L – расстояние между осями свай; Dвл – диаметр влияния одной текстильно-песчаной сваи; Fгр – площадь влияния одной текстильно-песчаной сваи; Fсв – площадь сечения текстильно-песчаной сваи Рисунок 7.1 - Схема армирования слабого основания
Улучшение прочностных и деформационных характеристик грунта в зоне уплотнения приводит к увеличению несущей способности грунтов, что позволяет передать на модифицированные грунтовые основания большие нагрузки. Заполненные дренирующим грунтом сваи одновременно выполняют функцию вертикальных дрен по ускорению процесса консолидации водонасыщенных грунтов за счёт сокращения пути фильтрации воды, отжимаемой из слабой толщи [6, 16]. Для обеспечения прочности межсвайного пространства следует принять величину сближения свай m (определяется отношением диаметра свай dсв к расстоянию между ними l) по условию п. 7.1 обеспечения несущей способности грунта межсвайного пространства (коэффициент безопасности Кб ≥ 1,0), при котором вертикальные напряжения в межсвайном пространстве меньше безопасной допустимой нагрузки на слабые грунты в каждой точке основания. При размещении текстильно-песчаных свай необходимо исключить возможность воздействия на них боковой нагрузки.
Величина сближения свай m непосредственно определяет коэффициент армирования слабого основания и влияет на уплотнение грунтов межсвайного пространства. Плотность слабого грунта после устройства текстильно-песчаных свай методом вибропогружения:
ρсв = ρн ·(1+ a ), (7.6)
где ρн – начальная плотность слабого грунта, г/см3;
a - коэффициент армирования слабого основания текстильно-песчаными сваями, определяемый по формуле:
α = Fсв ·(1+Кро) / Fгр , (7.7)
где Fсв – площадь сечения текстильно-песчаной сваи принятого диаметра, м2;
Кро – коэффициент увеличения площади текстильно-песчаной сваи при расширении геооболочки;
Fгр – площадь влияния (зоны действия) текстильно-песчаной сваи, м2.
При устройстве текстильно-песчаных свай методом бурения межсвайное пространство уплотняется только за счет расширения оболочки, начальную плотность грунта следует умножить на Кро.
Повышение прочностных характеристик слабого грунта в зависимости от уплотнения после устройства свай следует определять по методике «плотность- влажность» [5, 6].
7.3.6. Предварительная ориентировочная оценка возможной степени повышения несущей способности (относительного повышения начального модуля деформации) однородного слоя слабого грунта, причем, только за счет устройства ТПС в зависимости от их конструкции и коэффициента армирования основания, может быть выполнена также с учетом [21].
7.3.7 По результатам второй стадии комплексной технологии необходимо выполнить проверку устойчивости насыпи, несущей способности слабых грунтов основания под эксплуатационной нагрузкой и конечной осадки основания по методике расчета п.7.1, п.7.2, 7.4 и приложения Б настоящего ОДМ. Если условия устойчивости не выполняются, следует применить третью стадию комплексной технологии.
7.3.8. Третья стадия КТ предназначена для устройства гибкого ростверка. Она включает укладку прослойки из геосинтетического материала над сваями, устройство защитного слоя из песка и виброуплотнение в режиме интенсивной технологии. В качестве исходных данных следует принять фактические физико-механические характеристики слабых грунтов, улучшенные в результате первой и второй стадий комплексной технологии. Методы технологического регулирования на третьей стадии заключаются в выборе параметров геосинтетического материала и режимов уплотнения для формирования гибкого ростверка, обеспечивающего распределение эксплуатационной нагрузки на сваи и разгрузку межсвайного пространства до допустимого по коэффициенту безопасности Кб значения.
7.4. Расчет максимальных осадок и усилий в текстильно-песчаных сваях и гибком ростверке на слабом основании земляного полотна
7.4.1. Расчет усилий в текстильно-песчаных сваях и гибком ростверке
7.4.1.1. Расчет усилий в текстильно-песчаных сваях, межсвайном пространстве и гибком ростверке предназначен для оценки несущей способности и влияния свай на прочностные и деформационные характеристики слабого основания. Усилие, возникающее в свае от расчетных нагрузок, действующих на слабое основание, зависит от распределения эксплуатационной нагрузки между сваями и межсвайным пространством в основании земляного полотна. Расчетная нагрузка, передаваемая на сваю Рсв, определяется по формуле:
Рсв = Ро (1 – Pz / P0), (7.8)
где Pz - нагрузка, действующая на межсвайное пространство, кПа;
Ро – полная эксплуатационная нагрузка, кПа.
Распределение эксплуатационной нагрузки Pz /Pо следует принимать по таблицам [6] в зависимости от сближения свай m, коэффициента бокового давления песка свай Кбo, бокового расширения грунта основания Кбгр и относительной осадки основания λ.
7.4.1.2. Значение передаваемой по п. 7.4.1.1 на сваю нагрузки, должно быть меньше несущей способности сваи Рсв с учетом коэффициентов условий работы, надежности по назначению (ответственности) сооружения и надежности по грунту, принимаемых в соответствии с требованиями СП 24.13330.
При определении горизонтальных напряжений, действующих на межсвайное пространство от текстильно-песчаных свай в соответствии с п.7.3, необходимо учитывать реактивные напряжения от слабого грунта и геооболочки сваи. Общая величина напряжений Pсг, действующих от текстильно-песчаной сваи составляет [19]:
Pсг = Px – Рсл – Рго, (7.9)
где Px – горизонтальные напряжения, возникающие в текстильно-песчаной свае, кПа, определяемые по таблицам [6, приложение В];
Рсл – реактивные горизонтальные напряжения, действующие от слабого грунта, кПа и определяемые по формуле:
(7.10) αz – коэффициент, зависящий от относительной глубины расположения рассматриваемого горизонта, определяемого по СП 22.1333;
Kбгр – коэффициент бокового расширения слабого грунта;
Рго - удерживающие горизонтальные напряжения, действующие от геооболочки, кПа и определяемые согласно методике [20] по формуле:
, (7.11) где J - прочность в поперечном направлении геооболочки для текстильно- песчаных свай, кН/м;
rго - радиус текстильно-песчаных свай, м;
lго - длина окружности текстильно-песчаных свай, м;
Δrго - увеличение радиуса текстильно-песчаных свай после прохождения осадки, м, определяемая по формуле:
(7.12) где dсв - диаметр текстильно-песчаных свай, м;
Px – тоже, что в формуле (7.9), кПа;
Ег – модуль деформации слабого грунта при боковом давлении, кПа;
Кбo - коэффициент бокового давления заполнителя геооболочки.
dсв – диаметр сваи; Рc, Рz – нагрузка на сваю и на межсвайное пространство;
Рх,Рсл – напряжения, возникающие в свае и слабом грунте
Рисунок 7.2- Параметры влияния текстильно-песчаных свай на межсвайное пространство
7.4.1.3. Характеристики геополотен для геооболочки для текстильно- песчаных свай подбирают по методике [4] в зависимости от горизонтальных напряжений, возникающих в текстильно-песчаной свае Рx, определяемых в п. 7.4.2. ОДМ.
Прочность геополотна геооболочки проверяется, исходя из условия обеспечения неравенства [4]:
T ≥ FR , (7.13)
где T - долгосрочная прочность на разрыв геополотна геооболочки, кН/м;