Проектирование плавающих насыпей (возводимых непосредственно на поверхности болота)

24. Возможность применения плавающих насыпей ограничивается необходимостью соблюдения требований п. 4. Следует учитывать, что условия устойчивости и недопустимости значительных упругих просадок для плавающих насыпей в ряде случаев, особенно на болотах II типа, оказываются взаимно исключающими, т.к. увеличение высоты насыпи может привести к превышению несущей способности основания.

25. Толщина насыпного слоя определяется как сумма проектной высоты насыпи над окружающей поверхностью болота и величины осадки по осевому сечению земляного полотна. Толщина насыпного слоя должна быть такой, чтобы упругие просадки земляного полотна при движении транспорта не превышали допускаемой величины для данного типа покрытия. В табл. 4 приведены ориентировочные величины минимальной толщины насыпного слоя на болотах /без учета конструктивной толщины дорожной одежды/ по данным А.А. Ткаченко:

Таблица 4

Если на поверхности болота имеется естественный слой минерального грунта, требуемая мощность насыпного грунта может быть снижена на толщину природного минерального слоя.

27. Во всех случаях высота насыпи над поверхностью болота /после осадки/ должна быть не меньше, чем рекомендуется техническими нормативами из условия соблюдении водно-теплового режима.

28. Задавшись толщиной минерального слоя с учетом проектных отметок /но не ниже, чем по табл. 4/ следует проверить устойчивость основания на выдавливание.

На торфах I типа нарушение устойчивости основания может произойти вследствие выпирания при быстрой отсыпке высоких насыпей. В этом случае устойчивость основания следует проверять по формуле Прандтля, определяющей величину критической нагрузки на поверхность слабого грунта

(2)

где: Р_кр - нагрузка на основание насыпи, вызывающая разрушение;

С - сцепление;

j - угол внутрен. трения;

е - основание натур. логарифмов.

Значения j и С в формуле /2/ следует принимать для влажности, соответствующей природному состоянию грунта основания до начала загружения. В случае слоистого строения залежи j и С принимаются осредненные /пропорционально толщинам соответствующих слоев/.

29. Для повышения устойчивости слабых грунтов основания плавающей насыпи могут быть применены следующие мероприятия:

а) постепенная стадийная отсыпка насыпи,

б) устройство пригрузочных берм,

в) частичное выторфовывание.

30. Величина осадки насыпи, возведенной на торфяном основании I типа, определяется по формуле компрессионных показателей:

(3)

где: Н₀ - первоначальная мощность торфа под насыпью;

e₀ - начальный коэффициент пористости торфа

e_р - коэффициент пористости после уплотнения нагрузкой, соответствующей удельному давлению насыпи на основание /в осевом сечении/.

Показатель e_р определяется путем компрессионных испытаний.

В случае, если залежь имеет слоистое строение, коэффициенты e₀ и e_р определяются отдельно для каждого слоя. Полная осадка залежи будет равна сумме осадок отдельных слоев.

Если залежь включает слой текучей консистенции, считается, что под нагрузкой такой слой растекается и осадка залежи в целом увеличивается на толщину текучего слоя.

31. Объем грунта /на 1 п.м насыпи/, необходимый для компенсации объема просевшей части насыпи, подсчитывается по формуле:

(4)

где: В-ширина подошвы насыпи.

32. Длительность протекания интенсивной осадки насыпи за счет уплотнения торфа в основании приближенно определяется по формуле:

(5)

В случае слоистого строения залежи коэффициент консолидации принимается осредненный /пропорционально толщинам слоев/. Величина коэффициента консолидации определяется в соответствии с указаниями п. 16.

Скорость консолидации основания может быть повышена с помощью следующих мероприятий:

а) устройство вертикальных дрен и дренажных прорезей /см. гл.VII/;

б) устройство глубоких дренажных прорезей по обеим сторонам насыпи;

в) методом переменной дополнительной пригрузки.

33. С помощью временной дополнительной пригрузки возможно ускорение консолидации основания насыпи на болотах I типа в 7-8 раз. Метод временной пригрузки целесообразно применять при возможности вторичного использования грунта пригрузочного слоя. Толщину пригрузочного слоя следует принимать не менее половины толщины постоянного насыпного слоя.

При применении метода временной дополнительной пригрузки устойчивость основания на выпор подлежит обязательной проверке /см. п. 28/.

Расчет ускорения консолидации торфа в основании насыпи с временной пригрузкой проводится следующими этапами:

а) в соответствии с п. 30 определяется величина осадки от веса насыпи с пригрузкой (S₂);

б) таким же способом определяется величина осадки насыпи без пригрузки (S₁);

в) в соответствии с п. 32 определяется длительность стабилизации осадки основания от насыпи с пригрузкой t₂;

г) длительность уплотнения основания от веса насыпи с пригрузкой до той плотности, которая была бы достигнута уплотнением без пригрузки, определяется по формуле:

. (6)

При возможности проведения контроля в период строительства дороги, пригрузка снимается после того, как будет достигнута расчетная осадка насыпи от проектной высоты (S₁).

34. Нижняя часть плавающей насыпи должна быть устроена из дренирующих грунтов на высоту не менее расчетной величины осадки. К прочей части насыпи предъявляются обычные требования общие для всех типов земляного полотна в насыпях.

35. Придорожные кюветы проектируются в соответствии с рекомендациями «Альбома типовых поперечных профилей» Союздорпроект вып. 41. При невозможности соблюдения продольного уклона кюветов для отвода собираемой воды /не менее 0,005/ их устройство не рекомендуется.

5. Проектирование земляного полотна с полным выторфовыванием

36. Метод полного выторфовывания заключается в удалении слабого грунта из основания насыпи до плотных слоев минерального дна болота с немедленным заполнением выемки качественным привозным грунтом. При этом, необходимо соблюдение условия, чтобы подошва насыпи опиралась на кровлю плотных слоев всей своей площадью.

37. При проектировании выторфовывания следует стремиться к максимальной устойчивости земляного полотна за счет создания наиболее крутых откосов выемки. Угол откосов выемки назначается по данным полевых исследований /п. 16/. Ширина дна выемки не должна быть меньше ширины земляного полотна между бровками насыпи.

В целях обеспечения качества выторфовывания отметку дна выемки следует назначать на 10 - 15 см ниже дна болота.

38. При наличии продольного или поперечного уклона дна болота более 10% следует при механическом выторфовывании разрабатывать дно ступенями или же в случае малоустойчивых торфов производить наброску крупного камня с пониженной стороны /рис. 1 а, б/.

При взрывном способе выторфовывания наклонное дно следует вырабатывать штрабами /рис. 1 в/.

39. В зависимости от типа болота и объема работ выторфовывание может производиться следующими способами:

а) механическая разработка;

б) взрывы на выброс;

в) взрывание под насыпью;

г) гидравлическое выторфовывание;

д) посадка насыпи на дно болота с выдавливанием слабого грунта весом насыпи.

Примечание: Указания по технологии и организации выторфовывания различными методами см. СНиП III-Д. 5-62.

40. На болотах II и III типа земляное полотно, как правило, должно сооружаться способом выдавливания слабых слоев весом отсыпаемой насыпи. При этом должно быть также выполнено требование опирания всей подошвы насыпи на плотные слои минерального дна болота.

При наличии в верхней части болота плотных слоев торфа, последние должны быть удалены или разрыхлены механическими, взрывными или гидравлическими методами на ширину земляного полотна плюс две полосы с каждой стороны с шириной не меньшей, чем глубина болота. Если плотные слои составляют более половины глубины болота, для облегчения выдавливания следует предусмотреть устройство торфоприемников по обеим сторонам насыпи. Объем торфоприемников должен быть не меньше половины объема торфа подлежащего выдавливанию.

Минимальная высота насыпного слоя, необходимая для выдавливания слабого слоя определяется по формуле:

(7)

где: В-ширина насыпи по основанию

С - сцепление слабого слоя

Н_сл - мощность выдавливаемого слоя

- объемный вес грунта насыпи.

6. Проектирование земляного полотна с частичным выторфовыванием

41. Земляное полотно с частичным выторфовыванием следует назначать в случаях:

а) если плотность торфяной залежи увеличивается по глубине;

б) если на некоторой глубине болота имеется слой высокой пнистости, не позволяющий применить другие типы конструкций земляного полотна;

в) в целях ускорения консолидации основания.

К земляному полотну с частичным выторфовыванием предъявляются те же требования, что и к плавающим насыпям /гл. IV/.

42. Минимальная глубина замены торфа качественным минеральным грунтом должна быть такой, чтобы общая толщина насыпного слоя от верха оставляемого слоя торфа до проектной отметки была не меньше, чем это требуется по табл. 4.

43. Устойчивость основания насыпи против выдавливания при частичном выторфовывании следует проверять по формуле Герсеванова-Пузыревского:

(8)

где: Р_без - величина удельной нагрузки не вызывающая пластических деформаций основания;

В-ширина насыпи по основанию;

- объемный вес материала насыпи;

- объемный вес торфа в природном состоянии;

h_в - глубина удаления торфа;

j и С - угол внутреннего трения и сцепление торфа по лабораторным данным.

44. Величина осадки насыпи с частичным выторфовыванием за счет уплотнения оставшихся слоев торфа определяется так же, как и для плавающей насыпи /п. 30/.

45. Длительность интенсивной осадки насыпи за счет консолидации грунтов основания определяется так же, как и для плавающей насыпи /п. 82/.

При частичном выторфовывании скорость консолидации основания увеличивается пропорционально квадрату отношения полной глубины болота к мощности удаляемого торфа.

7. Земляное полотно с вертикальными дренами и дренажными прорезями

46. Вертикальное дренирование основания земляного полотна проводится с целью ускорения консолидации грунтов основания, повышения их устойчивости и снижения упругих осадок.

Ускорение консолидации основания вертикальными дренами или дренажными прорезями происходит за счет значительного сокращения пути фильтрации воды, отжимаемой из грунтовой массы при уплотнении весом насыпи. Вертикальные дрены позволяют ускорить осадку по сравнению с плавающей насыпью в десятки раз.

Вертикальные дрены или дренажные прорези быстро снимают напор, возникающий в порах водонасыщенного грунта после приложения внешней нагрузки. Поэтому сопротивление сдвигу основания с дренами возрастает значительно быстрее, чем без дренирования /практически - по мере отсыпки насыпи/.

Вертикальные дрены или дренажные прорези изменяют общую упругость массы болотного грунта, поэтому упругие просадки на поверхности земляного полотна с вертикальными дренами примерно в 3 раза ниже, чем без дрен.

47. При глубине болота до 3 м рекомендуется земляное полотно проектировать с дренажными прорезями, для устройства которых не требуется специального оборудования /прорези отрываются экскаватором/. Дренажные прорези могут устраиваться только в торфах, способных удерживать вертикальные откосы в течение времени, необходимого для заполнения траншеи песком.

Вертикальные дрены могут применяться при глубине болот более 2 м при мощности залежи свыше 8-10 м может оказаться целесообразным применение частично погруженных дрен. Однако, следует учитывать, что при неполном погружении дрен срок консолидации основания значительно возрастает.

Вертикальные дрены могут применяться в торфах I типа в уплотненных болотных грунтах типа II-А.

48. Дрены и прорези должны заполняться крупным или средним песком с коэффициентом фильтрации не менее 3 м/сутки. Нижняя часть насыпи на толщину не менее величины предполагаемой осадки также должна отсыпаться из песчаных грунтов с водопроницаемостью не менее 3 м/сутки.

49. Толщина насыпного слоя над торфом с вертикальными дренами или дренажными прорезями из условий требований снижения упругих деформаций может быть равной половине величины, требуемой по табл. 4, но не менее 2,5 м.

50. Осадка дорожной насыпи на торфах с вертикальными дренами определяется по формуле:

(9)

где первый член в скобках аналогичен формуле /3/ гл. IV п. 30, а второй представляет отношение квадрата диаметра дрены к квадрату расстояния между дренами /дрены располагаются в шахматном порядке/.

Если при проектировании возникает задача ограничения величины осадки, по формуле /9/, можно определить необходимое для этого расстояние между дренами.

51. Осадка земляного полотна на торфах с дренажными прорезями определяется по формуле:

(10)

где: L - расстояние между прорезями /в чистоте/,

a - ширина прорезей,

,

e₀, - начальный коэффициент пористости торфа;

e_р - коэффициент пористости торфа после уплотнения нагрузкой, равной удельному давлению в подошве насыпи.

По приведенной формуле можно определить расстояние между прорезями из условия заданной величины осадки.

52. Предварительно расстояние между дренами назначается по табл. 5 в зависимости от глубины залежи и плотности торфа. Диаметр дрен при этом может быть назначен от 35 до 50 см в зависимости от наличия оборудования. Срок стабилизации осадки принят - 4-6 мес.

Таблица 5

53. Расстояние между прорезями из расчета срока стабилизации осадки 4-6 мес. при ширине прорезей 0,7 м, глубине залежи от 1,5 до 3 м ориентировочно может быть принята:

болото I типа А - 2,4 м

I типа Б - 2,0 м

II типа А - 1,8 м

54. Ориентировочно назначенное расстояние между вертикальными дренами должно быть проверено и уточнено по данным лабораторных исследований. Расчет производится по номограмме, приведенной на рис. 2.

Рис. 1. Схема вариантов подготовки котлована выторфовывания при наклонном дне болота

Рис. 2. Номограмма для расчета оснований с вертикальными дренами

В случае если в результате проверки окажется, что степень консолидации основания за заданное время /при ориентировочно выбранных параметрах конструкции земляного полотна/ составляет меньше 90%, следует уменьшить расстояние между дренами.

Если на поверхности болота имеется уплотненный слой торфа или связного грунта, учитывать в расчетах вертикальную фильтрацию /U_в/ не следует.

Пример консолидационного расчета вертикальных дрен дан в приложении I.

Для проведения расчета необходимо знать:

глубину залежи - Н_Т (м)

коэффициент консолидации торфа при фильтрации в вертикальном направлении - С_в (м²/сут.)

коэффициент консолидации торфа при фильтрации в горизонтальном направлении - С_г (м²/сут.)

ориентировочно принятое расстояние между дренами - l (м)

заданное время 90% консолидации - t (сут.)

ориентировочно принятое отношение расстояния между дренами к их диаметру - п.

Вычислив , по правой шкале 5 определяется U_в% за заданное время t. Далее, на шкале 1 находится точка, соответствующая вычисленному значению , из которой через точку на шкале 2, соответствующую значению п, проводится прямая до шкалы 3. Точка пересечения даст величину U_г. Общая степень консолидации U_общ находится на шкале 4 в точке пересечения прямой соединяющей величины U_г на шкале 3 и U_в на шкале 5.

55. Проверка правильности назначенного расстояния между дренажными прорезями производится по графику на рис. 3.

Для расчета земляного полотна с дренажными прорезями необходимо знать: коэффициент консолидации слабого грунта - С, глубину залежи - Н, заданное время консолидации - t. По графику определяется - какая степень консолидации грунта основания будет достигнута за время t - при назначенном расстоянии между прорезями - l. Пример расчета см. в приложении 2.

В целях упрощения считается, что коэффициент консолидации одинаков как для вертикальной, так и для горизонтальной эксфильтрации.

В случае, если при назначенных параметрах конструкции степень консолидации основания в заданное время составляет меньше 90%, следует уменьшить расстояние между прорезями.

56. Примеры конструирования земляного полотна с вертикальными дренами и дренажными прорезями даны на рис. 4, 5.

Рис. 3. График для расчета расстояния между дренажными прорезями

Рис. 4

Рис. 5

Размещено на Allbest.ru