ЛЕНЗНИИЗП ГОСГРАЖДАНСТРОЯ

ПОСОБИЕ

ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ИНЖЕНЕРНОЙ ПОДГОТОВКИ МЕСТНОСТИ И ТРАНСПОРТНЫХ СООРУЖЕНИЙ В ГОРОДАХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА

ЛЕНИНГРАД 1976

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ЗОНАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНЫЙ ИНСТИТУТ ТИПОВОГО И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЖИЛЫХ И ОБЩЕСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ (ЛЕНЗНИИЭП) ГОСГРАЖДАНСТРОЯ

ПОСОБИЕ

ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ИНЖЕНЕРНОЙ ПОДГОТОВКИ МЕСТНОСТИ И ТРАНСПОРТНЫХ СООРУЖЕНИЙ В ГОРОДАХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА

СТРОЙИЗДАТ ЛЕНИНГРАДСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ

ЛЕНИНГРАД 1976

Пример 2. Определить расчетную глубину сезонного оттаивания на площадке в Еиганске (на р.Лене у Северного Полярного круга), имеющей следующее сложение: мох и торф мощностью 0,13 м, песок пылеватый с влажностью 20$ мощностью 0,9 м; суглинок средний с влажностью 40*.

Определяем значения R, для каждого слоя грунта по формуле (I). Для первого слоя, состоящего из органических грунтов, по карте на рис. 4 имеем: R_t - 0,57 м. Для второго слоя по карте на рис. 3 (песчаный грунт, подстилаемый глинистым) и по формуле (I) находим Н_т = 0,82.2,2 - 1,80 м. Для третьего слоя, использовав карту на рис. 2, получаем Н, - 0,86.1,7 * 1,46 м. По формуле (3) для трехслойной конструкции

1,46 - bSS o,I5 -    0,90    ♦    0,15 ♦ 0,90 * 1,40 м.

0,57    1,80

Верхняя граница вечномерзлой толщи (ВП1) расположится в слое суглинка.

При определении глубины оттаивания на строительных площадках приходится иметь дело не только с грунтами естественного залегания, влажность которых известна из материалов мерзлотногрунтовых изысканий, но также с грунтами привозными, идущими на подсыпки при вертикальной планировке местности, в насыпи дорог и т.п. Влажность этих грунтов в процессе проектирования неизвестна, так же как неизвестна влажность различных дорожных материалов. Поэтому в расче отдаивания влажность грунтов насыпей и слоев дорожной оды^ы принимается нормативной (близкой к оптимальной, требуемой при работах по уплотнению насыпей), которая назначается по табл. I.

Величина оттаивания грунтов под насыпями дорог и аэродромов рассчитывается по формулам (2) - (4) как для многослойных конструкций, причем величина IL рассчитывается иначе, чем в (I):

h_t=iWh_k,    W

где Н_к и кцгопределяются по карте рис. I или рис. 3, а коэффициент К_п> учитыващий интенсивность оттаивания покрытия, принимают по данным, приведенным ниже:

Песок ................... 1,05

Песок с гравием ......... 1,13

Гравий и галька......... 1,21

Щебень и дресва ......... 1,25

Асфальтобетон ........... 1,30

Цементобетон ............ 1,37

Таблица I

Нормативная влажность грунтов и дорожных материалов

Грунты и материалы Нормативная влажность, * Гравийно-галечный и щебеночный грунт 5 Песок средней крупности 7 Песок мелкий 8 Песок пылеватый 10 Супесь легкая 10 Супесь тяжелая 12 Суглинок легкий 13 Суглинок средний 15 Суглинок тяжелый 17 Балластный слой железных дорог: песчаный 5 щебеночный 3 Гравийное и щебеночное покрытие дорог 3 Основания под покрытия: песчаное 6 щебеночное Ч Асфальтобетонное покрытие I Цементобетонное покрытие 2

Примечание. В выемках влажность дорожно-строительных материалов следует принимать с коэффициентом 1,15.

Пример 3. Рассчитать глубину оттаивания насыпи автомобильной дороги в Воркуте, сооруженной из горелой породы с покрытием из бетонных плит толщиной 18 см, уложенных на песчаной подготовке толщиной 10 см. В основании насыпи залегают глинистые грунты.

Определяем глубины оттаивания каждого слоя в отдельности, приравнивая горелую породу к гравийно-галечному грунту. Влаж-

ность слоев по табл. I (считая слои сверху вниз): 2, 6 и 5*. Коэффициенты поправки на влажность по графику на карте оттаивания (рис Л) соответственно: Ку/а 1,15, S/^e 0,98 и 1,0. Коэффициенты W_n для слоев дорожной одежды и материала самой насыпи следующие (см. с.Насчитал слои сверху вниз):К_п * 1,37, К_п = 1,05 и V_n » 1,21. Глубина оттаивания песчаных грунтов в Воркуте для двух верхних слоев по карте рис.1 Н_к = 2,9 м и для грунта тела насыпи по карте рис. 3 (подстилающий грунт глинистый) Н_к = 2,5 м. По формуле (5) получаем:

Н* = 1,37.1,15.2,9 = 4,57 и;

Н* = 1,05.0,98.2,9 = 2,99 м;

Н*= 1,21.1,00.2,5 = 3,03 и.

По формуле (3) для трехслойной конструкции вычисляем глубину оттаивания насыпи за теплый период года

Н» 3,03 -    о,18    -    2^2 0,10 ♦ 0,18 ♦ 0,10 - 3,09 м.

>т    4,57    2,99

Таким образом, если высота насыпи будет более 3,09 м, то ее основание остается в мерзлом состоянии круглый год. Если насыпь будет высотой менее 3,09 м, то за теплый период года она полностью оттаит, и на некоторую глубину оттаит также и ее основание.

§ 2. Определение осадок поверхности грунта при его оттаивании

Осадка поверхности мерзлого грунта (S , м) при его оттаивании, а следовательно, и осадка сооружения, возведенного на нем, зависит от вида грунта, его влажности, характеристик пластичности (пределы Аттерберга для глинистых грунтов), глубины его оттаивания и нагрузки, передаваемой на грунт. Она определяется по формуле

5 ⁼ 5 h. от у    (б)

где S - относительное сжатие мерзлых грунтов при их оттаивании под нагрузкой; h_OT- глубина оттаивания мерзлого грунта под сооружением.

Для определения величины 8 (величина безразмерная) существует несколько формул и методов, в том числе испытаний на

месте с применением горячих штампов и лабораторных компрессионных испытаний. Все эти способы при проектировании инженерной подготовки местности непригодны, так как их невозможно распространить на большие площади и протяжения. Поэтому при проектировании можно пользоваться графиками (рис. 5-8), дающими непосредственно расчетные значения § . На рис. 5 даны значения 8 для песчаных грунтов в зависимости от влажности грунта, на рис. 6 и 7 - значения 8 для глинистых грунтов в основании насыпей автомобильных и железных дорог и аэродромов. Величина 8 здесь является функцией влажности грунта и числа пластичное ти\У_п# На рис. 8 изображен график для определения 8 в сильнольдистых грунтах. По нему 8 определяется как функция влажности грунта и влажности на пределе раскатывания Wp.

Для пользования графиками рис. 6-8 необходимо иметь данные о пластических свойствах грунта (пределы Аттерберга).

Если этих данных для грунтов, слагающих данную площадку, у проектировщика не окажется, то расчетные значения числа пластичности W_n и влажности на пределе раскатывания Wp можно (с достаточной для практики точностью)в зависимости от вида грунта принимать по данным, приведенным ниже:

При наличии в глинистых грунтах крупнообломочных включений относительное сжатие грунтов при оттаивании 8, полученное по графикам рис. 6 и 7, следует уменьшить на коэффициенты,приведенные в табл. 2.

При сливающейся криолитозоне("сливающаяся мерзлота") относительное сжатие S при оттаивании органических грунтов берется

из данных, приведенных ниже.

Торфяные грунты:    А

лесотопяная залежь ....................... 0,40

топяная залежь ........................... 0,43

Ненарушенный мохорастительный слой (включая почвенный сдой) .......................... 0,30

Теплоизоляционные подушки из торфа и мха ... 0,33

Рио,5. Относительное оха-тие при оттаивании песчаных грунтов: I - песчаные крупные;2 -пеочаные средней крупыоотв; 3 - пеочаные мелкие и пылеватые

S'

Рис. 7. Относительное сжатие при оттаивании глинистых грунтов основания под насы-пяии железных дорог и аэродромов

Рис. 8. Относительное сжатие при от Танзании сильнольдистых грунтов

Коэффициенты, учитывающие снижение относительного сжатия грунтов с крупнообломочными включениями

Наименование груитои	При наличии крупных фракций в количестве, %
	до 20	20-35	35-50
Супесь легкая	I	1	0,5
" тяжелая	I	0,8	0,6
Суглинок легкий	I	0,8	0,6
■ средний	I	0,8	0,55
• тяжелый	I	0,8	0,55
Глина	I	0,8	0,55

При несливающейся криолитозоне, когда между слоем сезонного оттаивания-промерзания и вечномерзлой толщей грунтов сохраняется слой постоянноталого грунта, осадка торфа рассчитывается обычным способом, как в районах, где вечномерзлые грунты отсутствуют. При этом глубина залегания торфа принимается равной глубине от дневной поверхности о расчетного горизонта верхней границы вечномерзлых грунтов (    й), если, конечно, на

более близкой к поверхности глубине t.} залегают минеральные грунты.

Пример. 4. Определить осадку насыпи автомобильной дороги в Воркуте, сооруженной по условиям примера 3 (см. с. 12). Высота насыпи вместе с покрытием 2 м. В основании насыпи залегают суглинки легкие с влажностью 40$.

В примере 3 было определено, что глубина оттаивания такой насыпи 3,09 м.Если бы в основании насыпи залегал тот же грунт, что и в теле насыпи, глубина оттаивания основания равнялась бы 3,09-2,00 * 1,09 м. Скорректируем это значение, принимая во внимание, что интенсивность оттаивания грунтов тела насыпи (горелая порода) и грунтов основания (суглинки) различна.

Глубина сезонного оттаивания грунтов насыпи была определена в примере 3:    = 3,03 м. Определяем глубину сезонного

оттаивания грунтов основания насыпи - тинистые грунты с влажностью 40*. По карте рис. 2 для Воркуты находим Н_к= 2,0 м и *vj= 0,86. По формуле (I) получаем Н_т =. 0,86x2,0 * 1,72 м. Глубина оттаивания грунта под насыпью

Находим относительное сжатие мерзлых грунтов основания насыпи при оттаивании по графику на рис. 6, приняв число пластичности грунта по данным на с.6: W_n * 8. При этом значении числа пластичности и влажности грунта 40* имеем § = 0,21. По формуле (6) осадка насыпи равна

$ - 0,21.0,62 = 0,13 и.

§ 3. Вертикальная планировка местности

В области залегания вечномерзлых грунтов проектирование вертикальной планировки ведется с соблюдением основного принципа - сохранения сложившегося термовлажностного режима многолетнемерзлой толщи грунтов.Нарушение этого принципа может привести к провалам дневной поверхности, образованию термокарстовых озер, интенсивному оврагообразованию и превратить территорию в состояние, непригодно* для застройки и благоустройства.

Проект вертикальной планировки составляется на основе геокриологической карты местности, на которой даются виды, характер залегания и физические характеристики грунтов, рельеф местности и вид растительности. На этой карте следует оконтурить участки с различными грунтовыми условиями применительно к дорожно-мерзлотной классификации грунтов.

По этой классификации грунты разделяются на четыре категории:

I - сжатие грунта при оттаивании под нагрузкой не проявляется (грунты непросадочные);

П - относительное сжатие грунта (см. § 2) при оттаивании под нагрузкой не превышает 10* мощности оттаявшего слоя (грунты малопросадочные);

Ш - относительное сжатие грунта при оттаивании под нагрузкой колеблется от 10 до 40$ (грунты просадочные)$ 1Уа- относительное сжатие при оттаивании под нагрузкой более 40$ (грунты сильнопросадочные);

IУб— грунты, содержащие в верхних горизонтах крупные (толщиной более 10 см) включения подземного льда, в результате вытаивания которого образовываются термокарсты.

Принадлежность грунта к той или иной категории можно определять по влажности грунта (табл. 3).

Таблица 3 Дорожно-мерзлотная классификация грунтов

Наименование и состав грунтов Влажность мерзлого грунта, $ Категория грунта I П Ш 1Уа Гравийно-галечные и щебенисто-дресвяные с примесью: песка менее 5-9 9-15 более 15 супеси или суглинка до 25* " 9-13 13* • 17 супеси или суглинка до 50$ " II-I6 16-20 " 20 Пески Супеси: " 15-17 17-25 " 25 легкие * II-I3 13-23 23-53 более 53 тяжелые " 14-16 16-25 25-56 и 56 Суглинки* легкие и средние " 17-20 20-28 28-60 я 60 тяжелые " 21-23 23-35 35-66 я 66 Глины " 25 25-40 40-75 я 75

На участках, слагаемых грунтами I и П категорий, допускается изменение рельефа путем срезок, подсыпок, смягчения уклонов и приспособление его для целей строительства. Грунты, получаемые в результате срезок, могут быть использованы на уча-

В книге излагаются особенности инженерной подготовки местности и прокладки дорог и улиц в городах и поселках, проектируемых в зоне распространения вечномерзлых грунтов, рассмотрены также возможности сооружения аэродромов и вертодромов в зоне городской застройки населенных мест Крайнего Севера. Дается методика расчетов при проектировании мероприятий, связанных с инженерной подготовкой местности, и расчета дорожных и аэродромных конструкций на вечномерзлых грунтах.

Книга представляет собой пособие для архитекторов и инженеров, занимающихся проектированием городов и районной планировкой Крайнего Севера.

Табл. 27, рис. 57.

Составитель АЛ.Ястребов

_п 30204 - 061 047(01) - 77

© Ленинградски*', зональный научно-исследовательски"* и лроектныГ* институт типового и экспериментального проектирования гхилых и общественных здшш!. /ЛенЗНИКЭЙ/ 1977.

стках, требующих подсылки. Земляные работы по планировке территории допускается производить в летний период, когда верхние слои грунта оттаивают.

При планировке участков с залеганием грунтов Ш категории необходимо сохранить верхнюю границу вечномерзлых грунтов(ВГН) на ее прежнем уровне. Поэтому планировка допускается только за

Рио. 9. Планировка меотнооти при грунтах Ш категории: I - крао-ная отметка планировки; 2 - грунт, подлежащий выемке и замене; 3 - еотеотвенннй рельеф меотнооти; 4 - НП4 до работ по планировке; 5 - HIH пооле планировочных работ

счет подсыпок привозным грунтом, причем этот грунт по количеству содержащейся в нем влаги должен удовлетворять условиям грунтов I или П категорий (рис. 9). Высота подсыпки (Н) не должна быть менее следующей величины

Н ^ S Н_т ,    (7)

где S - относительное сжатие при оттаивании грунтов, на которых сложена данная площадка. Определяется по графику на рис. 5, 6 или 8;

глубина сезонного оттаивания грунта, используемого для подсыпки. Рассчитывается по формуле (I).

Срезка отдельных бугров разрешается, но при условии, что оставшийся после срезки объем 2 (рис. 9) заменяется тем же грунтом, который используется для подсыпки.

При производстве планировочных работ в летний период подсыпка должна производиться способом "от себя", с тем чтобы естественная поверхность и ее мохорастительный покров не нарушались колесами и гусеницами транспортных машин. Срезку бугров лучле производить в зимнее время.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Цель настоящего пособия - восполнить пробел, ныне существующий в технической литературе и регламентирующих технических указаниях, по части инженерной подготовки территорий и городского и пригородного транспорта в городах и поселках Крайнего Севера, создаваемых в области залегания вечномерзлых грунтов.

В настоящем издании книга представляет собой переработку выпущенного в 1973 году ЛенЗНИИЭПом "Пособия по проектированию вертикальной планировки и сооружений городского и пригородного транспорта на Крайнем Севере". Это Пособие, выпущенное в небольшом количестве (50 экз.) как проект было разослано на рассмотрение в различные проектные и научно-исследовательские организации и в руководящие органы Госстроя СССР и Госстроя РО&СР.

На Пособие были получены отзывы от десяти организаций, в том числе от Госстроя СССР и Госсттъя РСФСР, в которых отмечалась полезность и даже необход    сть такой работы, "так

как имеющиеся нормативные и справоч.    ма ериалы дают крайне

скудные сведения и указания при пре ировании вертикальной планировки и транспорта, одной из наиболее трудно ре ваешх проблем в условиях Севера" (СибЗНИМЭП Госгражданстроя). В отзывах имелось также большое число весьма ценных замечаний и предложений, которые были тщательно изучены. В результате Пособие было коренным образом переработано и дополнено. В частности, кроме вертикальной планировки местности включены и другие вопросы инженерной подготовки местности, специфические для области залегания вечномерзлых грунтов.

Как показал опыт освоения Обского Севера и строительства Байкало-Амурской магистрали, воздушные сообщения на Крайнем Севере приобретают все большее значение, и авиация во многих случаях становится единственным видом транспорта, который способен разрешить проблемы пригородных перевозок. Поэтому резервированию земельных участков в системе архитектурно-плани-

ровочной организации городов и поселков Крайнего Севера необходим уделять особое внимание, равно как и обеспечению воздушных подходов к городским аэродромам и вертодромам. Этим вопросам посвящается специальная глава.

Особенности проектирования дорог и улиц на вечномерзлых грунтах почти совершенно незнакомы широкому кругу инхекеров-дорохникож и планировщиков, поскольку они отражены лишь в ограниченных указаниях, выпушенных отдельный! ишстштутани для энутреншего пользования. В настоящем Пособи вопросы дорохвого строительства обобщены на основе десятилетие! практики проектирования и строительства.

Книга рассчитана на использование в конкретной проектировании как организацияыи градостроительного профиля, так и проектными институтами, дорабатывающими проекты городов и поселков в части инженерной подготовки местности и транспортного строительства. Поэтому основное внимание в ней уделяется расчетам устойчивости и прочности инженерных сооружений, возводимых на вечномерзлых грунтах. Методика расчетов и расчетные формулы даются в упрощенном виде, с конкретными примерами, что позволяет пользоваться ими любому инженеру, не знакомому специально с вопросами инженерного мерзлотоведения.

Пособие подготовлено техническим отделом ЛенЗШШЭПа под руководством главного инженера института А.Ф .Антонова. Составитель - канд. техн. наук А.Л.Ястребов при участии инженера А.Л.Евтахвева.

Просьба все замечания и пожелания по улучшению настоящего Пособия присылать по адресу: I9I065, Ленинград, наб.р.Мойки,45, ЛенЗШШЭП, технический отдел.

ГЛАВА I

ИНкЕНЕРНАЯ ПОДГОТОВКА МЕСТНОСТИ

При инженерной подготовке территорий, отводимых для строительства населенных мест, или отдельных строительных плоцадок необходимо особо учитывать четыре вида мероприятий, для которых вечномерзлые грунты создают специфику проектирования и производства работ, а именно:

вертикальную планировку местности; организацию поверхностного стока; предварительное промораживание или оттаивание грунтов; борьбу с наледями.

Существенными факторами, влияющими на объемы земляных работ при инженерной подготовке местности, являются глубина сезонного оттаивания-промерзания грунтов и осадки оттаявших мерзлых грунтов при воздействии на них определенного давления.

§ I. Определение глубины сезонного оттаивания грунтов

Расчетная величина сезонного оттаивания-промерзания с поверхности грунтов естественного залегания определяется с помощью карт. На этих картах нанесены каолин глубин сезонного оттаивания для песчаных грунтов с влажностью Ч>% (рис.1) и глинистых с влажностью 15$ (рис. 2). Для грунтов с другими значениями влажности глубина оттаивания вычисляется по формуле

н_т = V^HK    (I)

где Н_т- глубина сезонного оттаивания-промерзания, м;

поправочный коэффициент на влажность, приведенный на графиках на картах;

Н_к- значение глубин сезонного оттаивания, по изолиниям, приведенным на соответствующих картах, м.

Рис. I. Изолинии глубин сезонного оттаивания песчаных грунтов при влажности 5<

<5 fc
Рис. 2. Изолинии глубин сезонного оттаивания глинистых грунтов при влажности 155*

Если сезоннооттанваидий слой сложен песчаными грунтами, под которыми залегают глинистые грунты, то расчетное значение глубины сезонного оттаивания следует определять по карте на рис. 3.

Для органических груитои (торфа) и мохорастительиого покрова глубина сезонного оттаивания определяется по карте рис. а. В этой случае поправочный козффиаиент на влажность не применяется.

Пример I. Определить расчетную глубину сезонного оттаивания Н_т для площадки в районе Тикси при следующих данных: площадка сложена суглинками с влажностью 35%.

Пользуясь картой (рис. 2), получаем, что для глинистых грунтов района Тикси Н*, - 1,15 м. По графику рис. 2 при W^a 0,35 определяем значение К*,•= 0,07. По формуле (I) получаем Н_т * 0,87.1,15 * 1,00 м.

Если грунт с поверхности не однородный, а сложен из различных слоев, например прикрыт слоем торфа или мохораститель-ным слоем, то определение расчетной глубины сезонного оттаивания производится по методу    эквивалентных

слоев, т.е. по формулам: при двухслойной конструкции

^Нмн = ^Нт " н^Г ^ ^{1    (2)}

при трехслойной конструкции

^имн ^ит _Н*    Hf

W

^кМН

И т.д.

Здесь Н

U _ u ® Hf L.I ЬЙ I Ш, L^* L-Д . u^!

_мн - глубина сезонного оттаивания многослойной конструкции;

Н,, Н^итдг глубины оттаивания за теплый период года соответствуем! слоев, м;

К¹, К* НиТДГ мощности (толщины) соответствующих слоев,м.

Рис. 3. Изолинии глубин сезонного оттаивания песчаник грунтов, подстилаемых глинистыми