1. АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА АВТОМОБИЛЬНОЙ ДОРОГИ

Согласно предоставленным исходным данным выделено два участка автомобильной дороги:

  1. с ПК 3+04 по ПК 14+77 – существующее земляное полотно

  2.  с ПК 14+77 по ПК 17+67 – новое строительство.

  • ПК 5+50 – новое земляное полотно располагается поверх существующего, в основании залегают торф и пластичная супесь, имеются данные о реализованной осадке.

  • ПК 12+35 – новое земляное полотно располагается поверх существующего, основание представлено слоем торфа сжатым весом существующей насыпи, ниже залегают илы, имеются данные о реализованной осадке.

  • ПК 15+14,82 – участок съезда , ось проектируемой насыпи смещена относительно существующей на 11,6 м, под новым земляным полотном залегает торф и ил.

  • ПК 17+00 – проектируемое земляное полотно рассчитывается без учета наличия существующего, основание представлено торфом и илом.

Полнота информации о ИГЭ на выбранных поперечных профилях отражена в таблице 1.

Таблица 1


ИГЭ

Трехосные испытания

Компрессионные

Консолидационные

7 (4)

-

-

-

8 (5,6)

+

+

+

17

-

-

-


Характеристики торфа (ИГЭ-4) и суглинка (ИГЭ-17) – приняты по справочным данным.

Очевидно, что табличные значения характеристик торфа не позволяют делать достоверный прогноз осадки, расчетные значение приняты исходя из имеющихся данных наблюдений за осадкой насыпей.

Ил (ИГЭ-5 и ИГЭ-6) имеет достаточное количество трехосных испытаний, что позволяет получить как деформационные, так и прочностные характеристики. Однако компрессионные испытания по определению коэффициента консолидации были выполнены при всестороннем давлении 0,2 МПа, что соответствует большим нагрузкам, нехарактерным для рассматриваемого земляного полотна. Таким образом, используемая в расчете времени консолидации характеристика не позволяет делать достоверный прогноз, а время консолидации в действительности может быть меньше расчетного.

Характеристики грунтов были заданы для соответствующей модели упрочняющегося грунта (Hardening Soil) и скорректированы на основе виртуальных испытаний (рис. 1) для более полного соответствия с лабораторными тестами.

Результаты виртуальных трехосных испытаний ила

Рис. 1 Результаты виртуальных трехосных испытаний ила

2. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА МЕТОДИК РАСЧЕТА ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

В современной геотехнике, в том числе транспортной, метод конечных элементов (МКЭ) признан наиболее эффективным, достоверным и прогрессивным методом расчета, который изначально предполагалось использовать для оценки устойчивости грунтовых сооружений и естественных склонов. Сложный математический аппарат, реализованный в программах МКЭ, имеет минимальные допущения, поскольку не предназначен для ручных расчетов.

Следует отметить, что используемый программный комплекс удовлетворяет требованиям Федерального закона 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» п. 5.2 требования к результатам проектирования:

«Расчетные модели (в том числе расчетные схемы, основные предпосылки расчета) конструкций и оснований должны отражать действительные условия работы зданий или сооружений, отвечающие рассматриваемой расчетной ситуации. При этом должны быть учтены: факторы, определяющие напряженное и деформированное состояния; особенности взаимодействия элементов конструкций между собой и с основанием; пространственная работа конструкций; геометрическая и физическая нелинейности; пластические и реологические свойства материалов и грунтов; возможность образования трещин; возможные отклонения геометрических параметров от их номинальных значений».

В дополнение о правомерности применения МКЭ в расчетах необходимо привести выдержку из современного нормативного документа СП 116.13330.2012 «Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения» (Актуализированная редакция СНиП 22-02-2003):

«Нахождение коэффициента устойчивости склона (откоса) может производиться как с использованием традиционных методов теории предельного равновесия (с разбиением призмы оползания на отсеки или без оного), так и упругопластическими расчетами методом конечных элементов с использованием метода снижения прочностных характеристик».

Выдержка из другого документа ОДМ 218.2.006-2010 «Рекомендации по расчету устойчивости оползнеопасных склонов (откосов) и определению оползневых давлений на инженерные сооружения автомобильных дорог»:

Наиболее распространенные в инженерной практике методы расчета устойчивости и оползневых давлений делятся на три основных группы:

- методы предельного (пластического) равновесия;

- методы конечных элементов;

- комбинированные методы.

Метод снижения прочностных характеристик, реализованный в программном комплексе PLAXIS, состоит в нахождении таких критических значений, при которых откос переходит в состояние критического равновесия. Коэффициент устойчивости в этом случае определяется как соотношение фактических прочностных характеристик к их критическим значениям (Скрит, φкрит):

Коэффициент устойчивости

                                                       (1)

Снижение прочностных характеристик осуществляется по зависимости:

Коэффициент устойчивости

                                                                  (2)

Реализованный в PLAXIS метод расчета является прямым решением задачи, использующим возможности современной вычислительной техники, без допущений и упрощений.

Численные методы, реализованные в программном комплексе PLAXIS, основаны на более полноценном учете наличия геосинтетической прослойки. Порядок расчета армированного откоса следующий: во-первых, подбирается необходимая осевая жесткость прослойки, ограничивающая критические перемещения и определяющая устойчивость сооружения; во-вторых, полученные растягивающие усилия показывают необходимую величину кратковременной прочности геосинтетического материала, на основе которого можно вычислить требуемую (долговременную) прочность; и в-третьих, PLAXIS имеет возможность задавать условия трения по материалу, что определяет возможность выполнить проверку устойчивости при смещении по поверхности армирующей прослойки или при ее выскальзывании из смещаемого массива грунта.

Для вычисления осадки и времени ее реализации, согласно «Пособия по проектированию земляного полотна на слабых грунтах», необходимо иметь следующие данные: компрессионные кривые для всех грунтов активной зоны; зависимости прочностных характеристик от влажности. Поскольку последнего пункта в исходных данных нет, то выполнить расчет безопасности медленного возведения насыпи в соответствии с российскими нормативами невозможно.

Альтернативным методом является численное моделирование, которое позволяет по имеющимся эффективным значениям прочностных характеристик оценить устойчивость насыпи при заданных темпах возведения (в том числе при медленной и быстрой отсыпке) и определить время реализации полной осадки в зависимости от заданного коэффициента фильтрации и с учетом реальной геометрии сооружения, фильтрующей способности грунтов и величины возникающего порового давления.

2. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИЙ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

Учитывая, что проектируемая насыпь располагается на слабом основании, необходимо предусмотреть мероприятия по повышению устойчивости. Для участка съезда с существующего земляного полотна рекомендуется конструкция усиления в виде обоймы из геосинтетического материала, одна часть которой заводится в тело существующей насыпи (рис. 2).

Конструкция усиления участка съезда с существующей насыпи с торфом в основании

Рис. 2 Конструкция усиления участка съезда с существующей насыпи с торфом в основании

Конструкция усиления участка съезда с существующей насыпи с выторфовкой

Рис. 3 Конструкция усиления участка съезда с существующей насыпи с выторфовкой

Обойма позволит обеспечить равнопрочность основания и необходимую устойчивость. Нижняя часть геоматериала (геоткань Армостаб) будет воспринимать растягивающие усилия и повышать устойчивость, а грунт, помещенный в прочную геосинтетическую оболочку, образует в основании насыпи слой с минимальными горизонтальными перемещениями и работающий на растяжение, что позволяет приблизить его осадку к жестким фундаментам.

Для насыпи на участке где влияние существующего земляного полотна не учитывается, рекомендуется уже принятая ранее схема усиления (рис. 4). В качестве армирующей прослойки, в соответствии с принятыми на территории Российской федерации нормативно-техническими документами [9, 11] следует принимать геосетку из полиэфира. Это связано с тем, что геоматериалы из полипропилена и полиэтилена являются ползучими, т.е. имеют способность деформироваться под неменяющейся нагрузкой и соответственно не могут быть использованы в конструкциях характеризующихся длительными высокими статическими нагрузками.

Рис. 4 Схема усиления проектируемых насыпей на слабых основаниях

Рис. 4 Схема усиления проектируемых насыпей на слабых основаниях

Рис. 4 Схема усиления проектируемых насыпей на слабых основаниях

Конструкция сопряжения представляет собой армогрунтовую насыпь, в которой геосинтетический материал расположен силовым направлением вдоль оси насыпи. С целью снижения вероятности развития трещины в месте сопряжения в процессе эксплуатации рекомендуется на расстоянии 10-15 м выполнить выторфовку. В этом случае упругие деформации, характерные для сжатого торфа в основании насыпи, не будут способствовать циклическим вертикальным перемещениям грунта на границе изменения жесткости. Вместо торфа укладывается обойма из полиэфирной геосетки, с перекрытием свайного основания и геосинтетической обоймы укладывается еще одна замкнутая обойма, выше которой с шагом 0,4-0,6 м укладываются слои полиэфирной геосетки (рис. 5). Конструкция сопряжения для левой опоры аналогична правой (рис. 6). Таким образом, после осадки насыпи на грунтовом основании геосинтетические материалы позволят образовать флексурообразное сопряжение с более жестким свайным основанием.

Рис. 5 Конструкция сопряжения на правой опоре

Рис. 5 Конструкция сопряжения на правой опоре

Рис. 6 Конструкция сопряжения на левой опоре

Рис. 6 Конструкция сопряжения на левой опоре

В качестве геосинтетического материала могут быть использованы следующие виды:

1. Высокопрочный геотекстиль из полиэфирных нитей АРМОСТАБ 200/200( любой аналог геоткани );

2. Двухосноориентированная полиэфирная геосетка АРМОСТАБ АР2 150/150( любой аналог геоткани );

3. Композит двухосноориентированной полиэфирной геосетки АРМОСТАБ АР2 150/150 и нетканого термоскрепленного геотекстиля плотностью 200 г/м2.

3. АНАЛИТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

Расчеты устойчивости выполнены в программе Устойчивость откоса комплекса ГЕО5 по методам Шахунянца и Бишопа. Эти методы выбраны как наиболее достоверные в отечественной и зарубежной практике. В основе расчетов принцип предельного равновесия, а влияющими входными параметрами являются прочностные характеристики, таким образом, методы КЦПС не могут учесть:

- деформационный процесс поскольку не принимают в расчет деформационные характеристики;

- постконсолидационные изменения грунтов (упрочнение);

- влияние перечисленных факторов на устойчивость сооружения.

Для определения интенсивности возведения сооружения, по рекомендациям Пособия по проектированию на слабых грунтах, необходимо иметь зависимость влажности от нагрузки, и зависимости прочностных характеристик от влажности. Поскольку эти данные отсутствуют, аналитическую проверку безопасности возведения насыпи при быстрой и медленной отсыпке сделать невозможно.

Учитывая сказанное результаты аналитических расчетов следует рассматривать как приближенные, а оценку полученного значения коэффициента устойчивости предлагается выполнять следующим образом: если Куст>1 то насыпь можно считать устойчивой. Величину запаса устойчивости следует определять другими методами, учитывающими деформационные характеристики, упрочнение грунта и просевшую часть насыпи. К таким методам относятся, например, метод конечных элементов (МКЭ).

Программа Устойчивость откоса позволяет выполнять оптимизированные расчеты по отысканию наихудшего положения поверхности скольжения. Для которого после определялась устойчивость вторым методом. Для определения устойчивости насыпи в эксплуатационный период, в соответствии с ГОСТ Р 52748-2007 (п. 5.22) была определена расчетная нагрузка 45 кН/м2.

3.1 Насыпь на ПК 5+52

Устойчивость насыпи обеспечена Куст = 1,64 (Бишоп); Куст = 1,54 (Шахунянц). Положение линии поверхности скольжения, соответствующей минимальному значению коэффициента устойчивости, показано на рисунке 7.

Рис. 7 Линия скольжения для определения устойчивости насыпи

Рис. 7 Линия скольжения для определения устойчивости насыпи

3.2 Насыпь на ПК 12+36

Согласно выполненному расчету насыпь теряет устойчивость в левую сторону. Значение коэффициента устойчивости составило: по Бишопу - Куст=1,16; по Шахунянцу - Куст=1,06. Схема к расчету приведена на рисунке 8.

Рис. 8 Линия скольжения для определения устойчивости насыпи

Рис. 8 Линия скольжения для определения устойчивости насыпи

3.3 Насыпь на ПК 17+00

Поверхность скольжения, как и в предыдущем случае, проходит в слое сапропеля. Устойчивость насыпи обеспечена Куст=1,27 (Бишоп); Куст=1,17 (Шахунянц). Схема представлена на рисунке 9.

Рис. 9 Линия скольжения для определения устойчивости насыпи

Рис. 9 Линия скольжения для определения устойчивости насыпи

3.4 Насыпь на ПК 15+14,82

Линия поверхности скольжения проходит по границе между существующей насыпью и основанием проектируемой (рис. 10). Устойчивость обеспечена: по методу проф. Шахунянца Куст=1,17, по Бишопу Куст=1,33.

Рис. 10 Расчетная схема для определения устойчивости

Рис. 10 Расчетная схема для определения устойчивости

4. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Пособие по проектированию земляного полотна на слабых грунтах регламентирует требования к расчету насыпей на слабых основаниях в части интенсивности осадки: капитальные покрытия устраиваются после завершения не менее 90% расчетной осадки или при условии, что средняя интенсивность осадки за месяц, предшествующий устройству покрытия, не превышает 2 см/год, переходные – 5 см/год.

4.1 Насыпь на ПК 5+52

По натурным измерениям реализованная осадка за 4 года (от начала строительства) – 16 см (по продольному профилю). Схема насыпи представлена на рисунке 11.

Рис. 11 Схема поперечного профиля насыпи на ПК 5+52

4.1.1 Расчет осадки

Расчет осадки выполнялся в следующей последовательности: определялась осадка существующей насыпи в строительный период, осадка существующей насыпи после консолидации в течение 4 лет и осадка насыпи от досыпки нового земляного полотна. В виду неровности естественного рельефа осадка земляного полотна неравномерная, для наглядности максимальное значение показано более темным цветом (красным).

Расчетная осадка после 4 лет консолидации старой насыпи составляет 15,65 см, что близко к измеренной величине (16 см). Максимум расчетной осадки приходится на основание правого откоса, поскольку имеется косогорность и неравнозначность высоты насыпи на поперечном профиле (рис. 12).

Рис. 12 Изополя вертикальных перемещений (осадка) в основании насыпи до отсыпки нового земляного полотна (S=15,65 см)

Рис. 12 Изополя вертикальных перемещений (осадка) в основании насыпи до отсыпки нового земляного полотна (S=15,65 см)

После отсыпки нового земляного полотна строительная осадка составит 26,4 см, эксплуатационная 31 см.

Рис. 13 Изополя вертикальных перемещений в основании земляного полотна при строительстве новой насыпи (S=26,4 см)

Рис. 13 Изополя вертикальных перемещений в основании земляного полотна при строительстве новой насыпи (S=26,4 см)

Таким образом, дополнительная осадка земляного полотна по оси, после досыпки новой насыпи составит 10,8 см, с учетом эксплуатационной нагрузки по ГОСТ Р 52748-2007– 20 см. Вертикальные перемещения неравномерны по подошве насыпи (рис. 14), что связано с отсутствием поперечного разреза и невозможностью достоверно задать границы слоев грунта.

Рис. 14 Эпюра вертикальных перемещений

Рис. 14 Эпюра вертикальных перемещений

4.1.2 Расчет устойчивости

Расчет устойчивости численным моделированием позволяет учесть напряженно-деформированное состояние, измененное вследствие консолидации основания, а также влияние просевшей части насыпи. Устойчивость насыпи определялась при двух ее состояниях: первое – момент окончания отсыпки, второе – завершение 90% консолидации.

Результаты расчета методом снижения прочностных характеристик следующие:

- устойчивость при отсыпке земляного полотна обеспечена – Куст=1,62;

- устойчивость после консолидации обеспечена - Куст=1,63.

Рис. 15 Положение линии поверхности скольжения в эксплуатационный период

Рис. 15 Положение линии поверхности скольжения в эксплуатационный период

4.2 Насыпь на ПК 12+36

Рис. 16 Поперечное сечение насыпи на ПК 12+36

Рис. 16 Поперечное сечение насыпи на ПК 12+36

4.2.1 Расчет осадки

Строительная осадка после отсыпки новой насыпи составит 19 см (без учета осадки старой насыпи). Наличие ила в основании насыпи предопределяет длительную реализацию полной осадки сооружения. После завершения полной консолидации осадка земляного полотна будет равна 50 см (рис. 17).

Рис. 17 Эпюра осадки после полной консолидации основания (Smax=50 см)

Рис. 17 Эпюра осадки после полной консолидации основания (Smax=50 см)

Время реализации осадки представлено на рисунке 18. Снижение интенсивности осадки до 5 см/год наступает через 250 суток от момента начала возведения нового земляного полотна (рис. 18). Покрытие капитального типа может устраиваться через 1250 суток (3,4 года) после начала возведения нового земляного полотна.

Рис. 18 Кривая 90%-ой консолидации для определения времени начала устройства покрытия

Рис. 18 Кривая 90%-ой консолидации для определения времени начала устройства покрытия

4.2.2 Расчет устойчивости

Устойчивость новой насыпи обеспечена, после отсыпки насыпи Куст=1,72, после завершения 90% консолидации Куст=2,0 (рис. 19).

Рис. 19 Изолинии, характеризующие положение линии поверхности скольжения в эксплуатационный период (без масштаба)

Рис. 19 Изолинии, характеризующие положение линии поверхности скольжения в эксплуатационный период (без масштаба)

4.3 Насыпь на ПК 17+00

Насыпь на этом пикете устраивается без учета существующего земляного полотна, расчеты проводятся как для нового земляного полотна. Схема насыпи представлена на рисунке 20.

Рис. 20 Схема поперечного сечения насыпи на ПК 17+00

Рис. 20 Схема поперечного сечения насыпи на ПК 17+00

4.3.1 Расчет осадки

Расчет выполнялся с целью подбора необходимой толщины отсыпки насыпи, обеспечивающей заданную проектную отметку. Состояние равновесия системы «сооружение-основание» обеспечивается взвешивающим действием воды на погруженную часть насыпи. По результатам расчета путем постепенного увеличения высоты получено, что на момент строительства необходимо досыпать насыпь на 1 м (рис. 21)

Рис. 21 Расчетная схема определения толщины насыпи (строительный период)

Рис. 21 Расчетная схема определения толщины насыпи (строительный период)

Расчетная осадка в строительный период составит 1,2 м, полная осадка после завершения 90% консолидации составит 1,68 м.

Осадка со скоростью 2 см/год начнется через 1300 сут (3,5 года) (рис. 22).

Рис. 22 Кривые консолидации основания
Рис. 22 Кривые консолидации основания

Консолидационные испытания проводились при всестороннем давлении 0,2 МПа, а давление от веса насыпи менее 0,1 МПа, поэтому полученное время консолидации в действительности может быть меньше.

4.3.2 Расчет устойчивости

Устойчивость насыпи обеспечена, Куст=1,61 после отсыпки насыпи и Куст=1,95 после завершения 90% консолидации. Максимальные растягивающие усилия в геоматериале (геоткани) составляют 63 кН/м (рис. 23), что по длительной прочности соответствует геосетки из полиэфира с прочностью на разрыв 160 кН/м.

Рис. 23 Эпюра растягивающих усилий в геоматериале (геоткань типа АРМОСТАБ)

Рис. 23 Эпюра растягивающих усилий в геоматериале (геоткань типа АРМОСТАБ)

4.4 Насыпь на ПК 15+14,82

Насыпь на ПК 15+14,82 относится к переходному участку, на котором осуществляется смещение проектируемой насыпи относительно существующей. Наиболее невыгодным сочетанием является момент, когда ось нового земляного полотна располагается правее нижней бровки существующего. В этом случае область максимальных напряжений в основании новой насыпи приходится на слабый неконсолидированный грунт (рис. 24).

Рис. 24 Схема поперечного сечения насыпи на ПК 15+14,82

Рис. 24 Схема поперечного сечения насыпи на ПК 15+14,82

4.4.1 Расчет осадки

Без применения геосинтетического усиления в основании сооружения происходят большие горизонтальные перемещения, связанные с высокими касательными напряжениями в откосной части и невозможности развития боковых перемещений в левую сторону, где грунт упрочнился в результате консолидации. Максимальное значение горизонтальных деформаций за время отсыпки насыпи составляет 35 см, после завершения консолидации - 42 см (рис. 25).

Зона максимальных перемещений располагается в торфе и подстилающем слое ила. Прочностные характеритистики торфа, влияющие на рассматриваемый результат приняты по исходным данным, однако они не были получены экспериментально, а взяты из справочных источников.

Требуемая величина досыпки составляет 70 см до начала консолидации и 100 см после консолидации.

Рис. 25 Изополя горизонтальных деформаций после завершения консолидации (насыпь без усиления)

Рис. 25 Изополя горизонтальных деформаций после завершения консолидации (насыпь без усиления)

Для обеспечения равножесткости основания существующей и проектируемой насыпи рекомендуется под новым земляным полотном устроить замкнутую обойму из полиэфирной геосетки (рис. 26).

Рис 26 Деформированная схема (масштаб увеличен в 2 раза)

Рис 26 Деформированная схема (масштаб увеличен в 2 раза)

Левая часть обоймы заводится в существующее земляное полотно, что обеспечивает ее опирание на более прочный и консолидированный грунт. Такая конструкция позволяет минимизировать осадку.

Наличие геосинтетической обоймы позволяет значительно изменить напряженно-деформированное состояние системы «сооружение-основание». Требуемая величина досыпки составляет 60 см до начала консолидации и 90 см после консолидации.

Максимальные значения горизонтальных перемещений составляют 32 см (рис. 27).

Рис. 27 Изополя горизонтальных деформаций после завершения консолидации (обойма и торф в основании)

Рис. 27 Изополя горизонтальных деформаций после завершения консолидации (обойма и торф в основании)


Для сравнения выполнен расчет насыпи с выторфовкой. Требуемая величина досыпки составляет 40 см после отсыпки земляного полотна и 57 см после завершения 90% консолидации (рис. 28).

Рис. 28 Деформированная схема сооружения

Рис. 28 Деформированная схема сооружения


Снижение интенсивности осадки до 2 см/год происходит через 486 дней (1,3 года) от момента начала строительства (рис. 28).

Рис. 29 Кривая консолидации

Рис. 29 Кривая консолидации
Рис. 29 Кривая консолидации

4.4.2 Расчеты устойчивости

Устойчивость насыпи после окончания отсыпки обеспечена Куст = 1,68, после завершения консолидации коэффициент устойчивости равен Куст = 1,7 (рис. 30).

Рис. 30 Деформированная схема, иллюстрирующая потерю устойчивости насыпи

Рис. 30 Деформированная схема, иллюстрирующая потерю устойчивости насыпи

Рис. 31 Эпюра растягивающих усилий в геосинтетической прослойке

Рис. 31 Эпюра растягивающих усилий в геосинтетической прослойке

5. Расчет дорожных одежд

Расчет выполнен для конструкции без использования геосинтетических прослоек (таблица 1) для определения минимально возможных толщин слоев по критериям прочности и с геосинтетическим материалом (таблица 2).

Таблица 2

Результаты прочностного расчета исходной конструкции дорожной одежды

№ слоя

Наименование

Толщи-на слоя, см

Показатель прочности


Запас прочности

Крите-рий

Допустимое значение, МПа

Фактическое значение, МПа

Кпр

1

Асфальтобетон горячей укладки плотный II марки из щебёночной (гравийной) смеси типа Б, марка битума БНД/БН-90/130

5

-

-

-

-

-

-

2

Асфальтобетон горячей укладки пористый II марки из мелкозернистой щебёночной (гравийной) смеси марка битума БНД-90/130

7

Изгиб

1,366

1,384

1,00

0,987

-1%

3

Щебень фракционированный 40..80 (80..120) мм трудноуплотн. с заклинкой фракционированным мелким щебнем

19

-

-

-

-

-

-

4

Грунт крупнообломочный

-

Сдвиг

0,025

0,019

1,00

1,36

36%


Таблица 3

Результаты прочностного расчета армированной конструкции дорожной одежды

№ слоя

Наименование

Толщи-на слоя, см

Показатель прочности


Запас прочности

Крите-рий

Допустимое значение, МПа

Фактическое значение, МПа

Кпр

1

Асфальтобетон горячей укладки плотный II марки из щебёночной (гравийной) смеси типа Б, марка битума БНД/БН-90/130

5

-

-

-

-

-

-

2

Асфальтобетон горячей укладки пористый II марки из мелкозернистой щебёночной (гравийной) смеси марка битума БНД-90/130

7

Изгиб

1,366

1,171

1,00

1,167

17%

3

Щебень фракционированный 40..80 (80..120) мм трудноуплотняемый с заклинкой фракционированным мелким щебнем

19

-

-

-

-

-

-

4

Гео ДС 30/30

-

-

-

-

-

-

-

5

Грунт крупнообломочный

-

Сдвиг

0,025

0,019

1,00

2,39

139%

Детальные результаты расчетов приведены в приложении 2.

6. Анализ результатов

6.1 Насыпь на ПК 5+52

Величина расчетной осадки зависит от заданных деформационных характеристик слоев грунта, поскольку данных по сжимаемости торфа нет, осадку следует рассматривать как ориентировочную.

Характеристики суглинка (ИГЭ-17) – приняты по справочным данным. Так как нет данных по коэффициенту фильтрации и он принимался по справочным источникам. Консолидация грунта на этом пикете происходит очень быстро, поскольку нагрузка от новой насыпи небольшая, а коэффициент фильтрации относительно высокий.

Рекомендуется отсыпка насыпи с превышением проектной отметки на 20 см и последующее наблюдение за ходом развития осадки.

Устойчивость насыпи обеспечена как при расчете по инженерным методикам без учета просевшей части, так и при численном моделировании.

6.2 Насыпь на ПК 12+36

Строительная осадка насыпи составляет 19 см, интенсивность осадки 2 см/год наступает через 3,4 года, полная осадка на этот момент времени составит 35 см. Рекомендуется отсыпка на насыпи с превышением проектной отметки на 35 см и последующее наблюдение за ходом осадки. По результатам наблюдений следует вносить коррективы в сроки начала устройства покрытия.

Устойчивость, определенная по методу проф. Шахунянца составляет Куст=1,06, что меньше допустимого значения, однако в этом методе не учитывается процессы сжатия ила и просевшая часть земляного полотна, таким образом, полученное значение, большее единицы свидетельствует об устойчивом состоянии насыпи, а величина запаса определена другими методами и составляет Куст=1,72.

6.4 Насыпь на ПК 17+00

С учетом наличия геосинтетической прослойки строительная осадка составит 1,2 м, интенсивность осадки 2 см/год наступит через 3,5 года, полная осадка к этому моменту времени будет равна 1,55 м. Рекомендуется отсыпка на насыпи с превышением проектной отметки на 1,5 м и последующее наблюдение за ходом осадки. По результатам наблюдений следует вносить коррективы в сроки начала устройства покрытия.

Устойчивость насыпи с усилением геосинтетическим материалом обеспечена как по инженерным методам расчета, так и по результатам численного моделирования. В результате подбора геосинтетического материала установлена его требуемая прочность 160 кН/м (сырье – полиэфир).

6.5 Насыпь на ПК 15+14,82

Величина конечной осадки зависит от заданных характеристик торфа. По результатам выполненных расчетов строительная осадка составит 60 см, время снижения интенсивности осадки до 2 см/год составляет 1,3 года, осадка на этот момент времени составит 76 см. Рекомендуется отсыпка на насыпи с превышением проектной отметки на 76 см и последующее наблюдение за ходом осадки. По результатам наблюдений следует вносить коррективы в сроки начала устройства покрытия.

Устойчивость насыпи обеспечена по результатам аналитических и численных расчетов. По результатам расчетов МКЭ видно, что устойчивость насып теряет в результате смещения и выпора неконсолидированного грунта за пределами основания существующей насыпи.

7. Разработка принципиальной схемы по монтажу

Возведение насыпи с применением георешетки при устройстве обойм выполняется в несколько этапов:

- подготовка основания под обойму;

- транспортировка, распределение по участку рулонов;

- изготовление и монтаж выдвижных стабилизаторов и лицевых щитов;

- укладка георешетки;

- отсыпка крупнообломочного материала в обойму;

- демонтаж выдвижных стабилизаторов и лицевых щитов.

Подготовка основания состоит в профилировании его поверхности и уплотнении. Коэффициент уплотнения грунта должен соответствовать нормативным требованиям, поверхность не должна иметь колеи, ям и других неровностей в диаметре не более 5 см. При наличии глубокой колеи или ям их засыпают грунтом и планируют автогрейдером или бульдозером.

Рулоны георешетки транспортируют к месту производства работ непосредственно перед укладкой и распределяют по длине участка работ через расстояние, соответствующее длине полотна в рулоне. Если доступ к стройплощадке затруднен из-за условий движения транспорта, должны быть приняты специальные меры по организации на период строительства временных подъездных путей.

Выдвижные стабилизаторы могут изготавливаться из стальной арматуры или дерева, высота контрфорса должна быть на 5-7 см выше отсыпаемого слоя. Лицевые щиты изготавливаются из дерева высотой равной высоте контрфорса. Установка выдвижных стабилизаторов и лицевых щитов выполняется непосредственно перед укладкой.

Полотна геосинтетического материала при укладке должны быть натянуты, наличие складок и перекосов недопустимо. Запрещается проезд строительной техники непосредственно по георешетке.

Отсыпка крупнообломочного материала в обойму ведется по способу «от себя», толщина отсыпаемого слоя над георешеткой должна составлять не менее 20 см. Разравнивание отсыпаемого на георешетку материала ведут бульдозером с последовательной срезкой и надвижкой его не менее, чем за три прохода. При образовании волны, следует выполнять натяжение геосетки

Грунт уплотняется катками без эффекта вибрации, после чего верхние края георешетки заворачиваются в обойму и натягиваются. Нахлест в направлении оси насыпи должен составлять не менее 0,3 м, а нахлест обоймы не менее 1 м. Фиксацию натянутой георешетки в верхней части обоймы можно выполнять пластиковыми стяжками.

После послойной отсыпки грунта и уплотнения выдвижные стабилизаторы и лицевые щиты подлежат демонтажу.

Конструкция сопряжения насыпи на грунтовом основании с насыпью на свайном основании устраивается аналогичным образом, с учетом того, что геосинтетический материал раскатывается вдоль оси насыпи.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Согласно выполненным расчетам земляного полотна на участках существующей насыпи получены значения осадки земляного полотна и сроков начала устройства покрытия. На участке строительства нового земляного полотна получена величина требуемой досыпки для установления насыпи в проектное положение.

Сроки следует рассматривать как ориентировочные, поскольку исходные данные соответствовали компрессионным и консолидационным испытаниям при больших нагрузках, нехарактерных для рассматриваемых насыпей.

Рекомендуется выполнение наблюдений за осадкой в процессе возведения насыпи и последующее наблюдение за скоростью осадки. По полученным данным необходимо пересмотреть ориентировочные сроки начала устройства покрытия.

Предложены конструкции для участка съезда проектируемой насыпи с существующего земляного полотна, а так же конструкции сопряжения свайного и грунтового основания насыпи.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

  1. Plaxis 2D 2011. Руководство пользователя. СПб.: ООО «НИП Информатика», 2012.
  2. Robert M. Koerner Designing with Geosynthetics, 2005 – 424 c.
  3. Бабков В.Ф., Андреев О.В., Замахаев М.С. Проектирование автомобильных дорог. М.:Транспорт, 1970. – 400 с.
  4. Геосинтетические материалы «МИАКОМ». СПб.: МИАКОМ, 2012.
  5. ГОСТ Р 52748-2007. Дороги автомобильные общего пользования. Нормативные нагрузки, расчетные схемы нагружения и габариты приближения. М., 2008.
  6. Казарновский В.Д. Синтетические нетканые материалы в транспортном строительстве. М.:Транспорт, 1984. – 159 с.
  7. ОДМ 218.2.006-2010. Рекомендации по расчету устойчивости оползнеопасных склонов (откосов) и определению оползневых давлений на инженерные сооружения автомобильных дорог. М.: РОСАВТОДОР, 2011.
  8. ОДМ 218.5.002-2008 Методические рекомендации по применению полимерных геосеток (георешеток) для усиления слоев дорожной одежды из зернистых материалов
  9. ОДМ 218.5.003-2010 Рекомендации по применению геосинтетических материалов при строительстве и ремонте автомобильных дорог
  10. ОДН 218.046-01 Проектирование нежестких дорожных одежд
  11. Пособие по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах. М.:Росавтодор, 2004
  12. Предложения по расчету устойчивости откосов высоких насыпей и глубоких выемок. М., 1966.
  13. Применение геосинтетических материалов ГК «МИКОМ». Насыпи на слабых грунтах, армогрунтовые откосы, подпорные стены. СПб.: МИАКОМ, 2012.
  14. СНиП 2.05.02-85* Актуализированная редакция. Автомобильные дороги. М., 2010.
  15. Федоренко Е.В. Влияние плоских георешеток на сдвигоустойчивость дорожных одежд. Красная линия №58 февраль 2012 с. 78-81
  16. Федоренко Е.В. Информационная книга «Геотехнологии и геосинтетические материалы в транспортном строительстве» СПб.:МИАКОМ., 2011.
  17. Федоренко Е.В. Учет геосинтетических прослоек в конструкциях дорожных одежд при расчетах МКЭ. Дорожная держава №38 2012 с. 90-92.
  18. Чугаев Р.Р. Земляные гидротехнические сооружения (теоретические основы расчета). Л.: Энергия, 1967 г.

Материалы:


Рассказать друзьям: