Безопасную нагрузку следует определять, как для исходного состояния слабого основания (при начальных значениях прочностных характеристик), так и с учетом возможного упрочнения грунтов основания текстильно-песчаными сваями. Для слабого основания, сложенного медленно уплотняющимися водонасыщенными глинистыми грунтами, безопасная нагрузка должна определяться по СП 34.13330 и СП 22.13330 с учетом возможного нестабилизированного состояния слабых грунтов за счет избыточного давления Рпор в поровой воде.
7.1.5. При оценке возможности использования слабых грунтов в качестве
основания насыпи рекомендуется установить тип слабого основания:
I - основания, не требующие специальных мероприятий по обеспечению несущей способности;
II - основания, для обеспечения несущей способности которых достаточно только технологических мер;
III - основания, которые требуют применения специальных конструктивных мер (изменение конструкции насыпи, усиление основания или удаление слабого слоя).
Тип основания по несущей способности определяется в зависимости от коэффициента безопасности [5, 6].
Таблица 7.1 - Характеристика грунтов основания и значения коэффициента безопасности Кбез
| Кб | Кнач 1 б | Кнач 1 Ккон б б | Ккон 0, 2 б |
| Тип основания | I | II | III |
Характеристика устойчивости | Устойчивость обеспечена при любой скорости отсыпки насыпи | Устойчивость при быстрой отсыпке не обеспечена, но обеспечена при медленной отсыпке | Устойчивость не может быть обеспечена ни при какой степени консолидации |
| Преобладающие деформации грунта наиболее опасного слоя | Сжатие | При быстрой отсыпке – сдвиг (выпор); при медленной – сжатие. | Сдвиг (выпор, выдавливание) |
| Возможность использования слабой толщи в качестве основания | Можно использовать в качестве основания | Можно использовать в качестве основания при медленной отсыпке | В качестве основания использовать нельзя (необходимо удалить слабый слой) |
В случае если соблюдается условие Кб 1, основание относят к I типу, при котором возможна отсыпка насыпи без специальных мероприятий по обеспечению стабильности слабых грунтов. Если данное условие не выполняется, определяют возможность отнесения основания ко II или III типу и назначают конструктивно-технологические мероприятия по повышению несущей способности слабого основания (табл. 7.1). В качестве одного из конструктивно-технологических решений рекомендуется применение текстильно-песчаных свай.
7.1.6. В расчетах несущей способности основания насыпей допускается использовать специальные программы для ЭВМ (например, программные комплексы «Prust 2006», GEO-Slope, «Alterra» и др.). Программы предусматривают оценку несущей способности в различных точках основания с расчетом коэффициентов безопасности. Признаком обеспеченной несущей способности основания на слабых грунтах является отсутствие областей пластических деформаций, т.е. областей, где сопротивляемость грунта сдвигу ниже величины касательных напряжений от нагрузок (приложение А).
7.2. Расчет устойчивости откосов дорожных насыпей на слабых основаниях под эксплуатационными нагрузками
7.2.1. Расчет устойчивости откосов дорожных насыпей под воздействием эксплуатационной нагрузки следует выполнять в два этапа:
а) этап прогноза устойчивости откосов дорожных насыпей до начала строительства;
б) этап прогноза устойчивости откосов с учетом повышения устойчивости слабого основания за счет его упрочнения текстильно-песчаными сваями. Устойчивость откосов насыпи в соответствии с СП 34.13330, СП 22.13330 [5, 6] следует оценивать на схеме круглоцилиндрических поверхностей скольжения с расчетом коэффициента устойчивости при наиболее опасной призме обрушения. Коэффициент устойчивости:
(7.3) где R - расчетное значение обобщенной силы предельного сопротивления сдвигу, кН, определенное с учетом коэффициента надежности по грунтам;
Q - расчетное значение обобщенной активной сдвигающей силы, кН;
Kн - коэффициент надежности по назначению сооружения (ответственности сооружения);
nc - коэффициент сочетания нагрузок;
п0 - коэффициент перегрузки;
т0 - коэффициент условий работы.
7.2.2. Учет коэффициента надежности по грунтам осуществляется путем деления нормативных значений прочностных характеристик грунтов (удельного сцепления, угла внутреннего трения) на его величину, определенную в полевых или лабораторных условиях.
7.2.3. Значение коэффициента надежности по назначению сооружения Kн принимается в зависимости от уровня ответственности, к которому относится насыпь автомобильной дороги. Величина коэффициента перегрузки п0 и коэффициента сочетания нагрузок пс принимается по нормам СП 20.13330.
Полученные расчетом значения коэффициента устойчивости при проектном сочетании нагрузок не должны превышать допустимой величины более чем на 10 %.
7.2.4. Расчёт устойчивости откосов по методике [5], основанной на схеме круглоцилиндрических поверхностей скольжения, выполняют путём разбивки предполагаемого отсека обрушения на отдельные блоки, для каждого из которых находят удерживающие и сдвигающие силы от собственного веса блока в сумме с подвижной нагрузкой:
(7.4) Где i - угол внутреннего трения грунта в каждом блоке;
Ni - нормальная составляющая силы от веса блока;
Qi уд - тангенциальная удерживающая составляющая силы от веса блока;
Qiсд - тангенциальная сдвигающая составляющая силы от веса блока;
ci li - сила сцепления.
Для расчетов устойчивости откосов целесообразно использовать программные продукты для ЭВМ (приложение А). Современные программные комплексы позволяют при расчете устойчивости откосов насыпей учитывать наличие в слабом грунте текстильно-песчаных свай (приложение Б).
7.2.5. В зависимости от расчетных значений коэффициента устойчивости следует определить необходимость дополнительных мероприятий для обеспечения устойчивости откосов насыпи. Если условие формулы (7.3) не выполняется, устойчивость откосов насыпи не обеспечена, в качестве одного из эффективных конструктивно-технологических решений следует применить текстильно-песчаные сваи [18].
7.3 Комплексная технология (КТ) повышения несущей способности слабых грунтов и устойчивости насыпей текстильно-песчаными сваями
7.3.1 Необходимость повышения несущей способности слабых грунтов основания земляного полотна автомобильной дороги должна быть обоснована расчетами коэффициента безопасности Кб в активной зоне основания по п. 7.1 и приложению А и коэффициента устойчивости откосов насыпи по п.7.2 и приложению Б с учетом эксплуатационной нагрузки и уровня ответственности автомобильной дороги.
7.3.2. Применение текстильно-песчаных свай рекомендуется выполнить, как правило, в составе комплексной технологии [15].
Комплексная технология (КТ) состоит в последовательном упрочнении слабых грунтов за счет интенсификации и регулирования технологических процессов с контролем несущей способности основания и устойчивости насыпи (рисунок 1). КТ включает выполнение взаимосвязанных процессов на трех стадиях:
Стадия 1. Формирование рабочей платформы для оборудования (буровой машины или вибропогружателя) при устройстве свай и уплотнение активной зоны слабого основания;
Стадия 2. Устройство текстильно-песчаных свай для глубинного упрочнения слабого основания;
Стадия 3. Устройство гибкого ростверка – для совместной работы свай и межсвайного пространства под эксплуатационной нагрузкой.
КТ должна обеспечить нормативные требования безопасности и устойчивости насыпей, интенсивности осадок слабых оснований на стадии строительства и эксплуатации в соответствии с действующими нормативными документами по проектированию и производству работ по возведению земляного полотна (СП 34.13330, СП 48.13330 [5, 7]).
7.3.3. Повышение несущей способности грунтов и формирование рабочей платформы на первой стадии рекомендуется выполнять с применением технологического режима уплотнения грунтов виброкатками, который включает воздействие максимальной вибронагрузки на основание с целью улучшения его прочностных и деформационных характеристик. В качестве управляемых параметров виброуплотнения приняты: амплитуда, скорость движения и число проходов катка. Для работы катка, отжатия и отвода воды необходимо предварительно выполнить устройство дренажных прорезей и защитного слоя из песка, укрепленного геополотном (приложение Г).
7.3.4. Контроль несущей способности основания на первой технологической стадии следует выполнять с учетом требований п. 7.1 по допустимой вибронагрузке на слабые грунты. Допустимую технологическую нагрузку от грунтового катка Рк и защитного слоя следует проверить с помощью неравенства:
[Рк (Мк, V) + Pз ] ≤ [ Pб (с,) – Pпор], (7.5)
где Рк (Мк, V) - нагрузка от грунтового катка (кПа), зависящая от рабочей массы катка Мк , скорости его движения V и амплитуды вибрации A;
Рз – нагрузка, действующая от защитного слоя, кПа;
Рпор – поровое давление, кПа.
При оценке результатов первой стадии следует учитывать, что уплотнение грунтов приводит к повышению прочностных характеристик и соответствующему увеличению безопасной нагрузки на основание. По итогам уплотнения полевая лаборатория определяет новые улучшенные значения характеристик слабого грунта: влажности и плотности в соответствии с ГОСТ 30672; сцепления и угла внутреннего трения в соответствии с ГОСТ 20276. Технологическую нагрузку катка рекомендуется ежедневно увеличивать и поддерживать в максимально допустимом по величине Кб размере. Процесс упрочнения верхней зоны слабого основания и формирование рабочей платформы может считаться завершенным при обеспечении несущей способности оборудования (буровой машины или вибропогружателя) при устройстве свай.
7.3.5 Повышение устойчивости основания насыпей на второй технологической стадии следует производить путем устройства текстильно-песчаных свай (рис.7.1), которые обеспечивают повышение прочностных характеристик грунтов за счет дренажа и уплотнения межсвайного пространства.