Меню

Ширина подошвы насыпи формула



Методика Методика расчета насыпей, армированных различными материалами

МЕТОДИКА РАСЧЕТА НАСЫПЕЙ, АРМИРОВАННЫХ
РАЗЛИЧНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ

В работе изложен новый подход к решению задачи расчета армогрунтовых насыпей, построенный на непосредственном учете совместной работы грунта и армирующих прослоек на каждом горизонте, учете совместной работы потенциальных поверхностей обрушения левого и правого откосов насыпи. Определен состав задач, результаты последовательного решения которых позволяют обосновать надежную и экономичную схему армирования конструкции различными материалами. Приведены примеры расчета схем армирования откосов насыпей при различных условиях распределения внешней нагрузки, для различных материалов и конструкций.

Работа выполнена к.т.н. Семендяевым Л.И. (Союздорнии).

МЕТОДИКА РАСЧЕТА НАСЫПЕЙ, АРМИРОВАННЫХ РАЗЛИЧНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ

· наличие потенциальной поверхности смещения неустойчивой части конструкции (КЦПС);

· регулируемая величина деформирования исходного контура конструкции (метод смещений)

· геометрия и структура конструкции;

· характеристики с, j , у грунтов;

· прочностные и деформационные характеристики армирующего материала.

· распределенная внешняя нагрузка;

· минимально допустимое заглубление верхнего горизонта армирования;

· минимально допустимое расстояние между соседними горизонтами армирования.

· расчет условий армирования основания;

· расчет оптимальной схемы армирования откоса;

· учет взаимного влияния левого и правого откосов насыпи;

· расчет длины заделки полос армирующего материала;

· расчет условий закрепления поверхностных частей откоса.

· возможность рассмотрения различных армирующих материалов (геополотно, геосетки, георешетки и др.) с известными характеристиками;

· равномерное нагружение армирующего материала по всем горизонтам;

· минимально необходимое (не назначенное) количество горизонтов армирования;

· оптимальное место расположения каждого горизонта в теле земляного полотна (переменный шаг армирования);

· применение в одной конструкции различных армирующих материалов;

· обеспечение не ниже требуемой степени устойчивости конструкции при минимально необходимом расходе армирующих материалов.

К.т.н. Семендяев Л.И. (Союздорнии)

МЕТОДИКА РАСЧЕТА НАСЫПЕЙ, АРМИРОВАННЫХ РАЗЛИЧНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

Метод армирования земляных сооружений с целью повышения степени их устойчивости известен давно, однако только в последние годы сфера его использования существенно расширилась в связи с тем, что строительство земляных сооружений приходится осуществлять в сложных условиях, а также в связи с тем, что в широком ассортименте появились новые армирующие материалы, в первую очередь геотекстильные (геополотно, геосетки, георешетки и т.п.). Разнообразие таких материалов и их характеристик позволяет сегодня успешно решать задачу повышения надежности работы земляных сооружений различного назначения, в том числе и повышения до требуемого уровня степени устойчивости откосов земляного полотна автомобильных дорог. Такая задача возникает при строительстве земляного полотна в стесненных условиях, строительстве высоких насыпей, использовании при сооружении земляного полотна местных грунтов, отличающихся сравнительно невысокими прочностными показателями, и в ряде других случаев.

Методические аспекты решения задачи расчета армогрунтовых конструкций, в том числе и армированных откосов земляного полотна, развивались зарубежными и отечественными исследованиями на протяжении многих лет. Основы теоретического метода расчета армированного грунта были разработаны во Франции в 1966 году А. Видалем и Ф. Шлоссером. Дальнейшее развитие метода нашло свое отражение в исследованиях М.Д. Болтона, С. Чоудри, Ромстада, Жюрана, Т.С. Ингольда, Д. Лещинского, J . R . Gours (метод смещений) и др. Много внимания этой проблеме уделили и отечественные исследователи А.П. Демидов, Э.М. Добров, И.Е. Евгеньев, В.И. Заворицкий, В.Д. Казарновский, В.С. Коваль, А.А. Колесов, Ю.Р. Перков, Ю.В. Пудов, Н.Н. Смуров, Ю.Е. Хечинов, А.А. Цернант, Е.В. Щербина и др.

Вместе с тем наряду с известными достижениями в этом направлении существуют и проблемы, требующие дополнительных исследований. В первую очередь это относится к необходимости повышения уровня соответствия расчетных схем решения задачи реальным условиям работы армирующих прослоек в конструкции.

Существующие методы расчета армированных откосов земляного полотна в своем большинстве носят приближенный характер, так как не в полной мере учитывают особенности работы армирующего материала в грунте, его (материала) деформативные свойства. Практически во всех разработках размещение армирующих прослоек по высоте земляного сооружения принимается фиксированным с постоянным шагом армирования. Как правило, при этом расчет ориентирован лишь на определение степени устойчивости конструкции в целом, без решения задач по обеспечению требуемой степени устойчивости всех ее частей, равномерного нагружения всех горизонтов армирования, наиболее целесообразного с точки зрения повышения устойчивости откоса до требуемого уровня размещения прослоек в теле земляного полотна. При этом не рассматриваются задачи определения оптимального (минимально необходимого) количества горизонтов армирования, обоснованного места расположения каждого из них в теле земляного полотна, минимального расхода армирующих материалов и др.

Проведенный анализ существующих методов расчета армированных откосов, а также результатов экспериментальных исследований, выполненных в последние годы многими исследователями, позволил разработать новый, более обоснованный в сравнении с известными отечественными и зарубежными аналогами, метод расчета армогрунтовых конструкций, построенный на непосредственном учете условий взаимодействия грунта и армирующего материала на каждом горизонте армирования. При этом в качестве армирующего элемента может быть рассмотрен любой конкретный материал произвольного типа (геополотно, геосетки, георешетки и др.) с известными значениями прочностных и деформационных характеристик.

Читайте также:  Разваливается обувь как вернуть деньги

Разработанная методика оптимизационного расчета схемы армирования откосов насыпей земляного полотна построена в соответствии с рабочей гипотезой метода смещений на предположении существовании потенциальной поверхности обрушения неустойчивой части откоса. При этом допускается регулируемая величина смещения неустойчивой части откоса по потенциальной поверхности. В качестве такой поверхности, как и в большинстве известных методов, рассматривается круглоцилиндрическая поверхность.

2. ВЫБОР ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ОБРУШЕНИЯ НЕУСТОЙЧИВОЙ ЧАСТИ ОТКОСА

При решении задачи расчета схемы армирования откоса определяющее значение имеет выбор потенциальной поверхности обрушения его неустойчивой части. Многие существующие методики расчета армированных откосов в качестве такой поверхности рассматривают дугу окружности, захватывающую не только толщу откоса, но и верхние слои основания. Вместе с тем, представляется целесообразным задачу оценки и обеспечения устойчивости основания насыпи решать автономно, а расчет схемы армирования откосов осуществлять при условии устойчивого, недеформируемого основания. В таком случае можно предположить, что потенциальная поверхность должна проходить через подошву откоса, что подтверждается результатами многочисленных расчетов. При этом будет решаться задача обеспечения требуемой степени устойчивости ( K т p ) откоса в целом, а не его части.

Существующая практика расчетов свидетельствует о том, что нередко в качестве потенциальной поверхности возможного обрушения неустойчивой части откоса рассматривается критическая дуга окружности, которой соответствует наименьшее в конкретных условиях значение коэффициента устойчивости откоса. Такой подход является обоснованным лишь в том случае, если рассчитанное значение коэффициента устойчивости незаармированого откоса удовлетворяет условию

В противном случае, если Куст

В табл. 1 приведены только основные результаты расчета схем армирования некоторых откосов при различных условиях.

Здесь: Р — интенсивность внешней нагрузки, т/м; (0,5 — 2 м) — интервал распределения внешней нагрузки в расстояниях от бровки откоса; N — порядковый номер горизонта армирования сверху вниз; Н — расстояние от поверхности откоса до горизонта армирования, м; К — количество полос армирующего материала на горизонте армирования; ДН — расстояние между вышележащим и очередным горизонтами армирования; L — длина одной полосы армирующего материала на горизонте с учетом его анкерной заделки Lmin в устойчивой части откоса.

В строке «Всего» по каждому варианту приведены общее количество армирующего материала и его суммарный расход с учетом количества горизонтов армирования, количества полос материала и длины одной полосы на каждом горизонте армирования.

Информация, представленная в табл. 1, свидетельствует о том, что во всех рассмотренных случаях оптимальной является схема армирования откоса с переменным шагом. Только в этом случае выполняется условие равномерного нагружения всех горизонтов армирования. При этом в некоторых случаях необходимо усиление отдельных горизонтов армирования — размещение на них более одной полосы армирующего материала.

Анализ результатов расчетов многих вариантов свидетельствует о том, что оптимальная схема армирования откосов характеризуется отличительными особенностями. При обоснованно выбранном армирующем материале, когда в соответствии с результатами расчетов на каждом горизонте армирования рекомендуется укладывать в основном по одной полосе материала, минимальное расстояние между соседними горизонтами армирования отмечается на уровнях, определяемых третью высоты откоса от его основания. Наиболее разреженная схема армирования в таких случаях соответствует верхней и нижней частям откоса (см. табл. 1).

Помимо этого, существенное влияние на схему армирования откоса оказывает величина и условия распределения по его поверхности внешней нагрузки. Так, например, при ограниченном интервале распределения внешней нагрузки (удаленность левой и правой границ такого интервала от бровки откоса соответственно 2 м и 0,5 м в табл. 1) изменяются условия армирования откоса на некоторых горизонтах, увеличивается количество полос армирующего материала с соответствующим изменением условий расположения горизонтов армирования по высоте откоса и других расчетных показателей. При увеличении интервала распределения внешней нагрузки (0 — 50 м в табл. 1) существенно изменяется и схема армирования откоса.

При условии использования в качестве армирующего материала, обладающего сравнительно невысокими прочностными показателями, рассчитанные схемы армирования откосов (2-я часть табл. 1) отличаются увеличенным количеством горизонтов армирования, повышенным количеством полос армирующего материала на горизонтах армирования и, соответственно, увеличенным расходом армирующего материала. Целесообразность использования в качестве армирующих таких материалов может быть определена путем технико-экономического сопоставления различных вариантов или исходя из других соображений.

Читайте также:  Dr martens похожая обувь

На рис. 9 — 11 приведены рассчитанные схемы армирования откосов 10-метровой песчаной насыпи для их разных заложений. При этом в качестве мероприятий по закреплению поверхностных частей откоса предусмотрено их сплошное армирование георешетками типа «Прудон-494». В соответствии с результатами проведенных расчетов определены горизонты, на которых вместо более прочных армирующих материалов (типа STABILENKA 200/45) могут быть применены георешетки. Расчеты проводились в предположении устойчивого недеформируемого основания, отсутствия внешней нагрузки. Длина заделки полос армирующего материала в устойчивых частях откоса определялась в соответствии с формулой ( 11). Схемы армирования откосов рассчитывались исходя из условия обеспечения Ктр = 1,3.

Результаты, представленные на рис. 9 — 11, свидетельствуют о том, что предложенные методические разработки позволяют обосновать принципиальную возможность применения в одной конструкции различных армирующих материалов как в основной схеме армирования, так и в качестве инженерных мероприятий по закреплению поверхностных частей откосов. При этом в некоторых случаях предусмотрено увеличенное (более 1) количество полос армирующего материала на отдельных горизонтах.

Рис. 9. Схема армирования насыпи с углом заложения откоса 75 °

1 — расчетные поверхности скольжения; 2 — георешетки «Прудон-494»; 3 — геотекстильный материал

Рис. 10. Схема армирования насыпи с углом скольжения откоса 60 °

1 — расчетные поверхности скольжения; 2 — георешетки «Прудон-494»; 3 — геотекстильный материал

Рис. 11. Схема армирования насыпи с углом скольжения откоса 45 °

1 — расчетные поверхности скольжения; 2 — георешетки «Прудон-494»; 3 — геотекстильный материал

9. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.

1 . В работе представлены основы методики оптимизационного расчета схемы армирования насыпи, построенные на использовании основной рабочей гипотезы известного метода смещений — допускается регулируемая величина деформирования исходного контура конструкции.

2 . Расчет схемы армирования осуществляется с учетом распределенной на произвольном интервале внешней нагрузки, минимально допустимого уровня заглубления верхнего горизонта армирования, минимально допустимого расстояния между соседними горизонтами армирования.

3 . В качестве армирующего элемента допускается использование различных материалов, в том числе и синтетических (геополотно, геосетки, георешетки), с известными характеристиками.

4 . Расчет схемы армирования осуществляется на основе реализации известного представления о существовании потенциальной поверхности возможного обрушения неустойчивых частей конструкции. В качестве такой поверхности выбрана круглоцилиндрическая.

5 . Определены критерии поиска потенциальных поверхностей возможного обрушения неустойчивых частей конструкции на разных стадиях расчета.

6 . Предложено схему армирования насыпи определять в соответствии с результатами последовательного решения следующих основных задач:

· определения условий армирования основания насыпи;

· расчета схемы армирования насыпи относительно одного из ее откосов;

· уточнения схемы армирования насыпи с учетом совместной работы потенциальных поверхностей возможного обрушения неустойчивых частей ее левого и правого откосов, различающихся конструктивными особенностями;

· расчета условий закрепления поверхностных частей откоса между соседними горизонтами армирования.

7 . Разработана методика расчета схемы армирования откоса с учетом совместной работы грунта и армирующего материала на каждом горизонте армирования.

8 . Предложен способ определения границ зоны, в пределах которой армированный грунт испытывает воздействие потенциальных поверхностей возможного обрушения неустойчивых частей левого и правого откосов насыпи. Разработаны условия уточнения схемы армирования насыпи в пределах такой зоны.

9 . Разработаны методические подходы к решению задач по определению условий армирования основания насыпи и закрепления поверхностных частей откоса между соседними горизонтами армирования.

10 . Приведены некоторые результаты расчетов, подтверждающие:

— полноту и универсальность методических и расчетных средств решения задачи расчета армогрунтовой насыпи при различных условиях с обоснованным обеспечением при этом требуемой степени ее устойчивости;

— целесообразность дополнительного рассмотрения условий армирования верховой и низовой частей откоса;

— равномерность нагружения армирующего материала по всем горизонтам армирования;

— целесообразность определения оптимального (не назначенного) количества горизонтов армирования и оптимального места расположения каждого из них в теле земляного полотна (переменный шаг армирования);

— возможность и целесообразность использования в одной конструкции различных армирующих материалов;

— возможность решения задачи при минимальном расходе армирующего материала (минимально необходимые количества горизонтов армирования, полос армирующего материала при их минимально необходимой длине на каждом горизонте армирования);

— существенную зависимость результатов решения задачи от различных условий (величина и условия распределения внешней нагрузки, характеристики армирующего материала и др.).

10. ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА:

1 . Семендяев Л.И. Проблема комплексной оценки устойчивости земляного полотна автомобильных дорог при индивидуальном проектировании в сложных условиях пересеченной местности. — М., 1995. — 77 с. — (Автомоб. дороги: Обзорн. информ./Информавтодор; Вып. 5).

Читайте также:  Сапоги осень ботфорты чулки

2 . Добров Э.М., Львович Ю.М., Кузахметова Э.К. и др. Глинистые грунты повышенной влажности в дорожном строительстве — М. Транспорт, 1992, 240 с.

3 . Пособие по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах (к СНиП 2.05.02-85 )/Союздорнии, 1989, — 192 с.

4 . Семендяев Л.И. Практическая реализация нового подхода к решению задачи прогноза осадки насыпи на слабых грунтах.//Автомоб. дороги: Информ. сб./Информавтодор. — М., 1998, — Вып. 3. — С. 25 — 33.

5 . Семендяев Л.И. Использование показателя консолидации при прогнозе осадки на слабых грунтах.//Воплощение и развитие научных идей Н.Н. Маслова в практике строительства./МАДИ. — М., 1998. — С. 220 — 227.

6 . Семендяев Л.И. Оптимизированный расчет армированных откосов в условиях индивидуального проектирования.//Автомоб. дороги: Информ. сб./Информавтодор. — М. 1998. — Вып. 10. — С. 8 — 20.

7 . Семендяев Л.И. Некоторые особенности расчета армированных насыпей.//Автомоб. дороги: Информ. сб./Информавтодор. — М. 1998. — Вып. 12. — С. 12 — 19.

1. Состояние вопроса . 2

2. Выбор потенциальной поверхности обрушения неустойчивой части откоса . 3

3. Интегральная модификация метода кцпс .. 3

4. Расчет устойчивости и условий армирования основания насыпи . 5

5. Расчет схемы армирования откоса . 7

6. Особенности расчета армированных насыпей . 13

7. Расчет условий закрепления участков откоса между соседними горизонтами армирования. 17

Источник

Ширина подошвы насыпи формула

Рис. 26. Продольный профиль и пространственное изображение участка дороги с земляным полотном, представляющим собой законченную насыпь: а) продольный профиль; б) пространственное изображение; в) то же пространственное изображение, разложенное на составные элементы (в пределах отдельных пикетов)

точкой — ее концом; сложив полученные элементные объемы, получают общий объем насыпи (рис. 26).
Аналогично ведется подсчет объемов выемок. Весь ход подсчета объемов земляного полотна может быть оформлен в виде табл. 6.


Рис. 27. Поперечные профили земляного полотна
дороги, протрассированной на косогоре: а) в виде насыпи; б) полунасыпь-полувыемка; в) в виде выемки

Рис. 28. График распределения земляных масс по пикетам,
(В верхней части рисунка показан продольный профиль участка, для которого составлен график.)

На взятом для примера участке дороги длиной 500 м общий объем земляных работ подсчитан в размере 5126 м 3 .

Составив для этого участка график распределения земляных масс, на нем можно выделить две зоны продольного перемещения.

Первая зона. Выемка ПК 1+51- ПК 2+52 в полном объеме (1041 м 3 ) разрабатывается в насыпь ПК 0-ПК+51. Полный объем насыпи (1284 м 3 ) превосходит объем выемки на 243 м 3 , поэтому недостающее количество земляных масс, очевидно, не удастся взять путем продольного перемещения и, следовательно, границу первой зоны продольного перемещения нужно определить, отступив на некоторое расстояние от точки ПК 0.

Таким образом, окончательно первая зона продольного перемещения земляных масс определяется в следующих границах:

Вторая зона. Из выемки ПК 3+63-ПК 5 разрабатывается в насыпь ПК 2+52-ПК 3+63 788 м 3 грунта, что обеспечивает отсыпку этой насыпи в полном объеме. Но разрабатываемая выемка имеет полный объем 2013 м 3 и, таким образом, превосходит объем близлежащей насыпи на 1225 м 3 . Поскольку это количество земляных масс не придется разрабатывать из выемки в насыпь, то и расстояние, соответствующее объему 1225 м 3 , не будет входить в зону продольного перемещения.

Из объема 1225 м 3 явно не войдут в расстояние, включаемое в зону продольного перемещения, 777 м 3 , являющиеся частью объема выемки в пределах от ПК 4+50 до ПК 5.

Что касается остальных 448 м 3 , приходящихся на участок выемки ПК 4-ПК 4+50, то здесь будет иметь место следующая пропорция:

Таким образом, вторая зона продольного перемещения земляных масс определяется в следующих границах:

Вне зоны продольного перемещения на рассматриваемом участке остаются две зоны поперечного перемещения, поэтому при сооружении земляного полотна на данном участке придется закладывать резервы и устраивать кавальеры (рис. 29).

В пределах первой зоны поперечного перемещения (на рис. 28 обозначено стрелкой), расположенной на участке ПК 0-ПК 0+29, т. е. на расстоянии 29 м, очевидно, придется заложить резерв, чтобы восполнить недостаток в грунте, необходимом для отсыпки насыпи на этом участке.

В пределах второй зоны поперечного перемещения (на рис. 28 обозначено стрелкой), расположенной на участке ПК 4+28-ПК 5,

Рис. 29. Поперечные профили земляного полотна в условиях поперечного перемещения земляных масс:
а) насыпь с резервом; б) выемка с кавальером

Источник