Тема № 9. Строительство автомобильных

Тема № 9. Строительство автомобильных дорог в зоне распространения просадочных грунтов.

Отличительная особенность просадочных грунтов заключается в их способности в напряженном состоянии от собственного веса или внешней нагрузки от фундамента при повышении влажности — замачивании давать дополнительные осадки, называемые просадками. К просадочным грунтам относятся лессы, лессовидные супеси, суглинки и глины, некоторые виды покровных суглинков и супесей, а также в отдельных случаях мелкие и пылеватые пески с повышенной структурной прочностью, насыпные глинистые грунты, отходы промышленных производств (колосниковая пыль, зола и т. п. ), пепловые отложения и др. Просадочность грунтов обуславливается особенностями процесса формирования и существования толщ этих грунтов, в результате чего они находятся в недоуплотненном состоянии. Недоуплотненное состояние лессового грунта может сохраняться на протяжении всего периода существования толщи, если не произойдет повышения влажности и нагрузки. В этом случае может произойти дополнительное уплотнение грунта в нижних слоях под действием его собственного веса. Но так как просадка зависит от величины нагрузки, недоуплотненность толщи лессовых грунтов по отношению к внешней нагрузке, превышающей напряжения от собственного веса грунта, сохранится. Возможность последующего уплотнения лессового грунта, находящегося в недоуплотненном состоянии от внешней нагрузки или собственного веса, при повышении влажности определяется соотношением снижения его прочности при увлажнении и величиной действующей нагрузки.

Недоуплотненность грунтов выражается в их низкой степени плотности, характеризующейся объемной массой скелета в пределах обычно 1, 2— 1, 5 т/м 3, пористостью 0, 6— 0, 45 и коэффициентом пористости 0, 65— 1, 2. С глубиной степень плотности чаще всего повышается. Наряду с недоуплотненностью просадочные грунты обычно характеризуются низкой природной влажностью, пылеватым составом, повышенной структурной прочностью. Влажность их в южных засушливых районах обычно составляет всего лишь 0, 04— 0, 12, степень влажности 0, 1— 0, 3, а в районах Средней полосы, Сибири и др. 0, 12— 0, 20 при степени влажности 0, 3— 0, 6. Структурная прочность лессовых и др. просадочных грунтов обусловливается в основном цементационным сцеплением. При повышении влажности происходит снижение прочности грунта. Тонкие пленки воды могут оказывать расклинивающее действие, которое сказывается одновременно с прониканием воды в толщу грунта. Пленки воды, играя роль смазки, облегчают скольжение частиц и содействуют более плотной их укладке под воздействием давления. Сцепление увлажненного лессового грунта в этом случае будет определяться только влиянием сил молекулярного притяжения, величина которых, как известно, зависит в основном от состава и степени плотности грунта.

Просадка грунта — это сложный физико-химический процесс. Основным его проявлением является уплотнение грунта за счет перемещения и более компактной укладки отдельных частиц и их агрегатов, благодаря чему понижается общая пористость грунта до состояния, соответствующего действующему давлению. В связи с повышением степени плотности грунта после просадки прочностные характеристики его несколько возрастают. При дальнейшем увеличении давления процесс уплотнения лессового грунта в водонасыщенном состоянии продолжается, а вместе с этим увеличивается и его прочность. Необходимыми условиями для проявления просадки грунта являются: а) наличие нагрузки от собственного веса грунта или фундамента, способной при увлажнении преодолевать силы связности грунта; б) достаточное увлажнение, при котором в значительной степени снижается прочность грунта. Под совместным влиянием этих двух факторов и происходит просадка грунта. Характер протекания деформаций во времени на просадочных грунтах определяется их влажностью. В связи с тем что просадочные грунты обычно находятся в маловлажном состоянии, деформация сжатия их от внешней нагрузки происходит в течение сравнительно короткого времени. Просадка грунта, а в равной степени и осадка в водонасыщенном состоянии, протекают в течение более длительного времени, так как эти процессы связаны с фильтрацией воды через толщу грунта.

Просадочность грунтов и возможность ее проявления оценивается по показателям и критериям просадочности. Показатели просадочности определяют склонность грунтов к просадкам и представляют собой совокупность характеристик грунтов, от которых зависит их просадочность. Они являются всего лишь номенклатурными признаками и обычно не позволяют с достаточной достоверностью определить количественную величину возможной просадочности грунта. Одним из основных показателей свойств грунта, характеризующих его недоуплотненное состояние, является показатель просадочности. Вторым показателем, определяющим склонность лессовых грунтов к просадкам, наряду с недоуплотненным состоянием, является степень влажности. Известно, что с увеличением влажности просадочность уменьшается и недоуплотненные лессовые грунты оказываются практически непросадочными. Третьим показателем просадочности грунтов является структурная прочность, а вернее, степень ее снижения при увлажнении грунта. Многочисленные исследования показывают, что изменение прочности лессовых грунтов при увлажнении происходит в основном за счет снижения сцепления и, частично, угла внутреннего трения. Степень снижения прочности лессовых грунтов при увлажнении может служить количественной характеристикой просадочности. Выполненные исследования на лессовидных суглинках показывают, что связь между ними может быть принята линейной.

По результатам испытаний лессовых грунтов статическим зондированием за степень снижения прочности их принимается отношение сопротивления грунта конусу зонда при естественной влажности к сопротивлению того же грунта конусу зонда в водонасыщенном состоянии. Критерии просадочности связаны с внешними воздействиями, при определенных величинах которых возможно развитие просадки грунтов. Критериями просадочности являются минимальные значения давления и степени повышения влажности, т. е. начальное просадочное давление и начальная просадочная влажность, при которых начинает проявляться просадка грунта. Критерии просадочности тесно связаны между собой и при комплексном рассмотрении их вместе с относительной просадочностью дают достаточно полную характеристику просадочных грунтов. На основе этого следует считать, что основными характеристиками просадочности грунтов являются: относительная просадочность, начальное просадочное давление, и начальная просадочная влажность.

По условиям возможной просадки земляного полотна местности подразделяются на две группы: 1) с проявленной просадочностью - участки близкого залегания грунтовых вод (до 3 м от дневной поверхности) - третьего типа местности по условиям увлажнения; 2) с непроявленной просадочностью - участки глубокого залегания грунтовых вод (более 3 м от дневной поверхности) - первого и второго типов местности по условиям увлажнения. На участках с непроявленной просадочностью возможны просадки трех типов: 1) поверхностные, происходящие в слое 3 -4 м в условиях недостаточного поверхностного водоотвода и устойчивого глубокого залегания уровня грунтовых вод; 2) глубинные , происходящие в просадочной толще на различной глубине под действием грунтовых вод, при обеспеченном поверхностном водоотводе; 3) смешанные , представляющие собой поверхностные и глубинные просадочные явления - результат совместного действия поверхностных и грунтовых вод.

При сооружении земляного полотна следует предусматривать такое размещение водопропускных и водоотводных сооружений, при котором основание земляного полотна и придорожная полоса не будут подвергаться длительному увлажнению. Если предусмотрено пересечение дорогой действующего водотока, необходимо сохранять его русло, так как под ним просадка уже проявилась. Пропуск воды по новому руслу может быть причиной больших просадок грунтов в основании земляного полотна. Во всех случаях необходимо обеспечить быстрый и беспрепятственный отвод от земляного полотна атмосферных осадков и защитить его от поверхностных и грунтовых вод, использовав нагорные, боковые, сушильные и водоотводные канавы, водозащитные планировки, дренажи и т. п. Дно и откосы всех видов водоотводных канав должны быть тщательно уплотнены или укреплены с целью снижения водопроницаемости слагающих их грунтов.

Для устранения просадочных свойств естественных грунтовых оснований рекомендуется: уплотнение, укрепление и предварительное замачивание грунтов. Для слабопросадочных и просадочных грунтов при поверхностных просадках наиболее целесообразно поверхностное уплотнение грунтов на 0, 5 - 0, 75 м до плотности не менее 0, 95 от максимальной при стандартном уплотнении на ширину полосы отвода. Эффективное средство уплотнения - трамбующая машина с последующей укаткой тяжелыми катками на пневматических шинах. Число проходов для достижения трамбуемой плотности определяется методом пробной укатки. Для увеличения глубины проработки уплотняемой грунтовой толщи естественного основания можно применять навесные трамбующие плиты. Для предотвращения разуплотнения верхнего слоя его следует после трамбования укатывать двумя-тремя проходами катка на пневматических шинах. На дорогах высших категорий, проходящих по сильнопросадочным грунтам, а также в местах устройства искусственных сооружений многоочковых водопропускных труб большого диаметра и фундаментов путепроводов целесообразно укреплять просадочное основание неорганическими вяжущими: цементом, золой уноса сухого улавливания, цементной пылью, фосфогипсом и др.