Методическое пособие 782

приводит к образованию пластических деформаций. Получена зависимость предела прочности холодного асфальтобетона от деформации при действии уплотняющей нагрузки, которая имеет вид:

где λ – деформация, мм. Коэффициент корреляции уравнения равен 0,95.

Уплотнение холодной асфальтобетонной смеси регламентировано документом СТО НОСТРОЙ 2.25.40-2011. Согласно этому документу для уплотнения смеси применяются катки на пневматических шинах массой 16 т или гладковальцовые катки массой 6-10 т. Холодные асфальтобетонные смеси характеризуются большей жесткостью по отношению к горячим смесям. Применение холодных асфальтобетонных смесей с активированными материалами допускает использование катков массой 10-13 т. Применение тяжелых катков позволяет достичь требуемого коэффициента уплотнения, однако это приводит к снижению предела прочности [12]. Поэтому при выборе параметров уплотняющих машин необходимо учитывать температуру асфальтобетоной смеси при ее уплотнении.

Для уточнения влияния температуры нагрева основания на качество ремонта выбоин с применением холодных асфальтобетонных смесей был проведен производственный эксперимент при температуре окружающего воздуха от минус 4 С до минус 8 С с последующим испытанием образцов в лабораторных условиях (рис. 8).

Рис. 8. Производство ремонтных работ по заделке выбоины дорожного покрытия на автомобильной дороге

в районе п. Комсомолец в Тамбовской области Фото авторов статьи

71

Научный журнал строительства и архитектуры

В качестве ремонтного материала применялась холодная асфальтобетонная смесь заводского приготовления с битумом марки СГ 70-130. Укладка смеси производилась после подготовительных работ в две выбоины с одинаковыми геометрическими параметрами. Температура поверхности одной выбоины соответствовала температуре окружающего воздуха, поверхность второй выбоины нагревалась до температуры плюс 40 С. Укладка холодной смеси производилась вручную. Известно, что при такой укладке смеси коэффициент уплотнения равен 0,75-0,8.

Уплотнение смеси выполнялось вибрационной плитой массой 30 кг. Согласно требованиям к уплотненной холодной асфальтобетонной смеси по нормативным документам ПНСТ 362 и ГОСТ 9128 водонасыщение асфальтобетона по объему должно быть в пределах от 4 до 9 %. По результатам испытания установлено, что если в выбоине без нагрева поверхности объемная масса асфальтобетона равняется 2,39 г/см3 при коэффициенте уплотнения 0,95 с водонасыщением 6,5 %, то в выбоине с нагревом основания объемная масса равна 2,8 г/см3 при коэффициенте уплотнения 0,975 с водонасыщением 6,0 %, что соответствует требованиям нормативных документов к холодному асфальтобетону.

Выводы

1. Предложенная математическая модель «покрытие-основание» позволяет демонстрировать тепловые процессы, в дорожных одеждах нежесткого типа в широком диапазоне исследуемых температур при устройстве дорожных покрытий и ремонтных работах с учетом условий выполнения работ.

2.Установлено влияние температуры на предел прочности асфальтобетона при использовании холодной асфальтобетонной смеси заводского приготовления.

3.Получена аналитическая зависимость предела прочности от деформации в процессе

уплотнения слоя холодного асфальтобетона, позволяющая моделировать процесс уплотнения холодной асфальтобетонной смеси.

4. По результатам производственного эксперимента доказано, что предварительный нагрев поверхности выбоины перед укладкой холодной асфальтобетонной смеси обеспечивает более качественное выполнение ремонтных работ.

Библиографический список

1.Алексиков, С. В. Сравнительная оценка однородности уплотнения асфальтобетонных покрытий городских дорог при различных режимах работы катков / С. В. Алексиков, А. А. Ермилов // Науч. вестник ВГАСУ. Сер. Стр-во и архитектура. – 2014. – Вып. 1 (33). – С. 45-53.

2.Васильев, А. П. и др. Справочная энциклопедия дорожника. Т.I: Строительство и реконструкция автомобильных дорог; под ред. А. П. Васильева. – М.: Информавтодор, 2004. – 505с.

3.Васильев, А. П. и др. Справочная энциклопедия дорожника. Т.II: Ремонт и содержание

автомобильных дорог / под ред. А. П. Васильева. М. :Информавтодор, 2004. – 507 с.

4.Гезенцвей, Л. Б. Дорожный асфальтобетон / Н.В. Горелышев, А. М. Богуславский, И. В. Королев; под редакцией Л. Б. Гезенцвея / Изд-е второе, М.: Транспорт, 1985. – 350 с.

5.Зубков, А. Ф. Технология строительства и ремонта дорожных покрытий нежесткого типа с учетом температурных режимов асфальтобетонных смесей / А. Ф. Зубков, К. А. Андрианов, А. И. Антонов, В. Г. Однолько // Тамбов: ФГБОУ ВО «ТГТУ», 2017. – 300с.

6.Зубков, А. Ф. Технология ремонта дорожных покрытий нежесткого типа струйно-инъекционным методом / А. Ф. Зубков, К. А. Андрианов, В. Г. Однолько, М. Э. Пилецкий // Тамбов: ФГБОУ ВО «ТГТУ», 2018. –

200 с.

7.Зубков, А. Ф. Технология строительства многополосных дорожных покрытий нежесткого типа / А. Ф. Зубков, В. Г. Однолько, Р. В. Куприянов. – М.: Издательский дом «Спектр», 2015. – 232 с.

8.Зубков, А. Ф. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ № № 2006613129. Расчет нагрева толщины слоя асфальтобетона по времени. Опубл. 05.09.2006г.

9.Калгин, Ю. И. Перспективные технологии строительства и ремонта дорожных покрытий с применением модифицированных битумов / Ю. И. Калгин, А. С. Строкин, Е. Б. Тюков // Воронеж: Изд-во Воронежская областная типография им. Е. А. Болховитинова, 2014. – 223с.

10.Калгин, Ю. И. Дорожные битумоминеральные материалы на основе модифицированных битумов / Ю. И Калгин // Воронеж: Изд-во Воронеж. гос. ун-та, 2006. – 272с.

72

11.Куприянов, Р. В. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №200015616928 Программа по расчету параметров инфракрасных разогревателей для асфальтобетонных покрытий. Р. В. Куприянов, А. Ф. Зубков. Опубл. 25.06.2015г.

12.Пермяков, В. Б. Эффективность уплотнения асфальтобетонных смесей в дорожных покрытиях / В. Б. Пермяков // Строительные материалы. – 2005. – №10. – С.8-9.

13.Ладыгин, Б. И. и др. Прочность и долговечность асфальтобетона / под редакцией проф. Б. И.

Ладыгина. Минск: Изд-во «Наука и техника», 1972. – 288с.

14.Хархута, Н. Я. Вопросы теории уплотнения дорожных покрытий / Н. Я. Хархута // Уплотнение земляного полотна и дорожных одежд: тр. Союздорнии. – Москва, 1980. – С. 64-71.

15.Цупиков, С. Г. Справочник дорожного мастера. Строительство, эксплуатация и ремонт автомобильных дорог / под ред. С. Г. Цупикова. М. : Инфра-Инжененрия, 2009. – 924с.

16.Fort, L. Massive impact // Roads & Bridges. October. – 2014. P. – 28.

17.Hofko, B. Einfluss der Verdichtungsrichtung auf das mechanische Verhalten von Asphaltprobekörpern aus walzsegmentverdichteten Platten / B. Hofko, R. Blab // Straße und Autobahn. – 2013. – Vol. 64. - No. 7. - Pp. 522-530.

18.Kuprianow, R. Analiza zmian temperatury ukladanych warstw z mieszanek mineralno-asfaltowych w

strefie spoiny podluznej / R. Kuprianow, K. Andrianow, A. Zubkow, A. Plewa // Budownictwa i Inzynierii Srodowiska. –2015. – №3. – P. 113-117.

19.Plewa, A. The effect of modifying additives on the consistency and properties of bitumen binders / A. Plewa, P. S. Belyaev, K. A. Andrianov, A. F. Zubkov, V. A. Frolov // Advanced Materials and Technologies. – 2016. – № 4. – P. 35-40.

20.Wellner, F. Auswirkung der Alterung und des Schichtenverbundes auf den Beanspruchungs zustand von Asphaltbefestigungen / F. Wellner, S. Werkmeister, D. Ascher // Strasse und Autobahn. – 2012. – No. 7. – Р. 430-437.

References

1.Aleksikov, S.V. Sravnitel'naya ocenka odnorodnosti uplotneniya asfal'tobetonnyh pokrytij gorodskih dorog pri razlichnyh rezhimah raboty katkov / S.V. Aleksikov, A.A. Ermilov // Nauch. vestn. VGASU. Ser. Str-vo i arhitektura. - 2014. - Vyp. 1 (33). - S. 45-53.

2.Vasil'ev, A.P. i dr. Spravochnaya enciklopediya dorozhnika. T.I: Stroitel'stvo i rekonstrukciya avtomobil'nyh dorog; pod red. A.P. Vasil'eva. – M.: Informavtodor, 2004. – 505s.

3.Vasil'ev, A.P. i dr. Spravochnaya enciklopediya dorozhnika. T.II: Remont i soderzhanie avtomobil'nyh dorog / pod red. A.P. Vasil'eva. M. :Informavtodor, 2004. - 507 s.

4.Gezencvej, L.B. i dr. Dorozhnyj asfal'tobeton / N.V. Gorelyshev, A.M. Boguslavskij, I.V. Korolev;

pod redakciej L.B. Gezencveya / Izd-e vtoroe, M.: Transport, 1985. - 350 s.

5.Zubkov, A.F. Tekhnologiya stroitel'stva i remonta dorozhnyh pokrytij nezhestkogo tipa s uchetom temperaturnyh rezhimov asfal'tobetonnyh smesej / A.F. Zubkov, K.A. Andrianov, A.I. Antonov, V.G. Odnol'ko // Tambov: FGBOU VO «TGTU», 2017. - 300s.

6.Zubkov, A.F. Tekhnologiya remonta dorozhnyh pokrytij nezhestkogo tipa strujno-in"ekcionnym metodom / A.F. Zubkov A.F, K.A. Andrianov, V.G. Odnol'ko, M.E. Pileckij // Tambov: FGBOU VO «TGTU», 2018. - 200s

7. Zubkov, A.F. Tekhnologiya stroitel'stva mnogopolosnyh dorozhnyh pokrytij nezhestkogo tipa / A.F. Zubkov, V.G. Odnol'ko, R.V. Kupriyanov. - M.: Izdatel'skij dom «Spektr», 2015. - 232 s.

8.Zubkov, A.F. Svidetel'stvo o registracii programmy dlya EVM № № 2006613129. Raschet nagreva tolshchiny sloya asfal'tobetona po vremeni. Opubl. 05.09.2006g

9.Kalgin, YU.I. Perspektivnye tekhnologii stroitel'stva i remonta dorozhnyh pokrytij s primeneniem modificirovannyh bitumov / YU.I. Kalgin, A.S. Strokin, E.B. Tyukov// Voronezh: Izd-vo Voronezhskaya oblastnaya tipografiya im. E. A. Bolhovitinova, 2014. - 223s.

10.Kalgin, YU.I. Dorozhnye bitumomineral'nye materialy na osnove modificirovannyh bitumov / Yu.I Kalgin // Voronezh: Izd-vo Voronezh. gos. un-ta, 2006. - 272s.

11.Kupriyanov, R.V. Svidetel'stvo o gosudarstvennoj registracii programmy dlya EVM №200015616928

Programma po raschetu parametrov infrakrasnyh razogrevatelej dlya asfal'tobetonnyh pokrytij. R.V. Kupriyanov, A.F. Zubkov. Opubl. 25.06.2015g.

12. Permyakov, V.B. Effektivnost' uplotneniya asfal'tobetonnyh smesej v dorozhnyh pokrytiyah / V.B. Permyakov // Stroitel'nye materialy. – 2005. - №10. – S.8-9.

13.Ladygin, B.I. i dr. Prochnost' i dolgovechnost' asfal'tobetona / pod redakciej prof. B.I. Ladygina. Minsk: Izd-vo «Nauka i tekhnika», 1972. - 288s.

14.Harhuta, N.YA. Voprosy teorii uplotneniya dorozhnyh pokrytij / N. YA. Harhuta // Uplotnenie

zemlyanogo polotna i dorozhnyh odezhd: tr. Soyuzdornii. - Moskva, 1980. - S. 64-71.

15.Cupikov, S.G. Spravochnik dorozhnogo mastera. Stroitel'stvo, ekspluataciya i remont avtomobil'nyh dorog

/pod red. S.G. Cupikova. M. : Infra-Inzhenenriya, 2009. - 924s.

16.Fort, L. Massive impact // Roads & Bridges. October. - 2014. P. - 28.

73

Научный журнал строительства и архитектуры

17.Hofko, B. Einfluss der Verdichtungsrichtung auf das mechanische Verhalten von Asphaltprobekörpern aus walzsegmentverdichteten Platten / B. Hofko, R. Blab // Straße und Autobahn. - 2013. - Vol. 64. - No. 7. - Pp. 522—530.

18.Kuprianow, R. Analiza zmian temperatury ukladanych warstw z mieszanek mineralno-asfaltowych w

strefie spoiny podluznej / R. Kuprianow, K. Andrianow, A. Zubkow, A. Plewa // Budownictwa i Inzynierii Srodowiska. 2015. №3. P. 113-117.

19.Plewa, A. The effect of modifying additives on the consistency and properties of bitumen binders / A. Plewa, P.S. Belyaev, K.A. Andrianov, A.F. Zubkov, V.A. Frolov // Advanced Materials and Technologies. 2016. № 4. P. 35-40.

20.Wellner, F. Auswirkung der Alterung und des Schichtenverbundes auf den Beanspruchungs zustand von Asphaltbefestigungen / F. Wellner, S. Werkmeister, D. Ascher // Strasse und Autobahn. - 2012. - No. 7. - R. 430—437.

IMPROVING THE QUALITY OF REPAIR OF NON-RIGID ROAD SURFACES WITH THE USE OF COLD ASPHALT CONCRETE MIXTURES

A. F. Zubkov 1, K. A. Andrianov 2, B. Behzadi 3

Tambov State Technical University 1, 2, 3

Russia, Tambov

1D. Sc. in Engineering, Prof. of the Dept. of Urban Construction and Roads, e-mail: afzubkov2013@yandex.ru

2PhD in Engineering, Assoc. Prof., Head of the Dept. of Urban Construction and Roads, e-mail: konst-68@yandex.ru

3PhD student of the Dept. of Urban Construction and Roads

Statement of the problem. It is essential to consider the technology of repair of road surfaces of nonrigid type using cold asphalt-concrete mixtures on bitumen grades BND, SG and MG. It is important to develop a mathematical model of the road structure that enables modeling the temperature distribution over the layer thickness, depending on the design parameters of the road considering the thermal and physical properties of materials and the temperature conditions of the road operation. It is also necessary to specify the effect of the mixture temperature on the tensile strength of the cold mixture of factory production. Potholes of the coating must be repaired at low air temperatures of different repair technologies in production conditions.

Results. Based on the results of modeling the temperature distribution in the coating layer, it is proven that the use of cold asphalt-concrete mixtures ensures high quality of repair work at air temperatures above +30 ° C. The dependence of the heating temperature of the base on the air temperature and the layer thickness is obtained, which provides the temperature conditions of the cold mixture during compaction. It is established that the ultimate strength depends on temperature. The maximum value of the strength limit of cold asphalt concrete of factory production is provided at the compaction temperature of the mixture at +50-55 C. The repair of potholes of the road surface carried out in production conditions at low air temperatures proved the ability to perform repair work with high quality of work.

Conclusions. It is proven that it is effective to heat the base of the pothole during repair on non-rigid road surfaces at low air temperatures before laying a cold asphalt-concrete mixture. The influence of the base temperature on its distribution over the layer thickness depending on the air temperature and the layer thickness during repair work is established. The obtained dependence of the strength limit of cold asphalt concrete of factory production on temperature allows us to determine the parameters of compacting machines that ensure high quality of repair work.

Keywords: cold asphalt mix, base heating, temperature, compaction.

74

DOI 10.36622/VSTU.2021.61.1.007 УДК 625.7/.8:624.154

УСИЛЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА ДВУХКОНУСНЫМИ СВАЯМИ

А. А. Дегтярь 1, А. М. Бургонутдинов 2

Пермский государственный научно-исследовательский политехнический университет 1, 2 Россия, г. Пермь

1Ассистент кафедры дизайна графики и начертательной геометрии, e-mail: 1439sanek@mail.ru

2Д-р техн. наук, доц. кафедры автомобильных дорог и мостов, e-mail: burgonutdinov.albert@yandex.ru

Постановка задачи. Рассматривается разработка способа усиления конструкции земляного полотна двухконусными сваями и геотехническими материалами для дорог северных регионов Российской Федерации.

Результаты. Создана конструкция земляного полотна на усиленном двухконусными сваями грунтовом основании с армированием геотехническими материалами. Разработан метод расчета конструкции земляного полотна на усиленном двухконусными сваями грунтовом основании с армированием геотехническими материалами, а также на слабых сезоннопромерзающих грунтах с учетом нагрузок при движении транспорта и веса земляного полотна. Данный метод расчета основан на образовании зон уплотнения грунта в околосвайном пространстве в результате внедрения свай в грунт, что приводит к увеличению структурной прочности слабого грунта, а также учитывает арочный эффект, возникающий в грунтах между соседними головами свай.

Выводы. Разработанная конструкция земляного полотна и ее метод расчета представляют большой интерес как для научных работников, так и для инженеров-проектировщиков, и могут быть использованы в строительной практике.

Ключевые слова: двухконусные сваи, слабые грунты, земляное полотно, морозное пучение, коэффициент пористости, структурная прочность грунта, свайное основание, геосотовый материал, геотекстильный материал

Введение. При строительстве автомобильных дорог на слабых грунтах согласно нормативной литературе [9] допускается устройство земляного полотна на усиленном жесткими сваями грунтовом основании. Однако такую конструкцию земляного полотна не рекомендуется использовать в районах сезонного промерзания грунтов в силу неустойчивости свай к воздействию морозного пучения грунта. Ежегодное выпучивание грунтов составляет 5-10 см и делает дорогу непроезжей. Борьба с этим явлением требует использования свай длиной около 10-15 м, что по экономическим расчетам нецелесообразно. Поэтому актуальной задачей является разработка нового конструктивного решения, включающего в себя устройство земляного полотна на грунтовом основании, усиленном двухконусными сваями, устойчивыми к воздействию морозного пучения грунтов. Также видится необходимой разработка методики расчета пучения грунтов по несущей способности. Данная методика призвана обеспечить надежность проектирования и строительства автомобильных дорог в местах сезонного промерзания грунтов.

Двухконусные сваи разработаны на кафедре автомобильных дорог и мостов Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) [2, 6, 8, 12, 1416] и представляют собой полую конструкцию, имеющую конусность в сторону острия и го ловы сваи, выполненную центрифугированием.

© Дегтярь А. А., Бургонутдинов А. М., 2021

75

Научный журнал строительства и архитектуры

Отличительной особенностью данных свай является устойчивость к воздействию морозного пучения благодаря уникальной форме их конструкции. Они не меняют своего проектного положения в отличие от призматических свай, выпор которых ежегодно составляет 6-10 см, что приводит к непроезжаемости дороги. Поэтому призматические сваи не применялись при строительстве дорог на слабых водонасыщенных глинистых сезоннопромерзающих пучинистых грунтах [8]. Конструкция двухконусной сваи приведена на рис. 1.

В результате экспериментальных и теоретических исследований разработана эффективная конструкция земляного полотна на усиленном двухконусными сваями грунтовом основании (рис. 2).

1 – верхняя конусная часть;

2 – нижняя конусная часть;

3 – внутренняя полость;

4 – верхний торец сваи;

5 – нижний торец сваи;

6 – граница сезоннопромерзающего грунта

1. Влияние зоны уплотнения грунта вокруг свай на изменение несущей способно-

сти слабого грунтового основания. В основу определения расстояния между сваями в свайном основании положен предложенный Б.С. Юшковым [1] аналитический метод расчета зоны уплотнения грунтов вокруг свай. Одним из главных факторов, влияющих на изменение несущей способности свайных фундаментов во времени, является образование зон уплотнения грунта, вызванное забивкой свай. Зоны уплотнения водонасыщенного глинистого грунта зависят от его природной плотности, метода погружения свай, количества свай в кусте, расстояния между сваями, сечения свай и природного коэффициента пористости.

Для определения величины зоны уплотнения грунта вокруг свай в силу симметрии достаточно будет рассмотреть ¼ выделенного свайного основания. В результате забивки свай в горизонтальном слое h происходит смещение вытесненных сваей частиц грунта. Вытесненный забитой сваей грунт уплотняет прилегающий грунт, в результате чего коэффициент пористости в околосвайном пространстве уменьшается от ε до εmin. Грунт выдавливается за пределы сваи в зону шириной L. Эта зона состоит из участков – І, ІІ (рис. 3).

Условие баланса частиц, вытесненного в горизонтальном слое, позволяет получить выражение ширины зоны уплотнения L через ε и εmin:

76

где – величина, характеризующая квадратичный закон убывания коэффициента пористости грунта от ε до εmin:

Пористость в зоне L убывает от ε на границе уплотненной зоны до εmin на границе сваи.

Рис. 3. Расчетная схема к определению зоны уплотнения: d0 – диаметр сваи

Получив ширину зоны уплотнения L можно вычислить расстояние между сваями в свайном основании по формуле:

где В – расстояние между сваями в свету.

Используя аналитический метод расчета зоны уплотнения грунтов вокруг свай, определим зону уплотнения грунта вокруг двухконусной сваи со следующими размерами:

– диаметр по верхнему и нижнему торцам d01 = 30 см;

– диаметр по линии сопряжения плоскостей верхнего и нижнего конусов d02 = 50 см;

– полная длина двухконусной сваи, принимаемая равной 3 м (верхняя конусная часть – 1 м, нижняя конусная часть – 2 м).

При этом коэффициент пористости слабого грунта в природном состоянии принимаем ε = 0,80 а коэффициент пористости грунта при максимальной плотности, полученной забив-

кой свай, εmin = 0,65.

По формуле (2) находим величину, характеризующую квадратичный закон убывания

Ширина зоны уплотнения грунта в околосвайном пространстве при d02 = 50 см определяется следующим образом:

77

Научный журнал строительства и архитектуры

С учетом полученных результатов определений значений ширины L1 и L2 построим эпюру ширины зоны уплотнения грунта в околосвайном пространстве в результате забивки свай (рис. 4).

Рис. 4. Эпюра ширины зоны уплотнения грунта в результате забивки свай:

d01 – диаметр по верхнему и нижнему торцу сваи; d02 – диаметр по линии сопряжения плоскостей верхнего и нижнего конусов сваи;

L1 – ширина зоны уплотнения грунта по диаметру нижнего торца сваи d01;

L2 – ширина зоны уплотнения грунта по диаметру d02 и на поверхности грунта

Ширина зоны уплотнения грунта в результате забивки свай в плоскости верхнего торца сваи (на поверхности слабого грунта) будет иметь значение L1 = 282 см. Это связано с прохождением большего диаметра сваи d02 = 50 см через поверхность слабого грунта при ее забивке.

При уменьшении коэффициента пористости грунта от ε до εmin в околосвайном пространстве в результате забивки свай структурная прочность грунта увеличивается:

где Pstr1 = 1,0 кг/см2 – природная структурная прочность слабого грунта при максимальном коэффициенте пористости ε; Pstr2 – наибольшая структурная прочность слабого грунта при минимальном коэффициенте пористости εmin, полученном в результате забивки свай в околосвайном пространстве.

Структурная прочность грунта обратно пропорциональна изменению его коэффициента пористости [1] по соотношению:

При изменении коэффициента пористости грунта от ε = 0,80 до εmin = 0,65 структурная прочность Pstr1 = 1,0 кг/см2 изменяется до Pstr2 по формуле (5):

2. Определение расстояния между сваями в свайном основании. После получения значений ширины зон уплотнения L1 и L2 определим расстояние между сваями в свайном основании по формуле (3):

B1 2L1 2 173 346 см,

B2 2L2 2 282 564 см.

78

Из двух полученных значений В1 и В2 в качестве расстояния между сваями принимаем В2 = 564 см. В пределах пространства В2 грунт будет иметь структурную прочность

Pstr2 = 1,23 кг/см2 (рис. 5).

Рис. 5. Разрез земляного полотна по оси свайного основания:

1 – земляное полотно; 2 – геосотовый материал; 3 – геотекстильный материал;

4 – щель, образующаяся при забивке сваи между верхним конусом и естественным грунтом, заполненная песком или гравием;

5 – прочные грунтовые породы;

d01 – диаметр по верхнему и нижнему торцу сваи; d02– диаметр по линии сопряжения плоскостей верхнего и нижнего конусов сваи;

L1 – ширина зоны уплотнения грунта по диаметру нижнего торца сваи d01;

В2 – расстояние между смежными сваями

Усиление конструкции земляного полотна двухконусными сваями повышает несущую способность слабого грунтового основания за счет увеличения его структурной прочности от

Pstr1 = 1,0 кг/см2 до Pstr2 = 1,23 кг/см2 в результате образования зон уплотнения грунта в околосвайном пространстве при забивке свай. Для нормальной эксплуатации автомобильных

дорог, без развития недопустимых деформаций, необходимо, чтобы выполнялось условие:

где [n] = 1,0 – коэффициент запаса прочности; Pstr2 – наибольшая структурная прочность слабого грунта в околосвайном пространстве при минимальном коэффициенте пористости εmin, полученном в результате забивки свай.

3. Сбор нагрузок, действующих на земляное полотно. Суммарное напряжение от собственного веса земляного полотна и нагрузки при движении транспорта с учетом поправочных коэффициентов ffs и fq определяется по формуле (8):

где ffs = 1,0 – поправочный коэффициент для нагрузки от веса земляного полотна на удельный вес грунта; fq – поправочный коэффициент для внешней прилагаемой нагрузки (нагрузки

нагрузка от движения транспорта, определяемая по формуле механики грунтов (формула Буссинеска [4]).

79

Научный журнал строительства и архитектуры

Последняя формула позволяет определить напряжения в массиве грунта от действия вертикальной сосредоточенной силы, приложенной к поверхности линейно-деформируемого полупространства по приведенной ниже схеме (рис. 6). Напряжения на поверхности слабого грунта от нагрузки при движении транспорта, представленной в виде сосредоточенной силы, будут больше, чем от равномерно распределенной нагрузки по площади следа колеса, т.е. в расчет принимаем наиболее невыгодное сочетание нагрузок.

где K – коэффициент, зависящий от отношения r/z, K = f (r/z), принимаемый по табл. 6.1 [4]; P = 10 т– расчетная нагрузка на ось автомобиля; z 0,5м – расстояние по вертикали для то-

чек на поверхности, в которых определяется напряжение δz (при высоте земляного полот-

на 0,5 м).

Рис. 6. Схема к расчету напряжений на поверхности слабого грунта от нагрузки

при движении транспорта:

M – точка на поверхности слабого грунта, в которой определяется напряжение δz;

z – расстояние по вертикали до точки M;

r – расстояние по горизонтали до точки M

Результаты определения значений величины напряжения δz в различных точках на поверхности слабого грунта приведены в таблице.

Из полученных значений δz выбираем максимальное δz = 1,9 кг/см2, которое соответствует месту под точкой приложения нагрузки (точка № 1) и определяется по формуле (9):

4. Учет арочного эффекта, возникающего в грунтах. Из-за существенных различий в характеристиках деформаций свай и окружающего их слабого грунта распределение вертикальных напряжений вдоль и поперек основания земляного полотна неравномерно. В связи с этим может наблюдаться арочный эффект.

Арочный эффект, возникающий в грунтах между соседними головами свай, вызывает дополнительные вертикальные напряжения на головы свай. Отношение вертикальных напряжений на головах свай к средним вертикальным напряжениям в основании земляного по-

80