Устойчивость откосов насыпи автомобильных дорог

Исследование устойчивости земляного полотна скоростных автомобильных дорог

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 29.05.2017 2017-05-29

Статья просмотрена: 531 раз

Библиографическое описание:

Грибов, А. А. Исследование устойчивости земляного полотна скоростных автомобильных дорог / А. А. Грибов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2017. — № 22 (156). — С. 37-40. — URL: https://moluch.ru/archive/156/43914/ (дата обращения: 22.09.2021).

Ключевые слова: автомобильная дорога, земляное полотно, насыпь, слабое основание, слабый грунт, устойчивость, дополнительные мероприятия, осадка, оценка устойчивости, прогноз осадки, ленточные геодрены, тканный геосинтетический материал, конструктивно-технологические решения

Потеря устойчивости насыпи на слабом основании является одной из наиболее часто встречающихся причиной деформаций земляного полотна. Часто по результатам расчетов, выполненных для прогноза устойчивости и осадки основания, возникает необходимость в проведении мероприятий, обеспечивающих в некоторых случаях повышения устойчивости насыпи, а в других процесс ускорения прохождения осадки, но также встречаются и комплексные виды технических решений.

Вопросы, касающиеся повышения и сохранения устойчивости земляного полотна скоростных автомобильных дорог, а также дополнительных мероприятий, направленных на ее обеспечение, являются очень актуальными в современных тенденциях развития транспортной инфраструктуры.

С увеличением транспортного потока возрастает и требования к безопасности при движении на автомобильных дорогах. Исходя из этого, возникает необходимость увеличения общей протяженности сети скоростных автомагистралей.

Проектирование и строительство автомобильных дорог не всегда возможно произвести в наиболее благоприятных условиях. Очень часто проектировщики и строители сталкиваются с участками, производство работ на которых требует большего внимания. Такие участки, как правило, характеризуются сложными инженерно-геологическими условиями, а в ряде случаев — индивидуальными проектными решениями. В связи с этим на таких участках уделяют больше внимания оценки устойчивости.

При проектировании насыпи земляного полотна на слабых грунтах разрабатываются варианты дополнительных мероприятий по обеспечению несущей способности слабых грунтов и ускорению их осадки, если это необходимо по результатам проделанных прогнозов устойчивости и осадки слабого основания (с учетом конкретных особенностей проектируемой дороги, местных условий и технических возможностей строительной компании). Наиболее приемлемый вариант технологических или конструктивных мероприятий выбирается с учётом технико-экономического расчета.

В зависимости от определяющего результата повышения устойчивости основания конструктивно-технологические решения объединены в группы.

Для уменьшения нагрузки с целью повышения устойчивости применяются следующие конструктивные решения:

‒ снижение высоты насыпи;

‒ устройство насыпей из легких материалов;

‒ применение несжимаемых свай.

Группа конструктивных решений, принимаемых для улучшения напряженного состояния с целью повышения устойчивости, включает следующие мероприятия:

‒ использование свайных конструкций;

‒ устройство боковых пригрузочных призм;

‒ применение распределительных плит.

Для увеличения сопротивляемости сдвигу грунта основанияс целью повышения устойчивости применяются следующие конструктивные и технологические решения:

‒ использование свайных конструкций;

‒ использование песчаных свай-дрен.

Все выше перечисленные мероприятия позволяют обеспечить устойчивость земляного полотна на слабом основании, как при отдельном использовании одного из них, так и при выборе нескольких конструктивных и технологических решений, которые будут работать в комплексе.

Одним из таких комплексных решений является использование ленточных геодрен (Рис.1) в слабом основании с укладкой тканого геосинтетического материала на основе полиэстера и укладка матрасов Рено в нижней части насыпи.

Использование в основании насыпи ленточных геодрен приведет к ускорению прохождения просадки и для обеспечения устойчивости насыпи на слабом основании. Ленточная геодрена представляет собой ленту заводского изготовления шириной 10 см и толщиной 5 мм, состоящую в наружных слоях из тканого геосинтетического материала, предохраняющих геодрену от заиливания, и внутреннего слоя из пластмассовой объемной георешетки которая создает внутреннюю полость, по которой происходит отток воды вдоль геодрены. Шаг установки геодрен — 2,0 м. Глубина погружения геодрен равна 15 м. Поверх основания насыпи устраивается пластовый дренаж из песка мелкого с Кф ≥3м/сут, толщиной 50 см.

Рис. 1. Ленточная геодрена

Укладка тканого геосинтетического материала на основе полиэстера производится для предотвращения повторного попадания влаги, поступающей из толщи слабого грунта, в основание насыпи, а также дальнейшего ее отвода из под насыпи.

В дальнейшем и производится погружение ленточных геодрен в толщу слабого грунта (Рис. 2).

Рис. 2. Погружение ленточных геодрен

Укладка матрасов Рено производится по слою щебеночной подготовки толщиной 40 см из щебня фракции 20–40. Матрасы Рено в данном случае играют роль распределяющей плиты, которая несет функцию рспределения нагрузки от веса насыпи.

В процессе возведения насыпи ленточные дрены будут обеспечивать снижение избыточного порового давления. Максимальная величина после окончания отсыпки составит около 65 кН/м 2 .

Предворительный расчет такой конструкци на первом этапе отсыпки покажет, что устойчивость насыпи обеспечена.

При расчете консолидации осадки необходимо учесть вес дополнительных слоев грунта, соответствующих величине расчетной осадки. Подразумевается, что досыпка грунта вызовет дополнительную осадку и повлияет на общее время консолидации.

На основе проведенных расчетов подтверждается основная гипотеза об обеспечении устойчивости сооружения при использовании подобного комплекса мероприятий..

1. ГОСТ 25100- 2011 «Грунты. Классификация».
2. ОДМ 218.3.049–2015. «Методические рекомендации по применению многослойных композиционных дренирующих материалов (геодрен) для осушения и усиления дорожных конструкций при строительстве и реконструкции автомобильных дорог»
3. Пособие «Пособие по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах. Москва. 2004.
4. СТО НОСТРОЙ 2.25.28–20112 Строительство земляного полотна автомобильных дорог. М. 2012
5. Хархута Н. Я., Васильев Ю. М. Прочность, устойчивость и уплотнение грунтов земляного полотна автомобильных дорог. М., Транспорт 1975г

Комплексный подход к решению инженерных задач

+38 (050) 356 61 52

Проектно-конструкторские работы

• Расчет подпорных стен и устойчивости откосов
• Расчет конструкции дорожной одежды
• Проектирование земляного полотна на слабых грунтах
• Расчет дренажных систем
• Разработка «кровельного пирога»
• Разработка технологической карты

Строительно-монтажные работы

• Монтаж геомембран
• Строительство дренажных трубопроводов
• Монтаж бентонитовых глиноматов
• Строительство пластовых дренажей
• Строительство гравитационных подпорных стен из габионов
• Монтаж противоэрозионных матов
• Гидроизоляция подземной части сооружений
• Внутренняя гидроизоляция
• Устройство плоских кровель

Научно-исследовательские работы

• Испытания материалов
• Разработка нормативных документов
• Выполнение расчетов
• Участие в семинарах и конференциях

Частные объекты

• Декоративный водоем
• Берег, склон, подпорная стенка
• Зеленая и эксплуатируемая кровля
• Фундамент
• Шумозащитное ограждение
• Гидроизоляция подземной части здания
• Внутренняя гидроизоляция
• Эксплуатируемая терраса

Промышленные объекты

• Полигон отходов
• Лагуна для навоза
• Технический резервуар
• Подземная часть сооружения
• Склон, берег, подпорная стенка
• Волнорез, буна, плотина, обезвоживание отходов
• Плоская и инверсионная кровля
• Шумозащитный экран
• Инверсионная кровля
• Традиционная кровля

• Гидроизоляция чаши искусственного водоема
• Защита склона от эрозии

Расчет подпорных стен и устойчивости откосов

Специалисты ООО «Гидрозащита» предлагают услуги по разработке мероприятий по обеспечению устойчивости укосов земляных насыпей и природных склонов путем применения подпорных стен и армогрунтовых конструкций.

Проектируемые подпорные стены и армированные геосинтетикой откосы рассчитываются в соответствии с действующими нормативными документами Украины, а так же используется многолетний опыт Европейских профильных проектных и строительных организаций.

Мы выполняем работы по расчету устойчивости:

• высоких насыпей;
• природных склонов;
• земляного полотна автомобильных дорог;
• гидротехнических сооружений (дамб, плотин и т.д.);
• склонов полигонов бытовых отходов, свалок, в т.ч. во время рекультивации.

За многолетнюю работу нами накоплен опыт конструирования и расчетов противооползневых мероприятий с применением современных геосинтетических материалов.

При необходимости мы можем выполнить технико-экономическое обоснование вариантов конструкции, а так же обосновать с технической и экономической точки зрения применение армирующих георешеток и геотекстилей.

Много противооползневые конструкции, разработанные и рассчитанные специалистами нашей компании, были воплощены в жизнь на различных объектах.

При расчете устойчивости насыпи оценивается внутренняя и внешняя устойчивость конструкции. При этом мы рассматриваем следующие граничные состояния:

• внутренняя устойчивость грунта насыпи или природного склона;
• боковое расползание насыпи;
• устойчивость основы против выживания;
• устойчивость насыпи или природного склона против сдвига с вращением или общая устойчивость.

I. Внутреннюю устойчивость грунта насыпи или природного мы проверяем согласно условию:

• 1/n – заложение откоса;
• Н – высота насыпи;
• L_s – ширина откосной части при основе;
• j_1d – расчетное значение угла внутреннего трения грунта насыпи.

Если условие (1) не выполняется – необходимо уменьшить заложение откоса (тоесть, увеличить n) или армировать откос, например, геосинтетичним полотном.

Схема для расчета внутренней устойчивости грунта насыпи

II. Армирование воспринимает горизонтальные усилия, препятствуя боковому расползанию насыпи. Величина растягивающих усилий T_ds, которые должны передаваться геосинтетическому материалу для предотвращения расползания, определяется по формуле:

• g_1d –проектный удельный вес грунта насыпи;
• H₁ – высота насыпи;
• q_Qd и q_Gd – проектная интенсивность динамической и статической нагрузки на поверхности насыпи;
• K_a – коэффициент активного бокового давления.

III. Устойчивость основания против выжимания. Выжимание грунта особенно проявляется в толщине с малой несущей способностью и незначительной толщиной. Для предотвращения процесса выжимания ширина откоса насыпи L_s и величина анкерування L_ext должны быть достаточными для восприятия необходимых усилий R_R.

• z_i – глубина нижней поверхности скольжения;
• c_2d – расчетное значение сцепления грунта основания под подошвой армирования;
• x_d – коэффициент увеличения проектного значения прочности грунта на сдвиг на метр глубины под подошвой армирования;
• a₂ – коэффициент эффективности взаимодействия грунта основания с геосинтетиком;
• g_1d – проектный удельный вес грунта насыпи;
• q_Qd и q_Gd – проектная интенсивность динамической и статической нагрузки на поверхности насыпи.

Если по результатам расчетов получено L_ext >L_s, величину заложения откоса необходимо уменьшить (тоесть, увеличить n).

IV. Расчет устойчивости армированной насыпи мы выполняем методом кругло-цилиндрических поверхностей скольжения. Для получения более точных результатов расчетов мы используем программу ReSSA 3.0, при помощи которой можно определить устойчивость не только однородного грунтового массива, но и многослойной геологической структуры, учитывая армирующий геосинтетический материал и расчетную сейсмичность региона.

Коэффициент запаса устойчивости определяем по формуле:

• ΣF_di – равнодействующая удерживающих усилий отсека обвала;
• ΣN_di – равнодействующая сдвигающих усилий отсека обвала.

Армирующие шары обеспечивают дополнительный удерживающий момент для обеспечения общей устойчивости насыпи.

Необходимое усилие в армирующем материале для наиболее опасной поверхности скольжения мы определяем по формуле:

• R – радиус наиболее опасной поверхности скольжения;
• a_T – плече момента армирующего полотна.

При условии одновременного выполнения всех 4 критериев устойчивости можно гарантировать долговечную работу конструкции.