3. Расчет устойчивости земляного полотна автомобильных дорог

3.1. Требования к земляному полотну

Земляное полотно относится к числу основных элементов дороги.

Назначение земляного полотна:

1. Выровнять (сгладить) поверхность рельефа.

2. Обеспечить достаточную прочность для восприятия нагрузок от автомобилей.

Земляное полотно должно быть прочным и устойчивым в течение всего периода эксплуатации дороги.

Под прочностью земляного полотна понимается способность сохранить не деформируясь под воздействием нагрузок и природных факторов приданную ему при строительстве форму и размер.

Под устойчивостью – сохранение предусмотренного в проекте положения в пространстве без сдвигов и просадок.

Земляное полотно на современных дорогах должно в течение года обладать одинаковым сопротивлением нагрузки и работать в стадии упругих деформаций. Только при прочном и устойчивом земляном полотне ровность покрытия может оставаться неизменной в течение всего процесса эксплуатации дороги.

Прочность и устойчивость земляного полотна обеспечивается конструкцией земляного полотна (крутизной откосов), мероприятиями по регулированию водно-теплового режима земляного полотна, возведением земляного полотна из устойчивых грунтов с тщательным их послойным уплотнением, укреплением откосов и т.д.

3.2. Возможные типы деформаций земляного полотна

Опыт эксплуатации автомобильных дорог накопил данные о возможных деформациях и разрушениях земляного полотна, вызываемых либо неправильными методами его сооружения, либо недоучетом воздействий нагрузок и природных факторов.

Рассмотрим следующие типичные случаи деформаций земляного полотна:

1. Деформации насыпи при прочном основании:

Осадка насыпи (рис. 3.1, а).

Такие деформации следствие недостаточного уплотнения грунта. Для устранения деформаций осадка необходимо насыпь в процессе производства работ отсыпать из однородных грунтов и уплотнять послойно. Рекомендуется дорожную одежду устраивать через год после возведения насыпи.

Расползание насыпи (рис. 3.1, б).

Расползание насыпи может произойти при оттаивании мерзлых грунтов, из которых возведена насыпь в зимний период. При необходимости возведения насыпи в зимний период в тело насыпи должны укладываться талые грунты, поскольку мерзлый грунт практически не укладывается.

Сплавы откосов и оползание откосов (рис. 3.1, в)

Сплавы откосов имеют место при малых объемах повреждения. Оползание (обрушивание) откосов происходит по поверхностям скольжения. Причинами этих деформаций являются большая крутизна откосов, переувлажнение грунтов земляного полотна, действие гидродинамического давления на пойменных насыпях.

Сползание насыпи на косогоре (рис. 3.1, г).

Сползание насыпи имеет место при большой крутизне косогора и недостаточном трении по подошве насыпи.

2. Деформации насыпи на деформируемых основаниях (болото, пашни и др.):

Просадка насыпи со сжатием грунта основания (рис. 3.1, д)

Этот вид деформаций имеет место при достаточной прочности грунтов основания (на болотах I типа).

Просадка насыпи с выживанием грунта основания (рис. 3.1, е).

Выжимание слабого грунта основания имеет место при малой несущей способности грунтов основания (на сапропелевых болотах II и III типов).

Смещение насыпи на косогоре вследствие оползания склона под весом насыпи (рис. 3.1, ж).

Смещение насыпи с захватыванием грунта основания имеет место при сооружении насыпи на неустойчивом склоне, подверженном оползням и обвалам.

Рис. 3.1. Виды деформаций насыпей:

а – осадка от уплотнения грунта в теле насыпи; б – деформация осадки от растекания переувлажненного грунта; в – оползание откоса насыпи; г – смещение насыпи по косогору; д – осадка со сжатием грунта основания; е – осадка, а иногда боковое смещение из-за выжимания слабого основания; ж – смещение из-за оползания склона

На болотах II и III типа может произойти сдвиг или сползание насыпи, отсыпанной до минерального дна болота при поперечном уклоне минерального дна более 100 ‰.

При проектировании земляного полотна в выемке возможны следующие виды деформаций (рис. 3.2):

Оползание откосов (рис. 3.2, а, б).

Оползание, сплавы, осыпи, обвалы откосов происходят при сооружении выемки в неустойчивых и переувлажненных грунтах.

Выжимание слабого грунта (рис. 3.2, в).

Выжимание слабого грунта имеет место при устройстве выемки в слабых пористых грунтах.

Рис. 3.2. Виды деформаций выемок:

а – оползание откоса насыпи в однородном грунте; б – то же, при слоистом напластовании; в – выжимание слабого грунта

Использование типовых поперечных профилей гарантирует устойчивость земляного полотна в обычных средних условиях работы.

Индивидуальные поперечные профили с проверкой на устойчивость и осадку разрабатывают:

• для насыпей и выемок глубиной более 12 м;

• для земляного полотна, устраиваемого на косогорах круче 1:3, участках с наличием оползней, оврагов, карста, осыпей, селей, наледей и т.д.;

• для высоких пойменных насыпей;

• для насыпей, возводимых на слабых основаниях;

• для земляного полотна, возводимого с применением гидромеханизации или взрывных работ.