ЗЕМЛЯНОЕ СООРУЖЕНИЕ НА СЛАБОМ ОСНОВАНИИ

MKME02D 17/18
ЗЕМЛЯНОЕ СООРУЖЕНИЕ НА СЛАБОМ ОСНОВАНИИ
Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при строительстве и реконструкции линейных сооружений на слабых, в том числе вечномерзлых грунтах и болотах 2-3 типа (железных и автомобильных дорог, магистральных трубопроводов, плотин и дамб).
Практически 10% дорожных сооружений строится и эксплуатируется на слабом основании.
Основная причина потери несущей способности сооружений в этих условиях связана с деформациями, которые происходят в результате выдавливания текучепластичных грунтов переувлажненного основания (торфяных, лессовых, илов и т. д.). Деформации происходят под воздействием подвижной нагрузки и веса насыпи самих линейных сооружений.
Нластические деформации происходят по поверхности скольжения, на контакте уплотненных грунтов нижней части насыпи и основания.
Нри росте грузонапряженности возрастает вибродинамическое воздействие от подвижной нагрузки, соответственно возрастают тиксотропные явления в грунтах. Кроме того, рост грузонапряженности требует увеличения нормативно-конструктивных параметров сооружений, что вызывает дополнительное выдавливание разуплотненных текучих грунтов и, соответственно, осадку сооружения. Все это приводит к увеличению осадок линейных насыпных сооружений.
Деформации продолжаются в течение всего срока эксплуатации объектов. Обеспечить стабильность земляного сооружения (насыпи) можно за счет мелиорации (осушения) грунтов основания или выторфовывания. Выторфовывание грунтов производится с помощью вырезки грунта и замены на прочные грунты. Выторфовывание грунтов осуществляется, как правило, при глубине болот до 2-3 м.
Осушить грунты основания в пределах бессточных участков практически не возможно. Поэтому одним из способов устранения таких деформаций является устройство армирующих конструкций
Известно земляное сооружение на слабом основании, включающее тело насыпи из чередующихся слоев насыпного грунта и полотнищ гибкого синтетического нетканого материала (СНМ). Полотнища СИМ размещены поперек насыпи и в откосных частях заполнены грунтом, образуя упорные призмы /1/. Полотнища СИМ испытывают натяжение от веса насыпного грунта PiH подвижной нагрузки Р2. Давление от PI и Р2 передается в упорные призмы в виде обратных реакций р1и Fa. При появлении подвижной нагрузки Р2 эти реакции возрастают.
Достоинством такой конструкции является то, что упорные призмы в откосах насыпного сооружения уменьщают осадку. Это обусловлено тем, что полотна СИМ всегда находятся в натяжении благодаря упорным призмам, уменьшая сосредоточенную нагрузку от PI и Ра и, соответственно, деформации самого тела насыпи. Эти достоинства проявляются в теле самой насыпи.
Недостатком такой конструкции является то, что слабое основание, на котором находится сама насыпь, остается не укрепленным. Реакции отпора FI и р2 в упорных призмах лишь уменьшают давление, которое будет передаваться от веса PI и PI и, соответственно, уменьшают деформации (осадки) основания в центре насыпи, делают их равномерно распределенными по поперечному профилю, но не ликвидируют их до конца. Наиболее близким по технической сушности и достигаемому результату является конструкция земляного сооружения, включаюшая насыпь и траншеи в приподошвенных зонах. На откосы и по периметру траншей уложен синтетический нетканый материал (СНМ) и на него в траншеи и на откосы отсыпают скальный грунт в виде призм, образуюш;их клещеобразную обойму /2/. Нризмы охватывают откосы земляного сооружения и обжимают с боков часть слабого основания.
Достоинства такой конструкции в том, что она армирует основание насыпи в поперечном направлении, образуя как бы единый массив насыпи и основания на глубину траншей. Нри воздействии нагрузки PIOT веса насыпи и подвижной нагрузки Р2 давление от них вертикально передается на слабые грунты основания, а на границе контакта насыпи и обжатой части основания возникают усилия, обратные усилиям от веса PI и Р2. Нри этом равнодействуюшая R от этих усилий раскладывается на две составляющие RI- вертикальную и R2-горизонтальную. Носледняя и является причиной боковых подвижек грунта.
На болотах, глубиной до 2-х м, при устройстве траншей до минерального дна, такая конструкция позволит исключить пластические деформации и обеспечить его стабильность за счет отсутствия R2, горизонтальной составляющей. Тем самым, обжатая с боков прослойка основания не выдавливается.
Недостатком такого земляного сооружения является то, что в продольном направлении на участках, где глубина болота более 2-х м сложно исключить выдавливание слоев грунта, расположенных ниже обжатых грунтов основания. Во-вторых, к недостаткам можно отнести то, что сложно сохранить целостность такой конструкции в поперечном направлении из-за того, что нагрузка распределяется по сечению неравномерно. Это связано с тем, что призмы из СНМ и камня армируют каждую сторону земляного сооружения отдельно, что не исключает возможности расползания сооружения и боковых подвижек слабых грунтов. В-третьих, сама конструкция с увеличенными конструктивными размерами будет способствовать дополнительному выдавливанию. Все это приводит к деформациям сооружения; осадкам. Процесс осадки в таких условиях непрерывный и невосполнимый, требующий постоянных дополнительных эксплуатационных затрат.
В основу изобретения положена задача разработать земляное сооружение, устойчивость которого в течение последующей эксплуатации обеспечивается ликвидацией деформаций сооружения и его слабого основания под
воздействием нагрузок благодаря уменьшению нагрузки в продольном направлении.
Для решения поставленной задачи в известном земляном сооружении на слабых грунтах, содержанием тело и траншеи с обоих сторон тела сооружения, в каждую из которых уложен заполненный грунтом СНМ, каждая траншея выполнена переменного сечения, уменьшаюш.егося oi максимума в прочных грунтах до минимума на участке наибольшей осадки, при этом крайние участки каждой траншеи расположены на прочных грунтах, а продольный уклон по дну траншей составляет не менее 0.003.
Кроме того, полотниш,а СНМ в продольном и поперечном направлении соединены между собой.
Сооружение предлагаемого дорожного сооружения обеспечивает его устойчивость на пересечении болот 2-3 типа.
Благодаря совокупности признаков технического решения земляное сооружение содержит два типа арок. В каждом поперечном сечении земляного сооружения образованы поперечные арки с опорными частями из призм, образованных СНМ с грунтом. В продольном направлении опорные части поперечных арок (призмы) образуют продольные арки с опорными частями, расположеными на прочном основании. Наличие арок позволяет равномерно распределить нагрузку в продольном и поперечном направлении. Перераспределение нагрузки на прочное основание и равномерное ее распределение по всему сооружению приводит к уменьшению любого
сосредоточенного усилия от любой нагрузки на наиболее деформируемом участке (максимальной осадки) сооружения.
Таким образом, наличие арочного эффекта в продольном и поперечном направлении позволяет перераспределить сосредоточенную нагрузку с участка наибольшей осадки на концевые участки сооружения, сводя их к минимуму, и обеспечивая его устойчивость.
Кроме того, расположение траншей в продольном направлении с уклоном не менее 0.003, позволит также использовать арочный эффект и уменьшить сосредоточенное усилие от нагрузки. Кроме того, наличие уклона способствует водостоку и использованию дренажных свойств СНМ для постоянного осушения грунтов обжатого основания и их упрочнения. Ого обусловлено сбором и отводом влаги выдавливаемых грунтов СНМ ниже расположенного основания, что со временем приведет к значительному его осушению и, соответственно, упрочнению и обеспечению устойчивости всего земляного сооружения.
Таким образом, совокупность признаков заявляемого земляного сооружения позволит при использовании обеспечить его устойчивость на слабом основании.
На фиг. представлена конструкция земляного сооружения.
Нример 1. Земляное сооружение содержит тело насыпи 1, траншеи 2 и СНМ 3 на слабых грунтах 4. Траншеи 2 выполнены с переменным сечением и расположены в приподошвенных зонах насыпи 1. Крайние опорные части 5
траншей 2 расположены над участком с наибольшей слабой толш,ей грунтов 8. Траншея 2 выполнена с продольным уклоном не менее 0.003, при чем в сторону крайних участков 5. В траншеи 2 и на откосы насыпи 1 уложен СНМ 3. Сверху на.СНМ 3 отсыпан грунт 9. При этом СЫМ 3 с грунтом 9 в траншее 2 образует призмы 10. Такое выполнение сооружения позволяв г использовать эффект двух типов арок: в продольном направлении - арок 11, в поперечном - арок 12. Наличие арок 11 и 12 позволяет равномерно распределить нагрузку в продольном и поперечном направлении. Устройство работает следуюш(им образом.
При воздействии в любой точке сооружения, сосредоточенная нагрузка Р передается на СНОМ 3. При этом возникают растягиваюш,ие усилия. За счет натяжения СНМ эти усилия передаются в призмы 10 в поперечном и в продольном направлениях. В концевых участках каждой траншеи, опорных частях, равнодействуюш,ая усилий раскладывается на горизонтальные и вертикальные составляюш;ие. Вертикальные составляющие, направленные вертикально вниз, оказывают давление на грунты основания и способствует натяжению СНМ. Горизонтальные составляющие, направленные в сторону от сооружения также способствует натяжению СНМ. Обе составляющие способствуют возникновению реакциям отпора, уменьшая сосредоточенную нагрузку. Таким образом усилия от нагрузки Р перераспределяются на прочное основание 6 и практически сводятся к минимуму на участке наибольшей просадки.
Следовательно, натяжение полотнищ СНМ способствует перераспределению в продольном и поперечном направлении сосредоточенной нагрузки с участка наибольшей осадки на концевые участки сооружения, сводя их к минимуму, и обеспечивая его устойчивость.
Экономический эффект от внедрения такой конструкции по сравнению с ежегодными подъемочными ремонтами будет в 3-5 раз выше.
Источники информации, принятые во внимание;
1.А. С. СССР № 89076, МКИ Е 02В 17/06. Земляное сооружение на слабом основании/ С. Л. Топчий (СССР); Укр. НИИГиМ (СССР) - 3997197/29-15. Заявлено 10.11.85. Опубликовано 15.08.87. Бюл. .№30.
2.А. С. СССР № 1567741, МКИ Е 02D 17/20. Способ стабилизации земляного полотна/ В. А. Дербас, Е. А. Румянцев, С. М. Жданова и др. (СССР); ХабИИЖТ (СССР) - 4191079/23-03. Заявлено 26.12.86. Опубликовано 30.05.90. Бюл. №20.