База нормативной документации: www.complexdoc.ru
увязка проектных отметок в местах сопряжения участков продольного профиля при встречном проектировании;
сопряжение двух вертикальных кривых прямым участком профиля, совпадающего с общей с ним касательной;
проектирование прямого участка продольного профиля из заданной точки, совпадающего с касательной к вертикальной кривой заданного радиуса и т.д.
ГЛАВА 11. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
11.1. Элементы земляного полотна и общие требования к нему
Основные элементы земляного полотна представлены на рис. 11.1:
Рис. 11.1. Элементы земляного полотна:
а - насыпь; б - выемка; 1 - верхняя часть земляного полотна (рабочий слой); 2 - откосные части; 3 - основание насыпи; 3¢ - основание выемки; 4 - ядро насыпи; До - дорожная одежда; Об - обочина
верхняя часть земляного полотна 1 (рабочий слой) - зона, ограниченная по высоте снизу глубиной, равной 2/3 глубины промерзания, но не менее 1,5 м, считая от верха покрытия; для выемок, участков с нулевыми отметками или низких насыпей в рабочий слой могут попадать грунты в природном залегании с ненарушенной структурой;
откосная часть 2 - зоны, ограниченные поверхностями откосов и вертикалями, проходящими через бровки насыпей или выемок; снизу откосные зоны ограничены основанием насыпи или выемки;
ядро насыпи 4 - зона, расположенная ниже рабочего слоя и ограниченная снизу основанием насыпи, а с боков - вертикалями, проходящими через бровки насыпи;
основание насыпи 3 - зона, расположенная под насыпью в пределах естественной грунтовой толщи; мощность основания, принимаемую в расчет,
377
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
устанавливают в зависимости от инженерно-геологических условий, в частности - от свойств грунтов, но не менее ширины насыпи по низу;
основание выемки 3' - зона, расположенная ниже нижней границы рабочего слоя; мощность основания, учитываемую при проектировании, устанавливают в зависимости от инженерно-геологических особенностей грунтового массива и может достигать размера, равного заложению откоса.
В состав земляного полотна входят также система поверхностного водоотвода (лотки, кюветы, канавы) и различного типа специальные удерживающие и поддерживающие конструкции, предназначенные для обеспечения устойчивости самого земляного полотна или склонов, на которых оно расположено.
Земляное полотно должно быть прочным, устойчивым и стабильным, т.е. его элементы не должны разрушаться или давать деформации, недопустимые с точки зрения нормальных условий эксплуатации дороги с учетом условий и срока ее службы.
Для обеспечения устойчивости различных элементов земляного полотна предусматривают соответствующие мероприятия, отвечающие механизму нарушения прочности и устойчивости данного элемента. В число таких мероприятий входят: соответствующий выбор грунтов для насыпей; обеспечение правильного расположения и требуемой степени уплотнения грунта; защита грунта от источников увлажнения устройством дренажей, гидроизоляции и т.д.; защита от опасных температурных воздействий, от эрозии, волновых воздействий, правильного назначения геометрических параметров, конструкции поперечного сечения, а также высоты насыпей и глубины выемок. Указанные мероприятия необходимо проводить комплексно с учетом местных условий, а также категории дороги, типа дорожной одежды и др.
Земляное полотно устраивают в виде насыпей или в выемках. Высоту насыпей и глубину выемок определяют в результате проектирования продольного профиля. Наиболее рациональное решение при сложном рельефе получают при проектировании продольного профиля совместно с земляным полотном.
При назначении конструкции земляного полотна учитывают категорию дороги, тип дорожной одежды, высоту насыпи или глубину выемки, свойства грунтов, используемых в земляном полотне, особенности инженерно-геологических условий того или иного участка дороги (характер и условия залегания грунтов, наличие подземных и поверхностных вод, возможное влияние опасных геологических процессов и т.д.), комплекс природных особенностей района строительства. Кроме того, учитывают условия производства работ (сезонность, наличие строительной техники, сроки производства работ и т.д.), а также опыт эксплуатации дорог в данном районе.
378
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Геометрическая форма земляного полотна и его конструкция должны способствовать незаносимости дороги снегом, безопасности движения, а также отвечать эстетическим и экологическим требованиям.
При проектировании применяют либо типовые конструкции земляного полотна либо индивидуальные решения. В ряде случаев используют типовые конструкции с индивидуальной привязкой, при которой уточняют некоторые параметры (например, осадку основания насыпи и т.д.). Для типовых решений головные проектные организации разрабатывают альбомы типовых конструкций.
Индивидуальные решения или индивидуальную привязку типовых решений осуществляют во всех случаях, когда необходимы проверка устойчивости откосов или склона, на котором расположено земляное полотно, оценка устойчивости или деформаций основания насыпи, учет возможных осадок за счет доуплотнения во времени слоев грунта самой насыпи, меры по защите земляного полотна от опасных геологических процессов, специальный учет неблагоприятных свойств особых грунтов, в случаях применения нетрадиционных конструктивных мер и т.д.
Для насыпей такие решения необходимы в следующих случаях:
при их высоте более 12 м;
на участках временного подтопления, а также при пересечении постоянных водотоков и водоемов;
при наличии слабых оснований или оснований, сложенных просадочными грунтами;
на болотах глубиной более 4 м при применении выторфовывания;
на болотах при поперечном уклоне минерального дна болота более 1:10;
при использовании в насыпях грунтов повышенной влажности; при недостаточном возвышении земляного полотна над уровнем грунтовых или поверхностных вод (низкие насыпи и так называемые «нулевые места»);
при применении конструкции земляного полотна со специальными прослойками (термоизолирующими, гидроизолирующими, армирующими и т.д.) или при специальном поперечном профиле (откосы повышенной крутизны, сложный поперечный профиль и т.п.);
при использовании в насыпи грунтов особых разновидностей.
Индивидуальные решения для выемок применяют:
379
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
при глубине выемок более 12 м в нескальных и 16 м в скальных грунтах при благоприятных инженерно-геологических условиях;
при слоистой толще с наклоном пластов в сторону проезжей части;
в случае наличия водоносных горизонтов в основании выемки или водоносных горизонтов, вскрываемых выемкой;
при глинистых грунтах с коэффициентом консистенции более 0,5;
при глубине выемок более 6 м в глинистых и пылеватых грунтах в районах избыточного увлажнения и сезонного промерзания;
вглинистых и скальных размягчаемых грунтах, теряющих прочность под воздействием погодно-климатических факторов;
внабухающих грунтах при опасности их увлажнения.
Наряду с этим индивидуальные решения применяют также во всех случаях сооружения земляного полотна в сложных инженерно-геологических условиях: на косогорах круче 1:3, при наличии или возможности развития опасных геологических процессов (оползни, обвалы, карст, осыпи, сели, снежные лавины, наледи, вечная мерзлота или подземный лед и т.д.).
Индивидуально проектируют также земляное полотно, сооружаемое взрывными методами и средствами гидромеханизации.
11.2. Грунты для сооружения земляного полотна
Грунты при проектировании земляного полотна классифицируют в соответствии с общей инженерно-геологической классификацией грунтов согласно ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация». При этом выделяют четыре класса грунтов:
I класс природных скальных грунтов с жесткими структурными связями (кристаллизационными или цементационными);
II класс природных дисперсных грунтов с водноколлоидными и механическими структурными связями;
III класс природных мерзлых грунтов с криогенными структурными связями;
IV класс техногенных (скальных, дисперсных и мерзлых) грунтов с различными структурными связями.
380
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Вклассе природных скальных грунтов выделяют группы (скальные и полускальные), подгруппы (по генезису), типы (по минералогическому составу), виды (по наименованию) и разновидности (по прочности, плотности, выветрелости, размягчаемости, водопроницаемости, засоленности, структуре и текстуре, температуре).
Вклассе природных дисперсных грунтов выделены группы (по связности), типы (по минералогическому составу и содержанию органики), виды (по наименованию)
иразновидности (по зерновому составу, его неоднородности, по числу пластичности, по наличию включений, по показателю текучести, по набухаемости, по просадочности, степени водонасыщения, коэффициенту пористости и степени плотности, по выветрелости, по истираемости, по содержанию органических веществ, по степени разложения, по степени зольности, по степени засоленности, по пучинистости при промерзании, по температуре).
Вклассе природных мерзлых грунтов различают группы (по характеру структурных связей), подгруппы (по генезису), типы (по названию), виды и разновидности (по льдистости за счет видимых ледяных включений, температурнопрочностным свойствам, степени засоленности и криогенной текстуре).
Вклассе техногенных грунтов различают грунты (по характеру структурных связей), подгруппы (по особенностям образования), типы, виды и разновидности (как соответствующие разновидности классов природных грунтов с учетом специфических особенностей и свойств техногенных грунтов).
Вклассе природных дисперсных грунтов в качестве видов выделяют:
глинистые грунты;
илы, сапропели, заторфованные грунты;
торфы и другие органические грунты;
пески, крупнообломочные грунты.
Крупнообломочный грунт - несвязный минеральный грунт, в котором масса частиц размером крупнее 2 мм составляет более 50 %.
По гранулометрическому составу крупнообломочные грунты делят на разновидности:
валунный (при преобладании неокатанных частиц - глыбовый) - при массе частиц крупнее 200 мм более 50 %;
381
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
галечниковый (при преобладании неокатанных частиц - щебенистый) - масса частиц крупнее 10 мм более 50 %:
гравийный (при преобладании неокатанных частиц - дресвяный) - масса частиц крупнее 2 мм более 50 %.
Песок - несвязный минеральный грунт, в котором масса частиц размером меньше 2 мм составляет более 50 %.
Различают пески:
гравелистый - масса частиц крупнее 2 мм более 25 %;
крупный - масса частиц крупнее 0,5 мм более 50 %;
средней крупности - масса частиц крупнее 0,25 мм более 50 %;
мелкий - масса частиц крупнее 0,1 мм 75 % и более;
пылеватыймасса частиц крупнее 0,1 мм менее 75 %.
По степени неоднородности гранулометрического состава крупнообломочных грунтов и песков различают: однородный Си < 3; неоднородный Си > 3 (Си - коэффициент неоднородности - отношение диаметра частиц, меньше которого в грунте содержится более 60 % частиц, к диаметру, меньше которого содержится 10 % частиц по массе).
Глинистый грунт - связный минеральный грунт, обладающий числом пластичности более 1.
Глинистые грунты делятся на разновидности: супеси - с числом пластичности от 1 до 7; суглинки-с числом пластичности от 7 до 17; глины - с числом пластичности более 17.
Супеси, суглинки и глины делят по содержанию песчаных частиц (2-0,5 мм), по наличию крупнообломочных включений и по относительному содержанию органических веществ.
Глинистые грунты делят на разновидности по показателю текучести (консистенции), по относительному набуханию, по относительной просадочности, по степени засоления, по температуре и льдистости, по степени цементации льдом.
В число дисперсных связных грунтов входят также виды: сапропели, илы, заторфованные грунты и торфы. Внутри выделяются соответствующие разновидности по особенностям состава и состояния.
382
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Наряду с использованием общей инженерно-геологической классификации применяют дополнительно отраслевые классификации грунтов по отдельным признакам, важным с точки зрения проектирования земляного полотна (табл. 11.1 - 11.9). При различиях в отражении этих признаков в общей классификации и в отраслевой в расчет принимают отраслевую классификацию.
При оценке грунтов, используемых в дорожном строительстве, наряду с обычными грунтами, представленными в основном четвертичными отложениями, выделяют особые грунты, которые обладают специфическими свойствами, требующими дополнительного учета при проектировании.
К особым грунтам относят: торфяные и заторфованные грунты, сапропели, илы, иольдиевые глины, лёссы, аргиллиты и алевролиты, мергели, глинистые мергели и мергелистые глины, трепел, тальковые и пирофиллитовые грунты, дочетвертичные глинистые грунты, глинистые сланцы и сланцевые глины, черноземы, барханные пески, техногенные грунты (отходы промышленности).
При использовании обычных грунтов в типовых случаях проектные решения принимают на основе оценки грунтов по составу и состоянию с выходом на количественные показатели физико-механических свойств по табличным данным (классификации и типизации), приводимым в соответствующих нормативных документах.
При использовании особых грунтов, независимо от того относится ли конструкция земляного полотна по своим геометрическим параметрам к типовому или индивидуальному случаю, требуются дополнительные данные, отражающие особенности их свойств и специфику их поведения в том или ином элементе земляного полотна. Такие оценки делают на основе непосредственных испытаний конкретного грунта или по специальным типизациям, обобщающим изучение свойств того или иного особого грунта.
Таблица 11.1.
Разновидности глинистых грунтов, используемых в рабочем слое земляного полотна автомобильных дорог
Разновидности |
Показатели |
|
|
Содержание песчаных частиц, % по массе |
Число пластичности |
Супесь: |
|
|
383
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
легкая крупная |
Более 50 |
1-7 |
легкая |
Более 50 |
1-7 |
пылеватая |
50-20 |
1-7 |
тяжелая пылеватая |
Менее 20 |
1-7 |
Суглинок: |
|
|
легкий |
Более 40 |
7-12 |
легкий пылеватый |
Менее 40 |
7-12 |
тяжелый |
Более 40 |
12-17 |
Глина: |
|
|
песчанистая |
Более 40 |
17-27 |
пылеватая |
Менее 40 |
17-27 |
жирная |
Не нормируется |
Более 27 |
П р и м е ч а н и я: 1. Для супесей легких крупных учитывается содержание песчаных частиц размером 2-0,25 мм, 2. При содержании в грунте 2050 % (по массе) частиц крупнее 2 мм к названию видов глинистых грунтов, устанавливаемых по табл. 11.1, добавляется слово «гравелистый» (при окатанных частицах) или «щебенистый» (при неокатанных частицах).
Таблица 11.2.
Разновидности грунта, используемого в земляном полотне, по степени засоления
384
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Суммарное содержание легкорастворимых солей, % от массы сухого грунта
Разновидность |
|
|
грунта |
Хлоридное, сульфатно-хлоридное |
Сульфатное, хлоридно-сульфатное. |
|
||
|
засоление |
Содовое засоление |
|
0,5-2,0 |
0,5-1,0 |
Слабозасоленные |
|
|
|
0,3-1,0 |
0,3-0,5 |
|
2,0-5,0 |
1,0-3,0 |
Среднезасоленные |
|
|
|
1,0-5,0 |
0,5-2,0 |
|
5,0-10,0 |
3,0-8,0 |
Сильнозасоленные |
|
|
|
5,0-8,0 |
2,0-5,0 |
Избыточно |
>8,0 |
>8,0 |
|
|
|
засоленные |
>10,0 |
>5,0 |
|
Пр и м е ч а н и е. В числителе даны значения для V дорожно-климатической зоны, в знаменателе
-для остальных зон.
Таблица 11.3.
Разновидности грунта, используемого в рабочем слое, по просадочности при замачивании
Разновидность |
Коэффициент |
Относительная деформация просадки, % от толщины |
грунта |
уплотнения |
слоя промачивания |
Непросадочный |
Более 0,92-0,95 |
Менее 2 |
Слабопросадочный |
0,85-0,91 |
2-7 |
385
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Просадочный |
0,80-0,84 |
8-12 |
Сильнопросадочный |
Менее 0,75-0,79 |
Более 12-15 |
П р и м е ч а н и е. Классификация не распространяется на скальные водоустойчивые грунты и грунты с включением водонерастворимых цементирующих веществ, просадочность которых оценивают поданным лабораторных испытаний.
Таблица 11.4.
Разновидности грунта, используемого в рабочем слое, по набухаемости
Разновидности грунта по набухаемости (при |
Относительная деформация набухания, % от |
влажности 0,5 wо) |
толщины слоя увлажнения |
Ненабухающие |
Менее 2 |
Слабонабухающие |
2-4 |
Средненабухающие |
5-10 |
Сильнонабухающие |
Более 10 |
П р и м е ч а н и е. wо - оптимальная влажность.
Таблица 11.5.
Классификация грунтов, используемых в верхней части земляного полотна, по степени пучинистости при промерзании
Группы грунта по степени |
Наименование грунта по |
Относительное морозное |
пучинистости |
пучинистости |
пучение образца |
I |
Непучинистый |
< 1 |
II |
Слабопучинистый |
1 -4 |
386
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
III |
Пучинистый |
4-7 |
IV |
Сильнопучинистый |
7-10 |
V |
Чрезмерно пучинистый |
> 10 |
П р и м е ч а н и я: 1. Испытание на пучинистость при промерзании грунта. Допускается группу грунта по степени пучинистости при промерзании определять по табл. 11.6 без испытаний в лаборатории по специальной методике с подтоком воды.
2. При оценке морозного пучения расчетом испытание грунтов на интенсивность морозного пучения ведут по специальной методике.
Таблица 11.6.
Группы грунтов по степени пучинистости.
Грунты
Песок гравелистый, крупный и средней крупности с содержанием частиц мельче 0,05 мм до 2 %
Песок гравелистый, крупный, средней крупности и мелкий с содержанием частиц мельче 0,05 мм до 15 %
Супесь легкая крупная
Группа по степени пучинистости
I
II
Супесь легкая, суглинок легкий и тяжелый |
III |
Песок пылеватый, супесь пылеватая, суглинок тяжелый пылеватый |
IV |
Супесь тяжелая пылеватая, суглинок легкий пылеватый |
V |
387
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
П р и м е ч а н и е. Коэффициент морозного пучения щебенистых, гравелистых, дресвяных песков при содержании частиц мельче 0,05 мм свыше 15 % ориентировочно принимают как для пылеватого песка и проверяют в лаборатории.
Таблица 11.7.
Ориентировочные значения морозного пучения земляного полотна
Грунт рабочего слоя
Песок: гравелистый, крупный и средней крупности с содержанием частиц мельче 0,05 мм до 2 %
гравелистый, крупный и средней крупности с содержанием частиц мельче 0,05 мм до 15 %
мелкий с содержанием частиц мельче 0,05 мм до
2 %
мелкий с содержанием частиц мельче 0,05 мм менее 15 %
пылеватый
Среднее значение относительного морозного пучения зоны промерзания при ее глубине 1,6 м
1
1
1
1-2
1
1-2
1-2
2-4
2-4
7-10
Супесь: |
1-2 |
легкая крупная |
2-4 |
легкая |
1-2 |
388
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
|
4-7 |
Супесь: |
2-4 |
пылеватая |
7-10 |
|
4-7 |
тяжелая пылеватая |
|
|
10 |
Суглинок: |
2-4 |
легкий |
4-7 |
|
4-7 |
легкий пылеватый
10
2-4
тяжелый
4-7
2-4
тяжелый пылеватый
7-10
2-4
Глины
4-7
П р и м е ч а н и е. Числитель - при 1-й схеме увлажнения верхней части земляного полотна (по табл. 11.12). Знаменатель - при 2-й и 3-й схемах.
Таблица 11.8.
Классификация грунтов, используемых в земляном полотне, по степени увлажнения
389
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Разновидность грунта по степени увлажнения |
Влажность |
Недоувлажненные |
Менее wo |
Грунты нормальной влажности |
От 0,9 wo до wдоп |
Повышенной влажности |
От wдоп до wпр |
Переувлажненные |
Более wпр |
П р и м е ч а н и е: wo - оптимальная влажность: wпр - максимально возможная влажность грунта при коэффициенте уплотнения 0,9; wдоп - максимальная влажность, при которой обеспечивается еще возможность уплотнения грунта до требуемого нормами коэффициента уплотнения.
Таблица 11.9.
Определение допустимой влажности в зависимости от состава грунта
|
Допустимая влажность wдоп в долях от оптимальной при |
||||
|
требуемом коэффициенте уплотнения грунта |
||||
Виды грунтов по составу |
|
|
|
|
|
|
1,02-1,0 |
1,0-0,98 |
0,95 |
до 0,90 |
|
Пески пылеватые, супеси легкие |
1,30 |
1,35 |
1,60 |
1,60 |
|
крупные |
|||||
|
|
|
|
||
Супеси легкие и пылеватые |
1,20 |
1,25 |
1,35 |
1,60 |
|
Супеси тяжелые пылеватые, суглинки |
1,0-1,10 |
1,15 |
1,30 |
1,50 |
|
легкие и легкие пылеватые |
|||||
|
|
|
|
||
Суглинки тяжелые и тяжелые |
0,95-1,0 |
1.05 |
1,20 |
1,30 |
|
пылеватые, глина |
|||||
|
|
|
|
||
П р и м е ч а н и я. 1. При возведении насыпей из непылеватых песков в летних условиях допустимая влажность не ограничивается.
390