Пособие по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах

Построение геотехнической модели насыпи на слабом основании

3.16. Результаты анализа и обобщения данных инженерно-геологических изысканий, выполненных на участке залегания слабых грунтов, отображаются в виде схемы расчетного поперечника.

На схеме должны быть даны:

- поперечный разрез насыпи с предварительно запроектированными геометрическими размерами, исходя из продольного профиля рассматриваемого варианта трассы и намеченных параметров поперечного профиля (высота, ширина поверху, крутизна откосов), и данными о расчетных значениях физико-механических свойств грунта насыпи;

- инженерно-геологический разрез основания насыпи на поперечнике с информацией о мощности выделенных однородных слоев, расчетном уровне поверхностных и подземных вод, расчетных значениях физико-механических свойств грунтов выделенных слоев.

3.17. На основе схемы расчетного поперечника осуществляется построение геотехнической расчетной модели, системы "насыпь-основание" с использованием соответствующих расчетных схем, принимаемых для того или иного геотехнического прогноза, и отражающей данные, необходимые для прогноза напряженно-деформированного состояния основания насыпи.

3.18. Для расчета устойчивости основания в качестве базовой принимается расчетная схема в виде слоистого полупространства ограниченной мощности, загруженного с поверхности вертикальной нагрузкой, распределенной по закону равнобочной трапеции (рис.3.1). При этом распределение напряжений в толще принимается как в однородном полупространстве.

При сложном поперечном профиле насыпи эпюра нагрузки составляется из прямоугольных и треугольных элементов.

3.19. Для прогноза конечной величины осадки расчетная схема принимается в виде слоистого массива, ограниченного снизу границей активной зоны сжатия, загруженного с поверхности нагрузкой, распределенной по закону равнобочной трапеции. Распределение сжимающих напряжений по глубине основания принимается как в однородном полупространстве. При этом расчет выполняется для осевого створа поперечника насыпи на основе схемы (одномерного компрессионного сжатия) (рис.3.2.)

Рис.3.2. Пример расчетной схемы слабого основания насыпи для расчета осадки и консолидации:

1 - насыпь; 2, 3, 4 - слои основания, однородные по напряженно-деформированному состоянию; 5 - водонепроницаемый подстилающий слой; 6 - эпюра вертикальных напряжений от веса насыпи; 7 - условия дренирования; 8 - эпюра структурной прочности грунта на сжатие; 9 - эпюра нагрузки начала фильтрационной консолидации; 10 - активная зона; 11 - пассивная зона; 12 - открытая система; 13 - закрытая система

Для прогноза хода осадки во времени используется расчетная схема в виде сжимаемого однородного слоя ограниченной мощности с учетом реальных условий отжатия воды (дренирование), загруженного равномерно распределенной нагрузкой, соответствующей весу насыпи, в условиях компрессионного сжатия (рис.3.2.).

3.20. При построении геотехнической модели для прогноза осадки и консолидации важным элементом является назначение расчетной мощности активной сжимаемой зоны, существенно влияющей на результаты прогноза.

Величина активной зоны сжатия устанавливается в каждом конкретном случае с учетом фактической мощности слабых грунтов, их расположения и условий работы. В качестве нижней границы активной зоны сжатия в соответствии со СНиП 2.05.02-85 принимаются:

- кровля прочного и малосжимаемого грунта, расположенная на глубине, не превышающей половины ширины насыпи понизу;

- горизонт, на котором вертикальные нормальные напряжения от внешней нагрузки не превышают 20% от напряжений от собственного веса грунта основания.

3.21. При наличии данных непосредственных компрессионных испытаний грунтов слабой толщи величина активной зоны может уточняться.

Уточнение с учетом реальной точности компрессионных испытаний выполняется графико-аналитическим методом, заключающимся в следующем.

Строится осредненная компрессионная кривая для выделенных слоев слабой толщи до глубины , равной полуширине насыпи понизу, но не менее 15 м. Определяется расчетная нагрузка для середины этой зоны . Рассчитывается ориентировочно величина конечной осадки в пределах указанной выше толщины. Назначается допустимая погрешность осадки, к примеру 5% от конечной величины, т.е. . Затем устанавливается относительная ее величина по формуле

.                                                        (17)

На компрессионной кривой вида при находится такой ее участок, на котором при незначительном приращении нагрузки величина приращения относительной деформации не превышает , т.е. . Нагрузка , при которой соблюдается это условие, будет соответствовать напряжению, возникающему на нижней границе активной зоны сжатия. Далее по эпюре распределения по глубине толщи находят горизонт, отвечающий условию . Его расстояние от подошвы насыпи определит активную зону .

3.22. При наличии у грунта структурной прочности на сжатие вносят коррективы в установление активной зоны сжатия.