Требования к наслоению грунтов в различных природных условиях

Представим себе на участке избыточного увлажнения (III тип) два капилляра, вырезанные из двучленной грунтовой толщи общей высотой hтр, причем и верхней ее части находится песок, а в нижней — связный грунт, например пылеватый суглинок. Если высота нижнего капилляра h1, меньше h к (высота капиллярного поднятия воды пылеватого суглинка) и не обеспечена высота hтр, на границе двух капилляров появится лишь выпуклый мениск, а вода из нижнего капилляра не поступит в верхний с диаметром в 100 раз и более превышающим нижний (рис. 7.1). С повышением уровня подземных вод уменьшится радиус выпуклого мениска. Значит при обеспечении поверхностного стока естественная влажность верхнего песчаного слоя грунтовой двучленной толщи не повысится в расчетный период года и не превысит 60—70 % капиллярной влагоемкости. При такой влажности даже очень мелкий песок характеризуется высокой прочностью.

Следовательно, наслоение грунтов, представленное на рис. 7.1,о, является благоприятным, особенно если мощность слоя фильтрующего песка h>hк. При верхней толщи из пылеватого суглинка, подстилаемого слоем песка, наслоение грунтов неблагоприятно.

Рис. 7.1. Принципиальные схемы наслоения грунтов
а — благоприятное; б — неблагоприятное; 1 — песок; 2 — пылеватый суглинок; 3 — расчетный уровень подземных вод; 4 — выпуклый мениск; 5 — вогнутый мениск

С повышением уровня подземных вод в песчаном капилляре будет перемещаться кверху и мениск, если h<hк. Но как только мениск достигнет капилляра суглинка, вода в нем поднимется на значительную высоту, пока не достигнет своего максимального значения, равного h'к (рис. 7.1,6). При толще суглинка h1<h'к его естественная влажность даже в предзимний период всегда больше 70 % (по отношению к границе текучести).

В районах с глубоким промерзанием вследствие льдообразования влажность верхней толщи, например пылеватого суглинка, обычно резко повышается. При подобном двучленном профиле, как правило, наблюдается значительное морозное пучение, сопровождаемое в период оттаивания снижением прочностной характеристики дорожных одежд до 30 % (по сравнению с летней). Именно по этой причине такое наслоение грунтов неблагоприятно.

Если толщина нижнего слоя песка, находящегося выше отметки расчетного уровня подземных вод, h>hк, то влажность пылеватого суглинка может повыситься лишь за счет притока влаги в парообразном состоянии и инфильтрации поверхностных вод. В этом случае нижний слой песка выполняет функцию капиллярно-прерывающего слоя, что является преимуществом подобного двучленного грунтового профиля.

Однако при толщине верхнего менее проницаемого слоя грунта h'<h'к (h'к — высота капиллярного поднятия) на границе с фильтрующим грунтом при необеспеченном поверхностном стоке образуется висячий горизонт воды из-за процесса инфильтрации (рис. 7.2). Зимой под действием мороза происходит перераспределение внутренних запасов воды и льдообогащенный горизонт большей частью образуется на глубине Л0, равной, например в центральных районах ЕЧС (0,5...0,6)zпp. В результате значительного морозного пучения и последующего оттаивания влажность менее водопроницаемого грунта в основном близка к нижней границе текучести.

Рис. 7.2. Неблагоприятное наслоение грунтов, способствующее накоплению влаги в верхней части земляного полотна (рабочем слое)
1 — фильтрация поверхностной воды; 2—связный грунт; 3 — фильтрующий грунт; 4 — зона капиллярного увлажнения высотой hн; 5 — зона свободной воды; 6 — уровень подземных вод; 7 — поверхность менисков в фильтрующем грунте; 8 — то же, в связном




Рис. 7.3. Схемы допустимого наслоения грунтов в насыпях
1 — снятый плодородный слой; 2 — плодородный грунт; 3 — глина с числом пластичности более 17; 4 — песок; 5 —дневная поверхность грунта; 6 — насыпной грунт подошвы насыпи с поперечным уклоном 50—70 ‰; 7 —глинистый грунт; 8 — супесь с линзами; 9 — капиллярно-увлажненная зона; УПВ—уровень подземных вод; РУПВ — то же, расчетный; hк — высота капиллярного поднятия подземной воды в грунтах; Я — глубина залегания уровня подземных вод; h — толщина слоя песка

В соответствии с изложенными принципами на рис. 7.3 представлены возможные схемы допустимого наслоения грунтов возводимых земляных сооружений. Так, при возведении насыпей из связных переувлажненных грунтов (с естественной влажностью значительно выше оптимальной) в их теле следует устраивать песчаные прослойки толщиной h≥hк более целесообразно укладывать геотекстиль. При устройстве прослоек или прокладок из геотекстиля улучшается аэрация влажных связных грунтов, которые, находясь между хорошо фильтрующими слоями, как бы подвергаются компрессионному процессу.