Что понимается под устойчивостью конструкции земляного полотна

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Устойчивость земляного полотна в значительной степени зависит от влажности его грунтов: чем они влажнее, тем меньше их сопротивление поездным нагрузкам и больше осадки пути под поездами. [2]

Устойчивость земляного полотна зависит от своевременного и правильного отвода воды. Поэтому для предохранения дорог от разрушения их водой устраивают канавы боковые, отводные, нагорные и дренажные. [4]

Устойчивость земляного полотна зависит от многочисленных факторов, которые следует знать каждому работнику пути, начиная от бригадира. [5]

Устойчивость земляного полотна во многом зависит от правильности постройки и нормальной работы комплекса водоотводных сооружений, поэтому осмотру и проверке этих сооружений придается исключительно большое значение. [6]

Для того чтобы прочность и устойчивость земляного полотна сохранились в любых климатических зонах, при любых изменениях погоды, необходимо ограждать земляное полотно в первую очередь от разрушительного действия воды. [9]

Для того чтобы прочность и устойчивость земляного полотна сохранялись в любых климатических зонах, при любых изменениях погоды, необходимо ограждать земляное полотно в первую очередь от разрушительного действия воды, которая является основной первопричиной болезней и деформаций земляного полотна. Она может размывать грунт во время ливней или после бурного снеготаяния, насыщать поры грунта настолько, что он теряет прочность и иногда расползается, как тесто или сметана. Подземная вода может вызывать просадки, пучины и другие деформации или повреждения земляного полотна. Вот почему справедливо требование о том, чтобы земляное полотно было обеспечено исправными и постоянно действующими водоотводами. [10]

Однако во многих случаях для обеспечения устойчивости земляного полотна приходится принимать дополнительные меры по регулированию поверхностного стока, понижению и перехвату грунтовых и поверхностных вод, укреплению земляного полотна от размывов. [13]

Одним из основных условий обеспечения прочности и устойчивости земляного полотна является своевременный и правильный отвод воды. [14]

Источник

Исследование устойчивости земляного полотна скоростных автомобильных дорог

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 29.05.2017 2017-05-29

Статья просмотрена: 561 раз

Библиографическое описание:

Грибов, А. А. Исследование устойчивости земляного полотна скоростных автомобильных дорог / А. А. Грибов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2017. — № 22 (156). — С. 37-40. — URL: https://moluch.ru/archive/156/43914/ (дата обращения: 11.12.2021).

Ключевые слова: автомобильная дорога, земляное полотно, насыпь, слабое основание, слабый грунт, устойчивость, дополнительные мероприятия, осадка, оценка устойчивости, прогноз осадки, ленточные геодрены, тканный геосинтетический материал, конструктивно-технологические решения

Потеря устойчивости насыпи на слабом основании является одной из наиболее часто встречающихся причиной деформаций земляного полотна. Часто по результатам расчетов, выполненных для прогноза устойчивости и осадки основания, возникает необходимость в проведении мероприятий, обеспечивающих в некоторых случаях повышения устойчивости насыпи, а в других процесс ускорения прохождения осадки, но также встречаются и комплексные виды технических решений.

Вопросы, касающиеся повышения и сохранения устойчивости земляного полотна скоростных автомобильных дорог, а также дополнительных мероприятий, направленных на ее обеспечение, являются очень актуальными в современных тенденциях развития транспортной инфраструктуры.

С увеличением транспортного потока возрастает и требования к безопасности при движении на автомобильных дорогах. Исходя из этого, возникает необходимость увеличения общей протяженности сети скоростных автомагистралей.

Проектирование и строительство автомобильных дорог не всегда возможно произвести в наиболее благоприятных условиях. Очень часто проектировщики и строители сталкиваются с участками, производство работ на которых требует большего внимания. Такие участки, как правило, характеризуются сложными инженерно-геологическими условиями, а в ряде случаев — индивидуальными проектными решениями. В связи с этим на таких участках уделяют больше внимания оценки устойчивости.

При проектировании насыпи земляного полотна на слабых грунтах разрабатываются варианты дополнительных мероприятий по обеспечению несущей способности слабых грунтов и ускорению их осадки, если это необходимо по результатам проделанных прогнозов устойчивости и осадки слабого основания (с учетом конкретных особенностей проектируемой дороги, местных условий и технических возможностей строительной компании). Наиболее приемлемый вариант технологических или конструктивных мероприятий выбирается с учётом технико-экономического расчета.

В зависимости от определяющего результата повышения устойчивости основания конструктивно-технологические решения объединены в группы.

Для уменьшения нагрузки с целью повышения устойчивости применяются следующие конструктивные решения:

‒ снижение высоты насыпи;

‒ устройство насыпей из легких материалов;

‒ применение несжимаемых свай.

Группа конструктивных решений, принимаемых для улучшения напряженного состояния с целью повышения устойчивости, включает следующие мероприятия:

‒ использование свайных конструкций;

‒ устройство боковых пригрузочных призм;

‒ применение распределительных плит.

Для увеличения сопротивляемости сдвигу грунта основанияс целью повышения устойчивости применяются следующие конструктивные и технологические решения:

‒ использование свайных конструкций;

‒ использование песчаных свай-дрен.

Все выше перечисленные мероприятия позволяют обеспечить устойчивость земляного полотна на слабом основании, как при отдельном использовании одного из них, так и при выборе нескольких конструктивных и технологических решений, которые будут работать в комплексе.

Одним из таких комплексных решений является использование ленточных геодрен (Рис.1) в слабом основании с укладкой тканого геосинтетического материала на основе полиэстера и укладка матрасов Рено в нижней части насыпи.

Использование в основании насыпи ленточных геодрен приведет к ускорению прохождения просадки и для обеспечения устойчивости насыпи на слабом основании. Ленточная геодрена представляет собой ленту заводского изготовления шириной 10 см и толщиной 5 мм, состоящую в наружных слоях из тканого геосинтетического материала, предохраняющих геодрену от заиливания, и внутреннего слоя из пластмассовой объемной георешетки которая создает внутреннюю полость, по которой происходит отток воды вдоль геодрены. Шаг установки геодрен — 2,0 м. Глубина погружения геодрен равна 15 м. Поверх основания насыпи устраивается пластовый дренаж из песка мелкого с Кф ≥3м/сут, толщиной 50 см.

Рис. 1. Ленточная геодрена

Укладка тканого геосинтетического материала на основе полиэстера производится для предотвращения повторного попадания влаги, поступающей из толщи слабого грунта, в основание насыпи, а также дальнейшего ее отвода из под насыпи.

В дальнейшем и производится погружение ленточных геодрен в толщу слабого грунта (Рис. 2).

Рис. 2. Погружение ленточных геодрен

Укладка матрасов Рено производится по слою щебеночной подготовки толщиной 40 см из щебня фракции 20–40. Матрасы Рено в данном случае играют роль распределяющей плиты, которая несет функцию рспределения нагрузки от веса насыпи.

Предворительный расчет такой конструкци на первом этапе отсыпки покажет, что устойчивость насыпи обеспечена.

При расчете консолидации осадки необходимо учесть вес дополнительных слоев грунта, соответствующих величине расчетной осадки. Подразумевается, что досыпка грунта вызовет дополнительную осадку и повлияет на общее время консолидации.

На основе проведенных расчетов подтверждается основная гипотеза об обеспечении устойчивости сооружения при использовании подобного комплекса мероприятий..

Источник

Научная электронная библиотека

Лобанов Ю. В., Кондрашова Е. В., Курьянов В. К.,

1.11 Предложения по расчёту прочности и устойчивости земляного полотна

Земляное полотно должно быть прочным, устойчивым и долговечным, требующим минимума расходов на его устройство, содержание и ремонт и обеспечивающим возможность широкой механизации работ. Выполнение указанных требований достигается правильным выбором грунтов для насыпей и их тщательным уплотнением при постройке, приданием земляному полотну очертаний, способствующих надёжному отводу воды, укреплением откосов насыпей и выемок [27, 29].

Обследования проводят на всем протяжении дороги с целью общей оценки устойчивости земляного полотна, состояния его откосов и разработки конкретных мероприятий, обеспечивающих нормальную работу земляного полотна.

Методика определения засоленности грунтов. К засоленным относятся грунты, содержащие в верхней метровой толще более 0,3 % по массе легко растворимых хлористых, сернокислых и углекислых солей натрия, кальция и магния.

Содержание водорастворимых солей в грунтах существенно влияет на их физико-механические свойства. При увлажнении засоленных грунтов их сопротивление внешним нагрузкам резко снижается, а в дождливые периоды возможно оползание откосов насыпей и выемок.

Содержащиеся в грунтах соли NaCl, CaCl₂ не разрушают покрытие даже при содержании свыше 5 %. Разрушающие воздействия водорастворимых солей на битумы и дегти проявляется в виде выщелачивания вяжущего под влиянием солей. Для проведения солевого анализа были отобраны пробы грунтов на разрушенных участках. Пробы брались на обочинах, откосах и в резервах (с глубины 0,1;0,5;1,0 метров). Для проб грунта определялась влажность на границах текучести и раскатывания =28,8 %, =15,4 %.

Используются 2 способа определения засоленности грунтов.

Существует несколько способов расчёта содержания элемента в анализируемом материале. Наиболее удобно пользоваться калибровочным графиком. Для этого приготавливают серию эталонных растворов с известным содержанием определяемого элемента. Растворы фотометрируют и на основании полученных данных строят калибровочный график (рис. 1.9).

Для построения калибровочного графика нами было взято 10 гр. К₂SO₄ растворили в 100 мм воды. Затем полученный раствор был разделен на 5 проб, которые доведены до следующей концентрации

Затем растворы профотометрировали и получили калибровочный график (рис. 1.8).

Рис.1.8 Калибровочный график для определения фотометрическим способом содержания соли

Соли серной кислоты растворимы в воде за исключением сульфата бария BaSo₄. Если добавить к раствору соли серной кислоты раствор хлорида бария BaCl₂, то выпадает белый осадок сульфата бария.

NaSO₄+BaCl₂=BaSO₄ +2NaCl (1.36)

NaCl+AgNO₃=AgCl +NaNO₃ (1.37)

При добавлении к осадку раствора азотной кислоты осадок не исчезнет. Если при добавлении раствора нитрата серебра к какому-либо раствору выпадает белый осадок и этот осадок не растворяется после добавления раствора азотной кислоты, то можно утверждать, что в исследуемом растворе содержится соляная кислота или какая-либо её соль.

Для проведения данного опыта было растворено небольшое количество грунта в воде, профильтровано и полученный раствор исследовался при помощи хлорида бария и нитрата серебра.

Если в результате проведённых опытов положительного результата на присутствие в грунте интересующих солей получено не будет, следовательно, причина разрушения не связана с засоленностью грунтов земляного полотна.

Методика определения прочности земляного полотна.

Оценка прочности дорожной одежды выполняется по упругому прогибу установкой динамического нагружения с падающим диском и жестким штампом. В процессе измерения к штампу прикладывают нагрузку несколькими ступенями, которые остаются неизменными до конца испытания. Обычно принимаются следующие ступени: 4,8, 12, 16,20,24 кН. Для каждой ступени вычисляют давление. Относительную упругую деформацию определяют по показаниям двух мессур (приборов для измерения линейных перемещений и деформаций). По данным измерений строят графики зависимости относительной деформации от давления подошвы штампа на грунт при нагружении и разгрузке. По этому графику находят значение расчётной относительной упругой деформации, а затем вычисляют модуль упругости грунта

, (1.38) где — поправочный коэффициент, учитывающий жёсткость штампа; , где — давление штампа на грунт соответственно при нагружении и после разгрузки, Па; — коэффициент Пуассона для грунта; — относительная упругая деформация.

По этим данным строят линейный график прочности.

Прочность и устойчивость земляного полотна обеспечивается:

— соблюдением проектных геометрических параметров;

— обеспечением стока поверхностных вод и отводом влаги из-под конструкции дорожной одежды;

— необходимым возвышением бровки земляного полотна над уровнем грунтовых и атмосферных вод;

— возведением земляного полотна из устойчивых грунтов с послойным уплотнением до требуемого значения;

— назначение оптимальной крутизны откосов насыпей и выемок с предохранением их поверхности от оползания, водной и ветровой эрозии.

Устойчивость склонов и откосов рассчитывают из условий плоской задачи:

по прочности (1-е предельное состояние);

деформируемости (2-е предельное состояние).

Расчет устойчивости склонов и откосов по прочности сводится к определению коэффициента запаса устойчивости с помощью различных расчетных методов (метод круглоцилиндрической поверхности скольжения, метод горизонтальных сил Маслова-Берера, метод Шахунянца, метод наклонных сил Чугаева и др.), а также к сравнению его с требуемой величиной.

Расчетные характеристики грунтов (объемная масса, угол внутреннего трения и сцепление) следует принимать соответствующими наименее благоприятным условиям устойчивости оползневого склона в годовом и многолетнем циклах.

Геодезической основой расчетной схемы являются расчетные поперечники, характеризующиеся наиболее неблагоприятным сочетанием различных факторов, таких, как высота и крутизна склона, мощность смещающихся масс, расположение слабых прослоек, наклон слоев, уровень грунтовых вод и др.

Целью разработки проекта устройства насыпи был выбор технических решений наиболее рациональных с позиций экономических, технологических, экологических и временных, обеспечивающих надежную конструкцию земляного полотна.

Особенности при выполнении работ:

Порядок расчёта устойчивости откосов земляного полотна разработан в соответствии с «Указаниями по расчёту высоких насыпей и глубоких выемок автомобильных дорог».

Коэффициент запаса устойчивости откоса земляного полотна (табл.1.16)

Песчаные грунты с постоянной влажностью

Глинистые грунты с постоянной влажностью и песчаные с переменной влажностью

Глинистые грунты с переменной влажностью

Коэффициент запаса устойчивости откосов оползневых участков после проведения противооползневых мероприятий принимается при расчете по прочности не менее 1,3. При учете сейсмического воздействия величина активных сдвигающих сил должна быть увеличена на сейсмический коэффициент =1,03-1,1. Если общая устойчивость склонов и откосов земляного полотна обеспечена ( =1,3), но есть опасность развития длительных деформаций ползучести во времени, необходимо дополнительно выполнять расчеты по деформируемости.

Устойчивость оползневых склонов по деформируемости особенно следует проверять в тех случаях, когда угол внутреннего трения грунтов, слагающих склон, незначителен, а структурное сцепление равно нулю (пластичные глинистые грунты и др.).

Если задаться значением запаса устойчивости , то, решив ее относительно , можно найти значение проектной мощности оползня, обеспечивающей заданный запас устойчивости, по формуле , (1.40) где — объемный вес грунтов оползневой массы в элементарной призме; и — угол внутреннего трения и сцепление грунтов по поверхности скольжения оползня.

Коэффициент запаса устойчивости не дает возможности оценить количественно как надежность склона, так и степень риска. Это связано с тем, что в прогнозе коэффициента запаса не учитываются разбросы величин внешних сил, геометрических размеров, разброс физических характеристик грунта и т.д. Был принят нормальный закон распределения для всех расчетных величин коэффициента устойчивости и, используя функции Лапласа, установлена крутизна склона при заданной вероятности устойчивости склона

, (1.41) где — момент сопротивления вращению объема грунта вокруг определенной точки; — величина вращающего момента_.

Формула (1.41) показывает, что при коэффициенте запаса устойчивости вероятность обрушения П=0,5. Это означает, что каждый второй склон, запроектированный таким образом, может обрушиться, то есть риск оценивается в 50%.

Определение вида и центра критической дуги скольжения, при которой коэффициент запаса устойчивости будет минимальным, проводится методом последовательного приближения с повторением расчёта устойчивости для нескольких дуг с наименее выгодным соотношением удерживающих и сдвигающих сил. При назначении радиуса дуги скольжения следует учитывать, что критическая дуга обычно образует центральный угол 100-135º. Центр критической дуги скольжения отыскивается следующим образом.

Расчётная схема №1 (рис. 1.9). Центр «О» располагается на линии, проходящей через бровку откоса и точку «В», лежащую на глубине H и расстоянии 3H от подошвы откоса. Для первого приближения центр критической дуги назначается на пересечении линии СВ и линией АО, проведённой под углом 25º к среднему откосу. При последующих этапах проверки центры намечается выше через .

Рис. 1.12. Схема к определению допустимого расстояния бровки земляного полотна от бокового кювета при периодическом подпоре поверхностными водами

По мере возрастания сопротивления движению влаги от канавы в сторону одежды (пунктирная линия на рис.1.12) в слое 1 влажность падает в соответствии с эпюрой. Под дорожной одеждой происходит уменьшение влажности за счёт диффузии водяного пара в слои одежды. В этой зоне влажность понижается и сохраняется в пределах некоторого значения . Процесс влагообмена в слое за счёт перепада может быть описан следующими краевыми условиями

, (1.44)

, (1.45)

. (1.46)

Решение уравнения (1.46) операционным методом при краевых условиях (1.44-1.45) даёт следующее аналитическое выражение для нестационарного поля влажности в слое

(1.47)

Это уравнение может быть использовано для расчёта величины . Чем больше , тем меньше градиент влажности и её величина под дорожной одеждой, тем выше прочность грунтового основания.

Для обеспечения требуемой прочности дорожной одежды при длительном стоянии воды в канаве необходимо проезжую часть удалить на такое расстояние, при котором обеспечивался бы расчётный модуль деформации грунта , то есть табличный модуль по ВСН-46-83. Поскольку между влажностью и прочностью существует определенная корреляционная зависимость, то для обеспечения заданной прочности дорожной одежды необходимо, чтобы в плоскости 1-1 влажность , не превышала расчётную , то есть = . Величина при проектировании полотна и дорожных одежд назначается по . На дорогах высших категорий устраивают укрепительную полосу на обочине. Для обеспечения устойчивости этой полосы шириною , необходимо, чтобы влажность в плоскости 2-2 не превышала некоторое значение . Следовательно, поле влажности , где — расчётная продолжительность стояния воды в боковой канаве.

Для определения из уравнения (1.47) необходимо решать трансцендентное уравнение, что вызывает трудности в вычислении. Поэтому уравнение (1.47) целесообразно упростить. Знакочередующийся ряд в уравнении (1.47) быстросходящийся. Он вносит небольшую поправку, уменьшая на 0,001-0,003. При увеличении эта поправка стремится к 0: при T=2000 часов она близка к 0,005, при T=30000-0,0001. В практических расчётах ряд можно опустить, поскольку он вносит незначительную поправку в . Эта поправка отрицательная и пренебрежение ею идёт в запас прочности. С учётом этих обстоятельств можно (1.47) представить:

. (1.48)

Имея в виду отмеченные предпосылки, , получим выражения для расчёта минимального удаления кромки дорожной одежды от боковой канавы

.(1.49)

Для практического исследования уравнения (1.49) входящие в него выражения, назначаются следующим образом. Величина нормируется СНиП и равна 0,5. Коэффициент влагопроводности назначается в зависимости от средней относительной влажности грунта в слое . Согласно опытам В. М. Сиденко для суглинистого грунта значения равны

Источник