Материал: Проектирование автомобильных дорог. Ч. 1

Предельная нагрузка на грунт, вызывающая его выжимание изпод насыпи с горизонтальным основанием, например возведенных на накатнике из бревен, по Л. К. Юргенсону составляет

где с — сцепление грунта; В — ширина насыпи понизу; Я — толщина слоя ■слабого грунта.

Для повышения устойчивости насыпей против выпирания сла­ бых грунтов в основании предусматривают ряд мероприятий:

уменьшение собственного веса насыпи, что достигается возведе­ нием ее из легких материалов (керамзита, котельного шлака или торфа), сооружением ячеистой насыпи из тощего бетона на легком щебне, в котором устроены воздушные прослойки путем закладки поперек насыпи пластиковых труб, или уменьшением высоты насы­ пи с устройством в ней гидроизоляционных прослоек;

увеличение коэффициента заложения откосов до 1:5—1: 10, что снижает касательные напряжения в грунте основания;

отсыпка рядом с насыпью вдоль ее откосов берм, вес которых противодействует выжиманию боковых призм подстилающего грун­ та. Размеры берм могут быть рассчитаны по уравнению (14.8) ис­ ходя из нагрузки <7= 6А, обеспечивающей устойчивость;

прокладка дороги на эстакаде и передача веса насыпи на плот­ ный подстилающий грунт через свайное основание;

отсыпка насыпи на жесткий настил, равномерно распределяю­ щий давление насыпи на большую площадь и препятствующий не­ равномерному погружению нзсыпи в грунт с максимумом в сере­ дине. Считают, что при этом прочность основания увеличивается на 10—20%. Некоторое повышение жесткости нижней части насыпи и лротиводействие неравномерному погружению грунта насыпи в подстилающий грунт достигается также устройством под насыпью прослойки из нескольких слоев прочного синтетического материа­ ла — геотекстиля. Сопротивление заведенных в тело насыпи на до­ статочное расстояние концов полос геотекстиля препятствует обра­ зованию выпуклого очертания подошвы насыпи, способствующей ее погружению в слабое основание с выжиманием грунта в сто­ роны;

уменьшение толщины слоя слабого грунта путем удаления его верхней части на основе расчета по уравнению (14.7);

предварительное (до отсыпки) осушение основания в случае возможности отвода воды в сторону или с применением иглофиль­ тров. Этим повышаются сцепление и внутреннее трение грунта, а уплотнение основания под действием собственного веса проте­ кает более быстро;

постепенное замедленное возведение насыпи с учетом нара­ стания прочности слабого грунта по мере его уплотнения с вы­ жиманием воды весом насыпи. Эффективным средством ускоре­ ния осадки является устройство вертикальных дрен.

281

Целесообразность применения того или иного способа должна быть основана экономическим сравнением с наиболее распростра­ ненным и испытанным решением — удалением слабого грунта и отсыпкой насыпи на расположенный ниже плотный грунт. Если насыпь на слабом основании устойчива против выпирания, должна быть рассчитана ее осадка для оценки дополнительных объемов земляных работ, необходимых для компенсации сжатия.

14.6. Определение осадки насыпей

Расчет осадки насыпей от сжатия подстилающего грунта сво­ дится к суммированию деформаций отдельных слоев от верти­ кальных напряжений. При слабых грунтах происходит и частич­ ное выдавливание грунта в сторону, создающее дополнительную осадку, но способы точного учета этого явления еще не разра­ ботаны.

Вертикальное нормальное напряжение от веса дорожной на­ сыпи в подстилающем грунте (см. рис. 14.11):

р

При расчетах осадки насыпей сжатие грунтового основания вычисляют в пределах ограниченного по глубине слоя грунта (активной зоны), условно принимая, что сжатие грунта прекра­ щается на глубине, на которой напряжения, вызываемые весом насыпи, становятся менее 0,2 от давления собственного веса грунтового основания 6Z. При сильно деформируемых грунтах целесообразнее принимать az=0,16z.

При подсчете давления от собственного веса грунта для слоев, расположенных ниже уровня грунтовых вод, а также в зоне пол­ ного капиллярного водонасыщения грунта ниже уровня менисков, учитывается взвешивающее действие воды. В этом случае плот­ ность грунта приближенно принимают равной 1 г/см3.

Осадку определяют суммированием деформаций отдельных слоев грунта, в пределах которых напряженное состояние и харак­ теристики деформации грунта (модуль деформации, параметры компрессионной зависимости) могут быть приняты постоянными. При этом фактическая эпюра распределения давления заменяется ступенчатой (рис. 14.14). Толщина выделяемых слоев не должна превышать 0,4 ширины насыпи понизу.

Сжимаемость сравнительно плотных грунтов характеризуют модулем деформации, значение которого определяют испытанием пробными нагрузками. В этом случае сжатие выделенного слоя толщиной h

АА = haz/ E rp,

282

Рис. 14.14. Расчетная схема Пычнслення осадки от сжатия грунта под на­ сыпью:

ния расположенных ниже слоев грунта

а общая осадка дорожной насыпи составляет

деформацию нижерасполойсенных слоев грунта.

При вычислении осадок насыпей на сильно деформируемых грунтах, например на торфяниках или рыхлых грунтах, отсыпан­ ных при вертикальной планировке местности, приходится учиты­ вать нелинейность их деформаций, используя определяемые при испытании параметры уравнения компрессионной кривой по проф. Н. Н. Иванову, имеющий в единицах СИ вид

где в2 — коэффициент пористости при давлении р 2, МПа; во — коэффициент пористости при давлении р = 0 ,1 , МПа; А — коэффициент, характеризующий сжимаемость грунта и не зависящий от нагрузки.

Для.песков и супесей ео=0,4-^0,5 и А =25^-75, для суглинков «о>0,65 и А= 10-7-15. У торфов в зависимости от их коэффициен­ тов разжиженности значения ео составляют от 4 до 75, а 4 — от 10 до 4.

Сжатие слоя грунта толщиной ff при возрастании нагруэкй с Р\ до р2 составляет

Если основание состоит из нескольких слоев, различающихся ло деформируемости, или если мощность основания такова, что

283

необходимо учитывать затухание напряжений по глубине, общая осадка вычисляется суммированием сжатий слоев:

Для насыпей, отсыпанных на торфяном основании, необходимо учитывать возможность упругих колебаний насыпей при проезде автомобилей.

Эти колебания могут вызвать образование трещин в покрытиях и их быстрое разрушение.

Считается, что упругая деформация оставленного под на­ сыпью слоя торфа не должна превышать 0,5 см. Для этого отно­ шение толщины насыпного слоя грунта к толщине оставленного под насыпью слоя слабого грунта Н должно быть: не менее 2 (при Н= 1 м); 0,5 (при Н = 6 м) для одежд капитального и облег­ ченного типов и соответственно 1,2 и 0,4 —для одежд переходного типа.

14.7. Расчет скорости осадки насыпей

Уплотнение водонасыщенных грунтов под насыпью протекает замедленно. Скорость деформации зависит от коэффициента филь­ трации грунта, которая может колебаться в широких пределах. Так, например, для торфов в зависимости от их состава и сте­ пени разложенности коэффициент фильтрации составляет от М О -3 до 1-10"7 см/с.

Скорость осадки сооружений на торфяных и илистых основа­ ниях может быть определена по формулам теории уплотнения во времени водонасыщенных грунтов (теории фильтрационной кон­ солидации). Эта теория в ее простейших формулировках рас­ сматривает замедленное во времени сжатие водонасыщенного грунта, происходящее в результате выжимания воды давлением внешней нагрузки. При этом предполагается, что напряжения в сжимаемом слое постоянны по глубине, а нагрузка передается через большую площадку, меньшая из сторон которой в 3—4 раза превышает толщину сжимаемого слоя. Вода выжимается по крат­ чайшему расстоянию в вертикальном направлении и удаляется

при водонепроницаемых насыпях и дне болота, когда фильтрация происходит в поперечном направлении. В этом случае необходимо использовать более слож­ ные закономерности механики грунтов, разработанные проф. В. А. Флориным (см. Основы механики грунтов, т. II. М.: Госстройиздат, 1962).

284