Вопрос 8: Требования к плотности грунта при возведении земляного полотна

Ответ: Плотность грунта - один из важных факторов, определяющих его прочность и устойчивость.

Плотность грунта зависит от его минералогического состава, влажности и характера сложения (пористости). Плотность грунта чаще всего находится в пределах 1,2 … 2,4 г/см³.

Сущность уплотнения грунтов состоит в увеличении содержания минеральных частиц и агрегатов в единице объема грунта.

В процессе приложения различных видов нагрузки на уплотняемый грунт происходит изменение напряженно-деформированном состоянии.

В грунте протекает несколько взаимосвязанных процессов – упругое сжатие частиц и агрегатов, преодоление сил трения и сцепления в зонах контактов, необратимые смещения и сдвиги частиц относительно друг друга, отжатие из пор воды и воздуха, деформирование и выжимание водных пленок в зонах контактов.

Это приводит к изменению первоначальной структуры грунта, которое проявляется в сближении минеральных частиц, их переориентации, уменьшении толщины водных пленок в зонах контактов и, как следствие, в увеличении числа связей в грунте и повышении прочности.

Чем выше плотность сухого грунта, тем выше его прочность и устойчивость.

Одна из главных задач стоящих перед мастерами на производстве это не только выбор методики уплотнения: укатка, вибрирование и трамбование, а так же в установлении такой плотности сухого грунта, которая обеспечила бы не только высокую прочность, но и стабильность структуры грунта при переменном увлажнении, промерзании и оттаивании, что способствует жизнестойкости земляного полотна на протяжении всего периода существования дороги в дальнейшем.

С другой стороны, важным является определение условий, при которых формирование водоустойчивой структуры грунта достигается при наименьших затратах на уплотнение. Для получения наиболее плотной и водоустойчивой структуры грунта влажность его должна быть такой, при которой объем защемленного воздуха в теле земляного полотна находится в пределах 4-6%.

При этом образуются наиболее прочные гидратные оболочки, обеспечивающие минимальную фильтрацию влаги и наименьшее разбухание грунта в процессе его переувлажнения.

Если влажность грунта ниже, то есть объем пор, занятых воздухом, выше, то водоустойчивая структура не создается.

Если влага вытесняет указанный процент воздуха, то структура становится также неустойчивой.

Следовательно, существует некоторая оптимальная влажность, обеспечивающая формирование устойчивой структуры при данной степени уплотнения.

Плотность влажного грунта рассчитывают по формуле

,

где плотность влажного грунта, г/см³;

m₁ – масса контейнера с грунтом, г;

m₂ – масса пустого контейнера, г;

V - объем контейнера, см³.

Плотность скелета грунта определяют с погрешностью до 0,01 г/см³

,

где W – влажность грунта, %

где m₁ - масса влажного грунта с бюксой, г;

m₂ - масса сухого грунта с бюксой, г;

m₃ - масса бюксы, г.

Наибольшая плотность скелета грунта

,

где W ₀– оптимальная влажность грунта, %