1752

где в и hв– удельный вес и толщина слоя грунта над верхней прослойкой (в данном случае в н ; hв = 1 м); и с – прочностные характеристики по контакту «прослойка ГМ – грунт», I ; c 0,1cI .

Для связных грунтов верхняя из прослоек располагается на глубине 1,0 м от верха насыпи. Нижняя прослойка должна находиться на расстоянии 0,5 м от поверхности основания. При nпр 2 остальные

прослойки равномерно распределяются между верхней и нижней прослойками. При nпр 1 прослойка располагается на глубине 1,0 м от верха насыпи.

Пример 3. Расчет параметров армирования откосной части насыпи геотекстильным материалом

Выполняем расчет необходимого числа прослоек ГМ. Предельное растягивающее напряжение грунта pi находим по

формуле (2.4)

pi K cI 0,88 12,2 10,7 кПа,

где значение К , найденное по табл. 2.7 методом интерполяции при

I = 16°, составляет 0,88.

Значение допустимого растягивающего напряжения для ГМ д определяем по формуле (2.5):

д 0,25RР / 0,25 70/4 4,4 МПа

(0,09Т0,5 1) 1RP / (0,09 500,5 1) 170/4= 10,7 МПа.

Так как условие (2.5) выполняется, принимаем д 4,4МПа. Расчет момента сдвигающих сил приведен в табл. 2.8

Рис. 2.6. Схема армирования откосной части насыпи дорнитом

Определяем число необходимых прослоек ГМ при требуемой величине коэффициента устойчивости откоса Ктр= 1,46.

0,53 1,46 286,85 10,70 13,13 1,00 4,63 5. 4,40 4 1,00

Принимаем 5 прослоек.

Длину заделки ГМ в тело насыпи определим по формуле (2.6):

Согласно выполненным расчетам располагаем армирующие прослойки в теле насыпи (рис. 2.6).

3. ОБЕСПЕЧЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ОСНОВАНИЯ НАСЫПИ (ЗАДАЧА 2)

К насыпи, возводимой на слабых грунтах в основании, предъявляются следующие требования:

-интенсивная часть осадки должна завершиться до устройства покрытия (обеспечена стабильность);

-должна быть исключена возможность выдавливания слабого грунта из-под насыпи в процессе ее возведения и эксплуатации (обеспечена устойчивость основания).

21

3.1. Определение продолжительности завершения интенсивной части осадки насыпи

На насыпях, в основании которых оставлены слабые грунты, капитальные покрытия можно устраивать после завершения не менее 90% расчетной осадки. Для устройства облегченных покрытий требуется достижение не менее 80 % конечной осадки.

При мощности слоя слабого грунта H bср (где bср – ширина на-

сыпи по средней линии, т.е. на высоте hн /2 от поверхности основания) прогноз длительности осадки может быть осуществлен по схеме одномерного сжатия.

Время достижения заданной величины относительной осадки насыпи допускается определять упрощенным способом (в условиях неполного объема испытаний слабого грунта) по формуле

ки на какой-либо момент времени, м; Sк – конечная осадка насыпи, м; Hф– расчетный путь фильтрации воды, отжимаемой из слоя, прини-

маемый равным мощности слоя слабого грунта, см; Сh – коэффициент консолидации, определяемый путем консолидационных испытаний (в данной работе принимается Сh = 6 10–2 см2/мин).

Таблица 3.1

Значения коэффициента КU

Так как время достижения заданной величины относительной осадки, рассчитанное по формуле (3.1), получается в минутах, для перевода его в сутки необходимо делить результат на 1440.

Мероприятия по ускорению осадки насыпи на слабом основании рассматриваются в курсе дисциплины «Технология и организация строительства транспортных сооружений».

Пример 4. Определение продолжительности завершения

22

интенсивной части осадки насыпи

Находим ширину насыпи по средней линии:

bср b 2 hн 2 12 2 6,82 18,8 м.

Так как мощность слоя слабого грунта H = 2,2 м меньше, чем ширина насыпи по средней линии bср , прогноз длительности осадки

может быть осуществлен по схеме одномерного сжатия.

Время достижения заданной величины относительной деформации определяем по формуле (3.1), а результаты расчета приводим в виде табл. 3.2.

Таблица 3.2

Продолжительность осадки насыпи Tλp

Вывод. Капитальное покрытие на данной насыпи можно устраивать не ранее, чем через 476 суток после отсыпки. Устройство облегченного покрытия возможно через 319 суток со времени отсыпки насыпи.

3.2. Проверка устойчивости слабого основания насыпи

Деформации чаще всего происходят в период строительства или вскоре после возведения насыпи.

Насыпи, возводимые на слабых основаниях, могут значительно проседать из-за уплотнения грунта основания и выжимания его в стороны из-под насыпи.

Взадачу проверки устойчивости основания входят выявление возможности и степени опасности бокового выдавливания грунта из-под подошвы насыпи. На основе результатов расчета устойчивости должен быть сделан вывод о возможности использования слабого основания либо о необходимости выполнения конструктивно-технологических мероприятий по повышению устойчивости основания. Конструктивные мероприятия по повышению устойчивости основания рассматриваются

вкурсе дисциплины «Изыскания и проектирование автомобильных дорог в сложных природных условиях».

Вкачестве критерия обеспеченности устойчивости слабого основания принимается отсутствие областей разрушения, т.е. областей,

23

где сопротивление грунта сдвигу ниже величины опасных касательных напряжений.

Устойчивость основания обеспечивается при величине коэффициента безопасности

где pб – безопасная нагрузка, отвечающая условию устойчивости, кПа; pр – расчетная (проектная) нагрузка, кПа.

Величины pб и pр зависят не только от параметров возводимой

насыпи и свойств слабых грунтов в их природном залегании, но и от режима возведения насыпи. В связи с этим величина Кб может устанавливаться применительно к условиям:

-быстрой (условно мгновенной) отсыпки насыпи Кбн ;

-медленной (в соответствии со скоростью уплотнения и упроч-

нения слабой толщи) отсыпки насыпи Кбк .

При трапецеидальном очертании насыпи эпюру расчетной нагрузки на основание следует принимать в виде равнобочной трапеции. При этом величина максимальных напряжений на поверхности

где н – удельный вес грунта насыпи, кН/м3; hр – расчетная высота на-

сыпи, м; нв – удельный вес грунта насыпи ниже уровня подземных вод, кН/м3; zWL – расстояние от поверхности основания до расчетного уровня подземных вод, м; Sк– конечная осадка основания насыпи, м.

Если при расчете на медленную отсыпку Sк zг.в , то расчетная нагрузка определяется по формуле (3.3).

Расчет величины конечной осадки насыпи Sк выполняется методом послойного суммирования. Принимается, что на осадку насыпи влияет лишь толща грунтов определенной мощности hсж , называемая сжимаемой толщей. Практически считается, что нижняя граница

24

сжимаемой толщи (НГСТ) находится на глубине, где дополнительные напряжения от веса насыпи составляют 20 % от природного давления.

Сжимаемую толщу hсж делят на слои толщиной hi 0,4b. При делении сжимаемой толщи границы слоев необходимо совмещать с границами естественных слоев грунта, так как их модули деформации чаще всего различны.

Для горизонтальных площадок, лежащих на оси насыпи, вычисляют нормальные сжимающие напряжения от веса насыпи z и от веса грунта основания (природное давление) пр .

Напряжение от давления, создаваемого насыпью в центре её по-

где н– коэффициент, учитывающий изменение напряжений по глу-

При расчете природного давления грунтов, расположенных ниже уровня подземных вод, необходимо учитывать взвешивающее действие воды. В этом случае вместо i используют в , определяемый по формуле (1.3).

При определении природного давления на кровле слоя водонепроницаемого грунта (глина, суглинок твердый и полутвердый) необходимо учи-

где w – удельный вес воды, кН/м3, w =9,81 кН/м3; hw – расстояние от уровня подземных вод до кровли слоя водонепроницаемого грунта, м.

После этого строят эпюры пр и z (рис. 3.1) и находят НГСТ

(нижняя граница сжимаемой толщи), т.е. глубину на которой соблюдается условие z 0,2 пр. Эту глубину находят графически путем

наложения уменьшенной в пять раз эпюры природного давления пр

на эпюру напряжения от веса насыпи z .

25

Суммарную осадку насыпи определяют путем суммирования осадок отдельных слоев сжимаемой толщи по формуле

где i– среднее вертикальное напряжение в i-м слое грунта от веса насыпи, кПа; hi – толщина i-го слоя грунта, м; Ei– модуль деформации грунта i-го слоя, кПа.

Расчетная высота насыпи hр определяется по формуле

э

hр Нн 0Кус , (3.9)

н

где 0 – удельная нагрузка на поверхности проезжей части от колеса расчетного автомобиля, кН, 0 = 100 кН; Кусэ – коэффициент приве-

дения подвижной нагрузки к эквивалентной статической при расчете устойчивости.

26

Рис. 3.1. Расчетная схема определения конечной осадки насыпи по ее оси методом послойного суммирования (III слой – водонепроницаемый)

Величина коэффициента приведения Кусэ устанавливается по

где H – мощность слабой толщи, м; D – диаметр отпечатка расчетного колеса, м, D = 0,37 м.

Безопасная нагрузка pб определяется по формулам:

– при расчете на быструю отсыпку

где снпр– начальное приведенное сцепление, т.е. то, которое грунт имеет до приложения расчетной нагрузки, кПа.

где скпр– конечное приведенное сцепление, т.е. то, которое грунт будет иметь после завершения процесса уплотнения под расчетной нагрузкой, кПа,

В формулах (3.13) и (3.15) сн и cк – соответственно начальное и конечное удельные сцепления грунта; н и к – соответственно начальный и конечный углы внутреннего трения грунта. В данной курсовой работе допускается принимать, что сн сI ; cк cII ; н I и

к II (см. табл. 1.3).

Взависимости от степени устойчивости основания делят на три

типа (табл. 3.3).

28

В результате расчета Кбн и Кбк необходимо сделать вывод о возможности использования слабого основания.

Пример 5. Проверка устойчивости слабого основания насыпи

Находим удельный вес грунта насыпи (плотность грунта принимается по первой группе предельных состояний):

н 2,00 9,81 19,62 кН/м3.

Расчет конечной осадки насыпи выполняем по II группе предельных состояний в табличной форме (табл. 3.4 и рис. 3.2).

Таблица 3.4

Определение напряжений от веса насыпи и природного давления грунта

29