ОТРАСЛЕВОЙ ДОРОЖНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ

роспвтопор

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА НА ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕСТНЫХ ГРУНТОВ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ДОРОЖНОЕ АГЕНСТВО (РОСАВТОДОР)

МОСКВА 2019

Предисловие

1    РАЗРАБОТАН: ОАО «Омский СоюзДорНИИ».

2    ВНЕСЕН:    Управлением    строительства    и    проектирования

автомобильных дорог Федерального дорожного агентства.

3    ИЗДАН на основании распоряжения Федерального дорожного агентства от 26.09.2019 № 2607-р.

4    ИМЕЕТ РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ ХАРАКТЕР.

5    ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ.

рыхлителями в вяломерзлом состоянии, сильно и избыточно переувлажненных мерзлых глинистых грунтов боковых резервов (в том числе и с влажностями, превышающими влажность предела текучести) соблюдают следующие основные правила:

а)    оттаявший мохорастительный покров (МРП) снятый с поверхности боковых резервов трактором, оснащенным бульдозерным оборудованием и временно складированный в валики по краям резервов, после сооружения (надвижки) нижней части насыпи, частично возвращают обратно. Путем надвижки его на откосы нижней части насыпи, после разработки резервов и выглаживанием их дна и откосов задним ходом гусеничного трактора с опущенным (прижатым) бульдозерным отвалом;

б)    грунтовой поверхности сооружаемой нижней части и дна резервов, при строительстве, придают уклон в (2 - 5) % в направлении от оси насыпи;

в)    боковые резервы устраиваются широкими, но не глубокими (преимущественно до 0,5 - 0,6 м), что минимально воздействует на мерзлотную среду и пособствует сравнительно быстрому (за 1-2 года на глинистых грунтах), естественному зарастанию разработанной грунтовой поверхности;

г)    основной забор грунта из резервов осуществляют у дальней от насыпи границы расчищенных резервов и минимально у основания откосов сооружаемой насыпи;

д)    боковые резервы преимущественно разрабатываются участками по (150 - 200) м, с устройством временных разрывов в сооружаемой нижней части насыпи, шириной (в основном, в местах естественных понижений) достаточной для последующего устройства в них бесфундаментных, металлических, гофрированных водопропускных труб и обеспечения (на период весенне-летнего строительства) прохода по разрывам обитателей местного животного мира;

е)    во избежание заливания мерзлотными водами, разработку резервов в весенне-летний период, преимущественно начинают с низовой стороны.

9. В местах проектных выемок и полувыемок с некондиционными грунтами, по возможности, необходимо устраивать грунтовые карьеры (площадки грунтовых строительных материалов) с обязательным обеспечением естественного водоотвода из них в период эксплуатации.

Раздел 7. Расчётная методика универсальною принципа проектирования

Методика универсального принципа проектирования с расчетом термической устойчивости дорожной насыпи на вечной мерзлоте (с учетом глобального потепления) и конструктивным приспособлением дорожной насыпи к гашению и сглаживанию неравномерных деформаций (осадки и пучения) при оттаивании и промерзании деятельного слоя в основании в период эксплуатации, состоит из следующих этапов:

1.    По методике изложенной в Приложении 5 ВСН 84-89 или Приложении Б данного ОДМ, определяется высота снегонезаносимой насыпи на вечной мерзлоте На,. Если расчетная по снегонезаносимости высота насыпи получается менее 1,5м, то принимается начальная высота, не менее высоты по тепловой устойчивости, т.е. в 1,5 м. (как правило, высота снегонезаносимой насыпи по расчету, составляет менее высоты по естественной тепловой устойчивости).

2.    Задается минимальная толщина верхней части h„ из кондиционного (глинистого) или дренирующего грунта (с коэффициентом уплотнения не менее 0,96 - 0,98).

Для дорог III категории (общего пользования):

/;« = 0,6 - 0,8 м соответственно на геосинтетнческой прослойке и без

нее;

И_в = 0,4 - 0,5 м на прослойке из геосинтетика со слоем плоской пластиковой георешетки (желательно с заклиниванием в плоской решетке слоя ЩПС оптимального состава[6]).

Для дорог IV - V технической категории (необщего пользования):

И_в = 0,6 м без геосинтетнческой прослойки;

И_в = 0,4 - 0,5 м на прослойке из геосинтетика;

- расчетную толщину верхнего насыпного стабильного слоя из кондиционного или дренирующего скального, крупнообломочного и песчаного грунта можно также назначать согласно приложений 9 (И) и 10 (К) Пособия [2] и проверять расчетом по ОДМ [7].

3.    Строительную толщину нижнего слоя из некондиционного (глинистого и др.) грунта Н_н.. (для стабилизированного, эксплуатационного состояния) назначают из соотношения:

Ннг На, - И_в • Soch + S_cэ    (7. 1)

где Н_Сн - высота снегонезаносимой насыпи, м.

где Км - коэффициент уплотнения грунта, дол. ед., достигаемый при строительстве (определяется полевыми замерами, а на стадии проектирования, предварительно по таблице 7 ВСН 84-89 или таблице В. 12 Приложения В СП 34.13330.2012 в зависимости от степени переувлажненностн грунта в карьере, в долях от оптимальной Wc/W₀, если переувлажненность грунта не превышает нормативных табличных пределов);

К_ст - минимальный коэффициент уплотнения фунта, дол. ед. после стабилизации осадки ( в соответствии с требованиями таблицы 8 ВСН 84-89 или таблицы 7.5 данного ОДМ);

Если переувлажненность местного грунта превышает допустимые нормативные (табличные) значения или при строительстве применяется разрыхленный мерзлый грунт, то строительно-эксплуатационная осадка определяется по формуле (7.3), где:

р_н - плотность скелета грунта, кг/м³, при строительстве насыпи (в том числе в сильно переувлажненном и в разрыхленном мерзлом состоянии)

Рно-рк(1-Кр) И р„ =    •    (7.4)

где р_но- плотность разрыхленного оттаявшего грунта, кг/м³; р_к - естественная плотность грунта в карьере, кг/м³;

Кр - остаточное разрыхление по табл.7.1, дол.ед.;

W - суммарная влажность, дол.ед.;

р_ст - плотность скелета грунта, кг/м³, после стабилизации осадки в эксплуатационном состоянии (принимается с К_у по таблице 8 ВСН 84-89 или таблицы 7.6 данного ОДМ, в зависимости от максимальной плотности скелета грунта при стандартном уплотнении по ГОСТ 22733-2016)

Таблица 7.1

Наименование грунта Остаточное разрыхление а>, дол. ед. Скальный 0,20 - 0,30 Крупнообломочный 0,15-0,20 Песчаный 0,02-0,05 Супесь 0,03-0,05 Суглинок лёгкий 0,03-0,06 Суглинок тяжёлый 0,05 - 0,08 Глина 0,04 - 0,07 Торф 0,08-0,10

Примечание: остаточное разрыхление талого грунта в неуплотнённой насыпи принято в соответствии с данными ЕНИР, Земляные работы. Выпуск 1, Сборник 2, Приложение 2, М. 1980г..

При строительстве в зимний период и использовании в насыпи разрыхленных мёрзлых грунтов р_ки определяется по формуле:

Рим рЛ-п) и Рнм=[~т)    (7.5)

где рнм - плотность разрыхлённого мёрзлого грунта, кг/м³; р_м - плотность мёрзлого грунта в карьере (в комках), кг/м³; п - пустотность разрыхленного грунта (для разрыхлённых мёрзлых песчаных, глинистых и торфяных грунтов принимается в среднем 0, 16 -0,22 , а также по номограммам или по способу определения плотности, пустотности Приложение А), дол. ед.

Плотность мёрзлого грунта определяют в лаборатории, путем взвешивания отобранных грунтовых образцов (комков) в охлаждённой до минусовых температур нейтральной жидкости (керосине). Или упрощённо можно рассчитывать её исходя из суммарной влажности мёрзлого грунта по эмпирической формуле Вотякова И.Н.:

2,4-(1 + ир ^Рм ~ 2,7-IV +0,9’

где W- суммарная влажность мёрзлого грунта, дол. ед.

Применимость данной формулы показала хорошую сходимость расчётных величин с фактическими, но имеет одно условие - необходимо, чтобы суммарная влажность мёрзлых грунтов превышала следующие значения: 5% для гравийно-галечниковых грунтов; 15% для песков; 20% для супесчано-суглинистых грунтов; 25% для глин; (10- 15)% для полускальных коренных пород, разрушенных до дресвяно-щебенисто-глинистого состояния. Причём верхний предел влажности мёрзлых грунтов не ограничен.

Значения допустимой осадки Soon для типов покрытий:

Цементобетонное монолитное и сборные плиты.....................(2-4)    см

Асфальтобетонное (I, II и III марки)..................................(4-6)    см

Облегченное усовершенствованное............................................(6-8)см

Переходное и низшее.....................................................(10-15)    см

4. Расчёт тепловой устойчивости вечномёрзлого основания под дорожной насыпью.

Для возникновения и устойчивого существования вечной мерзлоты, глубина промерзания Н_пр, в среднем, должна превышать глубину оттаивания Нот на 30% и более. Данное условие устойчивости природной вечной мерзлоты в основании насыпи можно представить в следующем виде:

^-> 1,1 -1,3

Где значение 1,1 применяется к 1| , а 1,2 к Ь подзонам распространения вечной мерзлоты, 1,3 к Ь подзоне (в которой 1,2 применяется на марях, торфяниках, северных склонах и других местах с устойчивой вечной мерзлотой).

При выполнении данного условия, глубина оттаивания под сооружаемой дорожной насыпью, как правило, не возрастает и естественная мерзлота не деградирует в период эксплуатации.

5. Расчет глубины сезонного оттаивания грунтовых слоев конструкции дорожной насыпи и ее основания производится по формуле:

Ног. ^^„r_^ ₊ 0,137_r.,j .    (7.8)

где т,_т - продолжительность периода оггаивания (Приложение Ж),

час;

/_от - коэффициент теплопроводности грунта в талом состоянии, Вт/(м °С) или (ккал/(м час °С));

С_да, - объемная теплоемкость талого грунта, кДж/(м^3оС) (ккал/(м^3оС));

U I.o(W_c-Wn)f)_c    —— , кДж/м³ (ккал/м³);    (7.9)

\V_C +1

где L₀ скрытая теплота льдообразования (равная 334 кДж/кг или 80ккал/кг);

W_c - суммарная (расчётная) влажность грунта, дол. ед.;

W_M - содержание незамерзшей воды (в данной методике W„ для упрощения, принимается равной нулю, как при оттаивании, так и при промерзании, что уравновешивает затраты на фазовые превращения воды) , дол. ед.;

р_с - плотность скелета грунта, кг/м³;

()₀ - объемная плотность грунта, кг/м³.

Расчетная суммарная влажность грунтов W_c при минимальном коэффициенте уплотнения 0,90 (СНиП 2.05.02-85 Приложение 2 таблица 12) составляет:

-    пески пылеватые, супесь песчанистая и пылеватая - IV_C 1,61Г₀;

- суглинок легкий песчанистый и пылеватый -    W_c    1,5W_a;

- суглинок тяжелый песчанистый и пылеватый, глина - W_c    1,3^,

где W₀ - оптимальная влажность грунта.

Ориентировочные показатели основных физико-механических свойств грунтов приведены в Приложении Д.

Значения теплофизических характеристик слоёв дорожной одежды и земляного полотна с учётом влажности и плотности для наиболее часто встречающихся строительных материалов и грунтов приведены в Приложении Е.

Глубина оттаивания нижнего (последнего) слоя И_и многослойной системы (грунтовые слои насыпи и основания) определяется по формуле:

(7.Ю)

где Ноти - расчётная глубина оттаивания нижнего слоя многослойной конструкции;

hi, hj, ... ,h„.i - толщины однородных слоёв дорожной конструкции, м;

НотI. Н^,    .    H„.i    -    расчётные    глубины    оттаивания однородных слоёв

многослойной конструкции.

6. Глубина сезонного промерзания многослойной дорожной конструкции определяется по формуле:

где

коэффициент теплопроводности слоев многослойной системы (дорожная одежда, насыпь и основание) в мёрзлом состоянии, Вт/(м°С) (ккал/(мчас°С));

Нот - глубина оттаивания многослойной системы, м;

/./, /.2,...,л_п - коэффициенты теплопроводности слоёв в мёрзлом состоянии, Вт/(м °С) (ккал/(м час °С));

С* - объёмная теплоёмкость материала слоёв в мёрзлом состоянии, кДж/(м^3оС) (ккал/(м^3оС));

Г, - абсолютная средняя температура воздуха за период с отрицательными температурами воздуха (принимается по абсолютной величине, со знаком плюс и уменьшают на 3°С , для учёта происходящего и прогнозируемого длительного глобального потепления климата, происходящего на территории РФ преимущественно за счёт повышения зимних температур воздуха ), °С;

г_? - продолжительность периода с отрицательными температурами воздуха (зимний период), час.

Для соблюдения размерности при теплотехнических расчетах по формулам 7.8, 7.9, 7.11 необходимо значения теплофизических характеристик грунтов перевести:    коэффициент    теплопроводности из

Вт/(м °С) в ккал/(м час °С); объемную теплоемкость из кДж/(м^3оС) в ккал/(м^{3 о}С); скрытую теплоту' льдообразования из кДж/м³ в ккал/м³ в соответствии с примечаниями Приложения Е.

Если проверка по условию (7.7) не выполняется, то природная мерзлота под такой насыпью будет неустойчива и может деградировать с возникновением дополнительной длительной осадки. Для уменьшения глубины оттаивания и сглаживания неравномерностей возможной осадки в основании насыпи и на поверхности нижней части насыпи необходимо закладывать прослойки из геотекстиля. При этом учитывается «охлаждающее» влияние геотекстильного материала по п. 6 приложения 4 ВСЯ 84-89. Для этого глубину оттаивания усиленной конструкции насыпи умножают на коэффициент /<*.„,=0,88 и повторяют проверку. Если и в этом случае условия проверки не выполняются, то на природное основание добавляется диодно-теплоизолирующий (подзаряжающий холодом) слой например, из слаборазложившегося торфа, мохо-растительный покров (МРП) и др. толщиной 0,15-0,30 м в основании насыпи. При затруднительности или невозможности соблюдения условия тепловой устойчивости мерзлоты в основании насыпи по условию (7.7), желательно усиление геосинтетиками не только оттаивающего (слабого) основания и нижней части насыпи, но и основания дорожной одежды для дополнительного уменьшения и сглаживания неравномерностей осадки и возможного пучения.

7. Расчёт величины осадки слоёв мёрзлого грунтового основания при его сезонном оттаивании и консолидации в общем виде выполняется по формуле:

So™    (7.12)

. I

где    Ны - толщина оттаивающего слоя основания, м;

Si - относительная осадка каждого оттаивающего слоя основания от веса дорожной насыпи и подвижной нагрузки, дол. ед., предварительно (ориентировочно) определяется по графикам на рисунках 7.1 и 7.2 . Или по формулам (7.2), (7.3). При этом значение коэффициента К_ш принимается, в первом приближении, равным 0,90 для дорог общего пользования, и 0,87 для дорог необщего пользования. По данным коэффициентам, при необходимости проведения расчетов по формуле (7.3), рассчитывается значение р_ш. Если в результате расчета получится отрицательное значение, это означает, что осадка основания не будет происходить и она, соответственно, принимается равной нулю*.

Примечание:    *    - данный расчёт применяется преимущественно для

проектирования невысоких (до Зм) насыпей.

1 - песок крупный; 2 - песок средний; 3 - песок мелкий и пылеватый

Рисунок 7.1- Относительная осадка б (е) песчаных грунтов при оттаивании под нагрузкой 0,075 МПа:

Рисунок 7.2 - Относительная осадка S (е) глинистых грунтов при оттаивании под нагрузкой 0,075 МПа (/,, W„ - число пластичности) При наличии в основании насыпи глинистых грунтов с крупнообломочными включениями относительную осадку, определенную по графикам, корректируют (умножением) с помощью коэффициента по таблице 7.2 данной методики. Таблица 7.2

Г рунт	Коэффициент, учитывающий содержание крупных фракций, %
	20-35	35-50
Супесь:
песчанистая	1,0	0,50
пылеватая	0.8	0,60
Суглинок:
легкий	0.8	0.60
тяжелый	0.8	0,55
Глина	0,8	0,55

Для зоны высокотемпературной вечной    мерзлоты РФ

относительную осадку оттаивающего глинистого    грунта можно

предварительно принимать по таблице 7.3.

Таблица 7.3

Г рунты	Суммарная влажность Wc, дол. ед.	Относительная осадка (средняя), дол. ед.
		бо,05 нагрузка 0,05 МПа	бод нагрузка 0,1 МПа	бод нагрузка 0,3 МПа
	0,18	0,01	0,03	0,07
	0,23	0,03	0,05	0,10
Суглинки и	0,28	0,05	0,08	0,13
глины	0,33	0,07	0,11	0,16
делювиальные	0,38	0,10	0,15	0,19
	0,43	0,13	0,19	0,23
	0,48	0,16	0,24	0,28
	0,53	0,20	0,29	0,33
	0,57	0,22	0,33	0,38
	0,33	0,07	0,16	0,21
	0,38	0,09	0,18	0,23
Суглинки и	0,43	0,12	0,20	0,26
глины	0,48	0,14	0,23	0,28
аллювиальные	0,53	0,17	0,25	0,31
пойменные	0,65	0,24	0,33	0,38
	0,75	0,31	0,40	0,44
	0,85	0,37	0,47	0,50
	0,95	0,44	0,55	0,56

Если величина нагрузки имеет другие значения, то относительная осадка глинистого грунта определяется интерполированием данных таблицы

7.3.

Относительную осадку 5 при оттаивании под насыпью органических грунтов для предварительных расчетов принимают (дол. ед.):

Торфяные грунты:

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

топяная залежь...............................................................0,45

ненарушенный мохово-торфяной покров, включая

почвенный слой............................................................0,30

теплоизолирующие слои из торфа и мха............................0,35

Более дифференцированные значения относительной осадки торфа при различной влажности и внешней нагрузке приведены в таблице 7.4.

Таблица 7.4

Суммарная влажность торфа, доли единицы Плотность, т/м3 Значение 5 при давлении, МПа торфа сухого торфа 0,01 0,025 0,05 0,075 0,1 2 1,02 0,34 0,13 0,19 0,27 0,31 0,38 4 0,98 0,20 0,20 0,27 0,37 0,41 0,44 6 0,95 0,13 0,24 0,32 0,43 0,48 0,52 8 0,92 0,10 0,28 0,37 0,48 0,54 0,58 12 0,89 0,07 0,31 0,41 0,53 0,60 0,65 16 0,86 0,05 0,33 0,43 0,57 0,64 0,69

При необходимости получения дополнительных данных по деформационным свойствам переувлажненных глинистых грунтов и торфов, можно воспользоваться данными таблиц приложения 11(Л) Пособия [2].

Допустимую относительную влажность и наименьшее значение коэффициента уплотнения грунта определяют по таблицам 7.5 и 7.6 соответственно.

Содержание

Раздел 1. Область применения................................................4

Раздел 2. Нормативные ссылки................................................4

Раздел 3. Термины, определения и    обозначения...........................5

Раздел 4. Общие положения универсального принципа

проектирования........................................................................................6

Раздел 5. Общий порядок проектирования дорожной насыпи

на вечной мерзлоте..............................................................8

Раздел 6. Условия и способы применения некондиционных

грунтов в дорожных насыпях.................................................9

Раздел 7. Расчетная методика универсального проектирования.......11

Раздел 8. Варианты конструктивных решений.............................23

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение А Методика определения плотности и пустотности

мерзлого разрыхленного грунта..........................33

Приложение Б    Расчет высоты снегонезаносимой насыпи...............35

Приложение В Пример расчета тепловой устойчивости дорожной

насыпи...........................................................40

Приложение Г Методика лабораторного определения

относительной осадки мерзлых комковатых

грунтов при оттаивании.....................................44

Приложение Д Ориентировочные показатели основных

физико-механических свойств грунтов...................47

Приложение Е Теплофизические характеристики материалов

дорожной одежды и грунтов...............................48

Приложение Ж Температура наружного воздуха в районах

распространения вечномерзлых грунтов..................50

Приложение 3 Классификация переувлажненных грунтов................61

Библиография........................................................................62

з

Таблица 7.5 - Допустимая относительная влажность грунта (в долях от оптимальной)*

Г рун 1ы Требуемый коэффициент уплотнения 1 - 0.98 0.95 0.90 Супеси легкие 0.9-1.2 0.85-1.3 0.8-1.4 Суглинки легкие пылеватые 0.9-1.15 0.85- 1.25 0.8-1.35 Глины, суглинки тяжелые и тяжелые пылеватые 0.9-1.1 0.82-1.2 0.8-1.3 Глины пылеватые 0.9- 1.05 0.9-1.15 0.8-1,2

* Значения оптимальной влажности для характерных грунтов зоны Вечной Мерзлоты можно определить через влажность предела текучести последующим зависимостям (Л.С. Плойкою): супесь легкая 1К»т 0,7И'тт; суглинок легкий пылеватый О/AV^ суглинок тяжелый, глина пылеватая 0.55\У^_

Раздел 1. Область применения

Настоящий отраслевой дорожный методический документ (далее -Рекомендации) разработан в развитие ВСН 84-89 «Изыскания, проектирование и строительство автомобильных дорог в районах вечной мерзлоты».

ОДН носит рекомендательный характер и предназначен для опытноэкспериментального применения с дальнейшим развитием и дополнением необходимых методик, а также конструктивно-технологических решений.

Рекомендации применяются при проектировании земляного полотна, назначении технологии производства работ, разработке альбомов типовых конструкций на многолетнемёрзлых грунтах (вечной мерзлоте).

Данные Рекомендации предназначены для автомобильных дорог общего и необщего (промысловых, притрассовых, подъездных, переводящихся затем, по мере необходимости, в общую группу) пользования, сооружаемых в зоне вечной мерзлоты по универсальному (экологическому) принципу проектирования, независимо от категорийности.

В Рекомендациях приводятся методики и общие конструктивно-технологические решения (направления) по расширенному использованию наиболее распространённых в районах вечной мерзлоты, переувлажнённых и мёрзлых торфяных, глинистых, торфоглинистых, крупнообломочных со значительным (более 30-40%) содержанием глинистого мелкозема грунтов, а также их смесей, преимущественно для нижней части земляного полотна.

Рекомендации предполагают реализацию решений, минимизирующих общие затраты за счёт более эффективного использования местных природных ресурсов и преобразования новых комплексов в направлении ускорения их сукцессии (природной стабилизации) в послестроительных условиях. Устойчивость и усиление естественного подмораживающего эффекта мёрзлого основания обеспечивается применением природных тепловых диодов.

Раздел 2. Нормативные ссылки

В настоящих Рекомендациях использованы нормативные ссылки на следующие документы:

1.    ГОСТ 22733-2016 Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности

2.    ГОСТ 5180-2015 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик.

3.    ГОСТ 25607-2009 Смеси щебеночно-гравийно-песчаные для покрытий и оснований автомобильных дорог и аэродромов. Технические условия.

4.    ГОСТ 28514-90 Строительная геотехника. Определение плотности грунтов методом замещения объема.

5. ГОСТ 3344-83 Щебень и песок, шлаковые для дорожного строительства. Технические условия.

Раздел 3. Термины, определении и обозначения

В настоящих Рекомендациях применены следующие термины с соответствующими определениями:

Влажность грунта допустимая (расчётная) - влажность грунта при коэффициенте уплотнения, равном - 0,90.

Высота естественной тепловой устойчивости дорожной насыпи -высота, при которой глубина сезонного оттаивания деятельного слоя вечной мерзлоты в основании насыпи, в среднем, сохраняется близкой к естественному (природному) уровню.

Грунты некондиционные - не соответствующие нормативным требованиям грунты (переувлажненные и/или мёрзлые) применяемые при строительстве дорожных насыпей по универсальному принципу проектирования (степени возможного переувлажнения приведены в Приложении 3).

\lnoi олегнемёрзлые грунты («вечная мерзлота») - грунтовая толща, имеющая отрицательную температуру в течение трехлетнего периода и более, вечная мерзлота - не менее ста лет. Вечную мерзлоту по температуре на границе нулевых годовых амплитуд подразделяют на высокотемпературную (не ниже минус 3 °С, преимущественно минус 1,5°С и выше) и низкотемпературную (ниже минус 3    °С).    По условиям

распространения различают сплошную, прерывистую и островную вечную мерзлоту.

Сукцессия - последовательная замена одних биоценозов (растительных сообществ) другими на определённом участке осваиваемой территории до формирования устойчивого (равновесного) типа биоценоза, характерного для конкретной физико-географической обстановки. Время естественного зарастания (восстановления) осваиваемых территорий.

Тепловой диод - устройство (грунтовый слой) для управления теплооборотамн в нижележащем грунтовом массиве, основанное на создании температурной сдвижки за счет сезонных изменений плотности теплового потока в талом и мёрзлом состоянии.

Универсальный (экологический) принцип проектирования комбинированный принцип проектирования (с элементами 2-го и 4-го принципов) для прогнозного расчёта природной тепловой устойчивости (сохранности) вечной мерзлоты (по условию Карлсона-Кудрявцева) в основании дорожной насыпи.

s

Раздел 4. Общие положении универсального нрннннна проектировании

1. Принцип проектирования дорожных насыпей (преимущественно высотой до 3 м) в районах распространения многолетнемерзлых грунтов, включающий укладку слоев переувлажненного и/или мерзлого (некондиционного) грунта, и верхнего слоя из кондиционного или дренирующего грунта с допущением последующего частичного оттаивания грунтов вечномерзлого основания в период эксплуатации, отличающийся тем, что с целью:

а)    повышения устойчивости дорожных насыпей на вечной мерзлоте (в условиях происходящего и прогнозируемого на ближайшие 100 лет глобального потепления), усиливают действие естественного механизма дополнительной природной «подзарядки» холодом их вечномерзлого основания эффектом «теплового диода»;

б)    улучшения экологичности, экономичности и повышения темпов сооружения дорожных насыпей на вечной мерзлоте, путем расширения возможностей использования некондиционных местных (переувлажненных и/или мерзлых грунтов, например, глинистых, торфяных, крупнообломочных с переувлажненным глинистым заполнителем более 30% и др.), с результирующим внесением минимальных изменений в природную среду;

в)    усиления гашения неравномерностей строительно-эксплуатационной осадки в частично оттаивающем и постепенно (1-2 теплых периода) стабилизирующемся мерзлом основании, первично пластичным переувлажненным глинистым грунтом в нижней части насыпи (желательно с геосинтетической прослойкой сверху) с недопущением им последующего затекания в осадочную чашу воды:

При расчете глубин оттаивания - промерзания многослойной дорожной конструкции насыпи (включая оттаивающий слой мерзлого основания) достигается выполнение условия тепловой устойчивости вечной мерзлоты в основании насыпи:

^ a U-1,3    (4.1)

' ' от

где Н„_р - расчетная глубина промерзания многослойной конструкции, м;

Нот - расчетная глубина оттаивания многослойной конструкции, м.

Где значение 1,1 применяется к 1|, 1,2 к Ь подзонам распространения вечной мерзлоты, и 1,3 к 1з подзоне (в которой 1,2 применяется на марях, торфяниках, северных склонах и других местах с устойчивой вечной мерзлотой).

При этом глубина промерзания и оттаивания многослойной системы рассчитывается по адаптированным (проверенным в условиях вечной мерзлоты) формулам с учетом фазовых переходов воды, изменения объемной теплоемкости и теплопроводности грунтов в талом, и мерзлом состоянии (для расчета эффективности срабатывания природного механизма «теплового диода», при устоявшейся, эксплуатационной влажности);

2.    Принцип проектирования отличающийся тем, что уложенные нестабильные слои (Приложение 6 СНиП 2.05.02-85* СП 34.13330.2012) переувлажненного и/ил и мерзлого грунта допускается не уплотнять непосредственно при их строительной укладке. Их затем доуплотняют при уплотнении верхнего слоя и последующим технологическим движением по насыпи транспортных средств до достижения обшей (с основанием) эксплуатационной осадки не более (4 - 6) см/год (или К_у не менее 0,90). Верхний слой насыпи из кондиционного или дренирующего грунта уплотняют после его укладки или в строительно-эксплуатационный период (п. 1«в» Принципа), до достижения коэффициента уплотнения не менее 0,96 -0,98 в соответствии с табл. 7.6 ОДМ или табл. 8 ВСН 84-89 [1];

3.    Принцип проектирования отличающийся тем, что высоту насыпи

назначают по расчету на снегонезаносимость, но не менее высоты естественной тепловой устойчивости дорожной насыпи, равной в среднем 1,5 м, а толщину верхнего стабильного грунтового слоя назначают по эмпирическим данным (по опыту) или по расчёту на устойчивость конструкции тонкослойной насыпи на слабых грунтах с применением геосинтетических прослоек (Приложения 8з, 9и,    1    Ок    «Пособия по

проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах» к СП 34.13330.2012) [2];

4.    Принцип проектирования отличающийся тем, что расчётную (устоявшуюся эксплуатационную) влажность переувлажненного глинистого грунта в нижней части насыпи, принимают при минимально допустимом в нижней части коэффициенте уплотнения - 0,90, в зависимости от его оптимазьной апажности, табл.7.5 ОДМ или (табл. В. 12 Приложения В СП 34.13330.2012) [3], независимо от его начальной влажности при строительной укладке (которая учитывается при расчёте временной, строительно-эксплуатационной осадки);

5.    Принцип проектирования отличающийся тем, что учёт текущего и прогнозируемого потепления в первом приближении, осущестазяют уменьшением абсолютной среднезимней расчётной температуры воздуха на величину прогнозного повышения (ориентировочно на 3 °С).

Раздел 5. Общий порядок* проектировании дорожной насыпи на вечной мерзлоте

Общий порядок разработки проектного решения земляного полотна автомобильной дороги на вечной мерзлоте по универсальному принципу предусматривает следующее:

а)    проложение грассы дороги с учетом требований действующих нормативов, СП [1,3], ландшафтных комплексов и мерзлотно-грунтовых условий, обеспечивающее получение решения, близкого к оптимальному;

б)    построение продольного профиля, отвечающего требованиям [1,3] к дороге рассматриваемой технической категории;

в)    при построении продольного профиля в качестве руководящей рабочей отметки земляного полотна принимается высота насыпи, отвечающая условиям снегонезаносимости, но не менее 1,5м;

г)    выделение по ландшафтным комплексам и мерзлотно-грунтовым условиям участков, пригодных для строительства нижней части дорожной насыпи из боковых резервов (преимущественно в конце весеннего и до середины летнего периода);

д)    выделение участков отсыпаемых зимой из разрыхлённых (преимущественно буровзрывным способом) местных мёрзлых и переувлажнённых, при оттаивании (некондиционных) грунтов из цепочки ближайших к трассе (50 - 150 м, особенно, в тундре и лесотундре), незначительных по объёму (на 1 - 2 км отсыпки) грунтовых карьеров. Используемых затем, после рекультивации, в качестве притрассовых озерков с сохранением к ним, при необходимости, строительных подъездных дорог для стоянок и кемпингов;

е)    при строительстве дорожных насыпей на мерзлоте в лесистой местности ширина просеки не должна превышать ширины насыпи понизу с учётом эксплуатационных дорог при необходимости, и частичной срезкой леса для обеспечения видимости на поворотах;

ж)    изыскание ближайших к трассе карьеров с кондиционными или дренирующими грунтами и каменными материалами ( п. 3.17 - 3.18 ВСН 84-89) для отсыпки верхней части земляного полотна, с минимизацией её толщины за счёт применения различных геосинтетических материалов, георешёток, ТЕФОНД (ПВП) - мембран, карбофоля и др.;

з)    устройство дорожной одежды с переходным покрытием, устойчивым (и ремонтопригодным) к возможным временным (1-Згода) неравномерным деформациям (осадки и пучения), преимущественно из щебёночных смесей, медленногвердеющих шлаковых, шламовых смесей и т.д. Дорожная одежда устраивается предпочтительно на геосинтети ческой прослойке, при необходимости совместно с плоскими пластиковыми георешётками, на

ТЕФОНД-мембранах и др. для распределения нагрузок и снижения неравномерностей деформаций дорожного покрытия, повышения его прочности и эксплуатационной устойчивости. Последующее устройство нежесткого черного покрытия осуществляется по мере его необходимости и стабилизации осадки до приемлемого уровня (не более 5см/год в соответствии с требованиями Примечаний 1 и 2, п. 7.31. СП 34.13330.2012).

Раздел 6. Условия н способы применения некондиционных грунтов в дорожных насыпях

1. При конструировании дорожных насыпей с преимущественным применением в нижней части местных мерзлых и переувлажненных (некондиционных), глинистых, торфяных и их смесей, а также крупнообломочных (гравийно-галечниковых, дресвяных и т.д.) с глинистым заполнителем более 30-40% следует соблюдать следующее:

а)    ввиду достаточности запасов местного некондиционного грунта и минимальной дальности его транспортировки, заложение откосов у насыпей принимается от 1 : 2,5-3 и положе (для обеспечения устойчивости откосов из переувлажненных грунтов и самой насыпи при уплотнении и в период эксплуатации, уменьшения снегоотложения и повышения тепловой устойчивости, повышения устойчивости к размыву и подтоплению с предотвращением подмокания низа дорожной одежды, а также для большей транспортной безопасности в аварийных ситуациях и др.);

б)    в местах возможного подтопления (низинах с необеспеченным стоком, марях, болотах и заболоченных участках и др.) с каждой стороны насыпи в ее нижней части устраивают защитные (от размыва, оттаивания и др.) бермы, на высоту нижней части и шириной (1,0 - 1,5) глубины оттаивания грунта бермы (или в среднем 1,5 - 2,0 м);

в)    конструкция насыпи должна легко осуществляться при строительстве (т.е. являться технологичной), быть экологичной (т.е. экономичной), за счет расширенного использования местных грунтов и минимизации дальности их транспортировки в насыпь. Максимально использовать полезные свойства некондиционных местных грунтов (пластичность в начальный период частичной протайки и неравномерной осадки мерзлых грунтов основания, последующая эксплуатационная водонепроницаемость, работа грунта в качестве теплового диода и относительно пластичного сглаживателя возможных осадок в не редких случаях внерасчетного оттаивания вечномерзлого основания и др.) с нейтрализацией вредных (неравномерного пучения и осадки) воздействий.

путем устройства сглаживающих деформации, армирующих и перераспределяющих напряжения гибких геосинтетических прослоек.

2.    Дерновый или мохорастительный покров (МРП) в основании насыпи и на прилегающей территории необходимо, по возможности, сохранять при строительстве. Это учитывают при разработке технологических решений (в том числе и по круглогодичному возведению дорожиых насыпей).

3.    Для усиления действия механизма теплового диода, в основании насыпи предусматривают устройство водоудерживающей торфяной прослойки толщиной 0,2 - 0,3 м (в уплотнённом состоянии). Наиболее пригодными для этого являются слабо и средне разложившиеся торфы, а также искусственные, разрыхлённые (комковатые) мёрзлые торфо-грунтовые смеси. Данные смеси приготавливают преимущественно зимой, совместным взрыванием слоя слаборазложившегося торфа, на мари или мелком (0,5 - 1,5 м )горфянике со слоем нижележащего суглинка в соотношениях от 50/50 до 30/70, взаимонаправленным, короткозамедленным взрывом с образованием готового к погрузке экскаватором или погрузчиком бурта;

4.    При проведении мерзлотно-грунтовых изысканий пригодных местных глинистых грунтов и торфов в притрассовых карьерах, допустимая суммарную влажность (льдистость) для глинистых грунтов экономически целесообразна до 80 - 100 %, торфов до 600 - 800%. Нежелательно, наличие значительных по мощности (0,3 - 0,5 м и более) илистых (пылеватых) прослоек или сильно (более 55 - 60% частиц 0,05-0,005мм) пылеватых глинистых грунтов с высокой пучинистостью, иольдиевых глин и др. Искусственные смеси торфа с илистыми грунтами пригодны для укрепления от размыва (для быстрого зарастания) откосов, а также дпя не нагруженных боковых защитных призм;

5.    Из искусственных, разрыхлённых торфо-глинистых смесей, нижняя часть насыпей зимой, может отсыпаться полностью. Они также пригодны для зимней отсыпки защитных боковых призм в местах возможного временного подтопления насыпей. Эффективны они и для быстрого, экологичного зарастания местной растительностью откосов, при укреплении их от размыва;

6.    При необходимости создания более прочных нижних частей, а также экономии дефицитного песка в верхней (рабочей) части дорожных насыпей, также возможно применение оптимального соотношения связно-сыпучих смесей из мёрзлых комьев разрыхлённого, преимущественно глинистого грунта с сухо или сыпучемёрзлым песком [4];

7.    Плотность и пустотность отсыпанных слоёв мерзлого разрыхлённого грунта определяют по разработанному в Союздорнии способу [5] соответствующего ГОСТ 28514-90 (приложение А Рекомендаций);

8.    При весенне-летнем возведении нижней части насыпи из частично (до (20 - 30) см) оттаявших и нижележащих, разрыхлённых тракторными

ю