Расчетные характеристики грунтов

1. Основными параметрами механических свойств грунта земляного полотна, которыми пользуются в расчетах дорожных одежд на прочность, служат деформационные и прочностные характеристики, модуль упругости Е_гр, коэффициент Пуассона m_гр, угол внутреннего трения j_гр и удельное сцепление с_гр.

2. Расчетные значения характеристик грунта можно определять как по результатам непосредственных испытаний образцов в лаборатории, так и по данным пробного нагружения подстилающего грунта земляного полотна при расчетном состоянии; частные значения характеристик, по которым вычисляют нормативные и расчетные значения, должны быть получены единым методом.

Если невозможно выполнить испытания, расчетные характеристики могут быть установлены в зависимости от вида грунта и его расчетной влажности, обусловленной природными условиями и особенностями его работы, по таблицам и графикам, составленным на основании обобщения многочисленных испытании грунтов.

При проектировании усиления или реконструкции дорожной одежды расчетные характеристики грунта могут быть получены расчетом («обратным») существующей дорожной конструкции с учетом ее поведения в процессе многолетней эксплуатации.

3. Прочностные и деформационные характеристики грунта зависят от влажности, плотности, структуры, а также от режима его погружения. Поэтому такие характеристики назначают в два этапа - вначале определяют расчетную влажность W_p, а затем устанавливают Е_гр, j_гр и с_гр при расчетной влажности.

4. Влажность грунта в активной зоне земляного полотна зависит от погодно-климатических условий местности, а также от конструктивных особенностей участка дороги - от вида грунта, конструкции земляного полотна, теплофизических свойств слоев дорожной одежды, наличия тех или иных мер по регулированию водно-теплового режима дорожной одежды и земляного полотна и др.

Активной зоной считают верхнюю часть земляного полотна от низа дорожной одежды до глубины 1,3-1,6 м от поверхности покрытия. В этой зоне распространяются значительные напряжения от временных нагрузок, а водно-тепловой режим и состояние грунта наиболее изменчивы и зависят от погодно-климатических условий.

5. Для определения расчетной влажности W_р грунта необходимо располагать данными о его средней многолетней влажности . Средние значения влажности грунта в активной зоне земляного полотна автомобильных дорог с усовершенствованными покрытиями и традиционными основаниями дорожных одежд (щебень, гравий и др.), наблюдавшиеся в наиболее неблагоприятный (весенний) период года, приведены в табл. 6.

Значения влажности действительны для дорог с земляным полотном, проходящим в насыпи и удовлетворяющим требованиям СНиП «Автомобильные дороги. Нормы проектирования» в отношении плотности грунта и возвышения низа дорожной одежды над уровнем грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод. Поэтому для дорог, проходящих в неблагоприятных грунтово-гидрологических условиях (в выемках в нулевых отметках), данные табл. 6 следует увеличивать на 0,03 W_т.

При возвышении земляного полотна над грунтовыми и поверхностными водами или над поверхностью земли, превышающем значения, требуемые СНиПом более чем в 1,5 раза, влажность грунта следует принимать как для 1-го типа местности.

6. Значения влажности грунта, приведенные в табл. 6, дифференцированы в зависимости от дорожно-климатических зон и подзон Советского Союза (табл. 7 и рис. 7) по признаку примерно одинаковой влажности грунта земляного полотна автомобильных дорог, находящихся в сходных по типу увлажнения местности (табл. 8) условиях. По этому признаку II дорожно-климатическая зона разделена на две подзоны - северную II₁ и южную II₂ с общей границей между ними, проходящей примерно через Барановичи - Рославль - Клин - Рыбинск - Котлас - Березники - Ивдель (см. табл. 7 и рис. 7). Зона вечной мерзлоты (I дорожно-климатическая зона) разделена на три подзоны - северную подзону I₁ низкотемпературных вечномерзлых грунтов сплошного распространения, центральную подзону I₂ низкотемпературных вечномерзлых грунтов сплошного распространения и южную подзону I₃ высокотемпературных вечномерзлых грунтов сплошного и островного распространения.

Рис. 6. Номограмма для определения относительной влажности W от толщины z₁ стабильного слоя

Таблица 6

Дорожно-климатические зоны и подзоны (табл. 7)	Тип местности но условиям увлажнения (табл. 8)	Среднее значение влажности грунта, доли от Wт
Супесь легкая	Песок пылеватый	Суглинок легкий и тяжелый, глины	Супесь пылеватая и тяжелая пылеватая, суглинок пылеватый
I1		0,53	0,57	0,62	0,65
		0,55	0,59	0,65	0,67
		0,57	0,62	0,67	0,70
I2		0,57	0,57	0,62	0,65
		0,59	0,62	0,67	0,70
		0,62	0,65	0,70	0,75
I3		0,60	0,62	0,65	0,70
		0,62	0,65	0,70	0,75
		0,65	0,70	0,75	0,80
II1		0,60	0,62	0,65	0,70
		0,63	0,65	0,68	0,73
		0,05	0,67	0,70	0,75
II2		0,57	0,59	0,62	0,67
		0,60	0,62	0,65	0,70
		0,62	0,64	0,67	0,72
III		0,55	0,57	0,60	0,63
	2-3	0,59	0,61	0,63	0,67
IV		0,53	0,55	0,57	0,60
	2-3	0,57	0,58	0,60	0,64
V		0,52	0,53	0,54	0,57
	2-3	0,55	0,56	0,57	0,60

Примечание. Средние значения влажности грунта в таблице приведены для толщины одежды 75 см. Если одежда имеет большую толщину, влагонакопление в верхней части земляного полотна за счет грунтовой и поверхностной воды уменьшиться: в этом случае расчетную платность грунта корректируют с помощью номограммы (см. рис. 7).

Помимо деления СССР по климатическим условиям с севера на юг, следует учитывать, что при переходе с запада на восток климат становится более континентальным, уменьшается количество осадков и возрастает скорость промерзания. В западных же районах значительное влияние на водно-тепловой режим оказывают продолжительные оттепели, наблюдаемые во все зимние месяцы и приводят к дополнительному притоку влаги в грунт.

Для районов II-III дорожно-климатических зон западнее линии Нарва - Псков - Смоленск - Орел - Воронеж значения влажности грунтов, приведенные в табл. 6, увеличивают на 0,02¸0,05 W_т, большее значение принимают для районов западнее линии Талин - Рига - Вильнюс - Минск - Харьков, меньшее - для районов восточнее этой линии. Значение средней влажности грунта земляного полотна дорог, проходящих вблизи дорожно-климатических зон и подзон (±50 км), принимают равной промежуточному значению между соответствующими влажностями грунта в смежных зонах и подзонах.

Таблица 7

Номер дорожно-климатической зоны и подзолы	Примерные географические границы
I	Севернее линии, соединяющей Мончегорск - Несь - Усинск - Ивдель - Игрим - устье Подкаменной Тунгуски - Канск - Туран - Горно-Алтайск - государственная граница - Благовещенск - Биробиджан - Николаевск-на-Амуре. Включает географические зоны тундры, лесотундры и северо-восточную часть лесной зоны с распространением вечномерзлых грунтов
I1 северная подзона	Расположена севернее линии: Нарьян-Мар - Салехард - Курейка - Трубка Удачная - Верхоянск - Дружина - Горный мыс - Марково
I2 центральная подзона	Расположена восточнее линии: устье р. Нижней Тунгуски - Ербогачен - Ленек - Бодайбо - Богдарин и севернее линии: Могоча - Сковородино - Зая - Охотск - Палатка - Слаутское. Ограничена с севера I1 подзоной
I3 южная подзона	Расположена между южной географической границей вечной мерзлоты в европейской части СССР, в Западной Сибири, на Дальнем Востоке, севернее южной государственной границы в Восточной Сибири и южной границей северной и центральной подзон
II	От границы I зоны до линии, соединяющей Львов - Житомир - Тулу - Горький - Ижевск - Томск - Канск. На Дальнем Востоке от границы I зоны (Благовещенск - Биробиджан - Николаевск-на-Амуре) до государственной границы. Включает географическую зону лесов с избыточным увлажнением грунтов
II1 северная подзона	Расположена севернее линии, соединяющей Барановичи - Рославль - Клин - Рыбинск - Котлас - Березники - Ивдель
II2 южная подзона	Расположена южнее линии, соединяющей Барановичи - Рославль - Клин - Рыбинск - Котлас - Березники - Ивдель
III	От границы III зоны до линии, соединяющей Кишинев - Кировоград - Белгород - Куйбышев - Магнитогорск - Омск - Бийск - Туран. Включает лесостепную географическую зону со значительным увлажнением грунтов в отдельные годы
IV	От границы III зоны до линии, соединяющей Джульфу - Степанакерт - Буйнакск - Кизляр - Волгоград, и далее проходит южнее на 200 км линии, соединяющей Уральск - Актюбинск - Караганду, и до северного побережья; озера Балхаш. Включает географическую степную зону с недостаточным увлажнением грунтов
V	Расположена к юго-западу и югу от границы IV зоны до государственной границы и включает пустынную и пустынно-степную географические зоны с засушливым климатом и распространением засоленных грунтов

Примечание. Кубань и западную часть Северного Кавказа следует относить к III дорожно-климатической зоне.

Рис. 7. Карта дорожно-климатических зон и подзон

Таблица 8

Тип местности по характеру и степени увлажнения	Условия увлажнения	Признаки
	Сухие места	Поверхностный сток обеспечен, грунтовые воды не оказывают существенного влияния на увлажнение верхней толщи почвогрунтов. В I зоне, кроме того, мощность сезонно оттаивающего слоя достигает 2,5 м; грунты гравийно-галечниковые, песчаные, а также супесчаные, глинистые, непросадочные с влажностью менее 0,7 Wт
	Сырые места с избыточным увлажнением в отдельные периоды года	Поверхностный сток не обеспечен, но грунтовые воды не оказывают существенного влияния на увлажнение верхней толщи почвогрунтов. Почвы с признаками поверхностного заболачивания. Весной и осенью появляется застои воды на поверхности. В I зоне, кроме того, это плоские водоразделы, пологие склоны гор и их шлейфы с мощностью сезонно оттаивающего слоя от 1,0 до 2,5м. Грунты глинистые, просадочные, с влажностью 0,7¸0,9 Wт
	Места с постоянным избыточным увлажнением	Грунтовые воды или длительно стоящие (более 30 сут) поверхностные воды влияют на увлажнение верхней толщи грунтов; почвы торфяные, оглееные, с признаками заболачивания, а так же солончаки и постоянно орошаемые территории засушливых областей. В I зоне, кроме того, заболоченные тальвеги, замкнутые впадины с развитым мохо-торфяным покровом и малой мощностью (до 1 м) сезонно оттаивающего слоя; грунты глинистые, сильно просадочные, содержащие в пределах двойной мощности сезонно оттаивающего слоя линзы льда толщиной более 10 см. Влажность связных грунтов более 0,9 Wт

7. Внутри каждой зоны отдельные участки дорог по характеру и степени увлажнения относятся к одному из трех типов местности (табл. 8). Тип увлажнения местности устанавливают при изысканиях.

8. Средние влажности грунта, приведенные в табл. 6, действительны для равнинного рельефа. В предгорных и горных районах среднюю влажность устанавливают по данным региональных схем дорожно-климатического районирования, разрабатываемых в дополнение к карте дорожно-климатических зон. При отсутствии региональных схем районирования по вертикальной зональности среднюю влажность в предгорных (до 1000 м) и горных (выше 1000 м) районах увеличивают по сравнению с рекомендуемой в табл. 6 соответственно на 0,03¸0,05 W_т.

9. Для отдельных хорошо изученных регионов страны средние влажности (табл. 6) могут быть откорректированы с учетом местных условий. Так, в южных районах страны (УССР, юг РСФСР, районы Средней Азии и др.) для уточнения влажности грунта земляного полотна можно воспользоваться данными многолетних весенних наблюдений за влажностью грунтов поля, производимых на агрометеостанциях (АМС) по стандартной методике гидрометеослужбы.

10. При расчете конструкций, в которых предусмотрены такие мероприятия, как устройство монолитных оснований дорожных одежд, водонепроницаемых обочин, совершенный дренаж, теплоизоляционные слои, полностью предотвращающие промерзание земляного полотна, и др., среднюю влажность по табл. 6 следует уменьшить на значения, указанные в табл. 9.

11. Расчетную влажность грунта следует устанавливать вероятностным методом ввиду временной (по сезонам и годам) изменчивости влажности грунта земляного полотна и необходимости рассчитывать дорожную конструкцию на прочность с заданным уровнем проектной надежности.

Под расчетной влажностью W_p грунта в этом случае подразумевают максимальное значение средней влажности грунта в пределах активной зоны земляного полотна, наблюдающееся в наиболее неблагоприятный период года (время, в течение которого грунт активной зоны наиболее увлажнен) хотя бы в одном году за срок между капитальными ремонтами дорожной одежды.

Таблица 9

Конструктивное мероприятие	Снижение средней влажности, в долях Wт, в дорожно-климатических зонах
II	III	IV	V
Основания одежды или морозозащитные слои на границе раздела с грунтом земляного полотна из укрепленных материалов и грунтов на основе:
крупнообломочного грунта и песка	0,01	0,04	0,03	0,03
супеси	0,05	0,05	0,05	0,04
пылеватых песков и супесей, суглинка, зологрунтов	0,08	0,08	0,06	0,05
Укрепление обочин (не менее, чем на 2/3 их ширины):
асфальтобетоном	0,05	0,04	0,03	0,02
щебнем (гравием)	0,02	0,02	0,02	0,02
Дренаж с продольными трубчатыми дренами	0,05	0,03	-	--
Обеспечение безопасного расстояния от уреза застаивающейся воды до бровки земляного полотна	0,03	0,02
Устройство в земляном полотне гидроизоляционных прослоек из полимерных рулонных материалов	0,05	0,05	0,03	0,03
Устройство теплоизолирующего слоя, предотвращающего промерзание грунта	Снизить на расчетное зимнее влагонакопление
Грунт в активной зоне земляного полотна в "обойме"	Снизить расчетную влажность грунта до оптимального значения
Грунт, уплотненный до Купл = 1,03¸1,05 в слое 0,3-0,5 м от низа дорожной одежды		0,05	1,03-0,05	0,03-0,05

Таблица 10

Грунт	Обозначение в измеритель	Расчетные значения характеристик при влажности грунта, доли от Wт
0,5	0,55	0,6	0,65	0,7	0,75	0,8	0,85	0,9	0,95
Супесь легкая	Егр, МПа
	jгр, град
	сгр, МПа	0,015	0,014	0,014	0,013	0,012	0,011	0,010	0,009	0,008	0,007
Песок пылеватый	Егр, МПа
	jгр, град
	сгр, МПа	0,026	0,024	0,022	0,018	0,014	0,012	0,011	0,010	0,009	0,008
Суглинок легкий и тяжелый, глина	Егр, МПа
jгр, град
сгр, МПа	0,045	0,036	0,030	0,024	0,019	0,015	0,011	0,009	0,006	0,006
Супесь пылеватая, тяжелая пылеватая, суглинок легкий пылеватый	Егр, МПа
jгр, град
сгр, МПа	0,045	0,036	0,030	0,024	0,016	0,013	0,010	0,008	0,005	0,004

Расчетная влажность грунта

W_p = (1 + t_w), (4)

где - средняя влажность грунта в долях от W_т (табл. 6);

w - коэффициент вариации влажности, равный 0,1;

t - коэффициент нормированного отклонения, принимаемый в зависимости от заданного уровня проектной надежности конструкции дорожной одежды.

Уровень проектной надежности, К_н 0,60 0,85 0,9 0,95

Коэффициент t нормированного отклонения 0,26 1,06 1,32 1,71

12. Деформационные и прочностные характеристики глинистых грунтов и пылеватых песков существенно зависят от их влажности. Расчетные значения этих характеристик при кратковременном нагружении приведены в табл. 10.

Значения характеристик суглинка и глины даны применительно к гидро-слюдистому и каолинитовому минералогическому составу глинистых частиц. Характеристики суглинков и глин монтмориллонитового состава при влажности (0,6-0,75) W_т, а также некоторых засоленных грунтов следует определять экспериментальными методами. При влажности выше 0,75 W_т для этих грунтов должны быть приняты меры по защите их от чрезмерного увлажнения или замене таких грунтов.

13. Деформационные и прочностные характеристики песков за исключением пылеватых и супеси легкой крупной мало зависят от их влажности (во всяком случае, в интервале до полной влагоемкости) и, следовательно, они мало изменчивы от погодно-климатических условий. Деформационные и прочностные расчетные характеристики таких грунтов при плотности, соответствующей требованиям СНиПа, принимаются по табл. 11.

Таблица 11

Грунт	Расчетные характеристики
Егр, МПа	jгр, град	сгр, МПа
Песок крупный, гравелистый			0,005
” средней крупности			0,005
” мелкий			0,005
” одноразмерный (барханный, дюнный или подобный им)			0,005
Супесь легкая крупная			0,005

14. Данными табл. 10 и 11 следует пользоваться при расчете конструкций на прочность при действии подвижных нагрузок.

При расчете конструкций на статическое действие нагрузок модули упругости грунтов следует уменьшить на 5 % для несвязных и на 15 % для связных грунтов.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3