4. Расчеты несущей способности слабого основания

Осадка основания, связанная с уплотнением грунта за счет фильтрации, носит название фильтрационной осадки. При приложении внешней нагрузки наблюдается мгновенное сжатие грунта – дофильтрационная осадка, затем возникает процесс фильтрационного уплотнения, затем, несмотря на то, что напоры в воде становятся близкими к нулю, осадки продолжают нарастать – вторичная консолидация, обусловленная ползучестью скелета грунта.

Деформация основания насыпи, рассчитанная в разделе 3, будет соответствовать полной стабилизировавшейся во времени осадке.

Время стабилизации фильтрационной части деформации определим по формуле:

(4.1)

где - длина пути фильтрации воды, см;

– коэффициент консолидации грунта, см²/ч.

Таким образом, срок строительства (17 месяцев) оказался значительно меньше срока фильтрационной консолидации. Отсюда следует, что земляное полотно сооружается в режиме быстрой отсыпки, то есть темп отсыпки насыпи опережает скорость консолидации и эффект взвешивания ее нижней части не успевает проявиться.

Определим степень фильтрационной консолидации торфа за срок строительства равный 17 месяцам.

(4.2)

По таблице 4.3 приведенной в [7] устанавливаем, что найденной величине N соответствует степень консолидации U=46,5%. В рамках курсового проекта будем условно считать, что фильтрационная осадка составляет 92% от общей конечной осадки слоя насыпи на слабом основании, тогда при общей конечной осадке слоя торфа 2,75 м под расчетной нагрузкой 16,8 т/м² получим значение фильтрационной осадки 0,922,75=2,53 м. За период строительства будет реализовано 0,465 2,53=1,18. На период эксплуатации приходится 2,53–1,18=1,35 м. Согласно таблице 3 [3] расчетная допустимая осадка основания насыпи для III категории дороги составляет 60 cм. То есть условие не соблюдается.

По заданию установлена допустимая скорость осадки 22 мм/год, необходимо вычислить относительную осадку и сравнить с заданной.

Условие не выполняется, необходимы дополнительные конструктивные решения.

Определим степень фильтрационной консолидации суглинка текучего за срок строительства равный 17 месяцам.

По таблице 4.3 приведенной в [8] устанавливаем, что найденной величине N соответствует степень консолидации U=9,3%. В рамках курсового проекта будем условно считать, что фильтрационная осадка составляет 92% от общей конечной осадки слоя насыпи на слабом основании, тогда при общей конечной осадке слоя суглинка текучего 1,2 м под нагрузкой 16,8 т/м² получим значение фильтрационной осадки 0,921,2 = 1,104 м. За период строительства будет реализовано

0,093 1,104= 0,103 м. На период эксплуатации приходится 1,104 – 0,103 = 1,001 м. Согласно таблице 3 [3] расчетная допустимая осадка основания насыпи для II категории дороги составляет 60 cм. То есть условие не соблюдается.

По заданию установлена допустимая скорость осадки 22 мм/год, необходимо вычислить относительную осадку и сравнить с заданной.

Условие выполняется.

Для определения необходимости в мероприятиях по обеспечению несущей способности земляного полотна рассчитывается коэффициент безопасности:

				(4.3)
где		−	безопасная нагрузка от насыпи на основание, МПа;
		−	действующая нагрузка (фактическая) от насыпи на основание, МПа;

Величину безопасной нагрузки на глубине z толщи вычисляют по формуле:

				(4.4)
где		−	сцепление на данном горизонте в рассматриваемый момент консолидации, т/м2;
		−	плотность грунта рассматриваемой толщи, г/см3;
		−	угол внутреннего трения, град.;
		−	некоторая функция, определяемая по графикам в зависимости от очертания насыпи относительной глубины расположения рассматриваемого горизонта и величины угла внутреннего трения грунта на данном горизонте.

Величина безопасной нагрузки для основания в целом определяется величиной безопасной нагрузки такого слоя, для которого оказывается минимальным.

В случае быстрой отсыпки величина расчетной нагрузки на основание определяется по формуле:

(4.5)

Определим величину коэффициента безопасности для каждого из слоев (см. приложение Б). Для этого необходимо определить величину β по номограммам из [1] с помощью двойной интерполяции по углу внутреннего трения и по величине 2a/B. Чтобы воспользоваться номограммами нужно определить величину b – половину подошвы насыпи.

При расчете на быструю отсыпку за расчетные величины сцепления и угла внутреннего трения принимаются значения, отвечающие природной влажности грунта при отсутствии нагрузки от веса насыпи. Эти характеристики и результаты расчетов приведены в таблице 6.

Таблица 6 – Определение безопасной нагрузки

№ точки	z, м	2a/B	b, м	V=z/b	Wпр, %	Сw, т/м2	ϕw, град	ρвзв, т/м3	β	pбез-z, т/м2	kбез-z
Слой торфа
0	0,1	2,02	15,7	0,01	628	1,0	10	0,3	0,013	76,98	3,72
1	1,0			0,06					0,049	21,41	1,03
2	2,0			0,13					0,082	13,49	0,65
3	3,0			0,19					0,107	10,83	0,52
4	4,0			0,25					0,127	9,54	0,46
5	5,0			0,32					0,143	8,84	0,43
Слой суглинка
5	5,0	2,02	15,7	0,32	65	1,2	12	0,8	0,143	10,62	0,51
6	6,0			0,38					0,170	9,94	0,48
7	7,0			0,45					0,182	10,24	0,49
8	8,0			0,51					0,189	10,71	0,52
9	9,0			0,57					0,196	11,24	0,54
10	10,0			0,64					0,201	11,78	0,57

Проверка в учебной программе «Стабильность» также показала, что при заданной конструкции минимальный коэффициент безопасности меньше 1, следовательно, условие не выполняется, и конструкция нуждается в изменениях.

Принимаем решение об уположении откосов насыпи до значения 1:2. Таким образом по расчету в программе минимальный коэффициент безопасности будет равен =1,054, что больше 1.