Проектирование земляного полотна на болотах

Земляное полотно на болотах проектируется в насыпях в соответ-ствии с требованиями к возвышению бровки земляного полотна (п.5).

Конструкцию земляного полотна назначают в зависимости от категории дороги, глубины болот, вида и плотности торфа, а также степени капитальности устраиваемой дорожной одежды[5].

Конструкции земляного полотна могут быть сгруппированы в нес-колько типов: эстакады; насыпи, возведённые на минеральном дне болота; плавающие насыпи. Отдельно рассматриваются методы улучшения свойств слабого основания: вертикальное дренирование, частичное выторфовывание.

Насыпи, возводимые на прочном минеральном дне болота, являются наиболее надёжными, но и дорогими в строительстве. Их строят на дорогах с капитальными и усовершенствованными облегченными покрытиями на болотах глубиной до 2-х метров.

На болотах с устойчивыми торфами можно возводить земляное полотно с использованием несущей способности торфа с частичным выторфовыванием или без выторфовывания[5]. Чтобы происходящие при нагружении колебания дорожной одежды не достигали опасного для её прочности значения, толщину слоя торфа, оставленного под насыпью, ограничивают. При толщине слоя торфа 1 м толщина насыпного слоя грунта должна быть не менее 2 м для капитальных типов дорожных одежд. При 4-метровой толщине торфа толщина грунта должна составлять 3 м. Устойчивость основания насыпи повышают с помощью постоянных боковых нагрузок (пригрузочных берм и банкетов).

Выполним расчёт нескольких вариантов конструкций земляного полотна на болоте.

Исходные данные:

- высота насыпи Н_нас=3,99 м;

- объёмный вес грунта насыпи γ=1,5 т/м³

- длина участка дороги, проходящего по болоту L_Б=120 м;

- мощность торфяной залежи Н_торф=3,5 м;

- тип торфа – І;

- величина сцепления торфа С_о=2600 кг/м²

- коэффициент пористости в естественном состоянии ε_о=8,33;

- коэффициент пористости после уплотнения ε=6,15;

- коэффициент консолидации С_ср=0,011 м²/сут;

- степень консолидации – 90%.

6.1. Насыпь с частичным выторфовыванием

Целью заглубления основания насыпи при частичном выторфовыва-нии является снижение упругих деформаций от движения транспортных средств, достигаемое увеличением толщины насыпного слоя по отношению к мощности оставленного торфа, а также уменьшение длительности процесса осадки насыпи[6].

Определим величину осадки, предполагая, что массив грунта работает только на сжатие. Для данного типа конструкции земляного полотна осадка вычисляется по формуле[6]:

, (6.1)

где Н₀ – толщина расчётного слоя, м;

ε_о – коэффициент пористости в естественном состоянии;

ε – коэффициент пористости после уплотнения.

Длительность осадки насыпи определяется по формуле:

, (6.2)

где Т – фактор времени, определяемый по графику [6];

С_ср – коэффициент консолидации.

Подставив соответствующие значения в формулы (6.1 – 6.2), опреде-лим:

м

Выполним проверку данной конструкции на устойчивость. Конструкцию можно считать устойчивой, если выполняется условие:

, (6.3)

где К_уст – коэффициент устойчивости, определяемый по формуле:

. (6.4)

Выполним проверку:

Условие выполняется, следовательно, конструкция устойчива.

Определим объём песка, необходимого на возведение данной конструкции земляного полотна с учётом просадки насыпи. Площадь сечения просевшей части определяется по формуле:

. (6.5)

Вычислим общую площадь сечения насыпи:

м²

Объём песка на весь участок составляет:

м³

6.2. Насыпь с вертикальными дренами-колодцами

Метод вертикального дренирования заключается в искусственном создании в толще сжимаемого водонасыщенного слоя каналов, заполненных материалом, обладающим высокой водопроницаемостью. Поскольку скорость уплотнения водонасыщенного грунта под постоянной нагрузкой зависит от длительности отжатия воды из его пор, вертикальные дрены, сокращая путь фильтрации, уменьшают время осадки насыпи[6].

Круглые дрены-колодцы – разновидность вертикальных дрен.

Величина осадки основания с круглыми дренами определяется по формуле [6]:

(6.5)

Длительность осадки насыпи с вертикальными дренами определяется по формуле:

, (6.6)

где l² – расстояние между дренами, м.

Для насыпи с вертикальными дренами сечение просевшей части следует считать, площадь которой определяется по формуле:

, (6.7)

где l_к – расстояние от края подошвы насыпи до бровки первой дрены, м.

Подставив соответствующие значения в формулы (6.5 – 6.7), опреде-лим:

м

года

Общая площадь сечения насыпи:

м³

Объём песка в дренах:

V_скв=3,14*0,3²*(3,5-0,68)*436=347,46 м³

где n_ср – среднее количество дрен в поперечном ряду.

Объём песка на весь участок составляет:

м³

6.3 Насыпь с полным выторфовыванием

Метод полного выторфовывания заключается в удалении слабого грунта из основания насыпи до плотных слоев минерального дна болота с немедленным заполнением выемки качественным привозным грунтом. При этом, необходимо соблюдение условия, чтобы подошва насыпи опиралась на кровлю плотных слоев всей своей площадью.

При проектировании выторфовывания следует стремиться к максимальной устойчивости земляного полотна за счет создания наиболее крутых откосов выемки. Ширина дна выемки не должна быть меньше ширины земляного полотна между бровками насыпи.

При наличии продольного или поперечного уклона дна болота более 10 % следует при механическом выторфовывании разрабатывать дно ступенями или же в случае малоустойчивых торфов производить наброску крупного камня с пониженной стороны.

Величина осадки основания при полном выторфовывании определяется по формуле:

(8.1.1)

Где Н – мощность торфа, м; - коэффициент пористости торфа в естественном состоянии; ₀ - коэффициент пористости торфа после уплотнения.

м

t= =424 сут

Определим объём песка, необходимого на возведение данной конструкции земляного полотна с учётом просадки насыпи.

Площадь насыпи над болотом определяется по формуле:

=((12+ (12+2*1*3,99))/2)*3,99=63,8м²

Площадь сечения просевшей части определяется по формуле:

F_s=0.83*0,35*(12+2*1,0*3,5)=5,52 м²

Вычислим общую площадь сечения насыпи:

м²

Объём песка на весь участок составляет:

V=F*L

м³

Вывод:

Наиболее экономичной по расходу материалов является конструкция насыпи с круглыми дренами.

Главной особенностью данной конструкции являются круглые дрены диаметром 0,6 м, расположенные в шахматном порядке. Расстояние между осями дрен составляет 3 м.

Технология устройства земляного полотна с вертикальными дренами состоит из следующих рабочих процессов: общие подготовительные работы; устройство рабочей платформы минерального хорошо дренирующего грунта; устройство вертикальных дрен; возведение насыпи на полную высоту с учётом ожидаемой осадки; выравнивание земляного полотна после окончания его осадки перед устройством дорожной одежды[6].

Технология устройства вертикальных дрен-колодцев сходна с устройством набивных свай. При этом дрены могут выполняться одним из следующих способов: продавливанием или забивкой специального рабочего органа (пуансона) с извлечением его до заполнения скважины; бурение с обсадной трубой, которая извлекается после заполнения дрены; погружение обсадной трубы гидропромывом; забивкой или вибропогружением обсадной трубы с открывающимся наконечником[6].

При первом способе рабочим органом служит круглый металлический стержень. Опускают и поднимают его крановым оборудова-нием. В торфяных грунтах при влажности ниже границы текучести уплотнённые при погружении пуансона стенки скважины обычно обладают устойчивостью в течении времени, достаточного для заполнения скважины песком.

Выработка скважин бурами различной конструкции или гидропро-мывом не сопровождается уплотнением грунтового массива, но благодаря обсадной трубе, извлекаемой только после заполнения дрены, устойчивость скважины обеспечивается полностью[6].

Более распространены способы погружения обсадной трубы с наконечниками. Рабочим органом, образующим скважины, служит обсадная труба, работающая во время погружения как свая и удаляемая после заполнения дрены песком.

По наиболее простой технологии обсадную трубу погружают вибро-молотами[6].

Литература

1. Иоганзен Б.Г. «Природа Томской области», Новосибирск, 1971г., 176с.

2. СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика. М.: Стройиздат 1983. – 136с.

3. СНиП 2.05.02-85. Автомобильные дороги – М.: Госкомитет по делам стороительства, 1986. – 51с.

4. Сидоренко Н.Н. Технико-экономическое обоснование вариантов трассы автомобильной дороги. Методические указания. Томск: Издательство ТГАСУ, 2002. – 56с.

5. Бабков В.Ф., Андреев О.В. Проектирование автомобильных дорог. Ч.2: Учебник для ВУЗов. – М.: Транспорт, 1987. – 415с.

6. Строительство автомобильных дорог через болота. Евгеньев И.Е., изд-во Транспорт, 1968. – 220с.

Дата добавления: 2015-07-18