- •Введение
- •Раздел второй. Проектирование земляного полотна автомобильной дороги
- •1. Учет влияния природных факторов при проектировании автомобильных дорог
- •1.1. Характеристика природных условий
- •Рельеф местности
- •Климатические условия
- •Гидрологические условия
- •Грунтово-геологические условия
- •1.2. Дорожно-климатическое районирование территории рф
- •1.3. Источники увлажнения земляного полотна
- •Типы местности по условиям увлажнения
- •2. Водно-тепловой режим земляного полоТна
- •2.1. Закономерности изменения водно-теплового режима дорожных конструкций
- •2.2. Процессы пучинообразования на автомобильных дорогах
- •2.3. Регулирование вводно-теплового режима земляного полотна автомобильных дорог
- •3. Расчет устойчивости земляного полотна автомобильных дорог
- •3.1. Требования к земляному полотну
- •3.2. Возможные типы деформаций земляного полотна
- •3.3. Зависимость очертания откосов от свойств грунтов
- •3.4. Расчет устойчивости откосов земляного полотна
- •3.5. Расчет устойчивости подтопляемых насыпей
- •3.6. Устойчивость земляного полотна на косогорах
- •Заключение
- •Заложения откосов насыпей высотой до 12 м
- •4. Проектирование земляного полотна на слабых грунтах
- •4.1 Общие положения проектирования земляного полотна на слабых грунтах
- •Минимальная толщина насыпного слоя на торфяных грунтах в зависимости от типа дорожной одежды
- •4.2. Физико-механические свойства слабых грунтов
- •4.3. Прогноз осадки насыпи на слабом основании
- •4.4. Оценка устойчивости основания насыпи
- •Тип основания по коэффициенту безопасности
- •4.5. Прогноз хода осадки основания насыпи во времени
- •Значения коэффициента Кu в зависимости от степени консолидации
- •4.6. Конструктивно-технологические решения при сооружении земляного полотна на слабых грунтах
- •Конструктивно-технологические решения, обеспечивающие возможность использования слабых грунтов в основании насыпи и условия их применения
- •4.6.1. Временная пригрузка
- •4.6.2. Вертикальные дрены
- •4.6.3. Продольные дренажные прорези
- •4.6.4. Частичное удаление слабого грунта
- •4.6.5. Устройство боковых пригрузочных берм
- •4.6.6. Снижение веса насыпей
- •5. Применение геосинтетических материалов в конструкциях земляного полотна
- •5.1. Назначение геосинтетических материалов в конструкциях земляного полотна
- •5.2. Применение геосинтетических материалов для укрепления откосов земляного полотна
- •5.3. Применение геосинтетических материалов для защиты откосов от эрозии
- •5.4. Применение геосинтетических материалов в «плавающих» насыпях на слабом основании
- •5.5. Свайные конструкции с армогрунтовым ростверком на слабом основании
- •5.6. Применение вертикальных ленточных дрен для ускорения осадки слабого основания
- •6. Проектирование малых водопропускных сооружений
- •6.1. Характеристика малых искусственных сооружений
- •Расчетные вероятности превышения расчетных расходов
- •6.2. Определение расчетного расхода от стока дождевых вод
- •6.3. Определение расчетного расхода снегового стока
- •6.4. Выбор типа малого водопропускного сооружения. Расчет отверстия
- •6.4.1. Гидравлический расчет труб
- •6.4.2. Гидравлический расчёт малых мостов
- •Рекомендуемая литература
- •5. Применение геосинтетических материалов в конструкциях земляного полотна 64
4.6.1. Временная пригрузка
Наиболее простым и достаточно эффективным методом ускорения осадки насыпей на основании 1-го типа является метод уплотнения слабого грунта с помощью временной пригрузки. При увеличении давления на основание его осадка может быть достигнута за более короткий срок.
Пригрузку в виде дополнительного слоя насыпи на всю ширину земляного полотна устраивают на дорогах с усовершенствованными покрытиями. Толщину пригрузочного слоя принимают, равной толщине одежды с коэффициентом 1,5 то есть в пределах до 2 м. Уплотнение грунта в пригрузочном слое предусматривают при необходимости обеспечения временного проезда. Грунт пригрузочного слоя снимают непосредственно перед устройством дорожной одежды после окончания расчётного срока консолидации слабого основания. Пригрузочный грунт перемещают на следующие участки дороги или используют для отсыпки других элементов дорожной конструкции.
Расчёт временной пригрузки сводится к определению требуемой толщины пригрузочного слоя, обеспечивающего достижение расчётной осадки насыпи принятых размеров в заданный срок.
Для расчёта необходимо иметь следующие исходные данные:
- консолидационные и компрессионные характеристики грунтов слабой толщи;
- данные о геологическом строении и мощности слабой толщи.
Величину требуемой временной пригрузки определяют по формуле
,
где – коэффициент консолидации, определяемый опытным путём при испытаниях на консолидацию слабого грунта.
Толщина слоя временной пригрузки устанавливается по формуле
где. – средневзвешенная плотность грунта пригрузки.
Для обеспечения устойчивости основания необходимо чтобы, суммарная величина нагрузки от веса насыпи и от временной пригрузки не превышала величину безопасной нагрузки, т.е. должно соблюдаться условие
.
Если это условие не выполняется, но выполняется условие
для сохранения устойчивости основания необходимо ограничивать режим отсыпки временной пригрузки, то есть ее следует отсыпать послойно (как в методе предварительной консолидации).
Если
,
то временная пригрузка может быть осуществлена только с принятием специальных конструктивных мероприятий по обеспечению устойчивости основания: устройством боковых берм, дрен и др.
4.6.2. Вертикальные дрены
Вертикальные дрены устраивают в слабых водонасыщенных грунтах с целью ускорения консолидации основания за счёт сокращения пути фильтрации воды, отжимаемой из слабой толщи (рис. 4.4).
Рис. 4.4. Схема земляного полотна с вертикальными дренами
Вертикальные дрены эффективны в водонасыщенных органических и минеральных сильносжимаемых грунтах при слое мощностью не менее 4 м с коэффициентом фильтрации не менее 1х10-4 м/сут.
Вертикальные дрены следует совмещать с временной пригрузкой, обеспечивающей необходимый гидравлический градиент и отжатие поровой воды из слабого слоя грунта.
Толщина пригрузочного слоя (при обеспеченной прочности основания) в этом случае определяется требованием создания напора поровой воды, величина которого по всей дренируемой толще в любой момент расчётного времени консолидации должна быть выше начального градиента фильтрации грунта, если грунт таковым обладает.
Формула расчёта толщины пригрузочного слоя
,
где γгр, γв – плотность влажного грунта, используемого для пригрузки, и воды;
de – эффективный диаметр дрены;
Нн – проектная высота насыпи, м.
– начальный градиент фильтрации грунта с учётом уплотнения под весом насыпи (при отсутствии лабораторных данных принимают для торфа равным 2; для ила и глины – 5).
Вертикальные дрены бывают круглые песчаные или плоские из геосинтетических материалов.
Песчаные дрены выполняют в виде скважин, заполняемых песком. Диаметр скважин может быть принят от 40 до 60 см с учётом технических параметров применяемого оборудования. Для заполнения вертикальных дрен применяют песок с коэффициентом фильтрации не менее 6 м/сут. Эффективность вертикальных дрен значительно повышается при добавке к материалу заполнения 5 - 18 % (по массе) извести. При применении вертикальных дрен насыпь или её нижнюю часть толщиной не менее 50 см следует устраивать из дренирующих грунтов с коэффициентом фильтрации не менее 3 м/сут.
В зависимости от водопроницаемости грунта и требуемого срока завершения интенсивной части осадки расстояние между дренами может меняться от 2,0 до 4,5 м.
При проектировании земляного полотна с вертикальными дренами необходимое расстояние между ними определяется расчётом, исходя из заданного срока достижения интенсивной части осадки слабого грунта.
Для расчёта оснований с вертикальными дренами необходимы следующие исходные данные:
-
результаты компрессионных и консолидационных испытаний грунтов слабой толщи;
-
расчётная мощность слабого слоя;
-
расчётные величины нагрузки и конечной осадки слабой толщи.
Требуемая степень консолидации слабого основания и срок её достижения задаются с учётом капитальности дорожной одежды и установленного проектом организации строительства срока окончания отсыпки земляного полотна.
Расчёт основания с вертикальными дренами заключается в следующем. Предварительно назначается расстояние между дренами. Далее проверяется правильность этого назначения. Степень консолидации основания с вертикальными дренами определяют по формуле
где Uв – степень консолидации основания при вертикальной фильтрации воды из основания;
Uг – то же, при горизонтальной фильтрации воды (к дренам).
Величины Uв и Uг устанавливают по графикам (рис. 4.5).
Величину фактора времени, необходимую для определения Uв, рассчитывают по формуле
,
где Св–коэффициент консолидации при вертикальной фильтрации;
Hф – расчётный путь вертикальной фильтрации воды;
Ттр – требуемый срок консолидации.
Фактор времени, необходимый для определения Uг, определяют по формуле
где Cг – коэффициент консолидации грунта при горизонтальной фильтрации;
l – расстояние между дренами.
Рис. 4.5. Графики для определения степени консолидации грунта основания с вертикальными дренами:
а – при вертикальной фильтрации; б – при горизонтальной фильтрации (n = l/d, где l – расстояние между дренами, d – диаметр дрен)
Если при назначенном расстоянии между дренами не может быть достигнуто требуемое сокращение срока консолидации, то шаг дрен уменьшают и расчёт повторяют.
Плоские ленточные дрены представляют из себя полосы из геотекстиля с пластмассовым сердечником внутри шириной 10 см. Рассчитывают плоские дрены по приведенной выше методике. Шаг между дренами принимают по расчету в зависимости от свойств слабого грунта и требуемого времени консолидации в пределах 1–2 м.