CC BY
145
УДК 624.131
П1ДВИЩЕННЯ СТ1ЙКОСТ1 ВИСОКИХ НАСИП1В АВТОДОР1Г У СКЛАДНИХ 1НЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГ1ЧНИХ УМОВАХ
Ю. О. Шргчек, д. т н., проф., Ю. Б. Балашова, к. т. н., доц., Б. Л. Розбицький, маг1стр
Постановка проблеми. Автомобшьш дороги - важлива галузь народного господарства, яка забезпечуе ефективну роботу уиа економши краши, зв'язок мiж регiонами, мiстами та шдприемствами держави, а також транспортне сполучення з iншими крашами. За обсягами перевезень вантаж1в та пасажирiв автомобшьний транспорт посiдае одне з провщних мiсць серед усiх видiв транспорту. У зв'язку з постiйним шдвищенням iнтенсивностi руху автотранспорту в межах Украши та в мiждержавному сполученш, зростанням кiлькостi одиниць транспортних засобiв i швидкостi руху автомобiлiв виникае потреба в розширенш мереж дорщ будiвництвi обхвдних дорiг i автомобшьних дорiг вищих категорiй з каттальними покриттями.
Будiвництво дорiг пов'язане з !х великою протяжнiстю, а, отже, i значним рiзноманiттям природних умов, що, в свою чергу, пов'язано з рiзними геоморфологiчними i геологiчними умовами, фiзико-геологiчними процесами i явищами. Бущвництво автомобiльних дорiг у складних iнженерно-геологiчних умовах мае низку важливих особливостей, пов'язаних iз поведiнкою цих грунта при спорудженнi земляного полотна i в процесi його експлуатацп. Специфша будiвництва автомобiльних дорiг у складних iнженерно-геологiчних умовах полягае у тому, що до дорожньо! конструкци в цшому пред'являють спецiальнi вимоги. Конструктивно-технолопчне рiшення основи земляного полотна повинне забезпечити стшюсть. Осiдання насипу й основи в експлуатацшний перiод не повинне викликати неприпустимо! змiни поздовжнього i поперечного профiлiв, пружнi прогини i коливання конструкци вiд статичних i динамiчних дiй транспортного навантаження мають бути обмеженi умовами тривало! мiцностi дорожнього одягу [1].
Аналiз. Складнi iнженерно-геологiчнi умови - це сукупшсть характеристик компонентiв геологiчного середовища дослiджуваноl територп, якi впливають на проектування, будiвництво i експлуатацiю автомобшьних дорш. До них вiдносять таю умови як узпр'я, болота, заплавш дiлянки, що затопляються, слабкi грунти, засоленi грунти, рухомi пiски, зрошуваш територп, дiлянки залягання вiчномерзлих грунта, обвальнi дiлянки, грунти, що просщають.
При спорудженнi земляного полотна на просадочних грунтах слiд передбачати таке розмщення водопропускних i водовiдвiдних споруд, при якому основа земляного полотна i придорожня смуга не буде тддаватися тривалому зволоженню. Якщо передбачено перетин дорогою ддачого водотоку, необхщно зберiгати його русло. Пропуск води по новому руслу може бути причиною великих просщань грунта в основi земляного полотна. У вшх випадках необхiдно забезпечити швидке i безперешкодне вiдведення вiд земляного полотна атмосферних опадiв i захист його вщ поверхневих i грунтових вод, використавши нагiрнi, бiчнi, сушильнi i водовiдвiднi канави, водозахиснi планування, дренажа Дно i укоси всiх вцщв водовiдвiдних канав повиннi бути ретельно ущшьнеш або укрiпленi з метою зниження водопроникностi грунтiв. Для усунення просадочних властивостей природних грунтових основ рекомендуеться: ущiльнення, змiцнення i попередне замочування грунта.
У мюцях спорудження штучних споруд, водопропускних труб великого дiаметра, фундаментiв шляхопроводiв доцiльно укршлювати основу, що просiдае неорганiчними в'яжучими: цементом, золою, цементним пилом, фосфогшсом, геотекстильними матерiалами. Треба вiдзначити, що лесовi грунти, якi займають бшьше, нiж половину територп Укра1ни, в результат замочування пiд час техногенно1 ди можна також вiднести до слабких грунта. При проектуванш насишв на слабких основах слiд призначати обгрунтоваш розрахунками спецiальнi заходи, що забезпечують можливють використовування слабких грунта в основi (закладання укосiв, прибудова бiчних призм, тимчасове перевантаження, регламентащя режиму вiдсипання насипу, прибудова вертикального дренажу, грунтових паль-дрен, пальово1 основи, прибудова легких насишв, армування насишв i основи геотекстильними прошарками тощо.)
Поперечнi профiлi земляного полотна розроблеш з урахуванням довготривалостi пiдтоплення укошв до 20 дiб. Насипи на заплавних дшянках, що затопляються, перетиш водоймищ i пiдходах до мостових споруд слiд проектувати з урахуванням хвильово1 дil, а також пдростатично1 й ерозiйноl дil води в перюд пiдтоплення. Для забезпечення можливосп ремонту i змiцнення укосiв у перюд експлуатаци на таких дшянках при технiко-економiчному обгрунтуваннi допускаеться передбачати прибудову берм шириною не менше 4 м.
Будiвництво та реконструкщя автомобiльних дорiг у складних iнженерно-геологiчних умовах вимагае постiйного зниження вартоси робiт, економil дорожньо-будiвельних матерiалiв, максимального використання позитивних властивостей грунтiв, особливо мюцевих некондицiйних.
Сучаснi геосинтетичнi матерiали, що застосовуються в дорожньому будiвництвi, здатнi виконувати одну або сумщати декiлька функцiй:
- дренаж - шдвищення ефективностi вiдведення води;
- розподш - запобiгання перемiщуванню двох рiзних грунтiв або матерiалiв;
- укршлення схилiв - розподiлення розтяжних зусиль у схилах;
- укршлення слабких грунта - збшьшення несучо1 здатностi грунту;
- пiдсилення асфальтобетону - забезпечуе отр розтягу;
- контроль ерозп та стабiлiзацií поверхш - запобiгае роздiлу та перемщенню грунту внаслiдок опадiв, стоку вод та ди вiтру;
- огородження - отр боковому перемщенню грунтових мас.
Геосинтетичш матерiали полiпшують техшчш характеристики дорожнiх конструкцiй завдяки сво!м властивостям:
високш мщносп на розтяг i розрив при малих деформацiях, високш адгезн з грунтом i асфальтобетоном, довговiчностi, а також стiйкостi до ди хiмiчно агресивних середовищ [2]. Розширення асортименту геосинтетичних матерiалiв привело до збшьшення областi !х застосування i функцiональностi. Залежно вiд виду конструкцш дороги, характеристик грунтiв i рiзних навантажень застосовують тi або iншi геосинтетичнi матерiали.
Завдяки застосуванню нових геосинтетичних матерiалiв зростають темпи будiвельних робiт, пiдвищуeться якiсть та надшшсть дорожнiх конструкцiй, заощаджуються матерiальнi ресурси за рахунок збшьшення мiжремонтних термшв, зменшення транспортних витрат та техшки.
Видiлення иевир1шених ранiше частин проблеми. При будiвництвi автомобiльних дорiг у складних iнженерно-геологiчних умовах необхiдно досягти: шдвищення стiйкостi основи й укошв земляного полотна; зниження витрат традицшних дорожньо-будiвельних матерiалiв; зменшення обсягiв земляних робiт; зниження нерiвномiрностi деформацiй; зниження строшв будiвництва за рахунок швидшого осiдання насипу; полiпшення умов вщсипання i ущiльнення насипу; пiдвищення експлуатацшно! надiйностi, якостi виконання робiт i збiльшення строкiв служби дорожнiх конструкцш.
Мета. Для економп землi, вщведено! для будiвництва автомобiльних дорiг, зменшення обсягу земляних робгг (при зменшенш кута закладання укосу) треба дослщити методи пiдвищення стiйкостi укосiв земляного полотна i обрати найдоцiльнiший метод посилення.
Осиовиий матерiал. Для виконання поставлено! мети була розглянута дшянка автомобшьно! дороги на правобережному автомобшьному пiдходi до Пiвденного мосту через рiчку Днiпро, на дiлянцi вул. Мшьмана - вул. Аеропортiвська на ткет ПК 18+26. Дорога розташована в дорожньо-клiматичнiй зонi У-II. Висота насипу 21,08 м (рис. 1). Ширина верху земляного полотна становить 22,0 м. Насип зводиться з суглинку легкого пилуватого. Щшьнють грунту 1,72 г/см3, оптимальна волопсть 0,166, середнш коефщент вщносного ущшьнення дорiвнюe 1,21. Основою пiд насипом е лес свiтло-жовтий, щiльнiсть якого 1,7 г/см3, оптимальна волопсть 0,158.
Розрахунок стшкосп укошв земляного полотна автомобшьно! дороги на дiлянцi вул. Мшьмана - вул. Аеропоривська на ПК 18+26 був виконаний трьома методами: вщсшв, рiвномiцного укосу та горизонтальних сил. Визначався загальний коефiцiент стшкост укосiв рiзного закладення, а також для кожного блока з метою визначення найбшьш небезпечних блокiв, яю потребують пiдсилення геосинтетичними матерiалами.
Рис. 1. Висота насипу Н=21.08м
При проектуванш конструкцш наситв з укосами армованими синтетичними матерiалами були виконаш наступнi завдання:
- проведена ощнка стiйкостi укосу i на основi цього пiдiбране необхiдне число прошарюв;
- проведено розрахунок довжини закладення прошарку;
- призначено розподш прошаркiв по висотi насипу.
Синтетичш матерiали, укладенi в укiс з перетином передбачувано! поверхнi ковзання, сприймають частину напруг розтягу. Цим створена можливють пiдвищити загальну стiйкiсть укошв; збiльшити крутизну укосiв, скоротивши тим самим обсяг земляних робгг, площу земель, що вiдводяться пiд бущвництво. Кiлькiсть прошаркiв призначають розрахунком виходячи iз забезпечення необидного коефiцiента стшкость При виборi мiсця укладання прошарюв синтетичних матерiалiв по висотi насипу слщ враховувати, що найбiльш навантаженою вiд власно! ваги грунту е нижня частина насипу. Як правило, верхнш iз прошаркiв повинен мютитися на глибинi 1,0 м вщ поверхнi насипу, нижнiй - на вщсташ 0,5 м над найнижчою точкою поверхнi ковзання.
Для одночасного шдвищення i мюцево! стiйкостi прошарки укладають з виносом на уюс, а при необхiдностi збiльшення жорсткост нижньо! частини насипу !х можна об'еднати в "обойму".
Розрахунок коефщента стiйкостi армованого синтетичним матерiалом укосу виконують за формулою:
де уР1 - граничне значення напруг розтягу в грунп; п, 3 - кшьюсть прошаркiв, !х товщина; Рг = ^^¡В - вага кожного блока, на яю розбивають уюс над Е, В, у, Ь - вщповщно площа, товщина, питома вага блоюв Уд - розрахункове значення допустимо! розтяжно! напруги
, (1)
поверхнею ковзання;
i довжина поверхнi ковзання в !х межах (як правило В=1); для синтетичних матерiалiв;
в - кут нахилу поверхш ковзання до горизонту в межах блока.
Для визначення граничного значення напруг розтягу для грунту ур, за стандартною методикою проводять випробування грунту на зрушення при значеннi нормального тиску уп, вiдповiдного нормальному тиску на поверхш ковзання в даному блощ ,, пiсля чого уpi розраховують за формулою:
а . = 0,5-(а -л/а2. + 4т .)
рг ' \ п V пг грг 1
де фгрг - граничне значення дотично! напруги при даному у р..
(2)
(3)
При вщомих фактичних характеристиках ц i с значення ур, для даного грунту може бути розраховане за формулою:
аР1 = 0,5 - (ап - д/а2 + 4 - (ап • + С)2), де уп=0,1МПа.
Для оцiнки ург з використанням табличних значень ц i С його величина може бути знайдена з наступного виразу:
а р, = К - С ,
де К1 - табличний коефiцieнт, приймаеться залежно вiд значення ц.
Для проведення попереднiх розрахунюв величину уд допускаеться приймати в частках вщ мiцностi синтетичних матерiалiв при розтягуваннi Яр (Яр призначаеться за паспортними даними):
- для тканих матерiалiв, жорстких сiток з полiамiдноl, полiефiрноl сировини уд =0,6Яр/ё, з полiпроmленовоl сировини уд
=0,3Я/3;
- для нетканих голкопробивних синтетичних матерiалiв з полiамiдноl, полiефiрноl сировини уд =0,25Яр/ё, полшропшеново! уд =0,1Яр/3.
Пiдбiр кiлькостi прошаркiв арматури виконують за формулою:
0,53КзапХ р, (008 р, - д/0082 р, + 481П2 р,) - 2 ар1В
п =-5---
а д 5 В
(4)
де Кзап - необхщний коефiцiент стiйкостi укосу.
Довжину закладення прошарку в грунт 1з визначають за формулою:
0,5Д
= р
2 угА&Ф'+С', (5)
де Яр - межа мiцностi синтетичних матерiалiв, визначена за паспортними даними; г, И - питома вага, товщина шарiв грунту, розташованих над верхшм iз прошаркiв;
ц' С' - характеристики мщносп по контакту "арматура - грунт", призначаються залежно вщ ц i С грунту.
Посилення укосiв виконувалось геосинтетичними матерiалами "Армосет", "Тенсар", "Геомат". Результати розрахунку стшкосп укосiв при !х армуваннi на дшянщ вул. Мiльмана - вул. Аеропоривська на ПК 18+26 показаш у виглядi дiаграми (рис. 2, 3).
Рис. 2. Д1аграма залежност1 кыькостг прошаркгв вгд закладання укосу (по вертикал! - ктьшсть прошарюв; по горизонтал! - величина закладання укосу)
4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1
0,5 0
Рис. 3. Граф1к залежност1 величини закладання прошарку вгд поверхт ковзання та величини укосу (по вертикал1 - величина
закладання прошарку в1д поверхм ковзання; по горизонтал1 - величина закладання укосу)
Висиовок. Для зменшення кута закладання укосу з 1:1,75 до 1:1,3 та отримання по^бного коефщента стшкост треба збшьшувати кшьюсть прошарюв iз геоматерiалiв (рис. 2), а також збшьшити величину закладання прошарку вщ поверхт ковзання (рис. 3).
Перспективи. Досвщ застосування армованих конструкцш у свтовому будiвництвi показуе, що вони бшьш ефективш та економiчнi, шж традицшш. Однак треба враховувати, що ефективнють армування залежить вiд тривалостi та штенсивносп взаемодi!, жорсткостi армувального прошарку i грунту, механiчних i реолопчних властивостей геоматерiалу i грунту, а також умов закладання, глибини i характеру розташування арматури у шаруватш конструкцi!.
ВИКОРИСТАНА Л1ТЕРАТУРА
1. Савеико В. Я., Гаврилеико С. В., Петрович В. В. Актуальшсть проблеми оптимального конструювання дорожшх одягiв автомобшьних дорiг // Зб. наук. пр. НТУ: Автомобшьш дороги i дорожне будiвництво. Вип. 63. - К.: НТУ. - 2001. - С. 16-20.
2. Тимофеева Л. М. Армирование грунтов. Теория и практика применения. Ч. 1. Армированные основания и армогрунтовые подпорные стены. - Пермь: ППИ, 1991. - 478 с.
УДК 624.131
Пщвищеиия стшкост високих иаситв автодор^ у складиих iижеиерио-геологiчиих умовах /Ю. О. Кiрiчек, Ю. Б. Балашова, Б. Л. Розбицький //Вкиик ПридшпровськоТ державиоТ академп будiвиицтва та архiтектури. -Дшпропетровськ: ПДАБА, 2008. - № 4-5. - С. 13-17. - рис. 3. - Бiблiогр.: (2 иазв.).
Дослщжено методи пiдвищення стiйкостi укошв високих насипiв автомобiльних дорiг при зменшенш кута закладання укосу з метою економи землi, вiдведено! для будiвництва. Виконано розрахунок коефiцiента стшкосп армованих рiзними геоматерiлами i неармованих укосiв рiзного закладення. Проведена ощнка стiйкостi укосу у виглядi розрахунку його коефщента запасу i на основi цього пiдiбрана необхiдна кшьюсть прошаркiв, виконано розрахунок довжини закладення прошарку та призначено розподш прошарюв по висотi насипу.
4,13 1
1,'
1,75 1,5 1,3
