Строительные свойства грунтов верхней части земляного полотна на транпортных объектах Кузбасса Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 625.731.2:624.131.2

О.П. Афиногенов, В.А. Шаламанов, А.О. Афиногенов

СТРОИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ ВЕРХНЕЙ ЧАСТИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА НА ТРАНПОРТНЫХ ОБЪЕКТАХ КУЗБАССА

Свойства грунтов земляного полотна в значительной степени определяют качество транспортных объектов в целом [1]. Из теории управления качеством известно, что наиболее эффективным является обеспечение его за счет управления на этапе проектирования продукции и технологии, поэтому получение достоверных данных о строительных свойствах грунтов - одна из наиболее актуальных задач дорожной геотехнологии. На практике при её решении приходится сталкиваться с весьма существенной проблемой: в результате инженерно-геологических изысканий могут быть получены данные о грунтах в естественном состоянии, но земляное полотно (насыпи и рабочий слой выемок) состоит из техногенных грунтов, значительно меняющих свои свойства в результате перемещения, уплотнения и т.д.

Ситуация усложняется еще и тем обстоятельством, что изменение прочностных и деформационных свойств глинистых пород носит региональный характер [2, 3]. Для выхода из создавшейся ситуации был выполнен статистический анализ результатов производственного контроля качества, осуществляемого аккредитованной испытательной лабораторией Кузбасского центра дорожных исследований на основных транспортных объектах Кемеровской области в период 2006-2011 гг. Ниже приведены некоторые из полученных данных.

Для целей проектирования технологии работ по

строительству насыпей земляного полотна автомобильных дорог и других линейных объектов большое значение имеет определение разновидности грунта по ГОСТ 25100-95, которую устанавливают в зависимости от числа пластичности.

Оценка содержания песчаных частиц подтвердила, что все рассмотренные грунты следует отнести к разновидности пылеватых. Это известно и определяет грунтовые условия Кузнецкой котловины как неблагоприятные. При числе пластичности 7-12 грунт классифицируют как суглинок легкий пылеватый; 12-17 - суглинок тяжелый пылеватый; 17-27 - глина легкая пылеватая; более 27 - глина тяжелая. Обработка результатов выполнена с учетом дифференцированного дорожно-климатического районирования проф. В.Н. Ефименко [4].

Установлено, что на территории Кузбасса в насыпях строящихся дорог встречаются все разновидности глинистых грунтов, но явно преобладают суглинки. В табл. 1 приведены результаты обработки данных по числу пластичности испытанных грунтов. Значения математического ожидания числа пластичности по климатическим районам изменяются от 11,0 до 13,58 (суглинок легкий пылеватый - суглинок тяжелый пылеватый). Максимальное значение числа пластичности - 28, т.е. практически нет тяжелой глины. В районе ІІІ.Х.4 супеси не встречаются, а в районе ІІ.Х.1 среди испытанных проб не оказалось глины (хотя это не

Таблица 1. Результаты испытаний образцов глинистых грунтов по числу пластичности

Дорожноклиматический район Значения числа пластичности грунта, 1р

математическое ожидание минимальное максимальное

ІІІ.Р.3 13,43 5 28

ІІІ.Х.4 13,58 7 27

ІІ.Г.2 13,30 2 19

ІІ.Х.1 11,00 5 16

Среднее по области 13,38 2 28

Таблица 2. Распределение по дорожно-климатическим районам и по Кемеровской области в целом различных разновидностей глинистых грунтов

Дорожноклиматический район Распределение грунтов по разновидностям

супесь суглинок глина

ІІІ.Р.3 1,7 93,0 5,3

ІІІ.Х.4 - 96,0 4,0

ІІ.Г.2 13,0 83,0 4,0

ІІ.Х.1 14,0 86,0 -

Среднее по области 2,5 92,5 5,0

0,10

0,09

&

3

Э 0.08

1=5

<и

5і 0,07

I 0,06

0,05

1=1

С

0,04

0,03

0,02

0,01

0,00

Все виды „ глинистых грунтов

'' Суглинок

0,7

0,8

0,9 1 1,1 1,2 1,

Коэффициент уплотнения грунта, Ку

Рис. 1. Плотность распределения коэффициента уплотнения глинистыхгрунтов 0,14

ь-е-

0,12

0,10

и

§

О 0,06

к

С °-04

0,02

0,00

/ ■ / ^С^ГЛІІНОК

/ / // //

// 1 «

\\ \1 Все виды глинистых грунтов

п \ \\ ч\

// уу >■ \\ •О*«

0 5 10 15 20 25 30 35

Фактическая влажность грунта, ГГф, %

Рис. 2. Плотность распределения фактической влажности глинистых

означает, что их нет в указанных дорожных райо- нии по дорожно-климатическим районам и по обла-

нах). сти в целом различных разновидностей глинистых

В табл. 2 представлены сведения о распределе- грунтов. Суглинки преобладают по всем районам, их

0.2

Холе

э

к 0.12

О

П

0>

« 0.08

Л

Н

О

О

£ 0.04 о к С

/ Суглинок

Г V,

Все виды глинистых 'грунтов

10

15

20

30

Оптимальная влажность грунта, ГГ0. %

Рис. 3. Плотность распределения оптимальной влажности глинистых грунтов

"2

Е

Е

Ю

Е

<и

Ч

ю

&

о

се

&

л

н

о

о

К

И

С

0.12

0.1

0.08

0.06

0.04

0.02

Все виды глинистых грунтов

/ / V \

1 1 у \ \

//

п п \\ \\ Суглинок

/ / / / / \ N.

1,5

1.6

1,7

1,8

1.9

Максимальная плотность грунта, <).. ,..г см;

Рис. 4. Плотность распределения максимальной плотности глинистых грунтов

содержание в насыпях строящихся дорог составляет от 83% (район ІІ.Г.2) до 96% (район ІІІ.Х.4). В районах ІІІ дорожно-климатической зоны практически не встречается супесь. В районах ІІ дорожноклиматической зоны - наоборот супесь встречается относительно часто - 13..14%, что логично и имеет теоретическое обоснование. Из представленных материалов следует вывод о целесообразности в качестве типового (модельного) грунта во всех дорожноклиматических районах принимать суглинок с чис-

лом пластичности, близким к математическому ожиданию 1р по табл. 1.

Анализ проектных материалов, выполненный по объектам, где производился отбор проб, показывает, что фактические разновидности грунта в насыпях и результаты геологических изысканий по трассе дороги существенно различаются. При проектировании дорожных одежд следует учитывать данное обстоятельство и использовать значения характеристик техногенных грунтов.

Для решения вопроса о необходимости разделения глинистых грунтов на разновидности при обработке результатов экспериментов выполнено сопоставление значений характеристик по суглинкам и по всем грунтам (без разделения на разновидности), результаты для области в целом иллюстрируют рис. 1 -4.

В табл. 3 приведены значения математического ожидания рассмотренных характеристик грунтов, которые практически одинаковы при обработке результатов по всем видам глинистых грунтов и отдельно по суглинкам (что видно и из рис. 1 -4).

Максимальное расхождение значений зафиксировано для фактической влажности (со-

знательно не используется термин «естественная влажность», поскольку здесь рассматривается влажность не в естественных условиях, а в земляном полотне, т.е. после определенных воздействий) - 1,44%. Для максимальной плотности разница 0,12%, оптимальной плотности -

0,03%, коэффициент уплотнения имеет одинаковые значения. С учетом результатов, приведенных выше, рекомендуется для целей проектирования технологии строительных работ не производить деление глинистых грунтов по разновидностям, поскольку это не имеет какого -либо практического смысла. Кроме того, само по себе деление грунтов на разновидности носит в определенном смысле условный характер.

Таблица 3. Значения характеристик грунтов

Характеристики Математическое ожидание величины

грунтов все грунты суглинки

Максимальная плотность, г/см3 1,711 1,713

Коэффициент уплотнения 0,974 0,974

Фактическая влажность, % 19,994 19,707

Оптимальная влажность, % 19,469 19,463

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Афиногенов, О.П. Нормирование и контроль плотности грунтов земляного полотна / О.П. Афиногенов, В.А. Шаламанов, А.О. Афиногенов. - Кемерово: ГУ КузГТУ, 2008. - 96 с.

2. Трофимов, В.Т. Инженерная геология России. Т. 1. Грунты России/ Под ред. В.Т. Трофимова, Е.А. Вознесенского, В.А. Королева. - М.: Изд-во «КДУ», 2011. - 672 с.

3. Рященко, Т.Г. Региональное грунтоведение (Восточная Сибирь). - Иркутск: Ин-т земной коры СО РАН, 2010. - 287

с.

4. Ефименко, В.Н. Дорожно-климатическое районирование Кемеровской области // Опыт обеспечения эффективности дорожного комплекса Кузбасса: Сб. науч. тр. - Томск: Изд-во Том.ун-та, 1997. - С. 62-66.

□Авторы статьи:

Афиногенов Олег Петрович, канд. техн. наук, доц. каф. «Автомобильные дороги» КузГТУ Email: afinogenov@smtp.ru

Шаламанов Виктор Александрович, докт. техн. наук, проф. каф. «Автомобильные дороги» КузГТУ Email: sva@kuzstu.ru

Афиногенов Алексей Олегович, канд. техн. наук, инж. Кузбас. центра дор. исследований Email: afinogenov@smtp.ru