Региональные исследования глинистых грунтов, применяемых в дорожном строительстве

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Томский государственный архитектурно-строительный университет»

Серия «Учебники ТГАСУ»

А.В. Сухоруков, В.С. Чурилин

РЕГИОНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 

ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ, 

ПРИМЕНЯЕМЫХ В ДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Рекомендовано Учебно-методическим советом ТГАСУ 

в качестве учебного пособия 

для студентов, обучающихся по специальности 

08.05.01 «Строительство уникальных зданий и сооружений», 
специализация «Строительство автомагистралей, аэродромов 
и специальных сооружений», для самостоятельной подготовки 

по дисциплине «Дорожное грунтоведение»

Томск

Издательство ТГАСУ

2023

УДК 625.7/.8.05
ББК 39.33:30.827

С914

Серия «Учебники ТГАСУ» основана в 2013 году

Сухоруков, А.В.

Региональные исследования глинистых грунтов, приме-

няемых в дорожном строительстве : учебное пособие / А.В. Сухоруков, 
В.С. Чурилин. – Томск : Изд-во Том. гос. архит.-строит. 
ун-та, 2023. – 240 с. – Текст : непосредственный.

ISBN 978-5-6049515-1-4

В учебном пособии изложены результаты исследований глинистых 

грунтов, выполненных авторами в период с 2012 по 2023 г. на территории Западной 
Сибири. Исслледования направлены на обоснование характеристик глинистых 
грунтов, назначаемых при расчёте нежёстких дорожных одежд автомобильных 
дорог по условиям прочности и морозоустойчивости.

Пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности 

08.05.01 «Строительство уникальных зданий и сооружений», специализация 
«Строительство автомагистралей, аэродромов и специальных сооружений», для 
самостоятельной подготовки по дисциплине «Дорожное грунтоведение».

УДК 625.7/.8.05)
ББК 39.33:30.827

Обложка пособия создана с использованием нейросети Kandinsky 2.1 

ПАО СберБанк.

Рецензенты:
Е.С. Казанцева, старший преподаватель кафедры инженерной 
геологии, мостов и сооружений на дорогах ТГАСУ;
Н.Г. Домрачева, начальник лаборатории ГУП ТО «Областное 
ДРСУ».

ISBN 978-5-6049515-1-4
© Томский государственный

архитектурно-строительный
университет, 2023

© Сухоруков А.В.,

Чурилин В.С., 2023

С914

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие..................................................................................... 5
Введение............................................................................................ 6
1. Обоснование расчётных значений характеристик 
глинистых грунтов для проектирования дорожных одежд 
по условию прочности ................................................................... 8

1.1. Развитие норм проектирования дорожных одежд
в части дифференциации значений физико-механических 
свойств грунтов............................................................................ 8
1.2. Особенности формирования состава и свойств 
глинистых грунтов Западной Сибири...................................... 11
1.3. Анализ методов определения свойств грунтов,
применяемых при проектировании дорожных одежд ............. 20
1.4. Прогнозирование влажности глинистых грунтов
земляного полотна в условиях близкого залегания
грунтовых вод............................................................................. 33
1.5. Прогноз расчётной влажности грунтов рабочего слоя 
земляного полотна на участках дорог с глубоким 
залеганием грунтовых вод ........................................................ 46
1.6. Экспериментальные исследования состава и свойств 
глинистых грунтов земляного полотна автомобильных 
дорог Западной Сибири и их результаты ................................ 48
1.7. Результаты экспериментальных исследований................ 62
1.8. Рекомендуемые расчётные значения характеристик
глинистых грунтов рабочего слоя земляного полотна
для расчёта дорожных одежд на прочность............................ 91

2. Обоснование расчётных значений характеристик 
глинистых грунтов для проектирования дорожных 
одежд по условию морозоустойчивости ................................... 97

2.1. Расчётные значения характеристик глинистых
грунтов и асфальтобетонных покрытий, применяемых 
при проектировании нежёстких дорожных одежд 
по условию морозоустойчивости ............................................. 97

2.2. Методы определения допустимой величины
морозного пучения................................................................... 107
2.3. Прогноз напряжений и деформаций дорожного
покрытия при пучении грунтов земляного полотна............. 119
2.4. Допустимая величина морозного пучения грунта
исходя из обеспечения необходимой ровности
асфальтобетонного покрытия ................................................. 131
2.5. Экспериментальные исследования свойств
глинистых грунтов и асфальтобетонов при промерзании 
дорожной конструкции............................................................ 135
2.6. Результаты экспериментальных исследований.............. 153
2.7. Рекомендуемые расчётные значения характеристик
глинистых грунтов земляного полотна, применяемые 
для определения толщины дорожных одежд по условию 
морозоустойчивости ................................................................ 175

Список сокращений и условных обозначений....................... 184
Заключение .................................................................................. 186
Библиографический список...................................................... 187
Приложение 1. Карта-схема территории исследования 
и перечень выделенных на ней дорожных районов.................. 231
Приложение 2. Расчётные значения характеристик 
глинистых грунтов........................................................................ 234
Приложение 3. Пример оформления карточки результатов
измерений точек поверхности дорожного покрытия................ 239

ПРЕДИСЛОВИЕ

Дисциплина «Дорожное грунтоведение» по праву может 

считаться одной из базовых для успешной подготовки специалистов 
для дорожного хозяйства не только Российской Федерации, 
но и стран Содружества Независимых Государств. В первую очередь 
это связано с тем, что именно с грунтами, применяемыми
как в качестве естественных оснований автомобильных дорог 
и объектов придорожного сервиса, так и для устройства дорожных 
конструкций, приходится взаимодейстовать практически на 
всех этапах жизненного цикла автомобильных дорог.

На сегодняшний день развитие дорожного хозяйства России

сопровождается достаточно интенсивной разработкой новых и переработкой 
ранее изданных норматиных документов. Однако вектор 
исследований, становившихся базой для таких документов, отклонился 
от направления изучения водно-теплового режима грунтов 
земляного полотна и их характеристик в сторону изучения 
вопросов работы асфальтобетонных покрытий и внедрения зарубежных 
методов проектирования асфальтобетонных смесей.

В этой связи в рамках изучения дисциплины «Дорожное грун-

товедение» ознакомление студентов с региональными исследованиями 
глинистых грунтов, выполненными в период с 2012 по 2023 г. 
на територии Западной Сибири, является достаточно важным.

Основная задача, стоящая перед студентами при изучении 

дисциплины «Дорожное грунтоведение», – это формирование инженерного 
мышления и мировоззрения в области грунтов, применяемых 
в дорожном строительстве, с учётом результатов современных, 
в том числе региональных, исследований.

ВВЕДЕНИЕ

Характеризуя существующее состояние транспортной ин-

фраструктуры в Западно-Сибирском регионе, можно отметить, 
что до недавнего времени дорожному строительству здесь уделялось 
внимание лишь в Южном широтном поясе – по линии расположения 
городов Омск – Новосибирск – Красноярск, наиболее 
населённых в Сибири. Это привело к крайне неравномерному 
распределению сети автомобильных дорог по площади региона, 
а недоучёт региональных особенностей признаков географического 
комплекса при формировании действующих норм проектирования 
нежёстких дорожных одежд обусловил их недостаточную 
эксплуатационную надёжность и, соответственно, чрезмерные 
затраты на восстановление требуемых транспортно-эксплуатационных 
показателей.

Отдавая должное ранее выполненным научным исследова-

ниям, следует отметить, что их результаты, нашедшие отражение 
в отраслевых дорожных нормах, в основном были получены на 
сети дорог европейской части России без достаточной проверки 
в природных условиях Зауралья. При этом европейская и азиатская 
части страны имеют значительные отличия по своим природно-
климатическим и инженерно-геологическим условиям, являющимся 
компонентами географического комплекса.

Научные исследования специалистов Института экономики 

и организации промышленного производства Сибирского отделения 
Российской академии наук свидетельствуют, что уже в первой 
четверти XXI в. возникнет необходимость интенсивного формирования 
Северного широтного пояса по линии расположения 
населённых пунктов Ханты-Мансийск – Стрежевой – Белый Яр, 
обеспечивающего реальное расширение и укрепление экономически 
активного пространства азиатской части Российской Федерации 
с опорой не только на сырьевые ресурсы (в Западной Сибири 
добывают ¾ всех производимых в России энергоресурсов), 

но и на перспективу развития инфраструктуры, включающей обслуживание 
международных транспортных коридоров.

Именно поэтому изучение связей и закономерностей, обу-

словливающих системную взаимосвязь между компонентами 
природно-технической системы «автомобильная дорога – природная 
среда» во вновь осваиваемых, экономически перспективных 
районах Западной Сибири, достаточно актуально с позиции 
решения отраслевой проблемы в части обеспечения надёжного 
функционирования автомобильных дорог в течение расчётного 
срока службы нежёстких дорожных одежд.

Структура учебного пособия включает 2 раздела, подготов-

ленных на основе диссертационных работ авторов, посвящённых 
обоснованию характеристик глинистых грунтов, назначаемых 
при расчёте нежёстких дорожных одежд автомобильных дорог. 
Содержание разделов включает обзор последовательно изложенных 
научных работ, выполненных авторами ранее, а также суть 
экспериментальных исследований и их результаты.

Иллюстративный ряд пособия содержит фотографии, сде-

ланные авторами во время практический испытаний, и составленные 
на основании полученных данных графики.

Настоящее учебное пособие предназначено для студентов

в рамках самостоятельной подготовки.

1. ОБОСНОВАНИЕ РАСЧЁТНЫХ ЗНАЧЕНИЙ
ХАРАКТЕРИСТИК ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ 

ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД

ПО УСЛОВИЮ ПРОЧНОСТИ

1.1. Развитие норм проектирования дорожных одежд 

в части дифференциации значений 
физико-механических свойств грунтов

Научным коллективом (В.Ф. Бабков, В.Г. Булычев, А.А. Ино-

земцев, Г.И. Покровский и др.), работавшим под руководством 
проф. Н.Н. Иванова, впервые в 1941 г. был предложен «метод расчёта 
дорожных одежд ДорНИИ» [108]. Расчёт исходил не из несущей 
способности грунтов, а из допустимой деформации дорожной 
одежды в целом. После проведения широкой программы экспериментальных 
исследований, направленных на его производственную 
проверку, а также уточнения расчётных значений характеристик 
грунтов и материалов конструктивных слоёв дорожных одежд [108, 
230], метод был включён в инструкцию ВСН 46–60 [43]. Процесс 
проектирования нежёстких дорожных одежд включал в себя расчёт 
на статическую прочность, поэтому в таблице с расчётными характеристиками 
грунтов были приведены только значения модулей деформации. 
При этом назначение нормируемого модуля деформации 
грунтов предлагалось выполнять в зависимости от характера и степени 
увлажнения местности, группы грунтов, дорожно-климатической 
зоны (ДКЗ) и конструкции земляного полотна, не учитывая 
значения расчётной влажности. Однако, как показала практика, спустя 
уже половину расчётного срока службы на покрытиях дорожных 
одежд, запроектированных по требованиям ВСН 46–60, начинали 
образовываться трещины, просадки и колейность [230].

Разработанные проф. Г.И. Покровским предложения о необхо-

димости обеспечения устойчивости против сдвигов в подстилающем 
грунте были реализованы в инструкции ВСН 46–72 [44], состав-

1. Обоснование расчётных значений характеристик глинистых грунтов

9

ленной взамен ВСН 46–60. На основе результатов исследований специалистов 
СоюзДорНИИ и его филиалов, а также Московского автомобильно-
дорожного института, Харьковского автомобильно-дорожного 
института, Военной академии тыла и транспорта впервые 
в инструкции появились значения расчётной относительной влажности (
Wрас) грунтов земляного полотна, нормированные по дорожно-
климатическим зонам (II–V ДКЗ) и типам местности по условиям 
увлажнения, а также рекомендуемые расчётные значения прочностных 
и деформационных характеристик грунтов земляного полотна 
автомобильных дорог с усовершенствованными покрытиями.

Позже, в 1978 г., изданы методические рекомендации по со-

вершенствованию проектирования дорожных одежд нежёсткого 
типа [173], которые содержали уточнения отдельных разделов 
ВСН 46–72. В частности, была дополнена таблица с расчётными 
характеристиками грунтов земляного полотна их значениями при 
пониженной влажности (Wрас = 0,5–0,55 д. ед.).

В инструкции ВСН 46–83 [45], введённой взамен ВСН 46–72,

нашёл отражение совершенно иной подход к назначению расчётной 
влажности грунтов. Разработчики ВСН 46–83 ввели дифференциацию 
средней многолетней влажности грунтов в зависимости от дорожно-
климатических зон и подзон, выделенных на территории 
бывшего Советского Союза. Кроме этого, в этой инструкции впервые 
появились значения средней влажности грунтов в I ДКЗ, которая 
была разделена на три подзоны (северную, центральную, южную). 
Представлены и совершенно новые рекомендации, указывающие 
на снижение средней влажности грунтов при расчёте дорожных 
одежд в случае устройства водонепроницаемых обочин, теплоизоляционных 
слоёв и др. В итоге расчётную влажность предлагается 
определять в зависимости от уровня проектной надёжности 
конструкции дорожной одежды [45]. Такой подход повлёк за собой 
и изменения таблицы с расчётными характеристиками грунтов. Так, 
значения модуля упругости (E), угла внутреннего трения (φ) 
и удельного сцепления (С) песков крупной, гравелистой, средней, 

Региональные исследования глинистых грунтов

10

мелкой и пылеватой разностей практически не зависят от влажности (
в интервале от 0,6 до 0,9 д. ед. значения E, φ, С неизменны), 
поэтому в ВСН 46–83 они были уточнены и приведены отдельно, 
независимо от Wрас, а таблица с расчётными характеристиками глинистых 
грунтов получила более широкий диапазон значений за счёт 
увеличения интервала расчётной влажности (от 0,5 до 0,95 д. ед.).

Рассматривая изменения в ОДН 218.046–01 [188] (утверждён 

и введён в действие взамен инструкции ВСН 46–83), коснувшиеся 
только приложения 2, в котором традиционно представлены значения 
характеристик грунтов, следует отметить, что расширен интервал 
средней влажности грунтов во II и III дорожно-климатических 
зонах за счёт увеличения числа подзон. Также в нормах 
нашли отражение результаты исследований по нормированию значений 
сдвиговых характеристик грунтов при динамическом воздействии 
нагрузок, выполненных сотрудниками Омского филиала 
СоюзДорНИИ Б.В. Белоусовым [20] и А.С. Пилипенко [192].

При этом разработчики в пп. 1.7, 2.37 обращают внимание на 

то, что при проектировании дорожных одежд в различных регионах 
Российской Федерации наряду с положениями, сформулированными 
в ОДН 218.046–01, следует руководствоваться и результатами 
региональных исследований. Схожая рекомендация присутствует 
в документе, который готовится на смену ОДН 218.046–01. 
Так, в п. 5.8 ПНСТ 542–2021 изложено: «5.8 При проектировании 
дорожных одежд для конкретных объектов или при разработке типовых 
конструкций дорожных одежд наряду с положениями настоящего 
стандарта следует учитывать данные научно-практического 
опыта (в том числе в части применения местных материалов требуемого 
качества (при их наличии), уточнения их расчетных характеристик 
и т. п.), отраженного в документах, утвержденных в установленном 
порядке». Однако на сегодняшний день на территории 
России отсутствует единая методология формирования региональных 
норм проектирования нежёстких дорожных одежд. По мнению 
ряда авторов [85, 107, 238], такие исследования должны учитывать 

1. Обоснование расчётных значений характеристик глинистых грунтов

11

особенности региональных признаков геокомплекса и базироваться 
на двухстадийном подходе: в первую очередь необходимо 
выделять однородные территории (дорожные районы) в административных 
образованиях России, а затем для этих территорий нормировать 
комплекс расчётных величин характеристик грунтов земляного 
полотна с учётом признаков зонального, интразонального 
и регионального геокомплекса.

Отдельно следует отметить разработку принципиально но-

вых методов расчёта дорожных одежд, показанных в работах 
С.К. Илиополова [122], В.П. Матуа [168], А.Е. Мерзликина [171], 
А.В. Смирнова [230], Б.Б. Телтаева [257], Е.В. Угловой [265] и др. 
Так, А.В. Смирнов отмечает, что ввиду разнообразия климатических 
условий России действующие нормативные документы по 
расчёту и конструированию не позволяют получать достаточно 
надёжных и выносливых дорожных конструкций без учёта влияния 
региональных особенностей рельефов местности, увлажнения 
и свойств связных грунтов, положения границ дорожно-климатических 
зон [230]. Это также свидетельствует об актуальности 
предлагаемых нами подходов к обоснованию региональных 
значений свойств грунтов земляного полотна.

В целом региональный подход в обосновании норм влажно-

сти, прочности и деформируемости глинистых грунтов для проектирования 
дорожных одежд позволит в значительной мере 
учесть элементы географического комплекса, в том числе и особенности 
состава и свойств наиболее распространённых в районе 
исследования поверхностных пород, применяемых при строительстве 
дорожных конструкций.

1.2. Особенности формирования состава 

и свойств глинистых грунтов Западной Сибири

Специалисты различных профилей деятельности (грунто-

веды, почвоведы, геохимики и др.) считают, что физико-геогра-

Региональные исследования глинистых грунтов

12

фическая среда определяет формирование пород покровной 
толщи и их свойства [24, 46, 267]. Сложившееся к настоящему 
времени мнение послужило основой для анализа особенностей 
формирования наиболее распространённых в районе исследования 
глинистых грунтов [46, 73].

Изучение региональных особенностей формирования со-

става и свойств грунтов осуществляется несколькими научными 
школами. Так, широко известны результаты исследований группы 
учёных, возглавляемой профессорами Е.М. Сергеевым [223], 
В.Т. Трофимовым [73], Г.И. Швецовым [278, 279] и др.

Особенностям изменения свойств техногенных глинистых 

грунтов земляного полотна в годовом цикле водно-теплового режима (
ВТР) в Западно-Сибирском регионе посвящены работы 
А.О. Афиногенова, М.В. Бадиной, С.В. Ефименко, выполненные 
под руководством проф. В.Н. Ефименко [5, 13, 98]. Результаты 
их исследований показали, что признаки геокомплекса зонального, 
интразонального и регионального характера, соответствующие 
районам Западной Сибири, существенно отличаются от 
ранее изученных условий европейской территории России. Так, 
по данным гидрометеорологической сети географической зоны 
лесов с избыточным увлажнением грунтов, в районах Западной 
Сибири продолжительность морозного периода в 1,2–1,4 раза 
превышает аналогичный показатель европейской части Российской 
Федерации, а глубина промерзания грунтов здесь больше 
в 1,6–2 раза [249]. Отмеченные признаки обусловливают значительное 
влагонакопление и пучинообразование в промерзающем 
земляном полотне, снижение несущей способности дорожных 
конструкций при их оттаивании. В работах [82, 88] показано, 
что поднятие поверхности покрытия дорожных одежд 
в результате пучения грунтов земляного полотна может существенно 
превысить допускаемую нормами величину даже при первом 
типе местности по увлажнению. Например, на участках автомобильной 
дороги Ленинск-Кузнецкий – Новокузнецк величина