Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 8
ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И СТРОИТЕЛЬСТ
ВУ ВЫСОКИХ ДОРОЖНЫХ НАСЫПЕЙ НА СЛАБЫХ ГРУНТАХ И ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЙ \6
1.1. Краткий обзор исследовании в области проектирования и строительства дорожных насыпей на слабых грунтах
1.2. Цель исследования 24
ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ СПОСОБА ПОСТЕПЕННОГО ВОЗВЕДЕНИЯ
ВЫСОКИХ ДОРОЖНЫХ НАСЫПЕЙ В НЕСКОЛЬКО СЛОЕВ НА СЛАБЫХ ГРУНТАХ Z6
ГЛАВА 3. К ВОПРОСУ О КОНСОЛИДАЦИИ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ 38
ГЛАВА 4. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПРОГНОЗА УПЛОТНЕНИЯ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ ПОД НАГРУЗКОЙ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ МЕТОДОВ ВОЗВЕДЕНИЯ ВЫСОКИХ ДОР01НЫХ НАСЫПЕЙ НА СЛАБЫХ ГРУНТАХ 60
ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОБ ОСОБЫХ УСЛОВИЯХ РАЗВИТИЯ И ПОГАШЕНИЯ В ГРУНТАХ ПОРОВОГО ДАВЛЕНИЯ, НЕ ПОДТВЕРЗДАВДИЕ ТЕОРИИ ФИЛЬТРАЦИОННОЙ КОНСОЛВДА ГРУНТОВ
5.1. Цель вопроса .68
5.2. Использованные грунты 70
5.3. Экспериментальная аппаратура 70
5.4. Методика проведения опытов 85
5.5. Результаты экспериментальных исследований Q6
5.6. Краткие выводы 102
ГЛАВА 6. ИССЛЕДОВАНИЕ РОЖ НАЧАЛЬНОГО ГРАДИЕНТА В ПРОГНОЗЕ ПРОЧНОСТИ И ДЕФОРМАЦИИ ОСНОВАНИЙ ДОРОЖНЫХ НАСЫПЕЙ ВО ВРЕМЕНИ. ЭКСПЕРИМЕНТМЬШЕ ИССЛЕДОВАНИЯ АВТОРА... І0А
6.1. Исследование роли начального градиента в прогнозе прочности и деформации оснований дорожных насыпей во времени 104
6.1... Сущность вопроса 404
6.1.2. Теоретическое обоснование \08
6.2. Экспериментальные исследований по начальному градиенту в глинистых грунтах ІІ7
6.3. Краткие выводы \15
ГЛАВА 7. ОСОШЕ УСЛОВИЯ УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТА В ОСНОВАНИИ ДОРОЖВЫХ
НАСЫПЕЙ. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ АВТОРА і 28
7.1. Особые условия уплотнения грунта (отжатия из грунта воды) в основании дорожных насыпей 428
7.2. Экспериментальные исследования автора по особым условиям уплотнения грунта в основании дорожных насыпей
7.2.1. Приборы и методика экспериментальных исследований..
7.2.2. Основные характеристики используемых грунтов
7.2.3. Результаты экспериментальных исследований
7.3. Краткие выводы
ГЛАВА 8. ПРЕДЛАГАЕМАЯ ТЕОРЖ ПРОГНОЗА УПЛОТНЕНИЯ ПОД НАГРУЗКОЙ
ДЛЯ ОЦЕНКИ ПОВЫШЕНИЯ НЕЮУИЩЙ СПОСОБНОСТИ СЛАБОГО ОСНОВАНИЯ ВЫСОКИХ ДОРОШХ НАСЫПЕЙ ВО ВРЕМЕНИ
8.1. Основное уравнение
8.2. Теоретическое обоснование процесса уплотнения грунта в условиях компрессионных опытов 167
8.3. Теоретическое исследование процесса уплотнения грунта под нагрузкой применительно к реальным условиям основания дорожных насыпей 200
8.4. Краткие выводы %0д
ГЛАВА 9. ПРЕДЛАГАЕМЫЙ МЕТОД ПО ОЕЕСПЕЧЕБШЗ ПРОЧНОСТИ ОСНОВАНИЯ
И ВОЗМОЖНОСТИ ВОЗВЕЩЕНИЯ ВЫСОКИХ ДОРОЖНЫХ НАСЫПЕЙ НА
СЛАБЫХ ОСНОВАНИЯХ В НЕСКОЛЬКО СЛОЕВ
9.1. Теоретические основы предлагаемого метода 210
9.2. Метод по обеспечению прочности основания и возможности возведения высоких дорожных насыпей на слабых грунтах в несколько слоев в примере.
ГЛАВА 10. ПРЕДЛАГАЕМЫЕ МЕТОД ПРОГНОЗА ОСАДКИ ВЫСОКИХ ДОРОШЫХ
НАСЫПЕЙ НА СЛАБЫХ ГРУНТАХ В ПЕРИОДЫ ИХ СТРОИТЕЛЬСТВА И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРИ ИХ ВОЗВВДБНИИ В НЕСКОЛЬКО СЛОЕВ 241
10.1. Предлагаемые метод прогноза осадки дорожных насыпей на слабых грунтах в период их строительства
при возведении с половиною их высоты .24І
10.1.1. Вступительные замечания 241
10.1.2. Предлагаемый метод прогноза осадки дорожной насыпи в первичной стадии консолидации основания при отводе из уплотняемого слоя воды в одну сторону,243
10.2. Предлагаемый метод прогноза осадки дорожной насыпи во времени при возведении ее всей высоты... 256
ІЛ.2.І. Некоторые основные положения по характеристикам грунтов в основании дорожной насыпи Z56
10.2.2. Предлагаемые методы прогноза осадки дорожной насыпи во времени 267
ПЕРВЫЙ ВАРИАНТ
Расчетные нормальные напряжения V и р берутся в
середине уплотняемого слоя и считаются постоянными по
глубине уплотняемого слоя Z51
I. Случай одностороннего дренирования 257
1. Прогноз осадки дорожной насыпи во времени в условиях первичной стадии консолидации грунта 257
2. Прогноз осадки дорожной насыпи во времени за счет реологической деформации (во вторичной стадии консолидации)..,264
3. Прогноз полной осадки дорожной насыпи во времени за счет деформаций, происходящих в первичной и вторичной стадиях консолидации грунта в ее основании .267
П. Случай двухстороннего дренирования 271
1. Прогноз осадки дорожной насыпи во времени в условиях первичной стадии консолидации грунта в ее основании 271
2. Прогноз осадки дорожной насыпи во времени за счет реологической деформации грунта, происходящей во вторичной стадии консолидации 273
3. Прогноз полной осадки дорожной насыпи во времени .276
ВТОРОЙ ВАРИАНТ
Решение задач прогноза осадки рассмотрены на основе изменения по глубине толщи ежимавдих нормальных
напряжений =f() и Px=f 276
I. Определение нормальных сжимающих напряжений и относительной
деформации, используемых в прогнозе осадки дорожной насыпи
во времени 277
П. Решения задач прогноза осадки дорожных насыпей в периоды
их строительства и эксплуатации для случая одностороннего
дренирования 280
10.3. Прогноз оеадки дорожной насыпи на слабых грунтах в периоды строительства и эксплуатации при ее возведении в несколько елоев в численных примерах 292
10.3.1. Исходные данные ,292
10.3.2. Решения , 293
A. Определение осадки дорожной насыпи при возведении ее половинной высоты 293
B. Также, при возведении ее всей высоты 295
C. Сопоставление полученных результатов по предлагаемому методу с решением теории фильтрационной консолидации 500
ГЛАВА II. ПРЕДЛАГАЕМЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА ОСАДКИ ФУВДАМЕНТОВ
ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ НА ДОРОГАХ И В АЭРОПОРTAX ВО ВРЕМЕНИ
11.1. Значение вопроса .304
11.2. Предлагаемый метод прогноза осадки фундаментов инженерных сооружений на автомобильных дорогах и в аэропортах в периоды их строительства и эксплуатации при отводе воды из уплотняемого слоя в одну сторону 307
1) Для плоской задачи 307
2) Для прямоугольного фундамента
3) Для квадратного фундамента .
11.3. Предлагаемый метод прогноза осадки фундаментов инженерных сооружений на автомобильных дорогах и в аэропортах в периоды их строительства и эксплуатации при отводе воды из уплотняемого слоя в две стороны 32І
1) Для плоской задачи .321
2) Для прямоугольного фундамента ,»,327
3) Для квадратного фундамента .333
11.4. Решения задач в упрощенном виде .338
11.5. Предлагаемый метод прогноза осадки фундаментов инженерных сооружений на автомобильных дорогах
и в аэропортах во времени в примерах 546
1. Исходные данные 346
2. Решение .347
ГЛАВА 12. ПРАКТИЧЕСКОЕ И ТЕХБИКО-ЭК0Н0МЖЕСК0Е ЗНАЧЕНИЕ
ИССЛЕДОВАНИЙ ДЛЯ ВЬЕТНАМА В ОБЛАСТИ ПР0ЕКЇЙЕ0-ВАШИ И СТРОИТЕЛЬСТВА ДОРОГ НА СЛАШХ ГРУНТАХ- 338
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ .574
ЛИТЕРАТУРА 373
ПЕЧАТНЫЕ РАБОТЫ АВТОРА ПО ТЕПЕ ДИССЕРТАЦИИ 4У9
ПРИЛОЖЕНИЕ I. РИСУНКИ ПО ЗАВИСИМОСТИ ОТНОШЕБИЯ ПОРОВОГО
ДАВЛЕНИЯ К ВНЕШНЕЙ НАГРУЗКЕ ОТ ВРЕМЕНИ
КОНСОЛИДАЦИИ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ КОНСИСТЕНЦИЯХ
ГРУНТА 425
ПРИЛОЖЕНИЕ П. Таблицы по зависимости 4-23
АКТ-ЗАКЛЮЧЕНИЕ О РЕЗУЛЬТАТАХ №ПОАНШЬ\Х МУЧНО-иссЛЕДО ВАТЕЛЬСКІД РАРОТ 423
ПРИЛОЖЕНИЕ Ш. Компрессионные кривые 431
ПРИЛОЖЕНИЕ ІУ. Компрессионные кривые консолидации грунтов 434
ПРИЛОЖЕНИЕ У. Зависимости относительной деформации
от времени консолидации грунта 4-62
ПРИЛОЖЕНИЕ УІ. Зависимости влажности грунта от времени
консолидации под нагрузкой при различных
высотах образцов 4
Введение к работе
В Социалистической республике Вьетнам большие пространства заняты заболоченными площадями со слабыми грунтами, особенно, в районах обширных аллювиальных равнин крупных рек Меконг и Красной. В нашей стране эти районы занимают исключительно важное место в народном хозяйстве, политической и культурной жизни, а также в обороне. В настоящее время в этих районах нех хватает разветвленной сети благоустроенных автомобильных и железных дорог. Это положение не удовлетворяет требованиям возрастающего объема грузовых и пассажирских перевозок, что приводит к сдерживанию народно-хозяйственного развития этих важных районов.
Директивами Y съезда Коммунистической Партии Вьетнама поставлена задача комплексного интенсивного развития народного хозяйства и обороноспособности этих районов страны и подчеркивается необходимость реконструкции и нового строительства транспортных путей, в первую очередь, автомобильных дорог на участках залегания таких специфических природных образований, как слабые грунты. Поэтому согласно намеченным планам здесь будут построены автомобильные дороги с усовершенствованными покрытиями и железные дороги на очень слабых грунтах в условиях проявления больших наводнений, затопленных рисовых полей и высоких морских приливов. В этих условиях также будут сооружены большие мосты через крупные реки, ширина которых местами достигает нескольких тысяч метров. При этих условиях будет необходимо построить высокие дорожный пойменные насыпи на подходах к мостам, высокие струенаправляющие пойменные дамбы и т.д., протяженность и количество которых также будут весьма значительными.
Во Вьетнаме могут встречаться зональные и интразональные залегания слабых грунтов. Зональные образования (главным образом в виде болотных отложений) иногда встречаются в лесистых районах Уминь, Донг Тхап, Минь Хай и т.д. А интразональные отложения слабых грунтов обычно встречаются по современным поймам рек, дельтам, лиманам, прибрежным морским территориям и особенно в пределах равнин низовьев крупных рек Красной и Меконг. Мощность толщи намытой рекой аллювиальных отложений местами достигает 100 м (в северном Вьетнаме) и более 400 м (в южном Вьетнаме). К слабым грунтам в нашей стране относятся болотные грунты, илы различного происхождения и различные глины в текучем и текучеплае-тичном состоянии и т.д. Эти слабые грунты имеют крайне низкие геотехнические характеристики. В сосоетоянии природного залегания рдаашные слабые грунты характеризуются большими значениями коэффициента пористости, который во всех случаях превышает единицу. Природная влажность изучаемых слабых грунтов очень высока и в большинстве случаев превышает предел текучести этих грунтов.
В связи с решением проектирования и строительства высоких насыпей на слабых грунтах раньше во Вьетнаме часто использовались следующие мероприятия: удаление слабых грунтов из-под насыпей, "выторфовывание", грунтовые сваи (песчаные), бамбуковые или трамные (особый вид дерева в южном Вьетнаме) сваи и др.
Применение этих мер приводило к повышению общей стоимости, трудоемкости, материальных средств и снижению темпов строительства. Опыт строительства сооружений на слабых грунтах во Вьетнаме, накопленный в течение последних десятков лет, показывает, что общая стоимость строительства на участках с преобладанием слабых грунтов повышается в 3-6 раз по сравнению с обычными условиями. Кроме того, в некоторых случаях происходили аварии сооружений в связи с явлениями выпора грунтов основания (в провинциях Куанг Бинь, Тэй Нинь, Тхань Хоя и др.) и нарушения нормаль -10 ной работы сооружения в связи с выдавливанием грунта из под насыпей (в провинциях Фу Хань, Тьен Занг, Хау Занг и др.).
Успешные опыты возведения и безаварийной эксплуатации тяжелых железобетонных корпусов Политехнического института в Ханое, построенных на илистых отложениях в пойме реки Красной с их весьма низкой несущей способностью по методу повышения несущей способности этих грунтов за счет повышения их плотности под массой возводимых сооружений (Н.Н.Іаслов), показали перспективно новое научное направление в исследованиях по возведению высоких насыпей и тяжелых сооружений на весьма слабых основаниях за счет повышения во времени их несущей способности в связи со все прогрессирующей до известногоп предела плотностью грунта под массой постепенно возводящегося сооружения.
В последующие годы немало различных сооружений, успешно запроектированных и построенных под руководством и при личном участии автора, свидетельствует о правильности нового направления и о снижении стоимости, трудоемкости работ при использовании этого мероприятия. Однако при этом требовалось совершенствование теоретических основ исследования для комплексного метода проектирования и строительства высоких насыпей на слабых грунтах, а также глубокое изучение процесса консолидации глинистых грунтов под массой возводящегося сооружения. Значение и актуальность предлагаемого метода заключается в том, что этот метод позволяет возводить высокие насыпи в сложных природных условиях и уменьшить объем земляных работ и площадь земель, занятых насыпью.
Цель диссертационной -работы состоит в следующем:
1) разработать практический метод для возведения высоких дорожных насыпей и сооружений на слабых грунтах;
2) разработать теорию прогноза консолидации для установления сроков возобновления работ по высоте насыпи в условиях обеспечения сохранения прочности и устойчивости основания;
3) разработать метод прогноза осадки дорожных насыпей и инженерных сооружений в периоды их строительства и эксплуатации в целях исключения недопустимых их деформаций.
Научная новизна работы:
1) Подвергнут анализу и предложен метод безаварийного возведения высоких дорожных насыпей в несколько слоев на слабых грунтах во времени.
2) Предложены новые основные принципы прогноза хода уплотнения глинистых грунтов под нагрузкой во времени:
- В основу этих основных принципов положен отказ от учета в этом процессе роли изменения порового давления во времени в соответствии с классической теорией уплотнения грунта.
- Выдвинут и использован постулат, что уплотнение грунта под нагрузкой во времени в природных условиях при соблюдении всех прочих равных условиях идет аналогично процессу уплотнения образца грунта в компрессионном опыте, правильно поставленным и связанным с изучением изменения влажности грунта под нагрузкой во времени.
- Дан прогноз хода уплотнения основания сооружения в двух фазах: а) на первичной стадии процесса уплотнения грунта под нагрузкой, когда определяющую роль в большинстве случаев играет фильтрационный режим в грунте в условиях некоторого проявления его реологических свойств; б) во вторичной стадии уплотнения грунта после его стабилизации в связи с завершением фильтрационной части процесса, когда преимущественная часть процесса деформации носит реологический характер (ползучесть).
3) Разработан метод оценки и установления расчетной мощности
-12 активной зоны ( D ) в основании дорожных насыпей в зависимости от величины начального градиента (1н).
4) Экспериментально разработана задача об установлении зависимости скорости уплотнения грунта от мощности активной зоны для тех или иных грунтов. Решение этой задачи заключается в раскрытии природы показателя консолидации и Ті ".
5) Разработана теория прогноза хода уплотнения глинистых грунтов под нагрузкой во времени: предложено общее интегральное уравнение; получены решения для задач по возведению высоких дорожных насыпей и сооружений.
6) Разработаны предлагаемый метод и принципы безаварийного многослойного возведения высоких дорожных насыпей на слабых грунтах на основе обеспечения прочности и устойчивости этих слабых грунтов за счет повышения их плотности во времени под массой возводимой насыпи (в два или три слоя).
7) Разработаны приемы по прогнозу оеадкиоснования высоких дорожных насыпей, возводимые в несколько слоев в периоды их строительства и эксплуатации.
8) Разработаны приемы по прогнозу осадки основания искусственных сооружений на дорогах и в аэропортах, (фундаментов мостовых опор, подпорных стенок и т.д.).
Практическая ценность работы состоит в сдадущем: Разработанные и предложенные методы данного исследования дают возможность: а) повысить надежность и точность расчетов и избежать возможные ошибки в проектировании и строительстве высоких дорожных насыпей на слабых грунтах; б) уменьшить объем земляных работ, снизить материальные затраты, следовательно уменьшить общую сметную стоимость сооружения; в) исключить необходимость проведения каких-либо сложных экспериментов для определе из ния расчетных параметров с заменой их обычными опытами, хорошо освоенными работниками лабораторий.
Рйя.тгсгзятугя работы. Результаты проведенных исследований использованы в той или иной мере при проектировании, строительстве и реконструкции следующих сооружений: дороги на илистых отложениях в пойме большой реки Вам Ко Донг в провинции Тэй Шнь, дороги на болотных грунтах в долине Хао Шон в провинции Фу Хань, двух промышленных сооружений на илистых грунтах в пойме реки Сай Гон в районе порта Сай Гона, фабрики экспорта свеже-замороженный продуктов Тан Еинь, фабрики экспорта свеже-замороженных рабных у продуктов Рак За, сахарного завода 1а Нга, трех мемориальных памятников погибшим за Родину на слабых глинистых грунтах в провинциях Тиен Занг, Лонг Ан и город Хо Ши Мин (высота 45 м) и др. Некоторые результаты исследований использованы ГШ1Р0Д0РНЙИ, Рос-товским-на-Дону филиалом в "методических указаниях к оценке слабых глинистых грунтов юго-востока РСФСР как оснований дорожных насыпей" (Составлены в развитие СНиП П-Д.5-72). Некоторые данные по настоящей работе использованы в ряде учебников, учебных пособиях, монографиях и в частности переведенного на японский язык.
По предварительному расчету и свидетельству соответствующих организаций только по трем сооружениям, возведенным с учетом решений автора данной работы получен экономический эффект по сравнению с проектными вариантами 450 тыс. & (донг).
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на Международном симпозиуме по инженерно-геологическим свойствам глинистых грунтов и процессам в них (Москва, 1971 г.); Всесоюзном совещании по методам строительства на слабых грунтах (Рига, 1971 г.); государственной научно-технической конференции СРВ по всестороннему развитию народного хозяй ства в!районах равнины р. Меконга (город Хо Ш Мин, 1980 г.); 27-и, 28-й, 42-й научно-исследовательских конференций МАДЙ (Москва, 1970 г., 1971г., 1984г.); научно-исследовательских конференциях ХЙСИ (Ханой, 1972 г., 1974 г.); 1-ой, 2-ой, 3-ей научно-исследовательских конференциях Политехнического института города Хо 1а Мин (Хо Ши Мин, 2 1978 г., 1980 г., 1982 г.) и др.
Публикация. По материалам диссертации опубликовано 30 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, двенадцати глав, заключения, библиографической списка (457 наименований) и приложений и содержит 290 страниц машинописного текста, 90 рисунков, 5Z таблиц.
В основу настоящей диссертационной работы были положены наблюдения и разработка отдельных вопросов, выполненных автором в период I968-I98I гг. Дальнейшая детализация работы и ее разработка была проведена в течение 1982-1984 гг. на кафедре инженерной геологии и механики грунтов Московского ордена Трудового Красного Знамени автомобильно-дорожного института под руководством заслуженного деятеля науки и техники РСФСР, профессора, доктора технических наук Николая Николаевича Маелова, которому автор от всей души выражает самую исскреннюю признательность и приносит свою самую глубокую благодарность.
Автор также глубоко признателен заслуженным деятелям науки и техники РСФСР, профессорам, докторам технических наук Валерию Федоровичу Бабкову и Николаю Владимировичу Чураеву за ценные еоветы и консультации по диссертационной работе.
Автор искренне благодарит Министерство Высшего и среднего специального образования СССР, Ректорат, Партком, Деканат по работе с иностранцнми студентами, деканаты дорожно-строительного факультета и факультета строительства аэропортов, мостов и тон -15 нелей, коллектив кафедры русского языка и другие коллективы ЩДИ за большую помощь, заботу и большое внимание.
В процессе проведения работы в МАДЙ автор постоянно также пользовался ценными советами и большой помощью проф. докторов т.н. В.Д.Казарновского, И.Е.Евгеньева, каяд.геол.наук З.В.Масловой-Шшь-гуновой, доцентов, канд.техн.наук З.М.Карауловой, В.И.Руденко, Ю.П.ШЕШЦКОГО, Э.М.Доброва, Г.С.Канаяна, З.И.Рогозина, к.т.н. П.А.Фонарева, за что автор приносит свою искренішю благодарность.
В процессе проведения большого объема экспериментальных работ в лабораториях кафедры инженерной геологии и механики грунтов МАДЙ автор также постоянно пользовался большой помощью зав.лаб, Т.В.Павлищевой, старших лаборантов В.А.Крылова, А.Г.Данилова и всех других членов кафедры, за что приносит свою искреннюю благодарность.
