Краткий обзор способов проектирования земляного полотна на слабых основаниях

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №1.

РАСЧЕТ НАСЫПЕЙ НА СЛАБЫХ ОСНОВАНИЯХ

Цель работы: изучение правил и проведение контрольного расчета осадки насыпи на слабом основании с составлением отчета.

Общие положения по реконструкции существующего земляного полотна на слабых торфяных основаниях

При реконструкции насыпей на слабом основании перед выполнением расчетов необходимо определить:

1. участки с интенсивными просадками пути, грунта насыпи или другими деформациями;

2. особенности инженерно-геологического строения участка (глубины болота, высоты насыпи, величины просадки и др.);

3. зоны контакта насыпь – торф и рельефа минерального дна;

4. значения физико-механических характеристик грунтов;

5. литологические слои грунтов, в пределах которых физико-механические характеристики грунтов сохраняются постоянными.

Для решения этих задач используются различные методы обследования: геодезический, сейсмический, электродинамическое и статическое зондирование, метод вращательного среза, бурение скважин с отбором проб грунтов, устройство шурфов, лабораторные исследования свойств грунтов.

Существуют следующие качественные признаки, по которым можно судить о достаточной устойчивости насыпей на болотах:

• соответствие геометрических параметров конструкции земляного полотна требуемым нормам;
• возвышение бровки земляного полотна над поверхностью болота не ниже 1,2 м;
• соответствие состава грунтов земляного полотна требованиям, предъявляемым к насыпям на слабом основании;
• параллельное напластование грунтов, слагающих насыпь;
• отсутствие в насыпи разупрочненных локальных зон;
• конфигурация границы контакта насыпь – торф близка к прямой;
• равномерное распределение прочностных характеристик торфа в основании насыпи;
• уклон минерального дна не круче 1:10.

Проблема приведения земляного полотна на болотах в технически исправное состояние зависит от выявления основных причин деформаций, выбора способа усиления и технологии его осуществления.

Выделяются три модели деформаций длительно эксплуатируемых насыпей на болотах (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Модели деформативности длительно эксплуатируемых насыпей
на болотах: 1, 2, 3 – зоны с разными плотностями, соответственно r ₁, r ₂, r ₃

Римскими цифрами на рис 1.1. обозначены следующие типы насыпей:

I. Конфигурация насыпи и ее ядра в поперечном сечении приближается к трапецеидальной форме, то есть аналогична конфигурации насыпи на прочном основании. Процесс осадки завершен, плотность торфа одинакова в любой точке под насыпью. Такая модель характерна для насыпей, пересекающих болота глубиной 0,5 – 3 м, где при строительстве предусматривалось частичное выторфовывание или предварительный настил из сланей.

II. Насыпь неоднородна в поперечном сечении. Выделяется три характерные зоны: непосредственно под рельсошпальной решеткой – ядро насыпи с плотностью r 1, прилегающая к ядру зона откоса – r 2 и поверхностная зона откоса – r 3.. При этом r 1> r 2> r 3. Линия контакта насыпь – торф имеет чашеобразную форму, прочность торфа различна. Это наиболее часто встречающаяся модель, характерная для болот I и II типа глубиной 4 – 6 м. Ядро насыпи формируется в основном под воздействием поездной нагрузки.

III. Недостаточная плотность грунтов насыпи и основания. Эта модель формируется при глубине болота более 6 м, небольшой грузонапряжённости и невысокой интенсивности движения поездов.

Для каждой модели деформативности земляного полотна характерны определенные виды деформаций (табл. 1.1), в зависимости от которых проектируются соответствующие способы реконструкции.

Таблица 1.1

Характерные виды деформаций насыпей на болотах и методы их усиления

Виды деформаций	Модель деформации	Причины деформаций	Методы усиления
Упругие осадки	I, II	Недостаточное уплотнение грунтов основания	Вертикальное обжатие Мелиорация территории
Остаточные осадки насыпи и основания	II, III	Недостаточное уплотнение грунтов насыпи и основания
Сдвиг откоса насыпи	II, III	1. Коэффициент устойчивости ниже допустимого. 2.Значительное различие плотности ядра и откосов насыпи	Двухстороннее боковое обжатие насыпи и основания
Выдавливание основания из-под насыпи	II, III	1. В основании имеются зоны запредельного состояния 2. Значительное различие степени уплотнения основания по оси пути и в откосных частях

Краткий обзор способов проектирования земляного полотна на слабых основаниях

В настоящее время известно около 25 способов усиления и стабилизации насыпей на болотах, а с учетом вариантов и сочетаний их более 50.

Вот примеры некоторых из них:

Временная пригрузка используется для ускорения осадки насыпи. Метод основан на свойстве слабых грунтов повышать прочность и снижать деформативность при уплотнении. Наиболее экономичными являются конструкции, в которых для уплотнения используют давление от веса самого сооружения в виде дополнительного слоя насыпи (досыпка насыпи дренирующим грунтом). Требуемая толщина досыпки определяется из расчета необходимой величины осадки насыпи.

Понижение уровня грунтовых вод (УГВ), обычно вместе с временной пригрузкой; выполняется нарезкой продольных канав с двух сторон насыпи. Этот процесс сопровождается увеличением объемной массы грунта насыпи, находящихся выше УГВ и уплотнением нижележащих слоев грунта насыпи и основания. Осушительные канавы устраивают симметрично по обеим сторонам земляного полотна на расстоянии 3 м от подошвы насыпи с максимально возможной по условиям стока и производства работ глубиной. Продольный уклон по дну осушительных канав должен быть не менее 5 %. Крутизна откосов осушительных канав составляет 1:0,25 для малоразложившихся торфов и 1:1 для слабых органо-минеральных и минеральных грунтов. Расчет устойчивости насыпи при этом производится с учетом понижения УГВ и увеличения веса осушенной части насыпи.

Метод постепенного загружения (предварительной консолидации) используется, если устойчивость слабой толщи в природном состоянии недостаточна для восприятия всей прикладываемой нагрузки (II тип основания). Метод эффективен для слабых грунтов основания, имеющих свойство интенсивно упрочняться при уплотнении. Сущность его заключается в назначении определенного режима возведения насыпи, соответствующего повышению прочности грунта слабого слоя при уплотнении его давлением насыпи.

Устройство пригрузочныхберм, обеспечивая надлежащую устойчивость откосов, одновременно предохраняют от возможности выпора слабого грунта из-под насыпи и создают дополнительное сопротивление инфильтрации пойменной воды в ядро насыпи.

Вместо посадки насыпи на минеральное дно может оказаться эффективным устройство насыпи на деревянных или железобетонных сваях, перекрытых железобетонным ростверком или плитами-наголовниками (рис. 1.2, а).

Вертикальное дренирование с песчаным (либо другим водопроницаемым)заполнителем устраивают с целью ускорения консолидации основания за счет сокращения пути фильтрации воды, отжимаемой из слабой толщи, а также с целью уплотнения слабых грунтов, устройство их часто совмещают со временной пригрузкой. Песчаные сваи-дрены рекомендуется применять при большой мощности слабой толщи и небольшой длине участка.

Рис. 1.2. а) Земляное полотно на сваях с ростверком;

б) земляное полотно на сваях с геотекстилем

Армирование насыпей производится путем укладки прослойки, не обладающей вертикальной жесткостью, но воспринимающей растягивающие горизонтальные напряжения. В качестве арматуры можно использовать сетку из пластмасс или металла с антикоррозионным покрытием, а также полотнища из синтетических текстильных материалов. Возможна комбинация армирования насыпей с вертикальными дренами.

Комбинированный способ (рис.1.2,б) предполагает усиление насыпи горизонтально геотекстилем с высокой прочностью на разрыв и опирание на сваи, что позволяет отказаться от наклонных свай под откосами насыпи, увеличить расстояние между сваями, уменьшить размер наголовников.

Дата добавления: 2015-10-24