Обоснование региональных норм степени уплотнения глинистых грунтов земляного полотна автомобильных дорог Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 625.731.2: 624.138.2

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

ОБОСНОВАНИЕ РЕГИОНАЛЬНЫХ НОРМ СТЕПЕНИ УПЛОТНЕНИЯ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

Степень уплотнения грунтов в значительной мере определяет устойчивость земляного полотна, потребительские свойства автомобильной дороги в целом [1], поэтому обоснование соответствующих норм - одна из наиболее актуальных задач дорожной геотехнологии. Действующие нормы уплотнения глинистых грунтов автомобильных дорог не пересматривались уже более 60 лет. За это время значительно изменились нагрузки от транспортных средств, выполнены фундаментальные исследования, позволяющие реализовывать более эффективные способы нормирования (см., например, [2]).

Основываясь на современных представлениях регионального грунтоведения [3, 4], дорожноклиматического районирования [5], предложена методика нормирования степени уплотнения глинистых грунтов земляного полотна автомобильных дорог, учитывающая особенности конкретного региона строительства. При этом в целом сохранена нормативная схема назначения требований по уплотнению [6]: в зависимости от элемента земляного полотна и характера его увлажнения, типа дорожной одежды, дорожно-климатических условий. Предлагаемый подход в максимальной степени учитывает региональные особенностей грунтов (вид, строительные свойства), характер увлажнения земляного полотна и дорожной одежды, экономическую ответственность сооружения. В табл. 1 приведено сопоставление схем нормирования коэффициента уплотнения по СНиП 2.05.02-85* и по предлагаемому методу.

В основу выбора рациональных решений по назначению требуемой величины коэффициента уплотнения грунта при сооружении земляного полотна приняты следующие положения: 1)

технически и экономически целесообразно увеличение плотности грунта рабочего слоя земляного полотна; 2) значения плотности в процессе эксплуатации дороги не должны быть меньше «бытовой» плотности; 3) установленные нормы уплотнения должны достигаться с использованием имеющихся уплотняющих средств, без существенного изменения традиционной (нормированной) технологии работ; 4) следует учитывать неоднородность показателей грунтов, климатических воздействий, процессов уплотнения, контроля уплотнения; 5) проектные значения коэффициентов уплотнения не могут быть ниже наименьших значений по СНиП 2.05.02-

85*; 6) следует учитывать заданную надежность сооружения.

В качестве базового рекомендуется принимать минимальное значение К^р), при котором не происходит разуплотнение грунта в процессе эксплуатации дороги (с учетом положений 1 и 4, см. выше), обозначим его Ку(сгр, тр). Ку(сгр, тр) - это коэффициент уплотнения грунта, который требуется достичь при строительстве (реконструкции) дороги. Такой подход по существу является реализацией идеи, принятой при нормировании по «бытовой» плотности, но с учетом современных требований к проектным решениям, факта снижения плотности грунта в процессе эксплуатации дороги и региональных грунтовых и природно-климатических условий.

Несмотря на то, что в ряде работ российских и зарубежных ученых подчеркивается высокая эффективность повышения степени уплотнения грунтов земляного полотна, соответствующих технико-экономических обоснований практически нет. Наши исследования [7] показали, что в пределах технически возможной степени уплотнения грунтов земляного полотна, её увеличение экономически целесообразно. С другой стороны, существует физический (технический) предел уплотнения, также возможно значительное разуплотнение в процессе эксплуатации дороги [1].

В результате исследований степени уплотнения грунтов верхнего (рабочего) слоя на реальных объектах установлено, что значения Ку(стр) могут достигать 1,098-1,11. При этом каких-либо специальных мероприятий по повышенному уплотнению в проектах не предусматривалось. Т.е. в природноклиматических условиях территории исследования (Западная Сибирь) современные уплотняющие средства и технологии могут обеспечить достаточно высокую степень уплотнения.

Проф. В.А. Семенов, кандатытехн. наук Л.И. Самойлова и Э.Ф. Семехин установили, что однородность грунта земляного полотна по влажности и плотности при строительстве дорог недостаточно высокая, поэтому пренебречь ею нельзя. На практике фактическая влажность уплотняемого глинистого грунта может изменяться в довольно широком диапазоне. Так, при строительстве автомобильной дороги I категории «Новосибирск -Ленинск-Кузнецкий - Кемерово - Юрга» на участке земляного полотна длиной около 100 м (практически одна сменная захватка) нами был зафиксирован разброс влажности уплотняемого грунта от 16,4 до 23,3%, что неизбежно приведет к соот-

Таблица 2. Рекомендуемые значения требуемых коэффициентов уплотнения при капитальном и облегченном типах дорожных одежд

Расчетная схема увлажнения Значения требуемого коэффициента уплотнения при проектном коэффициенте надежностиКн, равном

0,7 0,8 0,85 0,9 0,95 0,98

Дорожно-климатический район - ІІІ.Х.4

1 0,99 0,99 1,0 1,0 1,01 1,01

2 1,0 1,0 1,01 1,01 1,02 1,02

3 1,02 1,02 1,02 1,02 1,02 1,02

Дорожно-климатический район - ІІІ.Р.3

1 0,99 0,99 1,0 1,0 1,01 1,01

2 1,01 1,01 1,02 1,02 1,03 1,03

3 1,02 1,02 1,02 1,02 1,02 1,02

Дорожно-климатический район - ІІ.Г.2

1 1,0 1,0 1,01 1,01 1,02 1,02

2 1,01 1,01 1,02 1,02 1,03 1,03

3 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,00

Дорожно-климатический район - ІІ.Х. 1

1 1,0 1,0 1,01 1,01 1,02 1,02

2 1,0 1,0 1,01 1,01 1,02 1,02

3 1,02 1,02 1,02 1,02 1,03 1,03

Таблица 3. Рекомендуемые значения требуемых коэффициентов уплотнения при переходном типе дорожных одежд

Расчетная схема увлажнения Значения требуемого коэффициента уплотнения при проектном коэффициенте надежностиКн, равном

0,7 0,8 0,85 0,9 0,95 0,98

Дорожно-климатический район - ІІІ.Х.4

1 0,97 0,97 0,98 0,98 0,99 -

2 0,98 0,98 0,99 0,99 1,0 -

3 1,02 1,02 1,02 1,02 1,02 -

Дорожно-климатический район - ІІІ.Р.3

1 0,96 0,96 0,97 0,97 0,98 -

2 0,99 0,99 1,0 1,0 1,01 -

3 1,01 1,01 1,01 1,02 1,02

Дорожно-климатический район - ІІ.Г.2

1 0,97 0,97 0,98 0,98 0,99 -

2 0,98 0,98 0,99 0,99 1,0 -

3 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 -

Дорожно-климатический район - ІІ.Х. 1

1 0,96 0,96 0,97 0,97 0,98 -

2 0,97 0,97 0,98 0,98 0,99 -

3 1,01 1,01 1,01 1,02 1,02 -

ветствующей неоднородности по плотности. Возможна и неоднородность определения фактической и максимальной плотности, оптимальной влажности при контроле. Кроме того, должна учитываться и заданная надежность конструкций. Исходя из изложенных выше соображений, требуемый коэффициент уплотнения рекомендуем назначать по формуле

Ку(норм) ^"^Сстр.тр.)^ ^Си)/(1 + ^Си(ст),)

.где - коэффициент вариации плотности ске-

С

лета грунта в земляном полотне; р£ст) - коэффициент вариации плотности скелета грунта, полученной на приборе стандартного уплотнения; /коэффициент нормированного отклонения.

Порядок определения требуемого значения коэффициента уплотнения при сооружении земляного полотна:

1. Моделирование водно-теплового режима земляного полотна и дорожной одежды с учетом природно-климатических параметров дорожноклиматического района, конструкции дорожной одежды, расчетной схемы увлажнения, влажности и коэффициента уплотнения грунта, характери-стикпрочности, деформируемости и пучинистости грунта, типичных значений строительных характеристик грунта.

2. Определение расчетного значения коэффициента уплотнения грунта, устанавливающегося в процессе эксплуатации дороги, Ку (расч, и Ку(стр. тр,, С учетом выполнения соотношения Ку (расЧ| — К5.

3. Обоснование рациональных значений требуемого коэффициента уплотнения грунта при сооружении земляного полотна, Ку (норм) с учетом неоднородности свойств грунта, его увлажненности, процессов уплотнения, контроля уплотнения, проектного значения коэффициента надежности и

ограни4ений: а) Ку (Стр)^Ку техн; б) Ку (стр) ?— Ку СНиП;

в) значение Ку (стр) должно быть при данных влажности и др. условиях.

При сооружении земляного полотна на реальных транспортных объектах региона исследований коэффициент вариации степени уплотнения грунта изменяется в пределах 0,0013-0,0057. Проф. А.Я. Тулаевым, В.А. Семеновым и др. показано, что требуемое качество земляного полотна

может быть обеспечено ТОЛЬКО при £\.' >0,015.

Г*

Поэтому для расчетов приняли Р(С10 = 0,001, -= 0,015. Коэффициент нормированного отклонения /следует принимать по [8], в зависимости от заданной надежности. Он учитывает категорию дороги, капитальность дорожной одежды. Задан-

ную надежность устанавливают в техническом задании на проектирование.

Следует отметить, что кроме обеспечения требуемой плотности грунта в процессе строительства, необходимо сохранить ее на этапе эксплуатации дороги. Специальные исследования подтверждают возможность решения этой задачи (в т.ч. и для участков 3-го типа местности по характеру увлажнения).

Если обеспечить сохранение близкой к оптимальной влажности грунтов невозможно (экономически нецелесообразно), либо применяются переувлажненные грунты, то следует пользоваться нормами СНиП 2.05.02-85*.

Таким образом, в результате выполненных исследований получены дифференцированные нормы степени уплотнения глинистых грунтов верхнего (рабочего) слоя земляного полотна автомобильных дорог. Рекомендации, представленные выше, могут быть распространены на дорожно-климатические районы ранее установленные на территории Западной Сибири В.Н. Ефименко, С.В. Ефименко [5], М.В. Бадиной. Полученные величины Ку (норм) в целом несколько выше, регламентированных СНиП 2.05.02-85* (при капитальном и облегченном типах дорожных одежд - на 0,01-0,03, при одеждах переходного типа - на 0,01-0,07). Они не только более полно учитывают конкретные природно-климатические условия района строительства, но и являются научно обоснованными с точки зрения современных требований к надежности и экономической ответственности сооружений. Предлагаемые нормы исходят из внедряемой в России в последние годы концепции максимального учета требований всех этапов «жизненного» цикла продукции.

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. Осипов В.И. Природа прочностных и деформационных свойств глинистых пород. - М.: Изд-во МГУ, 1979. -235 с.

3. 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.

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

5. Ефименко В.Н. Теоретическое обоснование дорожно-климатического районирования территории Юго-Востока Западной Сибири/ В.Н. Ефименко, С.В. Ефименко// Вестник ТГАСУ. - Томск. - 2001. - № 2 - С. 5-9.

6. СНиП 2.05.02-85*. Автомобильные дороги/Госстрой России. - М.: ГУП ЦПП, 2005. - 54 с.

7. Афиногенов А.О. Эффективность повышения степени уплотнения грунтов земляного полотна автомобильных дорог // Вестник ТГАСУ. - 2008. - № 1. - С. 161-169.

8. ОДН 218.046-01. Проектирование нежестких дорожных одежд/ Минтранс России. - М.: Информавтодор, 2001. - 145 с.

О Авторы статьи:

Афиногенов Шаламанов Афиногенов

Олег Петрович, Виктор Александрович, Алексей Олегови,

канд. техн. наук, доц. докт. техн. наук, проф. канд. техн. наук,

каф. «Автомобильные каф. «Автомобильные инж. Кузбас. центра

дороги» КузГТУ дороги» КузГТУ дор. исследований

Email: afinogenov@smtp.ru Email: sva@kuzstu.ru Email: afino genov@smtp. m