Настоящее учебное пособиерекомендуемся в помощь студентам специальности 1211 «Автомобильныедороги» для курсового и дипломного проектирования. Пособие составлено сучетом последних достижений отечественной науки и обобщения передового опытапроектных и строительных организаций СССР.

Раздел «Изыскание ипроектирование автомобильных дорог» в особых природно-климатическихусловиях изучается студентами на 5 курсе (9 семестр), а заочниками на 6 курсе.

Одновременно с лекционнымкурсом (28 ч) студенты выполняют курсовой проект участка автомобильной дороги вособых природных условиях (вечная мерзлота, заболоченные районы, районыискусственного орошения, пересечения в разных уровнях, горные районы и др.).

Настоящее пособиесоставлено применительно к условиям вечномерзлых грунтов. Проектирование дорогв этих районах приобретает все более важное значение в настоящее время, когдапроисходит интенсивное освоение Сибири и Крайнего Севера, где в основномработают и будут работать выпускники Сибирского автомобильно-дорожногоинститута им. В.В. Куйбышева.

1. ВЕЧНОМЕРЗЛЫЕ ГРУНТЫ

1.1. Распространение вечномерзлых грунтов

Вечномерзлые грунты распространенына одной пятой части суши Земного шара и встречаются на половине территорииСССР, большей части Аляски и одной трети территории Канады.

Мировая тенденцияразвития производительных сил все более отчетливо ориентируется на северныетерритории. И это не случайно. Действительно, Север — это крупнейший и самыйбогатый фонд свободных земель. Но вместе с тем, Север- это и весьма слабоизученные пространства, таящие в своих недрах уникальные месторожденияценнейших полезных ископаемых. Наконец, Север — это место обитания многих малыхнародов, чей быт, уклад жизни и дальнейшее процветание теснейшим образомсвязаны с его развитием. Вот почему промышленное освоение Севера — одна изкрупнейших народнохозяйственных проблем. Но не только на Севере, где-то заПолярным кругом, но и на всей громадной территории Сибири, от Урала на западедо побережья Чукотки на востоке, человек, осваивая новые районы, неизбежносталкивается со своеобразием природных комплексов, вызванных наличием мерзлойзоны, широким распространением мерзлых пород, подземных льдов.

Промышленное освоениеновых районов немыслимо без развитой сети автомобильных дорог. Площадьраспространения мерзлых пород в СССР составляет 10 млн. 700 тыс. км, превышаяна I млн. 400 тыс. кмтерриторию США, включая Аляску.

На территории средних ивысоких широт обоих полушарий верхние слои литосферы на относительно долгийсрок охлаждаются до отрицательной температуры. Грунты, почвы, породы,содержащие включения льда, называются мерзлыми; не содержащие в своем составекристаллов льда — талыми.

Тяжелые природные условиярассматриваемой зоны: низкие отрицательные температуры (до -60°), суровые идлинные зимы (7 — 9 месяцев), близко залегающие к поверхности вечномерзлыегрунты, а также отдаленность от экономически развитых районов страны и слабоеразвитие транспортной сети (0,16 км на 1000 кв. км) — приводят к тому, чтостоимость строительства дорог в несколько раз превышает стоимость ихстроительства в средней полосе.

Высокий уровеньпромышленно-энергетического потенциала нашей страны позволил перейти кинтенсивному освоению богатейших природных ископаемых, разведанных в районахраспространения вечномерзлых грунтов (в Западной и Восточной Сибири, Якутии иЗабайкалье):

— Тюменской и Томскойобластях — запасов нефти, газа и леса;

— Красноярском крае иИркутской области — редких и цветных металлов, леса и энергетических ресурсоврек;

— Якутии — алмазов,золота, угля;

— Забайкалье — редких ицветных металлов, минерального сырья и др.

Директивами ХXIV и ХХV съездов КПСС предусмотрено в областяхи краях, занятых вечномерзлыми грунтами, значительно «…расширитьстроительство и реконструкцию автомобильных дорог». Однако строительствоавтомобильных дорог в районах вечной мерзлоты связано с преодолениемспецифических особенностей природно-климатического характера; наличиемвечномерзлых грунтов, преобладанием пылеватых грунтов в деятельном(сезоннооттаивающем) слое и избыточным увлажнением местности.

Как показываетмноголетний опыт строительства железных и автомобильных дорог в СССР, США иКанаде, отмеченные факторы обусловили специфический подход к назначениюдорожных конструкций, земляное полотно которых проектируют и строятпреимущественно в насыпях (выемки составляют менее 2 — 3%) изнесцементированных обломочных грунтов. Однако отечественная и зарубежнаяпрактика дала много примеров деформаций и разрушений на автомобильных дорогах врайонах вечной мерзлоты, что указывает на недостаточную изученность и неполнотуисследований вопросов проектировании прочного и устойчивого земляного полотнана вечномерзлых грунтах.

Применениенесцементированных обломочных грунтов в качестве материала для земляногополотна еще не решает проблему его прочности и в то же время приводит к высокой стоимости строительстваавтомобильных дорог, превышающей в 3 — 5 раз их стоимость в обычных условиях.

Наиболее эффективнымипутями снижения стоимости строительства дорог в рассматриваемых районах следуетсчитать:

— расширение объемовприменения местных глинистых грунтов для сооружения земляного полотна;

— учет специфическиособенностей рассматриваемой зоны при проектировании дорожных, конструкций сцелью обеспечение их длительной прочности и устойчивости.

Естественно, рациональноепроектирование и строительство транспортных сооружений, в первую очередьземляного полотна, на вечномерзлых грунтах должны базироваться на тщательномизучении материалов детальных геокриологических исследований.

В последние годызначительно повысился технический уровень проектирования и строительстваземляного полотна автомобильных дорог на вечномерзлых грунтах. Однако ещенедостаточно технической, учебно-методической литературы, нормативных инаучно-технических документов, обосновывающих рациональные конструкции,материалы и технологию строительства автомобильных дорог на вечномерзлых грунтах[l, 2].

Особенности изысканий ипроектирования дорог в районах вечной мерзлоты изложены в немногочисленныхработах [l, 2]и специальной инструкции ВСН 84-75, разработанной коллективом научныхработников Омского филиала Союздорнии с участием проф. Н.А. Пузакова (МАДИ ипроф. И.А. Золотаря (ВОЛАТТ).

1.2. Основные понятия, термины

Грунтыназываются мерзлыми, если они имеют нулевую или отрицательную температуру исодержат в своем составе лед. Грунты называются вечномерзлыми, если онинаходятся в мерзлом состоянии в продолжении многих лет (от 3-х и более). В ихсостав входят минеральные частицы, лед, вода и воздух. Величина, форма и составэтих составляющих характеризуют особую криогенную (мерзлотную) текстуру.Различают массивную, слоистую и сетчатую текстуры (рис. 1.1.). Массивнаятекстура (рис. 1.1.,а) характеризуется наличием в основном порового льда.Слоистая текстура (рис. 1.1.,б) представляет собой чередование ледяных включенийв виде прослоек и линз с минеральными слоями, которые имеют массивную текстуру.Сетчатая текстура (рис. 1.1.,в) формируется ледяными включениями,располагающимися в виде сетки.

Рис. 1.1. Основные виды текстурмерзлых грунтов:

а — массивная; б — слоистая; в — сетчатая

Вечномерзлые грунтыклассифицируются I — пофизическому состоянию (или температуре); II — по территориальному распространению; III — по продолжительностисуществования.

I. По физическому состоянию:

— низкотемпературные(твердомерзлые), то есть прочно спаянные льдом, практически несжимаемые грунтыс температурой ниже границ замерзания грунтов (для песков пылеватых температуразамерзания ниже -0,3°С, для супесей ниже -0,6°С, для суглинков ниже -1°С и дляглин -1,5°C);

— высокотемпературные(пластичномерзлые), то есть с большим содержанием незамерзшей воды, стемпературой ниже 0°С и выше температуры замерзания грунтов, обладающие вязкимисвойствами и характеризуемые способностью сжиматься под нагрузками oт вооружения.

II. По территориальному распространениювечномерзлых грунтов:

— районы географическисплошной вечной мерзлоты, то есть обширные пространства, в пределах которыхвечная мерзлота, как правило, наблюдается повсеместно;

— районы, в пределахкоторых обширные пространства с вечномерзлыми грунтами на более или менеезначительном протяжении расчленены таликами. Талики представляют собой талыепороды, ограниченные в своем распространении мерзлыми породами;

— острова и районыостровов с вечномерзлыми грунтами вдали от общего вечномерзлого массива.

III. По продолжительности существования:

— кратковременномерзлыегрунты (в течение нескольких суток);

— сезонномерзлые грунты(в течение нескольких месяцев, менее года);

— многолетнемерзлые иливечномерзлые грунты (в течение более 3-х лет до сотен, десятков сотен и даженескольких тысяч лет), то есть существующие «вечно».

Крометого, могут быть случаи, когда верхний слой грунта при замерзании не сливаетсяс вечномерзлыми (несливающаяся мерзлота) и сливается (сплошная сливающаясямерзлота) (рис. 1.2.).

Рис. 1.2. Сливающаяся (а) инесливающаяся (б) вечная мерзлота

Полная глубина сезонногооттаивания hOTустанавливается замерами в конце осеннего периода (X и XI месяцы). На некоторой глубине,называемой глубиной нулевых амплитуд, где не сказываются сезонные колебаниятемператур, замеряют постоянную температуру вечномерзлого грунта. Этатемпература с отсутствием амплитуд считается основной характеристикойсреднегодовой температуры вечномерзлых грунтов. Однако она непостоянна даже дляодного конкретного района, а изменяется в зависимости от состава пород, ихльдистости, экспозиции склона, наличия грунтовых вод и т.п.

2.ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ В РАЙОНАХ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ

Обычно у поверхности землинаходится слой, который ежегодно летом оттаивает, а зимой замерзает. Онназывается деятельным (сезоннооттаивающим) слоем.

Для инженерных целейважнейшим вопросом является изучение физических процессов в сезонноталом(деятельном) слое и его толщины, поскольку инженерные сооружения главнымобразом возводятся на этом и в этом слое.

Постройка дороги вноситбольшие изменения в природный режим вечномерзлых грунтов. Влияние этихизменений необходимо иметь все время в виду, принимая те или иные проектныерешения. Вырубка деревьев и кустарников на придорожной полосе и удалениемохового покрова способствуют увеличению толщины деятельного слоя. Приоттаивании пылеватые льдонасыщенные вечномерзлые грунты из твердого состоянияпереходят в разжиженное, растекаясь под действием собственного веса.

Оттаивание вечномерзлогогрунта под невысокими насыпями в зависимости от количества льда, содержащегосяв грунте, вызывает дополнительные осадки или полное расползание насыпей. Научастках с близким к поверхности расположением погребенного льда при таянии наполосе отвода могут возникать провальные озера {термокарстовые явления).

Откосы выемок,разработанных в вечномерзлых грунтах и содержащих прослойки льда приоттаивании, подвержены оплывам. Наоборот, средние и высокие насыпи создавая теплоизоляцию, способствуют поднятию уровня вечной мерзлоты, которая можетвходить в тело насыпи.

Наиболее распространенныйво всех зонах вид деформации — пучение земляного полотна. Оно происходитвследствие объемного расширения воды в связном грунте, при этом наибольшеепучение вызвано дополнительным поступлением воды, перемещающейся в мерзлыйгрунт из нижележащих талых слоев грунта. Пучение интенсивно проявляется в южнойчасти зоны вечной мерзлоты. Здесь же наблюдаются значительные деформацииземляного полотна, возникающие из-за затопления его наледями. Изменение режимаподземных вод и водотоков зимой при промерзании грунта часто приводит к прорывуих на поверхности и затоплению окружающей местности и дорожных сооружений,сопровождающееся полным разрушением проезжей части.

На Крайнем Севере,наоборот, значительные деформации (термокарстовые образования, просадки иосадки) возникают в результате протаивания грунтов деятельного слоя.

Различныемерзлотно-грунтовые условия, характеризующиеся разными типами местности,обусловливают дифференцированный подход к проектированию и строительствуземляного полотна автомобильных дорог.

ГидроПрофессиональный,промышленные и жилые сооружения в большинстве случаев своими фундаментамиопираются на вечномерзлую толщу, мало или почти не меняющую своих свойств вовремени. Основной элемент автомобильной дороги — земляное полотно, котороевозводится на грунтовом слое, изменяющем в годовом периоде свои свойства отвоздействия природных факторов, и, в первую очередь, температуры воздуха. Изэтого следует, что устойчивость дорожной конструкции в период эксплуатациизависит главным образом от состояния грунта основания (мерзлое или талое), еговида и влажности.

В настоящее времярекомендуется использовать грунты сезоннооттаивающего слоя в качестве основанияземляного полотна по одному из следующих принципов.

Первый — сохранениевечномерзлых грунтов в основании земляного полотна в течение всего периодаэксплуатации дороги.

Второй — частичное оттаивание мерзлых грунтовоснования на величину, определяемую расчетом.

Третий — оттаиваниевечномерзлых грунтов до начала строительства дороги и осушения придорожнойполосы.

3. ДОРОЖНО-КЛИМАТИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ ЗОНЫ ВЕЧНОЙМЕРЗЛОТЫ

Разнообразиеприродно-климатических условий СССР учитывают с помощью дорожно-климатическогорайонирования, нашедшего отражение в нормативных документах (СНиП II-Д.5-72, ВСН 97-63, ВСН46-72 и др.).

Многолетний опытприменения существующего дорожно-климатического районирования показал, что ононе в полной мере удовлетворяет практике проектирования дорог и требуетдальнейшего уточнения и детализации.

Целесообразно территориюСоветского Союза разделить на два примерно равных по площади региона: первый,основной особенностью которого является сезонное промерзание грунтов, и второй,в котором поверхностный одой грунтов протаивает на некоторую глубину летом, аостальную часть года находился в мерзлом состоянии (зона вечномерзлых грунтов).Линией раздела регионов следует принять границу распространения вечномерзлыхгрунтов на территории СССР.

Изучение природныхусловий зоны вечной мерзлоты показало, что на ее территории отчетливо выраженозональное изменение основных физико-географических факторов, что обусловливаетнеобходимость деления территории зоны на подзоны (районы).

Наоснове исследований [1,2,3,4],проведенных Омским филиалом Союздорнии (Р.З. Порицкий, В.А. Давыдов и др.), ирезультатов многолетних наблюдений за мерзлотным режимом на постах и опытныхучастках автомобильных дорог зона вечной мерзлоты разделена на три характерныхрайона (рис. 3.1.): первый I1 — северный район — низкотемпературныхвечномерзлых грунтов (НТВМГ) сплошного распространения с высокой влажностьюгрунтов сезоннооттаивающего слоя (влажность грунтов выше предела текучести);второй I2 — центральный район НТВМГ сплошногораспространения с умеренной влажностью грунтов сезоннооттаивающего слоя.

Рис. 3.1. Схемадорожно-климатических районов зоны вечной мерзлоты: I1 — северный; 12 -центральный; I3 — южный; II — дорожно-климатическаязона

Таблица 3.1

Характеристика и границы районовзоны вечной мерзлоты

Район зоны вечной мерзлоты

Характеристика природныхмерзлотно-грунтовых условий

Примерные границы районов

I1 — северный район низкотемпературных вечномерзлых грунтов(НТВМГ) сплошного распространения

Сплошное распространение вечномерзлых грунтов мощностьюот 200 до 900 м и более.

Среднегодовая температура вечномерзлых грунтов от -5 до-10°C и ниже. Глубина сезонного оттаивания от 0,2 до 2 м (преимущественно менее 1 м).Высокое содержание в вечномерзлых грунтах льдов различных типов и ихнеглубокое залегание.

Грунты глинистые, пылеватые, иловатые, тундровые иболотные со среднегодовой суммарной влажностью более предела текучести.

Рельеф — равнины инизменности. Интенсивное развитие криогенных процессов

Включает зону тундры и лесотундры с пятнистыммикрорельефом.

 

Расположен севернее линии: Нарьян-Мар — Салехард -Курейка — Трубка Удачная — Верхоянск — Дружина — Горный мыс — Марково

I2 — центральный район низкотемпературных вечномерзлыхгрунтов (НТВМГ) сплошного распространения

Сплошное распространение вечномерзлых грунтов мощностьюот 50 до 400 м. Среднегодовая температура вечномерзлых грунтов от -1 до -5°С.

Глубина сезонного оттаивания от 0,8 до 3 м.

Грунты скальные, щебенистые, гравийно-галечниковые иглинистые по среднегодовой суммарной относительной влажностью от 0,7 до 1,0относительно предела текучести.

Рельеф, в основном, гористый, частично нагорья исглаженный равнинный

Включает таежную зону, зону смешанных лесов.

Расположен восточнее линии: устье реки Нижняя Тунгуска -Ербогачен — Ленск — Бодайбо — Богдарин; севернее линий: Могоча — Сковородино- Зея — Охотск — Палатка — Слаутское.

С севера ограничен I-м районом

I3 — южный район высокотемпературных вечномерзлых грунтов(ВТВМГ) островного и частично-сплошного распространении

Преимущественно островное распространение вечномерзлыхгрунтов мощностью до 50 — 100 м.

Среднегодовая температура вечномерзлых грунтов выше -1°С.

Глубина сезонного оттаивания достигает 4 и более. Грунтыпылеватые, глинистые, песчаные, торфоглинистые — в западной части района ищебенистые, галечниковые и глинистые — в восточной части района.

Со среднегодовой: суммарной относительной влажностью от0,7 до 1,0 относительно предела текучести

Рельеф равнинный в западной части района и горный илихолмистый – в восточной части»

Заключает таежные, лесостепные и степные зоны, побережьеОхотского моря. Расположен севернее южной географической границы вечноймерзлоты в Европейской части СССР, в Западной Сибири, на Дальнем Востоке исевернее южной государственной границы с Монголией и Китаем в ВосточнойСибири. Включает северную и центральную часть Камчатки.

Примечания: 1. Границы даны примерно,их следует корректировать в процессе проектно-изыскательских работ всоответствии с характеристикой условий местности (см. текст и настоящуютаблицу).

2. В горных районах в связи с вертикальнойзональностью необходимо учитывать изменение природно-климатических условий помере увеличения высоты пояса.

3. В гористой местности вечномерзлые грунты обычновстречаются на заболоченных участках, на склонах северной экспозиции и впониженных затененных местах.

(W0TH = 0,7 — 1);

третий I3- южный район высокотемпературных вечномерзлых грунтов (ВТВМГ) сплошного иостровного распространения с умеренной влажностью сезоннооттаивающего слоя (WОТН = 0,7 — 1).

В основу районированияположены факторы, оказывающие решающее влияние на устойчивость дорожныхконструкций в этой зоне: вид грунта сезоннооттаивающего слоя и его влажность,характер распространения вечномерзлых грунтов и их температура, мощность слоясезонного оттаивания. Совокупность этих признаков обусловлена сочетаниемклиматических, грунтово-гидрогеологических и мерзлотных особенностей и присущав определенной степени природным ландшафтам земной поверхности. Действительно,каждый природный ландшафт является уникальным, обладающим неповторимой в целомсовокупностью физико-географических условий, а также типичным и наиболеераспространённым комплексом природных и территориальных особенностей.

Поэтому за основу длявыделения границ районов взяты границы зональных типов ландшафтов. В схемеделения территории зоны вечной мерзлоты на дорожно-климатические районы (см. рис. 3.1.)принята нумерация районов I1, I2, I3, обозначающая:первый район Iдорожно-климатической зоны; второй район I дорожно-климатической зоны и т.д. Такая нумерация районовпозволяет не изменять общепринятых названий дорожно-климатических зон (СНиП II-Д.5-72).

Характеристика природныхусловий и примерные географические границы районов приведены в табл. 3.1.Наиболее неблагоприятным для дорожного строительства является первый район I1, где широко распространены жильные и подземные льды,близко залегающие к поверхности земли. Здесь в большинстве мест необходимопроектировать и строить дороги с минимальным нарушением естественного режимаместности, используя, как правило, первый принцип проектирования.

Природно-климатическиеусловия второго района I2позволяют проектировать земляное полотно по второму принципу с оттаиваниемгрунтов основания и учетом возникающих при этом деформаций. Третий район I3 более благоприятный для дорожного строительства.

Таблица 3.2.

Типы местности по характеру поверхностного стока, степени увлажнения имерзлотно-грунтовым условиям.

Тип местности

Условия увлажнения

Характерные признаки

1-й (сухие места)

Без избыточного увлажнения. Поверхностный сток обеспечен.Естественная относительная влажность грунтов менее 0,8 от предела текучести.

Каменистые возвышенности, крутые склоны сопок, песчаные игравийно-галечниковые косы с мощностью сезоннооттаивающего слоя более 2,5 м.Грунты гравийно-галечниковые, песчаные, а также супесчаные, глинистыенепросадочные. х)

2-й (сырые места)

Избыточное увлажнение в отдельные периоды года.Поверхностный сток не обеспечен. Естественная относительная влажность грунтовот 0,8 до предела текучести.

Плоские водоразделы, пологие склоны гор и их шлейфы смощностью сезоннооттаивающего слоя от 1,0 до 2,5 м. Грунты глинистые просадочные х)

3-й (мокрыеместа)

Постоянное избыточное увлажнение. Водоотвод не обеспечен.Надмерзлотные и длительно стоящие (более 20 суток) поверхностные воды.Естественная относительная влажность грунтов выше предела текучести.

Мари, заболоченные тальвеги, замкнутые впадины с развитыммохоторфяным покровом и малой мощностью (до 1 м ) сезоннооттаивающего слоя.Грунты глинистые сильно просадочных х), содержащие впределах двойной мощности сезоннооттаивающего слоя линзы льда толщиной более10 см.

х) Грунты считаются условно непросадочными приотносительной степени просадочности σ0,1.Степень просадочности определяется по формуле

где γМ — объемный вес скелета в мерзломсостоянии, г/см3;

γТН> — объемный вес скелета грунта, оттаявшего поднагрузкой 9,80665.104н/м3.

Здесьвечномерзлые грунты встречаются или в виде сплошной высокотемпературной вечноймерзлоты, или в виде отдельных мерзлых островов среди талой толщи грунта. Вгорных районах в связи свертикальной зональностью необходимо учитывать изменение природно-климатическихусловий, по мере увеличения высоты пояса. В гористой местности вечномерзлыегрунты обычно встречаются на заболоченных участках, склонах северной экспозициии в пониженных затененных местах.

Земляное полотно научастках островной мерзлоты следует проектировать и строить по третьемупринципу, то есть с обеспечением предварительного оттаивания грунтов основанияи осушения дорожной полосы до возведения земляного полотна. Для более детальнойМонтаж условий район проложения трассы автомобильной дороги принятоделить на участки (типы местности) по характеру поверхностного стока и степениувлажнения (СНиП II-Д.5-72).Такое деление на типы местности возможно также и для зоны вечной мерзлоты с введениемдополнений, отражающих специфические мерзлотно-грунтовые условия этой зоны(табл. 3.2), которые, в свою очередь, определяют выбор и расчет дорожныхконструкций.

4. ОСОБЕННОСТИ ВОДНО-ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ЗЕМЛЯНОГОПОЛОТНА И РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ ДОРОЖНЫХ КОНСТРУКЦИЙ НЕЖЕСТКОГО ТИПА

Своеобразныегидрогеологические условия в сочетании с суровыми природно-климатическимифакторами зоны вечной мерзлоты предопределяют особый водно-тепловой режимземляного полотна автомобильных дорог.

Оттаивание земляного полотнаи основания в зоне вечной мерзлоты протекает по схеме (рис. 4.1.B), подобной схемепромерзания, например, во IIдорожно-климатической зоне СССР (рис. 4.1,B), так как имеет место одинаковое направление потоков тепла (взоне вечной мерзлоты) и потоков холода (в районах сезонного промерзания). Врассматриваемой зоне оттаивание происходит сверху и продолжается в течениевсего теплого периода года, пока не установится динамическое равновесие междупотоками тепла сверху от атмосферы и потоками холода снизу от вечномерзлыхгрунтов.

Процесс промерзанияземляного полотна и основания в зоне вечной мерзлоты (см. рис. 4.1.,Б) подобенсхеме процесса оттаивания в средней полосе страны (см. рис. 4.1,Б). Вобоих случаях имеет место двустороннее направление потоков: холода — в зоневечной мерзлоты и тепла — в средней полосе страны.

Промерзание в зоне вечноймерзлоты происходит с двух сторон: сверху — за счет отрицательных температурвоздуха и снизу — за счет охлаждения от вечномерзлых грунтов.

Таким образом, в зоневечной мерзлоты в течение всего теплого времени года в земляном полотне или вего основании находится мерзлый (вечномерзлый), практически несжимаемый слойгрунта на незначительной глубине оттаивания (до 1,5 м).

Какустановлено (Н.А. Цытович и др.), модули упругости (деформации) мерзлыхглинистых грунтов имеют высокие значения, а талых — в несколько раз (иногда вдесятки раз) меньше. В переходном состоянии от мерзлого к талому величинамодуля упругости может иметь различные промежуточные значения, которые уменьшаютсякак за счет перехода мерзлого состоянии грунта в талое, так и более глубокогорасположения мерзлого слоя грунта. Это положение имеет большое практическоезначение для проектирования и строительства дорог в указанных районах, так какрегулированием глубины расположения вечномерзлого слоя грунта можно повышатьвеличину эквивалентного модуля упругости грунта земляного полотна, увеличиваятаким образом прочность всей дорожной конструкции [1,5,6].

Рис. 4.1. Схема годового циклаводно-теплового режима земляного полотна и основания в районах вечной мерзлотыи сезонного оттаивания грунтов:

А — изменение модуля упругости грунта земляногополотна в годовом периоде; и В — схемы протаивания, промерзания и увлажнения.

1 — сухой талый грунт; 2 — влажный талый грунт; 3 -талый грунт повышенной влажности; 4 — переувлажненный талый грунт; 5 — надмерзлотнаявода; 6 — твердомерзлый грунт; 7 — прослойки и линзы льда; Нн — высота насыпи; HОТ — мощность слоя оттаивания(промерзания); Н0 -глубина расположения границы нулевых амплитуд

Многолетние исследованияна дорогах Якутской и Бурятской АССР позволили проследить за изменением модулейупругости и деформации в процессе оттаивания, которые определяли с помощьюпресса и жестких металлических штампов диаметрами 20, 25 и 34 см. При НОТ = 0, то есть когда грунтбыл мерзлым, модули упругости, по данным наших опытов, имели огромную величину:Еу=2.103- 25.103кгс/см2, а ЕД = 0,4.103 — 5.103кгс/см2. При глубине оттаивания 4 — 5 см модуль упругости составлялуже 1800 — 2190 кгс/см2, адеформации — 629 — 347 кгс/см2.

Затем по мере увеличенияглубины оттаивания грунта величина его эквивалентного модуля упругости быстроуменьшалась. Это происходило вследствие перехода грунта из мерзлого состояния вталое (за счет разрушения в нем льдоцементирующих связей) и удаления от поверхностиболее прочного мерзлого слоя грунта.

При глубине оттаивания,равной 3 — 4 диаметрам штампа, модули упругости достигали минимальных значений,близких по абсолютной величине к модулям полностью талого грунтовогополупространства. Таким образом, при глубине оттаивания больше 4 диаметровштампа влияние мерзлого слоя практически прекращается (составляет менее 4 -5%). Это явление необходимо учитывать при расчетах прочности дорожныхконструкций. На величину модуля упругости кроме влажности и плотности глинистогогрунта значительное влияние оказывает положение мерзлого слоя при оттаивании,ограничивающего зону обжатия грунта. Вопрос о распределении напряжений идеформаций до настоящего времени наиболее полно разработан только применительнок упругому изотропному полупространству при действии статических нагрузок.Величины снимающих напряжений, возникающих на контакте грунтового слоя ижесткого основания, исследовались за рубежом (Мелан, Био, Маргерр и др.) и внашей стране (О.Я. Шехтер, К.Е. Егоров, М.И. Горбунов-Посадов и др.). Полученыаналитические решения и разработаны приемы численного определения напряжений идеформаций.

Согласно этим решениям, атакже опытным данным (О.Ф. Никитина в ХАДИ, В.А. Давыдова в Омском филиале Союздорнии и др.),установлено, что величина осадки в системе с несжимаемым основанием меньше, чемв однородном полупространстве. Была получена картина распределения сжимающихнапряжений в слое грунта ограниченной толщины на несжимаемом основании. Приэтом установлено, что наличие жесткого несжимаемого слоя вызывает концентрациюнапряжений по оси нагрузки. Оттаивание грунта создает сложную многослойнуюсистему, которую с некоторыми допущениями можно принять за двухслойную.

Величину эквивалентногомодуля упругости системы — талый (верхний) плюс мерзлый (нижний) слои — можноопределить, принимая мерзлый слой грунта абсолютно несжимаемым. В этом случаевлияние нижнего более прочного и жесткого слоя уменьшает осадку под нагрузкойверхнего талого однородного грунта, повышая таким образом прочность системы -упругопластичный слой грунта плюс жесткое несжимаемое основание. Это явлениеможно учесть, используя решение К.Е. Егорова, основанное на формуле Маргерра:

                                    (4.1)

где R — радиус штампа, см; r -расстояние от центра круглого штампа до точки, перемещения которой определяют,см; J0- функция Бесселя нулевого порядка первого рода; J1 — функция Бесселя нулевого порядкавторого рода; sh, ch — соответственно гиперболические синус и косинус; t -произвольный параметр интегрирования; H — мощность талого слоя грунта, см.

Для точек, расположенныхпод центром нагруженной площадки, то есть при r = 0, J0 — 1,0, коэффициент влияния жесткого несжимаемого слоя навеличину модуля упругости является обратной величиной коэффициента β:

                                           (4.2)

 

Таким образом, влияниемерзлого слоя на прочность оттаивающего грунта может быть определено по формуле(4.2.) или по графику (риc.4.2.).

В грунтах земляногополотна и основания, как правило, влажность по глубине неоднородна (в верхнихслоях меньше, а в нижних больше) и в течение всего периода оттаивания имеетнепостоянные значения (рис. 4.3.). Указанную закономерность дляестественных условий зоны вечной мерзлоты отмечали проф. Н.А. Пузаков имерзлотоведы, однако практических рекомендаций по ее учету при оценке прочностигрунтов не было сделано.

Характерные эпюрыраспределения влажности по глубине оттаявшего слоя в расчетный период(весна-лето) были установлены автором в процессе обследования автомобильныхдорог в зоне вечной мерзлоты. В начале оттаивания земляного полотна происходитувлажнение верхнего активного слоя грунта (весенний период), затем, по мереопускания границы оттаивания вниз, вслед за горизонтом мерзлоты опускаетсясвободная влага под действием гравитационных сил.

В летний период за счетиспарения с поверхности и инфильтрации просыхают верхние слои земляногополотна, а в нижних слоях на границе с мерзлым грунтом наблюдается максимальнаявлажность, нередко достигающая предела текучести. Такое распределение влажностиобусловливает неравнопрочность грунтов по глубине, что следует учитывать врасчетах прочности дорожных конструкций.

По фактическим данным натурныхисследований автором было установлено (1966 г.), что при глубине оттаиванияболее величины НОТ, равной 3 диаметрам штампа, влажностьгрунта по глубине распределяется по экспоненциальной зависимости.Следовательно, зная влажность верхнего и нижнего слоев, можно по зависимости Е = f/(W)определить соответствующие значения модулей упругости или деформации любогослоя грунта.

Рис 4.2. График для определения коэффициента влияния мерзлого слоя А на величинумодуля упругости (деформации) в зависимости от относительной глубины залеганиямерзлого слоя

Рис. 4.3. Изменение влажностигрунтов по мере оттаивания слоя насыпи в течение весенне-летнего периода: I- влажностьгрунта в весенний период (начало оттаивания); II — влажность грунта в началелетнего периода; III — влажность грунта в конце летнего периода; ГМ -горизонт мерзлоты

При этом целесообразноиспользовать метод вычисления осадок и напряжений отдельных слоев, основанныйна решении задач по законам теории упругости. Многослойная система дорожнойконструкции может рассматриваться как упругое неоднороднее полупространство,состоящее из однородных слоев, связанных между собой условием непрерывностинапряжений и перемещений. Каждый из слоев характеризуется определеннойтолщиной, модулем упругости и коэффициентом Пуассона. Величину эквивалентногомодуля упругости на поверхности неоднородного по глубине земляного полотнаможно получить, используя решение Б.И. Когана, разработанное дликонструирования дорожных одежд. На основе этого решения разработана [6]номограмма (рис.4.4.).

В общем виде графикизменения модуля упругости грунта от глубины оттаивания с учетом мерзлого слояи неоднородного увлажнения описывается уравнением

                                                 (4.3)

где выражение вквадратных скобках названо обобщенным коэффициентом влияния мерзлого слоягрунта и неоднородного увлажнения его по глубине Ау; в и С — коэффициенты,зависящие от типа грунта, величины относительной деформации и других факторов(табл. 4.1.);  — модуль упругостиоднородного массива грунта при определенных значениях его влажности иплотности.

На рис. 4.5. приведенпример зависимости общего модуля деформация грунта (супеси) земляного полотнана одном из опытных участков, построенных на автомобильной дороге V категории в Бурятской АССР.

По исследованиям Н.А.Пузакова, В.Ф. Бабкова, С.А. Голованенко, И.Д. Золотаря, В.М. Сиденко и др. [8,9]снижение прочности (модуля деформации и модуля упругости) грунтов земляногополотна (см. рис. 4.1,А) в районахсезонного промерзания происходит весной на незначительный срок , исчисляемый 5 — 16 днями в IV и 15 — 30 днями во II и III дорожно-климатических зонах.

По исследованиям В.А.Давыдова [1,5,6,7]в зоне вечной мерзлоты прочность земляного полотна в течение весенне-летнегопериода понижаемся до очень малых величин , , (см, рис. 4.1.А), а продолжительность расчетногопериода  увеличивается до 1,5- 4,0 и более месяцев, то есть практически достигает 0,7 — 0,9 всего периодатеплого времени года. Этот существенный фактор — длительность ослабленного(расчетного) состояния грунтов земляного полотна — необходимо учитывать врасчетах прочности дорожных одежд, что повысит надежность и долговечность всейдорожной конструкции.

Таблица4.1.

Значения параметров в и С критических значений модулядеформации Ед и относительной глубины оттаиванияН/D

Грунт

Относительная деформация λ

в

С

Критические точки

H/D

 

Экспериментальные средние кривые

Супеси

0,01

420

-2,42

5,07

300

4,5

0,02

305

-2,23

4,8

220

4,0

0,03

220

-2,23

3,9

150

3,5

Экспериментальные минимальные кривые

0,01

300

-4,2

7,3

120

3,5

0,02

230

-3,7

6,2

100

3,3

0,03

160

-3,0

4,5

80

3,0

 

Экспериментальные средние кривые

Суглинки

0,01

340

-3,3

6,6

200

4,0

0,02

270

-3,1

5,5

150

3,5

0,03

200

-3,0

4,5

100

3,0

 

Экспериментальные минимальные кривые

Глины

0,01

200

-4,2

6,3

60

3,0

0,02

150

-3,7

5,2

50

2,8

0,03

100

-3,0

3,75

40

2,6

Рис. 4.4. Номограмма значениякоэффициента α0, учитывающего неравномерное увлажнениепо глубине земляного полотна в зависимости от величины т = Ев/Ен и относительной глубины расположенияслоя H/D

Рис. 4.5. Изменение модулядеформации оттаивающего супесчаного грунта (при λ0 = 0,01) на одном из опытных участков: 1 — длясредних значений модуля деформации; 2 — для минимальных значений

Таким образом, при расчетепрочности конструкций дорожных одежд в зоне вечной мерзлоты следует учитыватьосновные факторы водно-теплового режима земляного полотна, руководствуясь восновном ВСН 46-72 [10]и ВСН 84-75 [11]. При этом дорожная конструкция (земляное полотно в комплексе сдорожной одеждой) должна удовлетворять трем условиям:

                                                                               (4.4)

                                                                                     (4.5)

,                                                                                  (4.6)

где  — общий модульупругости дорожной конструкции, Н/м2;

 — требуемыймодуль упругости дорожной конструкции, определяемый по формуле (4.7.) в зависимостиот расчетной нагрузки, состава иинтенсивности перспективного движения и длительности расчетного периода,Н/м2;

σp — наибольшее растягивающеенапряжение при изгибе в материале рассматриваемого конструктивного слоя одежды,Н/м2;

R -предельно допустимое растягивающее напряжение при изгибе в материалеконструктивного слоя с учетом усталостных явлений, Н/м2;

Та — наибольшееактивное напряжение сдвига в грунте или слабосвязном материале конструктивногослоя одежды, которое слагается из активных напряжений сдвига от временнойнагрузи Таи от весавышележащих слоев Та.в, Н/м2;

[Та] -допустимое активное напряжение сдвига в грунте земляного полотна или в слоедорожной одежды, Н/м2,

Величины , σp,R, Та., [Та] определяют по рекомендациям иуказаниям ВСН 46-72 [10].

Требуемый общий модульупругости дорожной конструкции определяют по формуле

                                                                 (4.7)

где Етр — требуемый общиймодуль упругости дорожной конструкции, определяемый по ВСН 46-72, то есть безучета длительности расчетного периода;

Р — нагрузка от расчетного автомобиляна дорожное покрытие, н/м2;

λд — допустимыйупругий прогиб дорожной конструкции, устанавливаемый в зависимости от материалапокрытия и условий его работы в рассматриваемом районе;

К — коэффициент, учитывающий длительность расчетного периода.

Автором установленасредние значение коэффициента К для всех дорожно-климатических районов зонывечной мерзлоты: для района I1 К = 1,3; I2 К = 1,2; I3 К = 1,1.

Разработана такая номограмма(рис. 4.6.), позволяющая дифференцированно определить коэффициент Кдля различных конкретных пунктов зоны вечной мерзлоты [6].

Нормативную нагрузку надорогах общей сети (I -V категорий) и длягородских дорог принимают по табл.4.2.

Рис. 4.6. Номограмма значенийкоэффициента К, учитывающегоотносительную длительность расчетного периода Dр.п, повторность и динамичностьвоздействия транспортных средств расчетной интенсивности движения Np.

Таблица4.2.

Нормативная нагрузка

Нормативный документ

Расчетная нагрузка

Параметры расчета нагрузок

Удельное давление на покрытие Р, кгс/см2

Диаметр нагруженной площади, D, см

ГОСТ 9314-09

Автомобили группы А

 

 

6

33

Автобусы группы А

6

35

СНиП II-К.3-61

Н-30

6

36

Н-10

5,5

33

На подъездныхи внутренних дорогах промышленных предприятий нормативную нагрузку для дорог III-п и IV-п категорий принимают на основетехнико-экономических расчетов согласно п. 1.3. (СНиП II-Д.5-72) из условия припуска принятыхрасчетных типов автомобилей и автопоездов.

Влияние мерзлого слоя напрочность при известной глубине оттаивания дорожной конструкции учитывают поформуле

                                                                       (4.8)

где  — общий модульупругости (деформации) и оттаявшего грунтового массива, Н/м2;

 — расчетноезначение модуля упругости (деформаций) грунта, определяемое по табл. 4.3. и4.4., или при известной расчетной влажности по графикам (рис 4.7., 4.8.), Н/м2;

 — комплексныйкоэффициент, учитывающий влияние мерзлого слоя в зависимости от глубиныоттаивания (Нотили) и неоднородное увлажнение земляного полотна и сезоннооттаивающегослоя по глубине; значения коэффициента  определяют по табл.4.5.

Таблица4.3.

Значения EУ и ЕД

Грунты основания

Расчетные значения

 

ЕУ, кгс/см2

ЕД, кгс/см2

Суглинок пылеватый

90 — 160

30 — 60

Супесь пылеватая

110 — 120

40 — 80

Песок мелкий пылеватый

140 — 260

70 — 120

Суглинок с примесью до 20% щебня

150 — 240

70 — 90

Суглинок с примесью до 50%щебня

190 — 280

90 — 130

Примечание. В таблице приведены значения модулей упругости поВ.А. Давыдову, а модулей деформации — по Н.А. Пузакову.

Рис. 4.7. Зависимость модулядеформации грунтов земляного полотна от влажности: а — супеси; б — суглинки иглины; 1, 2, 3 — соответственно при λ0 = 0,01; 0,02; 0,03

 

Таблица 4.4.

Расчетные показатели грунтов земляного полотна

Тип местности

Грунт

I1 — южный районзоны вечной мерзлоты

I2 — центральныйрайон зоны вечной мерзлоты

I3 — северный районзоны вечной мерзлоты

Wотн

Еу

Ед

С

φ

Wотн

Еу

Ед

С

φ

Wотн

Еу

Ед

С

φ

I.

 2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

1-й

Супеси легкие, оптимальные смеси

0,45

570

150

0,48

37

0,50

500

150

 0,45

36

0,56

420

110

0,44

36

Пески пылеватые, супеси тяжелые

0,56

420

120

0,42

36

0,59

390

110

0,39

33

0,63

350

100

0,36

32

Суглинки легкие и тяжелые, глины

0,68

280

110

0,60

46

0,71

250

100

0,54

44

0,75

220

90

0,5

42

Супеси пылеватые и тяжелые пылеватые, суглинки легкиепылеватые и тяжелые пылеватые

0,82

180

90

0,18

15

0,83

175

85

 0,16

14

0,84

160

80

0,13

11

2-й

Супеси легкие, оптимальные смести

0,53

460

120

0,44

36

0,56

420

110

 0,42

34

0,65

340

90

0,4

33

Пески пылеватые, супеси тяжелые

0,73

290

80

0,3

34

0,74

285

80

0,27

25

0, 75

280

80

0,25

22

Суглинки легкие и тяжелые, глины

0,71

190

75

0,35

38

0,82

180

70

0,39

38

0,86

160

65

0,38

37

Супеси пылеватые и тяжелые пылеватые, суглинки легкиепылеватые и тяжелые пылеватые

0,89

140

70

0,16

14

0,92

130

65

0,14

12

0,94

120

60

0,12

10

3-й

Супеси легкие, оптимальные смеси

0,54

440

115

0,4

35

0,62

360

95

0,39

33

0,71

300

80

0,35

31

Пески пылеватые, супеси тяжелые

0,78

260

75

0,2

22

0,80

250

70

0,22

20

0,82

240

70

0,18

15

Суглинки легкие и тяжелые, глины

0,82

180

70

0,28

32

0,84

160

65

0,25

30

0,87

150

60

0,23

26

Супеси пылеватые и тяжелые пылеватые, суглинки легкие пылеватыеи тяжелые пылеватые

0,93

120

60

0,14

11

0,94

110

55

0,12

10

0,95

100

50

0,09

8

Примечания: 1. Значения модулей,влажности и показателей сдвига даны для однородных по зерновому составу грунтовмощностью слоя не менее 0,8 м при требуемом уплотнении.

2. В таблице приведенырасчётные показатели грунтов при 5% обеспеченности.

 

Таблица4.5.

Значения коэффициентов А’у, А’д

Относительная глубина оттаивания HОТ/D

Относительныйрадиус штампа, R/D

Супеси

Суглинки и глины

А’у

А’д

А’у

А’д

0,125

4

351,4

362,2

292,2

304,2

0,25

2

81,3

85,4

67,0

69,4

0,5

1

17,7

18,4

14,0

14,4

1,0

0,5

3,4

3,5

2,45

2,5

1,5

0,33

1,20

1,31

0,84

0,86

2,1

0,24

0,64

0,65

0,41

0,42

2,5

0,2

0,50

0,51

0,34

0,35

3,0

0,17

0,43

0,45

0,33

0,34

3,3

0,15

0,43

0,45

0,35

0,36

3,5

0,14

0,44

0,46

0,36

0,37

4,0

0,13

0,45

0,46

0,38

0,40

4,5

0,11

0,47

0,49

0,41

0,43

4,8

0,10

0,49

0,50

0,44

0,46

5,0

0,10

0,50

0,51

0,46

0,47

6,0

0,09

0,53

0,55

0,50

0,52

10,0

0,05

0,66

0,69

0,64

0,68

:∞

0

1,0

1,0

1,0

1,0

Расчетныепрочностные и деформативные Монтаж материалов принимают по ВСН 46-72 [10],грунтов естественного основания — по табл. 4.3. и грунтов земляногополотна  — по табл. 4.4.

Расчетные значенияпрочностных характеристик С и φ грунтов естественного основанияпринимают по СНиП II-Б.1-42(см. прилож.1 табл. 13а,б в «Сборнике изменений, поправок и дополнений,внесенных в СНИП» , — Сгройиздат, 1966).

Величины расчетных значениймодулей упругости и деформации, сцепления и угла внутреннего трения установленыв работах [5,6,12]на основе фактического материала, полученного при многолетних обследованияхдорог и обработанного методами математической статистики (см. табл. 4.4.).

Зависимость модулядеформации грунтов от их влажности (рис. 4.7.) может быть выражена уравнением

                                                                       (4.9)

Где   модуль деформациигрунта при определенных значениях относительной деформации λ0 (λ0= 0,01; 0,02; 0,03 и т.д.) и относительной влажности Wотн,кгс/см2;  — значениемодуля деформации грунта, которое соответствует влажности предела текучести,кгс/см2.

п — безразмерный коэффициент, зависящий от типа грунта и его физико-механическихсвойств.

Значения модулейдеформации грунтов на пределе текучести  и коэффициентов п устанавливают экспериментально.Выполненная статистическая обработка многочисленных экспериментальных данныхпозволила установить [6,12]значения  и п для характерных грунтов зоны вечноймерзлоты (табл. 4.6.).

Таблица4.6.

Значения модуля деформации грунта

Грунт

λ0 = 0,01

λ0 = 0,02

λ0 = 0,03

п

п

п

Супеси

60

2,42

50

2,07

45

1,62

Суглинки и глины

50

2,32

45

1,80

36

1,18

Модульупругости грунтов земляного полотна является более стабильной характеристикой.Он в меньшей мере зависит от относительной деформации грунта. Основное влияниена величину модуля упругости грунта оказывает его влажность.

Статистическая обработкафактических данных по определению модуля упругости Еу грунта позволила вывести аналогичнуюзависимость:

                                                                         (4.10)

где Еу- значение модуля упругости грунта, соответствующее определенной влажности Wотн Н/м2;  — значение модулиупругости грунта, соответствующее влажности предела текучести грунта, Н/м2; Wотн — относительная влажность грунта т -безразмерный коэффициент, зависящий от вида грунта.

Рис. 4.8. Зависимость модуляупругости грунта от его влажности: 1 — суглинки и глины; 2 — супеси

Формулы (4.6.) и (4.10) справедливы в пределах значенийотносительной влажности грунта от 0,2 до 1,0 Wтек (см. рис. 4.7.; 4.8.). Значениямодулей упругости на пределе текучести грунта Еу и коэффициента т устанавливаютэкспериментально. На основании статистической обработки многочисленныхэкспериментальных данных [6,12]значения  и т, для характерных грунтовзоны вечной мерзлоты приведены в табл. 4.7.

Таблица4.7.

Значения модуля упругости грунтов

Грунт

т

Супеси

180

1,59

Суглинки и глины

106

2,40

5. КОНСТРУКЦИИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА И ТРЕБОВАНИЯ КГРУНТАМ

5.1. Требования к грунтам земляного полотна

В рассматриваемых районахнеобходимая прочность и устойчивость земляного полотна в значительной мерезависят от качества грунтов, используемых для его возведения.

Исследования показали,что на марях и участках с высокой влажностью и льдонасыщенностью (мокрые места)земляное полотно предпочтительно отсыпать из несцементированных обломочных ипесчаных грунтов (кроме пылеватых), а также водоустойчивых материалов и отходовпромышленности (отходы дробильно-сортировочных заводов, металлургические шлаки,хорошо обожженные породы и др.).

В верхнюю часть насыпидопускается укладывать камни, размером ребра не более 30 см. При этомобязательны послойная по 30 — 40 см отсыпка и уплотнение грунтов катками напневматических шинах, что способствует заполнению пространства между крупнымикамнями более мелкими фракциями материала и увеличению плотности насыпей.

 

Таблица 5.1.

Требования к глинистым грунтам земляного полотна

Часть насыпи

Глубина расположения слоя от низадорожной одежды, м

 Покрытия капитальные

Покрытия усовершенствованныеоблегченные

Покрытия переходного и низшего типов

Тип местности по характеру поверхностногостока, степени увлажнения и мерзлотно-грунтовым условиям (см. табл. 3.2.)

1-й

2-й

3-й

1-й

2-й

3-й

1-й

2-й

3-й

Верхняя

до 1,5

Супеси легкие, суглинки лёгкие с содержанием пылеватых частиц неболее 35% и глинистых не более 15%

Супеси легкие с содержанием пылеватых частиц не более 35% иглинистых 5%

Супеси легкие и суглинки легкие, суглинки и глины с содержаниемпылеватых частиц не более 50% и глинистых не более 20%

Супеси и суглинки легкие с содержанием пылеватых частиц не более35% и глинистых не более 15%

Супеси легкие и суглинки, суглинки и глины с содержаниемпылеватых частиц не более 55% и глинистых не более 25%

Супеси легкие и суглинки легкие, суглинки и глины с содержаниемпылеватых частиц не более 40% и глинистыхне более 20%

Нижняя неподтапливаемая

1,5 — 6

Супеси легкие, суглинки легкие, суглинки тяжелые. и глины с содержаниемпылеватых частиц не более 50% и глинистых не более 20%

Супеси легкие с содержанием пылеватых частиц не более 35% и глинистых более 5%

Супеси и суглинки легкие, суглинки и — глины с содержаниемпылеватых частиц не более 55% и глинистых не более 25%

Супеси и суглинки легкие ссодержанием пылеватых частиц не более 35% и глинистых не более 15%

Супеси и суглинки легкие, суглинки и глины с содержаниемпылеватых частиц не более 60% и глинистых не более 20%

Супеси легкие и суглинки легкие, и глины с содержанием пылеватыхчастиц не более 40% иглинистых не более 25%

Нижняя подтапливаемая

1,5 — 6

 

Супеси легкие и суглинки легкие с содержанием пылеватых частицне более 35% и глинистых не более 15%

 

Супеси легкие и суглинки легкие, суглинки и глины с содержаниемпылеватых частиц не более 50% и глинистых не более 20%

Супеси и суглинки легкие, суглинки и глины с содержаниемпылеватых частиц не более 35% и глинистых не более 15%

 

Супеси и суглинкилегкие, суглинки и глины с содержанием пылеватых частиц не более 55% иглинистых не более 25%

Супеси и суглинкилегкие, суглинки и глины с содержанием пылеватых частиц не более 40% иглинистых не более 20%

Примечания: 1. Коэффициент морозногопучения глинистых грунтов, отсыпаемых в верхнюю часть насыпи, не долженпревышать 3%, а в нижнюю часть — 5%.

2. Степень засоленностиглинистых грунтов, отсыпаемых в верхнюю часть насыпи, не должна превышать 0,25г/см3 порового раствора, а в нижнюю часть — 0,5 г/см8.

 

На всех типах местности допускается применятьи глинистые грунты, удовлетворяющие требованиям табл. 5.1.

Степень пригодностиглинистых грунтов для сооружения земляного полотна устанавливают испытаниемгрунтовых проб и образцов, отобранных в карьерах и резервах, с определениемзернового состава (ГОСТ12536-67), влажности на границе раскатывания и текучести (ГOCT 6183-64, ГОСТ 5184-64),оптимальной влажности и максимальной плотности грунта (Инструкция поопределению требуемой плотности и контроле за уплотнением земляного полотнаавтомобильных дорог. ВСН55-69.- М.: Оргтрансстрой, 1969), объемного и удельного весов (ГОСТ5182-64, ГОСТ 5181-64), засоленности грунта методом водной вытяжки, набуханияпо стандартной методике, коэффициента влагонакопления грунта.

Коэффициентвлагонакопления Квлаг промерзающих глинистых грунтов долженбыть не более значений, указанных в табл. 5.2.

На участках первого ивторого типов местности (сухие и сырые места) применяют местныеглинистые грунты с влажностью, не превышающей допустимую из условия уплотнения(табл. 5.3.).

Таблица5.2

Значения коэффициента влагонакопления

Грунт

Допустимые значения

Супесь пылеватая

0,04

Суглинок легкий пылеватый

0,03

Суглинок тяжелый пылеватый

0,01

Таблица5.3.

Значения допустимойвлажности глинистых грунтов

Грунт

Wдоп(в долях оптимальной) при коэффициенте уплотнения

1,00 — 0,98

0,95

0,90

Супеси легкие

0,9 — 1,2

0,85 — 1,3

0,8 — 1,4

Суглинки легкие пылеватые и супеси пылеватые

0,9 — 1,15

0,85 — 1,25

0,8 — 1,35

Глины, суглинки тяжелые и суглинки тяжелые пылеватые

0,9 — 1,1

0,8 — 1,2

0,8 — 1,30

Глины пылеватые

0,9 — 1,05

0,9 — 1,15

0,8 — 1,2

Примечание. В табл. 5.2. и 5.3.приведены данные А.С. Плоцкого.

При более высокихзначениях влажности должны быть предусмотрены мероприятия по заблаговременномуосушению грунтов. Для определения степени увлажнения грунтов в сравнении соптимальной, величина последней может быть установлена через предел текучести(легко определяемый как в лабораторных, так и в полевых условиях) по следующим зависимостям (А.О. Плоцкого);

супесь легкая — Wonm =  0,70 Wтек,

суглинок легкий пылеватый- Wопт = 0,60 Wтек;

суглинок тяжелый, глинапылеватая — Wопт = 0.55 Wтек.

Ориентировочные значенияоптимальной влажности для характерных грунтов зоны вечной мерзлоты можноопределять также по данным табл. 5.4.

Таблица5.4.

Значения оптимальной влажности

Грунт

Оптимальная влажность, Wопт,%

Максимальная плотность при стандартномуплотнении, δсм, г/см3

Супесь легкая

15

1,85

Супесь пылеватая, суглиноклегкий пылеватый

16

1,75

Суглинок тяжелый пылеватый

20

1,70

Суглинок тяжелый, глина

24

1,60

Примечание. В таблице приведены.данные А.С. Плоцкого

Местные глинистые грунтыможно применять для возведения земляного полотка только при соблюдениитребований к ним по гранулометрическому составу и в порядке послойной ихукладки.

При большем содержаниипылеватых и глинистых частиц, чем указано в табл. 5.1., грунты применяют дляотсыпки лишь нижней части насыпи, а верхняя должна быть отсыпана из непылеватых грунтов на толщину не менее 0,8 — 1,0 м (считая отповерхности покрытия).

При получении необходимойпрочности земляного полотна грунты должны быть уплотнены до требуемойплотности.

Наименьший коэффициентуплотнения грунтов в насыпях назначают в зависимости oт расположения слоя грунта в насыпи повысоте, типа покрытия и дорожно-климатического района (табл. 5.5.).

 

Таблица5.5

Значения наименьшего коэффициента уплотнения грунта

Часть насыпи

Глубина расположения от низа  дорожной одежды, м

Районы I дорожно-климатической зоны

I1

I2

I3

Минимальные коэффициенты уплотненияземляного полотна Ку при типедорожного покрытия

Капитал.

Облегч.

Переходн. к низшему

Капитальном

Облегч.

Переходн. к низшему

Капитальном

Облегч.

Переходн. к низшему

Верхняя

0 — 0,4

0,97 – 0,96

0,96

0,94

0,98 — 0,97

0,97

0,95

0,98 — 1,0

0,98

0,96

0,4 — 1

0,96 — 0,94

0,93

0,93

0,97 — 0,96

0,95

0,94

0,98 — 0,97

0,96

0,95

1 — 1,5

0,95 — 0,93

0,91

0,90

0,96 — 0,95

0,94

0,92

0,97 — 0,96

0,95

0,93

Нижняя неподтапливаемая

1,5 — 6

0,93 — 0,90

0,90

0,90

0,94 — 0,92

0,91

0,91

0,95 — 0,93

0,92

0,92

Нижняя подтапливаемая

1,5 — 6

0,96 — 0,93

0,93

0,92

0,97 — 0,94

0,94

0,93

0,98 — 0,95

0,95

 

Примечание. Большие значения Купринимают для цементобетонных покрытий.

 

 

5.2. Конструкции земляного полотна

Как уже отмечалось, врассматриваемой зоне проектирование плана трассы, продольного и поперечногопрофилей имеет ряд особенностей, обусловленных природно-климатическими имерзлотно-грунтовыми условиями.

Наиболее экономичнопроектировать и строить дорогу по кратчайшему направлению между заданнымигрузообразующими пунктами, которому соответствует прямая линия. Однако врассматриваемой зоне такому трассированию препятствуют не только элементырельефа земной поверхности, встречающиеся в любых условиях (горы, овраги, реки,озера, болота), но и специфичные для вечной мерзлоты явления (бугры пучения,термокарстовые впадины, участки с солифлюкционными явлениями, наледями,меандрирующие озера, скопления массивов подземного льда, мари).

Основные Профессиональныйнормы и требования по проектированию плана и продольного профиля автомобильныхдорог изложены в специальной (СНиП-Д.5-72, ВСН) и учебной литературе [13,14].Особенности изысканий и проектирования дорог врайонах вечноймерзлоты изложены в специальной инструкции, разработанной коллективом научныхработников Омского филиала Союздорнии [11]с участием проф. Н.А. Пузакова (МАДИ) и проф. И.А. Золотаря (ВОЛАТТ).

Конструированиепоперечных профилей земляного полотна базируется на принципах проектирования,изложенных в разделе2. При этом большое значение придается назначению высоты земляногополотна и его ширины. Высоту земляного полотна следует назначать потеплотехническому расчету используя рекомендуемые методы расчета промерзания,протаивания грунтов и насыпей дорог, ширину земляного полотна, по расчету взависимости от габаритов преобладающего типа машин, обращающихся по дорогам.

Обследования дорог,выполненные в течение 1964 — 1974 гг., показали, что в рассматриваемых районахавтомобили большой грузоподъемностью составляют до 60%.

При ширине проезжей части6 — 7 м проектная скорость движения (соответственно 40 — 60 км/ч) автомобилейне обеспечивается и, как показали наблюдения, снижается до 5 — 10 км/ч, чтовлечет за собой дополнительные эксплуатационно-транспортные издержки и нередкосоздает аварийную ситуацию, особенно при встречах с большегабаритными автомобилями.

Ширину полосы движения В2для дороги с двусторонним движением определяют по формуле

где Кa — ширина кузоваавтомобиля, м; Ск – ширина колеи автомобиля, м; Va — расчетная скорость движенияавтомобиля, км/ч.

Полученную по расчетуширину проезжей части следует округлить до 0,5 м. Ширина обочин назначается неменее 2,5 — 3 м с тем, чтобы обеспечить движение гусеничного транспорта по ними стоянку автомобилей, так как устраивать объезды в рассматриваемой зонепрактически невозможно, а зачастую недопустимо (при наличии льдонасыщенныхгрунтов деятельного слоя).

Если взять дорогу V категориис преобладающим движением автомобилей типа БелАЗ-540, то полученная шириназемляного полотна будет равняться 14 — 15 м.

Например, для автомобилятипа БелАЗ — 540

Тогда ширина земляногополотна

В = 2.В2 + 2.Об= 2.4,6+ 2.2,5= 14,2 м.

Принимаем В = 14 м. При обочинах шириной 3 мсоответственно В = 15 м.

5.2.1. Конструкции земляного полотна по первому принципу проектирования

Проектирование по первомупринципу ведут на особо сложных по мерзлотно-грунтовым условиям участках (3-йтип местности) с низкотемпературной вечной мерзлотой на глинистыхсильнопросадочных грунтах с влажностью выше предела текучести, когда оттаиваниегрунта основания не допускается, так как может привести к недопустимымдеформациям и разрушению дорожной одежды.

При проектированииавтомобильных дорог по принципу обеспечения мерзлого состояния грунтовоснования земляное полотно конструируют в насыпях (безрезервный поперечный профиль) из несцементированныхобломочных грунтов с обязательным сохранением в неразрушенном состояниимохорастительного покрова в основании насыпи и на всей дорожной полосе (рис.5.1, тип I).

В лесистой местности ширинапросеки не должна превышать ширины основания насыпи. Для предохранениямохорастительного покрова от разрушения целесообразно предусматривать в нижней части насыпи прослойки издренирующих грунтов мелких фракций (не крупнее 50 — 100 мм) толщиной 0,3 – 0,8 м(рис. 5.2., тип II).

При необходимостиуменьшения высоты насыпи или наличии дешевых местных теплоизоляционных материалов в основание земляногополотна укладывают теплоизоляционные прослойки различной толщины (рис. 5.2, типIII) из местныхстроительных материалов, обладающих небольшим коэффициентом теплопроводности идостаточной прочностью (уплотненные мох и торф, нестроевая древесина, шлак и другие местные или привозныетеплоизоляционные материалы).

Если высокие насыпи сооружают в две стадии, то на первой(зимней) стадии применяются только несцементированные обломочные грунты (рис.5.3., типы IV и V), а на второй стадии(летней) допускаются глинистые грунты.

Рис. 5.1. Поперечный профиль насыпина льдонасыщенном основании: 1- несцементированный обломочный грунт; 2 — мохорастительный покров; 3 — верхняяграница вечной мерзлоты (ВГВМ) до постройки насыпи; 4 — ВГВМ после постройкинасыпи

 

Рис. 5.2. Поперечные профили насыпина льдонасыщенных грунтах: 1 — мохорастительный покров; 2 — защитный слой из дренирующегогрунта мелких фракций; 3 – несцементированный обломочный грунт; 4 -термоизоляция из мха (назначается на основе теплотехнического расчета); 5 -ВГВМ до постройке насыпи; 6 — ВГВМ после постройки насыпи

В таких случаях верхняячасть насыпи отсыпается из щебеночного или гравийного материалов слоем не менее0,5 м (см. рис. 5.3., тип IV).

На косогорных участках(не круче 1:5) земляное полотно проектируют в насыпи, иногда (на участках неположе 1:10) предусматривают полунасыпи-полувыемки. Во избежание нарушениямерзлотного режима местности, увеличения глубины оттаивания и сниженияустойчивости сооружения уступы на косогоре не устраивают.

В низовой части откосанасыпи защищают от теплового воздействия основания присыпкой из мохоторфа илидругого теплоизоляционного материала (например, пенопласта, полистирола и др.)(рис. 5.4., тип VI).

5.2.2. Конструкции земляного полотна по второму принципу проектирования

Проектирование по второму принципу ведут на сложныхпо мерзлотно-грунтовым условиям участках (2-й тип местности) снизкотемпературной вечной мерзлотой на глинистых и песчаных просадочных грунтахс влажностью менее предела текучести, когда прогнозируют оттаивание грунтовестественного основания с учетом допускаемых деформаций покрытия впроцессе эксплуатации дороги.

При проектированийавтомобильных дорог по принципу ограничения глубины оттаивания грунтовоснования, исходя из допустимых деформаций, земляное полотно конструируют всоответствия с поперечными профилями, приведенными на рис. 5.1. — 5.4. Допускаетсявозводить земляное полотно из местных глинистых грунтов с закладкойсосредоточенных или притрассовых резервов (рис. 5.5., типы VII, VIII). При этом запрещается убирать или разрушатьмохорастительный покров в основании насыпи.

Рис. 5.3. Поперечные профили насыпейна льдонасыщенном основании, отсыпаемых в две стадии: 1 — щебень или гравий порасчету на прочность (но не менее 0,5 м); 2 — глинистый грунт; 3 –несцементированный обломочный грунт; 4 – мохорастительный покров; 5 — ВГВМ до постройкинасыпи; 6 — ВГВМ после постройки насыпи

Pис. 5.4. Поперечный профиль насыпина льдонасыщенном косогоре крутизной менее 1:5; 1 — несцементированныйобломочный грунт; 2. — мохорастительный покров; 3 — ВГВМ до постройки насыпи; 4- ВГВМ после постройки насыпи; 5 — нагорный мерзлотный валик; 6 — укреплениебетонными плитами па слое мохоторфа; 7 — теплоизоляция из мха или торфатолщиной не менее 0,5 м; 8 — глинистый грунт толщиной 15 — 20 см; 9 -дренирующая присыпка

Рис. 5.5. Поперечные профили насыпииз местных глинистых грунтов: 1 — щебень или гравий по расчету на прочность (ноне менее 0,5 м); 2 – глинистый грунт из притрассовых резервов; 3 — землянаяберма; 4 — мохорастительный покров;. 5 — резерв; 6 — водоотводная канава; 7 -ВГВМ до постройки насыпи; 8 — ВГВМ послепостройки насыпи

В случае маловлажныхгрунтов естественного основания и при небольшой высоте насыпи (до 1,5 м)резервы можно располагать непосредственно у подошвы насыпи (см. рис. 5.5., тип VII).

На сырых участкахместности (II тип)целесообразно предусматривать между подошвой насыпи и внутренней бровкойрезерва земляные бермы шириной 3 — 5 м. Поверхность бермы должна иметь уклон всторону резерва (см. рис. 5.5., тип VIII).

На косогорных участках(круче 1:5) земляное полотно низовой части нужно поддерживать специальнымиподпорными стенками, предусматривая их заглубление в вечномерзлый грунт порасчету на выпучивание (рис. 5.6., тип IX).

На затапливаемых участкахи на подходах к мостам и другим искусственным вооружениям земляное полотновозводят из несцементированных обломочных грунтов. Бровка земляного полотнадолжна быть выше уровня расчетного горизонта воды на высоту волны с набегом наоткос, но не менее 0,5 м. В случае низкого расчетного горизонта воды верхнюючасть насыпи можно отсыпать из глинистых грунтов. При этом высоту нижней частинасыпи из несцементированных обломочных грунтов назначают по расчету (высотаподпора вода плюс высота набега волны на широких поймах), во всех случаях онадолжна быть выше расчетного горизонта воды не менее чем на 0,5 м (рис 5.7., типX).

Высокие насыпи назатопляемых участках конструируют в соответствии с рис. 5.8. (типы XI — XII).

5.2.3. Конструкции земляного полотна в выемках

Как отмечалось выше,выемку в зоне вечной мерзлоты допускается проектировать главным образом научастках местности с благоприятными грунтово-гидрогеологическими условиями(скальные, щебенистые и гравелистые грунты) при отсутствии линз и прослоек льда(рис. 5.9., тип XIII).

Рис. 5.6. Поперечный профиль насыпина косогоре (круче 1:5): 1 — подпорная станка; — несцементированный обломочныйгрунт; 3 — мохорастительный покров; 4 — мерзлотный валик; 5 — укреплениебетонными плитами на слое из мохоторфа; 6 — нагорная водоотводная канава; 7 -ВГВМ до постройки насыпи; 8 — ВГВМ после постройки насыпи

Рис. 5.7. Поперечный профиль назатопляемом участке (насыпь высотой до 12 м, глубина воды на пойме до 4 м): 1 -щебень или гравий по расчету на прочность; 2 — глинистый грунт; 3 -несцементированный обломочный грунт; РГВ — расчетный горизонт воды (конструкцияприменима при глубине воды до 2 м); 4 — ВГВМ до постройки насыпи; 5 — ВГВМпосле постройки насыпи

Рис. 5.8. Поперечный профиль насыпина затапливаемой пойме (насыпь высотой до 12 м, глубина воды на пойме до 4 м);обозначения те же, что и на рис. 5.7.

В случае разработкивыемок в сложных грунтово-гидрогеологических условиях (сырые места) их нужнопроектировать с соответствующим обеспечением теплоизоляции откосов, заменойпереувлажненных пылеватых грунтов песчаным или другим качественным материалом,с устройством в основании дорожной одежды морозозащитных слоев (рис. 5.10., типXV).

Мелкие выемки раcкрывают или разделывают поднасыпь для повышения их устойчивости и улучшения их снегонезаносимости (см.рис. 5,10., тип XV).

Во всех случаях долженобеспечиваться надежный водоотвод из выемки.

Толщину заменяемого ввыемках грунта следует определять на основе теплотехнического расчета изусловия обеспечения требуемой устойчивости дорожной конструкции.

Вотдельных случаях при неблагоприятных грунтово-мерзлотных условиях следуетустраивать закюветные полки шириной 1,5 — 2 м или уположение откосов выемки.Крутизну откосов выемок, устраиваемых в неблагоприятных гидрогеологических имерзлотно-грунтовых условиях, следует назначать по индивидуальным проектам.

Рис. 5.9. Поперечный: профиль выемкив скальных грунтах: 1 — нагонная водоотводная канава; 2 — растительный слой; 3- легковыветривающаяся скальная порода; 4 — невыветривающаяся скальная порода

Рис. 5.10. Поперечные профили вслабольдонасыщенных грунтах: 1 — щебень или гравий; 2 — глинистый грунт основания; 3 — укреплениебетонными плитами на слое мохоторфа; 4 — термоизоляция из мха по расчету; 5 -ВГВМ до устройства выемки; 6 — ВГВМ после устройства выемки; 7 — водоотводнаяканава; I : т и I : п — по расчету на снегозаносимость; 8 -мерзлотный валик

Рис.5.11. Поперечные профилиземляного полотна на легкоосушаемых: грунтах: 1 — водоотводная канава; 2 — мохорастительныйпокров; 3 — резерв; 4 — глинистый легкоосушаемый грунт с примесью крупногопеска, щебня или гравия; 5 — супесчаный грунт; 6 — ВГВМ до постройки насыпи; 7 — ВГВМпосле постройки насыпи

5.2.4. Конструкция земляного полотна по третьему принципупроектирования

Проектирование потретьему принципу ведут на легкоосушаемых проселочных грунтах с влажностьюменее предела текучести на участках высокотемпературной сплошное и островнойвечной мерзлоты. Его применяют главным образом на сырых участках местности,когда предусматривается заблаговременное оттаивания вечномерзлых грунтов,осушение дорожной полосы и упрочнение грунтов основания за счет ихпредпостроечной осадки при оттаивании.

При проектированияавтомобильных дорог по принципуобеспечения оттаивания и осушения грунтов основания с учетом допускаемыхдеформаций земляное полотно конструируют в насыпях (рис. 5.11. типа XVI, XVII). При этом необходимо не менее чемза год до начала основных работ расчистить дорожную полосу от леса икустарника, сплошь снять мохорастительный покров в пределах дорожной полосы иустроить водоотводные канавы.

6. ОСОБЕННОСТИ ИЗЫСКАНИЙ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

Рассмотрим особенностиизысканий автомобильных дорог в районах вечной мерзлоты. Стадийностьпроектно-изыскательских работ (табл. 6.1.)устанавливают на основе технико-экономического обоснования строительства дороги(титула), для составления которого проводят экономические и рекогносцировочныеизыскания.

 

Таблица 6.1.

Стадийность проектно-изыскательскихи опытных работ

Стадия работ и представляемыедокументы

Стадии технических изысканий

Периоды изыскательских и опытных работ

Подразделения и организации,выполняющие работы

Организации, принимающие работы

Технико-экономическое обоснование строительства дорог

Рекогносцировочные изыскания

Подготовительный Полевой Камеральный

Комплексная экспедиция с применением аэрометодов (составэкспедиции № I по приложению 3). Дорожные и экономические отделы (группы) проектныхорганизаций

Утверждающая инстанция

I стадияпроектирования — технический проект строительства дорога

Подробные изыскания

Подготовительный Полевой Камеральный

Комплексная экспедиция № 2с применением аэрометодов (по приложению 3)

Комиссия под председательством автора проекта

Техническое задание на проектирование опытных участков снаблюдательными постами

То же

Организация наблюдательных постов

Заказчик и дорожная научно-исследовательская организация

Проектная организация

II стадия проектирования — рабочие чертежи строительства дороги

Предпостроечные изыскания

Полевой, Камеральный

Комплексная экспедиция (состав экспедиции № 3 по приложению 3)

Заказчик и комиссия под председательством автора проекта

Рабочие чертежи строительства опытных участков

То же

Полевой, Камеральный

Проектная организация

Научно-исследовательская организация и заказчик

Строительство дороги — паспорта опытных участков и постовнаблюдения

—

Строительство опытных участков

Заказчик, дорожно-строительные организации

Заказчик, научно-исследовательские и проектныеорганизации

Эксплуатация дороги — регулярное заполнение паспортовопытных участков и постов наблюдения

—

Наблюдения на постах и опытных участках

Дорожно-эксплуатационные участки дорожных управлении

Дорожные управления и научно-исследовательские институты

 

Новые автомобильныедороги проектируют, как правило, в две стадии: проведением подробных изысканий длясоставления технического проекта дороги (TП) и предпостроечных изысканий для составления рабочих чертежей(РЧ).

При реконструкции дорогвозможно одностадийное проектирование на основе подробных изысканий -технорабочий проект (ТРП),

На всех стадиях изысканийпроводят мерзлотно-грунтовые исследования, объем и содержание которых должныбыть достаточными для составления по каждому сооружению не менее двух(продольного и поперечного) мерзлотно-грунтовых разрезов, необходимых дляразработки мероприятий, обеспечивающих устойчивость проектируемых сооружений.

Мерзлотно-грунтовыеисследования предусматривают:

— предварительную оценкуработ;

— подробнуюмерзлотно-грунтовую съемку;

— проходку разведочныхскважин;

— полевые и лабораторныеопределения физико-механических свойств грунтов.

Для достоверности оценкитопографических, мерзлотно-грунтовых и гидрогеологических условий местностиизыскания автомобильных дорог проводят, как правило, в теплый период года;обследование наледных мест, бугров пучения и снегозаносимых участков — в зимнеевремя.

Инженерно-геологические,гидрогеологические обследования и мерзлотно-грунтовые исследования выполняютпри технических изысканиях комплексной проектно-изыскательской экспедицией,оснащенной оборудованием в зависимости от стадии проектирования.

На основе результатовэтих работ выявляют участки местности с наиболее благоприятнымиинженерно-геологическими, гидрогеологическими и мерзлотно-грунтовыми условиямидля проложения трассы дopoгипо наивыгоднейшему варианту.

Окончательные решенияпринимают на основе технико-экономических расчетов.

Изыскательские экспедициии их отдельные партии обеспечивают (в зависимости от местных условий)самолетами, вертолетами, вездеходами, катерами и в отдельных случаях оленьимиили собачьими упряжками, В течение всего периода изысканий экспедиционныегруппы должны иметь двустороннюю радиосвязь с базой экспедиции.

Объем изыскательскихработ на каждой стадии корректируют в зависимости от сложности геологических,мерзлотно-грунтовых и топографических условий с учетом освоенности районаизысканий, в том числе и наличия дорог.

Проектно-изыскательскиеработы разделяют, как правило, на подготовительные, полевые и камеральные,

В подготовительный периодпредусматривают сбор и изучение литературных фондовых материалов в проектныхстроительных и эксплуатационных организациях, в организациях гидрометеослужбы игеологических управлениях.

В полевой периодвыполняют все топографо-геодезические и инженерно-геологические работы.

В камеральный периодсистематизируют полученные в подготовительном и полевом периодах сведения,изучают результаты лабораторных и волевых анализов грунтов и строительныхматериалов, составляют подробную пояснительную записку силлюстративно-графическими материалами: картами, планшетами, схемами, разрезами,продольными и поперечными профилями, фотоснимками отдельных мест и т.п.

Рекогносцировочныеизыскания предусматривают выполнение инженерно-геологических обследований имерзлотно-грунтовых исследований в объеме, необходимом для уточнения вариантовтрассы, назначенных по карте и фондовым материалам.

Подробные изысканияпредусматривают выполнение в полном объеме всех топографических работ,инженерно-геологических обследований и мерзлотно-грунтовых исследований длясоставления технического проекта, в котором дается окончательный вариантпроложенной трассы, уточненный на особо сложных и недостаточно проработанныхранее участках.

При проведениирекогносцировочных и подробных технических изысканий широко применяютсягеофизические методы, аэрофотосъемка, аэровизуальное наблюдение иинженерно-геологическое дешифрование аэрофотоснимков.

При предпостроечныхизысканиях, перед составлением рабочих чертежей, трассу восстанавливают наместности, закрепляют в плане и по высоте, уточняют гидрогеологические имерзлотно-грунтовые условия на участках наиболее ответственных сооружений(места проектируемых малых искусственных сооружений, подходы к большимводотокам и перехода через них, площадки под линейные здания службыэксплуатации и т.п.).

Одной из главныхособенностей проектно-изыскательских работ следует считать необходимостьорганизации наблюдательных постов и опытных участков.

Организацию опытныхучастков, оборудование наблюдательных постов и проведение на них стационарныхнаблюдений и испытаний целесообразно начинать в период производстваизыскательских работ и заканчивать при строительстве дороги (см. табл. 6.1.).

Стационарные наблюденияпроводят с целью проверки правильности применяемых конструкций, способовпроизводства работ, новых решений в области конструирования, расчета,эксплуатации сооружений, а также установления характера их взаимодействия свечно- и сезонномерзлыми грунтами. Стационарные наблюдения проводят наспециальных пунктах (постах), организуемых на опытных конструкциях, а также нахарактерных участках эксплуатируемых автомобильных дорог.

В программу наблюденийвходит круглогодичное систематическое изучение: а) теплового режима грунтов земляногополотна и естественного основания (температуры, глубины и скорости промерзанияи оттаивания); б) водного режима грунтов земляного полотна и естественногооснования (влажности, источников увлажнения); в) пучения и осадки грунтовземляного полотна и дорожных покрытий; г) прочности и деформативности грунтовземляного полотна и естественного основания (модуля упругости, сцепления и углавнутреннего трения); д) метеорологических условий (температуры воздуха,осадков, ветра, времени установления и схода снегового покрова).

Наблюдательные постыоборудуют после подробного изучения климатических, мерзлотно-грунтовых игидрогеологических условий местности, конструктивных особенностей участкадороги и составляют специальный паспорт.

6.1. Температурный (мерзлотный) режим грунтов

Наблюдения затемпературой, глубиной и скоростью промерзания и оттаивания грунтов,осуществляют с помощью жидкостных (ртутных, спиртовых) термометров, а такжеэлектрических термометров сопротивления.

Жидкостные термометрыприменяют, как правило, при измерениях температуры грунтов в шурфах и буровыхскважинах, а электрические термометры сопротивления — в скважинах.

Температуру фиксируют наглубине 0,2; 0,4; 0,8; 1,2; 1,6; 2; 2,5; 3 м; от 3 до 10 м — через каждый метр,а глубже 10 м — через 5 м. На глубинах до 3 м измеряют температуру четыре разав сутки, до 10 м — один раз в сутки, глубже 10 м — один раз в месяц.

Схема заложениятермометров и влагомеров на наблюдательном посту представлена в табл. 6.1.

Результатыизмерений температуры заносят в журнал наблюдений.

Рис. 6.1. Схема заложения, датчиковна наблюдательном посту; 1 — измерительная вертикаль по оси дороги; 2 —  то же на обочине; 3 — то же посередине кювета;4 — го же на границе полосе отвода; (+) — термометры; (-) — влагомеры; б — постнаблюдения

6.2. Наблюдение за осадкой (пучением) грунтовземляного полотна и дорожных покрытий

Пучение (осадку)фиксируют путем нивелирования специальных марок (маяков). На участкахавтомобильных дорог с капитальными и облегченными покрытиями применяютзакрепленные в покрытиях стержни со шляпкой, имеющей сферическую поверхностьили специальную выточку для установки на ней рейки.

Марки для наблюдения заосадкой (пучением) грунтов основания земляного полотна изготовляют изметаллического листа толщиной 3 — 4 мм размерами 30×30 или 40×40 сми диаметром стержня 10 — 16 мм, приваренного по центру листа. Высота стержнядолжна быть на 10 см меньше высоты насыпи в точке установления.

Нивелировочной основойявляется мерзлотный репер, устанавливаемый в придорожной полосе (см. рис 6.2.).

Рис 6.2. Конструкция мерзлотногорепера: 1 — деревянный короб; 2 — торф или мох; 3 — грунт; 4 — заглушка; 5 — стержень репера в вечномерзломгрунте; 6 — глинистый раствор; 7 — засыпка песком; 8 — заполнение солидолом; 9- труба

6.3. Определение модуля упругости мерзлых и оттаивающих грунтов вполевых условиях

Модуль упругости мерзлыхи оттаивающих грунтов земляного полотна и соответственного основания в зоневечной мерзлоты определяют посредством пробных нагружений грунта с помощьюпередвижного пресса. Испытания проводят с помощью специального пресса или болеепростого оборудования, состоящего из гидравлического (или механического)домкрата, манометра, набора штампов разных диаметров и индикаторов для замераосадок штампа.

Домкрат упирают в рамугруженого автомобиля или прицепа. Применяемая для испытания установка должнаиметь мощность, достаточную для нагружения грунта нагрузками, превышающимирасчетные.

Осадки штампа замеряютгремя индикаторами, установленными на равном расстоянии от центра штампа и другот друга (под углом 120о). Наосновании этих данных вычисляют упругую деформацию при каждой ступени нагрузкиштампа и строят зависимость величины деформации от удельного давления. Имеязначения упругой деформации при каждой степени удельной нагрузки Р, поформуле вычисляют величину модуля упругости

где Р — удельная нагрузка (кгс/см2), под действием которой установлена величинаотразимой упругой деформации ly(см); D — диаметр жесткого штампа, cм;

μ — коэффициент Пуассона, равный 0,2 -0,3;

 — поправочныйкоэффициент, учитывающий использование жесткого штампа.

ЛИТЕРАТУРА

1.Земляное полотно автомобильных дорог в северных условиях / Под ред. А.А.Малышева. М., Транспорт, 1974. — 288 с.

2.Справочник по строительству на вечномерзлых грунтах / Под ред. Ю.Я. Велли, В.И.Докучаева, Н.Л. Федорова. — Л.;Стройиздат, 1977.- 652 с.

3. ДавыдовВ.А. Дорожно-климатическое районирование зоны вечной мерзлоты для целейтранспортного строительства. — В кн: Методика инженерно-геологическихисследований и картирования области вечной мерзлоты. Вып. 3. Якутск, Якутскоекн. изд-во, 1977, с. 29-30.

4. Малышев А.А. Нужнынормативы проектирования дорог для первой климатической зовы. Автомобильныедороги, 1969, № 8, с.27-28.

5. ДавыдовВ.А. Особенности работы автомобильных дорог в условиях Забайкалья. — В кн.; Проблемыстроительства в условиях Забайкалья. Материалы к Первой научно-производственнойконференции по строительству. Вып.1. Чита, Забайкальский филиал географическогообщества СССР, 1967. — 146 с.

6. ДавыдовВ.А. Оценка прочности грунтов земляного полотна и дорожных покрытий переходноготипа в I дорожно-климатическойзоне. — В кн.: Материалы Всесоюзной межвузовской научно-технической конференциипо прочности дорожных одежд. Харьков, 1968, с.130-132, с.172,

7. ДавыдовВ.А., Пузаков Н.А. Расчет прочности дорожных конструкций в условиях вечноймерзлоты. — В кн.: Строительство на вечномерзлых грунтах: Материалы V Всесоюзногосовещания-семинара по строительству в суровых климатических условиях, Том VII, вып.1. Красноярск, 1988,c.86-68,

8. ПузаковН.А. Водно-тепловой режим земляного полотна автомобильных дорог. — M.: Автотрансиздат, 1960,с.166.

9.Золотарь И.А. Водно-тепловой режим земляного полотна и дорожных одежд. — М.:Транспорт, 1971, с.415.

10. Минтрансстрой / ВСН 46-72.Инструкция по проектированию конструкций дорожных одежд нежесткого типа. — М.:Транспорт, 1973. — 113 с.

11. РСН31-69, Госстрой РСФСР. Указания по производству инженерно-геологическихизысканий в районах распространения вечномерзлых грунтов. М.; ЦТИСИЗ, 1970,с.102.

12.Давыдов В.А. Расчетные прочностные и деформативные показатели грунтов земляногополотна автомобильных дорог для центрального района строительства БАМа. — В кн.5 Современные направления развития и совершенствования оснований и фундаментовв транспортном, промышленном и гражданском строительстве: Тезисы докладовзональной научно-технической конференции. Хабаровск, ХПИ, 1976, 15-16.

13.Бабков В.Ф., Андреев О.В. Проектирование автомобильных дорогу. — М.: Транспорт,1979, ч.I, II с.307,407.

14. Справочникинженера-дорожника: Изыскания и проектирование автомобильных дорог / Под ред.О.В. Андреева. — М.; Транспорт, 1977. — 569 с.

Кроме быстрого и качественного ремонта труб отопления, оказываем профессиональный монтаж систем отопления под ключ. На нашей странице по тематике отопления > resant.ru/otoplenie-doma.html < можно посмотреть и ознакомиться с примерами наших работ. Но более точно, по стоимости работ и оборудования лучше уточнить у инженера.

Для связи используйте контактный телефон Частная бригада Сергея Васильевича 8 (495) 908-57-35, на который можно звонить круглосуточно.

Обратите внимание

Наша компания Частная бригада Сергея Васильевича входит в состав некоммерческой организации АНО МЕЖРЕГИОНАЛЬНАЯ КОЛЛЕГИЯ СУДЕБНЫХ ЭКСПЕРТОВ. Мы так же оказываем услуги по независимой строительной технической экспертизе.