30 Вопрос. Требования к плотности грунтов.

Под действием собственного веса, давления проезжающих автомобилей и попеременного увлажнения и просыхания разрыхленный при разработке грунт в насыпях постепенно уплотняется. Требуется несколько влажных сезонов года, чтобы осадки практически прекратились. Еще сравнительно недавно насыпи возводили с запасом на осадку, которая достигалась только спустя несколько лет. При современных методах скоростного дорожного строительства невозможно дожидаться окончания длительного процесса естественного уплотнения грунта в насыпях. Поэтому в ходе отсыпки земляного полотна грунты искусственно уплотняют. Для того чтобы в теле насыпи не возникало просадок от уплотнения, пористость грунта должна соответствовать напряжениям, действующим внутри насыпи (рис. XIV.7). Напряжения от собственного веса грунта возрастают пропорционально глубине рассматриваемого слоя. Внешняя нагрузка создает напряжения, затухающие на некоторой глубине от поверхности. При невысоких насыпях напряжения от транспортных нагрузок распространяются в подстилающий грунт и могут вызывать его уплотнение и просадку насыпи (рис. XIV.8). Поэтому подстилающие насыпь рыхлые пахотные и просадочные лёссовые грунты до начала работ по отсыпке земляного полотна следует уплотнять тяжелыми катками с тем, чтобы коэффициент пористости грунта в основании е₂ соответствовал суммарному напряжению а₂. В нижней части подтапливаемых водой насыпей может действовать капиллярное давление, а также напряжения, развивающиеся при усадке грунта во время его просыхания, после спада высоких вод. Для определения необходимой степени уплотнения грунтов высоту насыпи разделяют на несколько зон. Требуемая степень уплотнения грунта в каждой из зон назначается в соответствии с действующими б ее пределах напряжениями. В верхнем слое насыпи толщиной до 1,5 м действуют статические и динамические напряжения от проезжающих автомобилей, а также интенсивно протекают процессы увлажнения и просыхания грунта в процессе круглогодичного цикла изменения водного режима грунтов. Уплотнение грунтов в этой зоне должно соответствовать: для связных грунтов—давлению внутренних сил, вызывающих усадку, а для супесей, легких суглинков и песков — напряжениям от автомобилей. Наблюдения показали, что для каждого природного района существует некоторая оптимальная степень уплотнения грунтов в зоне развития процессов зимнего влагонакоплення. Грунты, чрезмерно уплотненные в период строительства, в климатических районах, где в зимний период происходят интенсивные процессы миграции влаги и накопления ледяных линз, после нескольких лет эксплуатации претерпевают некоторое разрыхление.

В средних слоях насыпей на расстоянии до 6 м от бровки водный режим грунта относительно постоянен, а напряжения от внешней нагрузки н собственного веса грунта малы. Поэтому в пределах этой зоны может быть допущена несколько меньшая степень уплотнения грунта, чем в верхних.

Для нижних слоев насыпей на глубине от бровки более 6 м, где грунт при кратковременных подтапливаниях может подвергаться капиллярному увлажнению и последующему просыханию, к степени уплотнения грунтов предъявляются требования, близкие к требованияфм к верхним слоям насыпей.

В насыпях на участках, подтапливаемых водой длительное время, нижние слои, постоянно расположенные ниже уровня воды, работают в условиях сжатия под влиянием веса вышерасположенных слоев насыпи и внешней нагрузки. В них устанавливается степень уплотнения, соответствующая компрессионной зависимости.

Требования к уплотнению грунтов земляного полотна нормируют по величинам плотности скелета грунтов 6_П, которую выражают в долях от максимальной плотности 6_тах, соответствующей так называемому стандартному уплотнению, выполняемому в лаборатории при оптимальной влажности грунта. Отношение б_п/б_тах называют коэффициентом уплотнения.

Оптимальной влажностью грунта называют влажность, при которой' необходимое уплотнение грунта может быть достигнуто при меньшей работе на уплотнение по сравнению с другими влажностями. Эта влажность близка к среднему значению влажности грунта в резервах в период выполнения земляных работ во II—III климатических зонах СССР.

При строительстве автомобильных дорог требуется обеспечивать уплотнение земляного полотна до величин, указанных в табл. XIV.-!.

Высокая степень уплотнения грунтов в земляном полотне не только предотвращает деформации, но и способствует стабилизации водного режима земляного полотна.

Способы регулирования водного режима з.п. Источники увлажнения зем. полотна. Вводно-тепловой режим зем. полотна. Источниками являются атмосферные осадки и вода от таяния снега, приток воды к дороге с окружающей местности. Капиллярное поднятие влаги от уровня грунтовых вод и конденсация водяных паров из воздуха. Поверхностные воды, просачиваясь в толщу грунта, скапливаются над водонепроницаемыми слоями грунта (водоупором) и образуют водоносный слой или грунтовые воды. Как правило, линия грунтовых вод представляет собой смягчённую копию рельефа местности, кроме того, в верхних слоях грунта может образовываться в особо влажные годы – верховодка.

Верховодка – явление сезонное в зависимости от времени года находится на разной глубине от поверхности земли и в тёплый период времени может исчезать. Верховодка чаще всего возникает и наблюдается продолжительное время в пылеватых глинистых грунтах, кроме того она возникает на равнинных участках с необеспеченным поверхностным стоком. Необходимо отметить, что вводно-тепловой режим зем. полотна в районах 2 дорожной климатической зоны очень часто связан с наличием верховодки. Однако в общем случае водно-тепловой режим зем. полотна в основном связан с наличием УГВ.

Режимом грунтовых вод называется изменение их состояния во времени (колебания уровня, изменение скорости грунтовых вод). Режим грунтовых постоянно изменяется в зависимости от условий питания. Как правило весенний подъём УГВ выше ,чем осенний, но весенний подъём УГВ не оказывает существенного влияния на вводно-тепловой режим зем. полотна. Продолжительность весеннего подъёма составляет 12-15 суток. В течении такого короткого периода времени высота капиллярного поднятия влаги в связных грунтах, особенно хорошо уплотнённых невелика и составляет около 20-30 см. Зимнее влагонакопление в верхней части ЗП и морозное пучение в последующем, вызвано процессами подтягивания влаги снизу в верх по незамерзающим водным плёнкам. наиболее опасный период для устойчивости зем. полотна является осеннее-зимний период, поэтому за расчетный уровень грунтовых вод во 2-5 ДКЗ принимаются его наивысшее многолетнее положение перед началом промерзания зем. полотна. Но при установлении расчётного уровня грунтовых вод необходимо учитывать срок службы покрытия в случае проектирования, а/б покрытий, для которых расчетный срок службы

Между кап. ремонтами составляет 15-20 лет. Расчётный уровень грунтовых вод определяют с 5% вероятностью превышения.

Промерзание грунта ЗП представляет собой тепломассообменный процесс, при котором происходит непрерывная миграция 2-х фазной влаги (жидкая фаза и пар) и конденсация и испарение. Процесс зимнего перераспределение влаги приводит к накоплению влаги в верхних слоях ЗП.

В процессе замерзания влаги в теле зем. полотна создаётся разность температур в пределах от 4-6 град. Выше 0 у уровня грунтовых вод до отрицательных температур в зоне промерзания грунта. Под влиянием разности температур влага перемещается от тёплого грунта к границе промерзания в отдельных крупных порах, при температурах ниже 0 образуются кристаллы льда, которые постепенно увеличиваются в объеме притягивая к себе влагу. Перемещение влаги наиболее интенсивно происходит при температурах от 0 до 3⁰С. В грунте ЗП в результате этих процессов образуется линзы льда, вызывающие морозное пучение на поверхности грунта. Для 2-3 климатической зоны перепад температур от 6 до -3,-5⁰С. Явление довольно частое и продолжительное в осенний период. Поэтому процесс влагонакопления продолжается всю осень и заканчивается при постоянных морозах.

Регулирование вводно-теплового режима зем. полотна. Одним из способов является обеспечение требуемого возвышения поверхности покрытия над уровнем грунтовых вод, а также над поверхностью земли с необеспеченным стоком (таб.21 СНиП 2.05.02-85*). Кроме того, необходимо обеспечивать требуемое уплотнение рабочего слоя зем. полотна в процессе производства работ.

Требование, характеризующие коэф. уплотнения зем. полотна. Рабочий слой зем. полотна должен выполняться из непучинистых или слабопучинистых дренажных грунтов.

Капилляропрерывающие прослойки из крупнозернистые и водонепроницаемых материалов.

Для регулирования вводно-теплового режима зем. полотна можно применять гидроизолирующие и капилляропрерывающие прослойки.

Система сооружений поверхностного водоотвода. Состоит из конструктивных мероприятий и спец. Сооружений предназначенных для перехвата воды и отвода их в стороны от дороги, от зем. полотна. 1) Отвод воды от дороги осуществляется путём придания поверхности покрытия продольных и поперечных уклонов. Продольный уклон дороги рекомендуется принимать не менее 5%₀. Не допускать проектирования горизонтальных участков на дороге. 2) Для отвода воды от зем. полотна служат боковые водоотводы и канавы. Боковые канавы (кювет) устраиваются вдоль зем. полотна при высоте насыпи до 3м 1-2 категории, и до 2м остальные категории. При более высоких насыпях устройство боковых канав не требуется. Боковые канавы устраиваются в выемках и насыпях с небольшими раб. отметками. Эти канавы служат для сбора и отвода воды, стекающей с поверхности дороги и с прилегающих территорий, а в выемках только с поверхности дороги и с откосов выемки.

Боковая канава эффективна при быстром отводе из них, при длительном застое воды они сами становятся источниками уплотнения зем. полотна.

Вода из боковых канав должна отводится в стороны от дороги через каждые 300-500 м в зависимости от рельефа местности. Запрещается пропуск воды через выемки из кюветов, расположенных на вышележащих участках насыпи.

Для сбора воды в стороне от дороги предназначены водоотводные канавы. Сечение водоотводных канав принимают таким же, как и сечение боковых, из которых производится сброс воды в сторону от дороги.

Нагорные канавы служат для перехвата воды. Стекающей к дороге по косогору и для отвода её в пониженные места. Размеры сечений всех типов обосновываются расчётом в зависимости от протока поверхности вод. Глубина канав не менее 0,3 м, и не рекомендуется устраивать канавы глубиной более 0,8-1м.

Использование пленок из полимеров (геотекстиль).

В качестве гидроизолирующих материалов м.б. применены:

1. Термопластики – это безосновные, пропитанные битумом рулонные материалы.

- изол, -бризол, -полиизобутилен

2. Пленки–полимерные, безосновные рулонные материалы

- полиэтиленовые, - поливинилхлоридные,- полиэмидные,- специальные дорожные пленки (армадор, армадор-2)

3. Основные рулонные материалы

- гидроизол, - рубероид, - стеклорубероид

4. Рулонные тканые и нетканые синтетические материалы, обработанные вяжущим до полной водонепроницаемости, путем создания на поверхности рулонного материала сплошной пленки битума.