экзамен ИиП 2 часть

Назначение конструктивно-технологических решений	Определяющий результат	Рекомендуемые решения
		технологические		конструктивные
Повышение устойчивости основания	Уменьшение нагрузки	-		снижение высоты насыпи; насыпи из легких материалов; сваи с армогрунтовым ростверком
	Улучшение напряженного состояния	-		уположение откоса; распределительные плиты;
	Увеличение сопротивляемости сдвигу грунта основания	предварительная консолидация 1		песчаные сваи-дрены; сваи с армогрунтовым ростверком
Ускорение достижения допустимой интенсивности осадки	Уменьшение конечной осадки	-		снижение высоты насыпи; насыпи из легких материалов
	Уменьшение нагрузки	-		снижение высоты насыпи; насыпи из легких материалов
	Улучшение напряженно деформированного состояния	-предварительная консолидация		сваи с армогрунтовым ростверком; распределительные плиты
	Уменьшение мощности сжимаемой толщи в активной зоне	-		частичная замена слабых грунтов
	Уменьшение сжимаемости грунта	предварительное осушение		песчаные сваи-дрены; вертикальные дрены; дренажные прорези
	Ускорение процесса консолидации	временная пригрузка
	Улучшение условий удаления поровой воды	-		частичная замена слабых грунтов; песчаные сваи-дрены; вертикальные дрены; дренажные прорези
Уменьшение влияния динамического воздействия от транспортной нагрузки	Снижение напряжений от транспортной нагрузки	-		распределительные плиты; увеличение высоты насыпи
	Повышение динамической устойчивости основания насыпи	-		частичная замена слабых грунтов; увеличение высоты насыпи

Конструктивно-технологические решения при сооружении земляного полотна на слабых грунтах

При выборе решений следует руководствоваться ниже приведенным рекомендациями (табл. 4.4). Наиболее оптимальный вариант технологических или конструктивных мероприятий принимается с учётом технико-экономического обоснования.

Назначение геосинтетических материалов в конструкциях земляного полотна

Геосинтетические материалы – класс строительных материалов, производимых из синтетических полимеров или из другого сырья (минерального и др.), включающих следующие группы материалов: геотекстильные материалы (нетканые и тканые), георешетки, геокомпозиты, геооболочки, геомембраны и геоэлементы.

Преимуществами применения конструктивных решений с геосинтетическими материалами, по сравнению с традиционными конструкциями, являются их низкая чувствительность к присутствующим в грунте в нормальных концентрациях агрессивным веществам, простота в укладке и более низкая стоимость сооружений. В большинстве случаев применение геосинтетических материалов позволяет использовать местный грунт и тем самым избежать замены его более дорогим привозным грунтом. Как правило, применение конструкций с геосинтетическими материалами приводит к меньшим вредным воздействиям на окружающую среду.

Наиболее широко применяются нетканые материалы, получаемые непосредственно из волокон полимеров, минуя операцию прядения и ткачества. Свойства нетканых материалов зависят от способа упрочнения холста: механического, термического или химического. Нетканые материалы отличаются невысокой прочностью на растяжение, высокой деформативностью (удлинение при разрыве от 50 до 100 %), но хорошей водопроницаемостью.

Тканые материалы имеют упорядоченную структуру в виде двух различным способом взаимно переплетенных систем, что обеспечивает высокую прочность при малых относительных удлинениях при разрыве (не более 20 %).

Георешетки состоят из регулярно расположенных открытых ячеек размером более 10 мм, имеют неподвижные узловые точки, благодаря которым достигается лучшее распределение нагрузки между продольными и поперечными элементами.

Армирующий эффект обеспечивается за счет обратного прогиба георешетки вне зоны действия нагрузки. При применении георешетки на границе раздела двух дисперсных материалов, например, щебня и песка достигается повышенное сцепление с нижележащим слоем за счет образования пограничного слоя из щебенок, защемленных в ячейках георешетки.

Геосетки – материалы, также состоящие из открытых ячеек, однако поскольку эти материалы имеют невысокую прочность при достаточно больших относительных удлинениях, они не являются армирующими элементами а выполняют роль защиты откоса земляного полотна от эрозии.

Геокомпозиты – двух, трех и многослойные структуры из плоских материалов, внутри которых помещена жесткий каркас, глина-бентонит или другой заполнитель. Свойства геокомпозита зависят от свойств компонентов и их взаимного расположения. Так геокомпозит в котором между слоями нетканого материала расположена георешетка является армирующим материалом, геосетка из полиамида или полиэтилена – дренирующим материалом, а такая же конструкция, заполненная глиной-бентонитом – идеальный гидроизолирующий материал.

Объемные (трехмерные) геоматы, геокаркасы и габионы с вертикальными стенками, выполненные из плоских элементов с различными способами крепления стенок, в рабочем растянутом состоянии представляют, как правило, сотовую структуру, заполненную грунтом или зернистым материалом. Соты перераспределяют усилия в зернистом материале, за счет чего модуль упругости армированного слоя существенно увеличивается.

Для производства геосинтетических материалов используют различные полимеры: полиэстер (полиэфир), полиамид, полипропилен, полиэтилен и др. Выбор полимера зависит от назначения геосинтетических материалов, выполняемой ими функции: армирования, разделения или дренирования.

Геосинтетические материалы в конструкциях земляного полотна выполняют следующие функции:

• повышают устойчивость откосов земляного полотна от оползания;

• защищают откосы от водной и ветровой эрозии;

• повышают устойчивость земляного полотна на слабых грунтах и способствуют уменьшению осадки слабого основания;

• ускоряют отвод воды из водонасыщенных грунтов.

В настоящее время применяются два подхода к строительству земляного полотна на слабых грунтах, напрямую связанных со сроками устройства монолитных слоев дорожной одежды:

• Первый подход – осадочные насыпи «плавающего» типа. В этих конструкциях допускается осадка слабого основания, а устойчивость земляного полотна обеспечивается путём армирования основания геосинтетическими материалами различной прочности и деформативности. Монолитные слои дорожной одежды устраиваются в зависимости от типа дорожной одежды после завершения не менее 80–90 % от полной осадки (раздел 5.3).

Второй подход – безосадочные насыпи, устойчивость которых обеспечивается глубинным армированием путём использования дискретных элементов в виде свай из различных материалов, а локализация возможной осадки между ними – гибким ростверком из геосинтетического материала (раздел 5.4). Монолитные слои дорожной одежды могут устраиваться непосредственно после устройства земляного полотна.

Основными характеристиками, учитываемыми при применении геосинтетических материалов, являются следующие показатели их физико-механических свойств:

• прочность на растяжение при разрыве;

• относительное удлинение при разрыве;

• прочность на продавливание;

• длительная прочность при постоянном загружении, например, от веса насыпи;

• прирост деформации в процессе строительства и эксплуатации дороги;

• водопроницаемость в направлении, перпендикулярном плоскости полотна;

• химическая и биологическая устойчивость и др.

5.2. Применение геосинтетических материалов для укрепления откосов земляного полотна

При недостаточной устойчивости насыпи повысить ее устойчивость можно, используя достаточно жесткие плоские геоткани, георешетки или объемные материалы, имеющие коэффициент относительного удлинения при разрыве не более 10–15 %. Применение геосинтетических материалов для повышения устойчивости откосов насыпи основано на совместной работе прослойки и грунта в зоне оползания откоса. Назначение армирующих прослоек – повышение сдвиговой прочности грунтового массива.

С целью повышения устойчивости откосов, полотна геосинтетических материалов укладывают в виде горизонтальных полос в подоткосной части с выводом концов за пределы кривой скольжения (рис. 5.1, а). Нижний ряд находится на 0,5 м выше низкой точки кривой скольжения, а верхний ряд на глубине, равной половине высоты насыпи. Промежуточные ряды располагают равномерно между верхними и нижними полотнищами с шагом 0,5 – 0,7 м.

Повышение устойчивости и одновременно защита грунта подоткосной части от суффозии могут быть достигнуты при заключении грунта в обоймы из геотекстиля (рис. 5.1, б).

Армирование откоса позволяет повысить его крутизну от 45⁰ до 70 – 88⁰.

Проверка устойчивости откоса выполняется по методу круглоцилиндрических поверхностей с нахождением положения самой невыгодной кривой скольжения, имеющей наименьший коэффициент устойчивости (см. п. 3.4).

Требуемое значение коэффициента устойчивости назначается в зависимости от капитальности сооружения по действующим нормативным документам.

Момент удерживающих сил определяется по формуле

М_уд = [tg φ_гр∑N + сl + n P_доп],

где P_доп – расчётная прочность на растяжение геосинтетического материала;

n – количество слоев геосинтетического материала.

Допускаемая (расчетная) прочность геосинтетической прослойки Р_доп подбирается по величине Р_р, используя следующую формулу

где P_р – кратковременная прочностью на разрыв, определяемая в лабораторных условиях при нормированной скорости нарастания деформации;

A₁ – фактор ползучести, характеризующий снижение кратковременной прочности на разрыв при длительном приложении нагрузки, принимают A₁ = 0,5–0,8;

A₂ – фактор повреждаемости материала при транспортировке, монтаже и уплотнении грунта, принимают A₂ = 0,95;

А₃ – фактор, учитывающий наличие стыков, швов, принимают; А₃ = 0,8;

A₄ – фактор чувствительности к воздействию окружающей среды, например к биологическим и химическим воздействиям, принимается равным 0,9;

 – коэффициент запаса, зависящий от типа конструкции и действующих нормативных документов, а также от достоверности закладываемых в расчет данных по свойствам геосинтетического материала, действующим нагрузкам и геометрии самой конструкции, принимается равным 1,40 – 1,75.