ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ВСЕСОЮЗНЫЙ ДОРОЖНЫЙ НАУЧНО - ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ (СОЮЗДОРНИИ )

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И ТЕХНОЛОГИИ СООРУЖЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ПЕСЧАНЫХ ДРЕН И ПЕСЧАНЫХ СВАЙ ПРИ ВОЗВЕДЕНИИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА НА СЛАБЫХ ГРУНТАХ

Москва 1975

Министерство транспортного строительства

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ВСЕСОЮЗНЫЙ ДОРОЖНЫЙ НАУЧНО - ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ (СОЮЗДОРНИИ)

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И ТЕХНОЛОГИИ СООРУЖЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ПЕСЧАНЫХ ДРЕН И ПЕСЧАНЫХ СВАЙ ПРИ ВОЗВЕДЕНИИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА НА СЛАБЫХ ГРУНТАХ

Москва 1975

не менее 3 м/сутки. Рабочая платформа служит для обеспечения проходимости строительных машин и одновременно является дренирующим слоем.

13.    В плане дрены можно располагать в шахматном порядке, в вершинах сетки квадратов или равносторонних треугольников. Расстояние между дренами является важнейшим расчетным показателем, определяющим величину эффективного диаметра дрены oil , т.е. диа -метра условного расчетного цилиндра, из которого происходит отжатие воды в дрену. (Эффективный диаметр-это диаметр круга, равновеликого по площади квадратному или ромбическому элементу сетки). При расположении дрен по квадратной и шахматной сетке эффек -тивный диаметр равен 1,13, а по треугольной сетке~1Д> расстояния между дренами (шага дрен). Шаг дрен принимают обычно равным 2-4 м.

14.    Расстояние между дренами рассчитывают методом подбора, исходя из заданного срока достижения требуемой степени консолидации основания Утр , назначаемой в зависимости от типа покрытия. Расчет ведут для участков с относительно одинаковыми высотой насыпи, мощностью слабой толщи и ее строением. Неоднородные участки следует разбивать на секции, в пределах которых выбирают расчетные поперечники. В качестве расчетных принимают поперечники с наибо -лее неблагоприятным сочетанием факторов,таких, как высота насыпи, физико-механические характеристики слабых грунтов, их мощность и т.п.

15.    Исходными данными для расчета консолидации основания с опертыми дренами являются:

а)    мощность слабого слоя;

б)    условия отжатия воды из основания (односторонняя или двусторонняя фильтрация);

в)    проектная высота насыпи;

г)    объемный вес грунта насыпи;

д)    результаты испытаний слабого грунта на ком -нрессию и консолидацию;

10

е)    величина начального градиента фильтрации;

ж)    заданный срок достижения расчетной осадки;

з)    требуемая степень консолидации основания U_Tn , равная 90% для дорог с покрытиями капитального типа и 80% для покрытий переходного типа.

16.    Величину расчетной нагрузки на основание Ррас</ определяют по формулам;

а)    если подошва насыпи не опускается ниже у рот -ня грунтовых вод,

^расК(^Рос</    ,    (3)

где Тн - объемный вес грунта насыпи;

И,р_асу " расчетная высота насыпи;

— расчетная осадка основания;

б)    если подошва погружается ниже уровня грунто -вых вод, а горизонт грунтовых вод не совпадает с поверхностью земли,

/if. в), (4)

где hf.i - расстояние от поверхности земли до горизонта грунтовых вод; fo - удельный вес веды;

в)    если подошва насыпи погружается ниже уровня грунтовых вод, а горизонт грунтовых вод совпадает с поверхностью земли,

Граси - К ^hP°cS( г_н~ Г,) #_Расч .    <⁵⁾

17.    На участках болот общая эквивалентная (с приведением материала покрытия к материалу насыпи)тол-шина насыпного слоя, равная hp_ac4 + S расу , должна быть не меньше значений, указанных в табл.1. Если это условие не выполняется, то минимальную допустн-

11

мую толщину насыпного слоя необходимо определить расчетом в соответствии с "Методическими рекомендациями по учету воздействия транспортной нагрузки при проектировании автомобильных дорог на болотах" (Минск, 1972).

Таблица 1

Начальная мощность слабого слоя, м	Минимальная эквивалентная толщина насыпного слоя, м, в зависимости от типа дорожной одежды
	капиталь ный	Облегчен ный	переходный
2	2,5	2,0	1,5
4	3,0	2,5	2,0
6	4,0	3,0	3,0
8 и более	4,5	4,0	3,5

Примечание, Если слабый слой находится под слоем прочного грунта, минимальная толщина насыпного слоя может быть уменьшена на толщину слоя прочного грунта,

18. Расчетную осадку &/>асу и расчётную нагрузку Яр «усу на основание определяют графически (см. рисунок приложения 1) как точку пересечения компрео-сионной кривой грунта /3 » £ (Р) и криврй зависимое — ти нагрузки от осадки Р a ) по соответствующему выражению п, 16.    '

19.    Степень консолидации грунта    (%)    при

наличии вертикальных дрен на данный момент време -ни определяется по формуле

100-0,ОИ100-У_Г)-(100- 7t_e)_t    (8)

где У_г - степень консолидации основания при горизонтальной фильтрации воды;

- то же при вертикальной фильтрации.

Практические расчеты срока уплотнения ведутся с помощью графиков консолидации при вертикальной и го-

12

ризонтальной фильтрации воды (рис.2 и 3) или с мощью номограммы (рис.4).

20, Консолидацию основания с вертикальными дре -нами рассчитывают в зависимости от особенностей консолидадионных свойств грунта как без учета, так и с учетом вторичной осадки.

В грунтах, у которых вторичная осадка не превы -шает 10% от полной, расчет основания с опертыми вертикальными дренами ведут без учета вторичной осад -ки в следующем порядке:

а)    выбирают диаметр дрен;

б)    назначают шаг дрен £ и сетку их расположения;

в)    вычисляют сближение дрен - отноимение эффек. -

тивного диаметра к диаметру дрен & -    (см.п.13);

г)    определяют величину фактора времени при фильтрации воды в радиальном направлении:

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И ТЕХНОЛОГИИ СООРУЖЕНИЯ ВЕРТИ -КАЛЬНЫХ ПЕСЧАНЫХ ДРЕН И ПЕСЧАНЫХ СВАЙ ПРИ ВОЗВЕДЕНИИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА НА СЛАБЫХ ГРУНТАХ. М., Союздорнии, 1975.

Разработаны рекомендации по проектированию и технологии устройства вертикальных песчаных арен и песчаных свай. Даны рекомендации по технике безопасности при устройстве лесчаных дрен и свай.

Приведены примеры расчета консолидации основа -ния с опертыми и висячими вертикальными дренами и насыпи с песчаными сваями.

Табл. 6, рис. 12.

© СОЮЗДОРНИИ, 1975

Предисловие

Б связи с широким транспортным освоением забо -лоченных территорий большой интерес представляют методы, обеспечивающие использование слабых водонасыщенных грунтов в основании насыпи. Одним из ме -тодов, позволяющих ускорить уплотнение слабого грун -та под весом насыпи и сократить сроки строитель -ства дорог_; является вертикальное дренирование.

В настоящее время для применения вертикальных дрен в различных инженерно-геологических условиях предложены новые технологические и расчетные решения. Рекомендована и прошла практическую проверку принципиально новая конструкция - насыпь с песчаными сваями.

то конструктивному решению и технологии соору -жения песчаные сваи сходны с вертикальными песча -ными дренами, однако в отличие от них сваи представляют собой не дренирующую, а несущую конструкцию. Расчет свай основан на использовании несущей способности вертикального песчаного столба в слабом грунте и частичной разгрузки слабого основания.

Поскольку до настоящего времени отсутствовал специальный нормативный документ по расчету и сооружению вертикальных дрен и песчаных свай    при

строительстве автомобильных дорог на слабых грунтах, возникла необходимость разработать "Методические рекомендации по проектированию и технологии сооружения вертикальных песчаных дрен и песчаных свай при возведении земляного полотна на слабых грунтах".

Настоящие "Методические рекомендации" разработаны в развитие "Методических указаний по проектированию земляного полотна на слабых грунтах"(М,Оргтрансстрой , 1968)

3

и "Указаний по технологии возведения насыпей железных и автомобильных дорог на болотах и устройству построечных путей" ВСН 134-66* При разработке "Методических рекомендаций" использованы результаты лабораторных экспериментов и теоретических исследований и обобщен опыт проектирования, строительства и эксплуатации участков автомобильных дорог, построенных с использованием вертикальных песчаных дрен и песчаных свай.

"Методические рекомендации" составлены кандида -тами технических наук В.Д.Казарновским, А.Г.Полунов-ским (Союздорнии) и И.Е.Евгеньевым (Белдорнии) при участии ииж. Б.П.Брайтмана (Союздорнии). В проведении исследований по технологии сооружения песчаных свай принимал участие отдел механизации дорожно г о строительства Союздорнии. При изложении методики расчета осадки оснований с висячими    вертикальными

дренами использованы разработки    канд.техн.наук

А.С.Марченко и инж. А.К.Посуховского (Черноморнии -проект).

Замечания и пожелания по настоящей работе просим направлять по адресу: 143900 Московская обл.,Ба-лашиха-6, Союздорнии.

4

Общие положения

1.    Настоящие 'Методические рекомендации' предназначены для применения при проектировании и устройстве вертикальных песчаных дрен и песчаных свай в основании насыпей автомобильных дорог, сооружав -мых на участках залегания слабых водонасы щенны х грунтов.

2.    В наиболее употребительной форме дрены и сваи представляют собой вертикальные скважины (колодцы), заполненные песчаным грунтом. Конструктивные различия между ними сводятся в основном к частоте расположения скважин. Технология устройства дрен и свай может быть аналогичной.

От рассматриваемых в 'Методических рекомендациях' конструкций следует отличать сходные с ними грунтовые сваи, служащие для уплотнения макропорио-тых грунтов, и конструкции, также предназначенные для вертикального дренирования (картонные сваи, дренажные прорези и т.п.),но отличающиеся по своему конструктивному решению.

3.    Сооружение вертикальных дрен и песчаных свай может быть рекомендовано для автомобильных дорог всех категорий в пределах области рационального применения рассматриваемых устройств. Решение о применении как дрен, так и свай следует принимать на основе технико-экономического сравнения различных способов ускорения осадки и повышения устойчивости основания с учетом грунтово-геологических условий строительства, директивных сроков ввода участка в эксплуатацию, категории дороги, конструкции дорожной одежды, обеспеченности стройки необходимыми материалами и механизмами и других факторов.

4.    Насыпи с вертикальными песчаными дренами и

5

песчаными сваями в основании относятся к участкам индивидуального проектирования. При проведении инженерно-геологических изысканий на участках, где предполагается устройство дрен или свай, следует ру -ководствоваться основными положениями,изложенными в 'Методических указаниях по проектированию земляного полотна на слабых грунтах' (М., Оргтрансстрой, 1968), а также в 'Методических указаниях по инженерно—геологическому обследованию болот при изысканиях автомобильных и железных дорог' (М., Союздорнии, 1973).

Проектирование вертикальных песчаных дрен

5.    Вертикальные дрены применяются в дорожном строительстве в целях:

-    ускорения консолидации сильносжимаемого водо -насыщенного слоя в основании насыпи за счет сокращения пути фильтрации воды из основания или обеспече -ния отвода воды из водонасыщенного слоя, перекрытого водонепроницаемым пластом;

-    повышения прочности слабых оснований за счет ускорения уплотнения грунта и увеличения активной зоны уплотнения грунтов, обладающих начальным гради -ентом фильтрации.

6.    При оценке целесообразности устройства верти -кальных дрен в каждом конкретном случае следует учитывать мощность и строение сжимаемой толщи, ее водопроницаемость, сжимаемость и величину начального градиента фильтрации.

7.    Вертикальные дрены целесообразно применять в грунтах с коэффициентом фильтрации от 1до 1*10“⁴м/сутки, При водопроницаемости свыше 1 м/сутки фильтрацион-ное уплотнение обычно происходит достаточно быстро без дополнительных мероприятий. В грунтах с водопроницаемостью менее 1 *10 м/сутки расчетный шаг дрен

оказывается, как правило, настолько малым,что их устройство становится нецелесообразным.

Эффективность вертикального дренирования возрас -тает с увеличением мощности сжимаемого слоя при наличии в толще дренирующих прослоек, а также если горизонтальная проницаемость грунта выше вертикальной.

8. Градиент фильтрации СУ , создаваемый напором, возникающим в поровой воде под нагрузкой от веса насыпи, должен быть выше начального градиента фильтрации J₀ по всей дренирующей толще в любой момент расчетного времени консолидации:

(о

-    эффективный диаметр (см.п.13);

-    объемный вес воды;

-    начальный* градиент фильтрации с учетом его изменения в процессе уплотнения слоя;

-    степень консолидации слоя.

9, Для обеспечения условия п. 8, а также для ускорения осадки основания с дренами вертикальное дренирование целесообразно применять в комплексе с временной пригрузкой насыпи дополнительным    слоем

грунта.

Минимальная толщина пригрузки определяется из условия:

где flnp - толщина пригрузки;

Г - объемный вес пригрузки; р ' - расчетная нагрузка на основание (см.п.16).

^ГРЯС</

Максимальную пригрузку назпачают в зависимое -ти от прочности основания и в соответствии с техни -ко-экономическими соображениями.

7

Толщину слоя пригрузки и время ее выдерживания рассчитывают, руководствуясь "Методическими реко -менданиями по применению временной пригрузки взамен выторфовывания при сооружении земляного полотна на торфяных болотах" (М., Союэдорнии, 1974). Как правило, толщину пригрузочного слоя назначают в пределах от 0,5 до 2,0 м,

10.    Вертикальные дрены применяют, как правило, при мощности слоя слабого грунта более 4 м. Дрены рекомендуется выполнять на всю толщину слабого слоя и доводить их до прочных подстилающих пород- опертые дрены (рисЛ,б). Если имеющееся оборудование не позволяет устраивать дрены на всю толщину слабого слоя, могут быть устроены висячие вертикальные дрены на часть мощности слабой толщи (рисЛ,а).При мощности слабого слоя менее 4 м вертикальные дрены целесообразно применять лишь на тех участках, где слабый грунт перекрыт толщей плотных отложений. В остальных случаях вертикальный дренаж слоев до 4 м целесообразно выполнять в виде дренажных прорезей в соответствии с "Методическими указаниями по проек -тированию земляного полотна на слабых грунтах".

11.    В зависимости от вида применяемого оборудо -вания вертикальные дрены могут иметь круглое, прямоугольное или эллиптическое сечение. Эллиптическая форма дрен наиболее экономична. Диаметр вертикаль -ных дрен круглого сечения назначается в зависимости от применяемого оборудования в пределах 0,3-0,б м,желательно не менее 0,4 м.

12.    Для заполнения дрен следует применять песок с коэффициентом фильтрации не менее 6 м/сутки или гравий1Ю-песчаную смесь, не содержащую частиц крупнее 60 мм.Материал для заполнения дрен может содержать не более 3% пылеватых и глинистых частиц. Нижнюю часть насыпи (рабочую платформу) отсыпают из дренирующего материала с коэффициентом фильтрации

8

Рис.). Расчетные схемы уплотнения основания вертикальными аренами: а-оОшАя схема; 6-схема а ля расчета на горизонтальную фильтрацию в арену; в-схема для расчета вертикальной фильтрваяи; г-схе.ма для расчета фильтрации через дре-иу из подаренной области; I-песчаный рабочий слой; 2-направлемие фильтрация лоро -вой поды; 3-песчаная арена; 4-слабыЛ грунт; Н -мосакость слабой толщи; И, -ялика дрены, d -диаметр арены; Л -эффективный диаметр; P_f -вертикальная нагрузка