- •Содержание
- •Введение
- •Введение
- •Раздел первый. Обоснование проектных решений
- •Глава 1. Классификация и нормы проектирования автомобильных дорог
- •1.1 Классификация автомобильных дорог
- •1.2. Нормы проектирования автомобильных дорог
- •1.3. Расчетные скорости, нагрузки и габаритные размеры подвижного состава
- •1.4. Охрана окружающей среды
- •Приложение 1. Список рекомендуемых нормативно-технических документов
- •1.1. Общие стандарты
- •1.2. Грунты, земляное полотно, торф
- •1.3. Асфальтобетонные смеси, битум
- •1.3. Бетон, железобетон. Бетонные смеси, щебень, гравий, песок, цемент, шлаки, шламы и другие материалы
- •1.5. Автомобильные, железные дороги, аэродромы, земляное полотно дорог, мосты и трубы, укрепительные работы (изыскания, проектирование, строительство)
- •1.6. Основания и фундаменты
- •1.7. Изыскания автомобильных, железных дорог, аэродромов
- •1.8. Эксплуатация автомобильных дорог
- •1.9. Геотекстиль
- •1.10. Экология, климатология
- •1.11. Безопасность движения и техника безопасности
- •Глава 2. Организация проектирования автомобильных дорог
- •2.1. Общие положения
- •2.2. Предпроектное проектирование
- •2.3. Разработка проектной документации
- •2.4. Разработка рабочих чертежей
- •2.5. Состав проектной документации
- •Раздел 1. Общая пояснительная записка.
- •Раздел 2. Документы согласований.
- •Раздел 3. Отвод земель.
- •Раздел 4. Разделение собственности и стоимости строительства (реконструкции) по балансодержателям.
- •Раздел 5. Охрана окружающей среды.
- •Раздел 6. Строительные решения по автомобильной дороге.
- •Раздел 7. Строительные решения по искусственным сооружениям:
- •Раздел 8. Организация строительства:
- •2.6. Оформление проектной документации
- •2.2. Пример продольного профиля вновь проектируемых автомобильных дорог
- •Задание на разработку инженерного проекта капитального ремонта автомобильной дороги м-10 «Россия» в Новгородской области
- •Перечень технических документов, подлежащих использованию при разработке обоснования инвестиций
- •Перечень материалов и документов, включаемых в состав обоснования инвестиций (ои).
- •Перечень материалов и документов, включаемых в состав обосновывающих материалов инженерного проекта (ип).
- •Глава 3. Современная технология изысканий автомобильных дорог
- •3.1. Особенности традиционной технологии изысканий автомобильных дорог и ее анализ
- •3.2. Особенности технологии изысканий автомобильных дорог при проектировании на уровне сапр-ад
- •3.4. Методы обоснования полосы варьирования конкурирующих вариантов трассы
- •3.5. Цифровое моделирование рельефа, ситуации и геологического строения местности
- •3.6. Виды цифровых моделей местности
- •3.7. Методы построения цифровых моделей местности
- •3.8. Математическое моделирование местности
- •3.9. Задачи, решаемые с использованием цифровых и математических моделей
- •Глава 4. Экономическое обоснование строительства автомобильных дорог и мостовых переходов
- •4.1. Структура экономического обоснования дорожного строительства
- •4.2. Перспективный парк автомобилей
- •4.3. Прогнозирование перспективной интенсивности движения
- •4.4. Методы оценки общественной эффективности инвестиционных проектов дорожного строительства
- •4.5. Процедуры учета неопределенности
- •4.6. Элементы затрат-выгод инвестиционных проектов дорожного строительства
- •Глава 5. Топографо-геодезическое обоснование проектов
- •5.1. Геодезические опорные сети
- •5.2. Обозначение пунктов государственных геодезических сетей на местности
- •5.3. Привязка к пунктам государственных геодезических сетей
- •2. Привязка трассы к двум пунктам геодезической сети способом прямой засечки.
- •3. Привязка трассы к двум пунктам геодезической сети способом обратной засечки.
- •4. Привязка трассы к пунктам геодезической сети наземно-космическим способом.
- •5.4. Планово-высотное обоснование топографических съемок
- •5.5. Электронная тахеометрическая съемка
- •5.6. Наземно-космическая съемка
- •5.7. Наземное лазерное сканирование
- •Глава 6. Инженерно-геологическое обоснование проектов
- •6.1. Общие сведения об организации и составе инженерно-геологических изысканий
- •6.2. Современные технические средства, применяемые при инженерно-геологических изысканиях
- •6.3. Инженерно-геологические изыскания на полосе варьирования трассы
- •6.4. Инженерно-геологические изыскания по принятому варианту трассы
- •6.5. Разведка местных дорожно-строительных материалов
- •6.6. Лабораторные испытания и полевые методы исследования физико-механических свойств грунтов и материалов
- •6.7. Геофизические методы инженерно-геологических изысканий
- •6.8. Камеральная обработка и представляемые материалы
- •Глава 7. Инженерно-гидрометеорологическое обоснование проектов
- •7.1. Состав инженерно-гидрометеорологического обоснования проектов
- •7.2. Технология инженерно-гидрометеорологических изысканий
- •7.3. Морфометрические работы
- •7.4. Гидрометрические работы
- •7.5. Аэрогидрометрические работы
- •Раздел второй. Основные проектные работы
- •Глава 8. Обоснование требований к геометрическим элементам автомобильных дорог
- •8.1. Элементы плана автомобильных дорог
- •8.2. Элементы поперечных профилей
- •8.3. Элементы продольного профиля
- •8.4 Ширина проезжей части и земляного полотна
- •8.5. Остановочные, краевые полосы и бордюры
- •8.6. Поперечные уклоны элементов дороги
- •8.7. Нормы проектирования плана и продольного профиля
- •8.8. Переходные кривые
- •8.9. Виражи
- •8.10. Уширение проезжей части
- •8.11. Серпантины
- •8.12. Мосты и трубы
- •8.13. Тоннели
- •Глава 9. План автомобильных дорог. Принципы ландшафтного проектирования
- •9.1. Выбор направления трассы
- •9.2. Элементы клотоидной трассы
- •9.3. Принципы трассирования
- •9.4. Цели и задачи ландшафтного проектирования*
- •9.5. Согласование элементов трассы с ландшафтом
- •9.6. Особенности трассирования автомобильных дорог в характерных ландшафтах
- •9.7. Согласование земляного полотна с ландшафтом
- •9.8. Правила обеспечения зрительной плавности и ясности трассы
- •Глава 10. Проектирование продольного профиля автомобильных дорог
- •10.1. Принципы проектирования продольного профиля
- •10.2. Критерии оптимальности
- •10.3. Комплекс технических ограничений
- •10.4. Техника проектирования продольного профиля в традиционном классе функций
- •Глава 11. Проектирование земляного полотна
- •11.1. Элементы земляного полотна и общие требования к нему
- •11.2. Грунты для сооружения земляного полотна
- •11.3. Природные условия, учитываемые при проектировании земляного полотна
- •11.4. Учет водно-теплового режима при проектировании верхней части земляного полотна
- •11.5. Поперечные профили земляного полотна в обычных условиях
- •11.6. Проектирование насыпей на слабых основаниях
- •11.7. Проверка устойчивости откосов при проектировании высоких насыпей и глубоких выемок
- •11.8. Земляное полотно на склонах
- •Глава 12. Проектирование нежестких дорожных одежд
- •12.1. Общие сведения
- •12.2. Основы конструирования нежестких дорожных одежд
- •12.3. Расчеты нежестких дорожных одежд на прочность
- •12.4. Расчет конструкции дорожной одежды в целом по допускаемому упругому прогибу
- •12.5. Расчет по условию сдвигоустойчивости подстилающего грунта и малосвязных конструктивных слоев
- •12.6. Расчет конструкции дорожной одежды на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе
- •12.7. Обеспечение морозоустойчивости дорожной одежды
- •12.8. Осушение дорожной одежды и земляного полотна
- •Глава 13. Конструкции и основные положения расчета жестких дорожных одежд
- •13.1. Область применения. Основные виды покрытий
- •13.2. Общие требования к жестким дорожным одеждам. Основные принципы конструирования
- •13.3. Особенности конструкций жестких дорожных одежд
- •13.4. Основные положения расчета жестких дорожных одежд
- •Список литературы к главе 13
- •Глава 14. Особенности расчета жестких дорожных одежд
- •14.1. Напряжения в цементобетонном покрытии от внешней нагрузки
- •14.2. Определение разрушающей нагрузки для плит цементобетонного покрытия
- •14.3. Определение напряжений в цементобетонном покрытии по прогибам, измеренным в натуре
- •14.4. Определение эквивалентного модуля упругости и коэффициента поперечной деформации многослойного основания под жестким дорожным покрытием
- •14.5. Температурные напряжения
- •14.6. Устойчивость плит бетонных дорожных покрытий при повышении температуры
- •14.7. Прочность при усилении жестких покрытий слоем асфальтобетона или цементобетона
- •14.8. Устойчивость против выпирания асфальтобетонного слоя на цементобетонном основании
- •14.9. Устойчивость положения плиты со свободными краями при нагрузке от транспортных средств
- •Список литературы к главе 14
- •Глава 15. Проектирование системы поверхностного и подземного дорожного водоотвода
- •15.1. Система поверхностного и подземного дорожного водоотвода
- •15.2. Нормы допускаемых скоростей течения воды
- •15.3. Определение объемов и расходов ливневых и талых вод с малых водосборов
- •15.4. Гидравлический расчет дорожных канав
- •15.5. Гидравлический расчет отверстий малых мостов и труб
- •15.6. Косогорные сооружения поверхностного водоотвода
- •15.7. Укрепление русел за сооружениями
- •15.8. Расчет дренажа
- •15.9. Некоторые рекомендации к разработке региональных норм стока
- •Глава 16. Проектирование мостовых переходов
- •16.1. Основные сведения о проектировании переходов через большие водотоки
- •16.2. Гидрологические расчеты
- •16.3. Морфометрические расчеты
- •16.4. Прогноз природных деформаций русел рек
- •16.5. Расчет срезок пойменных берегов подмостовых русел и отверстий мостов
- •16.6. Расчет общего размыва
- •16.7. Определение максимальной глубины расчетного общего размыва
- •16.8. Расчет местного размыва у опор мостов
- •16.9. Расчет размывов переходов коммуникаций у мостовых переходов
- •16.10. Расчет характерных подпоров на мостовых переходах
- •Глава 17. Проектирование подходов, регуляционных и укрепительных сооружений
- •17.1. Условия работы пойменных насыпей
- •17.2. Проектирование подходов к мостам
- •17.3. Проектирование оптимальных пойменных насыпей
- •17.4. Расчет устойчивости откосов подтопляемых насыпей
- •17.5. Расчет осадок пойменных насыпей
- •17.6. Расчет скорости осадки насыпей на слабых основаниях
- •17.7. Задачи и принципы регулирования рек у мостовых переходов
- •17.8. Конструкции регуляционных сооружений на мостовых переходах
- •Глава 18. Пересечения и примыкания автомобильных дорог
- •18.1. Общие положения и требования по проектированию пересечений и примыканий в одном уровне
- •18.2. Классификация пересечений автомобильных дорог в разных уровнях и требования к ним
- •18.3. Элементы пересечений автомобильных дорог в разных уровнях
- •18.4. Задачи, решаемые при проектировании развязок движения в разных уровнях
- •18.5. Анализ условий пересечений при проектировании развязок
- •18.6. Пропускная способность развязок в разных уровнях и оценка безопасности движения
- •18.7. Технико-экономическое сравнение вариантов развязок движения
- •Глава 19. Особенности изысканий и проектирования дорог на многолетнемерзлых (вечномерзлых) грунтах
- •19.1. Распространение вечной мерзлоты на территории Российской Федерации
- •19.2. Дорожно-климатическое районирование первой зоны - зоны вечной мерзлоты России
- •19.3. Принципы проектирования и строительства дорог на многолетнемерзлых грунтах
- •19.4. Особенности водно-теплового режима естественных грунтов и земляного полотна автомобильных дорог в районах вечной мерзлоты
- •19.5. Особенности расчета дорожных конструкций нежесткого типа в условиях вечной мерзлоты
- •19.6. Особенности изысканий для строительства дорог на многолетнемерзлых грунтах
- •19.7. Особенности проектирования дорог на многолетнемерзлых грунтах
- •19.8. Земляное полотно автомобильных дорог на многолетнемерзлых грунтах
- •19.9. Требования к грунтам земляного полотна на многолетнемерзлых грунтах
- •19.10. Конструкции земляного полотна автомобильных дорог на многолетнемерзлых грунтах
- •19.11. Водоотводные сооружения
- •19.12. Проектирование земляного полотна и искусственных сооружений на наледных участках
- •Глава 20. Инженерное обустройство автомобильных дорог
- •20.1. Обслуживание дорожного движения
- •20.2. Дорожные знаки
- •20.3. Дорожная разметка
- •20.4. Направляющие устройства
- •20.5. Дорожные ограждения
- •20.6. Освещение автомобильных дорог
- •20.7. Составление схемы обстановки дороги
- •Глава 21. Проектирование реконструкции автомобильных дорог
- •21.1. Особенности реконструкции автомобильных дорог
- •21.2. Особенности изысканий для разработки проектов реконструкции автомобильных дорог
- •21.3. Реконструкция автомобильных дорог в плане и продольном профиле
- •21.4. Земляное полотно при реконструкции автомобильных дорог
- •21.5. Дорожные одежды при реконструкции автомобильных дорог
- •21.6. Особенности организации работ при реконструкции автомобильных дорог
- •Глава 22. Проектирование организации строительства
- •22.1. Цели и задачи проекта организации строительства
- •22.2. Строительный генеральный план
- •22.3. Календарный план строительства
- •22.4. Механизация дорожного строительства
- •22.5. Машины для земляных работ
- •22.6. Машины для уплотнения грунтов и материалов дорожных одежд
- •22.7. Определение потребности в основных строительных машинах, транспортных средствах и трудовых ресурсах
- •Глава 23. Оценка проектных решений при проектировании автомобильных дорог
- •23.1. Система показателей для оценки проектных решений
- •23.2. Определение предельной пропускной способности дороги и коэффициента загрузки движением
- •23.3. Расчет средней скорости движения транспортного потока
- •23.4. Расчет максимальной скорости движения одиночного автомобиля
- •23.5. Определение степени загрязнения придорожной полосы соединениями свинца
- •23.6. Расчет загрязнения атмосферного воздуха выбросами автомобильного транспорта
- •Глава 24. Оценка безопасности движения при проектировании дорог и их реконструкции
- •24.1. Влияние дорожных условий на безопасность движения
- •24.2. Оценка относительной опасности участков дороги и выявление опасных мест методом «коэффициентов относительной аварийности»
- •24.3. Выявление опасных мест метолом «коэффициентов безопасности»
- •24.4. Оценка обеспеченности безопасности движения на пересечениях в одном уровне
- •24.5. Оценка безопасности движения на пересечениях в разных уровнях
- •Раздел третий. Автоматизированное проектирование автомобильных дорог
- •Глава 25. Принципиальные основы автоматизированного проектирования автомобильных дорог и сооружений на них
- •25.1. Понятие о системах автоматизированного проектирования
- •25.2. Средства обеспечения систем автоматизированного проектирования
- •25.3. Функциональная структура сапр
- •25.4. Принципы оптимизации и моделирования при проектировании автомобильных дорог
- •Список литературы к главе 25
- •Глава 26. Система автоматизированного проектирования cad «credo»
- •26.1. Историческая справка
- •26.2. Функциональная структура подсистемы «Линейные изыскания»
- •26.3. Функциональная структура подсистемы «Дороги»
- •Глава 27. Система автоматизированного проектирования «indorcad/road»
- •27.1. Историческая справка
- •27.2. Функциональная структура системы автоматизированного проектирования «IndorCad/Road». Раздел «План»
- •27.3. Раздел «Продольный профиль»
- •27.4. Раздел «Верх земляного полотна»
- •27.5. Раздел «Поперечный профиль»
- •27.6. Графический редактор «IndorDrawing»
- •Глава 28. Автоматизированное проектирование плана автомобильных дорог
- •28.1. Автоматизированное проектирование плана и продольного профиля. Общий методологический подход
- •28.2. Методы «однозначно определенной оси»
- •28.3. Метод «опорных элементов»
- •28.4. Метод «сглаживания эскизной линии трассы»
- •28.5. Методы «свободной геометрии». Сплайн-трассирование
- •Глава 29. Автоматизированное проектирование продольного профиля автомобильных дорог
- •29.1. Метод «опорных точек»
- •29.2. Метод «проекции градиента»
- •29.3. Метод «граничных итераций»
- •29.4. Методы «свободной геометрии»
- •Глава 30. Автоматизированное проектирование оптимальных нежестких дорожных одежд
- •30.1. Особенности автоматизированного проектирования оптимальных нежестких дорожных одежд
- •30.2. Оптимизационный метод проектирования дорожных одежд нежесткого типа
- •30.3. Технология автоматизированного проектирования оптимальных дорожных одежд
- •Глава 31. Автоматизированное проектирование системы поверхностного водоотвода автомобильных дорог
- •31.1. Математическое моделирование стока ливневых вод с малых водосборов
- •31.2. Математическое моделирование стока талых вод с малых водосборов
- •31.3. Расчет отверстий и моделирование работы малых мостов и труб
- •31.4. Проектирование оптимальных водопропускных труб
- •Результаты проектирования оптимального сооружения
- •31.5. Проектирование оптимальной системы поверхностного водоотвода
- •Глава 32. Комплексная методология автоматизированного проектирования мостовых переходов
- •32.1. Принципы автоматизированного проектирования мостовых переходов
- •32.2. Аналитическая аппроксимация и универсальный метод определения расчетных гидрометеорологических характеристик
- •32.3 Комплексная программа расчета отверстий мостов «Рома»
- •32.4. Исходная информация и результаты расчета по программе «Рома»
- •I. Файл названий и свойств объектов расчета
- •II. Основной файл исходных данных
- •III. Файл измененных длин расчетных интервалов
- •IV. Файл измененных проекций длин расчетных интервалов
- •V. Файл измененных высот (отметок) дна русла
- •VI. Файл измененных высот (отметок) геологического ограничения размыву
- •VII. Файл измененных ширин русла
- •VIII. Файл координат типового водомерного графика
- •XIII. Файл фракционного состава донных отложений
- •I. Фактический водомерный график и гидрограф паводка
- •II. Расчетный водомерный график и тахограф паводка
- •III. Результаты расчета
- •32.5. Программа расчета уширений русел на мостовых переходах «Рур»
- •32.6. Исходная информация и результаты расчета по программе «Рур»
- •I. Файл названий объектов расчета
- •II. Основной файл исходных данных
- •III. Файл измененных длин расчетных интервалов
- •IV. Файл измененных проекций длин расчетных интервалов
- •V. Файл координат расчетной многолетней гидрологической характеристики водотока
- •Результаты расчета
- •Глава 33. Методы расчета соединительных рамп
- •33.1. Существующие принципы конструктивного решения участков ответвлений и примыканий соединительных рамп
- •33.2. Переходные кривые, требования к ним и методы их расчета
- •33.3. Расчет элементов соединительных рамп
- •33.4. Проектирование продольного профиля по соединительным рампам
- •33.5. Планово-высотное решение соединительных рамп
- •Глава 34. Оценка проектных решений при автоматизированном проектировании автомобильных дорог
- •34.1. Программы для оценки проектных решений
- •34.2. Построение перспективных изображений автомобильных дорог
- •34.3. Перцептивные изображения автомобильных дорог
- •34.4. Оценка зрительной плавности трассы
- •34.5. Определение показателей транспортно-эксплуатационных качеств автомобильных дорог
- •34.6. Оценка проектных решений автомобильных дорог на основе математического моделирования
- •34.7. Технико-экономическое сравнение вариантов автомобильных дорог и мостовых переходов
11.7. Проверка устойчивости откосов при проектировании высоких насыпей и глубоких выемок
В зависимости от инженерно-геологических особенностей грунтовой толщи, образующей откос и его основание, и от гидрогеологических условий работы откосы насыпей и выемок классифицируют в соответствии с табл. 11.21.
Таблица 11.21.
Классификация откосов насыпей и выемок
Тип земляного полотна |
Вид строения откоса по наличию слоистости |
Разновидность по характеру слоистости |
Разновидность по воздействию грунтовых и поверхностных вод |
Насыпь (Н) |
А. Однородный Б. Слоистый |
- - |
1. Безводный 2. Подверженный силовому воздействию воды |
Выемка (В) |
А. Однородный |
I Горизонтальные слои II Падение в сторону выемки |
1. Безводный |
|
Б. Слоистый |
III Падение от выемки IV Сложное расположение слоев |
2. Несущий поток грунтовых вод |
По табл. 11.21 устанавливают индекс классификационной группы откоса. Например, откосу выемки, сложенному горизонтальными слоями, не несущему грунтовой воды, соответствует индекс (В)-Б-М.
Различают общую и местную устойчивость откоса. В результате нарушения обшей устойчивости происходит смещение значительных по размерам массивов грунта, слагающего откос. Нарушения местной устойчивости возникают в приоткосной зоне, непосредственно подверженной воздействию погодно-климатических факторов, вызывающих циклические процессы набухания-высушивания, промерзания, оттаивания и связанного с ними нарушения сплошности и снижения прочности грунта (выветривание).
Основные формы нарушения общей устойчивости: скольжение; выдавливание; расползание.
Расчет по методу круглоцилиндрических поверхностей скольжения (КЦПС) находит наиболее широкое применение.
Коэффициент устойчивости
где
Qi - вес i-го блока; ai - средний угол наклона поверхности скольжения в пределах i-го блока к горизонту; ji и сi - угол трения и сцепление грунта на поверхности скольжения в пределах i-го блока.
Для выделения блоков предварительно ограничивают отсек обрушения проведением дуги скольжения из вероятного центра вращения. Отсек делят на блоки вертикальными сечениями. Ширина блоков принимается примерно одинаковой (не более 2-3 м). Желательно, чтобы границы блоков проходили через точки перелома линии поперечного профиля откоса и через точки пересечения различных слоев, слагающих откос, с поверхностью скольжения.
В целях упрощения расчета центр наиболее опасной поверхности скольжения целесообразно определять, используя график Н. Янбу (рис. 11.7).
Рис. 11.7. График Н. Янбу для определения центра опасной кривой скольжения в методе КЦПС
Порядок использования графика:
определяют параметр где
Н - высота откоса;
g - расчетное значение удельного веса грунта;
j и с - угол внутреннего трения и сцепление;
зная lср и среднюю крутизну откоса b по графику определяют относительные координаты центра опасной дуги скольжения: х0 и у0;
умножая х0 и у0 на Н, получают абсолютные координаты центра х и у;
из найденного центра проводят расчетную дугу скольжения через нижнюю бровку откоса, делят отсек на блоки и вычисляют коэффициент устойчивости, используя зависимость (11.6).
При малых значениях с, когда lср > 8, разрешается использовать кривую, отвечающую условию lср = 8.
Для откоса, неоднородного в геологическом отношении по высоте, расчет выполняют в два этапа:
находят средневзвешенные значения g, с и j:
где
h1, h2,..., hп - мощности отдельных слоев в пределах высоты откоса;
g1, g2,..., gп - удельный вес грунта в пределах этих слоев;
с1, с2,...., сп и tgj1, tgj2,..., tgjn - сцепление и коэффициенты трения грунтов в пределах слоев;
по средневзвешенным значениям gср, сср и tgjcp находят осредненное значение:
по lср и bср (по графику) определяют хо и уо и затем х и у;
из найденного центра проводят дугу скольжения и для этой кривой уточняют расчет, определяя средневзвешенные значения tgjcp и сcp по дуге скольжения:
где
ln - длина отрезка кривой скольжения в пределах n-го слоя;
an -средний угол наклона этого отрезка к горизонту;
Qn - вес блока, ограниченного кривой скольжения и вертикальными гранями, проходящими через концы отрезка ln;
вычисляют исправленное значение :
и по графику Н. Янбу находят уточненные координаты центра опасной кривой скольжения, относительно которой и определяют расчетный коэффициент устойчивости. При необходимости можно определить и по вновь полученной кривой скольжения, сопоставить их с и и при большом различии повторить расчет.
Расчет по графику Д. Тейлора может быть осуществлен для однородного ненагруженного откоса. Зная число устойчивости с/gН, требуемый минимальный коэффициент устойчивости Ky и угол внутреннего трения j, можно по графику (рис. 11.8) найти угол наклона откоса к горизонту i, отвечающий заданному коэффициенту устойчивости Ky. Для этого значения с и tgj уменьшают в Ky раз и по параметрам и определяют для трех возможных вариантов прохождения кривой скольжения при пологом откосе (зона В); через нижнюю бровку откоса (кривая 1), ниже этой точки (кривая 2) и при наличии на уровне подошвы откоса прочного грунта (кривая 3). При крутом откосе рассматривают один вариант (зона А).
Рис. 11.8. График Д. Тейлора для расчета устойчивости по методу КЦПС
Расчет по методу плоских поверхностей скольжения (ППС) выполняют, используя метод горизонтальных сил (Маслова - Берера). Коэффициент устойчивости
где
Hi - распор (давление на стенку блока) при отсутствии в грунте между блоками трения и сцепления; Ri - не погашенная трением и сцеплением часть распора;
Qi - вес блока;
ai - угол наклона поверхности скольжения данного блока к горизонту;
ypi - угол сопротивления сдвигу на поверхности скольжения данного блока при нормальном давлении р от его веса.
Последовательность расчета:
на основе анализа инженерно-геологических условий (характер слоистости, наклон слоев, наличие слабых прослоек и т.д.) намечают наиболее вероятные поверхности скольжения в виде одной плоскости или комбинации нескольких плоскостей;
для каждой расчетной поверхности скольжения отсек обрушения разделяют вертикальными сечениями на отдельные блоки с таким расчетом, чтобы границы блоков соответствовали местам перелома поверхностей скольжения и в пределах каждого блока на поверхности скольжения сохранялись постоянными значения сдвиговых характеристик грунта;
в пределах каждого блока определяют:
значение ai принимая его положительным при наклоне поверхности скольжения в сторону общего смещения отсека и отрицательным при наклоне в противоположную сторону (в пассивной зоне):
значение ypi:
где
ci и ji - расчетные значения сцепления и угла внутреннего трения на поверхности скольжения в пределах i-го блока;
li - длина участка поверхности скольжения в пределах i-гo блока.
Во втором слагаемом, стоящем в скобках и числителе, подразумевается еще один сомножитель, равный единице длины блока.
Расчет на выдавливание грунта основания из-под подошвы откоса осуществляется по методу Союздорнии (В.Д. Казарновский) аналогично расчету устойчивости насыпей на слабых грунтах (см. разд. 11.6). Метод основан на ограничении развития в основании зон предельного равновесия.
Степень устойчивости откоса в целом оценивают по минимальному значению коэффициента стабильности, определяемому для различных горизонтов:
Kст = рбез/рo, где
рбез - максимальная нагрузка на поверхности основания, при которой на данном горизонте отсутствует запредельное состояние;
рo - проектная нагрузка на основание (рo = gсрh); h - высота откоса; gср - средневзвешенный удельный вес грунта откоса.
Безопасная нагрузка
где
с и j - сцепление и угол внутреннего трения грунта основания на данном горизонте;
gср - средневзвешенный удельный вес грунта основания откоса выше рассматриваемого горизонта;
z - глубина расположения рассматриваемого горизонта от поверхности основания откоса;
b - функция очертания поперечника насыпи или выемки, значения угла внутреннего трения на рассматриваемом горизонте и относительной глубины этого горизонта.
Рис. 11.9. График для определения коэффициента b при расчете откосов выемок по схеме выдавливания
При простом (трапецеидальном) очертании поперечного профиля насыпи или выемки значения р определяют по графикам рис. 11.3 (для насыпей) и рис. 11.9 (для выемок).
При сложном очертании поперечного профиля (переменная крутизна откосов, бермы и т. п.) функция b может быть определена в первом приближении путем алгебраического суммирования значений b, полученных для данного горизонта при некоторых простых эпюрах (трапецеидальных), дающих в сумме расчетную эпюру нагрузки. При разделении фактической эпюры на простые необходимо, чтобы все эпюры имели общую ось симметрии, а основание их совпадало бы с фактической поверхностью основания (рис. 11.10).
Рис. 11.10. Схема замены сложной эпюры простыми (ADEFGK = ADGK + MEFN - MDGN)
Если j, с и g изменяются по глубине основания, расчет устойчивости следует проводить, используя графическое построение (рис. 11.11). Для этого строят график изменения по глубине z величины f1 = с + gсрztgj и график изменения по глубине b, после чего по нескольким точкам строят график изменения по глубине отношения этих функций (т.е. pбез). Минимальное значение pбез определит расчетный горизонт, а отношение pбез к проектной нагрузке ро - значение Кбез.
Рис. 11.11. Графическое построение для определения Кбез при слоистой толще
Опасность выдавливания полностью исключается при условии Кбез ³ 1.
В некоторых случаях в зависимости от особенностей инженерно-геологических условий, особенностей строительства и ответственности сооружения могут быть допущены некоторые зоны разрушения в основании, т.е. зоны, в которых Кст < 1. Для анализа размеров зон используется их построение с помощью таблиц или графиков напряжений или с помощью компьютерного расчета.
Расчет насыпи на расползание по основанию ведут, определяя коэффициент устойчивости
где
g - удельный вес грунта насыпи;
h и В - ее высота и ширина поверху;
m - крутизна откоса;
с и j - сцепление и угол внутреннего трения на границе насыпи и ее основания (принимаются в зависимости от конкретных условий наименьшие из значений для грунтов основания или насыпи);
x - коэффициент бокового давления.
Проверку по условию равноустойчивости (метод Fp осуществляют для оценки рациональности очертания откоса и выявления наиболее напряженных участков. Степень соблюдения принципа равноустойчивости оценивают для различных участков откоса по высоте по значению коэффициента запаса:
где
j - угол внутреннего трения на данном горизонте;
gср - средний удельный вес грунта;
с - сцепление грунта на данном горизонте;
z - глубина данного горизонта, считая от верха откоса;
a - угол наклона поверхности откоса к горизонтали на уровне данного горизонта. Построение равноустойчивого откоса осуществляют графическим методом в такой последовательности (рис. 11.12):
Рис. 11.12. Построение равноустойчивого откоса по методу Fp
массив, в котором проектируют откос, разбивают на расчетные слои по высоте с учетом геологического строения, но не более 2-3 м;
для каждого из расчетных горизонтов (границы расчетных слоев) определяют угол сопротивления сдвигу:
ypz = arctgFp = tgjz + с/рz, где
Fp - коэффициент сдвига;
рz = gср - природная нагрузка на данном горизонте; строят равноустойчивый откос (a = ypz), начиная с нижней точки.
Выбор метода расчета зависит от конкретных условий работы сооружения. Применять один метод расчета можно лишь в тех случаях, когда с большой вероятностью известна форма нарушения устойчивости.
В сложных случаях необходимо проводить комплексный расчет по вероятным схемам. При выборе метода расчета можно руководствоваться табл. 11.22.
Таблица 11.22.
Условия применения различных методов расчета
Метод расчета |
Индекс классификационной группы по табл. 11.21 |
Условия применения |
|
Насыпь |
Выемка |
||
КЦПС |
А-1,2 |
А-1,2 |
Заведомо прочное основание |
ППС |
- |
Б-I Б-II-1,2 |
Поверхность скольжения явно предопределена геологической структурой откоса и заведомо прочным основанием |
Комплексный расчет по КЦПС и ППС |
Б-1.2 |
- |
Заведомо прочное основание, но заранее трудно установить форму наиболее вероятной поверхности скольжения |
Комплексный расчет по КЦПС, ППС и Fp |
- |
Б-I, II, III, IV-1,2 |
Тоже |
Расчет на выдавливание |
А, Б-1,2 |
А, Б-I, II, III, IV-1,2 |
В комплексе с любым методом во всех случаях, когда заранее нет уверенности в абсолютной устойчивости основания откоса |
Расчет на расползание |
А, Б-1,2 |
А, Б-I, II, III, IV-1,2 |
В комплексе с любым методом при наличии в основании откоса глинистых грунтов пластичной консистенции или при использовании в нижней части насыпи глинистых грунтов пластичной консистенции |
Примечания: 1. Заведомо прочным можно считать основание из скальных, полускальных и песчано-гравийных грунтов.
2. Из оснований, сложенных глинистыми грунтами, к прочным следует относить основания, отвечающие условию с ³ gh/Мj, где с - сцепление грунта; g - удельный вес грунта насыпи; h - ее высота; Мj - коэффициент, являющийся функцией угла внутреннего трения j; при j =0°С Мj =3,14; при j = 10°С Мj = 4,2: при j = 20°С Мj = 8,7; при j = 30°С Мj = 7,9.
Учет в расчетах силового воздействия воды необходим при подтоплении откосов. Силовое воздействие воды может быть в виде эффекта взвешивания, фильтрационного давления или того и другого.
Возможны три расчетные схемы:
полное и постоянное затопление части откоса;
наличие в откосе водоносных горизонтов с установившимся режимом фильтрации;
мгновенный спад уровня воды при ранее затопленном откосе.
Учет силового воздействия воды (взвешивающий эффект) по первой схеме заключается в том, что учитывают взвешивающий эффект при определении как сдвигающих, так и удерживающих сил. Учет силового воздействия по второй и третьей схемам сводится к определению сдвигающих сил без учета взвешивания, а удерживающих сил с учетом взвешивания. По третьей схеме за расчетный горизонт воды на откосе принимают горизонт подтопления до его мгновенного спада.
Во всех случаях в зоне обводнения значения j и с принимают с учетом обводнения (т.е. при влажности W, соответствующей полному водонасыщению).
Взвешивающее воздействие воды учитывают путем введения в расчет уменьшенного значения удельного веса .
Для несвязных грунтов
где
п -пористость в долях единицы;
gо - удельный вес твердой фазы;
gск - то же сухого грунта;
Dв - то же воды.
Для глинистых грунтов
где
gW - удельный вес влажного грунта;
Dв - то же воды,
При расчете по методу Fp учет фильтрационного давления воды осуществляют, вводя в расчет фиктивный угол трения:
где
рв - вес грунта с учетом взвешивания в зоне обводнения;
рi - то же без учета взвешивания;
j - фактический угол трения.
Учет сейсмических воздействий осуществляют, умножая сдвигающие силы на сейсмический коэффициент Кс. Значения Кс принимаются в зависимости от расчетной сейсмичности:
jрас, баллы..................... 7 8 9 10 11 12
Кс...................................1,03 1,05 1,1 1,25 1,5 1,5
При определении расчетной сейсмичности jрас необходимо учитывать грунтовые условия:
jрас = jо + jт, где
jо - сейсмичность района;
jт - сейсмическая характеристика грунтовой толщи.
Значения jт зависят от вида грунта:
Аллювиальные отложения, щебенистые или песчаные грунты........1-2
Глинистые, мергелистые и лёссо-видные грунты.............................1-3
Болотистые и водонасыщенные грунты............................................3-4
При расчете вновь проектируемых насыпей или выемок необходимо обеспечивать определенное значение коэффициента устойчивости, значение которого зависит от применяемого метода расчета и инженерно-геологических условий и может определяться по табл. 11.23.
Таблица 11.23.
Требуемые значения коэффициента устойчивости, Ку
Метод расчета |
Инженерно-геологические условия |
|
Однородный сухой откос, сложенный песчаными грунтами при прочном основании |
Прочие случаи |
|
1. Метод КЦПС |
- |
1,3 |
2. Метод ППС (Маслова - Берера) |
1.2 |
1,3 |
3. Расчет на расползание |
- |
1,3 |
4. Метод «Fр» |
- |
1,0 |
5. Расчет на выдавливание (метод Союздорнии) |
- |
1,0 (коэффициент безопасности) |
Примечания: 1. При учете сейсмических сил требуемый коэффициент устойчивости по методам 1-3 принимается равным 1,1.
2. Приведенные значения коэффициентов устойчивости предусматривают введение в расчет гарантированных значений j и с.
Выбираемое мероприятие по повышению устойчивости высоких откосов должно отвечать механизму и вероятной форме нарушения устойчивости.
Эффект повышения общей устойчивости может обусловливаться либо улучшением напряженного состояния, либо повышением сдвиговых характеристик грунта.
Рекомендуемые мероприятия:
для улучшения напряженного состояния откоса - уположение откоса; устройство разгрузочных берм; устройство контрбанкетов; снижение высоты откоса; использование в откосе легких материалов; защита от насыщения грунта водой с поверхности; дренирование для снижения силового воздействия подземных вод;
для повышения сдвиговых характеристик грунтов откоса - дренирование с целью снижения влажности грунта; защита от проникания воды в грунт откоса с поверхности; использование в насыпи грунтов с повышенными значениями ср и с; укрепление грунта откоса.