4.4. Оценка устойчивости основания насыпи

Оценка устойчивости основания выполняется с целью определения возможности бокового выпирания слабого грунта основания под воздействием нагрузки от веса насыпи.

В зависимости от результатов оценки устойчивость основания в его природном состоянии относят к одному из трех типов [6]:

I – основания, не требующие специальных мер по обеспечению устойчивости;

II – основания, для обеспечения устойчивости которых достаточно ограничить режим отсыпки насыпи;

III – основания, требующие применения специальных мероприятий для исключение бокового выпирания слабых грунтов и обеспечения их устойчивости.

Возможность обеспечения устойчивости оснований II типа обусловлена способностью слабых грунтов уплотняться и упрочняться по мере постепенной передачи на них нагрузки и прохождения процесса консолидации.

При простом (трапецеидальном) очертании насыпи эпюру расчетной нагрузки на основание следует принимать в виде равнобочной трапеции (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Эпюра расчетной нагрузки

В начале проверку условия достаточной устойчивости слабого основания определяют для условий быстрой («мгновенной») отсыпки насыпи, исходя из условия, что грунт насыпи ниже уровня воды находится в неводонасыщенном состоянии, из выражения

где – коэффициент безопасности при «мгновенной» отсыпке насыпи;

– безопасная нагрузка, отвечающая предельной величине внешней нагрузки на основание, вызывающей возникновение предельного состояния по сдвигу в наиболее опасной точке основания;

– расчетная величина внешней нагрузки при «мгновенной» отсыпке насыпи.

Безопасная нагрузка для условий быстрой отсыпки насыпи определяется по формуле

где с_нач и _нач - сцепление и угол внутреннего трения грунта слабой толщи при его природной плотности-влажности;

= – 10 – средневзвешенная плотность слабого грунта (кН/м³) с учётом взвешивающего действия воды, расположенного выше горизонта Z;

Z – глубина рассматриваемого горизонта от поверхности земли;

β – коэффициент, определяемый для трапецеидальной эпюры нагрузки в зависимости от угла j и формы эпюры нагрузки.

Коэффициент β, устанавливается по графикам рис. 10.2 в зависимости от значений j_нач V, Т,

где V=Н_сл/ в;

Т = (2в- В)/В;

В – ширина насыпи поверху;

в – полуширина насыпи понизу, равная

в =(В +2 mh_расч)/2,

где h_расч – расчетная высота насыпи;

m – коэффициент заложения откосов насыпи.

Рис. 4.2. Графики зависимости коэффициента β от j_, V, Т:

а – при j = 0°; б - при j = 5°; в – при j = 10°; г – при j = 15°; д – при j = 20°; е – при j = 30°;

1 – при 2а / В = 10; 2 – при 2а / В = 3,0; 3 – при 2а / В = 1,0; 4 – при 2а / В = 0,6;

5 – при 2а / В = 0,2

Расчетная нагрузка от насыпи трапецеидальной формы определяется по формуле

где – плотность грунта насыпи;

s – конечная осадка насыпи;

– расчетная высота насыпи.

В случае, если соблюдается условие

основание относят к I типу по устойчивости и никаких дополнительных проверок устойчивости не проводят.

В случае, если  для отнесения основания ко II или III типу определяют безопасную нагрузку при медленной отсыпке насыпи по выражению

_,

где

,

_,

где и '– условные сцепление и угол внутреннего трения, получаемые при испытании на консолидацию при нагрузке соответствующей давлению от веса насыпи;

β – тот же коэффициент, что и при расчете на быструю отсыпку, но принимаемый в зависимости от угла '.

В зависимости от численных значений коэффициентов безопасности выделяют следующие типы основания:

При одновременном соблюдении условий и основание относят к подтипу II–А, при – к подтипу II–Б, при – к III типу.

В табл. 4.2 приведены типы основания по степени устойчивости и необходимые дополнительные мероприятия для обеспечения устойчивости основания.

Таблица 4.2