4.Проектирование временной пригрузки.

При строительстве автомобильных дорог обычно применяют следующие конструктивно-технологические решения временной пригрузки (см.чертеж). При использовании схемы (а) грунт временной пригрузки после завершения консолидации основания используют для отсыпки насыпи на следующих участках дороги; при использовании схемы (б) грунт распределяют на обочины и откосы в пределах данной захватки.

Расчет параметров временной пригрузки рекомендуется выполнять в следующей последовательности:

а) определять величину временной пригрузки Δр по формуле

Δp = dP_pacr, (9)

где d - коэффициент перегрузки, минимальные значения которого следует принимать по графику (см. рис. 2).

б) определять консолидационный параметр Т_пр для насыпи с пригрузкой по формуле (3). При этом параметры λ, Р и S_сж для насыпи с пригрузкой вычислять по формулам:

λ_сж.пр = λ_сж.pacr(1+bd),

S_сж.пр = S_сж.pacr(1+bd), (10)

P_пр = Р_pacr(1+d),

где b - безразмерный коэффициент, определяемый по формуле:

   (11)

где P_pacr - расчетная нагрузка на основание, МПа;

l₀ - средневзвешенное значение коэффициента пористости основания.

в) проверять устойчивость слабого основания при возведении насыпи с временной пригрузкой. Коэффициент безопасности основания K ^нач _без.пр вычисляют по формуле:

   (12)

где P ^нач _без.пр - безопасная нагрузка на основание.

Если K ^нач _без.пр ≥ 1, допускается быстрая отсыпка насыпи и временной пригрузки и расчет длительности консолидации производят по формуле

 (13)

При K^нач_без.пр < 1 определяют коэффициент безопасности основания с учетом его упрочнения при медленной отсыпке насыпи.

   (14)

где U₀ - степень консолидации основания, достигаемая за время отсыпки насыпи и пригрузки и определяемая в зависимости от величины λ_сж.пр

λ_сж.пр

<0,05 .................................0,25

0,05-0,15 ...........................0,33

0,15-0,30 .............................0,5

0,30-0,40.............................0,6

>0,40 .................................0,65

Если K^конч_без.пр ≥ 1 допускается медленная отсыпка насыпи и пригрузки.Коэффициент перегрузки d для пригрузки, выполняемой по схеме (б) (см.чертеж), определяют методом последовательного приближения в зависимости от требуемых сроков консолидации основания по следующей формуле

(15)

где h - высота проектируемой насыпи;

B - ширина проектируемой насыпи по верху;

m - показатель крутизны заложения откоса проектируемой насыпи;

m₁ - показатель крутизны заложения откоса суженной насыпи (насыпи-пригрузки).

При проектировании временной пригрузки варьирование значений крутизны откосов осуществляется в пределах m = 1,5-4,0;m₁ = 1-2.

Коэффициенты перегрузки d, вычисленные по формуле (15), должны быть не менее значений d_mim определяемых по рис.2. В противном случае временная пригрузка по схеме (б) неэффективна и для получения требуемого коэффициента перегрузки необходимо применять временную пригрузку по схеме (а) (см. чертеж).

Далее переходим к проектирование временной пригрузки. Требуется запроектировать земляное полотно автомобильной дороги IV категории на переходе через болото глубиной 8,5 м. Продолжительность строительства t_cmp=90сут. Для проектирования мы используем следующие данные: h = 1,6 м, S_сж = S_pacr = 0,44 и; l₀ = 10; λ_сж = 0,19; P_pacr = 0,045 МПа, P_без. = 0,075МПа, U = 0,95.

Время, необходимое для достижения заданной степени консолидации основания, определяем по формуле (2)

t=T_pacrU/1-U=15,1*0,95/1-0,95=287сут.

где

T_pacr=2,5*10^-5S_сж/( λ_сж* P_pacr)²=2,5*10^-5*44/(0,19*0,045)²=15,1сут.

Поскольку продолжительность консолидации t=287 сут. превышает продолжительность строительства t_сmp = 90 сут., для ускорения консолидации основания применяется временная пригрузка. Минимальное значение коэффициента перегрузки определяется по рис. 2 . Для (1 + l₀)P_pacr = (1+10) 0,045 МПа, и U = 0,95 d_min = 0,20. Исходя из того, что время консолидации необходимо сократить в 287/90 = 3 раза, коэффициент перегрузки ориентировочно принимается равным d = 2d_min = 0,4.

Устойчивость основания при отсыпке насыпи с временной пригрузкой определяется следующим образом

Р_пр = Р_pacr (1 + d) = 0,045 (1 + 0,4) = 0,063 МПа

K^нач_без.пр = P_без./ Р_пр=0,075/0,063=1,19

Коэффициент безопасности больше единицы, следовательно, устойчивость основания обеспечена при отсыпке насыпи и пригрузки в режиме быстрого нагружения.

Консолидационный параметр Т_пр для насыпи с временной пригрузкой определяется из выражения

Т_пр=2*10^-5* S_сж.пр /( λ_{сж.пр *} Р_пр)²=2*10^-5*54/(0,23*0,063)²=5,1сут.

b=1/1+1,52(1+l₀) Р_pacr=1/(1+1,52(1+10)0,045)=0,57

где

S_сж.пр = S_сж.pacr(1+bd)=44(1+0,57·0,4)=54 см;

λ_сж.пр = λ_сж.pacr(1+bd)=0,19(1+0,57·0,4)=0,23

Длительность консолидации насыпи с пригрузкой определяется по формуле (12)

t_пр=U Т_пр/ bd=0,95*5,1/0,57*0,4=18 сут.

Полученное время консолидации t_пр=18<t_cmp=90 сут, следовательно, коэффициент перегрузки можно уменьшить.

Принимая d=0,2

S_сж.пр=44(1+0,57·0,2)=50 см;

λ_сж.пр=0,19(1+0,57·0,2)=0,20;

Р_пр=0,045(1+0,2)=0,054 МПа;

Т_пр=2*10^-5*50/(0,20*0,054)²=8.6сут.

Продолжительность консолидации насыпи с пригрузкой равна

t_пр=U Т_пр/ bd=0,95*8,6/0,57*0,2=72 сут.

Применение временной пригрузки (d = 0,2) позволяет уменьшить срок консолидации основания на 287 - 72 = 215 сут. Толщина пригрузочного слоя равна

Δh = d(h_н+S_pacr )= 0,2 (2,5 + 0,44) = 0,59 м.

Возможность осуществления временной пригрузки по схеме (б) насыпь-пригрузка (см. чертеж) определяется следующим образом. Для проектируемой насыпи h = 1,6 м, В = 10 м, m = 1,5 и λ = 0,3. Принимая крутизну откоса насыпи-пригрузки m₁ = 1, коэффициент перегрузки равен

d=2h/B*(m-m₁)=2*1,6/10*(1,5-1)=0,16

Таким образом, в данном случае возможно осуществление пригрузки по схеме (б), т.е. посредством возведения сначала суженной насыпи с более крутыми откосами m₁ = 1 и высотой, превышающей проектную на величину пригрузки, с последующим положиванием откосов после завершения консолидации.