МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА СССР

МЕТОДИЧЕСКИЕ
УКАЗАНИЯ

ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ
ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
НА СЛАБЫХ ГРУНТАХ

ОДОБРЕНЫ ТЕХНИЧЕСКИМ УПРАВЛЕНИЕМ
МИНИСТЕРСТВА ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА СССР

ОРГТРАНССТРОЙ

МОСКВА 1968

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящие «Методические указания» составлены ЦНИИСом и СоюздорНИИ в развитие действующих СНиП и должны служить руководством при проектировании земляного полотна железных и автомобильных дорог на участках торфяных болот, мокрых солончаков, илистых и других слабых грунтов.

«Методические указания» разработаны на основе анализа и обобщения отечественного и зарубежного опыта проектирования, строительства и эксплуатации земляного полотна железных и автомобильных дорог на участках слабых грунтов, различных исследований в области механики грунтов и оснований сооружений, изучения результатов полевых и лабораторных испытаний физико-механических свойств различных типов слабых грунтов, теоретических исследований в области устойчивости и осадок оснований из водонасыщенных сильносжимаемых грунтов, а также наблюдений на опытных объектах строящихся и эксплуатируемых железных и автомобильных дорог с различными конструкциями земляного полотна.

В «Методические указания» включены систематизированная методика оценки слабой толщи как основания насыпей и методика выбора конструкции земляного полотна железных и автомобильных дорог на участках слабых грунтов.

Методические указания подготовили кандидаты техн. наук И.И. Викторов (ЦНИИС) и В.Д. Казарновский (СоюздорНИИ), инженеры Л.И. Кузнецова, С.Г. Жорняк, В.А. Лебедев, В.С. Черешнева (ЦНИИС), Э.К. Кузахметова (СоюздорНИИ); в подготовке материалов участвовали кандидаты техн. наук А. А. Ткаченко (АЛТИ) и И.Е. Евгеньев (БелдорНИИ).

При составлении отдельных разделов использованы материалы, предоставленные инженерами Ю.Г. Саккаевым (СоюздорНИИ), Г.Г. Гришиным, Н.М. Голяковым, М.И. Шалыгиным (Омский филиал СоюздорНИИ), Е.В. Каганович (Казахский филиал СоюздорНИИ), кандидатами техн. наук Л.С. Амаряном (Калининский политехнический институт) и П.А. Дроздом (БелНИИ мелиорации и водного хозяйства), инженерами В.Р. Минкиным, Д.С. Невельсоном, Л.Л. Перковским, К.А. Шишелиным (Ленгипротранс).

Настоящие «Методические указания» одобрены Техническим управлением Министерства транспортного строительства.

Замечания и пожелания по «Методическим указаниям» просим присылать по адресу: г. Москва, И-329, Всесоюзный научно-исследовательский институт транспортного строительства или Московская обл., Балашиха, 6, СоюздорНИИ.

                                                Зам. Директора ЦНИИСа

                                                      по научной работе                      И. Наседкин

                                                Зам. директора СоюздорНИИ

                                                         по научной работе                   Н. Горелышев

                                                      Руководитель отделения

                                                земляного полотна и верхнего

                                                   строения пути ЦНИИСа              Б. Цвелодуб

 

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПРОЕКТУ

1. Настоящими «Методическими указаниями» следует руководствоваться при проектировании земляного полотна железных и автомобильных дорог на участках распространения слабых грунтов.

2. К слабым относятся грунты, при использовании которых в качестве оснований насыпей даже минимально допустимом высоты необходимо учитывать в проекте возможность значительных деформаций основания в результате воздействия нагрузок от веса насыпи и транспорта.

3. Земляное полотно железных и автомобильных дорог на участках слабых грунтов проектируется в насыпях. Оно должно отвечать общим требованиям к конструкциям, грунтам, методам возведения, предусмотренным СНиП II-Д.1-62 «Железные дороги колеи 1524 мм общей сети. Нормы проектирования» и СНиП II-Д.5-62 «Автомобильные дороги общей сети СССР. Нормы проектирования». Кроме того, для учета деформаций основания необходимо соблюдать специальные требования, изложенные в разделе III настоящих «Методических указаний».

4. Изыскание и проектирование земляного полотна на участках слабых грунтов в общем случае проводится в две стадии:

I - составление проектного задания;

II - разработка рабочих чертежей.

На стадии проектного задания выявляются участки, где могут быть применены типовые решения и где требуется индивидуальное проектирование в соответствии с действующими СНиП II-Д.1-62 и II-Д.5-62.

На стадии разработки рабочих чертежей составляются проекты на участки, для которых необходимо индивидуальное проектирование.

5. Изыскания и проектирование особо сложных индивидуальных участков земляного полотна, требующих выполнения большого объема специальных обследований, должны проводиться в три стадии:

I - составление проектного задания;

II - разработка технического проекта;

III - рабочее проектирование.

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

Для обоснования выбора конструкции земляного полотна проект должен содержать:

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

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

результаты инженерных расчетов, обосновывающие принятую конструкцию;

указания по порядку сооружения запроектированной конструкции.

7. Объем, состав и методы получения данных, необходимых для обоснования конструкции земляного полотна, так же как и методы расчетов, зависят от стадии проектирования. Рекомендации по методике инженерно-геологического обследования на участках слабых грунтов и расчета и конструирования земляного полотна на этих участках изложены в разделах II и III настоящих «Методических указаний».

2. ТИПЫ СЛАБЫХ ГРУНТОВ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

8. Слабые грунты следует разделять на следующие типы:

а) органические слабые грунты (торфы, некоторые виды сапропелей и т.п.), содержащие более 60 % по весу органических веществ;

б) органо-минеральные слабые грунты (заторфованные глины, заторфованные илы и т.п.), содержащие от 10 до 60 % органических веществ;

в) минеральные слабые грунты (илы, иольдиевые глины, переувлажненные глинистые грунты, грунты мокрых солончаков и т.п.), содержащие менее 10 % органических включений^*.

^* К слабым грунтам, кроме перечисленных, относятся лёссовидные просадочные грунты, плывуны и др., которые в данных «Методических указаниях» не рассматриваются.

9. Торф - своеобразное, относительно молодое геологическое образование, создающееся в результате отмирания болотной растительности при избыточном количестве влаги и недостаточном доступе воздуха. Для торфа в его естественном состоянии характерна высокая влажность - от 150 до 2900 %.

По внешнему виду он представляет собой волокнистую (при малой степени разложения растительных остатков) или аморфную (при высокой степени разложения) массу. Сухое вещество торфа состоит из не вполне разложившихся растительных остатков - растительного волокна, продуктов разложения растительных остатков - темного бесструктурного вещества (гумуса) и неорганических примесей (золы).

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

В торфяных болотах сапропели нередко образуют придонные слои. Сапропелевые отложения могут быть в текучем состоянии (преимущественно современные озерные отложения верхних слоев), в пластичном (залегающие под торфяным пластом небольшой мощности), в полутвердом и твердом (наиболее глубокие сапропелевые отложения, подвергнувшиеся естественному уплотнению).

Объемный вес сапропелей в естественном состоянии достигает 1,2 - 1,3 г/см³. Содержание извести колеблется от 7 до 80 % (в известковых отложениях). Зольность сапропелевых отложений бывает различной в зависимости от преобладания в них органического вещества и составляет 6 - 20 %, доходя в сильноминерализованных сапропелях до 60 - 70 %.

Торфы и сапропели являются типичными представителями болотных грунтов. В состав болотных отложений входят также жидкие образования (прослои внутризалежных вод, вода со сплавиной и т.д.).

Визуальные характеристики перечисленных разновидностей болотных отложений и значения их физико-механических характеристик приводятся в табл. 1.

Таблица 1

Классификация болотных грунтов

Таблица 2

Строительная классификация морских илов

11. Илами называются глинистые грунты в начальной стадии формирования, которые образовались как структурный осадок в воде при наличии микробиологических процессов и обладают в природном сложении влажностью, превышающей влажность на границе текучести, и коэффициентом пористости e > 1 для супесей и суглинков и > 1,5 для глин^*.

·         СНиП II-А.10-62.

·         ^** Чувствительность грунта - отношение его прочности при ненарушенном сложении к прочности при нарушенной структуре (при одинаковой плотности и влажности).

Илы в природном залегании характеризуются скрытотекучей консистенцией, наличием структурных связей и способностью к тиксотропным превращениям.

Скелет грунта состоит в основном из глинистого и карбонатного вещества. В состав глинистых фракций илов входят минералы групп монтмориллонита, гидрослюд и каолинита.

Содержание гумуса в илах колеблется от 1 до 10 %.

Классификация и средние расчетные характеристики илов приведены в табл. 2, которая составлена по материалам ВНИИОСПа.

12. Иольдиевые глины - послеледниковые четвертичные отложения, особая разновидность морских илов - распространены в северо-западных районах СССР и представлены глинами и суглинками голубого и зеленовато-серого цвета.

Физико-механические свойства верхней, более плотной части толщи мощностью 0,3 - 2,0 м, называемой коркой, отличаются от свойств подстилающих глин и характеризуются влажностью до 55 %, объемным весом скелета, превышающим 1, и величиной чувствительности^**, доходящей примерно до 7.

У глин подстилающего слоя - высокая влажность (обычно более 60 %), значительно превышающая их верхний предел пластичности, скрытотекучая консистенция, объемный вес скелета в подавляющем большинстве случаев меньше 1 и чувствительность 200 - 600. Из этого следует, что для глин, залегающих под коркой, характерна резкая потеря прочности и переход в текучее состояние при механическом разрушении естественной структуры.

Ориентировочные показатели физико-механических свойств грунтов корки и подстилающих иольдиевых глин приводятся в табл. 3.

Таблица 3

Средние значения показателей физико-механических свойств иольдиевых глин

13. Мокрые солончаки - это солончаки, переувлажнение которых препятствует их разработке и уплотнению и часто не позволяет им служить надежным основанием земляного полотна.

Ориентировочные расчетные значения механических показателей грунтов мокрых солончаков в зависимости от их глинистости и консистенции приводятся в табл. 4, составленной на основе работ Казахского филиала СоюздорНИИ.

14. В северных и некоторых других районах Советского Союза на избыточно увлажненных участках, в частности в поймах рек, глинистые грунты следует относить к типу слабых грунтов из-за весьма низких механических характеристик.

Ориентировочные значения расчетных показателей переувлажненных глинистых грунтов в зависимости от консистенции приведены в табл. 5.

Таблица 4

Строительная классификация грунтов мокрых солончаков

Таблица 5

Расчетные значения показателей механических свойств переувлажненных глинистых грунтов

Примечание. Значения c_W и j_W получены при консолидированных испытаниях.

II. ОСОБЕННОСТИ ИЗЫСКАНИЯ ДОРОГ НА УЧАСТКАХ СЛАБЫХ ГРУНТОВ

1. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ НА РАЗЛИЧНЫХ СТАДИЯХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

А. Стадия проектного задания

15. На стадии проектного задания осуществляются предварительное рекогносцировочное трассирование и выбор варианта трассы в натуре.

При рекогносцировочном трассировании используются данные аэрофотосъемки, картографические и другие фондовые материалы. На участках распространения слабых грунтов и торфяных болот выбирают варианты их обхода пли пересечения в наиболее узком и мелком месте с минимальными поперечными уклонами минерального дна и наименьшей мощностью слабых отложений, чтобы сократить объем строительных работ до минимума.

16. При обследовании заболоченной территории в труднодоступной местности на первой стадии подробных изысканий целесообразно использовать аэрометоды. Они позволяют значительно сократить сроки производства и трудоемкость обследований. Рекомендуется широко применять аэрофотосъемку, аэровизуальные и аэрогидрометрические наблюдения с инженерно-геологическим дешифрированием аэроснимков.

Для более точного и подробного дешифрирования характера растительности, выявления геоморфологических форм и микрорельефа обычную плановую аэросъемку целесообразно дополнить перспективной и спектрозональной цветной фотосъемками.

Порядок аэрофотосъемочных работ указан в соответствующих инструкциях.

17. При инженерно-геологическом обследовании торфяных болот или участков с минеральными слабыми грунтами производятся инженерно-геологическая съемка, проходка разведочных выработок, испытания крыльчаткой и лабораторные работы.

Основной задачей инженерно-геологического обследования является получение данных о распространении заболоченных участков, строении толщи слабых грунтов и их физико-механических свойствах, а также гидрогеологическом режиме участка.

В соответствии с этим при подробном обследовании должны быть определены:

общая мощность толщи слабых отложений, мощность и расположение ее слоев и рельеф кровли прочного грунта, подстилающего слабую толщу;

показатели состава и состояния слабого грунта (влажность, плотность, содержание органических веществ, гранулометрический состав, а для торфяных грунтов также степень разложения, зольность, ботанический состав);

сопротивляемость грунтов сдвигу в их природном состоянии с помощью крыльчаток, а также показатели сжимаемости и сдвиговые характеристики путем испытаний (выборочно) монолитов грунтов в лаборатории;

направление внутреннего и поверхностного стока в болоте, наивысший и минимальный уровень грунтовых вод.

Инженерно-геологическая съемка вдоль трассы и вариантов производится в масштабе 1:10000. Снимается полоса шириной до 300 м (по 150 м в каждую сторону). При близком расположении вариантов захватывается вся полоса варьирования. При съемке отмечается наличие кочек, характер растительности, уровень грунтовых вод, источник питания болота, его генезис и т.п.

18. Разведочные работы заключаются в проходке зондировочных и опорных скважин и шурфов.

Зондировочные скважины проходят на зондировочных (промежуточных) поперечниках с помощью бура геолога, бура Гикторфа (см. рис. 1 приложения 1) или 2-дюймового бурового комплекта без обсадки. В зависимости от конкретных условий на зондировочном поперечнике закладывается от 1 до 5 и более (при необходимости) скважин.

Опорные скважины диаметром 89 - 127 мм и шурфы проходят на опорных поперечниках, закладываемых для более детальной оценки свойств грунтов слабых слоев и подстилающей толщи.

19. На небольших по протяжению болотах или участках слабых грунтов (до 100 м) зондировочные поперечники из одной-трех скважин закладывают по конкурирующим вариантам трасс примерно через 25 м, сгущая у краев участка для более точного оконтуривания. По середине участка проходится один опорный поперечник из 3 - 5 скважин. При однородном строении слабой толщи в пределах участка допускается проходка одной опорной выработки, располагающейся по оси трассы в более глубоком месте.

На больших по протяжению болотах или участках слабых грунтов вдоль трассы (трасс) зондировочные поперечники из одной-трех скважин располагают, как правило, через 50 м. В местах резкого изменения рельефа минерального дна болота или кровли прочных пород, подстилающих толщу слабых минеральных грунтов, проходят дополнительные зондировочные скважины.

Для определения уклона дна закладываются поперечники из 3 - 5 зондировочных скважин, каждый с расстоянием между скважинами от 50 до 200 м. Опорные поперечники располагают по трассе или вариантам в местах изменения характера слабой толщи, но не реже чем через 300 - 500 м.

При проходке зондировочных скважин отбирают с различных глубин пробы грунтов с нарушенной структурой для определения показателей их состава и состояния (классификационные показатели). Количество проб, отбираемых из одной зондировочной скважины, зависит от строения слабой толщи, но должно быть, как правило, не менее одной на каждый метр слабого слоя.

В опорных выработках отбирают, кроме того, монолиты из каждого характерного слоя слабой толщи, а при большой мощности и однородности толщи - через 1 - 3 м.

Все опорные выработки на болотах и участках слабых грунтов должны быть заглублены в твердое минеральное дно не менее чем на 1,0 - 2,0 м. Зондировочные скважины заглубляются на 0,25 - 0,50 м.

20. Слои грунтов слабой толщи испытывают на сдвиг в условиях естественного залегания с помощью приборов типа крыльчатки. Сопротивляемость сдвигу замеряют на опорных поперечниках не менее чем по трем скважинам, на промежуточных поперечниках - минимум по одной скважине. Замеры по глубине производят, как правило, через 0,5 м слабой толщи, причем для каждого расчетного слоя на опорном поперечнике должно быть не менее 6 определений сопротивляемости сдвигу.

В целях получения дополнительных данных об исходных характеристиках и строении слабой толщи рекомендуется использовать методы статической или динамической пенетрации с определением сопротивления вдавливанию зонда. График изменения сопротивления вдавливанию по глубине дает возможность ясно выявить границы отдельных слоев залежи. По усилию вдавливания зонда с помощью корреляционных таблиц, составляемых для каждой генетической разновидности, можно определить величину плотности и сопротивление сдвигу торфа и других слабых грунтов.

Оборудование, рекомендуемое для практического использования при изысканиях, указано в приложении 1.

21. Монолиты слабых глинистых грунтов и илов отбирают с помощью задавливаемых грунтоносов типов Игумнова, Фурса и др.; монолиты торфов в скважинах - с помощью обуривающих или поршневых грунтоносов. Конструкции грунтоносов приведены на рис. 1 - 4 приложения 1.

Размеры монолитов, отбираемых в шурфах, должны быть не менее 10´10´10 см. Хранить и транспортировать монолиты слабых грунтов следует в жесткой герметической таре.

22. Для каждой разновидности торфяных грунтов необходимо определить естественную влажность, степень разложения торфа, ботанический состав, зольность, объемный и удельный вес, сопротивляемость сдвигу в природном состоянии (по крыльчатке), выборочно-компрессионные свойства и показатели сопротивления сдвигу в лаборатории.

Для илов и других слабых глинистых грунтов устанавливают естественную влажность, объемный и удельный вес, пределы пластичности, консистенцию, гранулометрический и минералогический состав, сопротивляемость сдвигу в природном состоянии (по крыльчатке), компрессионные свойства и показатели сопротивления сдвигу (выборочно в лаборатории), содержание органического вещества.

Для мокрых солончаков необходимо определять естественную влажность, объемный и удельный вес, пределы пластичности, степень и характер засоленности, сопротивляемость сдвигу в природном состоянии (по крыльчатке), а также компрессионные свойства и показатели сопротивления сдвигу (выборочно) в лаборатории.

Указания по методике полевых и лабораторных исследований физико-механических свойств слабых грунтов приводятся в приложении 1.

23. В результате инженерно-геологического обследования на первой стадии изысканий с полевыми и лабораторными испытаниями должна быть представлена для проектирования земляного полотна следующая основная документация:

продольные (по оси трассы) и поперечные инженерно-геологические разрезы основных трасс и вариантов, на которые наносят данные о физико-механических свойствах всех разновидностей грунтов и выделяют расчетные слои, однородные по своим инженерно-геологическим свойствам;

план местности в масштабе 1:1000 для глубоких болот и сложных участков слабых грунтов в горизонталях с нанесением изолиний равных мощностей слабой толщи, гидроизогипсов, элементов растительного покрова, предварительно намеченных границ типового и индивидуального проектирования;

ведомости значений физико-механических показателей грунтов в пределах каждого слоя;

пояснительная записка по установленной форме.

24. По лабораторным данным вычисляют производные показатели (коэффициент пористости, объемный вес скелета грунта, число пластичности, коэффициент консистенции), необходимые для уточнения классификационной группы грунта (предварительно установленной по визуальным признакам) и предварительной оценки (по табличным данным) механических показателей грунта, непосредственно используемых в расчете.

Классификационная группа (тип, вид, разновидность) грунта определяется по комплексу показателей (см. табл. 1 - 5).

Б. Стадия составления рабочих чертежей

25. На стадии составления рабочих чертежей дополнительно устанавливают в полевых и лабораторных условиях необходимые физико-механические характеристики грунтов, преимущественно на участках индивидуального проектирования и выполняют наиболее трудоемкие исследовательские работы (полевые испытания штампами, определение фильтрационных показателей и др.).

При этом учитываются все изменения проекта, возникшие в ходе проработки материалов проектного задания по замечаниям экспертизы и т.п.

26. Состав и характер дополнительных исследований устанавливаются при предварительном назначении конструкции земляного полотна на первой стадии проекта и основываются на конкретных требованиях расчета принятой конструкции.

Эти исследования включат в себя:

закладку дополнительных разведочных выработок;

отбор монолитов ненарушенной структуры из этих выработок;

лабораторные испытания преимущественно механических свойств слабых грунтов (сопротивление сдвигу и сжимаемость в условиях одноосного и трехосного сжатия, уплотнение во времени, определение коэффициента фильтрации под нагрузкой и т.п.);

определение осадок слабого основания пробной нагрузкой, коэффициентов фильтрации откачкой из скважин и шурфов, прочности грунтов в природном состоянии дополнительными испытаниями крыльчаткой и т.д.

27. Местоположение дополнительных выработок на поперечнике и места отбора образцов по глубине каждого слоя предварительно намечаются по материалам, полученным на первой стадии проектирования, с таким расчетом, чтобы значения основных показателей состава и состояния отбираемых монолитов в максимальной степени соответствовали расчетным значениям этих показателей для данного слоя на расчетных поперечниках.

Из каждого расчетного слоя слабой толщи монолиты должны быть отобраны в таком количестве, чтобы обеспечить возможность проведения всего комплекса испытаний, предусмотренных для данного слоя. При этом для проведения испытаний на компрессию и консолидацию рекомендуется отбирать столько монолитов, чтобы из них можно было получить 12 - 15 образцов. Такое же количество образцов необходимо для сдвиговых испытаний.

Методические указания по определению сдвиговых, компрессионных и консолидационных испытаний в полевых и лабораторных условиях приведены в приложении 1.

В. Трехстадийные изыскания

На I стадии выделяются участки сложного индивидуального проектирования и предварительно определяются типы оснований; на II стадии ведется детальная разведка участков и устанавливаются расчетные характеристики грунтов на каждом участке и на III - детализируется геолого-литологический разрез и дополняются данные по физико-механическим свойствам грунтов. Выполняется бурение для установки опытных приборов (марок, реперов и т.д.).

На III стадии производят также контрольное бурение для определения осадки насыпей, опытные работы по оценке степени консолидации основания и статические и динамические испытания.

2. РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

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

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

Прочностные характеристики:

а) полная сопротивляемость грунта сдвигу при испытании крыльчаткой с_усл, кг/см²;

б) параметры сопротивляемости грунта сдвигу в заданном состоянии его плотности и влажности:

угол внутреннего трения j_W, град;

сцепление с_W, кг/см².

Характеристики деформативности:

а) модуль деформации, отвечающий проектной нагрузке, Е, кг/см²;

б) модуль осадки е_р, кг/см²;

в) коэффициент уплотнения а, см²/кг;

г) коэффициент Пуассона m при расчете двухмерной задачи.

Характеристики уплотняемости грунтов во времени:

а) коэффициент консолидации С_к, см²/год;

б) показатель степени консолидации п, используемый совместно с экспериментальной кривой уплотнения во времени образца заданной высоты.

30. Механические характеристики грунтов, непосредственно входящие в расчет, следует, как правило, определять путем непосредственных испытаний грунтов в условиях природного залегания и в лаборатории.

Допускается на первой стадии проектирования для предварительных расчетов при отсутствии или недостаточности опытных данных использовать показатели расчетных характеристик, приведенных в табл. 1 - 5.

31. Перед непосредственным определением в лаборатории или по таблицам механических характеристик грунтов, слагающих слабую толщу, нужно установить следующие классификационные показатели этих грунтов (показатели состава и состояния):

влажность грунта в природном состоянии W_пр, %;

объемный вес влажного грунта g_W, г/см³;

пределы пластичности (для минеральных и органо-минеральных грунтов) W_т, W_p, %;

степень разложения (для торфов) R, %;

содержание в грунте органических примесей (для торфов - зольность) q(z), %;

геоботанический состав (для торфов);

степень засоления (для грунтов мокрых солончаков), %;

удельный вес g_г, г/см³.

В качестве дополнительной классификационной характеристики для неорганических слабых грунтов следует определять также гранулометрический состав.

На основе этих данных дополнительно вычисляют:

объемный вес скелета грунта g_ск, г/см³;

коэффициент пористости грунта в природном состоянии e₀;

коэффициент консистенции (для минеральных и органо-минеральных грунтов) B;

число пластичности (для минеральных и органо-минеральных грунтов) W_п.

32. Основными классификационными показателями являются:

а) для минеральных и органо-минеральных слабых грунтов - коэффициент консистенции В и число пластичности W_п;

б) для органических слабых грунтов - природная влажность W_пр, %, и степень разложения R, %.

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

При обработке данных по составу и состоянию грунта в пределах каждого слоя оценивается однородность данного слоя и уточняются границы однородных слоев в плане и по глубине. При этом за однородный слой принимается такой слой, в пределах которого значения основных классификационных показателей практически не выходят за рамки одной классификационной группы, определяемой табл. 1 - 5.

34. Однородность слоя оценивают путем построения графика рассеяния значений того или иного показателя (см. приложение 1, рис. 10 и 11), на который наносят границы классификационной группы. Слой считается однородным с точки зрения этого показателя, если не менее 90 % экспериментальных точек укладываются в пределах границы классификационной группы.

35. Для каждого однородного слоя устанавливают нормативное и расчетное значения каждого основного классификационного показателя, а затем и каждого показателя механических свойств.

Одновременно определяют нормативные и расчетные значения этих же показателей для отдельных расчетных поперечников, на которых отмечают более неблагоприятные значения показателей, чем средние значения для всего слоя.

36. Нормативные и расчетные значения показателей грунтов можно устанавливать упрощенным графоаналитическим способом или уточненным способом статистической обработки.

При упрощенном способе за нормативное значение характеристики принимается ее среднемедианное значение, устанавливаемое непосредственно по графику рассеяния. Расчетной характеристикой служит гарантированное значение, зависящее от числа опытных определений этой характеристики по предварительно построенной с помощью графика рассеяния интегральной кривой частоты ее отдельных значений в общем числе определений. При определении гарантированных значений следует руководствоваться графиком рис. 1.

Рис. 1. График для определения гарантированной частоты å_гар в зависимости от числа определений п показателей физико-механических свойств грунтов

При применении уточненного способа обработки результатов расчетные характеристики A_р грунта определяются как произведение нормативной характеристики А_н и коэффициента однородности К, а в необходимых случаях - и коэффициента условий работы

А_р = А_н × К.                                                               (1)

При этом за нормативное значение характеристики А_н принимается ее среднеарифметическое значение, установленное при числе определений не менее 6.

Коэффициент однородности непосредственно механических характеристик грунтов (сцепление, модуль деформации и т.п.) К определяется по данным испытаний грунтов по формуле:

                                                              (2а)

где  - среднеквадратичное отклонение;

A_i - отдельные значения данной характеристики;

n - число опытных определений (не менее 6).

При определении расчетных значений природной влажности, коэффициента консистенции и числа пластичности (для минеральных и органо-минеральных грунтов) коэффициент однородности вычисляют по формуле:

                                                              (2б)

37. Коэффициент консистенции минеральных и органо-минеральных грунтов В устанавливают по формуле:

где W_пр - природная влажность грунта, %;

W_р - предел раскатывания, %;

W_п - число пластичности, %.

По величине коэффициента консистенции устанавливается консистенция грунта в соответствии со следующими данными:

                      Консистенция                          В

Полутвердая................................................ 0 - 0,25

Тугопластичная....................................... 0,25 - 0,50

Мягкопластичная.................................... 0,50 - 0,75

Текучепластичная.................................... 0,75 - 1,00

Текучая........................................................ ³ 1,0

38. Объемный вес влажного грунта определяют опытным путем. Для слоев, расположенных ниже горизонта грунтовых вод, объемный вес грунта g_W допускается вычислять через значения удельного веса g_г и влажности W по формуле:

Объемный вес грунта с учетом взвешивания определяют по формулам:

для связных грунтов (включая торф):

для несвязного грунта (например, грунт песчаной насыпи):

где п - пористость грунта,

g_ск - объемный вес скелета грунта.

39. Показатели сопротивляемости грунтов сдвигу определяют на лабораторных приборах прямого сдвига и трехосного сжатия (j и с), а также путем испытаний грунта в условиях природного залегания с помощью крыльчатки (с_усл).

Сопротивляемость слабых грунтов сдвигу следует во всех случаях оценивать с учетом возможности их работы под нагрузкой от насыпи в течение того или иного времени в условиях незавершившейся консолидации.

Незавершившуюся консолидацию проще всего учесть, проводя испытания образцов по методу «плотность-влажность» (см. приложение 1, раздел 1).

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

40. Характеристики деформируемости грунтов для расчета осадок определяют из опытов на лабораторных компрессионных приборах и стабилометрах в соответствии с указаниями приложения 1, раздел 1.

Расчетную компрессионную кривую для каждого литологически однородного слоя определяют на основе средних характеристик сжимаемости образцов грунта, отобранных из этого слоя и имеющих показатели состава и состояния, близкие к расчетным значениям для данного слоя.

41. Коэффициент консолидации С_к устанавливают расчетным или опытным путем.

В первом случае его вычисляют по формуле:

где D - объемный вес воды;

а - коэффициент уплотнения, определяемый по компрессионной кривой ;

e_сp - средний коэффициент пористости, равный ;

K_ф - коэффициент фильтрации;

e₁ - коэффициент пористости грунта до приложения дополнительного сжимающего напряжения Dp = (p₂ - p₁);

e₂ - коэффициент пористости грунта после уплотнения его под дополнительным сжимающим напряжением.

Коэффициент фильтрации можно установить по результатам прямых испытаний на фильтрацию в лаборатории или в полевых условиях. Для ориентировочных расчетов допускается использовать табличные данные [22, 69 - 70].

Опытным путем коэффициент консолидации определяется непосредственно по данным лабораторных испытаний на консолидацию образцов грунта с ненарушенной структурой под соответствующими нагрузками и вычисляется по формуле:

где h - начальная высота образца, испытанного при одностороннем оттоке воды, или полувысота при двустороннем оттоке воды;

t_стаб - время практического завершения интенсивной части деформации.

В этом случае испытание обычно ведется под нагрузкой, близкой по величине к проектной.

42. Для более полной характеристики уплотняемости грунтов во времени следует применять метод испытания образцов различной высоты или при различных условиях оттока воды из образцов. В этом случае характеристикой уплотняемости грунта во времени служат непосредственно кривая осадки во времени образца заданной высоты, а также показатель консолидации n, определяемый из формулы:

где t₁ - время практической стабилизации деформации образца высотой h₁ (или образца с односторонним оттоком воды);

t₂ - время практической стабилизации деформации образца высотой h₂ (или образца с двухсторонним оттоком воды).

Испытания следует проводить под несколькими различными нагрузками, меньшими и большими проектной.

Порядок проведения испытаний на консолидацию и обработки результатов изложен в приложении 1.

III. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА НА УЧАСТКАХ СЛАБЫХ ГРУНТОВ

1. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ НАЗНАЧЕНИЯ КОНСТРУКЦИИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА НА УЧАСТКАХ СЛАБЫХ ГРУНТОВ

43. Конструкция земляного полотна на участках слабых грунтов может предусматривать:

а) полное удаление слабого грунта из основания насыпи и посадку ее на прочный подстилающий грунт;

б) сооружение насыпи непосредственно на слабом грунте с обоснованием конструкции и методов сооружения специальными инженерными расчетами.

Второй путь во многих случаях дает значительный экономический эффект, однако возможность применения этого решения должна быть надежно обоснована.

44. Проектирование земляного полотна на участках слабых грунтов в общем случае проводят в две стадии.

На стадии проектного задания выясняются принципиальная возможность и целесообразность использования слабого грунта в основании. Устанавливаются участки, где можно применить типовые решения и где требуется индивидуальное проектирование, в соответствии с действующими СНиП II-Д.1-62 и II-Д.5-62 и назначается конструкция земляного полотна. Конструкцию назначают на основе упрощенных методов расчета с использованием физико-механических характеристик грунтов, полученных, главным образом, непосредственно в полевых условиях, а также табличных данных (см. табл. 1 - 5) и результатов выборочных испытаний в лаборатории.

На стадии проектного задания все элементы конструкции окончательно назначают лишь в случае отказа от использования слабого грунта в основании. Если принимается решение об использовании слабого грунта в основании, то отдельные элементы конструкции, а в отдельных случаях и тип конструкции уточняют на стадии составления рабочих чертежей.

45. На стадии разработки рабочих чертежей составляют проекты на участки, для которых требуется индивидуальное проектирование. Составление индивидуальных проектов земляного полотна на участках слабых грунтов на стадии рабочего проектирования обязательно, независимо от общего установленного числа стадий проектирования дороги в целом во всех случаях, когда на стадии проектного задания выявлены принципиальная возможность и целесообразность использования слабого грунта в основании насыпи. В индивидуальном проекте уточняется конструкция земляного полотна, намеченная на стадии проектного задания, или решается вопрос о возможности применения более рациональной и более дешевой конструкции.

Выбор индивидуальной конструкции земляного полотна на участке слабых грунтов (насыпи на естественных основаниях, частичное или полное удаление слабого грунта или торфа в основании, насыпи на сланях с вертикальными песчаными дренами или дренажными прорезями в основании, с устройством берм, с посадкой на устойчивое минеральное основание и др., переход болота с помощью эстакады) должен обосновываться технико-экономическими расчетами.

При этом расчеты проводят используя более точные методы и уточненные значения механических характеристик грунтов, полученных при дополнительных испытаниях в поле и в лаборатории.

46. Проектирование особо сложных индивидуальных объектов земляного полотна, требующих выполнения большого объема специальных обследований, может проводиться в три стадии:

I - составление проектного задания;

II - разработка технического проекта;

III - рабочее проектирование.

47. При использовании слабых грунтов в основании насыпей необходимо учитывать в проекте возможность следующих видов деформаций:

а) деформаций, связанных с превышением касательными напряжениями, возникающими в основании насыпи от внешних нагрузок, прочности (сопротивляемости сдвигу) грунта основания. Указанные деформации проявляются в виде выдавливания или выпирания грунта основания в стороны, за пределы подошвы насыпи (нарушение устойчивости основания);

б) деформаций, связанных с воздействием на грунт основания нормальных (сжимающих) напряжений, которые возникают в основании от внешней нагрузки и вызывают сжатие (уплотнение) грунта и связанную с этим осадку основания - первичную (фильтрационную) и вторичную (пластическую);

в) упругих деформаций, которые возникают в результате воздействия на основание насыпи транспорта, движущегося по поверхности полотна, и вызывают при значительной их величине преждевременный износ верхнего строения пути железных дорог и дорожных одежд автомобильных дорог.

48. Для учета этих деформаций наряду с общими требованиями, предъявляемыми к земляному полотну железных и автомобильных дорог действующими СНиП, при проектировании насыпей на слабых грунтах должны быть соблюдены следующие специальные требования:

а) обеспечена устойчивость основания;

б) установлена и по мере возможности снижена величина осадки;

в) обеспечено завершение интенсивной части осадки в заданный срок;

г) исключены недопустимые упругие деформации насыпи при движении транспорта.

В задачу проектирования входит выбор наиболее рационального типа конструкции земляного полотна и методов обеспечения указанных специальных требований. Эти вопросы решаются на основе технико-экономического сравнения вариантов с учетом категории линии или автомобильной дороги, предполагаемых сроков строительства, типа основания по устойчивости, мощности слабой толщи и вида слагающих ее грунтов, уклона кровли пластов, подстилающих слабую толщу, и других инженерно-геологических условий, а также от протяженности участков со слабыми грунтами.

49. Необходимым условием, обеспечивающим возможность использования слабого грунта в основании проектируемой насыпи, является достаточная его устойчивость, в зависимости от которой следует различать три принципиальных типа оснований:

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

II - основания, для обеспечения устойчивости которых достаточно применение только мер технологического характера (соблюдение определенного режима отсыпки);

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

Методы оценки степени устойчивости основания и определения типа основания в зависимости от устойчивости на различных стадиях проекта изложены в пп. 57 - 178 настоящего раздела.

50. Недопустимые упругие деформации при использовании слабых грунтов в основании насыпи исключаются назначением определенной толщины насыпного слоя (с учетом осадки).

Минимальные толщины насыпного слоя для железных дорог указаны в табл. 6.

Таблицa 6

Минимальная толщина насыпного слоя для автомобильных дорог на участках торфяных болот устанавливается по табл. 7. В случае минеральных слабых грунтов значения, указанные в таблице, уменьшаются на 20 %, однако толщина насыпного слоя, как правило, не должна быть меньше 2 м.

Таблица 7

Примечание. Если слабый слой погребен под слоем прочного грунта, минимальная толщина насыпного слоя может быть соответственно уменьшена на толщину слоя прочного грунта.

51. Насыпи железных и автомобильных дорог на участках слабых грунтов, как правило, следует возводить из дренирующих грунтов.

Насыпи для железных дорог высотой 0,8 - 1,2 м должны возводиться из крупного и средней крупности песка, гравия, гальки и щебня.

При высоте насыпи над поверхностью более 1,2 м, кроме указанных грунтов, допускаются мелкие пылеватые пески, а также легкие супеси, содержащие более 50 % частиц крупнее 0,25 мм и менее 6 % глинистых частиц диаметром менее 0,005 мм.

В особых случаях, когда в районе проектируемой железнодорожной линии отсутствуют указанные грунты, могут быть использованы местные мелкие пылеватые пески и легкие супеси, содержащие менее 50 % частиц крупнее 0,25 мм, с усилением конструкции насыпи по индивидуальным проектам. Усиление конструкции заключается в проектировании насыпи высотой не менее 2,0 м, в уположении откосов, устройстве берм и придании большей плотности грунтам при коэффициенте уплотнения части насыпи, расположенной выше поверхности болота, не менее 0,95. Применение этих грунтов должно быть обосновано в проекте технико-экономическими расчетами.

Для насыпей высотой более 3 м допускаются глинистые грунты при условии устройства в основании насыпи капиллярного прерывателя из дренирующих грунтов.

Толщина слоя капиллярного прерывателя должна на 1,0 м превышать высоту капиллярного поднятия для используемого дренирующего грунта, а при обеспечении отвода воды от насыпи - на 0,5 м.

Для автомобильных дорог требования к грунтам верхней части земляного полотна определяются СНиП II-Д.5-62.

Нижнюю часть автодорожных насыпей, в особенности на торфяных болотах, рекомендуется устраивать из дренирующих грунтов в целях обеспечения устойчивости насыпи, ускорения осадки и исключения существенного нарушения режима болота.

При этом толщина слоя дренирующего грунта должна быть на 0,5 м больше расчетной величины осадки насыпи.

52. В исключительных случаях, если отсутствуют местные дренирующие грунты, допускается использовать в нижней части автодорожных насыпей глинистые грунты при соответствующих технико-экономических обоснованиях. При этом следует, как правило, предусматривать мероприятия по осушению слабой толщи.

53. Для проектирования земляного полотна на участках слабых грунтов должны быть известны следующие данные:

общая мощность слабых отложений и мощность и расположение отдельных слоев, расчетные значения физико-механических характеристик грунтов;

положение уровня грунтовых вод (с учетом возможных колебаний);

высота насыпи (рабочая отметка), ее геометрические параметры и объемный вес грунта, а также данные о других физико-механических свойствах грунта насыпи;

величина расчетной подвижной нагрузки.

54. При расчетах оснований земляного полотна железных и автомобильных дорог на участках слабых грунтов в общем случае учету подлежат усилия от веса насыпи, от верхнего строения пути (для железных дорог) и от подвижной нагрузки (в необходимых случаях).

Дополнительные усилия, возникающие в результате сейсмического воздействия, учитываются по специальным указаниям.

55. При проектировании железнодорожного земляного полотна различают три вида расчетных осевых и погонных нагрузок от воздействия локомотивов и подвижного состава (рис. 2, 3 и 4):

а) существующие нагрузки;

б) нагрузки ближайшей перспективы;

в) нагрузки отдаленной перспективы.

За максимальную скорость движения грузовых поездов в ближайшей перспективе следует принимать 100 км/ч, а рефрижераторных - 120 км/ч.

Максимальные скорости движения пассажирских поездов на отдельных ж.-д. линиях в ближайшей перспективе соответственно равны 120, 140 и 160 км/ч и в отдаленной перспективе - 200 - 250 км/ч.

Расчеты следует вести на нагрузки и скорости движения, планируемые на ближайшую перспективу.

Рекомендуется также проводить контрольные расчеты на нагрузки отдаленной перспективы. В этих расчетах используются характеристики грунтов основания, отвечающие состоянию их полного уплотнения под нагрузкой от веса насыпи.

Учет подвижной нагрузки осуществляется в соответствии с указаниями п. 62.

56. При проектировании земляного полотна автомобильных дорог подвижную нагрузку следует учитывать при расчете устойчивости, а также при расчете конечной величины осадки в том случае, когда полная толщина насыпного слоя (высота насыпи и осадка), определенная без учета подвижной нагрузки, оказывается менее 2,5 м, что практически может иметь место только при проектировании дорог с переходными типами покрытий (IV - V категорий).

Учет подвижной нагрузки осуществляется путем введения в расчет увеличенной высоты насыпи в соответствии с указаниями п. 62.

Рис. 2. Расчетные нагрузки электровозов

Рис. 3. Расчетные нагрузки тепловозов

Рис. 4. Расчетные нагрузки подвижного состава

2. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ НА СТАДИИ ПРОЕКТНОГО ЗАДАНИЯ

А. Общие положения

57. Основной задачей первой стадии проектирования является выяснение возможности использования на рассматриваемых участках слабой толщи грунта в качестве основания насыпи без удаления или с удалением какого-либо из слагающих ее слоев; выявление мест, где могут применяться типовые решения и где требуется индивидуальное проектирование; определение объема и стоимости работ в соответствии с действующими нормам СНиП II-Д.1-62 и СНиП II-Д.5-62.

58. Возможность использования слабой толщи в качестве основания устанавливается по степени ее устойчивости, характеризуемой величиной коэффициента безопасности, для определения которого необходимо провести расчет осадки и устойчивости (пп. 60 - 74).

По величине коэффициента безопасности устанавливаются тип основания в соответствии с указаниями п. 71 и группа возможных конструктивных и технологических решений, отвечающих этому типу.

59. Для проведения расчетов предварительно выделяют характерные участки с примерно одинаковыми инженерно-геологическими условиями и намечают расчетные поперечники.

За расчетные принимают те из поперечников с одинаковым геологическим строением слабой толщи, для которых установлены наиболее низкие расчетные значения физико-механических характеристик того или иного слоя. Кроме того, рассматривают поперечники с максимальной общей мощностью слабой толщи, максимальной мощностью наиболее слабого слоя (или слоев), максимальной высотой насыпи.

При этом учитываются также условия расположения наиболее слабых слоев. При наличии значительного уклона кровли подстилающих слабую толщу прочных грунтов в число расчетных поперечников включают и поперечники с максимальной величиной уклона поверхности этой кровли.

Б. Расчет и классификация оснований

60. Для оценки деформаций, которые могут возникнуть при возведении насыпи типового профиля на слабой толще без применения специальных конструктивных мер, требуется провести следующие расчеты:

а) определить величину конечной осадки, задавшись требуемой высотой насыпи в предположении обеспеченной устойчивости основания;

б) проверить устойчивость основания;

в) определить тип основания в зависимости от устойчивости.

а) Расчет осадки

61. Величина осадки S, м, на первой стадии проектирования ориентировочно определяется по формуле:

                                                     (3)

где Е - модуль деформации слабой толщи, т/м²;

g_н - объемный вес грунта насыпи, т/м³;

H_расч - расчетная мощность слабой толщи, м; устанавливается по табл. 8;

h_расч - расчетная высота насыпи, м;

 - объемный вес грунта насыпи ниже уровня грунтовых вод, т/м³;

h_г.в - расстояние от поверхности земли до горизонта грунтовых вод.

Расчетная высота насыпи h_расч определяется по формуле:

h_расч = h + h_в + h_п,

где h_п - толщина условного слоя грунта, эквивалентного по воздействию на подошву насыпи подвижной нагрузке;

h_в - толщина условного слоя грунта, заменяющего вес верхнего строения (для железных дорог), принимается равной 0,7 м;

h - высота насыпи (рабочая отметка).

Величина h_п определяется по формуле:

где р_п - величина расчетных напряжений в подошве насыпи от временной нагрузки, т/м².

62. Для расчета на первой стадии принимаются следующие значения напряжений от временной нагрузки в зависимости от категории железных дорог:

Категория железных дорог  р_п, кг/см²

I и II                                                  0

III                                                       0,1

IV                                                      0,12

Для автомобильных дорог р_п вводится в расчет осадки лишь в том случае, если общая толщина насыпи или толщина насыпи и слоя прочного грунта, перекрывающего слабый слой, оказывается меньше 2,5 м, что практически (см. табл. 7) может иметь место лишь на дорогах IV - V категорий с переходными типами одежд. В этих случаях предварительно осадку S¢ оценивают по формуле (3) без учета р_п, и, если оказывается, что h + S¢ < 2,5 м, расчет проводят снова, вводя значения р_п, определяемые в зависимости от величины h + S, полученной по формуле:

р_п = 0,2[2,5 - (h + S¢)], кг/см²,

где S¢, м, вычисляется без учета подвижной нагрузки по формуле (3).

63. При отсутствии грунтовых вод или при их глубоком залегании, а также в случае, когда осадка, вычисленная по формуле (3), окажется меньше h_г.в, для определения осадки применяется формула:

                                                          (4)

64. Если горизонт грунтовых вод совпадает с поверхностью земли, для расчета осадки применяют формулу (3) в виде:

                                                        (5)

65. При слоистом строении слабой толщи модуль деформации толщи в целом определяется по формуле:

где Е_i - модуль деформации i-го слоя;

H_i - мощность i-го слоя.

В расчет принимаются лишь слои, расположенные в пределах расчетной мощности слабой толщи, величина которой определяется в соответствии с указаниями п. 66.

66. Расчетная мощность слабой толщи принимается по табл. 8 в зависимости от отношения фактической мощности слабой толщи к полуширине насыпи по средней линии b_ср:

Таблица 8

б) Расчет устойчивости основания

67. Устойчивость основания оценивается по величине коэффициента безопасности.

Коэффициент безопасности для толщи (основания) в целом определяется минимальным значением коэффициентов стабильности, установленных для слагающих ее слоев .

Коэффициент стабильности для какого-либо слоя толщи определяется как отношение величины безопасной нагрузки p_без к проектной (расчетной) нагрузке р_расч:

                                                              (6)

Под безопасной нагрузкой для слоя понимается максимальная нагрузка на поверхности толщи, при которой в рассматриваемом слое еще не возникают зоны предельного равновесия.

Безопасная нагрузка определяется для каждого слоя толщи по формуле:

                                                              (7)

где с_усл - сопротивляемость сдвигу слоя грунта, определенная с помощью прибора лопастного типа в условиях природного залегания;

b₀ - некоторая функция проектного очертания насыпи, характеризуемого отношением 2a/B и относительной глубины расположения слоя V, определяемая по графику рис. 5.

За расчетное значение функции b₀ для данного слоя принимается ее максимальное значение в пределах этого слоя.

В тех случаях, когда отсутствуют данные испытаний лопастными приборами и используются табличные данные по сопротивляемости грунтов сдвигу в условиях консолидированных испытаний, необходимо в формулу (7) вместо с_усл подставлять величину сцепления, взятую из табл. 1 - 5, полагая j = 0°.

68. Величина расчетной действующей нагрузки определяется для двух возможных вариантов возведения насыпи:

а) при быстрой отсыпке насыпи с запасом на осадку, когда темп отсыпки опережает скорость осадки, в связи с чем не успевает проявиться эффект взвешивания нижней части насыпи:

р_расч = g_н(h_расч + S);                                                         (8)

б) при медленной отсыпке насыпи, когда интенсивность отсыпки соответствует скорости осадки и эффект взвешивания успевает проявиться:

                                          (9)

где g_н - объемный вес грунта насыпи;

 - то же ниже уровня грунтовых вод;

h_г.в - расстояние от поверхности грунта до горизонта грунтовых вод;

h_расч - расчетная высота насыпи.

Рис. 5. График функции b при j = 0°:

1 - 2a/B = 10,0; 2 - 2a/B = 3,0; 3 - 2а/B = 1; 4 - 2a/B = 0,6; 5 - 2a/B = 0,2

Величина h_расч устанавливается в соответствии с формулой (3) (п. 61). При этом для автомобильных дорог величина р_п, определяющая толщину условного слоя, эквивалентного по воздействию подвижной нагрузке, принимается равной:

При ширине земляного полотна, м                 10        12        15

р_п, кг/см²............................................................ 0,12     0,10     0,08

69. Если уровень грунтовых вод сильно колеблется, за расчетную величину h_г.в в формуле (9) необходимо принимать ее наибольшие значения (наиболее низкое положение грунтовых вод).

70. В соответствии с двумя возможными схемами сооружения насыпи определяют:

а) коэффициент безопасности при быстрой отсыпке насыпи ;

б) коэффициент безопасности при медленной отсыпке насыпи, .

При определении на I стадии проектирования коэффициента безопасности при медленной отсыпке насыпи повышение несущей способности основания в результате консолидации грунта не учитывается.

в) Определение типа основания в зависимости от устойчивости

71. В зависимости от величины коэффициентов безопасности, определенных для условии быстрой и медленной отсыпки, основание (в целом) относят к одному из трех типов в соответствии с табл. 9.

К I типу слабая толща относится в том случае, когда коэффициент безопасности при быстрой отсыпке насыпи больше или равен 1, т.е. имеется возможность использовать слабую толщу в качестве основания насыпи проектируемой высоты, не опасаясь нарушения устойчивости. Окончательно конструкцию и метод сооружения принимают с учетом результатов дополнительных лабораторных испытаний грунтов на компрессию и консолидацию и соответствующих расчетов, которые осуществляются на второй стадии проектирования.

К типу IIA слабую толщу можно отнести в том случае, когда коэффициент безопасности при быстрой отсыпке меньше 1, но при медленной отсыпке больше или равен 1. Тогда слабую толщу можно использовать в качестве основания, назначая определенный режим отсыпки, что входит в задачу второй стадии проектирования, на которой окончательно решается вопрос о конструкции и методе сооружения.

К типу IIБ слабую толщу относят в том случае, когда значение коэффициента устойчивости при расчете на медленную отсыпку оказывается в пределах от 0,99 до 0,20. Тогда вопрос о возможности использования слабого грунта в основании, а также о конструкции и методах сооружения насыпи решается на второй стадии проектирования на основе данных лабораторных испытаний и расчетов.

Таблица 9

Типы слабых оснований

Примечание. На первой стадии проектирования при определении  повышение сопротивляемости сдвигу в процессе уплотнения грунта основания под нагрузкой от веса насыпи не учитывается.

При разработке окончательной конструкции и методов сооружения насыпей на основаниях типов IIА, IIБ необходимо, кроме компрессионных и консолидационных, проводить сдвиговые лабораторные испытания (приложение 1).

К III типу толщу относят в том случае, если коэффициент безопасности даже при расчете на медленную отсыпку не превышает 0,2. В этом случае практически обычно невозможно обеспечить достаточную устойчивость основания и необходимо удалить слабый грунт (полностью или наиболее слабый слой) или изменить конструкцию насыпи.

72. При проектировании насыпей высотой до 3 м на торфяных болотах глубиной до 4 м без проведения испытаний грунтов лопастными приборами допускается устанавливать тип основания путем предварительного определения типа болота простейшими способами (визуально, по влажности и т.п.). Болота следует классифицировать в соответствии с табл. 10.

Таблица 10

Строительная классификация торфяных болот

^* Наименования групп приведены в табл. 1.

73. При использовании классификации болот для определения типа основания следует болота типа IA относить к первому типу оснований, болота типа IБ - ко второму типу оснований, а болота II и III типов - к третьему типу оснований.

Таблица 11

Классификация мокрых солончаков