Приложение 15. Расчет конструкции насыпи с использованием номограмм

Приложение 15

Расчет конструкции насыпи с использованием номограмм

Прогноз конечной величины осадки

Величину погружения насыпи в болотную залежь (осадку насыпи) определяют по формуле

, (1)

где - общая осадка насыпи; - осадка сжимающихся (уплотняющихся) слоев болотной залежи; - осадка отдавливаемых слоев болотной залежи, происходящая за счет выдавливания (выпора) слабых грунтов (3б типа) при любой скорости отсыпки, частичного выдавливания грунтов (3а типа) при невозможности их предварительного уплотнения в течение строительного периода вследствие того, что в силу их высокой сжимаемости и низкой прочности нагрузка от возводимой насыпи растет быстрее чем упрочнение слабого грунта, боковых деформаций слабых грунтов (2 строительного типа) при интенсивности отсыпки насыпи в первые десять суток более 2 м.

Осадку вычисляют по формуле

, (2)

где - осадка i-го отдавливаемого слоя; - относительная деформация i-го отдавливаемого слоя толщиной ; n - количество расчетных слоев болотной залежи.

Относительную деформацию определяют по табл. 1 в зависимости от величины сопротивления сдвигу по крыльчатке расчетного слоя в природном залегании.

Таблица 1

-------------------------------------------------------------------------

  тау, МПа  | ламбда_от  | тау, МПа  | ламбда_от | тау, МПа | ламбда_от

------------+------------+-----------+-----------+----------+------------

    0,001   |     1      |   0,006   |   0,56    |  0,011   |    0,2

            |            |           |           |          |

    0,002   |     1      |   0,007   |   0,45    |  0,012   |   0,15

            |            |           |           |          |

    0,003   |     1      |   0,008   |   0,37    |  0,013   |    0,1

            |            |           |           |          |

    0,004   |    0,82    |   0,009   |    0,3    |  0,014   |   0,05

            |            |           |           |          |

    0,005   |    0,67    |   0,01    |   0,25    |  0,015   |     0

            |            |           |           |          |

Осадку определяют по формуле

, (3)

где - относительная вертикальная деформация расчетного слоя, полученная по данным испытаний в компрессионном приборе для нагрузки, действующей на этот слой.

При расчете осадки слабое основание разбивают на расчетные слои в соответствии с геологическим строением, прочностными и деформативными свойствами слабых грунтов и величиной действующих вертикальных напряжений по глубине.

При относительной мощности слабого основания (H - мощность слабых грунтов, - ширина насыпи по подошве) вертикальные напряжения по глубине можно считать постоянными. Величину напряжений для всей мощности залежи в этом случае принимают равной величине расчетной нагрузки . При величину напряжений следует рассчитывать с учетом изменения по глубине (см. основной текст).

Расчетную нагрузку , действующую на болотную залежь от массы возводимой насыпи, определяют с учетом положения уровня грунтовых вод

, (4)

где - относительная осадка сжатия основания

(5)

Параметры нагрузки и определяют по следующим формулам:

; (6)

, (7)

где и - соответственно удельный вес грунта насыпи, расположенного выше и ниже уровня грунтовых вод; h - проектная высота насыпи (рабочая отметка); - расстояние от поверхности болота до горизонта грунтовых вод (рис. 1) .

Если , то в формулах (6) и (7) принимают .

Параметры сжимаемости определяют по результатам компрессионных испытаний и расчет осадки ведут графоаналитическим методом. При отсутствии данных компрессионных испытаний допускается пользоваться номограммой (рис. 2), построенной на основе обобщения результатов обработки многочисленных компрессионных кривых. В качестве характеристики сжимаемости болотной залежи принят коэффициент пористости .

Номограмма связывает четыре параметра , , и ( - средневзвешенное значение коэффициента пористости для болотной залежи) и позволяет путем одного наложения линейки, соединяющей две точки на шкалах и в точке пересечения линии с заданным найти искомое значение .

Прогноз осадки во времени

Продолжительность осадки t для достижения требуемой степени консолидации U слабого основания определяют по номограмме (рис. 3) в зависимости от режима возведения насыпи, характеризуемого величиной нагрузки , допускаемой по условиям устойчивости основания и длительностью строительного периода , в течение которого нагрузка на основание возрастет от до .

Номограмма связывает четыре комплексных параметра: , , и ,

где - продолжительность строительного периода; t - время, необходимое для достижения требуемой степени консолидации U слабой толщи; - конечная относительная деформация сжатия (уплотнения) основания для нагрузки ; - конечная относительная деформация сжатия (уплотнения) основания для нагрузки ; Т - консолидационный параметр, имеющий размерность времени, характеризует интенсивность затухания осадки.

По любым трем известным параметрам, обозначенным на шкалах номограммы, с помощью одного наложения линейки определяют искомый четвертый параметр.

Консолидационный параметр Т определяют по следующим зависимостям:

для оснований I типа по устойчивости

, (8)

для оснований II и III А типа по устойчивости

, (9)

где Т - консолидационный параметр, сут; p - нагрузка от массы насыпи, действующая на основание, МПа; - относительная деформация сжатия слабого основания от действия нагрузки р; - осадка сжимающихся слоев слабого основания.

Расчет деятельности осадки оснований I типа по устойчивости при быстрой отсыпке насыпи можно вести также по следующей формуле

. (10)

Расчет режима возведения насыпи

При расчете режима возведения насыпи с помощью номограмм следует соблюдать следующий порядок расчета.

Назначают толщину насыпи (величину нагрузки ), которую можно отсыпать сразу (в один прием). Величину нагрузки принимают равной ,

где - удельный вес грунта насыпи; - толщина насыпи, отсыпаемой сразу, которая принимается равной

при ;

при .

Устанавливают продолжительность строительного периода , в течение которого необходимо возводить насыпь до проектной толщины, чтобы основание успело приобрести необходимое упрочнение в процессе консолидации. Для этого определяют параметры и . Допускается принимать и по табл. 2 (где - степень консолидации основания, достигаемая в течение строительного периода ).

Таблица 2

--------------------------------------------------------------------------

 ламбда_сж | < 0,05  | 0,05 - 0,15 | 0,15 - 0,3  |  0,3 - 0,4  |  > 0,4

-----------+---------+-------------+-------------+-------------+----------

    U_0    |  0,25   |    0,33     |     0,5     |     0,6     |  0,65

           |         |             |             |             |

Затем на вертикальных шкалах номограммы (рис. 4) находят точки, отвечающие заданным значениям переменных и и соединяют их линией наложением линейки. Точка пересечения этой линии со шкалами и t/Т при условии дает искомое значение .

Устанавливают допустимую интенсивность отсыпки насыпи q в расчете на месяц

, (11)

где - проектная толщина насыпи.

Устанавливают длительность консолидации основания t, необходимую для достижения заданной степени консолидации U. Для этого по известным параметрам , и по номограмме (см. рис. 3) определяют искомый параметр t/T. При значениях и t/Т; не превышающих 7, следует пользоваться номограммой, приведенной на рис. 2, которая является деталью номограммы, изображенной на рис. 3.

Расчет временной пригрузки

При строительстве дорог на болотных грунтах применяют следующие конструктивно-технологические решения временной пригрузки (рис. 5):

в виде дополнительного слоя насыпи на всю ширину земляного полотна - схема а;

в виде суженной насыпи (насыпи-пригрузки) - схема 6.

При использовании схемы а грунт пригрузки после завершения консолидации используют на следующих участках дороги или в других элементах конструкции в соответствии с проектом организации строительства; при использовании схемы б - грунт распределяют на откосы.

Толщина слоя временной пригрузки принимается исходя из требуемых сроков достижения заданной степени консолидации при одновременном обеспечении устойчивости основания.

Следует соблюдать следующий порядок расчета.

Определяют величину временной пригрузки для схемы а по формуле

, (12)

где d - коэффициент перегрузки, минимальные значения которого следует принимать по графику (рис. 6).

Коэффициент перегрузки d для пригрузки, выполняемой по схеме б, определяют методом последовательного приближения в зависимости от требуемых сроков консолидации основания по следующей формуле:

, (13)

где h - высота проектируемой насыпи; В - ширина проектируемой насыпи поверху; m - показатель крутизны заложения откоса проектируемой насыпи; - показатель крутизны заложения откоса суженной насыпи (насыпи-пригрузки).

При проектировании насыпи-пригрузки варьирование значений крутизны откосов осуществляют в пределах: m = 1,5 - 4; = 1 - 2.

Коэффициенты перегрузки d, вычисленные по формуле (13), должны быть не менее минимальных значений, полученных из графика на рис. 6. В противном случае пригрузка по схеме неэффективна, и для получения требуемого коэффициента перегрузки необходимо применять временную пригрузку по схеме.

Определяют консолидационный параметр для насыпи с пригрузкой по формулам (8) или (9). При этом параметры , и р для насыпи с пригрузкой вычисляют по формулам:

(14)

где b - коэффициент, определяемый по формуле

, (15)

где - расчетная нагрузка на основание, МПа; - средневзвешенное значение коэффициента пористости основания.

Проверяют устойчивость слабого основания при возведении насыпи с временной пригрузкой. Коэффициент безопасности основания вычисляют по формуле

. (16)

Если , допускается быстрая отсыпка насыпи и временной пригрузки и расчет длительности консолидации производят по формуле

. (17)

При определяют коэффициент безопасности основания с учетом его упрочнения при медленной отсыпке насыпи

, (18)

где - степень консолидации основания, достигаемая за время строительного периода . Определяется по табл. 2 в зависимости от величины .

Если , допускается медленная отсыпка насыпи и пригрузки.

Назначение строительной высоты насыпи

Для приложения заданной расчетной нагрузки на основание ( - при отсыпке насыпи без пригрузки или - при отсыпке с пригрузкой) насыпь в течение строительного периода необходимо отсыпать выше проектных отметок на высоту . Строительную высоту насыпи определяют по формуле

, (19)

где h - проектная высота насыпи (рабочая отметка).

Толщину слоя насыпи , отсыпаемого сверх проектных отметок для компенсации длительно протекающих осадок консолидации, определяют по формуле

, (20)

где - толщина слоя пригрузки; - осадка за счет сжатия торфа от насыпи проектной толщины; - степень консолидации, определяемая по табл. 2; b, d - коэффициенты.