Расположение грунтов в теле насыпи

Грунты в пределах глубины промерзания, как правило, разнообразны. В связи с этим при возведении земляного полотна необходимо знать, какие грунты в какую часть насыпи целесообразно уложить, чтобы в теле насыпи не допустить образования висячих горизонтов воды. При правильном расположении грунтов в насыпи, плотность и влажность грунтов будет примерно одинаковой, снизится морозное лучение и не возникнут неравномерные просадки дорожного покрытия.

Для наглядности рассмотрим несколько случаев расположения грунтов в теле насыпи. Предположим, что на участке с избыточным увлажнением нижнюю часть насыпи отсыпали из пылеватых суглинков, а верхнюю часть - из песчаных грунтов. Причем, толщина слоя из пылеватого суглинка h ₁, меньше высоты капиллярного поднятия воды h_к. В этом случае вода по узкому капилляру поднимется до песчаного грунта, имеющего широкий капилляр, и поднятие влаги прекратится, поскольку на границе двух капилляров появится выпуклый мениск и вода из нижнего капилляра, более узкого, не поступит в верхний с диаметром в сотни раз больше (рис. 1.6.1, а). С повышением грунтовых вод уменьшается лишь радиус мениска, значит, при обеспечении условий поверхностного стока естественная влажность верхнего песчаного слоя останется постоянной, особенно если мощность слоя хорошо фильтрующего песка h > h_к.

При отсыпке нижней части насыпи из дренирующих грунтов, а верхней из связных при h ₁ < h_к (рис. 1.6.1, б), грунтовая вода из широкого капилляра, достигнув узкого капилляра суглинка, быстро поднимается на значительную высоту, пока не достигнет максимального своего значения. При таком расположении грунтов в теле насыпи, как правило, наблюдается значительное морозное пучение, что приводит в период оттаивания к потере устойчивости земляного полотна.

Рис. 1.6.1. Расположение грунтов в теле насыпи:
а - благоприятное; б - неблагоприятное; 1 - песок; 2 - пылеватый суглинок; 3 - расчетный уровень грунтовых вод; 4 - выпуклый мениск; 5 - вогнутый мениск

Если толщина нижнего песчаного слоя больше капиллярного поднятия воды h > h_к, то влажность вышележащего пылеватого суглинка повышается лишь вследствие потока влаги в парообразном состоянии и инфильтрации поверхностной воды. В этом случае нижний слой выполняет функцию капиллярно-прерывающего слоя, что предотвращает увлажнение верхнего слоя насыпи грунтовыми водами.

В тех случаях, когда верхний слой насыпи из связных грунтов отсыпан на дренирующий грунт и толщина слоя связного грунта h' меньше высоты капиллярного поднятия h_к', то при необеспеченном поверхностном водоотводе образуется висячий горизонт воды из-за процесса инфильтрации (рис. 1.6.2).

Рис. 1.6.2. Неблагоприятное расположение грунтов в теле насыпи, способствующее накоплению влаги в верхней части земляного полотна:
1 - инфильтрация поверхностной воды; 2 - связный грунт; 3 - дренирующий грунт; 4 - зона капиллярного увлажнения высотой h_к; 5 - зона грунтовой воды; 6 - уровень грунтовых вод; 7 - поверхность менисков в фильтрующем грунте; 8 - поверхность менисков в связном грунте

Зимой под воздействием отрицательной температуры происходит перераспределение внутренних запасов воды.

Наибольшее количество замерзшей воды накапливается на глубине h ₀

h ₀ = (0, 6...0, 75) h, (1.6.1)

где h -толщина слоя связного грунта.

При вынужденном возведении насыпи из связных грунтов с влажностью значительно превышающей оптимальную, рекомендуется в земляном полотне устраивать прослойки из песка толщиной h ³ h_к. На участках с II или III типом увлажнения и высоте насыпи до 1, 2...1, 5 м, переувлажненные грунты необходимо предварительно осушить. Предварительное осушение грунта или его замену производят при коэффициенте консистенции В_к > 0, 75

(1.6.2)

где W - естественная влажность грунта, %;

W_p - влажность, соответствующая границе раскатывания, %;

М_п - число пластичности.

Насыпи отсыпают послойно из однородных грунтов, укладываемых на полную ширину, с постоянно обеспеченным стоком поверхностных вод. Толщину каждого слоя принимают в зависимости от свойств грунта и способов уплотнения.

При неоднородных грунтах отсыпаемым слоям нужно придавать требуемый поперечный уклон. Когда же менее дренирующие слои располагают ниже более дренирующих, то менее дренирующие грунты нужно укладывать с поперечным уклоном ³ 40 ‰. При обратном взаиморасположении слоев вышеприведенное условие не соблюдают.

Откосы земляного полотна, сложенного дренирующими грунтами, необходимо присыпать слоем менее дренирующего грунта и производить посев трав.