Расположение грунтов в земляном полотне
Применительно к использованию для устройства земляного полотна различают несколько видов грунтов.
Крупнообломочные скальные грунты — обломки скальных пород, получаемые при искусственной разработке или залегающие в естественных условиях в виде аллювиальных или деллювиальных отложений
Различают глыбовые (валунные) и щебенистые (галечниковые) грунты. Эти грунты являются хорошим материалом для возведения насыпей, поскольку они устойчивы против воздействия текучей воды и не поглощают влагу. Проникание воды в промежутки между обломками разрушенной скальной породы, если она не является слабой и быстро выветривающейся, не влияет существенно на прочность и устойчивость земляного полотна. Однако использование крупнообломочных скальных грунтов встречает затруднения из-за трудности их уплотнения.
Близки по свойствам к каменистым грунтам отходы промышленности — кислые и нейтральные металлургические шлаки, хорошо обожженные горелые породы отвалов каменноугольных шахт, которые без ограничений допускаются для отсыпки насыпей.
Гравийные и песчаные грунты водопроницаемы и не склонны к накоплению влаги при промерзании. Насыщение водой мало влияет на устойчивость этих грунтов в земляном полотне. Песчаные грунты (за исключением мелких пылеватых песков) представляют собой наилучший материал для насыпей, возводимых в неблагоприятных гидрогеологических условиях: на заболоченных участках и на поймах рек. В результате малой высоты капиллярного поднятия и хорошей водопроницаемости эти грунш не переувлажняются в основаниях дорожных одежд и быстро просыхают в пойменных насыпях при спаде высоких вод. Однако из-за малой сопротивляемости размыву дождевой водой и развеиванию ветром откосы насыпей и выемок в песчаных грунтах необходимо укреплять. Особенно надежным должно быть укрепление насыпей на поймах, где возможно течение воды и набег волн.
Супесчаные грунты содержат небольшое количество глинистых частиц, достаточное для придания им связности в сухом состоянии. При увлажнении супесчаные грунты сохраняют сопротивление нагрузкам, достаточное для устойчивости земляного полотна. Насыпи из супесчаных грунтов можно устраивать как в сухих, так и в переувлажненных местах.
Пылеватые супесчаные грунты, содержащие более 50% частиц диаметром мельче 0,25 мм, менее устойчивы в переувлажненном состоянии. При промерзании они склонны к накоплению влаги и пучению.
Пылеватые суглинки и тяжелые пылеватые супеси, содержащие большое количество фракций размером 2,0—0,05 мм, особенно подвержены процессам зимнего вла гона коп лени я и пучинообразования. В откосах земляного полотна эти грунты легко размываются и приходят в текучее состояние.
На дорогах с усовершенствованными капитальными типами дорожных покрытий земляное полотно из пылеватых грунтов и пылеватых суглинков в неблагоприятных гидрологических условиях в верхней части отсыпают из непылеватых песчаных и легких супесчаных грунтов. Толщину слоя устойчивых грунтов принимают равной 1,0—1,2 м во П климатической зоне и 1,0—0,8 — в III зоне. В выемках верхние слои пылеватого грунта до глубины не менее чем 0,8 м от бровки должны быть заменены устойчивыми грунтами (рис. Х1У.5).
Суглинистые грунты являются хорошим материалом для земляного полотна. Они хорошо сопротивляются размыву и устойчивы в откосах. В пойменных суглинистых насыпях при спаде высоких вод обратное движение воды, ранее проникшей в насыпь, может вызывать гидродинамическое давление, приводящее к обрушению откосов.
Глинистые грунты обладают значительной связностью и очень, малой водопроницаемостью, в связи с чем они медленно насыщаются водой и столь же медленно просыхают. Эти грунты применяют, если их влажность в условиях естественного залегания не превышает оптимальную, для отсыпки насыпей в сухих местах и в местах, увлажняемых на короткое время. В переувлажненном состоянии глинистые грунты переходят в мягко пластичное и текучее состояние, липки, не поддаются уплотнению.
Существует ряд горных пород, образовавшихся в результате уплотнения и цементации глинистых грунтов — иольдиевые глины, аргиллиты, мергели, сланцевые глины. Прочность этих пород, а также меловых грунтов, алевролитов и топливных шлаков, зол ТЭЦ и их смесей снижается при воздействии природных факторов. Поэтому такие грунты можно использовать для устройства насыпей только в благоприятных условиях увлажнения, обеспечивая защиту неустойчивых грунтов от поверхностной влаги.
Илистые и торфянистые грунты обладают значительной склонностью к объемным изменениям при колебаниях влажности. Илистые грунты при увлажнении теряют связность и приходят в плывунное состояние. Торфянистые грунты сильно сжимаемы. Применять их в насыпях запрещено. Исключением являются лишь некоторые конструкции насыпей на болотах.
Содержание в грунтах растворимых солей и органических веществ (засоленные и заторфованные грунты и. отчасти черноземы) вызывает существенное изменение их физико-механических свойств. Особенности проектирования земляного полотна из таких грунтов рассматриваются в разделе о проектировании дорог в сложных геофизических условиях.
При разработке грунтов дорожно-строительными машинами их естественное сложение нарушается, грунты раздробляются на отдельные комки. При недостаточном уплотнении грунта вода просачивается в насыпь по порам между комками и вызывает его размокание.
Наклонные слои связных грунтов, оказавшиеся в теле насыпи, особенно если они подверглись уплотнению проездом в период строительства,- могут образовывать при увлажнении поверхности скольжения, по которым происходит оползание части насыпи.
Поэтому при использовании для постройки насыпей грунтов различного состава и свойств необходимо соблюдать определенные правила размещения их в теле насыпи, обеспечивающие устойчивость земляного полотна (рис. Х1У.6):
разнородные грунты следует размещать в теле насыпи горизонтальными слоями. Менее водопроницаемые грунты располагают в нижних слоях, хорошо дренирующие — в верхних. Исключением являются случаи, когда дренирующий грунт предназначен для прерывания капиллярного поднятия воды в насыпь из переувлажненного основания;
поверхностям слоев водонепроницаемых грунтов придают двухскатный поперечный профиль с уклоном 20—40° со, что способствует стоку из насыпи просачивающейся воды; из слоев водопроницаемых грунтов должен быть обеспечен вывод воды на откосы;
не следует отсыпать насыпи в виде замкнутого ядра из одного грунта, прикрытого сверху и с боков другим грунтом. Исключением являются случаи уширения земляного полотна при реконструкции дорог, когда для устойчивости присыпной части должны предусматриваться специальные мероприятия. Не разрешается уширение водонепроницаемым грунтом насыпей, построенных из дренирующего грунта;
воспрещается бессистемная, случайная отсыпка различных по свойствам грунтов. При такой отсыпке в теле насыпи могут образоваться линзы, в которых может скапливаться вода, и увлажне» ные наклонные поверхности, по которым возможно оползание.