Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Состояние вопроса, цель и задачи исследования
1.1 Общие сведения о подпорных стенах. 9
1.2 История развития конструкций из армированного грунта 12
1.3 Современные армирующие материалы 18
1.4 Современные конструкции из армированного грунта 27
1.5 Обзор методов расчета конструкций из армированного грунта 46
1.6 Выводы, цель и задачи* исследования 62
Глава II. Расчеты устойчивости и прочности армомассива определение горизонтальных деформаций армогрунтовои насыпи с подпорной стеной из крупноблочных элементов
2.1 Общие соображения 64
2.2 Расчетная модель 64
2.3 Определение расчетной-прочности армирующей георешетки 67
2.4 Оценка устойчивости армомассива " 68
2.4.1 Устойчивость армомассива к плоскому сдвигу по основанию 69
2.4.2 Устойчивость армомассива к опрокидыванию 77
2.5 Оценка внутренней прочности армомассива 78
2.5.1 Определение минимальной расчетной прочности слоев армирующей георешетки из условия восприятия горизонтальных напряжений 78
2.5.2 Определение минимальной длины полотен армирующей георешетки- 80
2.5.3 Определение параметров армирования для обеспечения требуемого коэффициента запаса устойчивости 81
2.5.4 Пример комплексного расчета армогрунтовой насыпи 84
2.6 Алгоритм проектирования и расчета армогрунтовой насыпи с подпорной стеной из крупноблочных элементов 87
2.7 Оценка влияния угла внутреннего трения на параметры армирования 89
2.8 Расчет горизонтальных перемещений с помощью анализа ' напряженно-деформированного состояния 91
2.8.1'Расчетная схема . 91
2.8.2 Моделирование свойств георешетки 92
2.8.3 Определение горизонтальных перемещений подпорной стены 94
Глава III. Разработка и обоснование рациональной конструкции армогрунтовой насыпи с подпорной стеной
3.1 Общие соображения 98
3.2 Конструкция блока подпорной стены 98
3.3 Выбор типа георешетки и способа закрепления ее к блокам 106
3.4 Экспериментальное обоснование надежности узла соединения «блок - георешетка» 108
3.5 Обоснование конструкции фундамента 109
3.6 Способы сооружения наклонных стен 115
3.7 Конструктивные меры по предотвращению чрезмерных горизонтальных деформаций лицевой поверхности подпорной стены 116
Глава IV. Конструктивно-технологические решения
4.1 Конструктивные решения армогрунтовых насыпей с подпорными стенами в стесненных условиях 119
4.1.1 Дорожная армогрунтовая насыпь с подпорной стеной 121
4.1.2 Дорожная армогрунтовая насыпь с подпорными стенами со сквозным армированием
4.1.3 Защитная армогрунтовая насыпь с подпорной стеной 124
4.1.4 Разгрузочная армогрунтовая насыпьс подпорной стеной 126
4.1.5 Армогрунтовый мостовой устой раздельного типа 127
4.2 Технологические решения 128
4.2.1 Подготовка основания армогрунтовой насыпи и устройство основания под фундамент подпорной стены 128
4.2.2 Возведение армогрунтовой подпорной стены 131
4.2.3 Дополнительные работы по установке металлических анкеров 135
4.2.4 Дополнительные требования к проведению работ при отрицательных температурах 135
Глава 5 Примеры внедрения, результаты мониторинга и оценка экономической эффективности предлагаемой конструкции
5.1 Примеры внедрения5 137
5.1.1 Армогрунтовая насыпь с подпорной стенкой на Павелецком направленииМЖД 137
5.1.2 Армогрунтовая насыпь с подпорной стеной при реконструкции «Темного» путепровода. 140
5.1.3 Армогрунтоваянасыпь с подпорными стенами на подходе к опоре №9 Живописного моста 141
5.1.4 Армогрунтовая насыпь с подпорными стенами на подходе к опоре №6 путепровода через Октябрьскую ж. д. в г. Зеленограде 143
5.1.5 Армогрунтовые насыпи с подпорными стенами на подходах к опорам эстакад на пересечении магистрали Вешняки-Люберцы с МКАД 144
5.2 Наблюдения за деформациями сооруженных конструкций 145
5.3 Оценка экономического эффекта от применения армонасыпей с подпорными стенами 150
Основные выводы по работе 153
Список литературы 156
Приложение а 164
Приложение б 194
- История развития конструкций из армированного грунта
- Определение расчетной-прочности армирующей георешетки
- Экспериментальное обоснование надежности узла соединения «блок - георешетка»
- Дорожная армогрунтовая насыпь с подпорной стеной
Введение к работе
Актуальность темы. При строительстве и реконструкции транспортных магистралей в стесненных условиях (горная местность, районы сложившейся застройки и т.д.) возникает необходимость возведения подпорных стен в целях уменьшения полосы отвода для сооружения насыпи. Наряду с традиционными конструкциями подпорных стен из монолитного железобетона, применяемыми в строительстве для этих целей, в последнее время все более широкое распространение получают сооружения из армированного фунта, которые представляют собой грунтовую насыпь с уложенными в нее слоями армирующего материала или отдельными анкерами (из высокопрочных малодеформируемых синтетических материалов или металла). Армогрунтовыс конструкции позволяют возводить насыпи с углом откоса вплоть до 90 и лишены многих недостатков, свойственных конструкциям из железобетона (большой объем высокопрочного бетона и арматуры, требуемый для их сооружения, трудоемкость монтажа арматурных каркасов и опалубки, длительное время выдержки бетона для набора прочности, дополнительные затраты на производство работ в холодное время года).
Несмотря на многообразие конструкций из армированного грунта, известных к настоящему времени, они обладают определенными недостатками, среди которых: многодельность, большая доля использования ручного труда, технологические трудности, возникающие при устройстве обратного анкера, отсутствие во многих конструкциях сквозных вертикальных деформационных швов. Кроме того, нередко для строительства армоконструкций требуется возведение временных вспомогательных поддерживающих сооружений.
При применении конструкций из армированного грунта предъявляются повышенные требования к физико-механическим характеристикам грунта засыпки. В то же время, использование высококондиционных грунтов существенно удорожает конструкцию, а иногда вообще делает ее неконкурентоспособной.
Различные методики расчета прочности и устойчивости армогрунтовых насыпей с подпорными стенами, в том числе разработанные в России, часто противоречат друг другу. Используемые в практике проектирования способы расчета, основанные на методах предельного равновесия грунтового массива, не позволяют определять возможные деформации армоконструкций. Эта задача может быть решена с помощью анализа напряженно-деформированного состояния армоконструкций с помощью метода конечных элементов (МКЭ). Качественно и количественное определение возможных горизонтальных перемещений является важнейшей задачей при проектировании и строительстве армогрунтовых насыпей с вертикальными подпорными стенами (особенно для армонасыпей в мостовых устоях с раздельными функциями).
Таким образом, разработка конструкций армогрунтовых насыпей с подпорными стенами, в которой указанные конструктивно-технологические недостатки устранены полностью или снижено их влияние, а также уточнение метода их расчета является актуальной задачей.
Целью работы является разработка научно-обоснованных конструктивно-технологических решений армогрунтовых насыпей с подпорными стенами повышенной технологичности.
Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие задачи:
разработать расчетную модель армогрунтовой конструкции. Предложить алгоритм расчета. Выполнить расчеты внешней и внутренней устойчивости конструкции методами предельного равновесия для определения параметров армирования. С помощью конечно-элементного моделирования определить горизонтальные перемещения подпорной стены в зависимости от ее высоты, физико-механических свойств грунта насыпи и жесткостных характеристик армирующего материала. Разработать методы снижения этих перемещений;
определить параметры конструктивных элементов армогрунтовой насыпи с подпорной стеной (стеновой блок, армирующая георешетка, фундамент). Провести экспериментальное исследование надежности предлагаемого узла соединения «стеновой блок - георешетка»;
-разработать конструктивно-технологические решения армогрунтовых насыпей с подпорными стенами для применения в различных условиях на объектах строительства и рациональную технологию их сооружения, учитывая возможность производства работ при отрицательных температурах;
- выполнить опытное внедрение предлагаемой конструкции. Оценить
результаты мониторинга готового сооружения. Провести оценку
экономического эффекта от внедрения.
Методы исследований. Для решения вышеизложенных задач использованы современные теоретические и экспериментальные методы. Блок схема исследования представлена на рисунке 1.
Научная новизна работы:
предложен алгоритм расчета прочности и устойчивости армогрунтовых насыпей с подпорными стенами из крупноблочных элементов;
определены зависимости длины и прочности армирующего материала от физико-механических характеристик грунта насыпи, ее высоты и наличия нагрузки от автотранспорта;
на основе метода конечных элементов разработана расчетная модель для определения напряжено-деформированного состояния армогрунтовой насыпи;
определены зависимости горизонтальных перемещений подпорной стены от жесткостных характеристик армирующего материала и физико-механических характеристик грунта насыпи. Количественно оценено влияние установки дополнительных металлических анкеров временного действия на горизонтальные перемещения подпорных стен армонасыпей;
экспериментально исследована надежность защемления ячеек георешеток за уплотненный щебень, находящийся в замкнутом объеме отверстий блоков.
Анализ существующих
конструктивно-технологических
решений
Анализ методик расчетов армогрунтовых конструкций
Актуальность и цель исследования
Разработка технологичной
конструкции армогрунтовой
насыпи с подпорной стеной из
крупноблочных элементов
Разработка расчетной
модели дпя оценки
напряженно деформирові
состояния конструкции методам
конечных элементов
—г~
Разработка алгоритм» рвече . .
устойчивости армогрунтовых насыпай с
Подпорными станами иэ крупноблочных
»лементов методами предельного
равновесия
Экспериментальное
обоснование надежности
узла соединения
Разработка конструктивных мер
для предотвращения
чрезмерных горизонтальных
перемещений
Рее чат Горизонтальных перемещении вертикальной подпорной стены Выявление аввисниосгей атнх перемащений от евлйст армирукмцего матери о па и карвігтеристі
Теоретическое исследование
мер по Снижению
горизонтальных перемещений
подпорных стен
Выявление НОВЫХ
закономерностей на основана
проведенных расчетов
Разработка рациональной технологии
сооружения армогрунтовых насыпей
с подпорными стенами, в т.ч. при
отрицательных температурах
Внедрение предлагаемой конструкции, методов расчета, проектирования и технологии сооружения для автодорожных и железнодорожных насыпей
Экспериментальная оценка надежности применения предложенных конструкций.
Наблюдения за деформациями сооружений.
Оценка экономичееского эффекта от внедрения
Выводы. Перспективы дальнейшего развития исследований
Рисунок 1 - Блок-схема исследования.
Практическая значимость работы:
разработаны конструктивно-технологические решения армогрунтовых насыпей с подпорными стенами из сборных железобетонных блоков, в том числе с произвольным углом наклона стены (включая ломаный профиль). На данное решение получен патент Российской Федерации № 71126;
разработана и реализована рациональная технология сооружения;
данные теоретических исследований и предложенные технические решения используются при проектировании и сооружении армогрунтовых насыпей с подпорными стенами и позволяют добиться повышения технологичности строительства за счет упрощения конструкции, высокой повторяемости технологических операций и сокращения доли ручного труда.
Результаты работы использованы при проектировании и строительстве армогрунтовых насыпей с подпорными стенами на объектах:
- подпорная стена; на участке ЗИЛ - Нижние Котлы Павелецкого
направления МЖД;
-подпорные стены на участке Беговая - Тестовская Смоленского направления МЖД;
- армогрунтовые насыпи на подходах к опорам №1 и №9 Живописного
моста через р. Москву;
армогрунтовые насыпи на транспортном пересечении магистрали Вешняки - Люберцы с МКАД;
армоірунтовая насыпь на подходе к опоре №6 путепровода через пути Октябрьской ж. д. в г. Зеленограде.
На защиту выносятся:
обоснование алгоритма расчета прочности и устойчивости армогрунтовых насыпей с подпорными стенами из крупноблочных элементов и закономерностей полученных по результатам расчетов;
обоснование расчетных моделей на базе МКЭ для теоретического исследования напряженно-деформированного состояния армогрунтовои насыпи и закономерностей горизонтальных перемещений;
обоснование методов снижения горизонтальных перемещений подпорных стен с вертикальным откосом, в том числе на подходах к мостовым сооружениям;
конструкции армогрунтовых насыпей с подпорными стенами повышенной технологичности, в том числе, обоснование надежности узла соединения стеновых блоков с армирующим материалом
технология сооружения.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций в диссертационной работе подтверждена близким совпадением данных теоретических и экспериментальных исследований, а также опытным строительством, включая мониторинг построенных и эксплуатируемых конструкций.
Апробация работы.
Результаты исследований и основные положения диссертационной работы докладывались и получили одобрение на следующих научных форумах:
-
Семинар для сотрудников организации ПСК «Трансстрой» 2006 г.
-
Учебно-тематический семинар для специалистов по земляному полотну «Новые технологии в сооружении земляного полотна», РАПС, 2006 г.
-
Шестая научно-практическая конференция «Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации земляного полотна и искусственных сооружений», МИИТ, 11-12 ноября 2009 г.
-
Секции ученого совета ЦНИИС, 2005-2011 гг.
Публикации:
По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ, в том числе
-
статья в рекомендованном ВАК журнале «Транспортное строительство»,
-
статьи в научно-технических сборниках, 1 патент РФ.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка используемой литературы и приложений. Работа изложена наїбЗ страницах печатного текста, включает 95 рисунков и 26 таблиц. Список литературы содержит 170 наименований. Приложения включают 43 страницы текста и 2 таблицы.
История развития конструкций из армированного грунта
Основные принципы .армирования грунта повсеместно встречаются? в природе: (укрепляющий; эффект корневой? системы; деревьев и кустарников;. логова животных, гнезда птиц); поэтому. основные принципы использовались человечеством с давних времен.. Способы повышения» устойчивости инженерных сооружений/ из, грунта путем их. армирования; более прочными материаламиїдавно известен человечеству. Известно об укреплении глинььили; кирпичей тростником, или; соломой; т.е.. приемов1; армирования? грунта; при сооружении жилья в 5-м и 4-м тысячелетиях до н.э. [26].
Наиболее ранними из сохранившихся сооружений из армированного грунта является зиккурат древнего города Дур-Куригацу, известного под названием Агар-Каф, и Великая китайская; стена. Агаркафский зиккурат, который расположен в пяти километрах севернее Багдада, был построен из глиняных кирпичей; толщина которых изменялась от 130 до 400 мм. Кирпич армировался сплетенными тростниковыми, матами; укладывавшимися: горизонтально на слой песка или гравия, расстояние между которыми по вертикали варьировалось от 0,5 до 2 м. Тростник использовался также для создания витых канатов диаметром около 100 мм, которые проходили вдоль }
сооружения и служили своеобразной арматурой [27]. В настоящее время Агаркафский зиккурат имеет высоту 45 м, однако полагают, что первоначально, свыше 3000 лет назад, его высота была более 80 м. Известны другие зиккураты, среди них строение у р. Ур, датируемое около 2025 г. до н.э., и святилище Мардука у Вавилона, нередко называемое Вавилонской башней, которое было завершено около» 550 г. до н.э. [28]. Великая китайская стена, участки которой были завершены приблизительно в 200 г. до н.э., представляет собой пример использования армированного грунта в виде смеси глины с гравием, армированного ветвями тамариска [29].
Известно, что римляне использовали приемы армирования грунта, и вдоль Тибра были построены земляные дамбы, армированные тростником. Не так давно открытый в Лондоне причал порта Лондиниума, построенного римлянами в I в., свидетельствует, что методы строительства прошлого заметно схожи с существующими. Предполагается, что деревянный причал, участки которого сохранились в иле р. Темзы на протяжении 1200 лет, имел длину 1,5 км. Сооружение высотой 2 м строилось из дубовых брусьев длиной до 9 м, образующих вертикальную грань, удерживаемую с помощью деревянных армирующих элементов, заглубленных в обратную засыпку (рис. 1.1) [30]. В те же годы галлы также использовали приемы армирования при строительстве фортификационных сооружений, причем применяли последовательную укладку слоев древесины и грунта [31]. В отечественной практике армирование грунта также применялось еще в давние времена. Известны причальные и берегоукрепительные сооружения в Архангельске, построенные в конце IX века и в некоторых случаях успешно эксплуатируемые до сих пор. В этих сооружениях грунт армировался слоями деревянной рейки - отходами лесопильных заводов. Известен случай армирования металлическими полосами плотины водяной мельницы в Сухуми, также относящийся к IX веку [32].
Значительный вклад в развитие армоконструкций был сделан в 1822 г., когда полковник Песли внедрил применение армированного грунта в английской армии [33]. Публикация его работ стала одним из первых документированных источников по теории и практике армирования грунта. Он провел большую серию опытов и показал, что при выполнении земляных работ значительное снижение бокового давления, действующего на подпорные стенки, может быть достигнуто,1 если обратная засыпка армирована горизонтальными слоями из хвороста, досок или холста. Результаты его работ получили подтверждение на современных обратных засыпках с использованием армированного грунта [34].
По-видимому, в прошлом наиболее часто сооружения из армированного грунта применялись для регулирования русел рек вдоль транспортных путей и дамб. Из литературы известно использование фашин голландцами и мелиорация болот в Англии так же, как и укрепление берегов р. Миссисипи [35]. Армирование конструкций дамб было выполнено в начале 20 в. Д. Ридом (1904 г.), который использовал железнодорожные рельсы для армирования каменной наброски по низовой грани плотин в Калифорнии. Аналогичный прием, но с использованием сеток, выполненных из стальных стержней диаметром % дюйма (19,05 мм), был применен позже, в 1962 г. на о. Папуа [36]. Известны примеры использования этого метода в Южной Африке, Мексике и Австралии. Современная концепция возведения сооружений из армированного грунта значительно развита в США в 1925 г. А. Манстером [37].
В 30-е годы на передний план вышли французские разработки: Так, Койн предложил подпорную, так называемую ступенчатую стенку, представляющую собой массу сыпучего материала, объединенного рядами соединительных тяг, каждая из которых имеет небольшой концевой анкер с тонкой облицовочной диафрагмой. Осадка насыпи воспринимается гибкими соединительными тягами, одна из разновидностей которых представляла собой плоскую полосу из оцинкованного железа. Койн считал, что поверхностная облицовка должна конструироваться с учетом осадки засыпки и с применением при этом гибких прокладок между облицовочными плитами; в некоторых случаях он использовал метод перекрывающихся плит, которые могут двигаться одна относительно другой (рис. 1.2). Хотя в конструкциях Койна главным образом использовался анкерный блок на конце растягиваемого армирующего элемента, в 1945 г. он пришел к выводу, что если материал засыпки обладает хорошими характеристиками трения, тяги могут сами обеспечить необходимую связь с засыпкой без использования концевых анкеров. У Койна можно отметить сходство с современным подходом к методам армирования грунта не только в том, как он рассматривал механизм, но и в понимании сопутствующих проблем, в частности необходимости обеспечения долговечности армирующих элементов. Понимание принципиального поведения армирующих элементов можно отметить в работах М. Ф. Лаллемана, который для увеличения сцепления с грунтом по длине арматуры устанавливал множество жестких шипов [38]. Одна из концепций сооружений из армированного грунта была предложена Казагранде и сводилась к идеальной» схеме: слабый грунт армируется высокопрочными диафрагмами, послойно укладываемыми в горизонтальном направлении [39].
Начало современного этапа применения армированного грунта положено в 1966 году во Франции, где А. Видалем и Ф. Шлоссером впервые разработаны теоретические основы метода [19]. Идея Видаля состояла в создании композитного материала, образуемого плоскими армирующими полосами, которые укладываются, горизонтально в грунт, обладающий определенным трением. Причем взаимодействие между грунтом и армирующими элементами обеспечивается исключительно за счет трения, вызванного гравитационными силами. Этому материалу он присвоил название «terre armee» - «армированный грунт», термин, который стал общепризнанным во многих странах. Он используется по отношению ко всем типам армирования или грунтовых сооружений. Первые крупные подпорные стенки на основе концепции Видаля были построены вблизи г. Мэто, на юге Франции, в 1968 г. Такие сооружения с использованием гибкой облицовки выполнялись из уложенных горизонтально металлических швеллеров. В 1970 г. была введена облицовка нового вида с использованием железобетонных элементов крестообразной формы.
Определение расчетной-прочности армирующей георешетки
Для выполнения расчетов по устойчивости армоконструкций необходимо перейти- от- нормативной кратковременной (иначе моментальной) разрывной прочности к долговременной расчетной- прочности, учитывающей снижение характеристик из-за естественного старения, повреждений при монтаже и т.д. Расчетная (эффективная) прочность материала4определяется по формуле: Rm=Fk/jj (2.2) где Fk - предельная прочность материала при кратковременном растяжении согласно ISO 10319 [150] (номинальная1 или- «марочная» прочность), 7] - коэффициент использования,материала, определяемый по формуле: 7/ = (АҐА2А3-А4- Аугв) (2.3) где /-понижающий- коэффициент, учитывающий ползучесть, материала в процессе укладки!и влечение всего срока эксплуатации (напрямую зависит от исходного сырья, способа производства материала и, проектного срока службы конструкции); А2 — понижающий коэффициент, учитывающий потерю прочности- в процессе транспортировки и укладки материала, укладки и« уплотнения грунта (зависит от типа материала, исходного сырья и типа грунта); Аз - понижающий коэффициент, учитывающий стыки и нахлесты соседних полотен» А4 - понижающий коэффициент, учитывающий устойчивость к внешним воздействиям: сопротивление микроорганизмам, ультрафиолетовому излучению,- химической среде, перепаду температур; As — понижающий коэффициент, учитывающий деградацию свойств материала под воздействием внешних динамических нагрузок; У в — общий коэффициент запаса при проектировании геосинтетических материалов (noFGSV У в = 1,75 [151]).
Для геосинтетических материалов семейства «Fortrac» групп М и MP, используемых в расчетах коэффициенты Аь А2, А4 приведены в таблицах 2.2, 2.3,2.4. в соответствии с [54,151]. Аз для расчетов принимается равным 1,0, так как в рассматриваемых армогрунтовых конструкциях нахлесты в продольном (армирующем) направлении недопустимы. Для всех материалов семейства Fortrac групп М и MP Af=l,0. Таким образом, получаем расчетную прочность материалов (табл. 2.5).
Коэффициент активного давление грунта Ка используется для того, чтобы соотнести горизонтальные напряжения с вертикальными. Это вполне допустимо, поскольку деформация, требующаяся для того, чтобы коэффициент давления грунта перешел от значения в состоянии покоя К0 к К очень мала и меньше, чем деформация, допустимая по проекту. Коэффициент активного бокового давления зависит от угла внутреннего трения грунта и может быть определен по формуле [152]. В: таблице 2:7 приведены; результаты расчетов;, минимальной глубины армомассива при; коэффициенте трения пог подошве равном- 0;4 с учетом действия- равномернофаспределенной нагрузки 45 кН/м (нагрузка от автомобильного транспорта); Нш рисунке 214 представлена; зависимость минимально Допустимой длины от высоты стенки при разных углах внутреннего трения грунта засыпки. На; рисунке 215 показана зависимость отношения длины к высоте от угла внутреннего трения. Как можно видеть, теперь зависимость нелинейнаш неодинакова для разных углов трения. Однако относительное процентное приращение длины зависит только от высоты насыпи: В таблице 2.9 представлены: результаты і определения этого приращения. Как видно из рисунка?216 наибольшее влияние действие нагрузки, как и следовало ожидать,, оказывает на насыпи небольшой высоты (56% для насыпи высотой м) и наименьшее для высоких (14% для насыпи 16 м).
Аналогично предыдущему расчету, минимальную глубину можно получить, приняв, минимально-допустимый коэффициент устойчивости. В таблице 2.10 приведены результаты расчетов минимальной глубины армомассива. На рисунке 2.7 представлена зависимость минимально-допустимой длины от высоты стенки при разных углах внутреннего трения грунта засыпки. На рисунке 2.8 показана зависимость отношения длины к высоте от угла внутреннего трения. Это зависимость постоянна (поскольку линейная) и колеблется в пределах от 0,42 для угла внутреннего трения 36 до 0,49 для угла 28.
Экспериментальное обоснование надежности узла соединения «блок - георешетка»
С целью проверки надежности заклинивания георешетки в горизонтальных швах лицевой стенки, а также правильности подбора фракции щебня были проведены натурные испытания. Для этого понадобилось изготовить два опытных образца блока. Эксперимент проводился в лабораториях ЦНИИС. Первый блок установлен на ровную поверхность и одно его отверстие заполнено щебнем с уплотнением. Затем на щебень уложена полоса георешетки «Fortrac 110/25-30/20 MP» шириной 0,5 м. Полоса полностью перекрьша засыпанное отверстие и по половине толщины стенок между соседними, отверстиями с каждой стороны. Сверху, через специальные подкладки высотой 4 мм, был установлен второй блок и также заполнен щебнем. Верхний блок не прижимает своим весом георешетку, так как стоит на подкладках (рис. 3.10). Далее к георешетке было приложено горизонтальное выдергивающее усилие.
По мере увеличения нагрузки были замерены деформации растяжения георешетки. Также было отслежено, насколько полотно георешетки проскользнет между блоками. Нагрузка была доведена до предельной и георешетка разорвалась (рис. 3.12). При этом полотно не выдернулось из щебня, что означает, что сила заклинивания георешетки «Fortrac 110/25-30/20 MP» в щебне фракции 5-20 мм при данной геометрии блока превосходит разрывную нагрузку данной георешетки. Выбор георешетки «Fortrac 110/25-30/20 MP» с предельной кратковременной прочностью ПО кН/м является решением задачи армирования откосов данной насыпи. Следовательно, надежность соединения лицевой стенки и армонасыпи обеспечена. При этом сила трения георешетки о бетон, которая не учитывалась в испытании, увеличивает надежность соединения.
Для удобства монтажных работ и надежной работы подпорной стены в дальнейшем, под нее необходимо соорудить фундамент. Как уже отмечалось, одним из основных преимуществ конструкций из армированного грунта является совместная работа армированной и неармированной частей земляного полотна. Это выражается, в том числе, и в равномерных напряжениях в основании, так как армирующий материал не утяжеляет насыпь. Равные напряжения, в свою очередь, вызывают равномерную осадку насыпи. Однако, при возведении армогрунтовых конструкций с откосом, близким к вертикальному, с использованием подпорных стен из железобетонных блоков, это перестает быть верным из-за разницы объемного веса блоков и армированного грунта.
Необходимо предусмотреть конструкцию фундамента, обеспечивающую ровную устойчивую поверхность для монтажа блоков, распределяющую избыточную нагрузку от веса подпорной стены, и тем самым выравнивающую напряжения в основании. В качестве фундамента предлагается использовать монолитную или предварительно изготовленную железобетонную плиту. Использование монолитного бетона предпочтительнее, так как позволяет избежать трудоемких операций по планировке основания под плиту и укладке самой плиты.
Согласно СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений» [114] фундаменты мелкого заложения должны располагаться на глубине не выше глубины промерзания (1,80-4,90 м для Центральной России). Это необходимо для предотвращения морозного пучения. В то же время, с точки зрения работы и сооружения армогрунтовых насыпей, заглубление фундаментной плиты на такую глубину представляется нецелесообразным, так как приведет к существенному увеличению объема земляных работ. Предлагается выполнить требования строительных норм за счет замены грунта под фундаментом на песок с коэффициентом фильтрации не менее 3 м/сутки, аналогичный тому, из которого отсыпаются морозозащитные слои на дорогах.
По конструктивным соображениям (размещение арматурного каркаса с обеспечением толщины защитных слоев) толщину плиты целесообразно принять равной 25-30 см. Длина плиты определяется принятыми расстояниями между деформационными швами (10-15 м), причем она должна быть кратна длине стенового блока. Определим оптимальную ширину фундаментной плиты из условия равенства напряжений. Из классической задачи механики грунтов известно, что напряжения в грунте непосредственно под плитой равняются суммарной нагрузке на плиту [152]. Фундаментную плиту из монолитного железобетона в нашей задаче можно считать жестким недеформируемым штампом. Так как перед устройством фундаментной плиты грунт естественного основания хорошо уплотняется, можно ввести некоторое допущение состоящее в том, что плита не будет поворачиваться вокруг оси и осадка по ширине плиты будет равномерна.
Стоит отметить, что по технологическим соображениям, исходя из удобства проектирования и строительства, целесообразно принять плиту с равными свесами, то есть с отношением Lj к L2 равным 1. Также, фундаментная плита с равными свесами позволит применить для армирования симметричный каркас из типовых сеток, благодаря чему снизятся трудозатраты и ускорится процесс изготовления фундаментных плит. Из таблицы 3.1 видно, что увеличение отношения Li к L2 с одного до двух не привело к существенному уменьшению шириньь плиты, поэтому лучше использовать плиту с равными свесами. Кроме того, для удобства монтажа блоков, свесы плиты не должны быть уже 15 см.
Тогда, для рассматриваемого блока СТ4-58ВК минимальная ширина будет равна 0,9 м. Как видно из таблицы 3.1, ширина плиты колеблется в пределах 1,2 - 0,9 м (стенки менее 4 м можно отбросить из-за малой высоты и следовательно малой нагрузке и абсолютной осадке), то есть, в качестве типового решения, охватывающего все случаи, подходит плита шириной 1,2 м.
Отходя от допущения, принятого в начале расчета, стоит заметить, что большая, чем требуется по расчету, ширина плиты для больших высот подпорной стены приведет к некоторой неравномерности осадки внутренней и внешней частей плиты и, следовательно, вызовет некоторый наклон стены в сторону насыпи.
Дорожная армогрунтовая насыпь с подпорной стеной
Это решение армогрунтовои насыпи предназначено для широкого использования на автомобильных и железных дорогах. На рисунке 4.2 представлена схема данной конструкции. Подпорная стена из сборных блоков поддерживает насыпь, служащую основанием для дороги. На насыпи располагаются конструкция дорожной і одежды проезжей части, а также тротуар (технологический проход, обочина) для автодорог или конструкция верхнего строения пути для железнодорожных путей. Наверху стенки из сборных блоков изготавливается шапочный брус из монолитного железобетона, который является одновременно архитектурно-завершающим элементом и основанием для установки перильного ограждения. При необходимости установки на подпорную стену дополнительных конструкций (дорожное барьерное ограждение, мачты освещения, опоры информационно-указательных щитов, шумозащитные и грязезащитные экраны и т.д.), создающих значительный вращающий момент, шапочный брус выполняется в виде плиты, которая служит основанием для конструкций и используется в качестве тротуара (рис. 4.3 (а)). Стенка может устраиваться и без шапочного бруса, перильное ограждение в этом случае монтируется непосредственно к блокам, с помощью анкеров (клиновых или клеевых) или специальных закладных деталей. В практике дорожного строительства часто возникает задача сооружения подпорных стен с обеих сторон насыпи. Особенно востребовано такое решение на подходах к мостам и эстакадам в стесненных условиях.
Если отношение ширины насыпи В к высоте подпорных стен Н больше или равно 2, ширина насыпи достаточна для размещения двух независимыех друг от друга армогрунтовых подпорных стен, конструкция которых рассмотрена в параграфе 4.1.1. При отношении В/Н 2,0 полотна армирующего материала будут пересекаться на концевых участках, что является неэкономичным, а во многих случаях недопустимым по условиям обеспечения устойчивости конструкции. В таких случаях целесообразно устраивать армогрунтовые насыпи со сквозным армированием. Блоки каждого ряда с обеих сторон должны быть расположены в одном уровне для обеспечения горизонтального расположения армирующего полотна. Отличием этой конструкции является то, что для удержания обеих стенок используется один и тот же слой материала, работающий в качестве стяжки.
Такие армогрунтовые насыпи со сквозным армированием могут применяться для устройства съездов на транспортных пересечениях в разных уровнях, ширина которых, как правило, составляет от 7 до 15 м, а также на однопутных железнодорожных ветках со стандартной шириной основной площадкипо СТН Ц-01-95 равной 6,2-7,6 м [116]. На рисунке 4.4 представлена конструкция насыпи однопутной железной дороги в подпорных стенах со сквозным армированием.
В различных отраслях строительства часто возникает потребность строительства защитных грунтовых сооружений: Как правило, они представляют собой обычную насыпь с укреплением откосов или без него. Такие насыпи возводятся, например, при обваловке нефтехранилищ, для предотвращения разлива нефтепродуктов при аварии, а также защите близлежащих сооружений от взрывной волны. Особенно востребованы такие сооружения в гидротехническом строительстве, при сооружении защитных и регулирующих насыпей, дамб. В случае нехватки места целесообразно использовать армогрунтовые конструкции с крутыми откосами, вплоть до вертикальных. Нагрузка от собственного веса» грунта воспринимается слоями армирующего материала . а дополнительные боковые силы (давление воды, ударная волна и т.д.) армогрунтовая насыпь воспринимает за счет силы трения между; слоями грунта. Поэтому, на сдвиг рассчитывается каждый слой армогрунтовой насыпи; отдельно. Для увеличения противодействия сдвигающей силе возможно усиление основания, например за. счет устройства свайного фундамента, а для объединения : слоев насыпи применяется частичное омоноличивание отверстийблоков со сквозным армированием., Рисунок4.5:— Конструкция защитной? армогрунтовой; насыпи: 1-дренажная труба; 2,4,12-разделяющий геотекстиль; 3110-щебенъ;- 5-фундаментная плита; 6-блок подпорной стены, 7-горизонтальная нагрузка; 8-металлический; анкер; 9-вертикалъная нагрузка; 11-армирующая георешетка. На рисунке 4.5 представлена конструкция армогрунтовой насыпи спроектированной Лабораторией земляного полотна ОАО ЦНИИС для-защиты резервуаров нефтехранилища ТЭЦт 11 в г. Москве. Для размещения насыпи в стесненных условиях с одной стороны предусмотрено сооружение вертикальных стен. Дополнительная наружная стена, связанная с внутренней металлическими анкерами необходима; для защиты синтетического армирующего материала от воздействия повышенной; температуры (600 Св. течение 8 часов) при возможном возгорании нефтепродуктов. Также предусмотрен вариант возведения насыпи только с одной стеной, с лицевой стороны которой наносится огнеупорное покрытие. По верху насыпи предусмотрено устройство пожарного проезда. Для гидротехнических сооружений предлагается использовать насыпь с одной обычной подпорной стеной. При строительстве насыпей в зоне возможного подтопления следует применять блоки изготовленные на основе сульфатостойкого цемента по ГОСТ 22266-94 [164].
