Zabor-33.ru

Строительный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Пример расчет устойчивости откосов насыпи

Рекомендации по применению текстильно-песчаных свай при строительстве автомобильных дорог на слабых грунтах основания федеральное дорожное агентство

Для обеспечения несущей способности слабого основания и устойчивости откосов насыпи принято армирование основания текстильно-песчаными сваями (рисунок Б.1) со следующими параметрами: диаметр свай — 0,8м (с заполнением песком средней крупности); расстоянием между осями свай 2м; оболочка свай – геополотно тканое 100/200 (прочность при растяжении поперечном направлении 220 кН/м; относительное удлинение при максимальной нагрузке в поперечном направлении 10%).

dсв – диаметр свай; L – расстояние между осями свай

Р и с у н о к Б.1- Параметры армирования основания текстильно-песчаными сваями

Последовательность расчета стадии комплексной технологии.

А) Первая стадия комплексной технологии. Устройство рабочей платформы

Применение интенсивной технологии на первой стадии состоит в уплотнении активной зоны слабого основания и обеспечении несущей способности слабых грунтов для работы вибропогружателя Liebherr LRB255 (ширина вибропогружателя – 3,49 м; длина – 5,89 м; ширина гусеницы – 0,9 м) с максимальной нагрузкой (c учетом навесного оборудования) 69,4 кПа.

Через защитный слой из песка толщиной 0,5м на поверхность слабого грунта нагрузка от вибропогружателя Liebherr LRB255 составляет 53,4 кПа. Под этой нагрузкой Кб, рассчитанный по формуле (7.1), составляет 0,78 (при величине безопасной нагрузке, определенной в приложении А, в размере 41,67 кПа). Следовательно, нагрузка от вибропогружателя является не допустимой.

Для повышения несущей способности на первой стадии производится уплотнение грунтов через защитный слой. Виброкаток следует подбирать по допустимой нагрузке на слабое основание по условию (7.5) п.7.3 настоящего ОДМ. Допустимой нагрузке должно соответствовать давление выбираемого виброкатка на поверхность слабого основания Рк через защитный слой, которое зависит от веса, центробежной силы, ширины следа и длины вибровальца [8].

В данном примере выбор параметров катков фирм НАММ, BOMAG, Dynapac показал возможность применения катка Dynapac CA252D с максимальной рабочей массой 13,6 т, амплитудой 1,7/0,8 мм, центробежной силой 246/119 кН. Его давление на слабое основание через защитный слой толщиной 0,5м при работе катка на низкой амплитуде составляет 35,7 кПа, при высокой амплитуде – 74,62 кПа. Увеличение несущей способности грунта происходит в процессе уплотнения, изменения влажности и плотности. Уплотнение слабого основания грунтовым катком Dynapac CA 2500D следует продолжать до достижения прочностных характеристик грунтов (определяются полевой лабораторией по методике ГОСТ 20276), соответствующих величине безопасной нагрузки, превышающей нагрузку от вибропогружателя Liebherr LRB255 на слабое основание (больше 53,4 кПа).

Б) Вторая стадия комплексной технологии — устройство свай методом вибропогружения

1. Повышение несущей способности межсвайного пространства от устройства текстильно-песчаных свай

При использовании метода вибропогружения повышение несущей способности слабого основания происходит при погружении трубы-лидера с вытеснением и уплотнением грунта. Относительная площадь армирующих элементовопределяется по формуле (7.7) и составляет 16% для диаметра свай 0,8м и расстояния между осями свай 2м. Новое значение плотности после устройства текстильно-песчаных свай с 16% армированием слабого основания составляет:

Читайте так же:
Мдф откосы для металлической двери

За счет увеличение плотности модуль деформации Е возрастет в соответствии с Рекомендациям [8] до значения 3732кПа.

2. Повышение несущей способности межсвайного пространства под эксплуатационной нагрузкой

Необходимо учитывать, что уплотнение межсвайного пространства происходит и под эксплуатационной нагрузкой, за счет деформации текстильно-песчаных свай rго после возведения насыпи. Для расчета величины rго в соответствии с п.7.4.1.2 настоящего ОДМ необходимо определить распределение напряжений между сваями и межсвайным пространством от эксплуатационной нагрузки.

В соответствии п.7 настоящего ОДМ распределение напряжений между сваями и межсвайным пространством от эксплуатационной нагрузки, а также определение горизонтальных напряжений в свае следует устанавливать по результатам испытаний свайного поля или ориентировочно по методике Пособия [6] в зависимости от сближения свай, коэффициента бокового давления материала свай и коэффициента бокового расширения грунта основания. По таблице 6Е Пособия [6] и п.7.3 настоящего ОДМ распределение напряжений, действующих на сваи и межсвайное пространство, составляет соответственно 62 % и 38 %, горизонтальные напряжения в свае составляют 41% от общей нагрузки на поверхность основания. Тогда, для данного примера при расстоянии между осями свай 2 м и диаметре 0,8 м размер горизонтальных напряжений в свае Рx составляют 30,3 кПа, а величина напряжений, действующих на межсвайное пространство составляет 44,9 кПа. Деформация текстильно-песчаных свай rго определяется по формуле (7.12) и составляет:

Деформация текстильно-песчаных свай позволила увеличить плотность межсвайного пространства до 2,09 г/см 3 . Изменение прочностных характеристик после уплотнения межсвайного пространства в ходе устройства свай определяются полевой лабораторией по методике ГОСТ 19912. Прогнозные данные характеристик грунтов могут быть определены по методике, изложенной в [17], в частности сцепление «С» определяется по зависимости изменения плотности и составляет 21 кПа, угол внутреннего трения определяется по зависимости изменения влажности и составляет 22,3 град, модуль деформации Е возрастет за счет уплотнения по Рекомендациям [8] до значения 3810кПа.

В) Проверка несущей способности грунтов межсвайного пространства после 2-й стадии КТ должна быть выполнена применительно к новым, улучшенным на 1-й и 2-й стадиях значениям прочностных характеристик грунтов

Безопасная нагрузка на межсвайное пространство и Кб при устройстве свай должны быть уточнены по формуле (7.1) с учетом улучшения прочностных характеристик (сцепления и угла внутреннего трения) от применения первой и второй стадии комплексной технологии. В примере безопасная нагрузка на слабые грунты межсвайного пространства после устройстве текстильно-песчаных свай методом вибропогружения, определенная по формуле (А.1), составляет Рб = 21 / 0,24 = 87,5 кПа; коэффициент безопасности, рассчитанный по формуле (7.1) для ранее определенных напряжений на межсвайное пространство 44,9 кПа, составляет 1,94.

Коэффициент безопасности межсвайного пространства под эксплуатационной нагрузкой больше допустимого значения 1, следовательно, основание обладает достаточной стабильностью. Проверим основание по второму предельному состоянию – определим конечную осадку межсвайного пространства по формуле (7.18):

Читайте так же:
Саморезы для наружных откосов

,

где Егр — модуль деформации слабого грунта после устройства свай, кПа;

Pz,1 — напряжения, действующие в середине слабой толщи межсвайного пространства и определяемые по формуле А.2 в зависимости от нагрузки на поверхности, равной 44,9кПа.

Величина Sм/c превышает допустимую по СП 34.13330 (п.7.3.2) интенсивность осадки, межсвайного пространства, равную 5см/год. Для уменьшения осадки необходима разгрузка межсвайного пространства за счет устройства гибкого ростверка.

Г) Расчет 3-й стадии комплексной технологии (устройство гибкого ростверка)

Геополотно для гибкого ростверка следует выбирать по [5] и в соответствии с п.7 настоящего ОДМ в зависимости от осадки 0,041м, требуемой прочности на растяжение в продольном направлении и относительного удлинения по условию п.7.4.1.5. настоящего ОДМ:

В примере по этим требованиям выбран геополотно тканое из полиэфирных нитей поверхностной плотностью 605 г/м 2 с относительным удлинением =0,1 (достаточно с учетом прогноза снижения осадки при устройстве ростверка) и прочностью при растяжении в продольном направлении Gтр=400 кН/м (таблица Д.4 приложения Д).

Устройство гибкого ростверка приводит к изменению соотношения напряжений, действующих на сваю и межсвайное пространство. После 2-й стадии указанное соотношение составляло 62 % нагрузки на сваю, 38 % (44,9кПа) на межсвайное пространство. Развивающиеся в геотекстиле усилия составят Ro = 0,097 ∙ 400 = 38,8 кН/м. Эти напряжения геотекстиль будет передавать на 4 сваи диаметром 0,8м. После устройства гибкого ростверка на каждую сваю будет действовать дополнительная нагрузка, передаваемая гибкого ростверка в размере 38,8 / 4 ∙ 0,8 = 12,1 кПа. Следовательно, напряжения на межсвайное пространство уменьшится и составит 44,9 – 12,1 = 32,8 кПа. Распределение нагрузки между сваями и слабым грунтом составит 73 % на сваи и 27 % на межсвайное пространство.

Проверим осадку межсвайного пространства на соответствие требованиям по формуле (7.18):

,

где Pz,2=24,2 (кПа) — напряжения, действующие в середине слабой толщи межсвайного пространства (при напряжении на поверхности 32,8кПа после устройства гибкого ростверка).

Осадка межсвайного пространства отвечает допустимой величине.

В соответствии с требованиями п.7.5.3 настоящего ОДМ необходимо проверить конечную осадку свайного поля под эксплуатационной нагрузкой, которая составляет:

,

где Pz,1=68,7 (кПа) — напряжения, действующие в середине армированного сваями основания (при напряжении на поверхность свайного поля 73,8кПа);

Еm=8320 (кПа) — модуль деформации армированного сваями основания, определяемый по формуле (7.19).

Общая осадка свайного поля под эксплуатационной нагрузкой соответствует допустимой величине.

По результатам применения трех стадий комплексной технологии установлено, что устройства текстильно-песчаных обеспечивает нормативные требования по несущей способности и допустимой осадке слабых грунтов. Окончательным этапом является проверка устойчивости дорожной насыпи.

Д) Оценка устойчивости откосов автодорожной насыпи на слабом основании, армированном текстильно-песчаными сваями

Для определения устойчивости откосов автодорожной насыпи был выполнен расчет в программном продукте «GEO-Slope», который учитывает размещение геосвай в слабом основании.

Р и с у н о к Б.2 — Оценка устойчивости откосов насыпи после устройства свай в ПК ПК «GEO-Slope»

Читайте так же:
Как сделать откос траншеи

Результаты расчетов в «GEO-Slope» показали значение коэффициента устойчивости в размере 1,69, что выше требуемого значения. Из результатов расчета (рисунок Б.2) следует, что применение 3-х стадии комплексной технологии обеспечивает заданный коэффициент устойчивости насыпи и может быть рекомендовано в качестве конструктивно-технологического мероприятия для повышения несущей способности слабых оснований и устойчивости откосов дорожных насыпей.
Приложение В.

Техногенный грунт: классификация и характеристики

Техногенные грунты – это естественные грунты и почвы, которые подверглись изменению и перемещению в результате производственной и хозяйственной деятельности человека. Такой материал также называют искусственным грунтом. Изготавливают его для промышленных нужд, а также для благоустройства городских территорий.

Предназначение искусственного грунта

Техногенные грунты часто используют в качестве основания жилых, инженерных и промышленных построек. Также из данного материала сооружают железнодорожные насыпи и земляные плотины.

Как правило, объемы строительства на техногенных грунтах измеряются сотнями миллиардов кубических метров.

Инженерно-геологические свойства грунта

Характеристики грунта определяются составом его материнской породы или отходов, полученных в ходе его обработки. Также инженерно-геологические свойства техногенного грунта можно определить характером воздействия на него человека. Чтобы специалисты смогли безошибочно определить характеристики добытого строительного материала, был создан ГОСТ под номером 25100-95. Он называется «Грунты и их классификация». В данном документе материал для постройки инженерных сооружений (насыпей и фундаментов зданий) выделен в отдельный класс.

Классификация техногенных грунтов состоит из нескольких групп:

  • 1 группа: скальные, мерзлые и дисперсные. Отличить их можно по характеру структурных связей.
  • 2 группа: связные, скальные, несвязные, не скальные и ледяные. Друг от друга они отличаются прочностью.
  • 3 группа: природные образования, которые изменились во время естественного залегания в земле, а также природные перемещенные образования, измененные в результате физического и физико-химического воздействия. Также к третьей группе специалисты относят насыпные и намывные грунты, которые были изменены в результате теплового воздействия.

Также класс техногенных грунтов определяется делением его на типы и виды. Подразделяют по вещественному составу, наименованию, воздействию, происхождению, условию образования и прочим условиям. Многие специалисты считают, что существующая классификация техногенных насыпных грунтов имеет ряд недостатков и требует некоторых уточнений.

Культурные слои

Культурными слоями называют образования своеобразного состава, обусловленного геологическими условиями местности, где залегает материал. Он определяется характером хозяйственной деятельности. Такой техногенный грунт имеет неоднородный состав по вертикали и площади. В современном мире его активно используют в строительстве.

Чтобы добыть культурный слой, который залегает на несколько сотен метров в глубине земли, требуется разработать способ инженерно-геологического изыскания. Во время проведения таких работ от инженеров потребуется организовать места для сбора строительного мусора, а также бытовых и производственных отходов. Стоит учесть, что проведение таких работ на территории старых кладбищ и скотомогильников строго запрещено российским законодательством.

Читайте так же:
Трава защита от эрозии откосов

Перемещенные природные образования

Природными перемещенными образованиями называют такие грунты, которые были изъяты из мест его естественного залегания, а затем подверглись частичной производственной переработке. Данный строительный материал формируется из дисперсных связных и несвязных грунтов.

Скальные и полускальные породы сначала дробят на станках, а затем перемещают их уже как дисперсные крупнообломочные грунты. Также поступают и с мерзлыми горными породами. По способу укладки перемещенные образования разделяют на намывные и насыпные. В свою очередь насыпные грунты в зависимости от природы образования подразделяются на планомерно и непланомерно отсыпные. Также их делят в зависимости от применения на строительные и промышленные.

Благодаря прочностным характеристикам техногенных грунтов их используют для строительства автомобильных и железнодорожных насыпей. Также данный материал используют для возведения плотин, дамб, оснований для зданий.

Особенности грунтов

К инженерно-геологическим особенностям техногенных грунтов, используемых в строительстве насыпей и отвалов, относят:

  1. Нарушение структуры породы в теле насыпи в результате снижения прочности строительного материала.
  2. Фракционирование грунта и самовыполаживание откосов.
  3. Изменение прочности. Сопротивление сдвигу увеличивается в связи с уплотнением или снижается в результате сильного увлажнения.
  4. Образование в водонасыщенных грунтах насыпи порового давления, в результате которого повышается риск возникновения оползней.

В зависимости от литологического состава специалисты делят насыпи на два вида: однородные и неоднородные. Данный фактор изменчив и зависит от естественного фракционирования данного стройматериала в процессе отсыпки. При этом мелкие фракции обычно концентрируются в верхней части насыпи, а крупные – в нижней. Так происходит в результате использования разнородных по составу стройматериалов.

Прочность грунта

Прочностные характеристики насыпных техногенных грунтов определяют, учитывая условия формирования откосов. При расчетах устойчивости насыпи инженерам необходимо учитывать незавершенность уплотнения грунтовой массы, которая оценивается уже после проведения сдвиговых испытаний.

Максимальная плотность техногенного грунта, который используется для сооружения насыпей, достигается по истечении нескольких лет и зависит от вида используемого материала. К примеру, супесчано-песчаные грунты с примесями из торфа уплотняются в течении 2-4 лет с момента завершения строительства. Суглинки и глины достигают максимальной плотности в течение 8-12 лет. Насыпи из супеси и пески средней и мелкой фракции уплотняются в течение 2-6 лет.

Намывной грунт

Намывной техногенный грунт создается с помощью гидромеханизации с использованием системы трубопроводов. В процессе строительства специалисты выполняют организованные и неорганизованные намывы. Первые необходимы для инженерно-строительных целей. Их сооружают уже с заранее заданными свойствами. С помощью таких сооружений намывают плотные толщи песка, плотины и дамбы, рассчитанные на средний напор воды.

Неорганизованные намывы служат для перемещения грунтовых пород, чтобы освободить земельный участок для дальнейшего проведения работ, таких как добыча природных строительных материалов и других полезных ископаемых.

Возведение грунтовых сооружений и освобождение территорий гидромеханизацией включает в себя несколько этапов:

  1. Гидравлическая разработка грунтовых пород с использованием гидромониторов и землесосных снарядов.
  2. Гидротранспортировка добытого материала по распределительным и магистральным трубопроводам.
  3. Организация намыва техногенного грунта в земляные сооружения или на свободные территории, которые должны служить для размещения добытой горной породы.
Читайте так же:
Крутизна откоса траншеи зависит от

Свойства намывного стройматериала

Инженерно-геологические свойства намывных грунтов определяются их составом и физико-химическим взаимодействием его отдельных частиц с водой. Состав техногенного грунта, который используется в строительстве, зависит от места его добычи в естественных условиях, а также способов работ, связанных со строительством и намывом данного стройматериала.

Свойства намывного грунта зависят прежде всего от физико-географических факторов, таких как рельеф участка и климата в месте добывания стройматериала. Также специалисты учитывают состояние и свойства основания намывного сооружения, построенного из этой породы.

Состав намывного грунта

Состав органических веществ в намывном грунте определяет время приобретения его физико-механических свойств. В процессе намыва смесь разделяется на фракции. Крупные частницы концентрируются в большинстве своем возле выпуска гидросмеси, в том месте, где сформирована приоткосная зона. Тонкопесчаные частицы располагаются в промежуточной зоне, а тонкие, состоящие в основном из глины, формируют прудковую зону.

Инженеры разделяют несколько стадий формирования свойств намывных грунтов:

  1. Уплотнение стройматериала, которое происходит в результате гравитационного воздействия на него. Также происходит интенсивная водоотдача. Именно в этот период происходит основной процесс самоуплотнения. Этот процесс, как правило, не занимает более года.
  2. Упрочнение грунта происходит за счет обжатия песка. Между мелкими частицами стройматериала повышается динамическая устойчивость. Данный процесс занимает от года до трех лет.
  3. Стабилизационное состояние формируется за счет образования цементационных связей, которым не страшны водяные потоки. На заключительной стадии данного процесса намывные пески значительно упрочнены. Длительность стабилизации сооружения достигается в течение десяти лет и более.

Строительство зданий на техногенном грунте

Все проводимые работы при отсыпке и намыве грунта для дальнейшего строительства сооружений должны проводиться только при строгом геотехническом контроле, который осуществляет опытный инженерный состав. Строительный материал должен быть оценен сразу по нескольким показателям, таким как степень однородности насыпи, содержание в нем органических веществ, физико-механические свойства и прочее. Также инженерам-геологам необходимо выяснить способность грунта генерировать различные газы, например метан, а также диоксид углерода. Образование этих веществ происходит в результате разложения органических веществ.

Если выяснится, что насыпь не имеет достаточной прочности, которая требуется для дальнейшего строительства, построенный объект необходимо дорабатывать несколькими способами:

  1. Уплотнять тяжелой техникой (катками, трамбовочными автомобилями, вибрационными машинами).
  2. Укреплять насыпь бетонными сваями и плитами.
  3. Усиливать конструкцию посредством направленных взрывов.
  4. Производить глубинное укрепление грунта.
  5. Прорезать постройку для ее усиления с помощью опор.

Если в местах строительства периодически идут сильные осадки, строителям необходимо проводить конструктивные мероприятия, которые будут направлены на повышение прочности всего сооружения, в том числе дорог, зданий. Необходимо проводить мероприятия по усилению фундамента, чтобы предотвратить неравномерную деформацию бетона.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector