытаний использовать значения механических характеристик, приведенные в табл. 2 - 10.

2.40. Перед непосредственным определением в лаборатории или по таблицам показателей механических свойств слабых грунтов необходимо установить их основные классификационные характеристики (показатели состава и состояния): содержание органических веществ, %; содержание CaCO3 (при наличии реакции грунта с HCl), %; степень волокнистости Ф или разложения R для торфяных грунтов, %; пределы пластичности ωp и ωL для минеральных и органо-минеральных слабых грунтов (за исключением сапропелем и болотного мергеля) или только граница текучести (для иольдиевых глин), %; природную влажность ωпр, %.

Дополнительно следует определять плотность частиц грунта ρs, г/см3, содержание песчаных частиц (последнее для минеральных грунтов), а также плотность грунта ρ, г/см3. На основе этих данных дополнительно вычисляют: коэффициент консистенции грунта B (для минеральных или органо-минеральных грунтов) или относительную влажность ωотн (для иольдиевых глин); число пластичности Ip, %; плотность сухого грунта ρd, г/см3; коэффициент пористости грунта в природном состоянии ε0. Методики определения основных классификационных характеристик приведены в прил. 3.

2.41. Расчетные значения основных классификационных характеристик (показателей состава и состояния) для каждого предварительно выделенного литологически однородного слоя устанавливают путем статистической обработки полученных значений этих показателей.

При обработке данных по составу и состоянию грунта в пределах каждого слоя оценивается однородность данного слоя и уточняются границы однородных слоев в плане и по глубине. При этом за однородный принимается такой слой, в пределах которого значения основных классификационных показателей не выходят за рамки одной разновидности, определяемой по таблицам.

2.42. Однородность слоя оценивают путем построения графика рассеяния значений того или иного показателя, на который наносят границы классификационной группы (см. прил. 4). Слой считается однородным, если не менее 90 % экспериментальных точек укладываются в пределах, допускаемых для данной разновидности.

2.43. Для каждого однородного слоя устанавливают нормативные и расчетные значения всех основных классификационных показателей, а затем и каждого показателя механических свойств. Одновременно определяют нормативные и расчетные значения этих же показателей для отдельных расчетных поперечников, на которых отмечают более неблагоприятные значения показателей, чем средние значения для всего слоя.

2.44. Нормативные и расчетные значения показателей грунтов можно устанавливать упрощенным графо-аналитическим способом или уточненным способом статистической обработки.

При упрощенном способе за нормативное значение характеристики принимается ее среднемедианное значение, устанавливаемое непосредственно по графику рассеяния. Расчетной характеристикой служит гарантированное значение, зависящее от числа опытных определений этой характеристики по предварительно построенной с помощью графика рассеяния интегральной кривой частостей ее отдельных значений в общем числе определений. При определении гарантированных значений следует руководствоваться графиком (рис. 4).

Рис. 4. График для определения гарантировочной частоты Σгар в зависимости от числа определений n показателей физико-механических свойств грунтов

При применении уточненного способа обработки результатов расчетная характеристика Ap грунта определяется по формуле

Ap = Aн ± εα,                                                          (1)

где Aн - нормативное значение показателя; εα - отклонение нормативного значения (полуширина доверительного интервала).

Величина εα определяется по формуле

,

где tα - коэффициент Стьюдента, принимаемый по графику (рис. 5) в зависимости от заданной доверительной вероятности (коэффициента надежности) α и числа измерений; σ - среднее квадратическое отклонение; N - число измерений.

Рис. 5. График для определения коэффициента Стьюдента tα при различной надежности α и количестве определений п

При определении расчетных значений показателей состава и состояния величины tα, рекомендуется устанавливать при следующих коэффициентах надежности:

Категория дороги

I

II

III

IV, V

Коэффициент надежности α

0,95

0,9

0,8

0,7

Методика определения расчетных значений характеристик свойств грунтов изложена в прил. 4.

2.45. Для характеристики физических свойств грунта, а также в динамических расчетах оснований используются величины плотности. Плотность грунта ρ и плотность частиц грунта ρs определяются опытным путем в соответствии с методиками, изложенными в прил. 2, 3; плотность сухого грунта ρd - по известной формуле

ρd = ρ / (l + ω).                                                     (2)

Для расчетов конструкции земляного полотна, в частности при определении природного давления, нагрузки от веса насыпи и т.д., используются величины удельных весов.

Удельный вес грунта γω может быть определен с использованием величины плотности по формуле

PO0000065'>= gρ.                                                               (3)

Удельный вес сухого грунта γск может быть определен по формуле

PO0000066'>= gρs.                                                             (4)

Удельный вес частиц грунта γуд может быть определен по формуле

PO0000067'>gρd,                                                            (5)

где g - ускорение свободного падения.

2.46. В целях повышения точности оценки свойств грунтов и сокращения объемов трудоемких испытаний для их проведения следует выбирать образцы, показатели состава и состояния которых наиболее близки к расчетным для выделенного расчетного слоя, принимаемого за однородный (инженерно-геологический элемент).

2.47. При непосредственных испытаниях показатели сопротивляемости грунтов сдвигу определяют на лабораторных приборах прямого сдвига и трехосного сжатия (φω и сω), а также путем испытаний грунтов в условиях природного залегания с помощью крыльчатки сусл.

Сопротивляемость слабых грунтов сдвигу следует во всех случаях оценивать с учетом возможности их работы под нагрузкой от насыпи в течение того или иного времени в условиях незавершившейся консолидации. Незавершившуюся консолидацию проще всего учесть, проводя испытания образцов грунта по методу «плотность - влажность» (см. прил. 3).

Окончательный выбор расчетных значений показателей сопротивляемости грунтов сдвигу φω и сω надо производить на основе общего анализа результатов лабораторных и полевых опытов по изучению сопротивляемости сдвигу грунтов слабой толщи с обязательным учетом инженерно-геологической обстановки и наиболее вероятных условий сооружения земляного полотна.

2.48. Характеристики деформируемости грунтов для расчета осадок определяют из опытов на лабораторных компрессионных приборах (или в стабилометрах) в соответствии с указаниями прил. 3.

Для получения расчетной компрессионной кривой выделенного литологического однородного слоя следует испытывать образцы, показатели состава и состояния которых наиболее близки к расчетным значениям для данного слоя.

Показатели длительности уплотнения определяют по результатам испытаний на консолидацию, проведенных на лабораторных компрессионных приборах, в соответствии с рекомендациями прил. 3.

2.49. При проектировании насыпей с расчетной высотой до 3 м на торфяных болотах глубиной не более 6 - 8 м, когда расчетная нагрузка на основание насыпи не превышает 0,055 МПа при учете эффекта взвешивания и 0,075 МПа без учета взвешивания, оценку прочности слабых грунтов допускается вести укрупненно на основе их типизации по прочности.

Следует различать три строительных типа болотных грунтов по прочности:

1 - грунты, которые обладают достаточной прочностью в природном состоянии и при передаче на них нагрузки от насыпи указанных выше параметров, могут только сжиматься независимо от скорости передачи нагрузки;

2 - грунты, не обладающие в природном состоянии достаточной прочностью, вследствие чего при быстрой передаче на них нагрузки от насыпи они выдавливаются, при медленной передаче нагрузки они успевают уплотниться и упрочниться настолько, что не выдавливаются, а сжимаются;

PO0000074'>нной нагрузки в любом случае выдавливаются из-за недостаточной прочности в природном состоянии и недостаточной упрочняемости при уплотнении.

2.50. Строительный тип болотного грунта по прочности можно установить следующим образом.

1. По основным показателям состава и состояния: торфяных грунтов, используя табл. 11, сапропелевых грунтов - табл. 12, болотного мергеля - табл. 13.

Таблица 11. Определение строительного типа торфяных грунтов

TO0000012'>грунта

Природная влажность, %

Степень разложения (волокнистости), %

< 25 (> 75)

25 - 40 (75 - 60)

> 40 (< 60)

Осушенный

< 300

1

1

1

Маловлажный

300 - 600

1

1, 2*

1, 2**

Средней влажности

600 - 900

1

2

2

Очень влажный

900 - 1200

1

2

2

Избыточно влажный

> 1200

1 - 2

2

3

* К 1 типу следует относить торф при влажности менее 500 %

** К 1 типу следует относить торф средней зольности (5 - 20 %) с влажностью менее 400 %.

Таблица 12. Определение строительного типа сапропелевых грунтов

TO0000013'>

Природная влажность грунта, %

Строительный тип грунта

органического

органо-минерального

Маловлажный

≤ 350

≤ 150

1, 2*

Средней влажности

350 - 600

150 - 400

2

Сильно влажный

600 - 1200

400 - 900

2, 3**

Избыточно влажный

> 1200

> 900

3

* Для уточнения типа необходимы лабораторные испытания на сдвиг и компрессию. К 1 типу относить органический сапропель при ωпр < 200 % и органо-минеральный при ωпр < 50 %.

** К 3 типу относить органический сапропель при ωпр > 1000 % и органо-минеральный при ωпр > 550 %.

Таблица 13. Определение строительного типа болотного мергеля

TO0000014'>

Природная влажность, %

Строительный тип грунта

Маловлажный

< 70

1, 2*

Средней влажности

70 - 150

2

Очень влажный

> 150

3

* К 1-му типу относится болотный мергель при ω < 60 %.

2. По величине сопротивляемости сдвигу, устанавливаемой путем испытаний с помощью крыльчатки в условиях природного залегания. Для определения строительного типа болотного грунта в этом случае можно использовать данные табл. 14.

Таблица 14. Определение строительного типа болотного грунта по результатам испытаний крыльчаткой

Сопротивляемость сдвигу по крыльчатке, МПа

Вид болотных грунтов

торф

сапропель, ил, мергель

> 0,02

1

1

0,02 - 0,01

1, 2*

2

0,01 - 0,003

2

2, 3**

< 0,003

3

3

* К 1-му типу относить болотный грунт при R < 25 %.

** Для уточнения типа грунта необходимы лабораторные испытания на компрессию и сдвиг.

2.51. Наряду с типизацией по прочности допускается использовать типизацию по деформативности. Учитывая, что оценка деформативности должна обеспечить достаточную точность прогноза осадки, типизацию по деформативности следует разрабатывать применительно к региональным условиям. Типизация по деформативности может оказаться полезной при проектировании с помощью ЭВМ.

Условия залегания слабых грунтов. Типы слабой толщи по условиям залегания

2.52. Характер поведения слабого грунта в основании насыпи зависит не только от свойств слабого грунта, но и от условий залегания. Последние характеризуются особенностями строения слабой толщи.

При оценке особенностей строения слабой толщи следует учитывать:

мощность слабой толщи, от которой могут зависеть: характер расчетного распределения по глубине напряжений от сооружения, конечная величина осадки и ее длительность, а также степень устойчивости основания;

наличие и характер слоистости слабой толщи (наличие различных по физико-механическим свойствам слабых грунтов в пределах толщи, переслаивание с прочными грунтами, выдержанность отдельных слоев по мощности и т.п.);

условия отжатия воды из толщи при ее уплотнении (условия дренирования толщи), от которых может зависеть длительность осадки и уплотнения;

очертание кровли пород, подстилающих слабую толщу, от которого может зависеть устойчивость основания и равномерность осадки;

расположение слабой толщи по геологическому разрезу (наличие перекрывающих прочных грунтов), от которого зависит степень устойчивости основания, величина осадки и ее длительность;

положение уровня грунтовых вод, учитываемое в расчетах.

По особенностям строения (стратиграфии) слабые толщи следует классифицировать в соответствии с табл. 15.

Таблица 15. Классификация особенностей строения слабой толщи

TO0000016'>

Характеристика толщи

Подтип толщи (по условиям отжатия из нее воды под нагрузкой)

Вид толщи (по общей местности)

Разновидность (по наличию перекрывающего слоя)

I

Выдержанная по мощности однослойная

А. С односторонним дренированием

а. Маломощная

б. Большой мощности

1. Свободная

2. Погребенная

II

Выдержанная по мощности слоев многослойная

Б. С двусторонним дренированием

-

-

III

Не выдержанная по мощности однослойная

В. Со сложным дренированием

-

-

IV

Не выдержанная по мощности многослойная

-

-

-

Примечания: 1. Выдержанной по мощности следует называть слабую толщу, мощность которой в пределах поперечника земляного полотна меняется не более чем на 10 %. В противном случае толща называется невыдержанной по мощности. 2. Однослойной называется толща, сложенная слабым грунтом одного подвида (одного наименования). 3. При наличии недренирующих подстилающих толщу пород дренирование толщи считается односторонним, при наличии дренирующих подстилающих толщу грунтов - двусторонним, а при наличии в пределах толщи дренирующих прослоек - сложным. 4. Маломощной называется слабая толща, мощность которой не превышает полуширины насыпи на подошве.

2.53. Торфяные болота по стратиграфическим особенностям допускается классифицировать укрупненно в соответствии с табл. 16.

Таблица 16. Укрупненная классификация болот по стратиграфическим особенностям

TO0000017'>

Характеристика

тип

подтип

I

а

Болота, заполненные торфом, перекрытым сверху слоем минерального грунта (аллювием)

б

Болота, сплошь заполненные торфом

II

а

Болота, включающие слой торфа, подстилаемый слоем сапропеля, мергеля или ила и перекрытый сверху слоем минерального грунта

б

Болота, включающие слой торфа, подстилаемый слоем сапропеля, мергеля или ила

III

-

Болота с торфяным слоем, плавающим на поверхности воды (сплавинное болото)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТИПА ОСНОВАНИЯ ПО УСТОЙЧИВОСТИ)

Общие положения. Расчетная нагрузка

3.1. В задачу расчета устойчивости основания насыпи входит выявление возможности и степени опасности бокового выдавливания слабого грунта из-под подошвы. На основе результатов расчета устойчивости должен быть сделан вывод о возможности использования слабых грунтов основания.

3.2. Для предварительного суждения о характере специальных мероприятий, необходимых для использования слабого грунта в качестве основания проектируемой насыпи, по результатам расчета определяют тип основания по устойчивости.

3.3. В зависимости от характера и степени устойчивости различают три типа основания:

I - основания, не требующие специальных мероприятий по обеспечению устойчивости;

II - основания, для обеспечения устойчивости которых достаточно только технологических мер (ограничение режима отсыпки насыпи);

III - основания, которые требуют специальных конструктивных мер по обеспечению устойчивости (изменение конструкции насыпи, усиление основания, или удаление слабого слоя).

3.4. В общем случае тип основания устанавливают по результатам расчета устойчивости. При определенных условиях (см. п. 3.21) допускается тип основания определять без расчета на основе типизации слабых грунтов (п. 2.49).

3.5. В качестве критерия обеспеченной устойчивости основания на слабых грунтах следует принимать отсутствие областей разрушения, т.е. областей, где сопротивляемость грунта сдвигу ниже величины опасных касательных напряжений.

Примечание. Для грунтов типа иольдиевых глин, мало упрочняющихся и мало увеличивающих вязкость при уплотнении в обычном диапазоне нагрузок, в качестве критерия обеспеченной устойчивости следует принимать отсутствие областей ползучести, т.е. областей, в которых касательные напряжения τ превышают порог ползучести: τlim = p tg φω + cc, где cc - необратимая часть сцепления.

3.6. Степень устойчивости устанавливается по величине коэффициента безопасности

,                                                             (6)

где pбез - безопасная нагрузка, т.е. предельная нагрузка, отвечающая условию устойчивости и определяемая по пп. 3.11 и 3.17; pрасч - расчетная (проектная) нагрузка.

Устойчивость основания считается обеспеченной при условии kбез1.

3.7. Величины pбез и pрасч зависят не только от параметров возводимой насыпи и свойств слабых грунтов в их природном залегании, но и от режима возведения насыпи. В связи с этим величина kбез может устанавливаться применительно к условиям:

быстрой (условно мгновенной) отсыпки насыпи k(нач)без,

медленной (в соответствии со скоростью уплотнения и упрочнения слабой толщи) отсыпки насыпи kконбез.

Кроме того, степень устойчивости может оцениваться применительно к любому заданному моменту t процесса уплотнения kбезt.

3.8. При простом (трапецеидальном) очертании насыпи эпюру расчетной нагрузки на основание следует принимать в виде равнобочной трапеции (рис. 6). При этом величина максимальных напряжений на поверхности основания определяется по формулам:

при расчете на быструю отсыпку

pрасч = γн (hрасч + Sкон);                                                  (7)

при расчете на медленную отсыпку

pрасч = γн (hрасч + zг.в) + γвзвн(Sкон - zг.в);                                   (8)

где γн - удельный вес грунта насыпи; hрасч - расчетная высота насыпи; γвзвн - удельный вес грунта насыпи ниже уровня грунтовых вод; zг.в - расстояние от поверхности земли до расчетного уровня грунтовых вод; Sкон - конечная осадка основания насыпи.

При наличии на поверхности толщи постоянного уровня воды hп.в, для определения pрасч следует соответственно использовать зависимости:

pрасч = γн (hрасч + Sкон) - (γн - γвзвн)hп.в,                                    (9)

pрасч = γн (hрасч + zг.в) + γвзвн(Sкон - zг.в) - (γн - γвзвн)hп.в,                     (10)

Примечания: 1. При расчете устойчивости на промежуточный момент процесса осадки следует использовать вторую формулу с подстановкой в нее вместо Sкон величины St - осадки на рассматриваемый момент t и с увеличением hрасч на разность Sкон - St.

2. Если осадка S меньше zг.в, то расчетная нагрузка определяется по первой формуле.

3. В качестве расчетных уровней воды zг.в и hп.в необходимо принимать их наинизшие значения за весь период службы дороги до капитального ремонта (с обеспеченностью 90 %).

Рис. 6. Эпюра расчетной нагрузки

3.9. Расчетная высота насыпи hрасч определяется по формуле

,                                                       (11)

где h0 - фактическая высота насыпи (проектная), включая дорожную одежду, по оси над первоначальным уровнем земли; σ0 - удельная нагрузка на поверхности проезжей части от колеса расчетного автомобиля (или гусеницы при расчете на гусеничные машины); Кэус - коэффициент приведения подвижной нагрузки к эквивалентной статической при расчете устойчивости; γн.ср - средневзвешенный удельный вес грунта насыпи.

Величина коэффициента приведения устанавливается по формулам:

при                                 ;                                      (12)

при                                  ,                                      (13)

где h - толщина насыпи (по оси, считая от поверхности покрытия); D - диаметр отпечатка расчетного колеса или ширина гусеницы; Н - мощность слабой толщи (или активная зона); B - ширина насыпи поверху; n - показатель, принимаемый равным 1 при расчете на гусеничную нагрузку и 2 - при расчете на колесную нагрузку.

Примечание. В практических расчетах устойчивости подвижную нагрузку можно не учитывать в расчете при толщине насыпного слоя h ≥ 2,5 м.

Определение типа основания расчетом

3.10. Для определения типа основания расчетом необходимо установить величины коэффициентов безопасности для условий быстрой kначбез и медленной kконбез отсыпки насыпи.

Таблица 17. Тип основания по устойчивости

TO0000018'>

Определяющий признак

Характеристика устойчивости

Преобладающие деформации грунта наиболее опасного слоя

Возможность использования слабой толщи в качестве основания

I

kначбез ≥ 1

Устойчивость обеспечена при любой скорости отсыпки насыпи

Сжатие

Можно использовать в качестве основания

II

kначбез < 1

kконбез ≥ 1

Устойчивость при быстрой отсыпке не обеспечена, но обеспечена при медленной отсыпке

При быстрой отсыпке - сдвиг (выдавливание), при медленной - сжатие

Можно использовать в качестве основания при медленной отсыпке насыпи

III

kконбез < 1

Устойчивость не обеспечена ни при каких режимах отсыпки

Сдвиг (выдавливание)

Без конструктивных мероприятий в качестве основания использовать нельзя. Нужно удалить слабый слой или изменить конструкцию насыпи

Примечания: 1. Требуемый (допустимый) режим отсыпки при II типе основания устанавливается расчетом (см. п. 5.36). 2. При приближенном определении типа основания на стадии ТЭО и на первой стадии проектирования при расчете kконбез повышение в результате уплотнения не учитывается, а учитывается только проявление эффекта взвешивания. В этом случае тип II делится на два подтипа IIи II-Б. К подтипу II-Б основание следует относить при 0,2 ≤ kконбез < 1, а при kконбез < 0,2 основание следует относить к III типу. Основание подтипа II-Б после уточнения расчета с использованием лабораторных данных по сдвигу и компрессии окончательно относят либо к типу II, либо к типу III.

В зависимости от значения kначбез и kконбез основание может быть отнесено к I, II и III типам по устойчивости в соответствии с табл. 17.

Определение безопасной нагрузки для условий быстрой отсыпки насыпи (безопасная нагрузка в природном состоянии плотности-влажности грунта основания)

3.11. Безопасная нагрузка для условий быстрой отсыпки насыпи определяется по формуле

,                                              (14)

где снач и φнач - сцепление и угол внутреннего трения грунта при природной плотности-влажности; γср - средневзвешенный удельный вес толщи (в необходимых случаях - с учетом взвешивания), расположенной выше горизонта z; z - глубина расположения рассматриваемого горизонта от поверхности земли; β - функция φнач, формы эпюры нагрузки 2a/B и относительной глубины z/b, устанавливаемая по графикам рис. 7.

Рис. 7. График функции β при:

а - φ = 0°; б - φ = 5°; в - φ = 10°; г - φ = 15°; д - φ = 20°; е - φ = 30°; 1 - 2a/B = 10; 2 - 2a/B = 3,0; 3 - 2a/B = 1,0; 4 - 2a/B = 0,6; 5 - 2a/B = 0,2

3.12. В общем случае, в том числе и при слоистой слабой толще, а также при геологически однородной толще, но при наличии изменения cωнач и φωнач по глубине, определение pначбез ведется графоаналитическим способом. Для этого строят графики функций  и снач + γсрztgφнач. Затем с выбранным шагом по z определяют отношение значений этих функций, т.е. определяют pначбез как функцию от z и строят график этой функции. Минимум этого графика определит искомое значение pначбез (рис. 8).

Рис. 8. Графический способ определения pбез

а - при однородной толще; б - при слоистой толще

3.13. Упрощенные расчеты можно вести по формулам, представленным в табл. 18 и основанным на тех или иных допущениях. При этом следует учитывать, что получаемые решения содержат тем больший запас, чем проще формула и чем ниже она расположена в таблице. В связи с этим в ряде случаев может применяться метод последовательного уточнения расчета, при котором расчет начинают с наиболее простой формулы, переходя к более сложным только в том случае, если kначбез, вычисленный с использованием простой формулы, окажется меньше единицы.

Таблица 18. Расчетные формулы для определения pбез

TO0000019'>

Принятые при ее выводе допущения

1

2

pбез = 3,14спрнач

Эпюра нагрузки в виде прямоугольника

φ = 0

Слабая толща в виде однородного полупространства

c - постоянно по глубине

Эпюра нагрузки в виде прямоугольника

Слабая толща в виде полупространства

c - постоянно по глубине

Слабая толща в виде полупространства

φ = 0

c - постоянно по глубине

Слабая толща в виде полупространства

φ и c - постоянны по глубине

γср = 0

φ = 0

c - постоянно в пределах слоя

Толща выше слабого слоя и в его пределах имеет

γср = 0

c и φ - постоянны в пределах слоя

3.14. Значения приведенного сцепления спрнач при применении формул табл. 17 следует установить по выражению

cпрнач = cнач(1 + siнач) = cнач(1 + 0,0172φнач).                               (15)

В расчет можно также вводить значение cпрнач, вычисленное по формуле

,                                        (16)

где pрасч - расчетная нагрузка.

Приведенное сцепление, вычисляемое по формуле (16), можно использовать в расчете при условии

,                                                              (17)

где kmφ - функция, определяемая по графику (рис. 9); m - максимально допустимый процент отклонения расчетной сопротивляемости грунта сдвигу от фактической в сторону завышения, принимаемый равным 5 - 10 %.

Рис. 9. График зависимости kmφ = f(φ) при различных значениях m

3.15. При использовании в расчете полной условной сопротивляемости грунта сдвигу, устанавливаемой с помощью крыльчатки, для расчета pначбез в зависимости от условий, может использоваться любая формула табл. 18, относящаяся к случаю φ = 0.

3.16. При сложном поперечном сечении насыпи (насыпь с бермами, откосами разной крутизны и т.п.) определение pначбез следует вести путем анализа соблюдения условия прочности в различных точках основания по формуле

,                                       (18)

где σ1 и σ2 - значения главных напряжений в рассматриваемой точке от внешней нагрузки; kст - коэффициент стабильности.

Для определения σ1 и σ2 сложную эпюру разбивают на ряд простых (проще всего - треугольных). В каждой рассматриваемой точке определяют нормальные и касательные напряжения по вертикальным и горизонтальным площадкам zi, σyi, τyzi) от каждой эпюры нагрузки, пользуясь формулами прил. 6. Затем определяют суммарные напряжения в точке от всех выделенных эпюр нагрузки (σz, σy, τzy). Далее вычисляют главные напряжения по формулам:

;                                       (19)

.                                       (20)

Если kст в какой-либо точке окажется меньше 1, то устойчивость считается необеспеченной. Расчеты следует выполнять с помощью ЭВМ.

Определение безопасной нагрузки для случая медленной отсыпки насыпи

3.17. Для случая медленной отсыпки насыпи расчет безопасной нагрузки при простой эпюре осуществляется аналогичным образом по формуле

,                                                   (21)

где cи φ- кажущиеся сцепление и угол внутреннего трения, получаемые в опыте с полной консолидацией образцов (консолидированные испытания с дренажем); β - та же функция, что и при расчете на быструю отсыпку (см. рис. 7), но принимаемая в зависимости от значения φ′.

3.18. Для приближенных расчетов допускается при определении pконбез использовать те же формулы, что и для pначбез, с подстановкой в них вместо значения φначcнач и cпрнач величин φкон, cкон и cпркон, соответствующих конечной плотности - влажности грунта, ωкон на данном горизонте, которую он будет иметь после завершения процесса уплотнения под расчетной нагрузкой (влияние подвижной нагрузки в данном случае не учитывается).

3.19. При необходимости определения безопасной нагрузки на любой заданный момент процесса уплотнения толщи следует вести расчет по точкам, используя формулу

,                                                 (22)

где cωt и φωt - сцепление и угол внутреннего трения, отвечающие влажности ω грунта в заданный момент t; D и θ - разность и сумма главных напряжений в данной точке, определяемые по графикам прил. 6.

Значения cωt и φωt можно устанавливать по графикам cω = f(ω), φω = f(ω), получаемым в результате испытаний грунта на сдвиг по методу плотности и влажности. При этом расчетная влажность грунта в момент t определяется по формуле

ωt = ωнач - (ωнач - ωкон)U,                                                  (23)

где ωнач и ωкон - начальная и конечная влажности; U - степень консолидации в момент t, устанавливаемая по решениям плоской задачи теории консолидации.

Для определения U и расчета kстt следует использовать специальную программу для ЭВМ. В этом случае применяют следующие аналитические выражения для функций cωt = f(ω) и φωt = f(ω):

;                                                     (24)

,                                       (25)

где cнач и φнач - сцепление и угол внутреннего трения при начальной влажности грунта ωнач; А0 и δ - параметры упрочняемости, устанавливаемые при испытаниях на сдвиг по методу плотности-влажности; ae и θ0 - параметры уплотняемости (параметры компрессионной кривой с учетом двухмерности задачи); θ - сумма главных напряжений; U - степень консолидации, соответствующая заданному t.

3.20.