Теоретические основы

Для создания прочной и водоустойчивой структуры грунт не­обходимо уплотнять при оптимальной влажности W₀ . В действи­тельности влажность грунта в естественном залегании практически всегда либо выше оптимальной, либо ниже ее. Поэтому при производ­стве работ возникает необходимость или в просушивании переувлаж­ненных грунтов, или в доувлажнении грунтов, имеющих влажность ниже оптимальной.

Здесь приходится решать два рода задач: при естественной влажности грунта выше оптимальной возникает задача определения времени, в течение которого грунт просохнет до оптимальной влажности грунта, при естественной влажности ниже оптимальной задача состоит в определении количества воды, которое потребуется для доувлажнения.

Решение этих задач базируется на результатах исследований влагообмена в слое грунта, происходящего вследствие испарения.

Исследованиями / 12 / установлено, что при начальной влаж­ности грунта и в пределах (0,4 – 0,9 )W_Т скорость просыхания грунта практически не зависит от начальной влажности и степени уплотнения грунта. Закономерность просыхания грунтов в этом интер­вале влажностей, наиболее характерном для естественного залегания при одновременном воздействии ветра и температуры воздуха описывается уравнением

(3.1)

где W - относительная влажность грунта по истечении времени Т;

W_н - относительная влажность грунта в начальный период;

- ко­эффициент, учитывающий влияние вида грунта и температуры воздуха; - коэффициент, учитывающий влияние вида грунта и скорости ветра;

Т - время просыхания грунта, дни.

Значения коэффициентов и определяют из графика рис. 3.1.

Из (3.1)

, (3.2)

Периодическое перемешивание как специфическая операция при просушивании грунта сокращает время просыхания примерно в три раза.

Температура воздуха, град Скорость ветра, м/с

Рис. 3.1. Графики для определения коэффициентов влияния

а – коэффициента α1; б - коэффициента α2; I - песок; 2 - супесь; 3 – суглинок; 4 - глина.

В процессе разработки, транспортирования и технологической переработки грунта при его укладке и уплотнении влажность грунта также уменьшается, поскольку названные операции связаны с его перемешиванием. Однако интенсивность просыхания грунта при этом в среднем в два раза ниже, чем при специальном перемешивании. По­этому можно принять, что за технологический период Т_Т (в днях) от начала разработки грунта до окончательного уплотнения снижение влажности грунта составит

(3.3).

В практике возможны два способа просушивания грунта - в ре­зерве и в слое, уложенном на ранее уплотненный слой полотна.

При первом способе, в особенности при транспортировании про­дольном и из внетрассовых резервов, грунт необходимо просушивать до влажности, несколько превышающей оптимальную, с учетом после­дующих потерь влаги при разработке, транспортировании, укладке и уплотнении грунта. Эта влажность называется требуемой и с учетом формулы (3.3) отделяется следующим образом:

. (3.4)

Тогда время просушивания грунта в резерве в соответствии с выражением (3.2)

, (3.5)

где W_е - естественная влажность грунта в резерве в долях от пре­дела текучести; при активном просушивании (с разрыхлением и периодическим перемешиванием грунта) и при пассивном.

При втором способе просушивания влажность грунта, уложенно­го на ранее уплотненный слой, будет ниже влажности резерва из-за потерь влаги при технологической переработке грунта. Поэтому вре­мя просушивания уложенного грунта здесь следует рассчитывать по формуле

, (3.6)

где - время от начала разработки грунта до начала уплотнения, дни; - требуемая влажность грунта к моменту начала уплотнения, учитывающая потери влаги на испарение за период уплотнения f_у :

. (3.7)

При доувлажнении грунта, влажность которого ниже оптимальной, также необходимо учитывать потерю влаги на испарение за период Т_д между дополнительным увлажнением и окончанием процесса уплотнения. Поэтому грунт следует увлажнять не до оптимальной, а до требуе­мой влажности :

. (3.8)

При этом необходимое количество воды Р_в для доувлажнения вычисляют по формуле

, (3.9)

где Р_г - масса доувлажняемого грунта, т.

Доувлажнять грунт можно либо в насыпи, либо в резерве. Спо­соб доулажнения выбирается на основе технико-экономического сравне­ния с учетом преимуществ и недостатков каждого из них в данных условиях.