Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Каркасный дом
Несущие конструкции
Металлические конструкции
Прочность дорог
Дорожные материалы
Стальные конструкции
Грунтовые основания
Опорные сооружения





















Яндекс.Метрика

Повышение устойчивости грунтов естественных оснований

Проблема повышения устойчивости естественных оснований возникла сравнительно недавно в связи с необходимостью получения высокой ровности дорожных покрытий и зимним строительством. Установлено, что при недостаточной устойчивости естественных оснований, на которых возведены низкие насыпи, достигнутая высокая ровность дорожных покрытий даже при хорошем уплотнении грунтов этих насыпей быстро утрачивается. Слабые основания часто служат причиной значительных деформаций насыпей, возведенных в зимнее время. Деформации неустойчивых грунтов в выемках часто влекут за собой соответствующие деформации дорожных покрытий. Поэтому в ряде стран, в том числе и в России, плотности грунтов естественных оснований нормируются.
Чтобы получить необходимые данные о влиянии естественной структуры на свойства грунтов, из выемок земляного полотна ряда автомобильных дорог, расположенных во II и III, а отчасти и в IV дорожно-климатических зонах, в летнее время отбирали образцы грунтов в ненарушенной структуре (монолиты). Отбор вели с различных глубин с таким расчетом, чтобы получить образцы как из зоны промерзания, так и с глубин, превышающих эту зону. Образцы отбирали в выемках с обочин у кромки проезжей части, а также в резервах. Как показали результаты массового обследования дорог, плотность грунтов под проезжей частью па 2—3% больше плотности грунта под обочиной — у края проезжей части. Такое превышение оказалось устойчивым и достаточно достоверным, так как установлено в результате испытаний более чем 800 образцов. Поэтому закономерности, установленные по результатам испытания образцов, взятых с обочины, могут быть с достаточными на то основаниями распространены и на грунты, расположенные под проезжей частью дорог.
Из каждого монолита режущим кольцом вырезали не менее двух образцов диаметром 10 и высотой 8,2 см. Часть образцов, помещенных в кольцевой форме, испытывали на морозоустойчивость в холодильной камере с возможностью водонасыщения без напора воды по уже описанной в предыдущей главе методике. Другие аналогичные образцы после определения модуля деформации грунта штампом диаметром 3 см разрушали и грунт измельчали. Затем из этого грунта формировали новые образцы, которые подвергали испытанию на морозоустойчивость. Модуль деформации после оттаивания грунтов определяли на всех образцах. Пределы прочности находили по напряжениям, соответствующим началу полного разрушения образцов.
Характеризовать влияние структуры можно показателями, представляющими собой отношение параметра грунта, взятого в ненарушенной структуре, к соответствующему параметру того же, но только что уплотненного грунта. Плотности и влажности грунтов в обоих случаях должны быть одинаковыми. Если за такие параметры принять пределы прочности σp, модули деформации E0 или относительное морозное пучение ho, то такие отношения будут соответственно характеризовать влияние естественной структуры на прочность, сопротивление деформированию и морозоустойчивость (табл. 19). В табл. 19 параметры, обозначенные буквой со штрихом, относятся к грунтам, имеющим ненарушенную естественную структуру, а без штриха — к только что уплотненным грунтам. Образцы, взятые с глубины 0,5 м, находились в зоне промерзания, а остальные расположились вне этой зоны.
Повышение устойчивости грунтов естественных оснований

Из таблицы видно, что морозное пучение грунтов, имеющих естественную структуру и расположенных вне зоны промерзания, на 15—40%, а в среднем на 20% меньше, чем только что уплотненных грунтов. Если же грунты, имеющие естественную структуру, находятся в зоне промерзания, то наблюдается обратная картина, т. е. морозное пучение оказывается более высоким, чем только что уплотненных грунтов. Увеличение морозного пучения для песков составляет 10%, а для остальных грунтов — 40%. Это можно объяснить тем, что, находясь в зоне промерзания и подвергаясь в течение длительного времени периодическим замерзаниям и оттаиваниям, грунты приобретают структуру, которая имеет не только значительные поры между агрегатами частиц грунта, но также и каналы, соединяющие эти поры и облегчающие поступление влаги к границе промерзания. Образованию таких каналов может способствовать сезонное перемещение влаги к границе промерзания и в обратном направлении.
Большая склонность к морозному пучению грунтов естественных оснований, находящихся в зоне промерзания, подтверждается непосредственными полевыми наблюдениями. В результате исследований дорожных покрытий, которые проводились в северо-западных и центральных районах России, установлено, что при сходных грунтах морозное поднятие в выемках на 5—8% выше, чем в насыпях. При этом сходными считались грунты, которые при испытаниях в холодильной камере обнаруживали одинаковое относительное морозное пучение. Эти наблюдения, число которых достигало 37 в насыпях и 16 в выемках, велись во II дорожно-климатической зоне, характеризующейся высокой бытовой плотностью грунтов, что снижает склонность их к морозному пучению. При менее плотных грунтах относительная разница между морозным пучением грунтов в выемках и насыпях может быть еще большей.
Из табл. 19 следует, что относительные прочность и сопротивляемость грунтов внешним нагрузкам также зависят от того, находятся ли они в зоне промерзания или вне этой зоны. Если грунты естественного сложения находятся в зоне промерзания, то их прочность практически не отличается от прочности только что уплотненных грунтов. Сопротивляемость этих грунтов деформированию, определяемая модулем деформации, такая же или на 10—20% меньшая, чем у только что уплотненных грунтов.
Относительная прочность и сопротивляемость внешним нагрузкам грунтов, имеющих естественную структуру и расположенных вне зоны промерзания, всегда выше, чем у только что уплотненных. Относительное превышение, как это и следовало ожидать, тем больше, чем выше влажность грунта. Исключением служат пески, где влияние естественной структуры практически отсутствует. Из табл. 19 видно, что относительное превышение предела прочности и модуля деформации грунтов, имеющих влажность, близкую к оптимальной, составляет 20—60%.
Только что уплотненный грунт со временем увеличивает прочность и сопротивляемость внешним нагрузкам и в тех случаях, когда его влажность и плотность остаются без изменения и нагрузка на него не действует. Опыты позволили установить, что относительный прирост прочности, а также модуля деформации зависит от вида грунта, его плотности и влажности. Во времени этот прирост подчиняется закономерности экспоненциальной кривой и, таким образом, наиболее интенсивно протекает в первое время после формирования образцов. Он возрастает с повышением влажности и плотности, а при плотностях менее 0,9δmax не наблюдается. Наиболее интенсивно этот процесс проходит в суглинистых грунтах, где содержание глинистых частиц составляет 15—25%. При большем и меньшем их содержании интенсивность прироста снижается, а у грунтов, где содержание глинистых частиц менее 3%, практически не наблюдается. В случае суглинистых грунтов, у которых процесс проходит с максимальной интенсивностью, при их оптимальной влажности и плотности, равной 0,98δmах, прочность и модуль деформации через шесть месяцев по сравнению с их первоначальными значениями возрастают в 1,15—1,2 раза. Такое упрочнение происходит благодаря изменению структуры, которая постепенно приближается к виду, характерному для грунтов в их естественном залегании.
Определяли бытовые плотности грунтов естественных оснований в выемках, а также на участках дорог, проходящих в нулевых отметках. Работу вели во II и III дорожно-климатических зонах на дорогах, которые находились в эксплуатации не менее 10 лет. Все выбранные участки могли быть отнесены ко второму типу местности, и дорожное покрытие на них находилось в хорошем состоянии. Всего было обследовано 15 выемок глубиной от 2 до 5 м, несколько участков дорог и взлетно-посадочная полоса аэродрома, проходящие в нулевых отметках, а также резервы. В некоторых местах для сравнения были взяты также и пробы грунта из насыпей. Полученные результаты по II и III дорожно-климатическим зонам представлены соответственно в табл. 20 и 21. Каждое значение плотности является средним 40—60 определений. Отклонение от среднего составляет 10—17%. Глубина промерзания в районах обследования, расположенных во II дорожно-климатической зоне, составляла 60—100 см от низа дорожной одежды. Грунты III дорожно-климатической зоны в основном представляли со бой пылеватые супеси с числом пластичности, равным 6 и содержанием глинистых частиц 7—9%. Глубина промерзания в этих районах 70—80 см.
Повышение устойчивости грунтов естественных оснований

Благодаря транспортным нагрузкам плотности грунтов в верхних слоях естественных дорожных оснований выше, чем в нижних слоях. Плотность грунта под взлетно-посадочной полосой аэродрома оказалась больше, чем на дорогах, ввиду более тяжелых нагрузок. Плотность грунтов в насыпях и в естественных основаниях практически одинакова, если они находятся в одних и тех же условиях и на них действуют одинаковые нагрузки.
Итак, в процессе службы дорог грунты естественных оснований под движением транспортных средств интенсивно уплотняются. При недостаточной начальной плотности возможны осадки, которые могут повлечь за собой деформацию дорожных покрытий. Этим подтверждается необходимость предварительного уплотнения грунтов.
Повышение устойчивости грунтов естественных оснований

Перепад плотностей по глубине и сопоставление их с плотностями грунтов в резервах, где нет транспортных нагрузок, показывают, что глубина, на которой еще отмечается различие в плотности грунтов, составляет 60—80 см. Если принять во внимание толщину дорожной одежды, которая на обследованных дорогах составляла в среднем 40—50 см, то можно сделать вывод, что действие транспортных нагрузок распространяется от поверхности дорожного покрытия на глубину до 1,2—1,5 м. Во II дорожно-климатической зоне она совпадает с глубиной промерзания, а в III зоне несколько больше ее. До глубины 1,2—1,5 м и следует установить требования к плотностям грунтов естественных оснований. Ввиду больших производственных трудностей, связанных с уплотнением грунтов естественных оснований, нормирование плотности можно распространить только до нижнего предела этой глубины, что не повлияет существенно на общую устойчивость земляного полотна. Действительно, в диапазоне глубины 1,2—1,5 м напряжения от транспортных нагрузок уже малы, поэтому незначительны и деформации; морозные поднятия даже И при большой глубине промерзания увеличатся незначительно, так как основная их часть образуется при замерзании верхних слоев грунта.
Таким образом, толщина деятельного слоя грунта, в пределах которого практически гасятся напряжения, развивающиеся от движения автомобилей, может быть принята равной 1,2 м. Глубина промерзания зависит от климатических условий и на большей части территории европейской части России менее толщины деятельного слоя. Поэтому в пределах этого слоя может быть выделена еще такая зона, где приданная грунту плотность должна обеспечивать еще и его удовлетворительную устойчивость при морозных воздействиях. Эта часть деятельного слоя работает в особенно тяжелых условиях. Удовлетворительная устойчивость грунтов в этой зоне может быть обеспечена лишь при условии применения к ней норм плотностей, разработанных для грунтов верхних, находящихся в зоне промерзания слоев насыпей.
Для нижней части деятельного слоя, которая не подвергается морозным воздействиям, но тем не менее находится в зоне действия нагрузок, могут быть установлены пониженные требования. Однако здесь грунты могут подтопляться водой и Потому для них должны быть приняты стабильные плотности. Стабильные плотности грунтов естественного сложения на 0,02—0,03 относительных единиц ниже, чем насыпных грунтов, что и может быть учтено при назначении норм плотностей. Полученные на основе изложенных выше соображений нормы плотностей для выемок и мест с нулевыми отметками приведены в табл. 22. Эти нормы являются ведомственными и вошли в соответствующую инструкцию. Они касаются связных грунтов. Для несвязных грунтов влияние структуры незначительно, и потому для них нормы могут быть приняты такие же, как и для насыпей. Если плотности грунтов естественных оснований в выемках или на участках, проходящих в нулевых отметках, не удовлетворяют требованиям табл. 22, необходимо искусственное уплотнение грунтов.
Повышение устойчивости грунтов естественных оснований

Представляет интерес численное значение глубины, на которую приходится уплотнять грунты естественных оснований в выемках. Очевидно, оно зависит не только от глубины промерзания, но и от толщины дорожных одежд. В табл. 23 приведены значения толщины дорожной одежды, рассчитанные А. М. Кривисским для средних условий. Эти значения дифференцированы по типам дорожных покрытий, дорожно-климатическим зонам и подстилающим грунтам. На основе табл. 23 с учетом норм плотностей (см. табл. 22) могут быть найдены глубины, до которых следует уплотнять грунты в выемках и других естественных основаниях. Peзультаты таких расчетов для II и III дорожно-климатических зон приведены в табл. 24, для IV—V зон — в табл. 25. Значения без скобок относятся к связным грунтам, а в скобках к грунтам несвязным. В тех случаях, когда приводится только одно число, оно относится как к связным, так и к несвязным грунтам.
Повышение устойчивости грунтов естественных оснований

Сопоставление значений глубин уплотнения, относящихся к II—III дорожно-климатическим зонам (см. табл. 24), с глубинами, соответствующими IV и V зонам (см. табл. 25), показывает, что при одинаковой глубине промерзания грунт в более южных районах необходимо уплотнять до несколько больших глубин. Это, на первый взгляд, парадоксальное положение объясняется тем, что толщина дорожных одежд в южных дорожно-климатических зонах (см. табл. 23) в среднем на 30—40% меньше, чем во II и III зонах. Благоприятные климатические условия южных зон позволяют в результате уплотнения грунта значительно снизить толщину дорогостоящих дорожных одежд.
Повышение устойчивости грунтов естественных оснований

Приведенные данные показывают, что при улучшении естественных оснований приходится уплотнять грунты на глубину, превышающую толщину слоев, которые обычно отсыпают при возведении насыпей. В ряде случаев грунты естественных оснований оказывают большие сопротивления деформированию, чем насыпные. Все это затрудняет ведение работ по уплотнению и требует применения особых методов и средств.
Повышение устойчивости грунтов естественных оснований

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: