А - подготовка траншеи; б - вид после устройства насыпи

При расчёте устойчивости необходимо учитывать заглубление подошвы насыпи относительно поверхности грунта. Расчёт глубины замены слабого грунта из условия ускорения осадки выполняют по формуле

(44)

где Н - полная толщина сжимаемого слоя;

t_тр - требуемый срок достижения осадки допускаемой интенсивности;

t_расч - расчётный срок достижения конечной осадки без замены слабого грунта.

Предварительное осушение слабой толщи

4.25. Существенное улучшение свойств водонасыщенных слабых грунтов, в том числе сокращение величины и длительности осадки, повышение несущей способности и проходимости в период строительства достигается предпостроечным осушением толщи открытыми канавами. Обязательным условием эффективности осушения являются достаточное время и обеспечение непрерывного стока воды из канав. В дальнейшем сооружения для предпостроечного осушения дорожной полосы должны служить водоотводными сооружениями в период эксплуатации дороги.

4.26. Осушение дорожной полосы следует выполнять не позднее, чем за год до строительства дорожной одежды (при стадийном строительстве устройство земляного полотна можно начинать одновременно с осушением).

При необходимости повышения проходимости болотных залежей в зоне производства работ их осушение выполняют за 1 - 2 года до начала строительства дороги.

Осушительные канавы следует устраивать симметрично по обеим сторонам земляного полотна на расстоянии 2 - 3 м от подошвы насыпи с максимально возможной глубиной по условиям стока воды и производства работ.

Продольный уклон по дну осушительных канав должен быть не менее 5 ‰ (на начальных участках длиной до 200 м - 3 ‰). Крутизна откосов осушительных канав должна быть принята от 1:0,25 для малоразложившихся торфов до 1:1 - для слабых органоминеральных и минеральных грунтов.

Лекция 2. Метод предварительной консолидации

Вопрос 1. Метод постепенного загружения слабого основания

4.27. Наиболее простым и достаточно эффективным методом повышения несущей способности слабого основания насыпи является метод постепенного его загружения (предварительной консолидации).

Постепенное загружение применяется на основаниях 2-го типа, а также на основаниях 1-го типа при использовании временной пригрузки в случаях, когда прочность слабых грунтов в природном состоянии недостаточна для восприятия расчётной нагрузки.

4.28. Метод постепенного загружения заключается в назначении определённого режима возведения насыпи для необходимого повышения прочности слабого грунта расчётного слоя при уплотнении под давлением отсыпаемых слоев насыпи. Требуемый режим возведения насыпи определяется, исходя из условия Р_факт < P_без, которое должно соблюдаться в процессе сооружения насыпи.

Применение метода постепенного загружения будет тем эффективнее, чем интенсивнее упрочняется слабый грунт. В этом отношении наиболее благоприятными являются торфяные грунты. Грунты типа иольдиевых глин и глинистые грунты группы А, Б, В (см. п. 2.23) упрочняются мало, в связи с чем применение рассматриваемого метода для них оказывается малооправданным.

4.29. Расчёт режима постепенного загружения слабого основания производится с учётом взаимосвязи показателей влажности, прочности и осадки слабых грунтов. При этом расчётную влажность толщи, соответствующую той или иной величине осадки S_t,устанавливают по формуле

(45)

где W_нач и W_кон - соответственно начальная и конечная (т.е. эквивалентная заданной нагрузке) влажность грунта;

S_t - осадка за любой момент времени;

S_кон - расчётная (конечная) осадка при данной нагрузке.

Примечание. Формула применима при S_t / S_кон ≥ 0,4.

4.30. Расчет целесообразнее выполнять графоаналитическим методом в следующем порядке:

- задаются тремя-четырьмя значениями осадки S_t и, зная расчётную (конечную) осадку S_кон, вычисляют значения расчётной влажности, отвечающие этим осадкам, по приведённой формуле;

- по экспериментальным расчётным кривым _w = f(W) и c_w = f(W) определяют значения _w и c_w для полученных значений влажности;

- при найденных _w и c_w вычисляют значения P_без и строят зависимость Р_без = f(S);

- полученную кривую заменяют некоторой ступенчатой линией, отображающей реальный характер процесса отсыпки насыпи; ступенчатую линию проводят таким образом, чтобы её абсциссы не отличались более чем на 10 % от абсцисс заменяемых криволинейных участков (что обеспечит примерное постоянство фактической нагрузки). Построенная линия представляет собой допустимый режим отсыпки насыпи, представленный в функции от величины осадки;

- определяют расчётные значения вертикальных сжимающих напряжений в слое при принятых ступенях прикладываемой нагрузки и строят консолидационные кривые для этих ступеней в виде зависимости осадки основания от времени при различных нагрузках на поверхности;

- используя график реального режима отсыпки и построенные кривые консолидации, строят график осадки во времени с учётом режима нагружения.

График даёт возможность получить искомую зависимость режима нагружения слабого основания в зависимости от времени. Эту зависимость можно перестроить непосредственно в технологический график зависимости толщины отсыпаемого слоя от времени.

4.31. Метод расчёта основан на учёте скорости осадки и изменении состояния и свойств грунтов на этапе фильтрационной консолидации (т.е. без учёта вторичной консолидации).

При слоистой толще расчёт осложняется, однако принцип сохраняется такой же. В таких случаях необходимо учитывать, что на разных этапах консолидации опасным может быть не один и тот же слой слабой толщи.

4.32. Для упрощения практических расчётов можно выполнять их в обратном порядке: задавшись режимом нагружения, наиболее реальным для конкретных условий производства земляных работ, проверяется возможность его осуществления путём сравнения величины безопасной нагрузки на несколько моментов времени с фактической нагрузкой на те же моменты времени. Если безопасная нагрузка окажется в какой-либо момент меньше действующей, то необходимо изменить режим отсыпки и повторить расчёт.

Величины ступеней нагружения целесообразнее принимать кратными толщинам слоев, принимаемым по условиям технологии послойного уплотнения грунтов насыпи.

Пример расчёта режима возведения насыпи приведён в приложении 5 (Д).

Вопрос 2. Устройство боковых пригрузочных призм (берм)

4.33. При наличии достаточной полосы отвода и небольшом расстоянии перевозки грунта для отсыпки насыпи эффективным способом обеспечения несущей способности основания является устройство боковых пригрузочных призм (берм).

Для устройства пригрузочных призм пригодны любые грунты за исключением переувлажнённых. Ширина призм для удобства планировочных работ должна быть не менее 4 м. Поверхность призм должна иметь поперечный уклон 20 - 30 ‰.

При проектировании боковых пригрузочных призм расчётом определяют их высоту и ширину (h_б.пр., l_б.пр), исходя из допустимой нагрузки.

4.34. Для слабых грунтов, угол внутреннего трения которых более 5 - 7°, величина допускаемой нагрузки с учетом боковой призмы ориентировочно рассчитывается по формуле для полосовой нагрузки

(46)

где

с - расчетное сцепление грунта слабой толщи;

2b_ср - ширина насыпи по средней линии;

_т - средневзвешенный удельный вес слабой толщи;

_пр - удельный вес грунта боковой призмы.

Отсюда требуемая толщина пригрузочных призм, обеспечивающая условие, при котором расчетная нагрузка P_расч будет соответствовать безопасной, определится выражением

(47)

(48)

4.35. Для самой пригрузочной призмы допускаемая нагрузка может быть ориентировочно определена по формуле для допустимой краевой нагрузки невесомого основания и  < 5 7°

(49)

Отсюда максимальная допустимая высота (толщина) призм рассчитывается по формуле

(50)

4.36. Необходимая ширина пригрузочных призм устанавливается из условия активного воздействия в точках и зонах, в которых напряжённое состояние от веса самой насыпи оказывается наиболее опасным по условию нарушения прочности слабого грунта.

При мощности слабой толщи H > H_max ширина призмы должна быть не менее

(51)

При Н < Н_max соответственно имеем

(52)

где b_ср - полуширина проектной насыпи (без пригрузочных призм) по средней линии.

Величина Н_тах устанавливается по выражению

(53)

4.37. Значение угла видимости  определяется из выражения:

(54)

Для графического определения угла видимости строится зависимость y₁ = sin / π - левая часть этого выражения. Затем на ту же сетку координат наносят прямую у₂ = т + п (здесь т = с ∙ cos / p_o; n = sin / ), представляющую собой правую часть данного выражения. Абсцисса первой от начала координат точки пересечения построенных функций определит искомое значение угла .

Пример расчёта пригрузочных призм (берм) дан в приложении 5 (Д).

Вопрос 3. Применение лёгких насыпей

4.38. Устройство легких насыпей может применяться для:

- обеспечения устойчивости основания;

- снижения осадки и ускорения достижения ее допустимой величины.

В этом случае в конструкции насыпи частично используют различные материалы, имеющие меньшую плотность, чем природный грунт. В качестве таких материалов возможно применение пенополистирола, легкого шлака, искусственных гранулированных материалов и т.п. Подобные конструкции экономически оправданны на участках небольшой протяженности при высокой стоимости других мероприятий по обеспечению устойчивости и ускорению осадки насыпи.

Расчет облегченной конструкции насыпи для обеспечения устойчивости и снижения и ускорения осадки основания сводится к определению требуемого уменьшения средневзвешенной величины удельного веса насыпи.

4.39. При применении легкой насыпи для повышения устойчивости основания исходят из обеспечения равенства действующей расчетной нагрузки р_о безопасной .

(55)

Требуемая доля легкого материала в единице объёма насыпи устанавливается по формуле

(56)

где _н - удельный вес грунтовой части насыпи;

- средневзвешенный удельный вес насыпи, при котором обеспечивается условие (55);

- безопасная нагрузка на основание, определяемая по п. 3.30 основного текста;

h_н - расчетная высота насыпи;

 - разность между удельными весами грунта и легкого материала, используемых в насыпи.

Величина вычисляется по формуле

(57)

4.40. При применении легкой насыпи с целью снижения (и ускорения) осадки расчетную осадку на квазиоднородной сжимаемой толще, мощностью Н, приближенно определяют по формуле

(58)

где Н - мощность сжимаемой толщи;

Е₀ - средневзвешенный компрессионный модуль деформации слабой толщи.

Для снижения осадки до допустимой величины S_доп необходимо снизить величину удельного веса насыпи до , при которой осадка будет равна допустимой.

Требуемый для выполнения этого условия средневзвешенный удельный вес насыпи определяют по выражению

(59)

где δ^тр = S₀ - S_доп.

При этом требуемая объёмная доля легкого материала может быть определена по формуле (56).

Схема конструкции насыпи, в которой использованы блоки пенополистирола, приведена на рис. 4.6.

Рис. 4.6. Схема конструкции насыпи с использованием блоков пенополистирола:

1 - песчаный грунт; 2 - пенополистирол; h_p - рабочий слой (из песчаного грунта); h_н - монтажный слой

Временное понижение грунтовых вод

4.41. В индивидуальных случаях на ответственных дорожных объектах ускорения осадки насыпи можно добиться путём временного понижения уровня грунтовых вод. Наибольший эффект этот метод даёт в комплексе с временной пригрузкой. Снижение уровня грунтовых вод в слабой толще обеспечивает временное увеличение нагрузки на нижние слои толщи за счёт исключения взвешивания верхних слоев, а также способствует ускорению консолидации за счёт обеспечения дополнительного градиента напора в поровой воде.

Временное понижение уровня грунтовых вод производят иглофильтрами и другим специализированным оборудованием.

Лекция 3. Использование свайных конструкций для повышения устойчивости слабого основания

Вопрос 1. Свайные конструкции из зернистых материалов

4.42. Для повышения устойчивости и снижения осадки слабых грунтов назначаются песчаные сваи. Эффект от работы песчаных свай проявляется за счёт восприятия ими части нормальных напряжений от веса насыпи, за счёт бокового обжатия слабого грунта в межсвайном пространстве и в ускорении отжатия поровой воды.

В грунтах, обладающих структурной прочностью (иольдиевые глины и т.п.), применение песчаных свай особенно эффективно.

4.43. Песчаные сваи могут быть опёртыми, доходящими до подстилающих слабую толщу прочных пород, и висячими, не достигающими подстилающих слоев. Висячие песчаные сваи устраивают при большой мощности слабого слоя, когда устройство опёртых свай оказывается технически сложным.

Песчаные сваи устраивают специальным оборудованием с обсадными трубами (лидер) диаметром 0,4 - 0,8 м, аналогичным оборудованию для устройства вертикальных дрен. В плане сваи располагают по квадратной или ромбической сетке.

4.44. Если сваи предназначаются для обеспечения прочности (устойчивости) основания насыпи, то расчётом определяется минимальная величина сближения свай т (отношение диаметра свай d к расстоянию между сваями в свету l), при которой соблюдается условие К_с ≥ 1, где К_с - коэффициент запаса, вычисляемый для торфяной взвешенной толщи по формуле

(60)

где c_w и _w - сцепление и угол трения слабого грунта при расчетной влажности;

p_z - вертикальные нормальные напряжения в грунте межсвайного пространства;

р_x - то же, горизонтальные;

р' - предварительное обжатие слабого грунта, возникающее при внедрении лидера.

Величину р' определяют по компрессионной кривой как напряжение, необходимое для уменьшения коэффициента пористости грунта в природном залегании ₀ до величины ₁, отвечающей пористости грунта, уплотненного в результате внедрения свай и определяемого из выражения

(61)

Вертикальные р_z и горизонтальные р_x напряжения определяются по специальным таблицам приложения 6 (Е), где они даны в долях от давления на основание без свай p_o = p_расч и в зависимости от коэффициента бокового давления материала сваи ξ и коэффициента поперечной деформации слабого грунта μ_г.

Величина ξ принимается:

для песка крупного 0,33

средней крупности 0,34

мелкого и пылеватого 0,36

При известном угле внутреннего трения материала заполнения ξ может быть вычислен по формуле

(62)

Коэффициент поперечной деформации может быть вычислен по формуле

(63)

Можно принимать величину ξ:

- для торфа 0,76

- для глинистого грунта пластичной консистенции 0,30 - 0,40

- для глинистого грунта текучей консистенции 0,40 - 0,45.

Рис. 4.7. Схема для расчета оснований с песчаными сваями:

Н - мощность слабой толщи; L - расстояние междупесчаными сваями в свету; d - диаметр песчаной сваи; S ₀ - осадка основания без сваи;S_t - осадка основания со сваями;S_x / 2 - боковая деформациясвай; Р - нагрузка на межсвайное пространство;Р ₀ - нагрузка от веса насыпи; Р_c - нагрузка на сваи

4.45. Расчёт песчаных свай для повышения устойчивости основания заключается в следующем (рис. 4.7).

Необходимо определить сближение свай m = d / l,при котором коэффициент запаса (или безопасности) К_зап = 1,0, т.е. при равенстве вертикальных напряжений в межсвайном пространстве Р_z и безопасной допустимой нагрузки на основание Р_без при перераспределении нагрузки между сваями и грунтом в межсвайном пространстве. Расчёт требуемого сближения свай основывается на данных специальных таблиц, приведённых в приложении 6 (Е). В данном приложении сохранены обозначения разработчиков указанных таблиц, а именно: Р ₀ - нагрузка от веса насыпи; P_z - вертикальное напряжение от веса насыпи; Р_x - горизонтальное напряжение от бокового обжатия грунта; λ_в и λ_г - соответственно относительная вертикальная и горизонтальная деформации слабого грунта.

В таблицах даны отношения P_z / P₀; P_x / P₀; λ_в / λ; λ_г / λ при различных значениях сближения свай т в зависимости от коэффициента бокового давления материала свай ξ, коэффициента бокового расширения грунта основания μ и относительной осадки слабого основания λ.

Для определения по указанным таблицам требуемого сближения свай m_тр необходимо для каждого случая знать коэффициент бокового давления материала свай ξ и коэффициент бокового расширения грунта основания μ.

Коэффициент бокового давления ξ для песка можно принять: для крупного песка - 0,33; песка средней крупности - 0,34; песка мелкого и пылеватого - 0,36. Коэффициент поперечной деформации μ для глинистых грунтов мягкопластичных и текучепластичных можно принять равным 0,3 - 0,4; текучих - 0,45.

Значения ξ, и μ могут быть рассчитаны по формулам

(64)

где  - угол внутреннего трения материала свай;

(65)

где _о - начальный коэффициент пористости грунта основания.

4.46. Для полученных значений Р_z / Р_o; μ и относительной деформации грунта основания без свай (в условиях компрессионного сжатия) находим по таблице требуемую величину сближения свай m_тр для обеспечения устойчивости конструкции, вертикальную и горизонтальную относительную деформацию основания в долях от λ (λ_в / λ и λ_г / λ).

С учётом найденного требуемого сближения свай (m_тр = d / l) назначается диаметр свай d и расстояние между ними l. Диаметр назначается в пределах 0,8 - 1,0 м, расстояние между сваями в свету - от 1,5 до 2,5 м.

4.47. Если по таблицам получаем m_т > 1 (при указанном выше диапазоне изменения d и l),то это означает, что в данном случае прочность слабых грунтов не обеспечена. При получении такого результата рассматривается другая конструкция (например, несжимаемые сваи) или определяется максимальная высота насыпи, при которой достигается прочность грунтов основания со сваями с заданным диаметром и расположением свай. В последнем случае насыпь отсыпается в два этапа.

4.48. Методика расчёта минимальной высоты насыпи заключается в следующем.

Принимается величина т; при этом имеем для расчётов ξ, μ, λ. По таблице определяется величина Р_z / Р_o = А. Принимаем P_z = P_{без ,}так как для обеспечения устойчивости необходимо соблюсти эти условия. Величина Р_без рассчитывается по формулам, приведённым в п. 3.30. При наличии у грунта структурной прочности на сжатие Р_стр и структурного сцепления с_с величина безопасной нагрузки может быть найдена с учётом Р_без Р_стр по формуле Р_без = с_с / .

С учётом отношения Р_z / Р ₀определяется максимально допустимой высота насыпи h_max по формуле

(66)

где  - удельный вес грунта насыпи.

4.49. Если не требуется ускорение осадки насыпи, то после расчёта параметров свай, исходя из условий прочности, рассчитывается величина осадки армированного основания S'.

Расчёт выполняется по формуле

(67)

где _i - среднее напряжение в пределах рассматриваемого слоя от расчётной нагрузки (от веса насыпи);

Н_i - толщина слоя;

Е_m - приведённый модуль деформации армированного основания.

(68)

где  - относительная площадь армирующих элементов:

(69)

E_гр - модуль деформации слабого грунта;

Е_св - модуль деформации песка в сваях;

п - количество свай на единице длины, выбранной произвольно с учётом длины участка, для которого рассчитываются сваи;

F_св - площадь сваи;

F_ос - площадь основания на единице длины.

4.50. Для исключения осадки слабых грунтов в основании рассчитывается такая свайная конструкция, которая обеспечивает уплотнение грунта до плотности, при достижении которой практически не будет происходить его дальнейшее уплотнение под нагрузкой от веса насыпи. При принятом диаметре свай и шахматном их расположении для такого случая необходимое расстояние между сваями рассчитывается по формуле

(70)

где _с - начальный удельный вес сухого грунта;

_ср - удельный вес грунта, соответствующий нагрузке от веса насыпи Р ₀ и определяемый по компрессионной кривой.

4.51. Если необходимо ускорение осадки слабого основания при допущении её прохождения, то свайная конструкция, рассчитанная из условия обеспечения прочности слабых грунтов, рассчитывается ещё и по методике расчёта свай-дрен. Последовательность методики расчёта свай-дрен заключается в следующем.

Рассчитывается фактор времени в вертикальном Т_в и в горизонтальном Т_г направлении по формулам и графикам, данным для расчёта дрен. По значениям Т_в и Т_г определяется степень консолидации, достигаемая в вертикальном U_в и в горизонтальном U_г направлении. Далее рассчитывается общая степень консолидации U_общ по формуле

(71)

4.52. Если полученное расчётом значение U_общ равно требуемой степени консолидации слабого основания U_тр, то может быть принята конструкция при ранее определённом расстоянии между сваями l.

Если U_общ < U_mр, то расчёт следует повторить при меньшем значении l.

Пример расчёта песчаных свай-дрен приведён в приложении 5 (Д).

4.53. В тех случаях, когда обеспечение прочности слабого грунта и ускорение его осадки не могут быть достигнуты с помощью свай-дрен, следует рассмотреть следующие варианты:

- назначение несжимаемых свай (СНиП 2.02.03-85);

- эстакада (СНиП 3.06.04-91).

Окончательный вариант конструкции насыпи на слабом основании и дополнительные мероприятия по обеспечению прочности и исключению недопустимых по величине и интенсивности осадок принимаются с учётом:

1) технико-экономического обоснования;

2) сроков и условий строительства;

3) наличия необходимой техники и материалов, а также организации, имеющей опыт проведения соответствующих работ.

Вопрос 2. Усиление основания жесткими сваями

4.54. В зависимости от конкретных условий усиление основания насыпи жесткими сваями может предусматриваться:

- для повышения устойчивости;

- для получения практически безосадочного основания при природных механических свойствах слабой толщи.

Исходная схема в случае применения свай-стоек представлена на рис. 4.8.

Схема перераспределения внешней нагрузки от веса насыпи при наличии свай представлена на рис. 4.9 и 4.10.

4.55. При расчете свайного основания находят оптимальное сочетание:

диаметра свай;

расстояния между сваями;

прочности материала свай.

4.56. Требуемая прочность материала свай при отсутствии ростверка определяется по формуле

(72)

где L - расстояние между сваями в осях, м;

 - уд. вес насыпи, т/м³;

h_н - высота насыпи, м;

D - диаметр свай, м;

 - угол внутреннего трения грунта насыпи.

Примечание. Данное выражение можно применять при высоте насыпи более:

Рис. 4.8.

Рис. 4.9.

Рис. 4.10.

Приближённо максимальную требуемую прочность свай, независимо от наличия ростверка и высоты насыпи, можно оценивать по формуле

(73)

4.57. Величину средней осадки слабой толщи в межсвайном пространстве при высоте насыпи более определяют по выражению

(74)

где H _т - мощность сжимаемой толщи;

Е_о - компрессионный модуль деформации слабой толщи.

4.58. За допустимую осадку в межсвайном пространстве в зависимости от конкретных условий (категории дороги, сложности инженерно-геологической обстановки и т.п.) следует принимать:

- для наиболее ответственных сооружений  _доп. = 10 см;

- для прочих случаев _доп. = 0,05 H _т.

4.59. Если вычисленная осадка _м.с. будет больше  _доп, следует предусмотреть устройство гибкого ростверка. Ростверк устраивается из 1 - 3-х слоев геосинтетических полотен или решетки, обладающей параметрами механических свойств - жесткости (G, т/м) и прочности (R_o,т/м).

Расчетная схема деформации гибкого ростверка представлена на рис. 4.11.

Рис. 4.11. Схема деформации гибкого ростверка:

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

---

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: