Пособие по проектированию методов регулирования водно-теплового режима верхней части земляного полотна (к СНиП 2.05.02-85)
6. ПЛОТНОСТЬ, ВЛАЖНОСТЬ И ПУЧЕНИЕ ПРОМЕРЗАЮЩИХ ГРУНТОВ
6.1. Для прогноза плотности, влажности и пучения грунтов, которые следует ожидать при эксплуатации дороги, необходимы следующие данные: местоположение дороги (область, район, пункт); тип увлажнения рабочего слоя земляного полотна (см. прил.1); наивысшие уровни грунтовых вод осенью, в конце зимы и весной в период между капитальными ремонтами дорожной одежды и среднемноголетнее положение в летний период, а также расчетный уровень залегания верховодки (см. п.3) на участках 3-го типа увлажнения земляного полотна; конструкция дорожной одежды (материалы, толщина и плотность слоев); грунтовый разрез земляного полотна и естественного основания (характеристика грунта по дорожной классификации и толщина слоев из этих грунтов) в пределах зоны промерзания и ниже до горизонта грунтовых вод или верховодки; плотность грунтов земляного полотна по проекту и плотность грунтов естественного основания по данным изысканий в конце осени. При отсутствии данных полевых испытаний грунтов естественного основания можно принимать значения их плотности согласно п.1.6.
Помимо этого нужно знать: показатели капиллярных свойств грунтов, коэффициенты пучения грунтов, содержание незамерзшей воды и температуру льдообразования, коэффициенты, учитывающие влияние нагрузки на пучение грунтов, и коэффициенты линейной усадки грунтов. Эти величины определяют экспериментально (см. прил.2 и 4). При ориентировочных расчетах их принимают по графикам рис.11 и табл.7, 12 и 13.
Рис.11. Значение коэффициентов пучения грунтов в зависимости от их коэффициентов уплотнения
Iб - мелкий песок (содержание пыли и глины не более 10%);
la - пылеватый песок (содержание пыли и глины не более 10%); II - супесь; III - суглинок; IV - глина
Таблица 12
Оптимальная влажность грунта, % | Температура льдообразования при оптимальной влажности грунта | Температура грунта и соответствующее ей содержание незамерзшей воды в грунте для точек | |||
а | б | ||||
|
|
|
| ||
Песок мелкий и пылеватый | |||||
8 | 0 | 0,3 | 3,5 | 0,5 | 2 |
10 | 0 | 0,3 | 4,5 | 0,5 | 3 |
12 | 0 | 0,3 | 6 | 0,5 | 4 |
Супесь | |||||
10 | 0,1 | 0,3 | 6 | 0,5 | 5 |
12 | 0,1 | 0,3 | 7 | 0,5 | 6 |
14 | 0,1 | 0,3 | 8,5 | 0,5 | 7 |
16 | 0,1 | 0,3 | 9,5 | 0,5 | 8 |
18 | 0,1 | 0,3 | 10,5 | 0,5 | 9 |
Суглинок | |||||
14 | 0,1/0,3 | 0,3/0,5 | 10/10,5 | 0,5/1 | 9/9 |
16 | 0,1/0,3 | 0,3/0,5 | 12/12,5 | 0,5/1 | 11/11 |
18 | 0,1/0,3 | 0,3/0,5 | 13,5/14,5 | 0,5/1 | 12,5/12,5 |
20 | 0,1/0,3 | 0,3/0,5 | 15,5/16,5 | 0,5/1 | 14,5/14,5 |
22 | 0,1/0,3 | 0,3/0,5 | 17/18 | 0,5/1 | 15,5/15,5 |
Глина | |||||
18 | 0,6 | 1,5 | 14 | 2 | 12,5 |
20 | 0,6 | 1,5 | 16 | 2 | 13,5 |
22 | 0,7 | 1,5 | 17,5 | 2 | 15,5 |
24 | 0,8 | 1,5 | 19,5 | 2 | 17 |
26 | 0,9 | 1,5 | 21,5 | 2 | 19 |
28 | 0,9 | 1,5 | 23,5 | 2 | 20 |
, -°С 
, %
, %
Примечание. Перед чертой приведены показатели для суглинка с числом пластичности 12 и менее; после черты - с числом пластичности более 12.
Таблица 13
Грунт | Значение | ||||
0,8 | 0,85 | 0,9 | 0,95 | 1 | |
Песок мелкий | - | - | - | - | 1,5 |
Песок пылеватый | - | - | - | - | 1 |
Супесь | - | - | - | 1 | 0,5 |
Суглинок | - | 1 | 0,8 | 0,6 | 0,4 |
Глина | 0,6 | 0,5 | 0,4 | 0,4 | 0,3 |
Для прогноза плотности, влажности и пучения промерзающих грунтов необходимо предварительно определить эпюру влажности грунтов перед промерзанием, согласно п.4, и температурное поле земляного полотна в зимний период согласно п.5 настоящего Пособия.
При отсутствии данных о положении грунтовых вод в различные периоды года можно определять плотность, влажность и пучение грунтов в зимний период, принимая (с запасом) в качестве расчетного уровня этих вод горизонт оглеения.
6.2. Прогноз значений плотности и влажности грунта и его пучения следует проводить для всех слоев грунта разного вида и плотности в пределах зоны промерзания, включая морозозащитный слой из некондиционного песка, рабочий слой земляного полотна и основание насыпи или выемки. Грунт, расположенный ниже горизонта грунтовых вод или верховодки в осенний период, следует выделять в отдельный слой с влажностью, равной полной влагоемкости.
Расчет начинают с определения средней скорости промерзания грунта по формуле (48). Затем устанавливают для каждого слоя грунта в пределах зоны промерзания характеристики кривой содержания незамерзшей воды: 
, ,
,
, 
, где 
- температура льдообразования при оптимальной влажности грунта, °С; и
- температуры, соответствующие точкам "а" и "б" на кривой содержания незамерзшей воды, °С;
и 
- количество незамерзшей воды (доли единицы), соответствующие точкам "а" и "б" в табл.12. После этого вычисляют по формуле (47) для всех слоев грунта в пределах зоны промерзания значения глубин ,
,
, на которых температура грунта соответственно равна
, и
на один и тот же момент времени.
Затем нужно на те же моменты времени определить для каждого слоя грунта значения градиентов незамерзшей пленочной воды на глубине промерзания по формулам:
; (49)
, (50)
где - градиент незамерзшей пленочной воды на глубине промерзания, безразмерная величина;
- плотность скелета грунта в зоне промерзания на рассматриваемый момент, кг/м
;
- объем грунта, м
(
м);
- площадь поперечного сечения грунта, м
(
м).
Вначале в расчет включают плотность грунта перед промерзанием и определяют в первом приближении пучение грунта. По величине пучения устанавливают плотность грунта после промерзания. По плотности до и после промерзания определяют среднее значение плотности грунта в период промерзания, которое вводят в формулу (49) и повторяют расчет.
Затем нужно установить значения коэффициентов пучения грунта , м/с (см. рис.11). При промерзании многослойной грунтовой толщи их нужно устанавливать для каждого слоя земляного полотна.
По формуле нужно определить среднее за период промерзания земляного полотна значение функции влияния нагрузки на величину пучения грунта (безразмерная величина):