Рекомендации по проектированию и устройству свайных фундаментов на пучинистых грунтах

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ВСЕСОЮЗНЫЙ ДОРОЖНЫЙ
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
СОЮЗДОРНИИ
МЕТОДИЧЕСКИЕ
РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО РАЗРАБОТКЕ ВЫЕМОК В ГЛИНИСТЫХ ГРУНТАХ
ВЛАЖНОСТЬЮ ВЫШЕ ОПТИМАЛЬНОЙ И ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ЭТИХ ГРУНТОВ ДЛЯ ВОЗВЕДЕНИЯ НАСЫПЕЙ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
ВО II и III ДОРОЖНО-КЛИМАТИЧЕСКИХ ЗОНАХ
Утверждены зам. директора Союздорнии
канд. техн. наук В. М. Юмашевым
Одобрены Главным техническим управлением
(письмо № 37-03-105/14 от 18.02.87 г.)

Составлены на основе исследований Союздорнии, выполненных в целях комплексного подхода к проектированию и строительству автомобильных дорог с использованием глинистых грунтов, влажность которых выше оптимальной, для повышения качества и надежности строительства.
Приведены требования к назначению допустимых коэффициентов увлажнения глинистых грунтов при их использовании в насыпях. Даны рекомендации по инженерно-геологической оценке грунтов, залегающих в выемках. Рассмотрены требования к рабочей документации по проектированию выемок и насыпей из грунтов повышенной влажности. Разработаны принципы назначения конструкций земляного полотна из грунтов с влажностью выше оптимальной, а также приведены типовые и индивидуальные конструкции.
Для индивидуальных решений предложена комплексная оценка устойчивости и стабильности земляного полотна насыпей и выемок, на основе которой, рекомендуется назначать конструктивные мероприятия для обеспечения надежности насыпей из грунтов повышенной влажности, а также допустимые коэффициенты увлажнения. Рассмотрены особенности организации и технологии сооружения земляного полотна из грунтов повышенной влажности с учетом выбора машин и снижения их производительности; даны мелиоративные и конструктивные решения по осушению грунтов повышенной влажности и переувлажненных.
Предисловие
Настоящие Методические рекомендации разработаны в соответствии с планом научно-исследовательских работ по теме 3Р-86-02.02 и предназначены для использования при проектировании и строительстве земляного полотна автомобильных дорог из местных глинистых грунтов с влажностью выше оптимальной во II и III дорожно-климатических зонах.
Методические рекомендации составлены на основе и в развитие СНиП 2.05.02-85 и СНиП 3.06.03-86 с учетом выполненных теоретических и экспериментальных работ, полевых обследований автомобильных дорог во II и III дорожно-климатических зонах, а также отечественного и зарубежного опыта строительства. В разработанный документ включены новые решения по инженерно-геологической оценке грунтов, залегающих в выемках; предложен комплексный подход к проектированию и назначению типовых и индивидуальных конструкций земляного полотна в зависимости от его типа, вида грунта и степени его влажности.
При разработке технологических решений приняты во внимание особенности подготовительных, основных и укрепительных работ при использовании существующего парка землеройно-транспортных и грунтоуплотняющих машин с учетом регламента их работы в зависимости от состава и степени влажности разрабатываемого в выемках грунта. Один из разделов посвящен современным способам осушения грунта.
Выполнение рекомендаций должно способствовать расширению возможностей сооружения надежного и стабильного земляного полотна из глинистых грунтов, влажность которых выше оптимальной. Экономический эффект от применения предложенных рекомендаций составит до 100 тыс. руб. на 1 км дороги.
1. Общие положения
1.1. Настоящие Методические рекомендации предназначены для применения при проектировании и строительстве земляного полотна из глинистых грунтов с влажностью выше оптимальной, получаемых при разработке выемок, и использовании этих грунтов для возведения насыпей во II и III дорожно-климатических зонах.
1.2. В Методических рекомендациях регламентируется использование грунтов с влажностью выше оптимальной и предлагаются конкретные конструктивные и технологические решения Для условий типового и индивидуального проектирования.
1.3. Грунты, применяемые для устройства земляного полотна насыпей, по степени влажности разделяют на следующие разновидности: нормальной влажности (от 0,9 оптимальной до допустимой), повышенной влажности (от допустимой влажности до предельной), переувлажненные (влажность выше предельной).
Под предельной понимается такая влажность грунта, при которой еще может быть достигнут коэффициент уплотнения 0,9 при использовании современных средств уплотнения. Значения допустимой влажности грунта, при которой могут быть приняты типовые решения, приведены в табл. 1.1.
Таблица 1.1

Грунт Допустимый коэффициент увлажнения грунта Kw при требуемом коэффициенте уплотнения Kу
более 1 1-0,98 0,95 0,9
Песок пылеватый, супесь легкая крупная 1,3 1,35 1,60 1,6
Супесь легкая и пылеватая 1,2 1,25 1,35 1,6
Супесь тяжелая пылеватая, суглинок легкий и легкий пылеватый 1,1 1,15 1,30 1,5
Суглинок тяжелый и тяжелый пылеватый, глина 1,0 1,05 1,20 1,3

Примечания: 1. При возведении насыпей из непылеватых песков в летних условиях допустимая влажность не ограничивается.
2. При возведении насыпей в зимних условиях допустимая влажность песков и непылеватых супесей не должна, как правило, превышать 1,3 W0, супесей пылеватых и суглинков легких - 1,2 W0, других связных грунтов - 1,1 W0 (W0 - оптимальная влажность грунта).

1.4. В тех случаях, когда при проектировании и строительстве земляного полотна насыпей применяют индивидуальные решения согласно СНиП 2.05.02-85, допустимую влажность используемого в насыпи грунта устанавливают на основе комплексной оценки устойчивости и обеспечения стабильности земляного полотна (см. разд. 5).
При этом определяемая расчетом допустимая влажность не должна превышать значений, приведенных в табл. 1.1.
1.5. Влажность грунтов, уплотняемых только катками на пневматических шинах, не должна выходить за пределы значений, приведенных в табл. 1.2.
Таблица 1.2

Грунт Коэффициент увлажнения Kw при требуемом коэффициенте уплотнения Kу
1-0,98 0,95 0,9
Песок пылеватый, супесь легкая крупная Не более 1,35 Не более 1,60 -

Супесь легкая и пылеватая 1,25 1,85 1,6
Супесь тяжелая пылеватая, суглинок легкий и легкий пылеватый 1,15 1,20 1,3
Суглинок тяжелый и тяжелый пылеватый, глина 1,05 1,10 1,2

При возведении насыпей в зимний период и их уплотнении только катками на пневматических шинах допустимая влажность песков, супесей и суглинков легких и легких пылеватых не должна, как правило, превышать 1,25-1,15. Использование суглинков тяжелых и глин с влажностью выше оптимальной во II дорожно-климатической зоне в зимний период не рекомендуется. Для южных и юго-западных районов III дорожно-климатической зоны допустимая влажность указанных грунтов не должна превышать (1,05 1,1) Wo в зависимости от абсолютной отрицательной температуры воздуха и наличия атмосферных осадков.
1.6. Степень влажности грунта рекомендуется характеризовать коэффициентом увлажнения Kw, который представляет собой отношение фактической влажности грунта в источнике его получения или в теле насыпи We к оптимальной Wo:
(1.1)
Для ориентировочного определения коэффициента увлажнения оптимальную влажность допускается устанавливать по выражению
(1.2)
где - коэффициент, равный для песков и супесей 0,75-0,7, суглинков - 0,6-0,55, глин - 0,5-0,45;
WL - влажность на границе текучести, %.
При влажности грунта выше оптимальной максимально возможную плотность грунта (при уплотнении катками на пневматических шинах) можно считать достигнутой при содержании воздуха в порах песков и супесей 6 %, суглинков - 3 %, глин - 4 %.
При этом максимально возможную (при данной степени влажности) плотность сухого грунта d (г/см3) ориентировочно рекомендуется определять по формуле
(1.3)
где s - плотность частиц грунта, г/см3;
Vвозд - содержание воздуха в грунте при максимальной плотности, доли единицы;
в - плотность воды в грунте, г/см ;
We - фактическая влажность грунта, доли единицы.
Для ориентировочных расчетов принимают следующие значения плотности частиц грунта и содержания воздуха в грунте (табл. 1.3).
Таблица 1.3
Грунт s, г/см3 Vвозд, доли единицы
Песок, супесь легкая и пылеватая 2,67 0,05-0,08
Супесь тяжелая, суглинок легкий 2,70 0,03-0,04
Суглинок тяжелый, глина 2,72 0,04-0,05

1.7. Расчетные значения плотности каждой разновидности грунтов с влажностью выше оптимальной в источнике их получения следует устанавливать путем их испытания в большом приборе стандартного уплотнения Союздорнии.
При определении параметров стандартного уплотнения испытания необходимо выполнять таким образом. чтобы полученные результаты позволяли построить кривую зависимости плотности сухого грунта от его влажности, особенно ее правую ветвь. При этом диапазон влажности испытуемого грунта должен соответствовать зафиксированным значениям влажности грунта W в источнике его получения (рис. 1.1).






а)


б)


Рис. 1.1. Кривые стандартного уплотнения грунтов четвертичного (а)
и третичного (б) возраста: 1 - суглинок легкий; 2 - суглинок тяжелый;
3 - суглинок тяжелый пылеватый; 4 - глина пылеватая; 5 - глина жирная

Выполненные таким образом испытания для конкретного грунта позволяют уточнить значения допустимой влажности, приведенные в табл. 1.1.
1.8. Для комплексной оценки состояния глинистых грунтов, залегающих в выемках, помимо коэффициента увлажнения, рекомендуется использовать также коэффициент относительной влажности Kо и коэффициент консистенции В:
(1.4)
где Wт, Wp, Ip - соответственно границы и число пластичности.
1.9. При разработке в выемках грунтов с влажностью выше оптимальной и сооружении из них насыпей необходимо с учетом технико-экономического обоснования предусматривать конструктивные, технологические, организационные и мелиоративные мероприятия.
Комплекс этих мероприятий должен обеспечить устойчивость и стабильность земляного полотна, его конструктивных элементов и дорожной одежды в период строительства и эксплуатации автомобильной дороги.
2. Инженерно-геологическая оценка грунтов, залегающих в выемках
2.1. Инженерно-геологическую оценку глинистых грунтов, залегающих в выемках, следует выполнять в целях определения целесообразности их использования в насыпях, установления показателей физико-механических свойств грунтов с естественной и искусственной структурой при зафиксированном диапазоне влажности, разработки проектных решений земляного полотна насыпей и выемок.
2.2. Для получения данных, необходимых для инженерно-геологической оценки грунтов, проводят бурение массива грунта в пределах будущей выемки. При этом устанавливают состав и состояние грунта, характер их изменения по глубине выемки; значения влажности и консистенции грунтов, их оптимальную влажность и максимальную плотность при стандартном уплотнении, склонность к набуханию и усадке; прочностные показатели, характеризующие сопротивляемость сдвигу грунта с искусственной структурой в расчетном диапазоне влажности (степени влажности грунта в источнике его получения).
На литологических буровых колонках отмечают уровни подземных вод. По полученным результатам оценивают залегающие на различных горизонтах грунты по степени их влажности в долях от оптимальной и влажности на границе текучести.
2.3. Если бурение производят в сухие периоды года, необходимо выполнять прогноз возможного повышения естественной влажности грунтов, залегающих на различных горизонтах выемки, вследствие изменения условий увлажнения в расчетные (осенний и весенний) периоды года, а также при разработке выемки. С этой целью анализируют гидрометеорологические данные, а также изменение показателей физических свойств образцов глинистых грунтов с естественной структурой после их полного водонасыщения. Для оценки степе н и изменения влажности необходимо лабораторным путем установить: влажность грунта на отдельных горизонтах выемки, его плотность, плотность частиц грунта, пористость (коэффициент пористости) при естественной влажности и после полного водонасыщения. Лабораторными испытаниями определяют увеличение влажности и консистенцию после водонасыщения, степень влажности и относительную влажность в долях от оптимальной и влажности на границе текучести. В определенных случаях, в частности для дочетвертичных глинистых грунтов, необходимо выполнить испытания на свободное набухание и усадку образцов с естественной и искусственной структурой и установить влажность грунта после набухания.
2.4. В результате инженерно-геологической оценки должны быть получены следующие данные: геологические разрезы по оси выемки и ее бортам; эпюры изменения влажности по глубине выемки (фактические и прогнозируемые); наличие водоносных горизонтов и отметки их уровней; степень влажности и плотность грунта на различных горизонтах; прочностные характеристики грунтов с естественной структурой с их привязкой к установленному диапазону влажности, т.е. зависимость угла внутреннего трения w, величины общего сцепления Сw и сцепления, обусловленного водно-коллоидными связями, w от влажности.
Полученные данные необходимы для оценки
...