Delist.ru

Повышение несущей способности слабых оснований дорожных насыпей сваями-дренами (18.10.2010)

Автор: Чан Куок Дат

состоит в дальнейшем совершенствовании методических основ проектирования дорожных конструкций, сооружаемых в сложных инженерно-геологических условиях, позволяющих более обосновано использовать грунтовые сваи-дрены в качестве конструктивно-технологического мероприятия, направленного на увеличение несущей способности земляного полотна на слабых основаниях.

Достоверность полученных результатов обоснована:

строгостью исходных предпосылок и применяемых методов исследований;

сравнением результатов тестовых расчетов и известных экспериментальных данных;

сопоставлением результатов с известными положениями механики грунтов, строительной механики, теории упругости;

квалифицированным использованием известной лицензионной программы Плаксис (software Plaxis version 8.2).

На защиту выносятся:

результаты теоретического анализа влияния на повышение несущей способности слабого основания грунтовых свай-дрен;

результаты аналитических и численных исследований на математических моделях особенностей НДС слоя насыпного грунта и элемента слабого основания с учетом присутствия свай-дрен

результаты сравнения полученных результатов с результатами физического и оптического моделирования;

рекомендации по практическому учету полученных резултатов при проектировании и строительстве автомобильных дорог на слабых основаниях.

Апробация работы и публикации.

Основные научные положения и результаты диссертационной работы докладывались автором на научно-методической и научно-исследовательской конференции МАДИ (ГТУ) в 2010г. По материалам диссертации опубликованы 3 печатные работы.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и общих выводов. Основной текст диссертации содержит 170 стр. печатного текста, 106 рисунков и 22 таблиц. Библиография состоит из 39 наименований использованных литературных источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальности темы диссертации, сформулирована ее цель, научная новизна и практическая значимость.

Первая глава диссертации посвящена рассмотрению основных проблем, связанных со строительством дорожных насыпей на слабых грунтах в России и в других странах. Отмечается, что проблема строительства дорог в сложных условиях, в местах распространения специфичных видов грунтов (торфяные и органоминеральные отложения, илы различного происхождения, иольдиевые глины, мокрые солончаки и т.п.), не потеряла своей актуальности и в настоящее время, особенно в России и во Вьетнаме. Избыточное увлажнение, низкая несущая способность, высокая сжимаемость и другие неблагоприятные свойства таких грунтов существенно осложняют и удорожают строительство дорог.

Первые плодотворные шаги в решении этой проблемы были сделаны еще в тридцатые годы XX века когда лишь начиналось строительство современных автомобильных дорог в России.

Выполненные в эти годы под руководством Н.Н.Иванова работы Н.П.Кузнецовой, Л.А.Братцева, А.А.Арсеньева, В.Ф.Бабкова обеспечили решение многих вопросов, возникших в то время в практике дорожного строительства. В железнодорожном строительстве близкие задачи решали К.С.Ордуянц, Н.Н.Сидоров, Г.М.Шахунянц, а позднее И.И.Викторов, А.А.Ткаченко и И.И.Канатов.

Проблема строительства дорог на слабых грунтах приобрела особую остроту в начале 60-х годов прошлого века в связи с созданием транспортной сети для освоения богатых природных ресурсов Севера Европейской части бывшего СССР и Западной Сибири. Успешному ее решению в значительной степени способствовали успехи в теории механики грунтов, инженерной геологии, грунтоведении и реологии.

Существенный вклад в развитие этих областей знаний внесли советские ученые Н.М.Герсеванов, Н.Н.Маслов, М.Н.Гольдштейн, В.А.Флорин, Н.А.Цытович, Б.В.Дерягин, П.А.Ребиндер, Е.М.Сергеев, С.С.Вялов, Ю.К.Зарецкий. А также зарубежные исследователи К.Терцаги, Л.Лемб, А.Бишоп, Р.Пек, А.Скемптон и др.

Важное значение имело развитие исследований в области использования слабых грунтов в основаниях строительных сооружений, выполненных в гидротехническом и мелиоративном строительстве (КП.Лундин, И.И.Вихдяев, П.А.Дрозд, А.М.Силкин и другие), промышленном и гражданском строительстве (Б.И.Далматов, М.Ю.Абелев, Н.Н.Морарескул, А.С.Строганов и другие), а также по изучению свойств различных слабых грунтов (Л.С.Амарян, И.М.Горькова, С.С.Корчунов, Н.Я. Денисов, И.И.Лиштван, Г.В.Сорокина, А.К.Ларионов и др.).

Применительно к задачам дорожного строительства в составе нового направления исследований широкий круг вопросов, связанных с устройством переходов через торфяные болота, рассмотрен в работах И.Е.Евгеньева, В.Д. Казарновского, Э.М. Доброва, В.Н. Яромко, Э. К. Кузахметовой и др.

Разработка инженерных конструкций и методов расчета оснований на слабых грунтах в этот период интенсивно проводилась в США (LCasagrande, W.Weber и др.), в Канаде (K.Anderson, I.Mac Farla ne, R.Redforth), в Швейцарии (A.Moos, F.Jaecklin и др.), во Франции (F .Bourges, G.Pilot и др.), в ФРГ (R.Floss, A.Ducker и др.), Нидерландах, Японии и других странах.

Опыт показывает, что возникают три основные задачи, с которыми неизбежно приходится сталкиваться при использовании слабых грунтов в основании насыпи: первая задача - обеспечение устойчивости основания, т.е. исключение или ограничение возможности выдавливания грунта основания за пределы контура подошвы насыпи; вторая задача - оценка и учет возможной конечной величины и хода во времени осадки насыпи, вызванной консолидацией, т.е. уплотнением грунта ее основания под воздействием нагрузки от веса насыпи; третья задача - учет своеобразного эффекта от воздействия транспортной нагрузки, связаного с возникновением в определенных условиях чрезмерно интенсивных колебаний насыпи, приводящих покрытие к преждевременному разрушению.

Далее в этой главе изложена краткая инженерно-геологическая характеристика основных представителей слабых грунтов на Севере Вьетнаме и их частные классификации.

Рассмотрены наиболее распространенные конструкции земляного полотна на переходах через болота и отложения слабых грунтов. Отмечается, что одной из наиболее эффективных является конструкция из вертикальных песчаных свай, которые, сокращая путь фильтрации, уменьшают время накопления осадки насыпи. Изменяя расстояние между дренами, можно добиться теоретически любой скорости уплотнения слабого грунта под насыпью.

Более того, исследования И.Лейка и Фрэзера (1959-1969), а также Свен Хансбо (1960) позволили установить, что песчаные дрены могут значительно повысить устойчивость слабого основания при мгновенном нагружении, проявляя так называемый эффект сваи, или эффект колонны («pile effect», «column effect»).

Применительно к условиям проектирования и строительства дорожных насыпей на иольдиевых глинах А.Г. Полуновским (1970) были выполнены экспериментальные и теоретические исследования, позволивших дать в первом приближении методику его учета при прогнозе величины и длительности деформаций консолидации слабых оснований.

Позднее А.С. Мохаммедом (2003) были выполнены экспериментальные и теоретические исследования, подтвердивших вывод, что увеличение несущей способности основания дорожных насыпей, по мере насыщения его грунтовыми сваями, наблюдается лишь в том случае, если прочностные характеристики грунта свай оказываются выше прочностных параметров грунтов основания, а на каждые 5% прироста насыщенности основания грунтовыми сваями приходиться от 10 до 15% снижения его деформируемости и возрастание модуля деформации от 2-x до 3-х раз.

Подводя итоги изложенному, делается вывод, что в настоящее время остаются до конца не выясненными особенности формирования напряженно–деформированного состояния оснований дорожных насыпей при наличии в них грунтовых свай-дрен и влияние этого фактора на эффективность конструкции, особенно в части учета ее особенностей не как дренирующей системы, а как свайной конструкции. Эта проблема для условий Вьетнама приобретает особую актуальность, учитывая широкую распространенность слабых покровных отложений, которые часто оказываются в основании дорожных насыпей.

Учитывая изложенное, основной целью настоящей диссертационной работы является дальнейшее совершенствование и разработка теоретическо-методических основ прогноза степени увеличения общей несущей способности слабых оснований дорожных насыпей за счет устройства вертикальных грунтовых свай-дрен и разработка рекомендаций по их применению в сложных инженерно–геологических условиях России и Вьетнама.

Вторая глава посвящена краткому изложению теоретических основ метода конечных элементов (МКЭ) и особенностям использования программы Плаксис (“Plaxis”) для изучения НДС оснований сооружений.

, который подстилается недеформируемом основанием. Прочностные и деформационные характеристики слабого грунта принимаются на момент приложения внешней нагрузки Р0 без учета процессов консолидации.

со стороны слабого грунта и грунта сваи-дрены соответственно, необходимо дополнительно увеличить на (Ро внешнюю нагрузку, воспринимаемой грунтовой сваей-дреной (рис.1). Прирост внешней нагрузки трактовалось нами как некоторое эквивалентное увеличение модуля деформации слабого основания. Тогда, относительную величину модуля деформации укрепленного основания определить по формуле

, где (1)

Е0 - начальный модуль деформации слабого основания.

На рис.2 дан характер изменения относительного модуля деформации Еукр/Е0 слабого основания, усиленного сваями, в зависимости от параметров свайного поля D/L для различных значениях коэффициента бокового давления слабого грунта (w при (св = const.

Степень влияния свайного основания на сокращение осредненной величины его осадки (рис.3) можно оценить по характеру изменения отношения (укр/(о в зависимости от параметра сближения свай D/L, по формуле

Рис.3. Влияние сближения свай-дрен m=D/L на относительную осадку слабого основания при различных величинах коэффициента бокового давления (w.

загрузка...