Аналіз будівельних властивостей ґрунту

 

2.2.1 Визначення фізичних характеристик ґрунту для спорудження земляного полотна

Для будівництва земляного полотна, яке забезпечє довговічну надійну експлуатацію дороги, основним матеріалом є грунт. В результаті інженерно – геологічних вишукувань та лабораторних досліджень визначають характеристики грунту, які є вихідними даними для проектування технологічних режимів спорудження земляного полотна.

Деякі дані (вологість ґрунту на межі текучості –, природна вологість ґрунту в період польових обстежень –, щільність скелету ґрунту –) дозволяють розрахунковим методом встановити коефіцієнт відносного ущільнення ґрунту Квід, зміну вологості ґрунту у період будівництва, прийняти рішення щодо доцільності додаткового зволоження або просушування ґрунтів, а також визначити параметри цих процесів.

Визначають наступні показники будівельних властивостей ґрунту.

1) Оптимальна вологість ґрунту у відсотках:

 

, (2.11)

 

де – коефіцієнт, який враховує гранулометричний склад ґрунту: для супісків =0,7; для легких суглинків =0,6; для важких суглинків =0,55; для глини =0,50.

2) Щільність твердої частини ґрунту та вміст повітря у ґрунті, який ущільнюється до величини визначають за довідковою літературою. Величину рекомендується приймати: для супісків – 2,68 г/см³; легких суглинків – 2,70 г/см³; важких суглинків – 2,71 г/см³; глин – 2,72 г/см³. Величину доцільно приймати у таких межах: для супісків – 0,06 – 0,08, легких суглинків – 0,05, важких суглинків і глин – 0,04.

3) Максимальна стандартна щільність сухого ґрунту:

 

. (2.12)

 

4) Призначають коефіцієнти ущільнення ґрунту для окремих шарів земляного полотна в залежності від категорії дороги, висоти насипу та дорожньо-кліматичної зони району будівництва згідно [1], п. 6.3.4 або таблиці А.3,. Для подальших розрахунків в курсовому проекті приймають найменший коефіцієнт ущільнення для робочого шару земляного полотна.

5) Мінімальна потрібна щільність сухого ґрунту для різних елементів земляного полотна

. (2.13)

 

6) Коефіцієнт відносного ущільнення ґрунту:

 

. (2.14)

Значення коефіцієнта відносного ущільнення уточнюють відповідно до таблиці 6.10 [1] або А.7.

7) Граничні значення вологості ґрунтів, при яких ущільнення виконують без додаткових заходів:

 

(2.15)

 

де K_w1, K_w2 – коефіцієнти, які характеризують допустимий інтервал вологості, при якому можливе ущільненні W_І – W_ІІ, (табл.2.4) або (табл. 6.5 [1]) (за K_w1 приймається менше із значень за таблицею, для K_w2 приймається більше із значень).

 

Таблиця 2.4 – Допустима вологість ґрунту при ущільненні

Ґрунти	Допустима вологість Wadm у долях від оптимальної при коефіцієнті ущільнення
1,0	0,98	0,95	0,93	0,92	0,90
Пісок пилуватий	від 0,95 до 1,05	від 0,90 до 1,10	від 0,85 до 1,25	від 0,80 до 1,35	від 0,75 до 1,40	від 0,75 до 1,50
Супісок піщанистий	від 0,98 до 1,02	від 0,93 до 1,07	від 0,85 до1,15	від 0,80 до1,25	від 0,80 до 1,30	від 0,08 до 1,40
Супісок пилуватий, суглинок легкий піщанистий і пилуватий	від 0,98 до 1,02	від 0,94 до 1,06	від 0,92 до 1,12	від 0,90 до 1,22	від 0,85 до 1,25	від 0,80 до 1,35
Суглинок важкий піщанистий і пилуватий, глини	від 0,98 до 1,02	від 0,95 до 1,05	від 0,90 до 1,10	від 0,90 до 1,20	від 0,90 до 1,23	від 0,85 до 1,30
Примітка 1. При спорудженні насипу з непилуватих пісків у літніх умовах допустима вологість не обмежується. Примітка 2. Ці обмеження не поширюються на насипи, які споруджуються методом гідронамиву.

 

8) Максимальна вологість ґрунту у річному циклі:

 

, (2.16)

 

де – коефіцієнт, що характеризує вологість ґрунту в період польових обстежень W_п у частинах від максимальної величини. Значення для різних регіонів України наведені у таблиці 2.5 (відповідно до дорожнього районування території України, рис. А.2). Значення та W_п приймають для місяця, у якому проводилися польові обстеження (за завданням).

 

Таблиця 2.5 – Зміна коефіцієнту в річному циклі

Дорожньо-кліматична зона	Величини по місяцям
І	ІІ	ІІІ	ІV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
У-І У-ІІ У-ІІІ У-ІV середнє для України	0,93 0,96 0,96 0,96   0,95	0,97 0,98 0,98 0,98   0,98	1,0 1,0 1,0 1,0   1,0	1,0 1,0 1,0 1,0   1,0	0,91 0,95 0,89 0,96   0,92	0,76 0,86 0,76 0,90   0,79	0,70 0,79 0,72 0,85   0,74	0,77 0,83 0,80 0,86   0,80	0,78 0,84 0,84 0,86   0,82	0,82 0,86 0,87 0,88   0,85	0,87 0,91 0,90 0,90   0,89	0,90 0,94 0,95 0,93   0,93

 

9) Вологість ґрунту для кожного місяця року () визначають послідовним множенням значення максимальної вологості в річному циклі на відповідні значення коефіцієнта (табл.2.5):

 

. (2.17)

 

Визначені значення W_i, заносять у таблицю Б.2 і будують графік зміни вологості грунту у річному циклі (рис.Б.1). На графік також наносять межові значення допустимої вологості W₁, W_ІІ, W_o. За допомогою графіка встановлюють періоди роботи з грунтом оптимальної вологості (крива в межах допустимої вологості), період, коли необхідне дозволоження грунту (крива нижче межових значень) або його просушування (крива вище межових значень).

10) Середня щільність вологого ґрунту в період будівництва:

 

(2.18)

 

де W _б – вологість ґрунту в період будівництва (в частках одиниці). В курсовому проекті вологість ґрунту в період будівництва W _б приймають рівною верхній межі допустимої вологості (W_ІІ або W_o).

Усі розрахунки за (2.11-2.18) зводять у таблицю Б.1.

Приклад 2.3 Визначення фізичних характеристик ґрунту для спорудження земляного полотна.

Вихідні дані: вологість ґрунту на межі текучості =26%, природна вологість ґрунту в період польових обстежень =20%, щільність скелету ґрунту =1,59 г/см³.

Проаналізуємо будівельні властивості ґрунту.

1) Оптимальна вологість ґрунту у відсотках за залежністю (2.12)

 

2) Щільність твердої частини ґрунту для важкого суглинку приймаємо =2,71 г/см³, вміст повітря у ґрунті =0,04.

 

3) Максимальна стандартна щільність скелету ґрунту за (2.13)

г/см³.

 

4) Згідно [1] район будівництва у Київській області знаходиться у дорожньо-кліматичній зоні – У-ІІ. Для ІІ-ї категорії дороги, за п.4.11, визначимо найменші коефіцієнти ущільнення ґрунту для елементів земляного полотна:

- для робочого шару насипу (до 1,5 м) =0,98;

- для нижньої частини насипу від 1,5 м до 6 м =0,95; від 6 м – =0,98.

Призначимо для подальших розрахунків найбільший з коефіцієнтів ущільнення для шару земляного полотна =0,98.

 

5) Мінімальна потрібна щільність скелету ґрунту для різних елементів земляного полотна за (2.14)

г/см³.

 

6) Коефіцієнт відносного ущільнення ґрунту за (2.15)

.

При уточненні відповідно до таблиці А.7 та розрахунку за (2.15) приймаємо більший коефіцієнт тобто – 1,15.

 

7) Граничні значення вологості ґрунтів, при яких ущільнення виконують без додаткових заходів за (2.16)

 

8) Визначимо максимальну вологість грунту у річному циклі за (2.17)

де 0,79 – коефіцієнт для VII місяця (період польових обстежень, за табл. 2.5).

9) Визначимо значення зміни вологості грунту протягом року за (2.18)

 

Отримані значення заносимо в таблицю за формою Б.2:

 

Таблиця 2.6 – Зміна вологості ґрунту W_i в річному циклі

Показ-ники	Місяці
І	ІІ	ІІІ	ІV	V	VI	VII	VIII	XI	X	XI	XII
	0,96	0,98	1,0	1,0	0,95	0,86	0,79	0,83	0,84	0,86	0,91	0,94
Wi, %	24,3	24,8	25,3	25,3	24,0	21,7	20,0	21,0	21,3	21,7	23,0	23,8

 

За даними таблиці 2.6 будуємо графік зміни вологості у річному циклі, на графік наносимо наносять межові значення допустимої вологості W₁, W_ІІ, W_o:

За розміщенням кривої зміни вологості відносно гранічних значень робимо висновок: протягом року грунт має надмірну вологість і потребує просушування.

 

Рисунок 2.2. Графік зміни вологості ґрунту в річному циклі

 

Всі розрахунки зводимо в таблицю форми Б.1:

Таблиця 2.7 – Фізичні характеристики та технологічні режими ущільнення ґрунту

№	Показник	Одиниця	Позначення	Числові значення
задані	визначені
	Щільність скелету ґрунту	г/см3		1,59
	Щільність твердої частини ґрунту	г/см3		2,71
	Вологість на границі текучості	%		26,0
	Оптимальна вологість ґрунту	%			14,3
	Вміст повітря при максимальній щільності скелету ґрунту	частка одиниці		0,04
	Максимальна щільність скелету при стандартному ущільненні	г/см3			1,87
	Коефіцієнт ущільнення ґрунту для робочого шару земляного полотна	частка одиниці	Кy	0,98
	Мінімальна потрібна щільність скелету ґрунту	г/см3			1,83
	Коефіцієнт відносного ущільнення ґрунту	частка одиниці	Квід		1,15
	Допустима вологість ґрунту в період будівництва	%			13,6 - 15,0
	Необхідна кількість води для дозволоження	т/м3	Рв		-
	Тривалість технологічної перерви для просушування грунту	частина доби	Тпр		2,2
	Товщина шару при ущільненні: - вальцевими котками - пневмокотками	см	hу
	Кількість проходів котка - при роботі скреперів - при роботі екскаваторів		N

 

2.2.2 Визначення технологічних режимів спорудження земляного полотна

 

1) Аналіз даних про вологість ґрунту в період будівництва дозволяє прийняти рішення щодо умов використання ґрунтів для спорудження земляного полотна протягом року. За допомогою кривої на рис. 2.2 визначають періоди, коли грунт потребує дозволоження або просушування.

При природній вологості в період будівництва W _б, що нижча від меншого із значень W_ІІ або W_o, згідно [1], ґрунт потребує додаткового зволоження. При дозволоженні ґрунту необхідно враховувати втрати вологості на випаровування за період між додатковим зволоженням і закінченням процесу ущільнення. Тому ґрунт необхідно дозволожувати не до оптимальної, а до потрібної вологості , яку визначають за формулою:

 

, (2.18)

де a₁ та a₂ – відповідно коефіцієнти, які враховують вплив різновиду ґрунту, температури повітря і швидкості вітру в місяці будівництва (за ДКГ), їх призначають за графіками, наведеними у додатку А (рис. А.1);

– час між додатковим зволоженням та закінченням ущільнення ґрунту, частина доби (приймають 8 годин або 1/3 частина доби).

Необхідна кількість води для дозволоження – витрата води на одиницю об’єму ґрунту (т/м³):

 

. (2.19)

Якщо ґрунт має надмірне зволоження (значення W _б більше за найбільше із значень W₁ або W_o) виникає необхідність у просушуванні – штучному чи природному – до вологості, яка відповідає допустимій.

За природного способу просушування можливі два варіанти – просушування у резерві або у насипу.

За другого варіанту просушування, тривалість технологічної перерви – час просушування (в частках доби) визначають за формулою:

. (2.20)