автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Повышение несущей способности слабых оснований при реконструкции автомобильных дорог

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I СХХЛОЯНИЕВОПРОСА.

1.1. Актуальность проблемы строительства дорожных насыпей на слабых грунтах.

1.2. Основные задачи, возникающие при использовании слабых грунтов в качестве оснований насыпей.

1.3. Понятие о слабых грунтах.

1.4. Краткая инженерно-геологическая характеристика основных представителей слабых грунтов и их частные классификации.

1.5. Укрупненные классификации (типизация) слабых грунтов.

1.6. Особенности физико-механических свойств слабых грунтов.

1.7. Конструкции землянного полоша на переходах через болота и другие отложения слабых грунтов.

1.7.1. Общие требования к дорожной конструкции.

1.7.2. Конструкция земляного полотна выше поверхности слабой толщи.

1.'7.3 .Свайные основания.

1.7.4. Основания с вертикальными дренами.

1.8. Эффект увеличения несущей способности слабых оснований за счет устройства песчаных свай. Задачи исследований.

ГЛАВА П Теоретический анализ изменения несущей способности консолидированного слабого основания за счет внедрения грунтовых свай.

2.1. Обоснование рабочей гипотезы.

2.2. Решение плоской задачи деформирования слабого основания с грунтовыми сваями.

2.3. Характер изменения несущей способности слабого основания при устройстве грунтовых свай.

ГЛАВА Ш Результаты экспериметяльных исследований.

3.1. Аппаратура и методика исследований.

3.2. Результаты экспериментальных исследований.

3.3. Сравнение результатов теоретического анализа и экспериментальных исследований.

Актуальность темы; При капитальном ремонте или реконструкции автомобильных дорог возникает в ряде случаев необходимость увеличения несущей способности слабых оснований дорожных насыпей. Особенную актуальность данная проблема приобретает в случаях, когда требуется повышать капитальность дорожной одежды, что связано , как правило с увеличением её жесткости, и следовательно, и чувствительности к деформируемое™ земляного полотна в целом. В общем данная проблема несколько отличается от известной проблемы проектирования и строительства дорожных насыпей на слабых основаниях, поскольку в последнем случае она сводится к существенному ускорению процессов консолидации грунтов основания в целях завершения основной части накопления осадок насыпей к моменту устройства конструкций дорожных одежд. При реконструкции участков автомобильных дорог со слабыми основания на первый план выходит не ускорение осадок этих оснований, т.к они уже достаточно консолидированы под весом насыпей в период эксплуатации дороги, а требование некоторого увеличения их модуля общей деформации, в целях создания доли благоприятных условий работы дорожных одежд.

В последние годы для усиления конструкций земляного полотна на неблагоприятных участках начали применяться вертикальные щебеночные сваи, однако в настоящее время отсутствуют четкие методики их расчета. В этой связи целью диссертационной работы является разработка методических основ расчета и проектирования мероприятий, по увеличению несущей способности оснований дорожных насыпей с помощью грунтовых свай. Научная новизна работы: состоит в атом, что на основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований:

• Установлено, что слабое основание дорожных насыпей с учетом конструкций грунтовых свай можно рассматривать как композитное основание, которое обладает свойствами как грунта слабого основания, так и свойствами грунта свай (песок, щебень и т.п.);

• Установлено, что характер изменения несущей способности слабого основания по мере насыщения его грунтовыми сваями в целом является нелинейной функцией, однако в диапазоне реальных межсвайных расстояний зависимость роста несущей способности от степени насыщения основания сваями может быть принята за линейную функцию;

Установлено, что эффективность использования грунтовых свай в качестве мероприятия по повышению несущей способности слабых оснований зависит от соотношения прочностных параметров грунта, используемого для устройства свай, и грунта, слагающего слабое основание, причем 2см выше эта разница, тем выше эффективность данной конструкции. Практическая ценность работы: состоит в разработке научных основ оценки ожидаемой эффективности использования грунтовых свай в качестве конструктивно-технолического мероприятия по увеличению несущей способности земляного полотна на не благо приятных основаниях при реконструкции автомобильных дорог.

Апробация работы: Основные научные положения и результаты диссертационной работы докладывались автором на 59 - 60 научно -методических и научно-исследовательских конференциях МАДИ(1 ТУ) - 2000 -2001гг.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1. АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ СТРОИТЕЛЬСТВА ДОРОЖНЫХ НАСЫПЕЙ НА СЛАБЫХ ГРУНТАХ.

Актуальность проблемы строительства дорог в сложных условиях, в местах распространения специфичных видов грунтов (торфяные и органоминеральные отложения, илы различного происхождения, иольдиевые глины, мокрые солончаки и т.п.) не потеряла своей актуальности и в настоящее время.

Избыточное увлажнение, низкая несущая способность, высокая сжимаемость и другие неблагоприятные свойства таких грунтов существенно осложняют и удорожают строительство дорог.

Со слабыми грунтами в качестве интразональных образований приходится встречаться на переходах через поймы рек, лиманы, озера, старицы, береговые приморские территории.

Строительство дорог на участках залегания слабых грунтов -комплексная многоплановая проблема, в состав которой входят исследование свойств грунтов и условий их образования, учет специфики работы дорожных конструкций, особенностей технологии производства работ.

Первые плодотворные шаги в решении этой проблемы были сделаны еще в тридцатые годы хх века когда лишь начиналось строительство современных автомобильных дорог в россии. Российская школа дорожного грунтоведения, основателями которой были М.М. Филатов, В.В. Охотин, Н.Н.Иванов, А.Ф.Лебедев, Н.В.Орнатский, внесла существенный вклад в познание водно-физических свойств грунтов, способствовала прогрессу в различных отраслях строительства.

Выполненные в эти годы под руководством Н.Н.Иванова работы Н.П.Кузнецовой, Л.А.Братцева, А.А.Арсеньева, В.Ф.Бабкова, обеспечили решение многих вопросов, возникших в то время в практике дорожного строительства.

В железнодорожном строительстве близкие задачи решали К.С.Ордуянц, Н.Н.Сидоров, Г.М.Шахунянц, а позднее И.И.Викторов, А.А.Ткаченко, И.И.Канатов.

Исследования, проведенные на этом первом этапе, долгое время служили основой практических рекомендаций, нормативных документов.

Проблема строительства дорог на слабых грунтах приобрела особую остроту в начале 60-х годов в связи с созданием транспортной сети для освоения богатых природных ресурсов Севера европейской части бывшего СССР и Западной Сибири. Только в нефтеносных районах Тюменской области, где заболоченность достигает 90%, потребовалось проложить сотни километров автомобильных дорог с капитальным покрытием.

В центральных районах страны возникла тенденция к сокращению отвода для дорог земель, пригодных для сельского хозяйства, что потребовало отказа от существовавшей прежде практики обхода мест с неблагоприятными инженерно-геологическими условиями.

Повышение требований к капитальности покрытий, к улучшению транспортно-эксплуатационных характеристик не позволяло применять упрощенные и недостаточно надежные инженерные решения эмпирического характера.

Требованиям строительства перестали удовлетворять нормативные документы того времени, которые в большинстве случаев ориентированные на удаление слабых грунтов из основания земляного полотна дорог с усовершенствованными покрытиями. При значительной протяженности участков со слабыми грунтами это приводило к резкому увеличению объемов земляных работ, а, следовательно, к росту трудоемкости и стоимости.

Существенное удорожание работ и, что не менее важно, низкие темпы строительства стимулировали поиски новых путей решения проблемы. В эти годы возникло и стало успешно развиваться новое направление исследований, основанное на гипотезе о возможности и целесообразности использования слабых грунтов в основании земляного полотна при условии, что конструктивные и технологические решения будут учитывать специфику свойств и условий залегания этих грунтов.

Системный подход к анализу различных природных факторов давал возможность при определении наиболее рациональных конструктивных решений и критериев расчета использовать технико-экономические методы.

Развитию нового направления способствовали как обобщение накопленного ранее практического опыта, так и успехи в теории механики грунтов, инженерной геологии, грунтоведение, реологии и физико-химической механики.

Существенный вклад в развитие этих областей знаний, внесли советские ученые Н.М.Герсеванов, Н.Н.Маслов, М.Н.Гольдпггейн, В.А. Флорин, Н.А.Цытович, Б.В.Дерягин, П.А.Ребиндер, Е.М.Сергеев, С.С.Вялов, Ю.К.Зарецкий. а также зарубежные исследователи К.Терцаги, Л.Лемб, А.Бишоп, Р.Пек, А.Скемптон и другие.

Важное значение имело развитие исследований в области использования слабых грунтов в основаниях строительных сооружений, выполненных в гидротехническом и мелиоративном строительстве (К.П.Лундин, И.И.Вихдяев, П.А.Дрозд, А.М.Силкин и другие), промышленном и гражданском строительстве (Б.ИДалматов, М.Ю.Абелев, Н.Н.Морарескул, А.С.Строганов и другие), а также по изучению свойств различных слабых грунтов (Л.С.Амарян, И.М.Горькова, С.С.Корчунов, Н.Я. Денисов, И.И.Липггван, Г.В.Сорокина, А.К.Ларионов и др.).

Применительно к задачам современного дорожного строительства в составе нового направления исследований широкий круг вопросов, связанных с устройством переходов через торфяные болота, рассмотрен в работах И.Е.Евгеньева, В.Д. Казарновского, Д.М. Доброва, В.Н. Яромко и др.

Разработка инженерных конструкций и методов расчета оснований на слабых грунтах в эти годы интенсивно проводилась в США. (L.Casagrande, w.web ег и др.), в Канаде (K.Anderson, i.Mac Fariane, R.Redforth), в Швейцарии (A.Moos, f.j aeckiin и др.), во Франции (f.Bourges, g.Piiot и др.), в ФРГ (r.fioss, A.Ducker и др.) , в Нидерландах, в Японии и других странах.

Исследования различных типов слабых грунтов, разработка и обоснование расчетных методов выполнены В.Д.Казарновским.

Вместе с тем общий уровень и интенсивность внедрения этих разработок остаются пока что низкими и новые решения применяются недостаточно.

Общие выводы

1. При реконструкции автомобильных дорог в качестве эффективного мероприятия, направленного на увеличения несущей способности оснований дорожных насыпей на неблагоприятных участках может быть рекомендовано устройство сети вертикальных грунтовых свай с заполнением их песком, гравийно-песчаной смесью, либо щебнем;

2. При устройстве в слабом основаним грунтовых свай это основание приобретает свойства, которые определяются степенью его насыщенности грунтовыми сваями и могут быть охарактеризованы как композитного основания, т.е. основания, обладающего смешенными свойствами слабого грунта и грунта свай;

3. Увеличение несущей способности основания дорожных насыпей по мере насыщения его грунтовыми сваями наблюдается лишь в том случае, если прочностные характеристики грунта свай оказываются выше прочностных параметров (угол трения, сцепление) грунтов основания;

4. В целом нарастание несущей способности основания сваями в пределах 10 — 15% степени его насыщенности сваями может быть принято за линейную зависимость;

5. При назначении параметров и количества грунтовых свай в слабом основании следует исходит из того, что на каждые 5% прироста насыщенности основания грунтовыми сваями приходится от 10 до 15% снижения его деформируемости и возрастание модуля деформации от 2-х до 3-х раз.

1. Абелев М.Ю."Слабые водонасыщенные глинистые фунты как основания сооружений", М., Стройиздат, 1973, с. 288.

2. Амарян ЛС. "Полевые приборы для определения прочности и плотности слабых грунтов", М., "Недра", 1966, с.64.

3. Амарян Я С. "Прочность и деформируемость торфяных грунтов", М:, "Недра", 1969, с. 193.

4. Вопросы проектирования и сооружения земленого полотна на слабых грунтах, "Труды Союздорнии", вып. 65, 1973. с.216.

5. Воприсы сооружения и эксплуатации насыеи на оолотах, соорникстатей (Ком. по земляному полотну при научно-техническом совете МПС и Техн. Совете Минтрансстроя), Москва, "Транспорт", 1965т., стр. 160.

6. Гольдпггейн М.Н. "Механические свойства грунтов", М., Стройиздат,1971,с.368.

7. Гольдштейн М.Н. "Механические свойства грунтов", М., Стройиздат, 1973,с.376.

8. Горькова И.М. "Теоретические основы оценки осадочных пород винженерно-геологических целях", М., "Наука", 1966, с. 136.

9. Дрозд ПА. "Сельскохозяйственные дороги на болотах", Минск, "Урожай", 1966,с. 168.

10. Евгеньев НЕ. "Земляное полото с вертикальными дренами на болотах", М., "Транспорт", 1964, с.76.

11. Евгеньев И.Е. Строительство автомобильных дорог через болота", М., Транспорт, 1968, с.220.;

12. Малинин Н.И. "Исследование реологических свойств торфа-пониженой влажности", "Труды Московского торфяного института",; 1957г., вып. № 1, етр.37-42.

13. Маслов Н.Н. "Прикладная механика фунтов", М., Машстройиздат, 1949, с.328.

14. Маслов Н.Н. "длительная устойчивость и деформация смещения подпорныхсооружений" Москва, "Энергия", 1968г, стр.160.

15. Морарескул Н.Н. "Методы устройства оснований и фундаментов в торфяных грунтах". Л., 1973, с.40 (Ленинградский дом научн.-техн. пропаганды).

16. Эстакады на автомобильных дорогах, сооружаемых в заболоченных районах. Техническая информация, Москва, 1970г, стр.48.

17. Barron R.A. Consolidation of fine grained soils by drain wells. J. Soils Mech.

18. ASCE, June, 1947г., стр.811-835.

19. A.Kipp Moorsprengimgen bei bau der Holland. "Strasse und Auctobalin" ("Улицыи автобаны"), 1965г., 16, №5 стр. 135-160.

20. A. Moos. Scweizerishe Erfahrungen im Strassenban aiif Torf. "Strabe imd Autobahn", 1964r„ 16, №8, стр. 273-278.

21. МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-Д0Р0ЖНЫЙ ИНСТИТУТ (ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)126310, Москва, Ленинградский проспект, дом 04 теяафам:, 151-64-12 ректор Факс: 1B1-BS-65

22. Дана аспиранту кафедры «Инженерная геология и геотехника» Московскогоавтомобильно-дорожного института (Государственнрого универстета) Айад

23. Каменская в Егорьевском районе» Д150101 VK30000 (руб.) срок 1.10.013112.01. заказчик: Мосавтодор.

24. Lj^hJLtJkm ЛЗ^Ш^Л э А В К Ад.'=.

25. Проректор МАДИ(ГТУ), профессор, докт.техн. наук1. В. П. Носовj1. РОССИЙСКИ 3госуда! -БИБЛИОТЕКА1. ПМШ5 £ - Q2