Грунты для земляного полотна должны обеспечивать его прочность и устойчивость. Эти качества зависят от физических, химических и механических свойств грунтов, а также от полноты и достоверности инженерно-геологических данных, рационального выбора конструкции и соблюдения правил производства работ. Качество работ по возведению земляного полотна имеет первостепенное значение.
Инженерно-технические работники строительных управлений и механизированных колонн, осуществляющие руководство сооружением земляного полотна, должны хорошо знать физико-технические характеристики грунтов, так как они оказывают большое влияние на стабильность и долговечность работы земляного полотна.
Для установления вида грунта в полевой лаборатории определяют следующие основные характеристики: пластичность, влажность, плотность, коэффициент консистенции и гранулометрический состав. Для вечномерзлых грунтов, кроме того, определяют температуру, льдистость, показатели морозного пучения, категорию сжимаемости или просадочности оснований и др.
Пластичность — это способность грунта под действием внешних сил изменять свою форму без изменения объема и появления трещин и сохранять приданную ему форму после того, как действие внешней силы утрачено. Пластичность грунта проявляется лишь в определенном диапазоне влажности — «между границами текучести и раскатывания».
Граница раскатывания, или предел пластичности, соответствует влажности, при которой грунт переходит из пластичного в твердое состояние. Тесто, изготовленное из такого грунта, раскатываемое в жгутик толщиной 3 мм, начинает крошиться.
Границей текучести WT называется влажность теста, изготовленного из грунта и воды, при которой грунт из пластичного состояния переходит в текучее. В лаборатории это состояние определяется погружением балансирного конуса массой 76 г на глубину 20 мм в тесто, полученное за 5 с.
Число пластичности грунта:
WП = WT — WР
где WT — влажность, соответствующая границе текучести;
WР — влажность, соответствующая границе раскатывания.
Состояние глинистых грунтов характеризуется коэффициентом консистенции:
B = (W — WР)/(WT — WР) = (W — WР)/WП
где W— естественная влажность.
В зависимости от вида (разновидности) грунтов коэффициент консистенции В принимается по табл. 1.
Глинистые или связные грунты в зависимости от числа пластичности делятся на супеси и глины (табл. 2).
1 Для супесей легких крупных учитывают содержание частиц размером 2—0,25 мм. К наименованию глинистого грунта, установленному по табл. 2, при содержании в образце грунта 20—50% (по массе) частиц крупнее 2 мм добавляют «гравелистый» (при окатанных частицах) или «щебенистый» (при неокатанных).
Крупнообломочные и песчаные грунты в зависимости от зернового состава делятся на виды, приведенные в табл. 3.
При определении вида грунта последовательно суммируют процент содержания в нем частиц, начиная от более крупных. Грунту дают наименование по первой сумме, удовлетворяющей показателю содержания частиц в табл. 3.
Пески мелкие, содержащие более 90% частиц размером 0,10 — 0,25 мм, относят к одноразмерным, пески, у которых К60/10 = (d*60)/(d*10) > 3 (60 и 10 — процент просеявшихся частиц через сита диаметром d), — к разномерным.
К числу основных расчетных характеристик грунтов при проектировании конструкций земляного полотна относятся: объемная масса грунта γ, угол внутреннего трения φ, коэффициент трения ƒ(ƒ = tgα) и удельное сцепление с. Эти характеристики определяют прочность и устойчивость земляного полотна.
Значения расчетных характеристик не остаются постоянными для одного и того же грунта, они меняются в зависимости от его влажности и температуры. Влажность грунтов меняется в течение года — от весеннего снеготаяния, выпадения осадков в виде дождей, поднятия уровня грунтовых вод и др.
Повышение влажности всегда ухудшает характеристики грунтов и их прочность. Поэтому при проектировании предусматривают защиту грунтов от опасного действия влаги.
Угол внутреннего трения φ и удельное сцепление с определяют в стационарных лабораториях.
Скальные грунты и породы различают по временному сопротивлению сжатию, степени растворимости и размягчаемости в воде, по подверженности выветриванию.
Скальные грунты и породы считаются размягчаемыми, если отношение их временных сопротивлений сжатию в насыщенной воде и в воздушно-сухом состоянии меньше 0,75, а при отношении, равном или более 0,75, — не размягчаемыми.
По степени выветриваемости скальные грунты делятся на слабовыветривающиеся и легковыветривающиеся (табл. 4).
По степени водопроницаемости грунты для железнодорожных насыпей делятся на дренирующие и недренирующие.
К дренирующим грунтам относятся скальные и крупнообломочные грунты, пески гравелистые, крупные и средней крупности, а также пески мелкие, удовлетворяющие одному из следующих условий: коэффициент фильтрации грунта должен быть более или равен 0,5 м/сут.; содержание частиц размером меньше 0,1 мм должно быть равно или менее 15%, в том числе размером менее 0,005 мм менее 2% по массе.
К недренирующим относятся глинистые грунты, а также пески мелкие, не удовлетворяющие указанным условиям. При определении коэффициента фильтрации плотность должна быть доведена в приборе стандартного уплотнения до максимальной при оптимальной влажности.
Глинистые грунты считаются переувлажненным и, если их влажность превышает значения, при которых грунт в насыпи может быть уплотнен до требуемых величин, а в пределах выемок их коэффициент консистенции В>0,25.
К набухающим относятся глинистые грунты, у которых суммарный показатель степени набухания — усадки:
Δνс = (Δνн — Δνу)/(1 — Δνy) > 0,1,
где Δνн и Δνу — показатели, соответственно характеризующие степень набухания и усадки грунтов.
К сильно набухающим относится грунт при Δνс ≥ 0,20.
К грунтам, обладающим специфическими строительными свойствами, относятся илы, лёссы, аргиллиты, мергели, трепел, тальковые, пирофиллитовые и слюдистые грунты, меловые породы, сланцевые глины, торф, черноземы и др.
К вечномерзлым относятся грунты, находящиеся в мерзлом состоянии в продолжение многих лет. Физико-механические свойства мерзлых грунтов, количество незамерзшей воды, плотность, осадка при оттаивании, их прочностные показатели изменяются в зависимости от температуры грунта. Обычно температура вечномерзлых грунтов изменяется от 0 до —5° С.
Глубина, на которой затухают сезонные колебания температуры, называется глубиной нулевых годовых амплитуд. Температура грунта на этой глубине служит основной характеристикой среднегодовой температуры вечномерзлой толщи. Для инженерных целей принято считать температуру грунта практически постоянной на глубине 10 м.
Температура грунтов изменяется в зависимости от их состава, льдистости, рельефа местности, экспозиции склонов, наличия грунтовых вод, температуры наружного воздуха и др.
При определении температуры грунта в процессе инженерно-геологических изысканий в специально пробуренные скважины глубиной 10 м опускают заленивленные ртутные термометры, имеющие точность 0,1°. Термометры должны находиться в скважине не менее 3 ч.
Температуру измеряют на характерных типах местности и в пределах однотипных ландшафтных комплексов.
К высокотемпературным вечномерзлым относятся грунты с температурой от 0 до —1 —1,5° С на участках островной мерзлоты, к низкотемпературным — грунты с температурой от —1,5° С и ниже.
Вечномерзлые грунты, верхняя поверхность которых перекрывается нижней поверхностью слоя сезонного промерзания грунтов, называется «сливающимися» вечномерзлыми грунтами. Если же их верхняя поверхность ниже подошвы слоя сезонного промерзания, то их относят к «несливающимся» вечномерзлым грунтам.
Встречаются «слоистые или многослойные мерзлые толщи», т. е. когда два и более слоев вечномерзлых грунтов, залегающих друг над другом, разделены талыми прослоями. В районах распространения вечномерзлых грунтов «сливающегося» типа летом над их поверхностью образуется слой сезонного оттаивания — «деятельный слой» (рис. 8).
Глубина сезонного промерзания грунтов зависит от их влажности, вида, характера растительности, мощности снежного покрова, экспозиции склона и среднегодовой температуры воздуха. То же относится и к толщине деятельного слоя.
Основным показателем деформации мерзлых грунтов при их оттаивании под действием нагрузки от сооружения является относительная осадка.
Величина относительной осадки:
δ = S/h
где S — величина осадки образца грунта при испытании без бокового расширения;
h — высота уплотняемого образца.
Основания насыпей земляного полотна по степени возможной осадки вечномерзлого грунта при его оттаивании в зависимости от относительной осадки δ делятся па четыре типа (табл. 5).
Марями на Дальнем Востоке и Забайкалье называют болота, в основании которых залегают вечномерзлые грунты.
Морозное пучение — это поднятие поверхности промерзающего грунта в результате перехода в лед воды, содержащейся внутри объема грунта и поступившей извне в процессе миграции.
Неравномерность морозного пучения характеризуется коэффициентом:
K = (h2 — h1)/L
где h2, h1 — превышения одной точки поверхности пучения над другой, см;
L — расстояние между точками, см.
Превышение и коэффициент неравномерности пучения определяются в полевых условиях на месте предполагаемого сооружения (выемки, нулевого места и др.) высотным нивелированием ряда точек до замерзания и после промерзания грунта. Нивелировать можно в относительных отметках.
Основные характеристики состава и состояния грунтов, необходимые для полевого контроля качества сооружения земляного полотна, определяют механизированные колонны. Для этого в состав каждой колонны и строительно-монтажного подразделения (СМП), ведущих земляные работы, должны входить полевые грунтовые лаборатории, оснащенные необходимым оборудованием. Руководит лабораторией старший лаборант, который подчиняется главному инженеру механизированной колонны или СМП.
При испытании лаборант руководствуется «Методическими указаниями о работе полевой грунтовой лаборатории», разработанными ЦНИИСом. В Указаниях дается подробная методика определения характеристик грунтов и приведены формы журналов ведения лабораторных работ.
Сложные лабораторные испытания грунтов, например, на сдвиг, трехосное сжатие и др. выполняют стационарные лаборатории проектных или учебных институтов.
Если основа оригинала (карты пли плана) прозрачна, то копию можно снять при помощи стола со…
Определение координат точки. Пусть точка А (рис. 32) находится в квадрате, абсциссы и ординаты вершин…
Рельефом местности называется совокупность неровностей физической поверхности земли. В зависимости от характера рельефа местность делят…
Для обозначения на планах и картах различных предметов местности, применяются специально разработанные условные знаки. Для обличения…
В инженерной геодезии чаще всего пользуются топографическими картами. Их составляют в масштабах 1:10000, 1:25000, 1:50000…