СССР

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

ГЛАВТРАНСПРОЕКТ

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
по сбору инженерно-геологической информации
и использованию табличных геотехнических
данных при проектировании земляного полотна
автомобильных дорог

Москва, 1981 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ

В Методических рекомендациях приведены краткие указания по получению исходной инженерно-геологической информации, необходимой для проектирования земляного полотна автомобильных дорог.

Приведенные в «Рекомендациях» табличные дачные могут быть использованы для ориентировочных расчетов при предварительной оценке устойчивости земляного полотна.

Рекомендации составлены главным специалистом дорожного отдела ГПИ «Союздорпроект» к.т.н. Браславским В.Д. и главным специалистом технического отдела Смирновым В.С.

Замечания, возникшие при пользовании работой, просим направлять по адресу: Москва, Ж-89, наб. Мориса Тореза, д. 34, Союздорпроект.

1. Общие указания

Для проектирования земляного полотна автомобильной дороги надо знать:

1. Климатическую дорожную зону;

2. Расчетную высоту снегового покрова;

3. Тип местности по характеру увлажнения;

4. Состав и свойства грунтов:

а) основания земляного полотна,

б) откосов выемок,

в) резервов;

5. Расчетный уровень грунтовых вод;

6. Крутизну естественных склонов и устойчивых искусственных откосов.

Климатическую зону и тип местности по характеру увлажнения устанавливают по СН-449-72 («Указания по проектированию земляного полотна железных и автомобильных дорог») в соответствии с данными полевых изыскательских работ.

Прочие данные выдаются геологам на основании обработки материалов инженерно-геологических изысканий, которые выполняются в соответствии с «Методическими указаниями по инженерно-геологическим изысканиям автомобильных дорог» (Союздорпроект, 1979 г.).

При этом необходимо учитывать следующее:

проектирование земляного полотна в соответствии с СНиП II-Д.5-72 может быть двух видов:

а) использование решений по типовым проектам - при благоприятных инженерно-геологических условиях, высоте насыпей и глубине выемок менее 12-ти метров;

б) индивидуальное проектирование - во всех других случаях.

Наиболее широко применяется проектирование по типовым проектам, поскольку трассирование автомобильных дорог предусматривает их проложение по возможно более прочным грунтам с минимальным объемом земляных работ. При подобном проектировании нет необходимости в выполнении расчетов, определяющих параметры земляного полотна и обосновывающие специальные мероприятия по обеспечению его устойчивости, поэтому целью отбора образцов является получение таких характеристик грунтов, которых было бы достаточно:

а) для отнесения грунтов к тому или иному виду в соответствии с действующими нормативными документами;

б) для суждения о естественной и оптимальной влажности и плотности грунтов, применяемых для возведения насыпей и слагающих дно выемок.

Для решения первой задачи достаточно знать гранулометрический состав грунта и число пластичности, для решения второй задачи, кроме этого, нужны данные о естественной и оптимальной влажности и плотности.

Кроме этого для песчаных грунтов определяют коэффициент фильтрации, необходимый для суждения об их дренирующих свойствах.

Особое внимание должно уделяться местам индивидуального проектирования земляного полотна.

Индивидуальное проектирование земляного полотна осуществляется для насыпей и выемок, высота и глубина которых превышает 12 метров, а также в тех случаях, когда устойчивость земляного полотна вызывает сомнение из-за неблагоприятных инженерно-геологических условий (например - слабые основания насыпей, мокрые выемки, оползневые склоны и др.).

При этом решается задача обеспечения устойчивости:

а) основания земляного полотна;

б) откосов насыпей;

в) откосов выемок;

г) естественных склонов.

Для решения этих задач кроме показателей состава и состояния грунтов, нужно иметь данные о сопротивлении грунтов сдвигу, а для расчета устойчивости основания кроме этого компрессионные и консолидационные характеристики.

2. Глинистые и песчаные грунты

При предварительных (предпроектных) проработках в случае отсутствия или недостаточного количества лабораторных данных для получения характеристик физических свойств глинистых и песчаных грунтов могут быть использованы данные, помещенные в таблицах 1-7.

В таблице 1 приведена математическая зависимость между физическими свойствами грунтов, которая может быть использована для получения недостающих при расчете данных по величине объемного и удельного веса, пористости и влажности.

Значения удельного веса наиболее распространенных грунтов могут быть взяты также из таблицы 2.

Нужная для подсчета осадки величины модуля деформации для обычных грунтов может быть получена из таблиц 3 и 4, где она дана в зависимости от коэффициента пористости песчаных грунтов, коэффициента пористости и показателя консистенции глинистых грунтов.

Таблица 1

Математическая зависимость физико-механических свойств грунтов.

Таблица 2

Удельный вес грунтов (справочник инженера-дорожника 1979 г.)

Таблица 3

Нормативные значения модулей деформации Е, кгс/см², песчаных грунтов
(СНиП II-15-74)

Таблица 4

Нормативные значения модулей деформации глинистых грунтов (СНиП II-15-74)

Необходимыми параметрами при расчетах устойчивости земляного полотна являются значения угла внутреннего трения (φ) и сцепления (c). Нормативные значения этих величин для обычных глинистых грунтов в зависимости от коэффициента пористости и показателя консистенции могут быть взяты из таблицы 6, для песчаных грунтов в зависимости от их пористости из таблицы 5 и намываемых песчаных и гравийных грунтов в зависимости от объемного веса из таблицы 7.

Таблица 5

Нормативные значения удельных сцеплений (с кгс/см²) углов внутреннего трения (φ^о_н) для песчаных грунтов (СНиП II-15-74)

Таблица 6

Нормативные значения удельных сцеплений С^н кгс/см² и углов внутреннего трения, град. глинистых грунтов четвертичных отложений

Характеристика песчаных грунтов в табл. 5 относятся к кварцевым пескам с зернами различной окатанности, содержащими не более 20 % полевого шпата и не более 5 % в сумме различных примесей (слюда, глауконит и т.д.), включая растительные остатки независимо от степени влажности.

Характеристики глинистых грунтов в табл. 6 относятся к грунтам, содержащим не более 5 % растительных остатков и имеющих степень влажности G ≥ 0,8.

Таблица 7

Расчетные значения физико-механических характеристик намываемых песчаных и гравийных грунтов (СНиП II-53-73)

3. Слабые грунты

К слабым грунтам относятся связные грунты, сопротивляемость сдвигу которых, определяемая в природном состоянии с помощью приборов лопастного сдвига (крыльчаток), не превышает 0,75 кг/см² или модуль осадки при нагрузке 2,5 кг/см² оказывается более 50 мм (компрессионный модуль деформации Е < 50 кг/см²). При статическом зондировании конусным наконечником к слабым относятся грунты с удельным сопротивлением менее 0,85 кг/см², при стандартном конусе, с углом раскрытия 30°.

К числу слабых могут относиться и обычные глинистые грунты различного генезиса и возраста, имеющие в природном состоянии повышенную влажность (показатель консистенций J_z ≥ 0,5).

В зависимости от состава, генезиса и состояния слабые грунты подразделяются на:

- группы по содержанию органических веществ;

- виды по генезису;

- подвиды по особенностям состояния (плотности и влажности). Среди слабых грунтов наиболее широким распространением пользуется торф.

Значения показателей механических свойств торфяных грунтов можно установить по основным показателям состава и состояния по таблицам 8 и 9.

К слабым грунтам органо-минерального происхождения относятся сапропели, представляющие собой отложения на дне озер, образовавшиеся в результате отмирания растительных и животных организмов и оседания минеральных частиц, заносимых водой и ветром.

Механические свойства сапропелей зависят от их структурных особенностей, плотности и влажности в естественном залегании. Значения показателей механических свойств сапропелевых грунтов можно установить, ориентировочно, по таблице 10.

Болотный мергель - рыхлая осадочная порода, образовавшаяся в озерно-болотных условиях при поступлении воды, содержащей в растворенном виде углекислый кальций, который выпадает в осадок при испарении воды. Мергель содержит 25-50 % карбоната кальция. Остальная часть состоит из минеральных песчаных, глинистых, илистых частиц и растительных остатков.

В зависимости от величины природной влажности механические свойства болотного мергеля могут быть определены по таблице 11.

Илы - это глинистые грунты в начальной стадии формирования, образовавшиеся в виде структурного осадка в воде при наличии микробиологических процессов и имеющие в природном сложении влажность, превышающую влажность на границе текучести и коэффициент пористости больший 0,9 для супесей, 1,0 для суглинков и 1,5 для глин.

Механические свойства илов определяются в основном их составом и состоянием. Поэтому ориентировочные значения физико-механических характеристик для илов можно устанавливать независимо от их вида, учитывая только их состав и состояния по таблице 12.

Таблица 8

Физико-механические свойства торфяных грунтов
(«Руководство по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах», Союздорнии, 1978 г.)

Таблица 9

Углы внутреннего трения и сцепление в торфах естественной структуры
(Справочник инженера-дорожника)

Таблица 10

Физико-механические свойства сапропелевых грунтов
(Руководство по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах, Союздорнии, 1973 г.)

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

Таблица 11

Физико-механические свойства болотного мергеля

Таблица 12

Физико-механические свойства илистых грунтов
(по Союздорнии)

Особую разновидность минеральных слабых грунтов представляют собой грунты мокрых солончаков.

Основные характеристики механических свойств мокрых солончаков при одном и том же составе, отражаемом числом пластичности, хорошо увязываются с показателем консистенции. Независимо от содержания солей грунты мокрых солончаков делятся на пять разновидностей.

Механические характеристики грунтов мокрых солончаков можно установить по таблице 13.

Таблица 13

К супесчаному относить грунты при 1 ≤ w_п < 7, к суглинистому - при 7 ≤ w_п < 17.

К переувлажненным глинистым грунтам относятся грунты, имеющие влажность соответствующую мягкопластичной консистенции (B > 0,5) и выше.

Ориентировочные значения механических характеристик переувлажненных грунтов помещены в таблице 14.

Таблица 14

Примечание. К супеси относятся грунты при 1 ≤ w_п < 7, к суглинку при 7 ≤ w_п < 17, к глине при w_п > 17 (w_п - число пластичности).

4. Скальные грунты

В разделе представлены числовые значения показателей физико-механических свойств скальных грунтов. К ним относятся показатели сопротивляемости сдвигу, величин сцепления, удельные и объемные веса. Величины этих показателей зависят от происхождения минералогического и петрографического составов скальных грунтов степени их трещиноватости и выветрелости.

Сложность определения различных показателей физико-механических свойств скальных грунтов в лабораторных и полевых условиях часто затрудняет получение этих данных своевременно и в достаточном объеме. В таких случаях можно для ориентировочных расчетов использовать данные, помещенные в таблицах 15-18.

Таблица 15

Значения механической прочности некоторых магматических и осадочных сцементированных пород в сухом и водонасыщенном состоянии
(по Ф.П. Саваренскому, 1946 г.)

Таблица 16

Расчетные сопротивления оснований из крупнообломочных грунтов

Таблица 17

Значения углов трения при срезе монолитных образцов и сдвиге плитки по плитке или при повторном сдвиге срезанного образца
(по данным Г.А. Фисенко, М.Н. Гольдштейна и др.).

Таблица 18

Физико-механические свойства скальных пород

Крепкие породы

Породы средней крепости

Продолж. таблицы 18

Породы средней крепости

Продолж. таблицы 18

Породы слабые

Продолж. таблицы 18

5. Лессы и лессовидные грунты

В соответствии с требованиями СНиП II-15-74 и СН 449-72 широко распространенные на территории СССР лессы и лессовые грунты относятся к просадочным.

К просадочным от замачивания грунтам следует относить грунты, имеющие G ≤ 0,6 и значение

,

где: Е_о -  коэффициент пористости образца природного сложения и влажности;

Е_т -  коэффициент пористости того же образца грунта при влажности на границе текучести;

G -   степень влажности.

Гранулометрический состав лессовых пород показан в таблице 19. Значения модуля деформации даны в таблице 20. Показатели физических свойств лессовых пород в различных районах СССР приведены в таблице 21. Средние значения показателей сопротивления сдвигу - в таблице 22. Табличные данные могут быть использованы для предварительных, ориентировочных расчетов.

Таблица 19

Гранулометрический состав лессовых пород
(средние данные по Ю.М. Абелеву, В.Ф. Краеву и т.д.)

Таблица 20

Средние значения модуля общей деформации лессовых пород по данным испытаниям пробными нагрузками
(по Ю.М. Абелеву)

Таблица 21

Обобщенные показатели физических свойств лессовых суглинков из разных районов СССР
(по Ю. М. Абелеву, В. С. Быковой и др.)

Таблица 22

Среднее значение показателей сопротивления сдвигу лессовых пород
(из работы Ю.М. Абелева).

6. Водопроницаемость грунтов

Под водопроницаемостью или фильтрационной способностью грунтов подразумевается способность грунтов поглощать и пропускать через себя воду.

По степени водопроницаемости грунты можно разделить на три группы (по Ф.В. Саваренскому):

1. Водопроницаемые - коэффициент фильтрации более 1 м/сутки.

2. Полупроницаемые - коэффициент фильтрации - 1-0,001 м/сутки.

3. Непроницаемые - коэффициент фильтрации менее 0,001 м/сутки.

В соответствии с СН 449-72 по степени водопроницаемости грунты разделяются на дренирующие, к которым относятся скальные и крупнообломочные грунты, пески гравелистые, крупные и средней крупности, а также пески мелкие, удовлетворяющие одному из следующих условий: содержание частиц размером меньше 0,1 мм должно быть не более 15 %, в том числе размером менее 0,005 мм до 2 % по весу, коэффициент фильтрации 0,5 м/сутки^*); недренирующие, к которым относятся глинистые грунты, а также пески мелкие, не удовлетворяющие вышеуказанным условиям

^*) В приборе Союздорнии.

Для расчетов дренажных устройств, проектируемых для осушения грунтов в естественном залегании, а также при притоке воды в отрываемые котлованы необходимо знать коэффициент фильтрации грунтов. При определении коэффициента фильтрации грунтов наиболее надежными являются данные опытных откачек. При отсутствии таких данных для ориентировочных подсчетов можно использовать таблицы 23, 24, 25. Необходимые для расчета дренажа значения гидродинамического градиента, радиуса влияния дрены и уклона депрессионной кривой могут быть взяты из таблиц 26, 27, 28.

Таблица 23

Коэффициенты фильтрации грунтов

Таблица 24

Водопроницаемость лессовидных суглинков
(по В.А. Приклонскому)

Таблица 25

Коэффициент фильтрации торфов
(И.Е. Евгеньев «Строительство автомобильных дорог через болота»)

Таблица 26

Гидродинамические градиенты (справочник инженера-дорожника)

Таблица 27

Радиусы влияния в зависимости от преобладающей фракции грунта

Таблица 28

Средние значения уклона депрессионной кривой по опытным данным

Приложение 1

НОМЕНКЛАТУРА ГРУНТОВ

Грунты, используемые в дорожном строительстве, подразделяются на скальные, крупнообломочные, песчаные и глинистые.

К скальным грунтам относятся магматические, метаморфические и осадочные породы с прочными жесткими связями между зернами, залегающие в естественном залегании в виде сплошного или трещиноватого массива.

К крупнообломочным относятся несцементированные грунты, содержащие более 60 % по весу обломков скальных грунтов с размером частиц более 2 мм.

Крупнообломочные и песчаные грунты в зависимости от зернового состава подразделяются на виды (табл. 1).

Для установления вида грунта следует последовательно суммировать проценты содержания частиц в исследуемом грунте, начиная с содержания более крупных частиц и принимать наименование грунта по первой сумме, удовлетворяющей показателю содержания частиц по табл. 1.

Пески с коэффициентом неоднородности  следует считать разнозернистыми. Пески с , а также мелкие пески с содержанием по весу 90 % и более частиц размером 0,1-0,25 мм следует считать неоднородными.

Виды крупнообломочных и песчаных грунтов (СИ 449-72)

Таблица 1

Песчаные грунты следует называть: маловлажными, если степень их влажности G ≤ 0,5, влажными при 0,5 < G ≤ 0,8; насыщенными водой, если G > 0,8.

- Степень заполнения объема пор водой. G - определяется по формуле:

;

w -  природная весовая влажность грунта;

γ -   удельный вес материала частиц грунта в т/м³;

γ_o - удельный вес воды, принимаем равным 1 т/м³;

E -  коэффициент пористости грунта, определяемый как отношение объема пор к объему минеральной части грунта.

Глинистые грунты подразделяются на виды и разновидности с учетом их зернового состава и пластичности (табл. 2).

Таблица 2

Виды глинистых грунтов (СН 449-72)

Для супесей легких крупных учитывается содержание частиц размером 2-0,25 мм.

К наименованию глинистого грунта, установленному по табл. 2, при содержании в образце рассматриваемого грунта 20-50 % (по весу) частиц крупнее 2 мм добавляется «гравелистый» или «щебенистый».

Таблица 3

Глинистые грунты следует различать по их состоянию в зависимости от величин консистенции (табл. 3).

Глинистые грунты следует считать грунтами с повышенной влажностью, если их влажность превышает значения, при которых грунт в насыпи может быть уплотнен до требуемых коэффициентов уплотнения (Ку = 0,95-1), а в пределах выемок они имеют показатель консистенции J_z > 0,25.

Характеристика пластичности отдельных гранулометрических типов грунтов

Таблица 4

Представляет интерес классификация грунтов, разработанная в Союздорпроекте (табл. 6, 7).

Классификация гранулометрических элементов (проект части)

Таблица 5

Классификация грунтов для автомобильных дорог

Таблица 6

Примечание:

1. При содержании частиц более 2 мм в количестве 25-50 % к наименованию грунта добавляется слово «гравелистый» («щебенистый»).

2. Грунты, обладающие в природном сложении влажностью, превышающей влажность на границе текучести и коэффициентом пористости более 1,0 для супесей и суглинков и более 1,5 для глин, называются илами.

3. Глинистые грунты, обладающие в природном сложении видимыми невооруженным глазом порами, значительно превосходящими размеры частиц, составляющие скелет грунта, называются макропористыми.

Скальные породы следует считать размягчаемыми, если отношение их временных сопротивлений сжатию в насыщенном водой и в воздушно-сухом состоянии меньше 0,75, а при отношении равном или более 0,75 - неразмягчаемыми.

По степени выветриваемости скальные грунты делятся на слабовыветривающиеся и легковыветривающиеся.

К грунтам особой разновидности относятся: илы, польдиевые глины, лессы и лессовидные грунты, аргиллиты, алевролиты, мергели, сланцевые глины, трепелы, торфа, сапропели, засоленные грунты.

Примечания:

к таблицам 1 и 2

1.   φ и C определяют по результатам сдвиговых испытаний грунтов ненарушенной структуры по схеме быстрого сдвига при естественной влажности в пределах нагрузки на основание в зависимости от высоты насыпи.

2.   При использовании грунта выемки в насыпь, а также для грунта резерва дополнительно определяют φ и С по результатам сдвиговых испытаний грунтов нарушенной структуры при оптимальной влажности по схеме медленного сдвига с предварительным уплотнением.

к таблице 3

1.   К таблице должен быть приложен график компрессионных испытаний по всем грунтовым слоям слабого основания.

2.   φ_w и С_w определяют при естественной влажности по схеме быстрого сдвига при расчетной нагрузке.

Здесь же необходимо производство испытаний по схеме медленного сдвига с предварительной консолидацией под расчетной нагрузкой 1-2 испытания.

3.   Для более полной оценки слабых грунтов в основании земляного полотна должны быть приведены данные полевых испытаний грунтов крыльчаткой, статическим и динамическим зондированием.

4.   Грунты резерва для насыпи изучаются в соответствии с примечание к тб. 1-2.