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

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

Коэффициенты, учитывающие снижение относительного сжатия грунтов с крупнообломочными включениями

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).

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.

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