Проектирование земляного полотна

Краткие сведения о грунтах

Грунтом называют горную породу, слагающую верхние горизонты земной коры, затронутые физико-химическими процессами выветривания. От свойств грунтов и их состояния зависит не только устойчивость земляного полотна, но и прочность дорожной одежды.

Структура грунта — пространственная организация компонентов грунта, характеризующаяся совокупностью морфологических (размер, форма частиц, их количественное соотношение), геометрических (пространственная композиция структурных элементов) и энергетических признаков (тип структурных связей и общая энергия структуры) и определяющаяся составом, количественным соотношением и взаимодействием компонентов грунта [2].

В условиях естественного залегания грунт состоит из трех фаз: твердой, жидкой и газообразной. Жидкой фазой является вода с растворами различных солей, газообразной — смесь воздуха, некоторых газов и водяного пара. Твердая фа­за состоит из мелких минеральных частиц, суммарная по­верхность которых в единице объема велика, вследствие чего большое значение имеют процессы, происходящие на грани­це раздела между твердой и жидкой фазами. Жидкая фаза покрывает минеральные частицы и разделяет их в зоне кон­тактов. Соотношение между твердой и жидкой фазами определяет основные свойства грунта.

Важное значение имеет гранулометрический состав грунта, т.е. относительное содержание минеральных частиц различной крупности в общей массе абсолютно сухого грунта. Если в грунте до 3 % глинистых частиц, а пылевых меньше, чем песчаных.

Грунт называют песчаным. При наличии гли­нистых частиц от 3 до 12 % грунт будет супесчаным, от 12 до 30 % — суглинистым, более 30 % — глинистым (размеры в мм) (табл. 6.1).

Если в суглинистом грунте пылеватых частиц больше, чем песчаных, та сому грунту дают дополнительное определе­ние — пылеватый.

В легкой крупной супеси более 50 % песчаных зерен раз­мером 0,25...2 мм, в остальных грунтах размер песчаных час­тиц 0,05...2 мм. При содержании 20...50 % частиц крупнее 2 мм вид грунта дополняют словом гравийный, если частицы окатанные, или щебенистый, когда они острореберные неокатанные.

Степень растворимости в воде — характеристика, отражающая способность грунтов растворяться в воде и выражающаяся в количестве воднорастворимых солей, qsr, г/л.

Таблица 6.1

Гранулометрический состав

Галечные частицы		> 20
Гравийные частицы		2...20
	крупные	0,5...2,0
Песчаные частицы:	средние	0,25...0,50
	мелкие	0,05...0,25
Пылеватые частицы:	крупные	0,01... 0,05
	мелкие	0,001...0,010
Глинистые частицы		< 0,001

Виды воды в грунтах

Вода в грунтах может находиться в жидком, твердом (лед) и газообразном состояниях (пар). Водяной пар переме­щается по капиллярам между частицами грунта из пор с большой упругостью пара в поры с меньшей упругостью. При этом пар может конденсироваться и осаждаться на поверхно­сти частиц, в результате чего грунт переходит в состояние максимальной гигроскопичности.

Вода в грунте может стать связанной и свободной. Разли­чают прочносвязанную воду, образующую тонкую пленку на поверхности грунтовых частиц, удерживаемую силами моле­кулярного притяжения (толщина ее равна нескольким диа­метрам молекул воды) к рыхлосвязанную, создающую диф­фузные оболочки грунтовых частиц толщиной в несколько со­тен и даже тысяч молекул воды.

Воздушносухие грунты всегда содержат прочносвязанную воду, которую можно удалить высушиванием грунта из более теплых мест в холодные, В верхних горизонтах зем­ляного полотна влагосодержание и температура меньше, чем в нижних, что и обуславливает миграцию воды из нижних слоев в верхние. Влажность грунта земляного полотна посте­пенно возрастает, достигая максимума в конце холодного пе­риода. Одновременно с накопленном влаги происходит мороз­ное пучение грунтов, сопровождаемое их разуплотнением. Кроме скорости промерзания грунтов, на интенсивность на­копления влаги к пучения влияет скорость миграции воды, которая зависит от вида грунта, степени его уплотнения, ус­ловий подтока воды, в частности грунтовой.

Третий период оттаивания земляного полотна и макси­мального влагонасыщения начинается с установления в верх­них слоях устойчивых положительных температур и продол­жается до полного оттаивания грунта. Влажность достигает максимума; вода, освобождающаяся при оттаивании ледяных линз, насыщает разуплотненный в результате пучения грунт, вследствие чего резко снижается его устойчивость. Из-за пе­реувлажнения грунта ослабляется верхняя часть земляного полотна. Весной грунт оттаивает быстрее под дорожной оде­ждой, чем на обочинах и откосах, поэтому в средней части земляного полотна скапливается свободная вода, не имеющая выхода. В этот период увеличивается опасность разрушения дорожной одежды.

Разрушения к повреждения земляного полотна и дорож­ной одежды возникают главным образом вследствие ослабле­ния прочности грунтов в результате повышения влажности. Источниками увлажнения грунтов являются (рис. 6.1): атмо­сферные осадки 1 длительно застаивающаяся поверхностная вода 2, накапливающаяся а кюветах и резервах, не имеющих стока, и просачивающаяся внутрь земляного полотна; капил­лярная вода 3, поступающая снизу по капиллярным порам из увлажненных слоев грунта; парообразная вода 4, поступаю­щая из более теплой зоны и конденсирующаяся в слоях грун­та с низкой температурой, пленочная вода 5, содержащаяся в грунте земляного полотна.

В четвертый период после оттаивания происходит по­степенное просыхание земляного полотна, т.е. уменьшается влажность, и восстановленное плотности и прочности грунта.

Рис. 6.1. Источники увлажнения земляного полотна

1 – атмосферные осадки; 2 – поверхностная вода; 3 – капиллярная вода; 4 – парообразная вода; 5 – пленочная вода

В этот период источником пополнения влаги являются атмо­сферные осадки. Приток воды снизу от подземных вод уменьшается, а в некоторых случаях прекращается. Для пе­риода характерны минимальная влажность и максимальная плотность грунтов земляного полотна.

Вопросы для самоконтроля

1. Какие требования предъявляются к земляному полотну дороги?

2. Что такое гранулометрический состав?

3. Какие Вы знаете четыре периода водно-теплового режима земляного полотна?

4. Что такое грунт?

3. Какие виды грунта Вы знаете?