Приложение 4 (обязательное). Расчет насыпи на устойчивость

Приложение 4

Обязательное

Расчет насыпи на устойчивость

1. Устойчивость насыпи обеспечивается ее высотой, при которой верхний горизонт вечномерзлых грунтов (ВГВМ) будет сохраняться в критический по балансу тепла год (не более 1 раза в 11 лет) на требуемой (допустимой) глубине и осадка насыпи при этом в оттаявшие грунты основания не будет превосходить допустимой величины.

2. Ориентировочные значения допустимой осадки (см) приведены ниже:

      Покрытие:

        цементобетонное монолитное . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2

        цементобетонное сборное, устраиваемое в одну стадию. . . . . . 10

        асфальтобетонное . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

      Дорожная одежда типа:

        облегченного с усовершенствованным покрытием . . . . . . . . . .6

        переходного и низшего. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10-15

3. При проектировании насыпи по первому принципу осадка в процессе эксплуатации дороги не допускается. В этом случае

, (1)

где Н - высота насыпи, м;

- глубина сезонного оттаивания конструкции, включающей земляное полотно и дорожную одежду, м.

Для конструкции насыпи, состоящей из двух или трех слоев с резко отличающимися теплофизическими характеристиками, глубину сезонного оттаивания каждого слоя рассчитывают по формулам:

верхнего (дорожная одежда):

; (2)

нижнего (материал основания или грунт земляного полотна):

; (3)

нижнего (грунт земляного полотна или основания):

, (4)

где , , - глубина сезонного оттаивания соответственно верхнего и нижних слоев, м;

, , - нормативная глубина сезонного оттаивания первого, второго и третьего слоев, определяемая по СНиП 2.02.04-88 или по картам (рис. 1, 2, 3, 4 настоящего приложения);

- поправочный коэффициент на расчетную влажность материала дорожной одежды и грунта насыпи, принимается по графикам на картах (см. рис. 1, 2);

- коэффициент, учитывающий интенсивность оттаивания материала дорожной одежды; принимают для песка - 1,0, песка крупного чистого - 1,05, песка с гравием - 1,13, гравия и гальки - 1,21, щебня и дресвы - 1,25, асфальтобетона - 1,30, цементобетона - 1,37.

Влажность слоев дорожной одежды и грунта насыпи при определении значения в расчетах принимают близкой к оптимальной, %:

      Цементобетонное покрытие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2

      Асфальтобетонное покрытие. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

      Основание под покрытие:

        песчаное . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6

        щебеночное . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

        из гравийно-галечникового и щебенистого грунта . . . . . . . . .5

        из песка:

          мелкого и среднего . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8

          пылеватого . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

        из супеси. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

        из суглинка. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

        из глины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

С учетом формул (2)-(4) глубину сезонного оттаивания конструкции насыпи определяют по методу эквивалентных слоев:

при двух слоях

; (5)

при трех слоях

, (6)

где , - толщина первого (верхнего) и второго слоев, м.

4. При проектировании насыпи по второму принципу высоту насыпи рассчитывают по формуле

, (7)

где - мощность деятельного (сезоннооттаивающего) слоя, устанавливаемая по данным изысканий или расчетом по формулам (4)-(6) при естественной влажности грунта, м;

е - относительная осадка грунта основания после его оттаивания под нагрузкой доли единицы; определяется согласно СНиП 2.02.04-88 или по рис. 5, 6 настоящего приложения;

- строительная осадка, зависящая от сезона производства земляных работ, м; определяется согласно обязательному приложению 6.

При наличии в основании насыпи глинистых грунтов с крупнообломочными включениями относительную осадку, определенную по графикам, корректируют с помощью коэффициента (табл. 1 настоящего приложения).

При сливающейся мерзлоте расчетную относительную осадку е при оттаивании под насыпью органических грунтов принимают:

      Торфяные грунты:

        лесотопяная залежь . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,40

        топяная залежь . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,45

      Ненарушенный мохово-торфяной покров, включая почвенный слой. . 0,30

      Теплоизолирующие слои из торфа и мха . . . . . . . . . . . . . 0,35

Таблица 1

Грунт	Коэффициент, учитывающий содержание крупных фракций, %
	20-35	35-50
Супесь:
легкая	1,0	0,50
тяжелая пылеватая	0,8	0,60
Суглинок:
легкий	0,8	0,60
тяжелый	0,8	0,55
Глина	0,8	0,55

5. Если предусмотрено предварительное оттаивание и осушение грунтов основания, то высоту насыпи рассчитывают по формуле

, (8)

где - глубина предварительного оттаивания грунтов основания до возведения земляного полотна, м; определяют по картам (см. рис. 1-4 настоящего приложения) с учетом прогнозируемой влажности;

- осадка грунтов основания после предварительного оттаивания под действием собственного веса, м;

; (9)

- коэффициент оттаивания грунтов; определяют экспериментально или принимают по табл. 2 настоящего приложения;

- коэффициент уплотнения грунтов основания, ; определяют экспериментально или принимают по табл. 2 настоящего приложения;

- плотность талого грунта, .

Таблица 2

Грунт	А_о	альфа_о, см2/кгс
Глина, суглинок тяжелый пылеватый	0,05 - 0,08	0,07 - 0,12
Суглинок легкий, легкий пылеватый	0,03 - 0,05	0,06 - 0,09
Суглинок с включением гравия	0,01 - 0,03	0,03 - 0,05
Супесь пылеватая, легкая	0,02 - 0,04	0,04 - 0,06
Песок пылеватый	0,01 - 0,02	0,02 - 0,03

Значения коэффициентов и для торфов определяют по рис. 7.

6. При использовании геотекстиля в конструкциях насыпей их высоту, полученную по формулам (1), (7) настоящего приложения, умножают на коэффициент , учитывающий охлаждающее влияние геотекстильной прослойки на глубину оттаивания принятой конструкции насыпи.

Пример 1. Автомобильную дорогу в районе пос.Ямбург ( дорожно-климатическая подзона) проектируют по первому принципу. Грунт в основании насыпи - суглинок тяжелый влажностью 40% и с числом пластичности . Предусмотрено возведение насыпи из мелкозернистого песка. Покрытие дороги сборное из железобетонных плит типа ПАГ-14 толщиной 14 см, укладываемых на укрепленное цементом песчаное основание толщиной 16 см. Требуется определить высоту насыпи.

Расчет ведут по формуле (1) настоящего приложения.

Поскольку насыпь состоит из трех слоев, то определяют глубину оттаивания каждого слоя:

верхнего (покрытие) - по формуле (2), где  м (по рис. 1 настоящего приложения); поправочный коэффициент на влажность (2%) ; :

 м;

нижнего (укрепленное песчаное основание) - по формуле (3), где  м (по рис. 1 настоящего приложения); поправочный коэффициент на влажность (6%) :

 м;

нижнего (мелкозернистый песок насыпи) - по формуле (4), где  м (по рис. 3 настоящего приложения); поправочный коэффициент на влажность (8%) песчаного грунта, подстилаемого глинистым, :

 м.

По формуле (6) настоящего приложения для трехслойной конструкции

 м.

Если учесть, что толщина дорожной одежды 0,3 м, то земляное полотно следует отсыпать на высоту

 м.

Пример 2. Исходные данные те же, что и в примере 1. Насыпь проектируют по второму принципу с прослойкой геотекстиля в нижней части. Насыпь возводится в летний период. Требуется определить высоту насыпи.

Расчет ведут по формуле (7) настоящего приложения.

Показатель известен (см. пример 1) - 2,28 м.

Так как нет данных изысканий, определяют мощность деятельного (сезоннооттаивающего) слоя: по рис. 2 настоящего приложения находим  м, поправочный коэффициент на влажность (40%) , получаем:

 м.

Допустимая осадка сборного цементобетонного покрытия (см. п. 2 настоящего приложения)  м. Относительная осадка при оттаивании глинистых грунтов основания при W=40% и по графику (см. рис. 6) е=0,07.

Строительная осадка согласно расчетам по формуле (7) приложения 7 составляет  м.

Тогда высота насыпи

 м.

Высота насыпи с учетом слоя геотекстиля

 м.

Если учесть, что толщина дорожной одежды 0,3 м, то земляное полотно следует отсыпать на высоту

 м.

Пример 3. Автомобильную дорогу в районе г. Салехарда проектируют с асфальтобетонным покрытием. По данным изысканий, супесчаный грунт основания имеет влажность 18%, а по данным лабораторных испытаний %, .

После снятия мохорастительного покрова с дорожной полосы и устройства водоотводных канав за год до начала основных работ влажность супесчаного грунта основания в результате осушения снизилась до 16%.

Дорожная одежда включает двухслойный асфальтобетон толщиной 10 см на щебеночном основании толщиной 15 см, подстилаемом слоем гравийно-песчаной смеси толщиной 15 см. Земляное полотно предусмотрено отсыпать из крупнозернистого песка. Требуется определить высоту насыпи.

Расчет ведут по формуле (8) настоящего приложения.

Поскольку насыпь состоит из трех слоев, то определяют глубину оттаивания каждого слоя:

верхнего (покрытие) - по формуле (2), где  м (по рис. 1 настоящего приложения), поправочный коэффициент на влажность (1%) ; :

 м;

нижнего (основание) - по формуле (3), где  м (по рис. 1 настоящего приложения), поправочный коэффициент на влажность (5%) :

 м;

нижнего (грунт земляного полотна) - по формуле (4), где  м (по рис. 3 настоящего приложения, поправочный коэффициент на влажность (8%) песчаного грунта, подстилаемого глинистым, :

 м.

Определяют глубину предварительного оттаивания грунта основания до возведения земляного полотна по рис. 2 настоящего приложения, поправочный коэффициент на влажность (16%) :

 м.

По формуле (6) настоящего приложения для трехслойной конструкции

 м.

Допустимая осадка  м (см. п. 2 настоящего приложения).

Относительная осадка е=0,05 по графику (см. рис. 6 настоящего приложения), при влажности 16% и .

Осадку грунтов после предварительного оттаивания рассчитывают по формуле (9), определив по табл. 2 настоящего приложения коэффициенты и (; ):

 м.

Высота насыпи

 м.

Учитывая, что толщина дорожной одежды 0,4 м, земляное полотно нужно отсыпать на высоту

 м.