Грунты для устройства земляного полотна

Для сооружения земляного полотна применяются четыре основные группы грунтов: скальные, добываемые путем разрушения скальных массивов; крупнообломочные, залегающие в естественных условиях; песчаные; глинистые. Каждая из перечисленных групп классифицируется по разновидностям и своим особым характеристикам.

Прочность скальных грунтов принято определять после длительного воздействия воды:

где Rв — предел прочности при сжатии в водонасыщенном состоянии; R0 — предел прочности при сжатии в воздушно-сухом состоянии.

При P > 0,75 скальная порода не размягчается, а при P < 0,75 — размягчается.

Пригодность грунта для применения в качестве дорожно-строительного материала обусловливается его составом и происхождением. Для насыпей применяют грунты, состояние которых под действием природных факторов не изменяется или изменяется незначительно, что влияет на их прочность и устойчивость в земляном полотне. К таким грунтам относятся: скальные не размягчаемые породы, крупнообломочные и песчаные породы (кроме мелких и пылеватых), супеси легкие и крупные. Эти грунты используются для отсыпки земляного полотна без ограничений.

Пылеватые супеси и суглинки, мергелистые, меловые грунты и трепелы применяются при некоторых ограничениях. Для дорожного строительства не пригодны следующие грунты: глинистые, влажность которых выше допустимой; избыточно засоленные; торф; ил; мелкий песок и глинистые грунты с примесью ила и органических веществ; верхний почвенно-растительный слой, содержащий в большом количестве корни растений; трепелы для насыпей на мокром основании и на участках, где возможен длительный застой воды; содержащие гипс в количествах, превышающих нормы.

Объем потребного грунта (резерва) для насыпей определяют по формуле

где Vh — объем сооружаемой насыпи, м3; Ki — коэффициент относительного уплотнения.

Коэффициент относительного уплотнения определяют по формуле

где bн — требуемая плотность грунта в насыпи, г/см3; be — плотность грунта в естественном состоянии (карьер, выемка, или резерв), г/см3.

Грунты подразделяются на различные фракции по размеру составляющих их частиц. В природе редко встречаются грунты, состоящие только из одной фракции. Распределение частиц по размеру зерен имеет большое значение для механических свойств грунта и выбора уплотняющих механизмов.

Насыпи, как правило, возводят из однородных грунтов, но при необходимости их можно отсыпать из разных грунтов, однако располагать эти грунты следует отдельными горизонтальными слоями.

В верхней части насыпи (1,0...1,5 м) должен быть более прочный грунт, так как эта часть подвергается значительному воздействию природных факторов и транспортных средств. При отсыпке нижней части насыпи из дренирующих грунтов толщина этого слоя должна быть больше высоты капиллярного поднятия влаги в этих грунтах для предотвращения притока воды в верхнюю часть насыпи.

Поскольку земляное полотно чаще всего устраивается в насыпях, то следует применять качественные грунты, например песчаные, которые характеризуются высокой фильтрацией, постоянством объема при льдообразовании и значительной прочностью при влажном состоянии.

Если в районе строительства дороги нет песков или супесей, насыпи могут возводиться из местных связных грунтов, однородных по физико-механическим свойствам.

Насыпи в местах примыкания к устоям и консолям мостов и путепроводов возводят из дренирующих грунтов.

Допускается применять в насыпях на дорогах IV-V категорий меловые, тальковые грунты и трепелы в средней части земляного полотна незатопляемых насыпей высотой до 5 м, расположенных на сухом основании, с обязательным прикрытием их слоем недренирующих грунтов толщиной не менее 1,5 м.

Торф запрещается укладывать в насыпи. Пылеватые грунты могут быть использованы на дорогах капитального типа только в нижней части насыпей; верхнюю часть насыпей высотой до 1,5 м рекомендуется отсыпать из непылеватых, преимущественно песчаных и супесчаных, грунтов. Грунты, не допускаемые к применению в насыпь при устройстве земляного полотна в нулевых отметках и выемках, должны быть заменены доброкачественными грунтами на глубину не менее 0,8 м.

He допускается укладывать в насыпь ил, мелкий песок с примесью торфа или ила, избыточно засоленные грунты (при 8 % и более), имеющие хлоридное засоление и более 5%-ное сульфатное засоление, а также жирные глины, меловые и тальковые грунты и трепелы при наличии грунтовых вод на глубине 1 м и на поймах рек.

Расположение грунтов в насыпи:

• насыпь отсыпают горизонтальными слоями; не должно быть наклонных слоев, по которым может происходить оползание грунта. При отсыпке дренирующего грунта на слой менее дренирующего поверхности последнего должен быть придан выпуклый профиль с уклоном 40 %.

• откосы слоев грунта с большей дренирующей способностью не должны прикрываться грунтами с меньшими дренирующими свойствами;

• не допускается отсыпка вперемежку разнородных по водопроницаемости грунтов;

• должны быть созданы условия свободного просачивания из насыпи проникающих в нее дождевых и поверхностных вод;

• не следует допускать линз, мешков и карманов, в которых может застаиваться вода;

• осадка различных участков насыпи должна быть равномерной;

• во II и III зонах на дорогах с усовершенствованным покрытием капитального типа, на сырых и мокрых участках легкие пылеватые суглинки и тяжелые пылеватые супеси рекомендуется применять лишь в нижней части насыпи. Верхнюю часть насыпи на толщину 1,2 м при цементобетонном покрытии и 1,0 м при асфальтобетонном покрытии во II зоне и соответственно на толщину 1,0...0,8 м в III зоне необходимо отсыпать из супесчаных грунтов.

По условиям увлажнения в земляном полотне грунты ведут себя по-разному.

Каменные и щебенистые грунты — обломки устойчивых скальных горных пород, как естественные, так и полученные в результате разработки монолитной скалы, являются хорошим материалом для возведения насыпи земляного полотна. Проникновение воды в промежутки между обломками разрушенной скальной породы существенно не влияет на прочность и устойчивость земляного полотна.

Гравийные и песчаные грунты водопроницаемы и не склонны к накоплению влаги при промерзании. Песчаные грунты являются наилучшим материалом для насыпей в неблагоприятных гидрогеологических условиях — на заболоченных участках и поймах. В связи с малой высотой капиллярного поднятия и хорошей водопроницаемостью эти грунты не переувлажняются в основании дорожных одежд и быстро просыхают в пойменных насыпях при стоке высоких вод. Однако при течении воды вдоль насыпи песчаные грунты из-за малой сопротивляемости размыву неприменимы без специального укрепления откосов. Их необходимо также укреплять от размыва дождевой водой и развеивания ветром.

Супесчаные грунты содержат наибольшее количество глинистых частиц, достаточное для придания им связности в сухом состоянии, обладают удовлетворительной водопроницаемостью. Насыпи из этих грунтов можно устраивать как в сухих, так и в переувлажненных местах.

Мелкозернистые супесчаные грунты, содержащие более 50 % частиц диаметром менее 0,25 мм, менее устойчивы в переувлажненном состоянии. При промерзании они склонны к накоплению влаги и пучению. Особенно сильно процесс развивается в пылеватых грунтах. В откосах земляного полотна эти грунты легко размываются. При насыщении водой пылеватые грунты приходят в текучее состояние.

Суглинистые грунты являются хорошим материалом для земляного полотна. Они хорошо сопротивляются размыву и устойчивы в откосах. При большом содержании пылеватых частиц суглинистые грунты опасны в отношении пучения. В пойменных суглинистых насыпях при спаде высоких вод обратное движение воды, фильтрующейся из насыпи, может вызвать гидродинамическое давление, приводящее к обрушению откосов.

Глинистые грунты обладают значительной связностью и очень малой водопроницаемостью, медленно насыщаются водой и медленно просыхают. Эти грунты — хороший материал для возведения насыпей в сухих местах и местах, увлажненных на короткое время. В переувлажненном состоянии они переходят в мягкопластичное и текучее состояния, липки и не поддаются уплотнению.

Глинистые грунты (супеси, суглинки, глины) можно применять для воздействия насыпей при влажности, не превышающей оптимальную для этих грунтов более чем на 10%.

Для отсыпки насыпей без ограничения допускаются камень, щебенистые и гравелистые грунты, непылеватые пески, водоустойчивые местные материалы и отходы промышленности.

Пылеватые суглинки и пылеватые грунты могут быть использованы на дорогах с капитальным типом покрытий только в нижней части насыпи, верхнюю часть насыпи на 0,6...0,8 м рекомендуется отсыпать из непылеватых, преимущественно песчаных и супесчаных, грунтов.