ХАРАКТЕРИСТИКА ГРУНТОВ ЗАСОЛЕННЫХ, НАБУХАЮЩИХ, ПРОСАДОЧНЫХ, ПУЧИНИСТЫХ

 

Засоленные грунты — грунты, содержащие в количестве более 0, 3 % массы абсолютно сухого грунта легкорастворимые соли (хлористый натрий, хлористый кальций, хлористый магний, сернокислый магний, углекислый натрий и двууглекислый натрий), а также — в больших количествах труднорастворимый сернокислый кальций (гипс) и практически нерастворимый углекислый кальций. Засоленные грунты при увлажнении резко снижают прочность на сжатие.

Засоленные грунты следует разделять по степени засоления с учетом его качественного характера (таблица Б.1).

 

Таблица Б.1

 

Грунты	Среднее суммарное содержание легкорастворимых солей, % массы сухого грунта
	Хлоридное и сульфатнохлоридное засоление		Сульфатное, хлоридно-сульфатное и содовое засоление
	районы с засушливым климатом	остальные районы	районы с засушливым климатом	остальные районы
Слабозасоленные Среднезасоленные Сильнозасоленные Избыточно засоленные	0, 5—2 2—5 5—10 > 10	0, 3—1 1—5 5—8 > 8	0, 5—1 1—3 3—8 > 8	0, 3—0, 5 0, 5—2 2—5 > 5

 

К слабозасоленным грунтам необходимо также относить грунты со средним суммарным содержанием легкорастворимых солей менее 0, 5 % в районах с засушливым климатом и менее 0, 3 % в остальных районах, если эти грунты содержат более 0, 25 % Nа₂SO₄ + МgSO₄, или более 0, 5 % NаНСОз + Nа₂СОз.

Качественный характер засоления можно установить по соотношению содержания ионов Сl' и SO₄" в водной вытяжке, выраженного в миллиэквивалентах на 100 г сухого грунта (таблица Б.2).

 

Таблица Б.2

 

Наименование засоления	Отношение
Хлоридное	Более 2, 5
Сульфатно-хлоридное	2, 5—1, 5
Хлоридно-сульфатное	1, 5—1, 0
Сульфатное	Менее 1, 0

 

Засоление называется содовым при содержании в грунте ионов СО₃" и НСО₃' более одной трети суммарного содержания ионов Сl' и SO₄" .

Степень и качественный характер засоления определяют в период наибольшего накопления солей в верхних слоях грунтов.

Набухающие грунты — морские и озерные глинистые отложения палеогена, неогена и четвертичной системы, майкопские, сарматские, мэотические, киммерийские, апшеронские, бакинские, аральские и хвалынские породы и их элювий, делювий.

Характерной особенностью этих грунтов является изменение их состояния и свойств под воздействием природных факторов при нарушении естественных условий залегания.

Набухающие грунты при замачивании водой или другой жидкостью увеличиваются в объеме, при этом относительное набухание в условиях свободного набухания (без нагрузки) e_sw³ 0, 04 — ГОСТ 25100.

Набухающие грунты характеризуются следующими показателями: свободное набухание—e_sw, набухание под нагрузкой e_swp, усадка при высыхании — e_sh, влажность набухания — W_sw, влажность предела усадки — W_sh.

Показатели набухания и усадки грунта определяются по относительной деформации:

набухание — в условиях исключения возможности бокового расширения при насыщении грунта водой или химическим раствором;

усадку — в условиях свободной трехосной деформации при высыхании грунта

;         (Б.1)

,         (Б.2)

где h₀ и h_sw — высота образца до и после увлажнения;

V₀ и V_sh — начальный и конечный объемы образца.

Методы лабораторного определения характеристик набухания и усадки представлены в ГОСТ 24143.

По ГОСТ 25100 набухающие грунты в зависимости от величины относительного набухания без нагрузки подразделяются на:

слабонабухающие, если 0, 04 £ e_sw  £ 0, 08;

средненабухающие, если 0, 08 < e_sw £ 0, 12;

сильнонабухающие, если e_sw > 0, 12. В наибольшей степени величину возможной деформативности набухающих грунтов отражает обобщенный показатель набухания — усадки e_swh.

.            (Б.3)

Обозначения прежние.

Поверхностные слои земляного полотна (на откосах, под основной площадкой) находятся в зоне сезонных изменений влияния внешних факторов и работают в условиях переменного температурно-влажностного режима. Поэтому при установлении расчетных параметров грунтов следует учитывать наибольшую их деформативность и ориентироваться на показатель усадки набухания e_swh.

Грунты считаются слабонабухающими, если e_swh £ 10; средненабухающими, если 0, 10< e_swh£ 0, 20; сильнонабухающими, если e_swh > 0, 20.

Для глинистых грунтов с влажностью предела текучести 0, 35 £ W_L £ 0, 65, удовлетворяющих требованию 0, 03 £ (W_p — 0, 4 W_L) £ 0, 09; при ориентировочных расчетах могут быть использованы эмпирические зависимости для прогнозирования состояния и свойств набухающих грунтов [38; 39; 47]. Показатель усадки — набухания:

. Давление набухания Р_sw:

Р_sw = 6 e_swh ·W_L  = 6 МПа (60 кгс/см²).       (Б.4)

Просадочные грунты — грунты, которые под действием внешней нагрузки или собственной массы при замачивании водой или другой жидкостью дают просадку и при этом значение относительной просадочности e_sl ³ 0, 01 — по ГОСТ 25100.

Относительная просадочность — отношение уменьшения высоты образца грунта в результате его замачивания водой или другой жидкостью при определенном вертикальном давлении к высоте образца природной влажности при давлении, равном природному на глубине отбора образца. Определяется по ГОСТ 23161.

При предварительной оценке к просадочным грунтам обычно относятся лессовые грунты со степенью влажности S_r £ 0, 8, для которых величина показателя I_ss, определяемого по формуле В.5, меньше значений, указанных в таблице Б.3.

 

Таблица Б.3

 

Число пластичности грунта, Iр	0, 01< Iр < 0, 10	0, 10 £ Iр < 0, 14	0, 14 £ Iр < 0, 22
Показатель Iss	0, 1	0, 17	0, 24

 

I_ss = (e_L - e)/(1 + e),                     (Б.5)

где е —коэффициент пористости грунта природного сложения и влажности;

е_L —коэффициент пористости, соответствующий влажности на границе текучести W_Lи определяемый по формуле

e_L = W_L r_s / r_w,                           (Б.6)

где r_s — плотность частиц грунта, г/см³;

r_w — плотность воды, принимаемая равной 1 г/см³.

I — зона постоянного значения плотности и влажности грунтов после стабилизации процессов набухания в изменившихся при строительстве условиях; II — зона сезонного изменения плотности и влажности грунтов; h_в — глубина зоны выветривания

Рисунок Б.1 — Схема образования зоны сезонного выветривания после сооружения земляного полотна

Пучинистые грунты — грунты, которые при замерзании могут увеличиваться в объеме. К грунтам, подверженным морозному пучению, относятся:

глинистые — супеси, суглинки, глины;

легковыветривающиеся — сланцы, алевролиты, аргиллиты, мергели в зоне активного выветривания;

крупнообломочные — грунты с глинистым заполнителем, пылеватые пески.

Значение морозного пучения грунтов зависит от их естественной влажности и условий возможного увеличения влажности слоя в процессе его промерзания (от глубины расположения уровня грунтовых вод). В наибольшей степени подвержены пучению пылеватые грунты.

Ориентировочные значения относительного пучения грунтов в зависимости от их естественной влажности и разности величин естественной влажности и влажности на границе раскатывания (пластичности) приведены в таблице Б.4.

 

Таблица Б.4

 

W-Wp, доли единицы	Интенсивность пучения глинистых грунтов, f
	Влажность грунта в слое промерзания, W, доли единицы
	16	18	20	22	24	26	28	30	32	34	36
0, 01	0, 015	0, 018	0, 021	0, 025	0, 028	0, 031	0, 034	0, 037	0, 041	0, 044	0, 047
0, 02	0, 022	0, 025	0, 029	0, 032	0, 035	0, 038	0, 041	0, 045	0, 048	0, 051	0, 054
0, 03	0, 034	0, 037	0, 040	0, 044	0, 047	0, 050	0, 053	0, 056	0, 060	0, 063	0, 066
0, 04	0, 050	0, 054	0, 057	0, 060	0, 063	0, 066	0, 070	0, 073	0, 076	0, 079	0, 082
0, 05	—	0, 075	0, 078	0, 081	0, 084	0, 088	0, 091	0, 094	0, 097	0, 100	0, 103
0, 06	—	0, 097	0, 100	0, 104	0, 107	0, 110	0, 113	0, 116	0, 120	0, 123	0, 126
0, 07	—	—	0, 130	0, 133	0, 136	0, 139	0, 143	0.146	0, 149	0, 152	0, 155
0, 08	—	—	0, 164	0, 167	0, 170	0, 173	0, 176	0, 180	0, 183	0, 186	0, 189
0, 09	—	—	—	0, 205	0, 208	0, 212	0, 215	0, 218	0, 221	0, 224	0, 227
0, 10	—	—	—	0, 248	0, 251	0, 254	0, 258	0, 261	0, 264	0, 267	0, 270
Примечания 1 Величины интенсивности пучения, приведенные в таблице Б.4, определены расчетом для грунта с плотностью скелета rd = 1, 6 г/см3. Интенсивность пучения грунтов с другим значением rd можно определять по формуле , где fi,  - соответственно интенсивность пучения и плотность скелета исследуемого слоя грунта. 2 W - естественная влажность грунта, установленная по данным замеров в природных условиях. 3 Wp - влажность данного слоя грунта на границе раскатывания.

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ В

 

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ЗАЩИТНОГО СЛОЯ ПО УСЛОВИЮ ОГРАНИЧЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ МОРОЗНОГО ПУЧЕНИЯ ЕГО ОСНОВАНИЯ И ОБЕСПЕЧЕНИЯ НЕОБХОДИМОЙ ПРОЧНОСТИ ПОДСТИЛАЮЩЕГО СЛОЯ

 

Определение необходимой толщины защитного слоя может быть выполнено по методике, представленной в Методических рекомендациях [9]; при отсутствии детальных исходных данных рекомендуется использовать методику, приведенную в Технических указаниях [10]. При этом в настоящем приложении приведены графики, значительно упрощающие выполнение расчетов.

В действующих нормативах ВСН 61-89 и рекомендациях [9—11] толщину подушки из дренирующих грунтов (т.е. толщину защитного слоя h₃) и рекомендуется определять по формуле

h₃ = Z_max - h_б - h_доп,        (В.1)

где Z_max - максимальная глубина сезонного промерзания земляного полотна из дренирующих грунтов от верха балластной призмы; определяется по среднему многолетнему значению суммы градусо-суток (W, °С · сут) отрицательных температур наружного воздуха (СНиП 2.01.01-82);

h_б - толщина балластного слоя (от верха балластной призмы);

h_доп - допустимая толщина промерзающего глинистого грунта под подушкой из дренирующих грунтов.

В Технических указаниях [10] приведены поправочные коэффициенты для определения расчетной глубины промерзания

      (В.2)

где q — коэффициент, учитывающий вид дренирующего грунта (q = 1 для песчано-гравийной смеси и 0, 90 —для асбестовых отходов);

n — коэффициент, учитывающий вид конструкции земляного полотна (п = 1 для нулевых мест, 0, 95—для выемок глубин более 1 м, 1, 05 — для насыпей высотой более 1 м);

т — коэффициент, учитывающий увеличение глубины промерзания земляного полотна по сравнению с многолетними и средними данными, определяется по формуле

,                     (В.3)

где W₁₀ — максимальная в десятилетнем периоде сумма градусо-суток отрицательных температур наружного воздуха за год, W₁₀ °С · сут.

Величина h_доп, определяется по формуле

,           (В.4)

где D_доп допустимая величина пучения, принимается в зависимости от категории дорог и перспективной скорости движения поездов.

Категория дорог........ IV III  II—I

D_доп, мм....................... 35  25  20

С — коэффициент, характеризующий условия промерзания и пучения С = 1 для условий сезонного промерзания и несливающейся мерзлоты, С = 1, 4—для условий сливающейся мерзлоты;

f — расчетная интенсивность пучения, зависит от вида и состояния грунта (в наибольшей степени от его влажности).

Установление толщины защитного слоя, при которой значение морозного пучения земляного полотна не превысит допустимых значений, должно проводиться методом подбора — путем последовательных приближений. Для упрощения этих расчетов составлены вспомогательные графики (рисунки В.1, В.2).

Для построения первичных графиков (рисунок В.1), характеризующих глубину промерзания двухслойной среды в зависимости от толщины поверхностного слоя дренирующих грунтов при различных климатических условиях, использована номограмма, взятая из Технических указаний [10], рисунок В.3.

а — при многолетней средней сумме градусо-суток отрицательных температур наружного воздуха W, °С · сут — 2600; б — то же W — 2200; в — то же W — 1800; г — то же W — 1400;

 д — то же W — 1000

Н_пр — глубина промерзания двухслойной среды, м.

Рисунок В.1 — Графики для определения толщины слоя дренирующего грунта, обеспечивающего непревышение допустимой величины пучения 20 мм, при различной интенсивности пучения f, %, для различных климатических условий

 

а — при допустимой величине пучения D = 20 мм; б — то же, при D = 25 мм; в — то же, при D = 35 мм; H_др — толщина слоя дренирующего грунта, м; f — интенсивность пучения, %; W — средняя многолетняя сумма отрицательных температур наружного воздуха, градусо-сутки

 

Рисунок В.2 — Толщина дренирующего слоя, обеспечивающая непревышение допустимой величины пучения, в зависимости от интенсивности пучения, для различных климатических условий

Z_пр — глубина промерзания; W — средняя многолетняя сумма градусо-суток отрицательных температур наружного воздуха; h — толщина слоя дренирующего грунта (песчано-гравийного)

 

Рисунок В.3 — Номограмма для определения глубины промерзания в зависимости от климатических условий при различной толщине дренирующего грунта

 

На итоговом графике (рисунок В.2) представлены значения суммарной толщины слоя дренирующих (песчано-гравийных) грунтов (H = h₃ + h_б), обеспечивающего непревышение заданной величины пучения подстилающих глинистых грунтов (20—25—35 мм) при известных климатических и грунтовых условиях, выражаемых через суммарное количество градусо-суток отрицательных температур W и через интенсивность пучения глинистых грунтов f.

Требуемая толщина защитного слоя из песчано-гравийных грунтов h₃ определяется по формуле

h₃ = nm H_др - h_б.       (В.5)

Значения W определяются по СНиП 2.01.01-82.

Значения интенсивности пучения могут быть установлены по прилагаемой таблице В.1 с учетом прогнозируемого режима поверхностных и грунтовых вод, устанавливающегося в результате разработки земляного полотна и осуществления запроектированных противодеформационных устройств.

В таблице В.2 приведены результаты расчетов, выполненных с использованием приведенных графиков по двум пунктам при различных условиях для насыпей и выемок.

Окончательно решение о требуемой толщине защитного слоя для каждого объекта принимается по большему из двух значений, полученных из условия непревышения допустимой величины морозного пучения подстилающих грунтов и по условию их прочности, но не менее предусмотренных СНиП 32-01-95.

⇐ Предыдущая17181920212223242526Следующая ⇒

Поделиться: