Безопасная нагрузка

где (11.2)

с и j - расчетные значения сцепления и угла внутреннего трения слабого грунта на расчетном горизонте z;

g_Т - удельный вес грунта слабой толщи;

b - функция глубины расположения расчетного горизонта z, геометрических параметров насыпи и расчетного угла внутреннего фения грунта основания; для насыпей трапецеидального очертания р определяют по графикам (рис. 11.3);

q - расчетная нагрузка на толщу от боковых пригрузочных призм при их наличии.

Рис. 11.3. Графики для определения коэффициента b в зависимости от относительной глубины расположения V = z / b и очертания насыпи 2 а / В при различных q:

Знак min у первого слагаемого правой части означает, что должен быть найден такой горизонт z, для которого отношение, стоящее в скобках, будет иметь минимальное значение.

При оценочных расчетах p_без можно определять по зависимостям, имеющим упрощающие допущения, идущие в запас прочности, представленным в табл. 11.18. При использовании таблицы следует иметь в виду, что степень приближенности формул в таблице увеличивается снизу вверх, т.е. запас, содержащийся в самих зависимостях, увеличивается от формулы (7) к формуле (1). Формулы, приведенные в таблице, относятся к насыпям без боковых пригрузочных призм.

При использовании табл. 11.18 во всех случаях, когда в качестве допущения принято условие (j = 0 или g_Т = 0, в расчет следует вводить приведенное сцепление c_np = с (1 + sin j).

Таблица 11.18.

Формулы для оценки p_без

Расчетная формула	Основные упрощения
pбез = 3,14 с	(1)	Эпюра нагрузки в виде прямоугольника: j =0; слабая толща в виде полупространства; с - постоянно по глубине
	(2)	Эпюра нагрузки в виде прямоугольника: слабая толща в виде полупространства; gТ = 0; с - постоянно по глубине
	(3)	Слабая толща в виде полупространства: j = 0; с - постоянно по глубине
	(4)	Слабая толща в виде полупространства: j = 0; с - постоянно по глубине; gТ = 0
	(5)	j = 0; с - постоянно в пределах слабого слоя
	(6)	Слабая толща: gТ = 0
	(7)	с и j постоянны в пределах слабого слоя

Примечания: 1. b _max(j) - максимальное значение коэффициента b, определяемое для данного j при 2 а / В = 0.

2. b _max(o)(2 а / В) - максимальное значение коэффициента b, определяемое по графикам для j = 0 при заданном значении 2 а / В.

3. b _o - коэффициент b, определяемый по графикам для j = 0 при заданном значении 2 а / В для расчетной глубины z.

4. b (j, z, 2 а / В) - значение b для заданных, j, с и 2 а / В.

При расчетной нагрузке p_рас < 0,075 МПа и сцеплении с ³ 0,012 МПа приведенное сцепление:

Максимальное значение b при различных значениях j и 2 а / В.

при 2 а / В < 3 можно применять упрощенную формулу:

при высоте насыпей менее 2,5-3,5 м

b _max = 0,310 - 0,006 j,

При определении p_без для быстрой отсыпки насыпи в расчетные формулы подставляют значения j и с, отвечающие природному состоянию грунта слабой толщи по плотности - влажности j_нач и с_нач.

При определении p_без для медленной отсыпки подставляют значения j и с, определяемые в опыте по схеме консолидированных сдвигов с дренажом: кажущийся угол трения j ' и кажущееся сцепление с '. Допускается также использовать значения (j_кон и с_кон, отвечающие конечной плотности - влажности слабого грунта после завершения его уплотнения под проектной нагрузкой от насыпи.

Расчетная нагрузка для условий быстрой отсыпки

p_рис = g_н (h_pac + S_кон), где (11.3)

g_н - удельный вес грунта насыпи;

h_pac - расчетная высота насыпи;

S_кон - расчетная конечная осадка основания под проектной нагрузкой от насыпи.

Для условий медленной отсыпки

p_рис = g_н (h_pac + z_г.в.) + g_н^(вз) (S_кон - z_г.в.), где (11.4)

g_н^(вз) - удельный вес грунта насыпи ниже расчетного уровня грунтовых вод;

z_г.в. - глубина залегания расчетного уровня грунтовых вод от поверхности земли (принимается наиболее низкое залегание грунтовых вод за период до капитального ремонта с 90 %-й обеспеченностью).

При толщине насыпного слоя более 2,5 м (включая эквивалентную толщину дорожной одежды) за расчетную высоту насыпи h_pac принимают фактическую (проектную) ее высоту, включая дорожную одежду по оси над поверхностью земли. При меньшей толщине учитывают влияние подвижной нагрузки:

где

s_о - расчетное давление на поверхности проезжей части от колеса (или гусеницы) расчетного транспортного средства;

- коэффициент приведения подвижной нагрузки.

Для колесной нагрузки:

при Н > В/4

при Н > В/4

где

Н - мощность слабой толщи;

В - ширина земляного полотна;

h - толщина насыпи по оси (с дорожной одеждой);

D - диаметр расчетного отпечатка колеса.

В зависимости от значений и определяют тип основания по устойчивости (табл. 11.19).

Таблица 11.19.

Тип основания по устойчивости

Тип основания	Определяющий признак	Характеристика устойчивости	Возможность использования слабой толщи в качестве основания
I		Устойчивость обеспечена при любом режиме отсыпки насыпи	Можно использовать в качестве основания при учете осадки
II		Устойчивость при быстрой отсыпке не обеспечена, но обеспечена при медленной отсылке	Можно использовать в качестве основания при обеспечении допустимого режима отсыпки, устанавливаемого расчетом, и учете осадки
III		Устойчивость не обеспечена ни при каком режиме отсыпки	Без конструктивных мероприятий в качестве основания использовать нельзя. Нужно удалить слабый слой или изменить конструкцию насыпи

Примечание. При приближенном определении типа основания по результатам испытаний слабого грунта в полевых условиях значение устанавливают без учета повышения прочности грунта (учитывают только эффект взвешивания). В этом случае тип II делят на два подтипа II-А и II-В. К подтипу II-В относят основания при При основание относят к III типу. Подтип II-В после уточнения по данным лабораторных испытаний окончательно относят к типу II или III.

Прогноз конечной осадки

где

- модуль осадки слоя, устанавливаемый по компрессионной кривой при нагрузке, отвечающей вертикальному нормальному напряжению на уровне середины i -гo слоя;

Н_i - мощность этого слоя.

Для определения необходимо:

установить расчетные вертикальные напряжения на данном горизонте от расчетной нагрузки

р_z = a× р_рас, где

a - безразмерный коэффициент, зависящий от относительной глубины расположения горизонта, определяемый по графику (рис. 11.4);

Рис. 11.4. Графики для определения коэффициента а в зависимости от расчетной глубины горизонта U =2 z / B при различных очертаниях насыпи (2 а / В)

определить напряжения от собственного веса слабой толщи

р_с.в = g_срz, где

g_ср - средневзвешенный удельный вес слоев, расположенных выше горизонта (с учетом в зоне между уровнем грунтовых вод и водоупором эффекта взвешивания);

определить по компрессионной кривой модули осадки при р_z и р_с.в и их разность принять за расчетное значение .

Если осадка насыпи превышает 10 % ее высоты, необходимо учитывать в расчете нагрузку от просевшей части насыпи. Проще всего расчет выполняется графическим методом. Для этого вышеописанным способом определяют осадки для трех-четырех нагрузок р ₀ и строят график осадки в зависимости от р ₀. На тот же график наносят линейную зависимость нагрузки на поверхности от осадки, определяемую по формулам (11.3)-(11.4). Точка пересечения этих двух функций определит искомую осадку и расчетное значение нагрузки.

При насыпях высотой до 5 м и мощности слабой толщи не более двойной ширины насыпи понизу для прогноза осадки можно использовать формулу:

где

Е_шт - штамповый модуль деформации грунта слабой толщи;

Н_рас - расчетная мощность слабой толщи.

Прогноз хода осадки во времени выполняют раздельно для двух участков кривой осадки: участка первичной консолидации и участка вторичной консолидации. При мощности сжимаемой толщи меньше или равной ширине насыпи по средней линии для прогноза можно использовать одномерную схему. На участке первичной консолидации время достижения сжимаемым слоем Н относительной осадки l = S / H составляет

где

- консолидационный параметр, значение которого зависит от нагрузки р и относительной деформации l, устанавливаемый в опытах на одномерную консолидацию при нагрузке р;

H_ф - расчетный путь фильтрации воды, отжимаемой из слоя в результате консолидации, принимаемый равным мощности сжимаемой толщи Н при одностороннем дренировании или половине этой мощности Н /2 при двустороннем дренировании.

При приближенных прогнозах осадки на стадии первичной консолидации консолидационный параметр:

где

С_k - коэффициент консолидации, определяемый непосредственно путем консолидационных испытаний;

К_u - коэффициент, зависящий от степени консолидации U = l_i/l ₁

(l_i - относительная деформация на любой заданный момент времени первичной консолидации;

l ₁- конечная относительная деформация, отвечающая моменту завершения первичной осадки).

Значения коэффициента К_u

U, %	0,20	0,30	0,40	0,5	0,6	0,7	0,8	0,85	0,9	0,95
Кu	0,03	0,07	0,12	0,20	0,29	0,40	0,57	0,69	0,85	1,13

При прикидочных расчетах без учета вторичной консолидации и без испытаний на консолидацию принимают l ₁= l_кон (l_кон - конечная относительная осадка сжимаемой толщи под расчетной нагрузкой р), а значение С_k определяют так:

где

К_ф - коэффициент фильтрации данного грунта;

- коэффициент уплотнения грунта;

- средний коэффициент пористости грунта;

e_н и e_р - коэффициенты пористости соответственно в природном (начальном) состоянии и после приложения расчетной нагрузки р;

р_н - природная нагрузка;

D _в - удельный вес воды.

Вместо последней формулы можно использовать выражение:

где

р - сжимающая удельная нагрузка, МПа;

е_р - модуль осадки грунта, мм/м.

Для обеспечения возможности использования слабого грунта в основании насыпи рекомендуются следующие конструктивно-технологические решения:

предварительная консолидация (возведение насыпи в замедленном режиме, определяемом скоростью консолидации, и упрочнения основания);

временная пригрузка;

снижение высоты насыпи;

уположение откосов;

грунтовые сваи в основании;

частичная замена слабых грунтов;

песчаные сваи-дрены;

вертикальные дрены;

насыпи из легких материалов;

боковые пригрузочные призмы;

распределяющая плита в основании;

предварительное осушение дорожной полосы;

дренажные прорези;

устройство свайного основания для насыпи (в том числе с гибким ростверком);

увеличение толщины насыпи.

Условия применения этих решений приведены в табл. 11.20.

Временная пригрузка. Требуемое значение временной пригрузки р_пр, обеспечивающей возможность достижения реальным слоем Н_ф заданной осадки за требуемое время Т_тр.

Таблица 11.20.

Классификация и условия применения конструктивно-технологических решений, обеспечивающих возможность использования слабых грунтов в основании насыпи

Основное назначение конструктивно-технологических решений	Определяющий результат	Рекомендуемые решения
технологические	конструктивные
Повышение устойчивости основания	Уменьшение нагрузки		3; 9; 14
Улучшение характера напряженного состояния		4; 10; 5;
6; 11
Увеличение сопротивляемости сдвигу грунта основания		5; 8; 13
Ускорение достижения допустимой интенсивности осадки	Уменьшение конечной осадки:
уменьшение нагрузки	-	3; 9;14
улучшение характера напряженно-	-	5; 11
деформированного состояния
Уменьшение мощности сжимаемой	-
толщи (активной зоны)
уменьшение сжимаемости грунта
Ускорение процесса консолидации:
увеличение уплотняющей толщи		-
улучшение условий удаления поровой воды	-	8; 13; 6
Уменьшение влияния динамического воздействия транспортной нагрузки	Снижение напряжений от транспортной нагрузки	-	15; 11
Повышение динамической устойчивости основания насыпи		5; 7; 6

Примечание. Цифры в таблице соответствуют порядковым номерам конструктивно-технологических решений, приведенных выше на странице 191

где (11.5)

b_l и р_l - консолидационные параметры, устанавливаемые в опыте на консолидацию при нагрузке р_рас;

Н_ф - расчетная мощность сжимаемого слоя (с учётом условий дренирования).

Для ориентировочных расчетов можно использовать зависимость

(11.6)

Расчет режима возведения насыпи методом предварительной консолидации. Влажность грунта на момент времени t, соответствующий осадке S_t.

где (11.7)

W_н - начальная влажность грунта основания;

W_k - конечная его влажность при расчетной нагрузке;

S_k - конечная осадка при той же нагрузке.

Расчет выполняют графоаналитическим методом в такой последовательности:

задавшись тремя-четырьмя значениями осадки S_t и зная расчетную (конечную) осадку S_k, вычисляют по формуле (11.7) значения расчетной влажности, отвечающие этим осадкам;

по экспериментальным кривым j_w = f (W) и c_w = f (W) определяют значения j_w и c_w для найденных влажностей;

при найденных значениях j_w и c_w по формуле (11.2) определяют значения безопасной нагрузки p_без и строят зависимость p_без = f (S_t);

полученную кривую заменяют ступенчатой линией, отображающей реальный режим отсыпки, таким образом, чтобы ее абсциссы не отличались более чем на 10% от абсцисс заменяемой кривой;

определяют расчетные значения вертикальных сжимающих напряжений в слое при принятых ступенях нагрузки и строят консолидационные кривые для ступеней в виде зависимостей осадки основания от времени при различных нагрузках на поверхности;

используя график реального режима отсыпки и построенные графики консолидации, строят график осадки во времени с учетом режима нагружения.

Полученный график дает возможность получить искомую зависимость режима нагружения и функции от времени, которую можно перестроить в технологический график (толщина насыпи от времени).

Расчет боковых пригрузочных призм. Требуемая толщина призмы:

где

p_o - проектная нагрузка на основание насыпи;

p_без - безопасная нагрузка для проектируемой насыпи без боковых пригрузочных призм;

g_пр - удельный вес грунта пригрузочной призмы.

Максимально допустимая толщина пригрузочной призмы

при этом где

j - угол внутреннего трения слабого грунта;

с - его сцепление.

Требуемая ширина пригрузочной призмы:

при мощности слабой толщи Н > Н _mах.

при Н < Н _mах.

где

b_сp - полуширина проектной насыпи (без пригрузочных призм по средней линии);

a - угол видимости:

Угол видимости a определяют, решая графическим способом уравнение:

Искомое значение a определяется первой от начала координат точкой пересечения синусоиды (левая часть равенства) и линейной (правая часть) функции от a.

Расчет вертикальных дрен. Для предварительной оценки эффективности применения дрен используют зависимость:

где

Т_о и Т_Д - время достижения заданной степени консолидации соответственно без дрен и с дренами;

Н_ф - расчетный путь фильтрации воды из толщи без дрен;

l - расстояние между дренами.

Уточненный расчет выполняют в форме проверки правильности назначения расстояния между дренами, при котором достигается заданная степень консолидации в заданное время.

Дата добавления: 2015-06-04