Целью исследования состояния глинистых грунтов по материалам геологических изысканий являлось: определение изменения средней влажности грунтов по глубине опробования в естественных условиях, уточнение коэффициента вариации влажности по результатам экспериментальных данных, определение расчетной влажности и механических характеристик грунта. Тема исследования является актуальной, так как расчетная влажность грунта при проектировании и расчете конструкции дорожной одежды по нормативным источникам [5] определяется с помощью усредненного по РФ коэффициента вариации, равного 0,1. Определение фактического значения коэффициента вариации в РМЭ по материалам экспериментальных исследований отличается от нормативного. Это в конечном значении изменяет механические характеристики грунтов, что оказывает влияние на толщину конструктивных слоев дорожной одежды.
Изучение состояния глинистых грунтов в естественных условиях, изменение средней влажности грунтов по глубине опробования проводились путем геологических изысканий, проведённых при проектировании дорог в 8 районах РМЭ. Рассмотрено строение грунтов на автодорогах, протяжённостью 134,7 км, с бурением 551 скважины.
Геологический разрез по оси трассы во всех районах представлен суглинками четвертичного возраста и глинами пермского возраста. Прослойки мелких, средних и пылеватых песков встречаются на глубинах: 3 -7 м. в Сернурском, 3 - 9 м. в Советском, 1,5 - 3 м. в Мари-Турекском, 1,5 - 4,5 м. в Ново-Торъяльском и 0,5 - 1,8 м. в Моркинском районах.
Геологический разрез по оси трассы в Юринском и Килемарском районах представлен песками средней, мелкой крупности и глинистыми грунтами. Супеси встречаются редко.
РМЭ покрыта лесами второй и первой группы. В ряде районов пункты переработки древесины находятся в населённых пунктах за пределами лесных массивов, в связи с этим лесовозные дороги располагаются не только в лесу, но и на пашне, и вблизи населённых пунктов.
Изменение средней природной влажности грунтов по глубине опробования представлены в табл.1 и табл.2.
Анализ изменения средней природной влажности грунтов на пашне с глубиной опробования показал, что она увеличивается с 22% до 29 % в Сернурском, с 22 % до 32 % в Советском, с 22% до 29% в Мари-Турекском и с 19% до 28% в Килемарском районах. В лесном массиве средняя природная влажность глинистых грунтов уменьшается с глубиной опробования с 28% до 22% в Сернурском и с 23% до 21% в Советском районах. В Мари-Турекском и в Килемарском районах природная влажность увеличивается с 22% до 30% и с 24% до 27% соответственно.
Таблица 1
Средняя природная влажность глинистых грунтов на пашне
№ |
Наименование района |
Средняя природная влажность грунтов, (%) по глубине опробования, (м) на пашне |
||||||||
|
1 |
2 |
3 |
5 |
7 |
9 |
12 |
15 |
20 |
|
1 |
Сернурский |
22,5 |
21,9 |
23,9 |
25,3 |
28,2 |
29,3 |
27,8 |
- |
- |
2 |
Советский |
22,4 |
23,9 |
25,6 |
29,3 |
32,2 |
28,5 |
- |
- |
- |
3 |
Мари-Турек. |
22,1 |
22,3 |
23,2 |
27,9 |
29,7 |
- |
- |
- |
- |
4 |
Моркинск. |
25,6 |
26,3 |
24,7 |
21,9 |
23,6 |
22,9 |
22,1 |
28,1 |
23,6 |
5 |
Килемарск. |
19,9 |
20,8 |
22,8 |
26,6 |
25,4 |
28,1 |
- |
- |
- |
Таблица 2
Средняя природная влажность глинистых грунтов в лесном массиве
№ |
Наименование района |
Средняя природная влажность грунтов, (%) по глубине опробования,(м) в лесном массиве |
||||||||
1 |
2 |
3 |
5 |
7 |
9 |
12 |
15 |
20 |
||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
1 |
Сернурский |
27,2 |
30,9 |
28,5 |
27,3 |
30,2 |
26,2 |
- |
- |
- |
2 |
Советский |
23,2 |
24,8 |
24,3 |
23,3 |
27,0 |
- |
- |
- |
- |
3 |
Мари-Турек. |
22,4 |
27,1 |
28,2 |
30,5 |
- |
- |
- |
- |
- |
4 |
Килемарск. |
23,9 |
22,9 |
27,2 |
22,0 |
32,2 |
- |
- |
- |
- |
Для проведения расчётов по обоснованию конструкции дорожной одежды, в которой обосновывается расчетная влажность грунтов необходимо знание коэффициента вариации грунтов на лесовозной дороге.
Коэффициент вариации влажности рассчитывается по формуле
(1)
где s- среднее квадратичное отклонение; – относительная влажность грунта;
Имея экспериментальные данные значений влажности грунтов по геологическим изысканиям в РМЭ [5], путем их статистической обработки появилась возможность более точного определения значения этого параметра.
С помощью программ обрабатывались данные влажности глинистых грунтов, а именно, влажность природная и на границе текучести. Однако, абсолютные значения природной влажности и соответствующие плотности не отражают в полной мере состояние грунта. Для того, чтобы состояние разных грунтов были сопоставимы, предлагается показатель относительной влажности грунта, определяемый по формуле:
(2)
где Wпр – природная влажность грунта, %;Wт – влажность грунта на границе текучести, %.
На глубине опробования 1-2 м расположена активная зона земляного полотна, где практически затухают нормальные и касательные напряжения от автомобильной нагрузки, также исследовались грунты ниже этой зоны, взятые с глубины 2-3 м.
В процессе обработки экспериментальных данных была принята гипотеза о нормальном распределении результатов замеров влажности грунтов. Проверка гипотезы проведена по критерию Пирсона (c2), Результаты расчетов по формулам 1 и 2 с учетом статистической обработки значений Wпр представлены в табл.3 и табл.4.
Таблица 3
Коэффициент вариации влажности глинистых грунтов на пашне
№ |
Наименова-ние района |
Коэффициент вариации (Gv) |
Среднее значение относительной влажности (Wo) |
Оценка среднего квадратического отклонения (G) |
||||||
При глубине опробования, м |
||||||||||
1 |
2 |
3 |
1 |
2 |
3 |
1 |
2 |
3 |
||
1 |
Сернурский |
0,200 |
0,126 |
0,230 |
0,67 |
0,61 |
0,65 |
0,137 |
0,076 |
0,152 |
2 |
Советский |
0,120 |
0,165 |
0,191 |
0,58 |
0,60 |
0,67 |
0,069 |
0,098 |
0,128 |
3 |
М-Турекский. |
0,138 |
0,155 |
0,156 |
0,58 |
0,61 |
0,60 |
0,080 |
0,095 |
0,094 |
4 |
Моркинский |
0,131 |
0,143 |
0,137 |
0,71 |
0,74 |
0,75 |
0,093 |
0,106 |
0,103 |
5 |
Килемарский |
0,149 |
0,151 |
0,134 |
0,61 |
0,61 |
0,65 |
0,091 |
0,092 |
0,087 |
Таблица 4
Коэффициент вариации влажности глинистых грунтов в лесном массиве
№ |
Наименование района |
Коэффициент вариации (Сn) |
Среднее значение относительной влажности (Wo) |
Оценка среднего квадратического отклонения (G) |
||||||
При глубине опробования, м |
||||||||||
1 |
2 |
3 |
1 |
2 |
3 |
1 |
2 |
3 |
||
1 |
Сернурский |
0,158 |
- |
0,200 |
0,74 |
- |
0,73 |
0,117 |
- |
0,146 |
2 |
Советский |
0,195 |
- |
|
0,59 |
- |
|
0,115 |
- |
|
3 |
Мари-Турекский |
0,156 |
- |
0,117 |
0,54 |
- |
0,59 |
0,084 |
- |
0,069 |
4 |
Килемар-ский |
0,108 |
0,123 |
0,120 |
0,73 |
0,73 |
0,78 |
0,079 |
0,090 |
0,094 |
Анализ данных табл.3 и табл.4 показывает, что коэффициент вариации влажности глинистых грунтов на пашне и в лесном массиве выше нормативного, равного 0,1 [5]. Наибольшее отклонение от нормативного на глубине опробования 1 м наблюдается на всех участках местности в Сернурском районе, на пашне в Килемарском, в лесном массиве в Советском и Мари-Турекском районах. Эти значения коэффициента вариации приводят к значительному увеличению расчетной влажности грунта. Диаграммы коэффициента вариации влажности глинистых грунтов на пашне и в лесном массиве представлены на рис.1
и рис.2.
Выводы:
1. Коэффициент вариации влажности глинистых грунтов на пашне и в лесном массиве выше нормативного по РФ, равного 0,1 в 1,2-2,3 раза;
2. С увеличением глубины опробования коэффициент вариации влажности глинистых грунтов увеличивается на пашне в среднем на 19 % во всех исследуемых районах;
3. С увеличением глубины опробования коэффициент вариации влажности глинистых грунтов в лесном массиве увеличивается в среднем на 21 % в Сернурском, и на 10% в Килемарском районах.
Рецензенты:
Савельев В.В., д.т.н., профессор кафедры строительного производства Чебоксарского политехнического института (филиала) Московского государственного открытого университет», г.Чебоксары.
Смирнов М.Ю., д.т.н., профессор кафедры Транспортно-технологических машин ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет», г.Йошкар-Ола.