Классификация болот, применительно к трубопроводному строительству

Болота многообразны по своим физико-механическим свойствам, которые изменяются как со временем, так и по отдельным участкам одного и того же болота. Это обстоятельство с давних пор требовало четкой классификации болот, особенно при инженерных работах, когда торфяные грунты проектируются как основания сооружений.

Проектировщиков и строителей интересует вопрос: как осуществить строительство и будет ли возведенное сооружение отвечать всем техническим требованиям нормальной эксплуатации.

Поэтому при изысканиях, проектировании и эксплуатации нужно четко знать давление сооружения на основание, пределы возможных безаварийных деформаций сооружения и способность торфяного основания к восприятию временных или постоянных нагрузок.

Газопровод, укладываемый подземно на болотах, при засыпке трубы торфяным грунтом для устойчивости требует балластировки утяжеляющими грузами. Искусственно созданная отрицательная плавучесть прижимает газопровод ко дну траншеи. Отрицательная плавучесть на 1 м. трубы согласно СНиП II- 45-75 должна составлять не менее 5% от массы вытесненной жидкости. Нетрудно подсчитать, что давление газопровода на торфяную залежь не будет превышать 0,002-0,005 кгс/см 2 .

Если в траншею укладываются нефтепровод, нефтепродуктопровод или водовод с балластировкой, то давление на основание не будет превышать 0,02-0,06 кгс/см 2 . Давление от кабелей связи также не превышает указанного значения. Необходимо подчеркнуть, что давление на основание 0,05-0,06 кгс/см 2 возникает и тех случаях, когда балластировка нефтепродуктопровода рассчитывается из условия опорожнения его в период эксплуатации. Несущая способность торфяного грунта, как правило, более 0,1 кгс/см 2 .

С другой стороны, возможные осадки трубопровода, уложенного на торфяное основание, не вызывают сколько-нибудь значительных дополнительных продольных напряжений, так как трубопровод является гибкой нитью. Изложенное позволяет сделать вывод, подтверждаемый практикой строительства и эксплуатации переходов трубопроводов через болота. Болота, целиком заполненные торфом любой степени разложения, могут служить основанием для стальных магистральных трубопроводов. Однако любая строительная классификация болот должна учитывать два основных требования: сохранение цельности сооружения на весь период эксплуатации и способ производства работ.

Для цельности сооружения вполне достаточно, чтобы основанием трубопровода служили торфяные грунты, целиком заполняющие болота до минерального дна. Второе условие требует квалифицировать болота таким образам, чтобы при проектировании и строительстве можно было определить способы производства работ, а при эксплуатации - возможность доступа к любой точке перехода.

Поскольку нагрузка от строительной техники на торфяную залежь во много раз (10-20) больше, чем от трубопровода, то в основу классификации болот должна быть положена их проходимость (классификация болт по Гипроспецгазу).

По проходимости болота делятся на три типа:

I тип - болота, целиком заполненные торфом, допускающие работу и неоднократный проход болотной техники с удельным давлением 0,2-0,3 кгс/см 2 или проход обычной техники с помощью щитов, дорог, обеспечивающих снижение удельного давления на поверхность залежи до 0,2 кгс/см 2 ;

II тип - болота, целиком заполненные торфом, допускающие проходи и работу строительной техники только с помощью щитов, дорог, обеспечивающих снижение удельного давления на поверхность залежи до 0,1 кгс/см 2 ; строительный болотистый ландшафт

III тип - болота, допускающие работу только специальной техники на понтонах или обычной техники с плавучих средств.

Основываясь на классификации болот по проходимости, проф. П.П. Бородавкин предлагает классификацию болот применительно к магистральным трубопроводам, учитывающую как проходимость строительной техникой болот, так и протяженность и глубину торфяной залежи. Уточненная классификация болот проф. П.П. Бородавкиным формулируется следующим образом.

• 1. Болота, целиком заполненные торфом устойчивой консистенции, и участки болотистых грунтов, допускающие работу и неоднократный проход строительных машин с удельным давлением на грунт q 0,25 кгс/см 2 ;
• 2. Болота, заполненные торфом неустойчивой консистенции при глубине торфа до 0,7 м., подстилаемые плотным минеральным грунтом, допускающим работу обычных строительных машин и механизмов. Ширина болота по створу перехода до 500 м. Несущая способность поверхности болота 0,05
• 3. Болота глубиной до 1,5 м. на минеральном основании, целиком заполненные торфом, допускающие работу и проезд машин с удельным давлением на грунт q 0,1 кгс/см 2 . Ширина болота в створе перехода до 250 м.

• 1. Болота, заполненные торфом неустойчивой консистенции при глубине торфа до 0,7м, подстилаемые минеральным грунтом. Ширина болота более 500 м., 0,05
• 2. Болота, целиком заполненные торфом, допускающие работу и проезд машин с удельным давлением до 0,1 кгс/см 2 . Ширина болота до 1 км.

• 1. Болота, допускающие работу только специальных плавучих машин и механизмов или обычных машин на понтонах;
• 2. Болота, целиком заполненные торфом, допускающие работу и проезд машин с удельным давлением до 0,1 кгс/см 2 . Ширина болота более 1 км.

В соответствии с указанным подразделением болот предлагается классифицировать трубопроводы, прокладываемые через болота, следующим образом.

— избыточно увлажненные участки суши со своеобразной болотной растительностью и слоем торфа не менее 0,3 м, поэтому характеризуются затрудненным обменом газов. Болота обычно содержат от 87 до 97 % воды и лишь 3-13 % сухого вещества (торфа).

При меньшей мощности торфа или его отсутствии избыточно увлажненные территории называются заболоченными землями.

Болота формируются при зарастании водоемов или при заболачивании местности.

Основной путь образования болот — заболачивание, которое начинается с появления периодического, а затем постоянного переувлажнения почвогрунтов. Этому способствует климат. Избыток влаги из-за обилия осадков или слабого испарения, а также высокий уровень грунтовых вод, характер грунта — плохо проницаемые породы; «вечная мерзлота», рельеф — плоские участки при неглубоком дренаже или понижения с замедленным стоком; продолжительные половодья на реках и т. д. Леса в условиях избытка влаги, а значит, анаэробных условий и кислородного голодания погибают, что способствует большему заболачиванию из-за сокращения транспирации.

На переувлажненных землях поселяется влаголюбивая растительность, приспособленная к недостатку кислорода и минерального питания, — мох и др. Моховая дернина, хорошо впитывающая и задерживающая влагу, напоминающая мокрую губку, способствует еще большему заболачиванию суши. Так что в дальнейшем именно растительности принадлежит ведущая роль в заболачивании. В условиях недостатка кислорода происходит неполное разложение растительных остатков, которые, накапливаясь, образуют торф. Поэтому заболачивание практически всегда сопровождается торфонакоплением.

Наиболее благоприятные условия для накопления торфа существуют в лесах умеренного пояса, особенно Западной Сибири, где в пределах лесоболотной зоны заболоченность составляет иногда более 50 % территории, мощность торфа 8-10 м. К северу и югу от лесной зоны мощность торфяной залежи сокращается: к северу вследствие уменьшения прироста растительной массы в условиях холодного климата, к югу — из-за более интенсивного разложения растительных остатков в теплом климате. В условиях жаркого влажного климата огромный прирост биомассы компенсируется интенсивным процессом распада отмерших растений, и болот немного, хотя вечнозеленые экваториальные леса переувлажнены.

Строение торфяной залежи болот, возникших на месте озер или суходолов, различно. Торфяники, образовавшиеся в результате заболачивания озер, имеют под слоем торфа озерный ил — сапропель, а при заболачивании суши торф залегает непосредственно на минеральном грунте.

Болота развиваются в различных климатических условиях, но особенно характерны для лесной зоны умеренного пояса и тундр. На их долю в Полесье приходится 28 %, в Карелии — около 30 %, а в Западной Сибири (Васюганье) — свыше 50% территории. Резко уменьшается заболоченность в степных и лесостепных зонах, где меньше осадков, а испаряемость усиливается. Общая площадь, занимаемая болотами, составляет около 2 % площади суши Земли.

Типы болота

По характеру водного питания и растительности болота подразделяют на три типа: низинные, верховые и переходные.

Низинные болота образуются на месте бывших озер, в долинах рек и в понижениях, которые постоянно или временно затопляются водой. Питаются они преимущественно грунтовыми водами, богатыми минеральными солями. В растительном покрове господствуют зеленые мхи, различные осоки и злаки. На более старых болотах появляются береза, ольха, ива. Эти болота отличаются слабой заторфованностью — мощность торфа не превышает 1 — 1 ,5 м.

Верховые болота формируются на плоских водоразделах, питаются в основном атмосферными осадками, для растительности характерен ограниченный видовой состав — сфагновые мхи, пушица, багульник, клюква, вереск, а из древесных — сосна, береза, реже кедр и лиственница. Деревья сильно угнетены и низкорослы. Сфагновый мох лучше произрастает в середине болотного массива, на окраинах он угнетается минерализованными водами. Поэтому верховые болота несколько выпуклые, их середина возвышается на 3-4 м. Торфяной слой достигает 6-10 м и более.

Переходные болота , или смешанные представляют переходную стадию между низинными и верховыми. В низинных болотах происходит накопление растительных остатков, поверхность болота повышается. В результате этого грунтовая вода, богатая солями, перестает питать болото. Травяная растительность отмирает и заменяется мхами.

Таким образом, низинные болота превращаются в верховые, а последние покрываются затем кустами или луговой растительностью, превращаясь в суходольные луга. Поэтому в природе редко встречаются моховые или травяные болота в чистом виде.

Болота имеют большое хозяйственное значение. Так, торфяные болота — источник топлива для промышленности. Первая тепловая электростанция в мире, работающая на торфе, была построена в России в 1911 г. (в г. Электроугли).

Торф низинных болот — хорошее органическое удобрение. Поэтому частично низинные болота осушают и превращают в плодородные угодья. Но не все болота подлежат осушению, часть из них надо сохранять, чтобы не нарушить сложившиеся в природе взаимосвязей.

Болота увлажняют воздух местности, являются местами произрастания ценных видов растений (клюквы, морошки, голубики) и обитания многих видов животных, особенно птиц, являются природными резервуарами воды, которые питают реки.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ТРАНСПОРТНОМУ СТРОИТЕЛЬСТВУ СССР

ГЛАВТРАНСПРОЕКТ

«СОЮЗДОРПРОЕКТ»

УКАЗАНИЯ
ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ НА БОЛОТАХ

Москва - 1963 г.

ПРЕДИСЛОВИЕ

В Указаниях изложены принципы выбора конструкции в зависимости от местных условий и основные методы расчета земляного полотна на болотах. Кроме того, в Указаниях приводятся основные требования к данным изысканий автомобильных дорог на болотах. В приложении даны примеры проектирования основных типов конструкций земляного полотна на болотах.

При составлении Указаний использована соответствующая нормативная и инструктивная литература, а также накопленный в последние годы опыт Союздорпроекта в проектировании земляного полотна на болотах.

Указания составлены сотрудником Союздорпроекта кандидатом технических наук И.Е. Евгеньевым.

. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Настоящие Указания составлены в развитие действующих нормативных документов *) и могут быть использованы при проектировании земляного полотна автомобильных дорог на болотах в тех случаях, на которые не распространяются типовые решения.

*) НиТУ 128-55 (с учетом изменений и дополнений, вошедших в проект СНиП гл. 37); СН 140-60.

2. Предлагаемые Указаниями конструкции и расчетные методы разработаны применительно к торфяным болотам.

Примечание: Указаниями не рассматриваются вопросы устройства земляного полотна на болотах в условиях вечной мерзлоты.

3. Указания разработаны применительно к требованиям проектирования дорог с усовершенствованными покрытиями. Для проектирования местных и временных дорог даются лишь общие конструктивные рекомендации.

а) земляное полотно должно быть устойчивым против деформаций выпирания или выдавливание слабого грунта из-под насыпи (если это не предусмотрено принятой в проекте технологией выторфовывания);

б) до укладки дорожной одежды должно произойти не менее 50 % консолидации грунта основания, т.е. интенсивная осадка за счет уплотнения основания должна прекратиться;

Таблица 1

Основные физико-механические свойства торфа по дорожно-строительной классификации

В зависимости от типа болота и категории дороги выбирается конструкция земляного полотна, обладающая наилучшими в данных условиях технико-экономическими показателями. При этом возможны следующие конструктивные решения: А. Насыпи, опирающиеся на минеральное дно болота (Искусственные основания) а) Свайные эстакады; б) насыпи с полным удалением слабого грунта из основания и заменой его качественным грунтом; в) насыпи, погруженные на минеральное дно болота путем выдавливания слабого грунта в стороны. Б. Насыпи, опирающиеся на торфяную залежь с проведением мероприятий, улучшающих строительные свойства слабого основания а) Частичное выторфовывание; б) земляное полотно с вертикальными дренами и дренажными прорезями; в) глубинное уплотнение слабых грунтов грунтовыми сваями; г) химическое укрепление слабых грунтов основания. В. Земляное полотно, проложенное непосредственно на поверхности торфяной залежи а) Плавающие массивные насыпи; б) облегченные насыпи; в) настилы и слани; г) специально облегченные конструкции. Искусственные основания, как правило, следует использовать лишь в тех случаях, когда сохранение слабого грунта под насыпью может привести к деформации земляного полотна . 6. Часть земляного полотна находящуюся ниже поверхности болота, рекомендуется устраивать из дренирующих грунтов. Пылеватые грунты допускаются в надводной части дорожной насыпи при условии соблюдения общих требований по обеспечению воднотеплового режима земполотна и дорожной одежды. 7. При проектировании конструктивных элементов земляного полотна следует пользоваться пособием «Типовые поперечные профили земляного полотна автомобильных дорог» /вып. 41/ Союздорпроекта с учетом дополнений и изменений, изложенных в настоящих Указаниях. . Данные изысканий, необходимые для проектирования земляного полотна 8. В составе работ по изысканиям автомобильных дорог на болотах, в части, относящейся к проектированию земляного полотна, следует предусматривать: На стадии проектного задания: а) данные, необходимые для выбора типа конструкции земляного полотна; б) данные для составления проекта организации к стоимости работ. На стадии рабочего проектирования - Данные для конкретного расчета элементов выбранной конструкции земляного полотна. Методика и программа изысканий разрабатывается в соответствии с Указаниями по изысканиям дорог на болотах (Союздорпроект 1959 г.) с учетом требований к исходным материалам, перечисленным в настоящей главе. а) глубина болота (рельеф дна), б) тип торфов, составляющих залежь (геотехнические разрезы); в) степень разложения торфа; г) пнистость болота; д) прочие ситуационные данные (залесенность, наличие дорог, водоемов, населенных мест и т.п.); е) технико-экономические данные для подсчета стоимости работ (дальность возки минерального грунта, необходимость в устройстве временных дорог и т.п.). 10. Рельеф дна болота в районе проложения трассы определяется зондировкой и бурением в соответствии с Указаниями по изысканиям дорог на болотах 1959 г. 11. Принадлежность торфа в состоянии естественного залегания к тому или иному типу дорожно-строительной классификации определяется при полевых изысканиях по комплексу его физико-механических свойств и внешних признаков, перечисленных в табл. *) . *) характеристики, приведенные в графах 6-8 таблицы рекомендуется определять в полевой лаборатории. Тип залежи может быть также определен по данным наблюдений за характером деформаций основания существующих насыпей в аналогичных условиях. 12. В тех случаях, когда торфяная залежь состоит из нескольких слоев торфа различного типа, тип залежи в целом определяется в зависимости от мощности более слабых слоев. Если не менее 90 % общей мощности торфяной залежи составляют торфа I типа - болото следует относить к I типу; если более 10 % общей мощности залежи составляют пластичные образования II типа, - болото относится ко II типу; если более 50 % общей мощности залежи составляют текучие слои III типа, - болото относится к III типу. 13. Пнистость болота определяется процентом попадания зонда (бура) в крупные неразложившиеся остатки дерева по отношению к общему числу погружений зонда. 14. На стадии проектного задания составляются геотехнические разрезы по оси трассы и поперечникам, где выделяются типы и подтипы торфа с указанием мощности и границ простирания каждого слоя. 15. Для целей рабочего проектирования проводится углубленная обработка данных полевых изысканий и лабораторное определение физико-механических свойств торфов, составляющих залежь, по специальной программе и смете в соответствии с конкретными требованиями расчета выбранной конструкции (см. табл. ). Таблица 2 Состав лабораторных испытаний, необходимых для рабочего проектирования земляного полотна на болотах Услов. обозначен Тип конструкции земляного полотна Полное выторфовывание погружение насыпи выдавливанием Частичное выторфовывание вертикальные дрены и др. прорези плавающие насыпи 1 2 3 4 5 6 7 Для болотных грунтов основания 1. Коэффициент пористости /влажность природная/ e 0 , W 0 2 Удельный вес g уд 3. Объемный вес скелета 4. Угол внутреннего трения 5. Сцепление С 6. Предел текучести /для торфов II типа/ 7. Компрессионные характеристики a , e р 8. Коэффициент консолидации С н 9. Оптимальный угол заложения откоса выемки при выторфовывании /допол. полевые изыскания/ a Для грунтов земляного полотна 1. Гранулометрический состав 2. Пределы пластичности 3. Естественная влажность 4. Коэффициент фильтрации /для песков/ К ф 5. Оптимальная влажность и плотность на приборе стандартного уплотнения Союздорнии 6. Объемный вес при станд. плотности и оптимальной влажности Коэффициент консолидации находится по графику деформации образца во времени при постоянной нагрузке, близкой по величине к удельному давлению запроектированной насыпи на грунт основания. При этом коэффициент консолидации равен: (1) где: h обр - высота монолита в компрессионном приборе; t - время от начала загружения до затухания интенсивной деформации уплотнения. Оптимальный угол заложения откосов выемки в торфа (при выторфовывании) определяется путем проходки пробного шурфа c вертикальными стенками. Если вертикальный откос в данном пласте торфа удерживается не менее 3 суток, в проекте предусматриваются вертикальные стенки, в противном случае проектируются более пологие откосы. Характеристики грунтов земляного полотна определяются общепринятыми методами. III . Выбор типа конструкции земляного полотна по данным изысканий 17. В целях обеспечения выбора наиболее целесообразной конструкция земляного полотна, по данным изысканий на стадии проектного задания /см. п. / намечаются возможные варианты земляного полотна для заданной категории дороги по табл. .	Глубина торфа, м
I		II и III	IV и V
1	2	3	4	5
	до 2	Полное выторфовывание	Полное выторфовывание
		Полное выторфовывание	Полное выторфовывание для подтипа 1-Б или дренажные прорези /для подтипа 1-А/	Массивная насыпь, отсыпаемая на поверхность залежи для подтипа 1-А или частичное выторфовывание /для подтипа 1-Б/
	более 4	Вертикальные дрены	Вертикальные дрены
	до 2	Полное выторфовывание	Полное выторфовывание
		Посадка насыпи на минеральное дно болота путем выдавливания торфа для подтипа II -А - обязательно, с предварительным разрыхлением взрывным или механическим способом	Посадка насыпи на мин. дно болота, вертикальные дрены только для подтипа II А	Облегченная плавающая насыпь из шлака и др. легких материалов или грунтовая насыпь хворостяной /фашинной/ выстилкой в основании
	до 8		Посадка насыпи на минеральное дно болота путем выдавливания торфа
	Более 8	Свайная эстакада	Принимается в каждом конкретном случае на основе технико-экономических расчетов

В тех случаях, когда на дорогах IV категории применяется покрытие усовершенствованного типа, земляное полотно повышенной капитальности следует выбирать в соответствии с рекомендациями для дорог II - III категории.

Для выбранной конструкции земляного полотна на стадии проектного задания основные параметры, необходимые для подсчетов объема и стоимости работ определяются приближенно по указаниям, приведенным в главах - .

а) при расположении существующих дорожных насыпей, зданий и сооружений, основанием которых служит торфяной грунт, на расстоянии ближе удвоенной глубины залежи;

б) в торфяных залежах типа I -А, если торф перекрыт слоем минерального грунта или залежь имеет минеральные прослойки при общем соотношении толщины вышележащих минеральных слоев к толщине торфа не менее 1:2.

Конструкции с вертикальными дренами и дренажными прорезями не следует назначать при пнистости торфяной залежи более 20 %.

Ярко выраженная слоистость залежи, когда горизонтальная водопроницаемость пласта в несколько раз выше вертикальной, способствует повышению эффективности вертикального дренирования.

20. Как правило, плавающие насыпи могут рекомендоваться только для дорог низких категорий. Однако, в ряде случаев, при наличии плотных торфов /например, соответствующих описанию п. -б/ они могут быть использованы в качестве основания для дорог высоких категорий.

21. Для дорог низких категорий целесообразно в основании плавающей насыпи укладывать настил хворостяную выстилку слани из неделовой древесины, получаемой, в частности, при расчистке полосы отвода. Существующий опыт показал, что устройство настилов и сланей из привозных кондиционных материалов экономически не оправдывается.

22. При соответствующем технико-экономическом обосновании возможно применение специальных конструкций земляного полотна на болотах, имеющих частую область применении и не вошедших поэтому в табл. :

а) глубинное уплотнение слабых грунтов песчаными сваями;

б) специальные облегченные конструкции из пористого бетона, с полостями, из гофрированных металлических труб и т.п.;

в) химическое укрепление слабых грунтов;

г) временные /сезонные/ дороги из сборных железобетонных плит.

Перечисленные конструкции в настоящее время являются экспериментальными и методика их расчета и конструирования в Указаниях не приводится.

23. При возможности стадийного строительства, особенно на неглубоких болотах I типа вместо выторфовывания или вертикальных дрен следует устраивать плавающие массивные насыпи. При этом, на первой стадии /примерно через год после возведения насыпи/ укладывается покрытие переходного типа, а через 3-5 лет, после того, как наблюдениями установлено затухание деформации основания - капитального типа.

Скорость консолидации основания плавающей насыпи может быть увеличена с помощью устройства боковых продольных прорезей или дополнительной временной пригрузки /см. гл. /.

. Проектирование плавающих насыпей (возводимых непосредственно на поверхности болота)

24. Возможность применения плавающих насыпей ограничивается необходимостью соблюдения требований п. . Следует учитывать, что условия устойчивости и недопустимости значительных упругих просадок для плавающих насыпей в ряде случаев, особенно на болотах II типа, оказываются взаимно исключающими, т.к. увеличение высоты насыпи может привести к превышению несущей способности основания.

25. Толщина насыпного слоя определяется как сумма проектной высоты насыпи над окружающей поверхностью болота и величины осадки по осевому сечению земляного полотна. Толщина насыпного слоя должна быть такой, чтобы упругие просадки земляного полотна при движении транспорта не превышали допускаемой величины для данного типа покрытия. В табл. приведены ориентировочные величины минимальной толщины насыпного слоя на болотах /без учета конструктивной толщины дорожной одежды/ по данным А.А. Ткаченко:

Таблица 4

	Требуемая толщина минерального слоя в зависимости от типа одежды
	асфальтобетон	Черный щебень	переходн. покрытие
8 и более

Если на поверхности болота имеется естественный слой минерального грунта, требуемая мощность насыпного грунта может быть снижена на толщину природного минерального слоя.

27. Во всех случаях высота насыпи над поверхностью болота /после осадки/ должна быть не меньше, чем рекомендуется техническими нормативами из условия соблюдении водно-теплового режима.

Скорость консолидации основания может быть повышена с помощью следующих мероприятий:

а) устройство вертикальных дрен и дренажных прорезей /см. гл. /;

б) устройство глубоких дренажных прорезей по обеим сторонам насыпи;

в) методом переменной дополнительной пригрузки.

33. С помощью временной дополнительной пригрузки возможно ускорение консолидации основания насыпи на болотах I типа в 7-8 раз. Метод временной пригрузки целесообразно применять при возможности вторичного использования грунта пригрузочного слоя. Толщину пригрузочного слоя следует принимать не менее половины толщины постоянного насыпного слоя.

При применении метода временной дополнительной пригрузки устойчивость основания на выпор подлежит обязательной проверке /см. п. /.

Расчет ускорения консолидации торфа в основании насыпи с временной пригрузкой проводится следующими этапами:

а) в соответствии с п. определяется величина осадки от веса насыпи с пригрузкой (S 2 );

б) таким же способом определяется величина осадки насыпи без пригрузки (S 1 );

в) в соответствии с п. определяется длительность стабилизации осадки основания от насыпи с пригрузкой t 2 ;

г) длительность уплотнения основания от веса насыпи с пригрузкой до той плотности, которая была бы достигнута уплотнением без пригрузки, определяется по формуле:

. (6)

При возможности проведения контроля в период строительства дороги, пригрузка снимается после того, как будет достигнута расчетная осадка насыпи от проектной высоты (S 1 ).

34. Нижняя часть плавающей насыпи должна быть устроена из дренирующих грунтов на высоту не менее расчетной величины осадки. К прочей части насыпи предъявляются обычные требования общие для всех типов земляного полотна в насыпях.

35. Придорожные кюветы проектируются в соответствии с рекомендациями «Альбома типовых поперечных профилей» Союздорпроект вып. 41. При невозможности соблюдения продольного уклона кюветов для отвода собираемой воды /не менее 0,005/ их устройство не рекомендуется.

. Проектирование земляного полотна с полным выторфовыванием

36. 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.

37. При проектировании выторфовывания следует стремиться к максимальной устойчивости земляного полотна за счет создания наиболее крутых откосов выемки. Угол откосов выемки назначается по данным полевых исследований /п. 16/. Ширина дна выемки не должна быть меньше ширины земляного полотна между бровками насыпи.

В целях обеспечения качества выторфовывания отметку дна выемки следует назначать на 10 - 15 см ниже дна болота.

38. 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 /рис. а,б/.

При взрывном способе выторфовывания наклонное дно следует вырабатывать штрабами /рис. в/.

39. В зависимости от типа болота и объема работ выторфовывание может производиться следующими способами:

а) механическая разработка;

б) взрывы на выброс;

в) взрывание под насыпью;

г) гидравлическое выторфовывание;

д) посадка насыпи на дно болота с выдавливанием слабого грунта весом насыпи.

Примечание: Указания по технологии и организации выторфовывания различными методами см. СНиП III -Д. 5-62.

40. На болотах II и III типа земляное полотно, как правило, должно сооружаться способом выдавливания слабых слоев весом отсыпаемой насыпи. При этом должно быть также выполнено требование опирания всей подошвы насыпи на плотные слои минерального дна болота.

При наличии в верхней части болота плотных слоев торфа, последние должны быть удалены или разрыхлены механическими, взрывными или гидравлическими методами на ширину земляного полотна плюс две полосы с каждой стороны с шириной не меньшей, чем глубина болота. Если плотные слои составляют более половины глубины болота, для облегчения выдавливания следует предусмотреть устройство торфоприемников по обеим сторонам насыпи. Объем торфоприемников должен быть не меньше половины объема торфа подлежащего выдавливанию.

Минимальная высота насыпного слоя, необходимая для выдавливания слабого слоя определяется по формуле:

(7)

где: В - ширина насыпи по основанию

С - сцепление слабого слоя

Н сл - мощность выдавливаемого слоя

Объемный вес грунта насыпи.

. Проектирование земляного полотна с частичным выторфовыванием

41. Земляное полотно с частичным выторфовыванием следует назначать в случаях:

а) если плотность торфяной залежи увеличивается по глубине;

б) если на некоторой глубине болота имеется слой высокой пнистости, не позволяющий применить другие типы конструкций земляного полотна;

в) в целях ускорения консолидации основания.

К земляному полотну с частичным выторфовыванием предъявляются те же требования, что и к плавающим насыпям /гл. /.

42. Минимальная глубина замены торфа качественным минеральным грунтом должна быть такой, чтобы общая толщина насыпного слоя от верха оставляемого слоя торфа до проектной отметки была не меньше, чем это требуется по табл. .

43. Устойчивость основания насыпи против выдавливания при частичном выторфовывании следует проверять по формуле Герсеванова-Пузыревского:

45. Длительность интенсивной осадки насыпи за счет консолидации грунтов основания определяется так же, как и для плавающей насыпи /п. 82/.

При частичном выторфовывании скорость консолидации основания увеличивается пропорционально квадрату отношения полной глубины болота к мощности удаляемого торфа.

VII . Земляное полотно с вертикальными дренами и дренажными прорезями

46. Вертикальное дренирование основания земляного полотна проводится с целью ускорения консолидации грунтов основания, повышения их устойчивости и снижения упругих осадок.

Ускорение консолидации основания вертикальными дренами или дренажными прорезями происходит за счет значительного сокращения пути фильтрации воды, отжимаемой из грунтовой массы при уплотнении весом насыпи. Вертикальные дрены позволяют ускорить осадку по сравнению с плавающей насыпью в десятки раз.

Вертикальные дрены или дренажные прорези быстро снимают напор, возникающий в порах водонасыщенного грунта после приложения внешней нагрузки. Поэтому сопротивление сдвигу основания с дренами возрастает значительно быстрее, чем без дренирования /практически - по мере отсыпки насыпи/.

Вертикальные дрены или дренажные прорези изменяют общую упругость массы болотного грунта, поэтому упругие просадки на поверхности земляного полотна с вертикальными дренами примерно в 3 раза ниже, чем без дрен.

47. При глубине болота до 3 м рекомендуется земляное полотно проектировать с дренажными прорезями, для устройства которых не требуется специального оборудования /прорези отрываются экскаватором/. Дренажные прорези могут устраиваться только в торфах, способных удерживать вертикальные откосы в течение времени, необходимого для заполнения траншеи песком.

Вертикальные дрены могут применяться при глубине болот более 2 м при мощности залежи свыше 8-10 м может оказаться целесообразным применение частично погруженных дрен. Однако, следует учитывать, что при неполном погружении дрен срок консолидации основания значительно возрастает.

Вертикальные дрены могут применяться в торфах I типа в уплотненных болотных грунтах типа II -А.

48. Дрены и прорези должны заполняться крупным или средним песком с коэффициентом фильтрации не менее 3 м/сутки. Нижняя часть насыпи на толщину не менее величины предполагаемой осадки также должна отсыпаться из песчаных грунтов с водопроницаемостью не менее 3 м/сутки.

49. Толщина насыпного слоя над торфом с вертикальными дренами или дренажными прорезями из условий требований снижения упругих деформаций может быть равной половине величины, требуемой по табл. , но не менее 2,5 м.

50. Осадка дорожной насыпи на торфах с вертикальными дренами определяется по формуле:

Болото I типа А

Болото I типа В

Торф II типа А сапропели при влажности ниже предела текучести

53. Расстояние между прорезями из расчета срока стабилизации осадки 4-6 мес. при ширине прорезей 0,7 м, глубине залежи от 1,5 до 3 м ориентировочно может быть принята:

болото I типа А - 2,4 м

I типа Б - 2,0 м

II типа А - 1,8 м

54. Ориентировочно назначенное расстояние между вертикальными дренами должно быть проверено и уточнено по данным лабораторных исследований. Расчет производится по номограмме, приведенной на рис. .

Рис. 1. Схема вариантов подготовки котлована выторфовывания при наклонном дне болота.

Рис. 2. Номограмма для расчета оснований с вертикальными дренами.

В случае, если в результате проверки окажется, что степень консолидации основания за заданное время /при ориентировочно выбранных параметрах конструкции земляного полотна/ составляет меньше 90 %, следует уменьшить расстояние между дренами.

Если на поверхности болота имеется уплотненный слой торфа или связного грунта, учитывать в расчетах вертикальную фильтрацию / U в / не следует.

Пример консолидационного расчета вертикальных дрен дан в приложении .

Для проведения расчета необходимо знать:

глубину залежи - Н Т (м)

коэффициент консолидации торфа при фильтрации в вертикальном направлении - С в (м 2 /сут.)

коэффициент консолидации торфа при фильтрации в горизонтальном направлении - С г (м 2 /сут.)

ориентировочно принятое расстояние между дренами - l (м)

заданное время 90 % консолидации - t (сут.)

ориентировочно принятое отношение расстояния между дренами к их диаметру - п.

Вычислив , по правой шкале 5 определяется U в % за заданное время t . Далее, на шкале 1 находится точка, соответствующая вычисленному значению , из которой через точку на шкале 2, соответствующую значению п , проводится прямая до шкалы 3. Точка пересечения даст величину U г . Общая степень консолидации U общ находится на шкале 4 в точке пересечения прямой соединяющей величины U г на шкале 3 и U в на шкале 5.

55. Проверка правильности назначенного расстояния между дренажными прорезями производится по графику на рис. .

Для расчета земляного полотна с дренажными прорезями необходимо знать: коэффициент консолидации слабого грунта - С , глубину залежи - Н , заданное время консолидации – t . По графику определяется - какая степень консолидации грунта основания будет достигнута за время t - при назначенном расстоянии между прорезями - l . Пример расчета см. в приложении .

В целях упрощения считается, что коэффициент консолидации одинаков как для вертикальной, так и для горизонтальной эксфильтрации.

В случае, если при назначенных параметрах конструкции степень консолидации основания в заданное время составляет меньше 90 %, следует уменьшить расстояние между прорезями.

Расчетные характеристики

Обозн.

I слой

II слой

среднее значение

1. Тип торфа

I -А

I -А

2. Мощность слоя /м/

Н

3. Коэффициент пористости в ест. состоянии

e 0

4. Коэффициент пористости после уплотнения

e р =0,5

5. Коэффициент консолидации /м 2 /сут/

С

0,0105

0,0074

0,0095

6. Высота насыпного слоя

H н

7. Объемный вес торфа т/м 3

1,02

1,01

1,02

8. Объемный вес материала насыпи

Приведенные в таблице расчетные данные определяются при полевых или лабораторных изысканиях, за исключением величины коэффициента пористости торфа после уплотнения нагрузкой, эквивалентной удельному давлению насыпи на основание - e р

Величина удельного давления на основание:

т/м 2 =0,5 кг/см 2 .

При наличии горизонта грунтовых вод вблизи поверхности, давлением вышележащих пластов торфа на нижележащие можно пренебречь, т.к. объемный вес торфа близок к единице.

Коэффициент пористости торфа в состоянии уплотнения определяется по результатам компрессионных испытаний при нагрузке Р = 0,5 кг/см 2 для каждого слоя.

В соответствии с табл. настоящих Указаний, на торфяных залежах I типа под покрытие усовершенствованного типа рекомендуется устраивать земляное полотно с вертикальными дренами;

В необходимости вертикальных дрен можно убедиться и расчетным путем. Если будет принята конструкция земляного полотна типа «плавающей насыпи», то длительность осадки вычисляется по формуле / /:

где: средний коэффициент консолидации равен:

Следовательно, требование достижения 90 % консолидации основания земляного полотна в данном случае будет выполнено только через 8 лет после возведения насыпи. Для того, чтобы обеспечить возможность устройства одежды в тот же год, в котором возведено земляное полотно, срок консолидации не должен превышать 6 месяцев. Значительное сокращение срока консолидации может быть достигнуто с помощью вертикальных дрен.

Ориентировочно параметры конструкции земляного полотна с вертикальными дренами могут быть назначены по табл. Указаний. Для торфяной залежи типа I -А при мощности Н =6 м расстояние между дренами рекомендуется - 2,4 м.

Диаметр дрен назначается с учетом имеющегося оборудования - в данном случае принят d =0,35 м. Тогда отношение расстояния между дренами к их диаметру

.

Зная коэффициент консолидации торфяной залежи - С ср , можно проверить правильность назначенного расстояния между дренами по номограмме /рис. /.

1. Определение степени консолидации основания без дрен за заданный срок / t =6 мес./.

Вычисляется величина

.

На шкале 5 определяется величина степени консолидации при вертикальной фильтрации U в =19 %.

2. Определение степени консолидации основания от воздействия вертикальных дрен.

Вычисляется

.

Через соответствующую точку на шкале 2 п =6,1 проводится прямая до шкалы 3, где получается значение U г =86 %.

3. Определение общей степени консолидации основания с вертикальными дренами.

Но второй части номограммы точку на шкале 3, соответствующую величине U в =86 %, соединяем с точкой на шкале 5, соответствующей величине U в =19 %.

На шкале 9 получим искомую величину U общ =90 %.

В данном случае оказалось, что предварительно подобранные параметры конструкции отвечают заданным требованиям.

Следует заметить, что расчет по номограммам можно вести и обратным путем, отыскивая требуемый срок консолидации или требуемое расстояние между дренами по заданным общим параметрам. -А имеет мощность 2,7 м. Торф, составляющий залежь, обладает следующими расчетными характеристиками:

1. Коэффициент пористости в естественном состоянии e 0 =8,6 м.

2. Коэффициент пористости после уплотнения весом насыпи e р =6,2.

3. Коэффициент консолидации С р =0,0105 м 2 /кг. Слой торфа подстилается плотными суглинками. Общая высота насыпного слоя назначена из условия соблюдения допускаемых упругих деформаций /п. 53/ h н =2,5 м.

Объемный вес материала насыпи - =2 т/м 3 . Величина удельного давления в основании насыпи, при котором определен e р составляет:

В соответствии с табл. настоящих Указаний, на торфяных залежах типа I -А для дорог с покрытием усовершенствованного типа рекомендуется земляное полотно с дренажными прорезями.

Отношение расстояния между прорезями к глубине:

Величина «фактора времени», откладываемая по абсциссе графика, в данном случае будет равна:

.

(Для обеспечения возможности окончания строительства за один сезон, время 90 % консолидации принято t =180 сут.)

Мощность оставляемого под насыпью слоя торфа определяется исходя из соблюдения требования достижения 90 % консолидации за 180 суток по формуле / /:

8 /:

.

Где для данного примера:

Объемный вес торфа =1,02 т/м 3

Глубина выторфовывания h выт =1,2 м.

Сцепление торфа С =1,2 т/м 2

Угол внутреннего трения j =8° /в радианах j =0,14/

4,4 т/м 2 меньше допустимой по расчету Р без =5,4 т/м 2 , поэтому устойчивость запроектированной конструкции можно считать обеспеченной.



1. Виды и характеристики болот

Болото – избыточно увлажненные участки земной поверхности, на которой большую часть года стоит вода.

Заболоченные участки- это участки на которых происходит застой поверхностных вод или происходит их систематическое переувлажнение, но не образуется торфяной покров или имеет толщину менее 30 см.

По условию расположения и питания водой различают: верховые и низовые болота.

Верховые болота- образуются при застое атмосферных осадков на водораздельных участках, имеющих малые уклоны. Верховые болота на всю толщину состоят из торфа В заключительной стадии своего образования середина болота (состоящая из торфа и сфагнума(мох)) может возвышаться над берегами на 6-8 метров.

Низовые болота - образуются в результате зарастания водоёмов. Заболачивание начинается от берегов к середине. Отмирающие остатки растительности повышают дно болота, тем самым образуется иловые отложения. В конечной стадии образования низового болота образуется на поверхности сплавина. Сплавина состоит из корневищ и мхов. Сплавина толщиной 3-4 метра способна выдержать нагрузку в 35 мПа.

2. Инженерная классификация болот.

Согласно СНИП 2.05. 02 -85 различают 3 типа болот:

Болота, заполненные болотными грунтами, прочность которых в природном состоянии обеспечивает возможность возведение насыпи высотой до 3 метров без возникновения процесса бокового выдавливания грунта.

Характеристики	Тип болотных грунтов
Входящие в тип грунты		Органические илы, минерализованный торф минерализированный	Ил и заторфованный грунт
Структура	Губчатоволокнистое строение, высокое структурное сцепление	Маловолокнистое, раздробленное, гелеобразное структура	Аморфная структура
Преимущественный тип деформаций под насыпями	Уплотнение в пределах контура загружения	Выжимание грунта в сторону	боковое выпирание слабого грунта с погружением насыпи на минеральное дно болота

3. Выбор плана трассы дороги на заболоченной местности (основные требования).

Заболоченные р-ны в основном располагаются на равнинных участках лесной зоны. При решении плана трассы в болотной местности обходить или пересекать болото? По стоимости строительства а/д в заболоченной местности стоимость превышает в 5-6 раз по сравнению с аналогичным участком на не заболоченной местности. Выбор основывается на ТЭС.

Основные положения при проектировании плана трасса.

1-Следует обходить болота, если это не связано с большим удлинением или извилистостью трассы.

2 - Стремиться пересекать болота по кратчайшему направлению, в наиболее узких местах с высоким залеганием минерального дна.

3 –Желательно избегать места с кривыми склонами минерального дна.(сползание насыпи)

4 - При пересечении предпочтение отдавать участку I типа. 5 – Вариантное трассирование и вариантное конструирование ЗП, должно быть обосновано технико-экономическим расчетом (ТЭР)

4. Конструктивные решения земляного полотна на болотах (с полным выторфовыванием, частичное выторфовывание, без выторфовывания)

Проектные решения, но конструкции ЗП выбирают на основе ТЭС вариантов с учетом след, позиций:1) категория дороги. 2) тип ДО. 3) требуемая высота насыпи и качество грунта имеющийся для отсыпки насыпи. 4) протяженность участка на слабом грунте. 5) вид и св-ва слабого грунта. 6) условия производства работ, в том числе срок завершения строительства.

ЗП на болотах проек. в виде насыпи, требование к грунтам в верхней части насыпи а так же мин. возвышении низа ДО над растительным уровнем поверхности и грунтовых вод. Определяется по по СНИП 2,05,02-85. 3ий тип местности по увлажнению.

К ЗП предъявляют ряд требований:

1. Должна быть исключена возможность выдавливания слабого грунта отсыпанной под основанием насыпи в процессе ее возведения и эксплуатации. (должна быть обеспечена устойчивость основания)

2. Интенсивная часть осадки насыпи должна завершиться до устройства покрытия ДО (обеспечить стабильность)

3. Упругие колебания ЗП, возникающие при наличии торфяных грунтов в основании насыпи не должны превышать допустимые значения.

Допускаются следующие конструктивные решения

1) Насыпи, опирающиеся на минеральное дно болота (или искусственное основание).

А. Насыпи с полным удалением слабого грунта и заменой его качественным дренирующим грунтом.

Б. Насыпи, погружённые на минеральное дно болота, путём выдавливания слабого грунта в стороны.

В . Строительство эстакады.

2) Насыпи, опирающиеся на торфяные слои, с проведением мероприятий, улучшающих строительные свойства слабого грунта ():

А . частичное выторфовывание

Б . ЗП с вертикальными дренами или дренажными прорезями

В . Глубинное уплотнение слабых грунтов, грунтовыми сваями

Г . Химическое укрепление слабых грунтов основания

3) Земляное полотно, проложенное непосредственно на поверхности болота.

А . Массивные плавающие насыпи.

Б. Облегчённые насыпи.

В . Насыпи с использованием деревянных пластов, спец. облегченные конструкции.

Часть земляного полотна, находящуюся ниже поверхности болота, устраивают из дренирующих грунтов. Пылеватые грунты допускаются в надводной части земляного полотна. При условии соблюдения требований по обеспечению водно-теплового режима земляного полотна.

5. Обследование болот, этапы обследования.

1)Варианты трассы намечают на картографически материал.

2)Проводят изыскатеьные работы на месте, для детального иследования и сбора необходимой информации.

3)Осуществляется топографическая съемка плана болота

4) Проводиться сбор образцов слабых грунтов для оценки физико-механ. свойств.

5) На плане болота намечают сетку скважин для отбора образцов торфа. Сетка скважин от оси 50-150 м

6) По сетке проводят зондированное бурение на глубину не менее 0,5м. с шагом 50 м.

7) Производят статическое бурение, результаты которого дают представление о мощности слабых слоев.