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

 

	4	5	6	8	10	12	16	20
m	0,907	0,925	0,938	0,953	0,963	0,968	0,977	0,988

Здесь — толщина насыпного слоя, исчисляемая от низа дорожной одежды до подошвы насыпи

= h + Sобщ - Нод                      (2)

где D  — диаметр круга, равновеликого  по площади отпечатку колеса расчетного автомобиля;

       h  —  высота  насыпи;

       Sобщ   —  осадка слабого основания ;

Нод—толщина дорожной одежды;

К — комплексный коэффициент, учитывающий  конечные размеры слоя торфа и  распределяющую способность насыпи.

Коэффициент К определяют по графику (рисунок 3а) в зависимости от отношений и (hт = H - Sобщ, где H — глубина болота);

h—коэффициент изменения контактного напряжения в слоях различных жесткостей, зависящий главным образом от отношения жесткостей, выражаемых модулями упругости.

Численные значения коэффициента h как функции отношения Ен/Ет для определяют по графику (рисунок 3 б);

n—коэффициент, значения которого  принимают по таблице 4.

Рисунок 2  ¾  Номограмма для определения модуля упругости торфяного основания

Таблица 4 — Коэффициент n

	£ 2,5	3,0	3,5	4,0	4,5	³5,0
n	5	4	3	2	1,5	1,3

 

Учитывая, что толщина и модуль упругости торфа под насыпью  зависят от толщины насыпного  слоя, которая подлежит определению, расчет производят методом последовательного  приближения. Высоту насыпи h принимают  по условиям проектирования продольного  профиля, соблюдения требований водно-теплового  режима, снегонезаносимости и обеспечения  минимальной толщины насыпи по условиям динамического расчета земляного  полотна. В первом приближении высоту насыпи по условиям динамического расчета  принимают при капитальных, облегченных, переходных и низших типах покрытия соответственно равной, м:

— для болот глубиной до 4 м — 1,5; 1,2; 1,0;

— для болот глубиной более 4 м — 1,0; 0,8; 0,6.

Рисунок 3  ¾  Графики для определения коэффициентов К и h

 

Далее производят расчет осадки основания  насыпи Sсж и l сж  и определяют модуль упругости Ет торфяного основания (см. рисунок 2), уплотненного массой насыпи расчетной толщины hн = h +Sобщ . Затем сравнивают значение Енобщ , рассчитанное по формуле (1), с Енобщ треб, требуемым по условиям прочности и жесткости дорожной одежды. Расчет толщины насыпи считается законченным, если выполнено условие Енобщ ³ Енобщ треб с точностью до 5 %.

 

Расчет  с использованием ГМ

 

При выполнении расчетов следует использовать расчетные значения прочности ГМ RTрр, определяемые с учетом срока службы, значений длительной прочности , условий работы ГМ при строительстве и эксплуатации. За срок службы ГМ принимают срок службы сооружения или только срок консолидации грунтов слабого основания, если на период завершения консолидации устойчивость основания обеспечена. При отсутствии данных испытаний ГМ по методу длительного растяжения возможно назначение расчетного значения прочности ГМ RTpp по прочности при кратковременном одноосном растяжении RP по зависимости (3):

,

(3)

где A1 - коэффициент учета ползучести (коэффициент перехода от прочности на растяжение к длительной прочности), принимаемый по  гарантированным производителем данным, отраженным в технической документации;

A2 - коэффициент учета повреждения ГМ при транспортировке, монтаже и уплотнении грунта, принимаемый равным 0,95;

A3 - коэффициент учета стыковки, взаимного перекрытия и соединения полотен ГМ, принимаемый равным 0,8;

A4 - коэффициент учета влияния окружающей среды, принимаемый равным 0,9;

γb - коэффициент запаса для ГМ, принимаемый равным 1,25.

При проверке прочности ГМ методом  обратного расчета также используют зависимость (3) в следующем измененном виде:

,

(4)

где Tmax - максимальная погонная нагрузка, воспринимаемая ГМ.

В случае ограничения срока службы ГМ только периодом консолидации (срок службы в пределах 2 лет) значения коэффициентов A4, γb принимают равными 1,0.

Для определения необходимости  армирования слабого основания  и последующего определения расчетной  величины прочности на растяжение ГМ следует определить степень устойчивости неармированной насыпи на слабом основании  и коэффициент устойчивости (Ку). Если фактическое значение Ку < Кутреб(принимается Кутреб = 1,3), то выполняют расчет требуемой прочности ГМ в виде армирующей прослойки.

В качестве исходных расчетных данных принимают: геометрические параметры  насыпи (высота; ширина поверху); нагрузку от транспорта q = 30 кН/пог.м; показатель крутизны откосов m; плотность грунта насыпи ρ; φ - угол внутреннего трения и удельное сцепление С; мощность слоев грунта слабого основания, их плотность ρ (объемный вес).

Расчет выполняют путем разбивки предполагаемого отсека обрушения  на отдельные блоки, для каждого  из которых находят удерживающие и сдвигающие силы от собственного веса блока в сумме с нагрузкой q (рисунок 4).

Рисунок 4. Схема к расчету насыпи на слабом основании с учетом прослойки из ГМ

Коэффициент устойчивости неармированной насыпи определяется как отношение  удерживающих сил к сдвигающим силам  по формуле (5):

(5)

где σm = (Qi + qi)·cos βi - нормальная составляющая веса блока Qi и qi;

qi - нагрузка на поверхности насыпи от транспорта;

βi - угол наклона поверхности скольжения i-го блока к горизонту;

φi - угол внутреннего трения грунта блока в отсеке обрушения, включая его часть в слабом основании;

Ci - удельное сцепление грунта в пределах отрезка поверхности скольжения для данного блока.

Ti = (Qi + qi)·sin βi - тангенциальная составляющая веса блока с нагрузкой.

Координаты центра критической  поверхности скольжения (x0, y0) при ручном счете можно определить по графику Н. Янбу в зависимости от величины λ и средней крутизны откоса (в данном случае определяют безразмерные координаты x0, y0 критической поверхности скольжения). Абсолютные значения координат получают, умножая значения x0, y0 на высоту насыпи (Н). Величину λ вычисляют по формуле (6):

,

(6)

Особенности расчета устойчивости армированной насыпи состоят в следующем:

- для получения расчетного отсека  обрушения, соответствующего критической  поверхности скольжения и Ку = Кmin, в пределах каждого блока (до горизонта установки армоэлемента из геосинтетического материала) определяют дефицит удерживающих сил Ei как разность между удерживающими и сдвигающими силами. Их накопленную величину  ΣEi до горизонта установки армоэлемента должна воспринимать геосинтетическая прослойка;

- расчетную прочность  армоэлемента определяют по формуле 4, учитывая, что Tmax (максимальная погонная нагрузка) должна соответствовать накопленной величине дефицита удерживающих сил на предполагаемом горизонте расположения армоэлемента;

- расчет устойчивости с учетом  расчетной прочности ГМ RTpp выполняют по формуле (7):

(7)

При этом, если Ку > 1,3, то целесообразно уменьшить значение Rp ориентировочно на 25 % и выполнить расчет заново, обеспечив коэффициент запаса, равный 1,3 (или иное требуемое значение для конкретных условий строительства и эксплуатации).

 

 

Осадка насыпи. Расчет и наблюдение.

 

Величину погружения насыпи в болотную залежь (осадку насыпи) определяют по формуле

Sобщ = Sсж + Sот ,              (8)

где  Sобщ — общая осадка насыпи;

       Sсж    —  осадка сжимающихся ( уплотняющихся  ) слоев болотной залежи;

       Sот    —  осадка отдавливаемых слоев болотной  залежи, происходящая за счет  выдавливания (выпора) слабых грунтов  при любой скорости отсыпки,  частичного выдавливания грунтов  типа 3а при невозможности их  предварительного уплотнения в  течение строительного периода  вследствие того, что в силу  их высокой сжимаемости и низкой  прочности нагрузка от возводимой  насыпи растет быстрее, чем  упрочнение слабого грунта, боковых  деформаций слабых грунтов строительного  типа 2 при интенсивности отсыпки  насыпи в первые 10 сут более  2,0 м.

Осадку S oт вычисляют по формуле

S oт = oт× oт ,            (9)

где S i oт   — осадка i -го отдавливаемого слоя ;

      li oт   — относительная деформация i-го отдавливаемого слоя толщиной hi ;

       n      — количество расчетных слоев  болотной залежи.

Относительную деформацию loт определяют по таблице 5 в зависимости от значений сопротивления сдвигу t по крыльчатке расчетного слоя в природном залегании.

Таблица 5 — Относительная деформация l oт

t , МПа	l oт	t , МПа	l oт	t , МПа	l oт
0,001	1,00	0,006	0,55	0,011	0,20
0,002	1,00	0,007	0,45	0,012	0,15
0,003	1,00	0,008	0,37	0,013	0,10
0,004	0,82	0,009	0,30	0,014	0,05
0,005	0,67	0,010	0,25	0,015	0,00

Осадку S сж определяют по формуле 

Sсж = (h i - Si oт ) ,              (10)

где li сж — относительная вертикальная деформация расчетного слоя, полученная по данным испытаний в компрессионном приборе для нагрузки, действующей на этот слой.

При расчете осадки слабое основание  разбивают на расчетные слои в  соответствии с геологическим строением, прочностными и деформативными свойствами слабых грунтов и значением действующих  вертикальных напряжений по глубине.

При относительной мощности слабого  основания H / B1< 0,5 (Н — мощность слабых грунтов, В1 — ширина насыпи по подошве) вертикальные напряжения по глубине можно считать постоянными. Значение напряжений для всей мощности залежи в этом случае принимают равными расчетной нагрузке Ррасч. При H/B1 > 0,5 значение  напряжений следует рассчитывать по методике, изложенной в приложении Е.

Расчетную нагрузку Ррасч, действующую  на болотную залежь от массы возводимой насыпи, определяют с учетом положения  уровня грунтовых вод

Ррасч = К0 lсж + Р0 ,               (11)

где lсж — относительная осадка сжатия основания,

  .                (12)

Параметры нагрузки Ко и Р0 определяют по следующим формулам:

К0 = Н (1-loт ) ;   (13)

Р0 = rн (h +h гв) + (Н loт - h гв) ,           (14)

где rн и — соответственно, плотности грунта насыпи, расположенного выше и ниже уровня грунтовых вод;

       h — проектная  высота насыпи (рабочая отметка);

       h гв — расстояние  от поверхности болота до горизонта  грунтовых вод (см. рисунок 12.3);

loт = Soт / Н;

H — глубина болота.

Если h гв > S общ в формулах (13) и (14) принимают = rн .

Параметры сжимаемости liсж определяют по результатам компрессионных испытаний и расчет осадки ведут графоаналитическим методом. При отсутствии данных компрессионных испытаний допускается пользоваться номограммой (рисунок 5), построенной на основе обобщения результатов обработки многочисленных компрессионных кривых. В качестве характеристики сжимаемости болотной залежи принят коэффициент пористости е0.

Номограмма связывает четыре параметра: К0, Р0, lсж и е (е — средневзвешенное значение коэффициента пористости для болотной залежи) и позволяет путем одного наложения линейки, соединяющей две точки на шкалах К0 и Р0 в точке пересечения линии с заданным (е0), найти искомое значение lсж.

Продолжительность осадки t для достижения требуемой степени консолидации U слабого основания определяют по номограмме (рисунок 6) в зависимости от режима возведения насыпи, характеризуемого величиной нагрузки (Р1) , допускаемой по условиям устойчивости основания, и длительностью строительного периода (t 0) , в течение которого нагрузка на основание возрастает от Р1 до Ррасч.