книги из ГПНТБ / Фисенко, Г. Л. Укрепление откосов в карьерах

или с использованием коэффициентов наклона поверхности сколь­ жения и отклонения реакции крепи (см. рис. III.14)

При криволинейной поверхности скольжения призма возмож­ ного обрушения разбивается на блоки и расчетная формула будет иметь вид:

Наличие гидростатического давления, распределенного по по­ верхности скольжения в фильтрующих откосах, учитывается путем уменьшения величины нормальной составляющей веса пород на величину суммарного гидростатического давления:

N f = Nl - r ill,

где 1Vf — нормальная составляющая массы пород г-го блока с уче­

том гидростатического давления; — то же, без учета гидроста­ тического давления; Г, — средняя величина гидростатического дав­ ления в пределах г-го блока; — длина наклонного основания г-го блока.

Если контрфорс отсыпается в границах первоначального кон­ тура откоса, т. е. часть рыхлых пород неустойчивого уступа заме­ няется скальными, то ширина контрфорса по основанию опреде­ ляется по формуле

зрения наиболее целесообразно применение железобетонных под­

прочность. Если стены возводятся на нескальном основании, расче­

5* 131

том проверяется и основание стены. Коэффициент устойчивости определяется соотношением удерживающих и сдвигающих сил:

f ( Pc + F sin 6)

(IV .3 6 )

F cos 6

где / — коэффициент трения по основанию стены; Рс — собственная масса стены; F — равнодействующая давления горных пород на стену; б — угол наклона к горизонту равнодействующей давления горных пород.

Угол отклонения равнодействующей давления горных пород от нормали к задней грани подпорной стены зависит от шерохова­ тости последней. Обычно считают, что равнодействующая давления отклоняется на величину угла трения пород по поверхности стены.

Однако применение этого принципа к пологим сте­ нам может привести к неверному результату. Поэтому в последнем случае, а также в слу­ чаях, когда трудно опре­ делить фактический ко­ эффициент трения между горными породами и зад­ ней гранью стены, на­ правление равнодейст­ вующей давления горных пород принимается гори­ зонтальным. При этом ве­

личина давления несколько завышается, что идет в запас устой­ чивости.

Устойчивость стены против опрокидывания определяется вели­ чиной коэффициента устойчивости, представляющего собой отно­ шение моментов удерживающих и опрокидывающих сил:

МУД

П° ~~ Л*,опр

Момент удерживающей силы относительно точки О (рис. IV. 17)

Мул = РСХ -f .Fsin6Z,

а опрокидывающей силы

Мопр = F cos бY.

Тогда коэффициент устойчивости стены против опрокидывания запишется в виде

F cos SK

где X, Y, Z — плечи соответствующих сил.

132

Расчет подпорных стен на прочность производится в соответст­ вии с СНиП П-В.1-62 и П-В.2-62. Если подпорные стены сооружа­ ются на слабом основании, то применяют свайные фундаменты [64]. Расчет числа свай и расстояния между ними приведен в § 3.

Расчет тонких заанкеренных подпорных и защитных железобе­ тонных стенок производится аналогично расчету на изгиб железо­ бетонной плиты (балки) на двух опорах с пролетом, равным рас­ стоянию между анкерами, нагруженной сплошной равномерно или неравномерно распределенной нагрузкой [59]. Расчет ведется на

Рис. IV. 18. К расчету интенсивности давления на тонкую железобетонную подпорную стенку

1 м стенки. Если стенка имеет фундамент, то она рассматривается как плита (балка) с защемленным концом, свободный конец кото­ рой имеет шарнирную опору-анкер (рис. IV. 18).

Опорные реакции в заделке и со стороны анкера определяются по формулам:

а изгибающие моменты в пролете / (максимальный, приложенный на расстоянии Х= 0,577 /) и в заделке:

Мар = 0,029др;

где q — максимальная интенсивность нагрузки в месте заделки стенки.

Сопротивление стенки изгибу увеличивается за счет установки промежуточных анкеров, благодаря чему сокращается пролет ме­ жду ними и соответственно уменьшаются величины изгибающих моментов.

133

При укреплении защитными стенками откосов, в которых нару­ шенный слой пород ограничен поверхностью, параллельной по­ верхности откоса, нагрузка принимается равномерной, а эпюра ин­ тенсивности давления — прямоугольной. Такой случай возможен, например, при укреплении откосов в условиях вечной мерзлоты [18],

где Р — давление оттаявшего слоя пород. Полезная толщина стенки

134

Полная толщина стенки с учетом защитного слоя бетона

арматуры. Если стенка заармирована готовой рулонной сеткой из

Защитные железобетонные стенки применяются для предохра­ нения поверхности откоса от осыпания. Поэтому их толщина, а так­ же анкеровка принимаются конструктивно, без специальных рас­ четов. Если одновременно с предотвращением осыпания пород не­ обходимо укрепить отдельные блоки пород штангами, которые служат и анкерами стенки, то штанги рассчитываются обычным порядком, исходя из ожидаемого давления со стороны укрепляе­ мых блоков.

Т е х н о л о г и я п р о и з в о д с т в а ра бот . Отсыпка контр­ форсов из скальных пород производится таким образом, чтобы вы­

135

емка рыхлых пород, заменяемых скальными, не приводила к недо­ пустимому снижению устойчивости откоса. Во избежание активи­ зации оползня в процессе производства работ отсыпку контрфор­ сов ведут вслед за разработкой удаляемых пород с оставлением разрыва, необходимого лишь для нормальной работы экскаватора

(см. рис. IV.16).

Отработка очередной заходки может быть начата только после засыпки предыдущей. Промежуток времени, в течение которого заходка остается незасыпанной, должен быть минимальным.

Для обеспечения максимального коэффициента трения в осно­ вании контрфорса производят полную зачистку почвы заходки, а если отсыпка ведется на скальное и полускальное основание — рыхлят породы основания с помощью буровзрывных работ на глу­ бину до 1 м. Контрфорсы отсыпаются как сплошной лентой, так и отдельными призмами.

Содержание глинистых примесей в скальных породах, идущих на отсыпку контрфорса, не должно превышать 20%, так как уве­ личенное их содержание уменьшает коэффициент трения и ухуд­ шает фильтрационные свойства материала. Отсутствие же сво­ бодной фильтрации воды способствует возникновению гидроста­ тического давления за контрфорсом.

Подпорные стены могут возводиться на естественном и искус­ ственном основаниях. Естественным основанием служат скальные и полускальные породы. В качестве искусственных используется «подушка» из цементированных скальных пород. Для железобе­ тонных подпорных стен используют бетон всех марок от 150 до 600. В качестве арматуры применяют стальные стержни периоди­ ческого профиля классов А-И и А-III диаметром до 40 мм.

Возведение опалубки, установка и сварка арматуры, а также работы по бетонированию выполняются со строительных лесов. Подача товарного бетона осуществляется с помощью автокрана.

Работы по возведению железобетонных стен должны вестись в соответствии с СНиП.

Тонкие заанкеренные подвесные железобетонные стенки возво­ дятся в следующей последовательности:

1)после заоткоски наклонными скважинами поверхность отко­ са очищается от нависей и заколов, затем промывается струей воды;

2)с подвесной люльки бурятся скважины для установки ан­

керов;

3)производится бетонировка замков анкеров. Бетон в скважи­

ны подается с помощью аппаратов, применяемых при укреплении откосов железобетонными штангами (см. § 2 настоящей главы);

4) на поверхность откоса навешивается арматурная сетка; с помощью металлических шайб, надеваемых на штанги, сетка по возможности плотнее прижимается к поверхности откоса. Анкерам сообщается необходимое начальное натяжение;

136

5) наносится слой торкрет-бетона с таким расчетом, чтобы толшина защитного слоя арматуры составила 1—1,5 см, а общая толщина стенки — 3—8 см. Торкретирование ведется послойно в несколько приемов. Толщина наносимого в один прием слоя со­ ставляет 2—2,5 см.

Более подробно технология производства работ и применяемое оборудование для торкретирования описаны в § 6 настоящей главы.

При возведении подпорных стен во избежание скопления воды за стенами и возникновения дополнительного гидростатического напора осуществляются следующие мероприятия:

1) пустоты между стенкой и поверхностью откоса заполняются дренирующим материалом;

2)в нижней части железобетонной стенки в процессе ее воз­ ведения через определенные расстояния (в зависимости от ожи­ даемых притоков воды) устанавливаются дренажные трубы;

3)водоотводные канавы, проходящие по укрепляемым усту­ пам, облицовываются водонепроницаемым материалом или бето­ нируются;

4)рабочая площадка уступа планируется с уклоном в сторону выработки, обеспечивающим сток воды, и покрывается водонепро­

ницаемым материалом.

§ 5. Ц Е М Е Н Т А Ц И Я

Цементацию горных пород с интенсивной трещиноватостью производят в сочетании с укреплением уступа железобетонными сваями, чтобы эффективнее использовать пробуренные скважины. Сетка скважин для свай и их расположение в породах уступа оп­ ределяются предварительно рассчитанным паспортом укрепления. В этом случае при разбивке скважин их располагают так, чтобы цементный раствор распространился как можно ближе к наиболее слабой зоне — призме упора.

Цементацией достигается увеличение сцепления в массиве до

где k' — фактическое сцепление по поверхности ослабления, тс/м2; с — коэффициент увеличения сцепления после цементации.

137

Один из сложных вопросов, которые приходится решать при цементации пород, — это определение величины коэффициента с. Предлагаемые некоторыми авторами лабораторные способы це­ ментации щебня в лотках не воспроизводят натурных условий,

однородными породами, зона, подлежащая упрочнению, у основа­ ния уступа имеет форму клина.

Границы зоны, подлежащей упрочнению, устанавливаются в

вости в каждом сечении и строится график n = f(a)\

!38

2) параллельно оси «а» проводится прямая для n = nv и из то­ чек пересечения этой прямой и графика n = f(a) опускаются пер­ пендикуляры до контура уступа и строятся поверхности скольже­ ния в откосе, соответствующие данным сечениям. Эти сечения ограничивают зону, подлежащую упрочнению (на рис. IV.19 за­ штрихована); за пределами этой зоны Пф>пр.

Сечение, соответствующее экстремуму функции n = f(a), опре­ деляет положение наиболее потенциально опасной поверхности скольжения. Расчетное сцепление, обеспечивающее устойчивость уступа, определяется из выражения

В результате упрочнения пород улучшаются их характеристики сопротивления сдвигу, т. е. укрепление осуществляется без прило­ жения дополнительных механических сопротивлений. Следова­ тельно, устойчивость откосов с упрочненными породами можно рассчитывать так же, как и свободных, сопоставляя величины сдви­ гающих и удерживающих сил, действующих параллельно поверх­ ности сдвига. Дополнительное удерживающее усилие, создаваемое путем упрочнения, определяется из выражений ('II 1.26) или

Коэффициент устойчивости уступа, укрепленного железобетон­ ными сваями в сочетании с упрочнением массива путем нагнета­ ния укрепляющих растворов, определяется из равенства

где F -— сила реакции свайной крепи.

Рассмотренный метод установления границ зоны, подлежащей упрочнению, применяется к уступам, сложенным однородными, равномерно трещиноватыми породами, когда форма предполагае­ мой поверхности скольжения принимается плоской. То же самое относится и к криволинейным поверхностям скольжения. Изме­ няется только форма упрочняемой зоны (рис. IV.20, а).

Аналогично определяются границы ослабленной зоны при на­ личии слабого слоя в основании уступа. Но в отличие от рассмот­ ренных случаев (однородного уступа) зона, подлежащая упрочне­ нию, располагается параллельно слабому слою и имеет постоян­ ную мощность (рис. IV.20,б).

Цементационные скважины бурят таким образом, чтобы при их малом числе охватить возможно больший участок. Это дости­ гается соответствующим наклоном скважин. Интервалы между соседними скважинами должны обеспечить непрерывность цемен­ тации. Размеры этих интервалов зависят от степени трещиновато­

139

сти массива и свойств заполняющего трещины материала. При проведении цементационных работ расстояние между скважинами определяется опытным путем пробным нагнетанием в скважину воды и последующим определением удельного водопоглощения массива. На практике интервал между скважинами принимается в пределах 3—6 м.

Цементный раствор нагнетают в скважины двумя способами: циркуляционным и зажимным [71].

а <г

Рис. 1V.20. Схемы к установлению границ упрочняемой зоны при криволинейных поверхностях скольжения:

При циркуляционном способе к скважине подается большее количество раствора, чем могут поглотить трещины в массиве при заданном давлении. Не поглощенный трещинами раствор возвра­ щается по обратному трубопроводу в растворомешалку и исполь­ зуется повторно. При цементадии зажимным способом давление нагнетания не регулируется и цементный раствор нагнетается в скважины при постоянном его расходе. Величина давления зави­ сит от поглощающей способности пород: с уменьшением поглоще­ ния раствора давление в скважине автоматически повышается. Циркуляционный способ применяют для цементации пород со средней и крупной трещиноватостью. При тонкой трещиноватости необходимо применять зажимной способ. Если при нагнетании воды в скважину давление устойчиво на уровне 2—3 атм, цемен­ тацию следует вести циркуляционным способом.

Сравнение циркуляционного и зажимного способов по трудо­ емкости выполнения работ и сложности оборудования показывает

140