Разработка и обоснование конструктивно-технологических решений земляного полотна с применением геосинтетических материалов при проек

Министерство образования  Республики Беларусь

Белорусский национальный технический  университет

Факультет транспортных коммуникаций

Кафедра «Проектирование  автомобильных дорог»

 

 

 

Отчет

 

По преддипломной практике

На тему «Разработка и  обоснование конструктивно-технологических  решений земляного полотна с  применением геосинтетических материалов при проектировании автомобильной  дороги III категории на слабых грунтах»

 

 

 

 

 

 

Подготовил:

 

Проверил:

 

 

Минск 2013 

Содержание

 

Введение 3

Общие сведения 4

Рекомендации по применение геосинтетических материалов при выполнении земляных работ 6

Расчет толщины  насыпного слоя 10

Расчет с использованием ГМ 15

Осадка насыпи. Расчет и наблюдение. 18

Контрольные наблюдения в процессе строительства 24

Общие положения охраны труда при строительстве дорог  на слабых грунтах 25

Охрана окружающей среды. 30

Заключение 31

Список литературы 32

 

 

 

Введение

 

Общие сведения

 

К слабым следует относить связные  грунты, имеющие прочность на сдвиг  в условиях природного залегания  при испытании прибором вращательного  среза менее 0,075 МПа, удельное сопротивление  статическому зондированию конусом  с углом при вершине a = 30° менее 0,02 МПа или модуль осадки при нагрузке 0,25 МПа более 50 мм/м (модуль деформации ниже 5 МПа). При отсутствии данных испытаний к слабым грунтам следует относить: торф и заторфованные грунты, илы, сапропели, глинистые грунты с коэффициентом консистенции более 0,5, иольдиевые глины, грунты мокрых солончаков и др.

В основу проектного решения на участке  залегания слабых грунтов может  быть положен один из двух принципов:

- удаление слабого грунта и  замена его или применение  эстакад;

- использование слабого грунта  в качестве основания насыпи  с применением мероприятий, обеспечивающих  устойчивость основания и ускорение  его осадки, а также прочность  дорожной одежды, сооружаемой на  таком земляном полотне.

Принцип и конкретное проектное  решение по конструкции насыпи выбираются на основе технико-экономического сравнения  вариантов с учетом:

- категории автомобильной дороги  и типа дорожной одежды;

- требуемой высоты насыпи и  качества имеющегося для ее  отсыпки грунта;

- протяженности участка со слабыми  грунтами;

- вида и особенностей свойств  слабых грунтов, залегающих на  участке, и особенностей строения  слабой толщи (мощность, наличие  переслаивания, уклона кровли  подстилающих пород и т.д.);

- условий производства работ,  в том числе сроков завершения  строительства, климата района, времени  года, в которое будут выполняться  земляные работы, дальности возки  грунта, возможностей строительной  организации (обеспеченность транспортом,  наличие специального оборудования  и т.п.).

Использование слабого грунта во многих случаях существенно снижает  стоимость и трудоемкость работ, повышает темпы строительства, поэтому  отказ от его использования должен быть обоснован технико-экономическим  анализом с учетом конкретных условий. Такой анализ осуществляется на основе прогнозов устойчивости, конечной величины и длительности осадки слабой толщи  при возведении на ней насыпи.

К земляному полотну, сооружаемому с использованием слабых грунтов  в основании насыпи, кроме общих  требований, предъявляются дополнительные требования:

- должна быть исключена возможность  выдавливания оставляемого слабого  грунта из-под насыпи в процессе  ее возведения и эксплуатации (обеспечена устойчивость основания);

- интенсивная часть осадки должна  завершиться до сооружения покрытия;

- упругие колебания земляного  полотна, возникающие при наличии  торфяных грунтов в основании  насыпи, не должны превышать величину, допускаемую для принятого типа  покрытия.

На насыпях, в основании которых  оставлены слабые грунты, капитальные  покрытия можно устраивать после  завершения не менее 90 % расчетной осадки или при условии, что средняя  интенсивность осадки за месяц, предшествующий устройству покрытия, не превышает 2 см/год. Для устройства облегченных покрытий требуется достижение не менее 80 % конечной осадки или интенсивности осадки не более 5 см/год.

 

 

Рекомендации по применение геосинтетических 
материалов при выполнении земляных работ

 

Дополнительные слои (прослойки) из геосинтетических материалов (ГМ) при  выполнении земляных работ используют в качестве:

- защитных и армирующих прослоек  для обеспечения местной и  общей устойчивости откосов;

- защитных, армирующих и дренирующих  прослоек при сооружении насыпей  на слабых основаниях;

- защитно-армирующих прослоек при  уширении насыпей;

- капилляропрерывающих дренирующих  или гидроизолирующих прослоек  для предотвращения увлажнения  рабочего слоя земляного полотна  грунтовыми или поверхностными  водами;

- дренирующих и защитно-армирующих  прослоек при возведении земляного  полотна из грунтов повышенной  влажности.

Геосинтетические материалы рекомендуется  применять при строительстве  насыпей на слабом основании, сложенном  органическими, минеральными или органоминеральными грунтами, в качестве:

- преимущественно защитных прослоек, укладываемых на подготовленную  поверхность слабого основания,  при обеспеченной устойчивости  всей дорожной конструкции (отсутствии  формоизменяемости в процессе  эксплуатации и строительства);

- армирующих прослоек для обеспечения  устойчивости насыпей на слабых  основаниях. Эти прослойки одновременно  служат в качестве защитных;

- защитно-армирующих прослоек при  строительстве временных дорог  на слабых основаниях;

- вертикальных дренирующих элементов  для ускорения консолидации грунтов  слабого основания.

Основные конструктивные решения  представлены на рисунке 1.

 

1 – ГМ; 2 – насыпь; 3 - слабое основание; 4 – местный грунт (торф)

Рисунок 1. Основные конструктивные решения при применении защитных (а, б) и защитно-армирующих (в, г) прослоек из ГМ при строительстве насыпей на слабом основании

Устройство преимущественно защитных (разделительных и технологических) прослоек исключает (уменьшает) взаимопроникновение  материала насыпи и грунта основания, улучшает условия отсыпки и уплотнения насыпи, что облегчает технологию производства работ, сокращает потери материала насыпи. Для создания защитных прослоек рекомендуется применять, геосетки. В зависимости от характера  разделяемых грунтовых сред следует  учитывать значения поверхностной  плотности ГМ:

- при разделении глинистых грунтов  (в том числе повышенной влажности  или переувлажненных) с нижними  слоями насыпей из крупнообломочных  грунтов рекомендуются применять  геосетки;

- при разделении грунтов нижних  слоев отсыпаемых насыпей и  торфяных грунтов на болотах  первого и второго типов, в  зависимости от типа болота  и мощности торфа рекомендуются  геосетки.

Защитные прослойки на подготовленном слабом основании устраивают по всей его ширине с запасом не менее 0,5 м в каждую сторону по рисунку  1. а. В этом случае возможна как поперечная, так и продольная относительно оси насыпи укладка отдельных прослоек с перекрытием соседних полотен на 0,5 м. При продольной укладке величина перекрытия "b" должна быть скорректирована с учетом прогнозируемой осадки насыпи "s" (b = 0,15 + 0,2s), рассчитанной в соответствии с действующими нормативными документами (для предварительных расчетов величина осадки насыпей высотой 2-3 м, возводимых на болотах глубиной до 8 м, может быть принята по таблице 1.).

 

Таблица 1.

Глубина болота, м	Материал основания
	Плотные торфы, (коэффициент пористости до 15)	Высокопористые торфы (коэффициент  пористости более 15)
2	0,5	0,9
4	1,0	1,5
6	1,5	2,0
8	2,0	2,5

Защитные прослойки в насыпях  на слабых основаниях могут быть устроены и по рисунку 1.  в), г) с заключением нижней части насыпи в "обойму" для защиты откосных частей насыпи и достижения дополнительно армирующего эффекта (повышение жесткости нижней части насыпи, равномерности осадки). В этом случае выполняют поперечную относительно оси насыпи укладку полотен ГМ, предъявляя к ГМ дополнительные требования в части показателей механических свойств, рекомендуется применение нетканых иглопробивных дополнительно термоупрочненных ГМ или термоупрочненных ГМ.

Конструкции по рисунку 1.  а), в), г) применяют на дорогах II-V категорий на болотах I, II типов, а для дорог I категории с асфальтобетонным покрытием на болотах I типа. Минимальную высоту насыпи назначают из условий снегозаносимости, возвышения низа дорожной одежды над уровнем поверхностных вод и исключения упругих колебаний от проходящего транспорта.

Геосинтетический материал целесообразно  применять в качестве защитных прослоек при возведении нижней части насыпи из местных грунтов, в частности, в следующих случаях:

- на дорогах III-V категорий на  болотах I, II типов. Местный грунт  связный с Kw ≤ 1,2 (Kw - коэффициент переувлажнения, отношение фактической влажности к оптимальной). ГМ укладывают на поверхность местного грунта (см.  рисунку 1.  б);

- на дорогах IV-V категорий на  болотах I, II типов. Местный грунт  связный с Kw > 1,2 или торф сильноразложившийся влажностью до 400-500 %. Местный грунт заключают в замкнутую "обойму" (см.  рисунку 1.  в).

Толщину верхней части насыпи назначают  в этих случаях расчетом, исходя из исключения упругих колебаний  от проходящего транспорта, но не менее 1,0 м для дорог с асфальтобетонным и 1,2 м с цементобетонным покрытиями. Толщину нижней части насыпи назначают  из условия возвышения низа дорожной одежды над уровнем поверхностных вод или поверхности слабого основания с учетом осадки насыпи.

Армирующие прослойки для обеспечения  устойчивости насыпей на слабых основаниях применяют в случае, если по выполненной  в соответствии с действующими нормативными документами оценке устойчивость на стадии строительства или после  завершения консолидации не обеспечена. Армирующие прослойки компенсируют дефицит удерживающих сил, а эффективность  их применения зависит от механических свойств, прежде всего, расчетных значений длительной прочности, определяемых с  учетом срока службы прослоек из ГМ, который равен или периоду  консолидации, если в конечном (консолидированном) состоянии устойчивость обеспечена, или сроку службы дорожной конструкции.

Для повышения устойчивости насыпи на слабом основании с учетом вовлечения сил трения на контакте "армоэлемент-грунт  насыпи и грунт основания" необходимо выполнение следующих условий:

- геосинтетический материал укладывается  на выравнивающий слой из песка;

- угол внутреннего трения песка  для нижнего слоя насыпи и  выравнивающего слоя должен быть  не менее 30°;

- коэффициент трения ГМ по  песку должен составлять не  менее 0,85 от коэффициента трения  песка.

Армирование оснований объемными  георешетками выполняют на основе индивидуальных решений с выполнением специальных  расчетов и технико-экономических  обоснований.

 

Расчет толщины  насыпного слоя

 

Проектируемая насыпь на основании  из болотного грунта должна иметь  достаточную толщину, чтобы обеспечить заданную прочность дорожной одежды. Соблюдение этого требования возможно, если фактический модуль упругости  системы насыпь — болотный грунт  равен требуемому модулю упругости (Енобщ треб ), полученному по результатам  расчета дорожной одежды.

Фактический модуль упругости на поверхности  насыпи (модуль упругости системы  насыпь — болотный грунт) определяют по формуле

Енобщ = ,              (1)

где Ен   — модуль упругости  грунта насыпи, принимаемый по данным           таблицы 17 или на основе результатов  испытаний, МПа;

      Ет   — модуль  упругости болотного грунта, уплотненного  массой насыпи, который определяют  по данным компрессионных или  штамповых испытаний, МПа. Для  торфяных грунтов Ет допускается  определять по экспериментальной  зависимости Ет = ¦(rd; lсж), приведенной на рисунке 2 (rd — плотность сухого торфа в природном залегании, г/см3; lсж — относительная деформация сжатия торфа, уплотненного массой насыпи);

       m  — коэффициент,  учитывающий относительную толщину  насыпного слоя  (таблица 3).

Таблица 2 — Модуль упругости песчаных грунтов

Вид грунта	Модуль упругости, МПа (кгс/см2 )
Пески крупные и гравелистые	130 (1300)
Пески средней крупности	120 (1200)
Пески мелкие	100 (1000)

Таблица 3 — Коэффициент m

	0,2	0,6	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5
m	0,198	0,496	0,658	0,761	0,817	0,854	0,876	0,892