автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Совершенствование конструкций и методов расчета армированной грунтовой насыпи дорожного полотна

На правах рукописи

Григорьев-Рудаков Константин Владимирович

003469513

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ И МЕТОДОВ РАСЧЕТА АРМИРОВАННОЙ ГРУНТОВОЙ НАСЫПИ ДОРОЖНОГО ПОЛОТНА

Специальность 05.23.11 - Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград, 2009

7 4 'Ш 2239

003469513

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Кашарина Татьяна Петровна

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Добров Эдуард Михайлович, ГОУ ВПО «Московский государственный технический университет (МАДИ)»

доктор технических наук, профессор Цветков Владимир Константинович, ГОУ ВПО «Волгоградский государственньш архитектурно-строительный университет»

Ведущая организация: Кубанский государственный

аграрный университет

Защита состоится «28» мая 2009 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.026.04 в ГОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу: 400074, г. Волгоград, ул. Академическая, 1, ауд. Б-203

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета.

Автореферат разослан «

Ученый секретарь диссертационного совета

» апреля 2009 г.

Т.К.Акчурин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Рост количества, интенсивности и скорости движения автомобилей предъявляет .к дорожному строительству повышенные требования. Удельный вес федеральных автомобильных дорог в РФ, работающих с превышением нормативной нагрузки, составляет 17%, а 40 % -не отвечают требованиям безопасности дорожного движения по техническому состоянию, в т.ч. по устойчивости откосных частей земляного полотна, обеспечивающих их надежность и безопасность. В числе задач технического прогресса по транспортной стратегии России важная роль принадлежит совершенствованию методов проектирования, строительства и реконструкции земляного полотна. Одним из способов его усиления, обеспечения прочности и устойчивости является применение армирования грунтовой насыпи.

В трудах отечественных ученых (Т.П. Кашариной, Г.М. Скибина, К.Ш. Шадунда, Е.В. Щербиной, Г.М. Каганова, О.Ю. Ещенко и др.) проблеме армирования конструкций уделено значительное внимание. Впервые армирование грунта разработано и применено Г. Видалем в 60-х годах XX в. Опыт применения армированного грунта в зарубежной и отечественной практике показывает его эффективность по сравнению с традиционными сооружениями. Анализ динамики армированных конструкций с применением композитных материалов свидетельствует о дальнейшем применении их в дорожном строительстве.

В связи с этим становится актуальной задача по совершенствованию таких конструкций и созданию на их основе методов расчета, технологий строительства и диагностики. Решение проблемы включено в направление развития технологии транспортных систем РФ до 2015 года и Федеральную целевую программу «Модернизация транспортной системы России (2002т201 От)».

Объект исследования — мосгопереход в г. Новочеркасске Ростовской области.

Предмет исследования - усовершенствованные конструкции, методы расчета армированной грунтовой насыпи дорожного полотна автомобильных дорог с применением композитных материалов.

Цель работы - разработка технических решений и инженерного метода расчета армирования грунтовой насыпи дорожного полотна автомобильной дорога с применением композитных материалов.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

- анализ современного состояния армированной грунтовой насыпи дорожного полотна автомобильных дорог;

- исследование влияния различных факторов на напряженно-деформированное состояние и надежность грунтовой насыпи дорожного полоша автомобильной дорога;

- математическое моделирование процесса разрушения армированной насыпи мостоперехода, сооруженной из разных типов грунтов;

- экспериментальные исследования несущей способности армированной насыпи мостоперехода с равномерной и неравномерной нагрузкой;

- разработка рекомендаций по устройству системы армированной грунтовой насыпи дорожного полотна автомобильных дорог с применением композитных материалов.

Методы исследования включали:

- натурные обследования (полевое и камеральное) мостоперехода, не отвечающего требованиям надежности и безопасности;

- математическое моделирование выявления устойчивости армированной грунтовой насыпи мостоперехода;

- методы теории упругости (метод конечных элементов - при математическом моделировании);

- физический эксперимент определения и сопоставления данных по устойчивости армированной грунтовой насыпи дорожного полотна.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработаны технические решения, обеспечивающие надежность и безопасность армированной грунтовой насыпи дорожного полотна автомобильных дорог, в том числе новое техническое, инженерное решение 1рутшрмирокшною элемента с учепм положительного решения на патент №2007129451/(032065) от 31.072007г.;

- созданы модели для изучения процессов влияния параметров армирования на устойчивость грунтовой насыпи дорожного полотна автомобильной дороги;

- определены оптимальные параметры армирования грунтовой насыпи мостоперехода с лицевой стенкой, выполненной единым полотнищем и высотой армирования в диапазоне от 2 до 6 м с равномерной и неравномерной нагрузкой, для различных типов грунтов;

- разработан инженерный метод расчета с учетом усовершенствованной конструкции армированной фунтовой насыпи дорожного полотна мостоперехода.

Методологическая база исследования основывается на методах теории упругости с применением программного комплекса PLAXIS BV P.O. BOX. 572. 2600 AN. DELFT THE NETHERLANDS version 7.1. Экспериментальные исследования выполнены в соответствии с принятой методикой проведения физического эксперимента, а обработка результатов осуществлялась методами математической статистики с применением ПЭВМ.

Достоверность исследования. Результаты, основные выводы и рекомендации, приведенные в диссертационной работе, базируются на основных положениях механики грунтов и подтверждены необходимым объемом исследований, обеспечивающим возможность статистического анализа результатов. Методика натурных исследований соответствует действующим строительным нормам, анализ полученных результатов соответствует современным требованиям. Приборы и установки, используемые при проведении исследований, метрологически аттестованы.

Теоретическая значимость исследования заключается в разработке классификации грунтоармированных конструкций, получении эмпирических зависимостей изменения прочностных и деформационных характеристик

армированной грунтовой насыпи мостоперехода; выявлении метода оценки надежности всей технической системы в целом.

Практическая ценность работы состоит в том, что разработанные инженерный метод, новые технические решения грунтоармированных элементов и рекомендации используются в практике проектирования и строительства объектов дорожного хозяйства.

Реализация результатов работы: разработанный инженерный метод расчета грунтоармированной насыпи и рекомендации по её возведению были использованы в технико-экономических обоснованиях при строительстве, реконструкции автомобильных дорог «Завода по производству блоков из газобетона» мощностью 420 тыс.м в год в составе базы стройиндустрии г. Усть-Лабинска Краснодарского Края и 216 км а/д «Темрюк-Краснодар-Кропоткин» в Усть-Лабинском районе Краснодарского края Ростовской области.

Апробация работы. Исследование выполнено на кафедре «САПР объектов строительства и фундаментостроения» по тематическому плану Министерства образования и науки РФ «Развитие научного потенциала высшей школы» в рамках научного направления Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехшиеского института) «Компьютерная оптимизация, ресурсосберегающие расчеты и управление состоянием строительных конструкций и оснований зданий и сооружений» (руководитель направления проф., д.т.н. Ю.Н. Мурзенко).

Основные положения работы обсуждались на Международных научно-праюгических конференциях «Обследование и эффективная эксплуатация объектов строительства и предприятий коммунального хозяйства» (Новочеркасск, 2004); «Проблемы геологии, полезных ископаемых и рационального недропользования» (Новочеркасск, 2005); Международной конференции «Городские агломерации на оползневых территориях.» (Волгоград, 2008); Всероссийской научно-производственной конференции «Информационные технологии в образовании и консультационной деятельности в сельскохозяйственном производстве» (Росгов-на-Дону, 2008).

Материалы диссертации докладывались также на заседаниях кафедры «САПР объектов сфотельогаифундамапссхросшга» (Новочеркасск 2007, 2008).

Па защиту выносятся:

- основные результаты экспериментальных исследований влияния параметров армирования на устойчивость армированной грунтовой насыпи с лицевой стенкой, выполненной единым полотнищем и высотой армирования до 6м с равномерной и неравномерной нагрузкой;

- результаты математического моделирования влияния параметров армирования на устойчивость усовершенствованной конструкции армированной грунтовой насыпи, возведенной из разных типов грунтов;

- инженерный метод расчета армированной грунтовой насыпи дорожного полотна автомобильной дороги;

- основные выводы и рекомендации, полученные в результате анализа выполненных исследований.

Публикации. Основные результаты диссертации отражены в 12 печатных работах, в т.ч.: 1 монографии, 10 научных статьях - 3 из которых опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 1 патент. Общий объем публикаций 10,78 печатных листов.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем диссертации 152 страницы машинописного текста, включая 139 рисунков, 30 таблиц, список литературы из 129 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертации, поставлена цель и задачи исследования; раскрыты его научная новизна, теоретическая и практическая ценность, а также основные положения, вынесенные на защиту.

В первой главе проведен анализ современного состояния автомобильных дорог, конструкций из армированного грунта и методов расчета; раскрыты особенности работы грунтовой насыпи дорожного полотна с применением армированного грунта. Показано, что методами расчета устойчивости грунтовой насыпи, откосов и склонов занимались отечественные и зарубежные ученые: В.Ф. Бабков, AJH. Богомолов, М.Н. Гольдштейн, Н.М. Герсеванов, В.К. Цветков, НА. Цытович, Г.М. Шахунянц, В.В. Соколовский, В.Д Казарновский, В.А. Волосухин, ЮН Мурзенко, НН Маслов^, ЮМ Львович, К Терцага, В. Ренкин, Купон и др. Особенности поведения армированного грунта исследуют: Г.М. Каганов, Н.И. Шералиев, KILL Шадунц, OJL Ещенко, ВД. Казарновский, Т.П. Кашарина, Д.В. Кашарин, Г.М. Скибин, JI.M. Тимофеева, А.Н. Тетиор, Е.В. Щербакова, Е.В. Щербина, Г. Видаль, К.Д. Джоунс, К.Л. Ли, И. Юран, Ф. Шлоссер, Д.П. Маккитрик, Н.Т. Лонг, Т.С. Инголд, М. Саито, С. Дункан и др. В работе подробно описаны конструкции армогрунта и требования к грунтам засыпки; представлены экспериментальные данные по использованию глинистых грунтов в конструкциях из армогрунта; описаны исследования трения арматуры и грунтов засыпки; приведены рациональные схемы использования армогрунта в дорожном строительстве.

Во второй главе представлены результаты исследования влияния различных факторов на напряженно-деформированное состояние и надежность грунтовой насыпи дорожного полотна автомобильной дороги.

На основании ретроспективного и натурного анализов основных разрушений мостоперехода по спуску Герцена в г. Новочеркасске (1981, 1993, 2001, 2007 гг.) было составлено «дерево отказов» грунтовой насыпи дорожного полотна и определен ее физический износ (рис. 1,2).

Физический износ элемента системы определялся по следующей зависимости: Фк=1Ф1 -Pi /Рк, (1)

где Фк-физический износ системы;

Ф| - физический износ элемента системы; Р | - размеры поврежденного участка; Р-к - размер всей конструкции; П - число поврежденных участков.

1 - чсадг-а.; 5 — Г^ид-ованис; 3 _ лрфодосщин, асгжтзаю« ¡даоса, рлюр^зюася; 4-■фяюя&а; f £ -Яй^далдсд тстди^р«;7 - жфпрммр«*» т^кчитаза; $

- годавмя; Й ».«менте«; и -рд*рул»о« Бегом»«» >да«ки>*; 12 -

Рис. 1. «Дерево отказов» армированной фунтовой насьпш дорожного полотна

Произведена оценка общего состояния надежности мостоперехода по формуле:

РДО ^ЗП + РПС + РКДН + РрЗП РМО

п ' ( }

где Рдо, Рзт Р„а Ркдн, Р03„ ,РМ0 - показатели качества содержания элементов дороги: дорожной одежды, грунтовой насыпи, подпорных стенок, конусов грунтовой насьгпи, откосов грунтовой насыпи, мостовых опор; п - число оцениваемых элементов.

■ современное состояние

■ оценка состояния по 5 бальной шкале

Рис. 2. Состояния надежности каждого элемента мостоперехода: Рдо - дорожная одежда, Рзп - грунтовая насыпь. Рпс - подпорные стенки, Ркдн - конусы грунтовой насыпи, Розп - откосы грунтовой насыпи, Рмо - мостовые опоры

В ходе исследования были разработаны классификация фунтоармированных сооружений автомобильных дорог (рис.3) и усовершенствованы технические решения по обеспечению надежности и безопасности работы грунтовой насыпи дорожного полотна мостоперехода с применением композитных материалов, в том числе с учетом положительного решения на патент №2007229451/(032065) от 31.07.2007 г. (рис. 4).

Разработана блок-схема расчета грунтоармироватшого элемента сооружения из композитного материала для обоснования основных параметров армированного грунта.

Рис.3. Классификация грунтоармированных сооружений автомобильных дорог

Рис.4. Технические решения по применению грунтоармированных элементов в автодорожном строительстве: 1 - лицевая стенка из композитного материала; 2 - насыпной грунт; 3 - армолента; 4 -анкерные блоки; 5 - гибкие связи; 6 - дренажное устройство.

В третьей главе, посвященной математическому моделированию процесса разрушения армированной грунтовой насыпи мостоперехода, описана модель мостоперехода и представлены результаты моделирования.

Было проведено более 300 математических экспериментов, в ходе которых исследована устойчивость модели, возведенной из разных грунтов (насыпной грунт, глина, суглинок, лёс) и при разных параметрах армирования (рис. 5).

А Б

Рис.5. Геометрические модели грунтовой насыпи дорожного полотна а/д: А - Нагрузка передается через одинарный штшлп при параметрах армирования к-0.5м; 1-бм. Б - Нагрузка передается через двойной штамп при параметрах армирования И-1м; 1-бм. В «Рекомендациях по оценке надежности строительных конструкций зданий и сооружений...» (М., 2001) допустимыми считаются отклонения лицевой стенки армированной грунтовой насыпи в пределах от 0,2 м до 0,4 м. Нами была принята оценка устойчивости в зависимости от относительных

- с ^

перемещении 8„ = , а также расчетная схема, представленная на рис. 6,

Н

где 5„ - является результатом лицевой стенки к её высоте Н.

5 тах^О.гм

отношения максимальных перемещений

Рис 6. Расчетная схема для определения устойчивости армированной грунтовой насыпи мостоперехода:

1 - армолента; 2 — грунтовая насыпь; 3 - лицевая стенка; 4 - дорожное полотно.

В соответствии с методикой оценки устойчивости принимаем, что устойчивость В = 70% соответствует предельному состоянию надежности сооружения и максимальному перемещению гибкой подпорной стенки §юах = 0,2 м при Н = 4 м.

В результате проведенного математического моделирования, обработки данных методом наименьших квадратов с помощью программы EXCEL 2003 получены эмпирические зависимости и коэффициенты, позволяющие в строительной практике рассчитывать и выбирать диапазоны армирования (h и I) с обоснованием устойчивости грунтоармированного массива для следующих грунтов: песок, насыпной грунт, глина, суглинок, лёс. Общую эмпирическую зависимость можно записать в следующем виде:

где В -оценка надежности: h

соотношение параметров армирования;

(К/,К2,Кз> ~ эмпирические коэффициенты (табл. 1).

Таблица 1

Сводная таблица коэффициентов апроксимирующей функции

Наименование грунта (параметр армирования по высоте) Армирование по длине тш/тах метр Соотношение параметров армирования Ы1 Коэффициенты М / В Достовер ность Ш аипрокси мации

К1 К2 КЗ

НАСЫПНОЙ ГРУНТ

насыпной грунт (параметр армирования 0,4м) от 3 до 5м 0,1333 до 0,08 -92089 19753 -974,94 0,8

насыпной грунт (параметр армирования 0,6м) от 5,5 до 7,5м 0,11 до 0,08 -367392 69100 -3147,9 0,8

насыпной грунт (параметр армирования 0,8м) от 3,5 до 5,5 0,228 до 0,145 -41619 15385 -1325,2 0,74

насыпной труит (параметр армирования 1м) от 3,5 до 4,5 0,286 до 0,222 -73025 36924 -4581,8 0,93

ПЕСОК

песок (параметр армирования 0,4м) от 3 до 5м 0,1333 до 0,08 -73949 16308 -807,53 0,86

песок (параметр армирования 0,6м) от 3 до 5,5м 0,2 до 0,11 -21612 7118,7 -492,03 0,84

песок (параметр армирования 0,8м) от 4,5 до 5,5м 0,177 до 0,145 -282737 91126 -7256,5 0,94

песок (параметр армирования ¡м) не рекомендуется - - - - -

СУГЛИНОК

суглинок (параметр армирования 0,4м) от 4,5 до 5,5м 0,089 до 0,07 -997292 160713 -6400,4 0,96

суглинок (параметр армирования 0,6м) от 3,5 до 4,5м 0,17до0,!33 -202848 61541 1383 0,93

суглинок (параметр армирования 0,8м) от 3,5 до 5,5м 0,228 до 0,145 -43505 16028 -1383 0,86

суглинок (параметр армирования 1м) от 4,5 до 6,5м 0,222 до 0,154 -66813 25035 -2253,8 0,94

ГЛИПА

глина (параметр армирования 0,4м) не рекомендуется - - - - -

глина (параметр армирования 0,6м) от 3 до 4,5м от 0,2 до 0,133 -36686 12056 -939,87 0,82

глина (параметр армирования 0,8м) . не рекомендуется - - - -

глина (параметр армирования 1м) от 5 до 7м сгт0,2 до 0,143 -74035 25088 -2051,7 0,88

ЛЁССОВЫЙ ГРУНТ

лее (параметр армирования 0,4м) не рекомендуется - - - -

лес (параметр армирования 0,6м) от 4 до 5м от 0,15 до 0,12 -248155 66438 -4378,1 0,91

лес (параметр армирования 0,8м) от 3 до 5,5м от 0,266 до 0,145 -14287 5721,5 -507,37 0,85

лйс (параметр армирования 1м) СП1 6 до 7м от 0,166 до 0,143 -413360 127404 -9747,6 0,9

и

В четвертой главе, посвященной экспериментальным исследованиям несущей способности армированной насыпи мостоперехода, выделены критерии подобия для моделирования армированного грунта при статистических воздействиях; описаны использованные лабораторная установка и оборудование; приведены результаты экспериментальных исследований, в ходе которых установлено влияние параметров армирования и грунта засыпки на прочностные свойства модели. Представлена разработанная нами инженерная методика расчета армированной грунтовой насыпи дорожного полотна мостоперехода.

Исследования работы грунтовой насыпи автомобильной дороги в условиях плоской деформации проводились на испытательном стенде, представленном на рис. 7.

Рис 7. Испытательный стенд плоской деформации: 1. Лоток 2. Штамп 3. Шток 4. Втулка 5. Сектор 6. Ось сектора 7. Рама 8. Основание 910. Регулировочные винты 11. Грузы 12. Колодка 13. Траверса 14. Стопорные винты 15. Прижимные винты 16. Продольный шарнир 17. Измерительная рейка 18.

Профиль 19. Стрелка 20. Траверса ИЧ.

2.

Опыты на стенде плоской деформации проводились по следующей методике. Градуировка стенда осуществлялась стандартным динамометром сжатия ДС-200, имеющим предел измерения до 200 кгс. Максимальное отклонение величины усилий, передаваемых на штамп, не превышала 9,4 %. Ступени нагружения определялись в соответствии с опытными градуировочными данными. Для регистрации вертикальных перемещений каждого штока были предусмотрены две измерительные системы, состоящие из прогибомеров 6-ПАО (рис. 8). Для регистрации перемещений гибкой оболочки подпорной стенки моделей грунтовой насыпи использовались стандартные индикаторы часового типа ИЧ-10 (рис. 8). Для измерения плотности применялась игла-

плотномер, работающая по принципу микроненетрометра, разработанная Ю.Н. Мурзенко (рис. 8).

А Б В

Рис 8. А - Конструкция прогибомера 6-ПЛО; Б- Индикатор часового тина ИЧ-10; В - Схема иглы плотномера Ю.Н. Мурзенко

Средняя квадрагическая погрешность эксперимента составила Scp = -JÖ*+Ö22+S32 + + J52 , (4)

где öj, S2 - погрешность приборов ирошбомеров 6-ПАО составляет +0,3 мм;

53, 34 - погрешность приборов индикаторов часового типа ИЧ-10 составляет +-0,005мм;

35-почетность прибора игла плотномер 0,1мм.

г = Л/0,32 + 0,32 + 0,0052 + 0,0052 + 0,12 = 0,43. (5)

Рис. 9. Экспериментальная установка лаборатории испытаний оснований и фундаментов кафедры САПРОСФ ЮРГТУ (НИИ)

Серии проводимых экспериментов отличались характером приложения нагрузки (одинарным и двойным штампом), конструктивным решением (лицевой оболочкой подпорной стенки) и разными параметрами армирования но высоте и длине (рис. 9). Опыты проводились на сухом песке, влажном песке и песке со сцеплением (обработанном машинным маслом) неоднократно. При этом расхождения в данных одной и той же модели достигали не более 2%.

Методика проведения эксперимента состояла з следующем. Песок укладывали слоем по 1 см с уплотнением ручной трамбовкой до коэффицнагга уплошения, равного 0,98. Плотность проверялась разработанным Ю.Н. Мурзенко плотномером. Па выровненную поверхность отсыпали цветной песок с шагом 10 и 20 мм, затем укладывали армоленгы. На модель передавали пошаговую нагрузку с выдержкой 20 - 30 мин. для полной стабилизации осадки модели. Опыт прекращали при разрушении модели или недопустимых перемещениях оболочки лицевой стенки. Достигнутые вертикальные перемещения фиксировали с помощью координатной сетки с шагом 10 па 10 мм. Отклонения от начального положения горизонтальных полос окрашенного песка и армолент определяли по сравнению с эталонными сетками. Фиксировали перемещения и угол наклона оболочки лицевой стенки. Результаты экспериментальных исследований при двойном и при одинарном штампах приведены на соответствуюищх рис. 10,11,12,13,14,15.

ОПЫТ № 6 Индикатор часового ОПЫТ № 6 Индикатор часового

типа ИЧ-10 левый типа ИЧ-10 правый

О 0,157 0,314 0,471 0,623 0 0,157 0,314 0,471 0,628

Рис. 10. Зависимость перемещений подпорных стенок оболочек от нагрузки, передаваемой двойным штампом:

ОПЫТ № б 11рогибомер 6-ПАО левый ОПЫТ №6 Прогибомер 6-ПАО правый

0 0,157 0,314 0,471 0,623 0 0,157 0,314 0,471 0,628

Рис. 11. Зависимость осадки двойного штампа от нагрузки

Рис. 12. Схема вертикальных перемещений грунта с кривой обрушения: 1 - кривая обрушения; 2 - эпюра вертикальных перемещений;

ОПЫТ № 9 Индикатор часового тала ИЧ-10 левый

ОПЫТ № 9 Индикатор часового типа ИЧ-10 правый

О 0,16 0,31 0,47 0,63 0,86 1,1 1,3 1,41

О 0,16 0,31 0,47 0,63 0,86 1,1 1,3 1,41

Рис. 13. Зависимость перемещений подпорных стенок оболочек от нагрузки передаваемой одинарным штампом

ОПЫТ №9 Прогибомер 6-ПАО левый ОПЫТ №9 Прогибомер 6-ПАО правый

0 0,16 0,31 0,47 0,63 0,86 1,1 1.3 1,41 < I < ■! __±-!--' кН

О 0,16 0,31 0,47 0,63 0,86 1,1 1,3 1,41

0 | I ' | ! i i-4-

2^ 3,26 4 6

15 .......7,63

ММ

11.1

Рис. 14. Зависимость осадки одинарного штампа от нагрузки.

11лв1ояи»атсв1В1»1П1яа1И11111111[И1Ш»»11е91Ш1Ш1

Рис 15. Схема вертикальных перемещений грунта В ходе экспериментальных исследований с сухим песком установлено: при диапазоне высоты подпорной стенки Ь=2-5 м при одинарном штампе и нагрузках Р=Т,41кН оптимальными является параметры армирования 11=0,5, 1 м, Ь=3 м. При двойном штампе и нагрузке Р= 0,628кН оптимальны параметры армирования при Ь=0,5, Ь=8 м, 11=1 м, Ь=3м (рис. 16).

03 Зм щ 4м

□ 5м

□ 6м II 7м О 8м

83 Зм] а 4м □ 5м о бм я 7м ВЭ 8м

в г

Рис. 16. Диаграммы влияния параметров армирования на горизонтальные перемещения лицевой стенки А-ларамеяры армирования Ь-0.5,схема 1. Б- параметры армирования Ь-1,схема 1. В- параметры армирования 11-0.5,схема 2. Г- параметры армирования > схема 2.

параметр армирования И-0,5м, схема 2

0.15696 0,31392 0.47068 0,62784

параметр армирования Ь-1м, схема 2

0.15696

0,47088

0.31392

0,62784

мм параметр армирования 11-0,5м, схема 1

о

0.15696 0,31392 0.47088 0,62784 0.86328 1.09872 1,29492 1,41264

параметр армирования И-1м, схема 1

мм

0.15696 0.31392 0,47088 0,62784 0,86328 1,09872 1,29492 1,41284

При одинаковых параметрах армирования наименьшие перемещения на одинарном штампе при нагрузках Р= 1,41 кН получаются при параметрах армирования Ь=1 м, Ь=5 м влажного песка; при двойном штампе (схема 2) и Р= 0,628 кН при параметрах армирования Ь=1 м, Ь=5 м (рис. 17).

параметр армирования ¡1-1 м, схема 1

мм

А

параметр армирования Ь-1м, схема 2

мм

0,15696 0,31392 0,47088 0,62784

Б

Рис 17. Диаграммы влияния параметров армирования на горизонтальные перемещения лицевой стенки: А - параметры армирования Ы,схема 1; Б - параметры армирования Ь-1,схема 2

Результаты экспериментальных исследований подтвердили влияние параметров армирования на устойчивость грунтовой насыпи дорожного полотна (рис. 18).

вввввВвяпдеавввввваг.яв'зя

вв^явквяяияякуедоздкявяя адомвввмввявкигздлвкявв. i на каиваааивлчлг^вшкивв

ПВВВВЯВВВЯЯгУЛЕ^гВЯВЕВВЯ г.«ввяявивнв**аг*-ааяяввв.я в Еявянваяк^зд^аяякяяввй деявяявязгэдггдевввяяяяя

I KB 1«В«*%.**'.>**ВВвЯЯвКВЯа

а ВВВ*15Я*35 с««»явввввяввв вЕЯК'л&у.в^пзкввяваяяввввв: в^^^^гкввйввввввввяввя

Рис. 18. Кривые обрушения грунтовой насыпи

В результате экспериментальных исследований и математической обработки данных методом наименьших квадратов с помощью программы EXCEL 2003 получены эмпирические зависимости и коэффициенты, позволяющие в строительной практике рассчитывать и выбирать диапазоны армирования (h и I) для мостопереходов в стесненной городской застройке с обоснованием устойчивости армированной грунтовой насыпи. Автором установлены общие эмпирические зависимости. Полученные коэффициенты аппроксимирующей функции для разных параметров армирования представлены в табл. 2.

B = (A,B,C),^J +(А,В,С)\~J ЛЛ,В,С)^(Л,В,С)5, (6)

где В (D1,D2,D3) - оценка надежности;

(h\

- соотношение параметров армирования;

(А,В,С)}; (А,В,С)2; (А,В,С)з; (А,В,С)4; (А,В.С)3 - эмпирические коэффициенты.

Результаты сравнительного анализа математического, физического экспериментов и эмпирических зависимостей, полученные автором (максимальные расхождения составили 19,9%), приведены в табл. З.

Таблица2

Коэффициенты аппроксимирующей функции для параметра Ь - 0,5 м схема 1

.у«

схемы

Ш'

А4

т-

Ш

т

С2

С4

0,5

8,214 ) -16,725

6,9843

-0,861

-1,674

3,3005

-1,31

0,1571

0,0746

-0,1294

-0,0067

Коэффициенты агтроксимирующей функции для параметра Ь - 1м схема 1

№ Ь, м ш- ]>Г 03~

схемы А1 А2 АЗ А4 А5 В1 В2 ВЗ В4 В5 С1 С2 сз С4 С5

1 1 7,8403 -27,787 31,464 -12,105 1,2095 -4,6421 16,428 -18,633 7,0633 -0,7042 0,658 -2,3064 2,6148 -0,9533 0,0944

Коэффициенты аппроксимирующей функции для параметра 0,5 схема 2

№ Ь, м в г П2" 1 1)3"

схемы А1 1 А2 1 АЗ В1 В2 ВЗ 1 С1 С2 сз

2 0,5 -12,122 | 4,446 | -0,3867 3,3345 -1,1503 0,1024 | -0,139 0,0601 -0,006

Коэффициенты агтроксимирующей функции для параметра 1м схема 2

№ Ь, м т' 02' ЦЗ'

схемы А1 А2 АЗ А4 | В1 В2 ВЗ В4 Г С1 С2 СЗ | С4

2 1 35,804 -35,009 11,602 -1,0874 | -25,184 24,758 -8,177 0,7657 4,5299 -4,4487 1,4748 } -0,1387

ТаблипаЗ

Результаты сравнительного анализа ___

Л п/п № схемы Ь, и 1>. м Математическое моделирование Физическое моделирование По зависимостям автора Расхождение % мат. модели/физ. модели Расхождение % фнз. модели/ зависим, автора Расхождение % мат. модели/ зависим, автора

В% 8п, м 8„,и м В% 8п 5 шах В% 5п б шах ДВ% Дбп i бшах 4В% Дбп \ бгаах ДВ% Дбп Д Зтах

I 1 (одинарный штамп) 6 0,5 83 0,102 0,2 85 0,089 0,2 86 0,082 0,2 2,4 13,3 о,о 1,2 7,7 0,0 3,6 19,9 0,0

2 2(двойной штамп) 6 0,5 72 0,177 0,2 75 0,157 0,2 77 0,143 0,2 4,2 11,5 0,0 2,7 8,7 0,0 6,9 19,2 0,0

В пятой главе описаны организация и технология работ по устройству армированного грунта дорожного полотна автомобильных дорог. При проектировании грунтоармнрованных конструкций необходимо:

- определять геометрические параметры лицевой стенки и параметры армирования мостоперехода;

- производить расчет конструкции по предельному статическому равновесию с учетом неодинаковых вертикального и бокового давлений грунта по контуру грунтоармированной конструкции при возведении насыпи и степени уплотнения грунта в ее теле;

- проверять общую устойчивость лицевой стенки из композитных материалов, возможных перемещений;

- производить расчет стыковых соединений, предусматривать ограничение гибкости элементов стенки и армолент с учетом требований транспортирования и монтажа конструкции;

- осуществлять расчеты параметров армолент; проводить расчеты осадки конструкции под насыпью в ходе строительства и при последующей эксплуатации и принятии решения о конструкции основания.

В главе также представлена разработанная технологическая карга по устройству армированной грунтовой насыпи автомобильных дорог с гибкой лицевой подпорной стенкой (рис. 19).

А

1

2

Б

- 2' ¡т&каг.ной ств/жтхчгк^

1

В

Рис. 19. Технология возведения армированной грунтовой насыпи с дельной лицевой оболочкой: А - Установка выдвижных стабилизаторов на уровне подошвы сооружения; Б -Установка и закрепление опалубки с внешней стороны сооружения; В - Устройство оболочки из композитного материала и монтаж армолент; Г - Обратная засыпка грунтом возводимого сооружения И - согласно расчетам, но не более 1 м; Д - Уплотнение грунта обратной засыпки, укладка армолепт; Е - Убирается опалубка переставляется и технологический процесс повторяегся; Ж - Возведенное подпорное сооружение из армогрунта

Основные выводы

1. Обоснована необходимость исследования армированной фунтовой насыпи с высотой лицевой стенки до 6м.

2. На основании проведенного анализа теоретических, экспериментальных и натурных исследований определены основные факторы, влияющие на работу грунтоармированного земляного полотна транспортной системы, построено «дерево отказов», разработаны классификация, новые и усовершенствованные технические решения, в т.ч. с учетом положительного решения на патент №2007129451/(032065) от 31.07.2007 г. с использованием композитных материалов, обеспечивающих надежность и безопасность работы сооружения, что дало возможность получить метод оценки надежности всего сооружения.

3. Разработана блок-схема инженерного метода расчета при использовании армированного грунта для несущей способности грунтовой насыпи дорожного полотна автомобильной дорога, что позволяет применять его в практике строительства подпорных сооружений с применением конструкций из композитных материалов.

4. Разработаны математические модели грунтовой насыпи дорожного полотна автомобильной дороги с использованием программного комплекса PLAXIS BV P.O. BOX. 572. 2600 AN DELFT THE NETHERLANDS version 7.1, позволяющего проводить математическое моделирование и исследовать влияние различных факторов на грунтоармированный массив.

5. На основании математического моделирования установлены основные параметры армирования для различных типов грунтов, грунтовой насыпи транспортной системы и получены эмпирические зависимости, позволяющие определить несущую способность, прочностные и деформиционные характеристики грунтоармированного массива.

6. Полученные автором эмпирические зависимости, достоверно описывающие работу армированной грунтовой насыпи до 6м при равномерной и неравномерной нагрузках, позволяют оптимизировать параметры армирования (h, 1).

7. На основании полученных эмпирических зависимостей автором разработаны рекомендации по проектированию и строительству грунтовой насыпи мостоперехода. Экономический эффект по внедрению данных исследований составил 200 тыс. рублей.

Основные положения диссертационной работы изложены в следующих

публикациях:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Загороднюк, Е. В. Объездная дорога в Новочеркасске - постановка задач исследования / Е. В. Загороднюк, К. В. Григорьев-Рудаков // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. - 2004. - № 4. - С. 122-123.

2. Григорьев-Рудаков, К. В. Обеспечение надежности работы системы «грунтовое основание - инженерные сооружения» автомобильных дорог / К. В. Григорьев-Рудаков, Т. П. Кашарина // Вестник гражданских инженеров. - 2008. - № 3 (16). - С. 43-48.

3. Кашарина, Т. П. Экспериментальные исследования системы «грунтовое основание -инженерные сооружения» автомобильных дорог / Т. П. Кашарина, К. В. Григорьев-Рудаков // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Сер.: Строительство и архитектура. — Волгоград :ВолгГАСУ, 2008.-Вып. 11 (30).-С. 31-39.

Публикации в других изданиях

4. Григорьев-Рудаков, К. В. Актуальность разработки объездной дороги в г. Новочеркасске / К. В. Григорьев-Рудаков // Обследование и эффективная эксплуатация объектов строительства и предприятий коммунального хозяйства : материалы Междунар. науч.-пракг. конф., г. Новочеркасск, июнь 2004 г. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ) -Новочеркасск: ЮРГГУ, 2004. - С. 27-29.

5. Григорьев-Рудаков, К. В Использование информационных технологий при возведении искусственных оснований с использованием композитных материалов / К. В. Григорьев-Рудаков, А. М. Кидакоев, Т. П. Кашарина // Информационные технологии в образовании и консультационной деятельности в сельскохозяйственном производстве : материалы Всерос. науч.-произв. конф., 22-23 апр. 2007, г. Новочеркасск

- Новочеркасск : [Ростов, ин-т переподгот. кадров агробизнеса], 2008. -С. 49-51.

6. Григорьев-Рудаков, К. В. Моделирование системы "грунтовое основание

- инженерные сооружения" автомобильных дорог с целью оптимизации их параметров / К. В. Григорьев-Рудаков // Геотехника: научные и прикладные аспекты строительства надземных и подземных сооружений на сложных грунтах : межвуз. темат. сб. тр. - СПб. : [СПб. гос. архитектурно-строит. ун-т], 2008. - С. 91-94.

7. Григорьев-Рудаков, К. В. Модель механизации строительства объездной дороги / К. В. Григорьев-Рудаков - Новочеркасск: Набла, 2005. -148 с.

8. Григорьев-Рудаков, К. В. Применение габионных конструкций в Северной Осетии / К. В. Григорьев-Рудаков // Проблемы геологии, полезных ископаемых и рационального недропользования : материалы Ш Междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 26 нояб. 2004 г. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ).- Новочеркасск : [ЮРГТУ], 2004. - С. 65-66.

9. Григорьев-Рудаков, К. В. Путепровод в г. Новочеркасске: исследование состояния системы «грунтовое основание - инженерные сооружения» автомобильных дорог / К. В. Григорьев-Рудаков // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. - 2008. - Спец. вып. : Основания, фундаменты и строительные конструкции. - С. 52-57.

10. Кашарина, Т. II. Основные расчетные положения при использовании армированного грунта для усиления системы "грунтовое основание -инженерные сооружения" / Т. П. Катарина, К. В. Григорьев-Рудаков // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки - 2008. -Спец. вып.: Основания, фундаменты и строительные конструкции. - С. 106-109.

11. Руководство по устройству грунтоармированных оснований инженерных сооружений автомобильных дорог / Т. П. Кашарина [и др.]. - Ростов и/Д: [ЮРГТУ], 2008. - 27 с.

12. Способ создания грунтоармированного подпорного сооружения и устройство для его осуществления : пат. Рос. Федер.: МПК Е 02 В 3/06 (2006.01) / Кашарина Т. П. [и др.]. - № 2007129451/03(032065); заявл. 31.07.07.

Григорьев-Рудаков Константин Владимирович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ И МЕТОДОВ РАСЧЕТА АРМИРОВАННОЙ ГРУНТОВОЙ НАСЫПИ ДОРОЖНОГО ПОЛОТНА

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 16.04.09. Формат 60*84'/i6 Бумага офсетная Печать трафаретная.. Гарнитура Times New Roman Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100. Заказ № /04/.

Волгоградский государственный архитектурно-строительный университег 400074, г. Волгоград, ул. Академическая, 1 1ДИТ, сектор оперативной полиграфии

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ГРУНТОВОЙ НАСЫПИ ДОРОЖНОГО ПОЛОТНА И

ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

1.1. Современное состояние автомобильных дорог

1.2. Особенности работы грунтовой насыпи дорожного полотна с 11 применением армированного грунта

1.3. Обзор научно-технической документации по проблемам 18 строительства элементов автомобильных дорог с применением армированного грунта

1.4. Выбор расчетного метода и постановка задачи 24 Выводы по главе

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ

СОСТОЯНИЕ И НАДЕЖНОСТЬ ГРУНТОВОЙ НАСЫПИ ДОРОЖНОГО ПОЛОТНА

2.1. Факторы, определяющие напряженно-деформированное состояние 37 (НДС) автомобильных дорог на примере натурного обследования мостоперехода в г. Новочеркасске Ростовской области

2.2. Усовершенствование и разработка новых технических решений, 43 классификация конструкций из армированного грунта автомобильных дорог

2.3. Разработка алгоритма по определению основных параметров 46 армированного грунта

Выводы по главе

ГЛАВА 3. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАЗРУШЕНИЯ АРМИРОВАННОЙ ГРУНТОВОЙ НАСЫПИ

МОСТОПЕРЕХОДА

3.1. Описание модели мостоперехода

3.2. Результаты компьютерного моделирования

Выводы по главе

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ АРМИРОВАННОЙ ГРУНТОВОЙ 66 НАСЫПИ МОСТОПЕРЕХОДА

4.1. Критерии подобия для моделирования армированного грунта при 66 статистических воздействиях

4.2. Описание лабораторной установки и оборудования

4.3. Проведение экспериментального исследования

4.4. Влияние параметров армирования и грунта засыпки на 106 прочностные свойства модели

4.5. Разработка инженерной методики расчета армированной грунтовой 112 насыпи дорожного полотна мостоперехода

Выводы по главе

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА ОРГАНИЗАЦИИ И ТЕХНОЛОГИИ РАБОТ ПО УСТРОЙСТВУ АРМИРОВАННОЙ ГРУНТОВОЙ НАСЫПИ ДОРОЖНОГО ПОЛОТНА ДЛЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ 125 ДОРОГ

5.1. Усовершенствование организации производства работ 125 армированной грунтовой насыпи дорожного полотна с применением новых композитных материалов

5.2. Разработка технологической карты по устройству 129 грунтоармированного основания автомобильных дорог

Выводы по главе

Актуальность темы диссертационной работы. Рост количества, интенсивности и скорости движения автомобилей предъявляет к дорожному строительству повышенные требования. Удельный вес федеральных автомобильных дорог в РФ, работающих с превышением нормативной нагрузки, составляет 17%, а 40% - не отвечают требованиям безопасности дорожного движения по техническому состоянию, в т.ч. по устойчивости откосных частей земляного полотна, обеспечивающих их надежность и безопасность. В числе задач технического прогресса по транспортной стратегии России важная роль принадлежит совершенствованию методов проектирования, строительства и реконструкции земляного полотна. Одним из способов его усиления, обеспечения прочности и устойчивости является применение армирования грунтовой насыпи.

В трудах отечественных ученых (Т.П. Кашариной, Г.М. Скибина, К.Ш. Шадунца, Е.В. Щербиной, Г.М. Каганова, О.Ю. Ещенко и др.) проблеме армирования конструкций уделено значительное внимание. Впервые армирование грунта разработано и применено Г. Видалем в 60-х годах XX в. Опыт применения армированного грунта в зарубежной и отечественной практике показывает его эффективность по сравнению с традиционными сооружениями. Анализ динамики армированных конструкций с применением композитных материалов свидетельствует о дальнейшем применении их в дорожном строительстве.

В связи с этим становится актуальной задача по совершенствованию таких конструкций, созданию на их основе методов расчета, технологий строительства и диагностики. Решение проблемы включено в направление развития технологии транспортных систем РФ до 2015 года и Федеральную целевую программу «Модернизация транспортной системы России (20022010гг.)». к

Целью диссертационной работы является разработка технических решений и инженерного метода расчета армирования грунтовой насыпи дорожного полотна автомобильной дороги с применением композитных материалов.

Задачи исследования:

- провести анализ современного состояния армированной грунтовой насыпи дорожного полотна автомобильных дорог; исследовать влияние различных факторов на напряженно-деформированное состояние и надежность грунтовой насыпи дорожного полотна автомобильной дороги;

- провести математическое моделирование процесса разрушения армированной насыпи мостоперехода, сооруженной из разных типов грунтов;

- провести экспериментальные исследования несущей способности армированной насыпи мостоперехода с равномерной и неравномерной нагрузкой; разработать рекомендации по устройству системы армированной грунтовой насыпи дорожного полотна автомобильных дорог с применением композитных материалов.

Объектом исследования является мостопереход в г. Новочеркасске Ростовской области.

Предмет исследования — усовершенствованные конструкции, методы расчета армированной грунтовой насыпи дорожного полотна автомобильных дорог с применением композитных материалов.

Методологическая база исследования основывается на методах теории упругости с применением программного комплекса PLAXIS BV P.O. BOX. 572. 2600 AN DELFT THE NETHERLANDS version 7.1. Экспериментальные исследования выполнены в соответствии с принятой методикой проведения физического эксперимента, а обработка результатов осуществлялась методами математической статистики с применением ПЭВМ.

Достоверность исследования. Результаты, основные выводы и рекомендации, приведенные в диссертационной работе, базируются на основных положениях механики грунтов и подтверждены необходимым объемом исследований, обеспечивающим возможность статистического анализа результатов. Методика натурных исследований соответствует действующим строительным нормам, анализ полученных результатов соответствует современным требованиям. Приборы и установки, используемые при проведении исследований, метрологически аттестованы.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработаны технические решения, обеспечивающие надежность и безопасность армированной грунтовой насыпи дорожного полотна автомобильных дорог, в том числе новое техническое, инженерное решение грунтоармированного элемента с учетом положительного решения на патент №2007129451/(032065) от 31.07.2007 г.;

- созданы модели для изучения процессов влияния параметров армирования на устойчивость грунтовой насыпи дорожного полотна автомобильной дороги;

- определены оптимальные параметры армирования грунтовой насыпи мостоперехода с лицевой стенкой, выполненной единым полотнищем и высотой армирования в диапазоне от 2 до 6 м с равномерной и неравномерной нагрузкой, для различных типов грунтов;

- разработан инженерный метод расчета с учетом усовершенствованной конструкции армированной грунтовой насыпи дорожного полотна мостоперехода.

Теоретическая значимость исследования заключается в разработке классификации грунтоармированных конструкций, получении эмпирических зависимостей изменения прочностных и деформационных характеристик армированной грунтовой насыпи мостоперехода; выявлении метода оценки надежности всей технической системы в целом.

Практическая значимость исследования состоит в том, что разработанные инженерный метод, новые технические решения грунтоармированных элементов и рекомендации используются в практике проектирования и строительства объектов дорожного хозяйства.

На защиту выносятся:

- основные результаты экспериментальных исследований влияния параметров армирования на устойчивость армированной грунтовой насыпи с лицевой стенкой, выполненной единым полотнищем и высотой армирования до 6м с равномерной и неравномерной нагрузкой;

- результаты математического моделирования влияния параметров армирования на устойчивость усовершенствованной конструкции армированной грунтовой насыпи, возведенной из разных типов грунтов;

- инженерный метод расчета армированной грунтовой насыпи дорожного полотна автомобильной дороги;

- основные выводы и рекомендации, полученные в результате анализа I выполненных исследований.

Апробация работы. Исследование выполнено на кафедре «САПР объектов строительства и фундаментостроения» по тематическому плану Министерства образования и науки РФ «Развитие научного потенциала высшей школы» в рамках научного направления Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института) «Компьютерная оптимизация, ресурсосберегающие расчеты и управление состоянием строительных конструкций и оснований зданий и сооружений» (руководитель направления проф., д.т.н. Ю.Н. Мурзенко).

Основные положения работы обсуждались на Международных научно-практических конференциях «Обследование и эффективная эксплуатация объектов строительства и предприятий коммунального хозяйства» (Новочеркасск, 2004), «Проблемы геологии, полезных ископаемых и рационального недропользования» (Новочеркасск, 2005); Международной конференции «Городские агломерации на оползневых территориях» (Волгоград, 2008) и Всероссийской научно-производственной конференции «Информационные технологии в образовании и консультационной деятельности в сельскохозяйственном производстве» (Ростов-на-Дону, 2008).

Материалы диссертации докладывались также на заседаниях кафедры «САПР объектов строительства и фундаментостроения» (Новочеркасск, 2007, 2008).

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 1 монографии и 10 научных статьях, 3 из которых опубликованы в изданиях, включенных в перечень ВАК, 1 патент. Общий объем публикаций 10,78 печатных листов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем работы изложен на 152 страницах машинописного текста, включая 139 рисунков, 30 таблиц, список литературы из 156 наименований.

Выводы по главе 5

На основании полученных эмпирических зависимостей автором разработаны рекомендации по проектированию и строительству грунтовой насыпи мостоперехода. Экономический эффект по внедрению данных исследований составил 200 тыс. рублей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В итоге выполнения комплексных научно-технических работ, обобщенных в диссертационной работе, сформулированы основные результаты и выводы: Основные результаты и выводы по диссертации

1. Обоснована необходимость исследования армированной грунтовой насыпи с высотой лицевой стенки до 6 м.

2. На основании проведенного анализа теоретических, экспериментальных и натурных исследований определены основные факторы, влияющие на работу грунтоармированного земляного полотна транспортной системы; построено «дерево отказов»; разработаны классификация, новые и усовершенствованные технические решения, в т.ч. с учетом положительного решения на патент №2007129451/(032065) от 31.07.2007 г. с использованием композитных материалов, обеспечивающих надежность и безопасность работы сооружения, что дало возможность получить метод оценки надежности всего сооружения.

3. Разработана блок-схема инженерного метода расчета при использовании армированного грунта для несущей способности грунтовой насыпи дорожного полотна автомобильной дороги, что позволяет применять его в практике строительства подпорных сооружений с применением конструкций из композитных материалов.

4. Разработаны математические модели грунтовой насыпи дорожного полотна автомобильной дороги с использованием программного комплекса PLAXIS BV P.O. BOX. 572. 2600 AN DELFT THE NETHERLANDS version 7.1, позволяющего проводить математическое моделирование и исследовать влияние различных факторов на грунтоармированный массив.

5. На основании математического моделирования установлены основные параметры армирования для различных типов грунтов, грунтовой насыпи транспортной системы и получены эмпирические зависимости, позволяющие определить несущую способность, прочностные и деформированные характеристики грунтоармированного массива.

6. Полученные автором эмпирические зависимости, достоверно описывающие работу армированной грунтовой насыпи до 6 м при равномерной и неравномерной нагрузках, позволяют оптимизировать параметры армирования (Ь, 1).

7. На основании полученных эмпирических зависимостей автором разработаны рекомендации по проектированию и строительству грунтовой насыпи мостоперехода. Экономический эффект по внедрению данных исследований составил 200 тыс. рублей.

1. Абуханов, А. 3. Механика грунтов : учеб. пособие / А. 3. Абуханов. -Ростов н/Д : Феникс, 2006. - 352 с.

2. Агапов, В. П. Метод конечных элементов в статике, динамике и устойчивости пространственных тонкостенных подкрепленных конструкций : учеб. пособие / В. П. Агапов. М.: Изд-во АСВ, 2000. -152 с.

3. Армированный грунт : библиогр. информ. — М, 1980. 26 с.

4. Бабков, В. Ф. Автомобильные дороги / В. Ф. Бабков и др.. М. : Автотрансиздат, 1953. — 648 с.

5. Бабков, В. Ф. Основы грунтоведения и механики грунтов / В. Ф. Бабков, В. М. Безрук. М. : Высш. шк., 1986. - 239 с.

6. Строительство и архитектура. Волгоград : ВолгГАСУ, 2008. - Вып. 10 (29). - С. 74-80.

7. Богомолов, А. Н. Разработка теоретических основ расчета напряженного состояния, несущей способности оснований сооружений и устойчивости грунтовых массивов : автореф. дис. . д-ра техн. наук / Богомолов Александр Николаевич. Пермь, 1997.—40 с.

8. Богомолов, А. Н. Расчет несущей способности оснований сооружений и устойчивости грунтовых массивов в упругопластической постановке / А. Н. Богомолов. Пермь : ПГТУ, 1996. - 150 с.

9. Браславский, В. Д. Противооползневые конструкции на автомобильных дорогах / В. Д. Браславский и др.. — М.:Транспорт, 1985.—301 с.

10. Временное руководство по оценке уровня содержания автомобильных дорог.-М., 1997. 35 с.

11. Гарагаш, Б. А. Аварии и повреждения системы «здание-основание» и регулирование надежности ее элементов / Б. А. Гарагаш. — Волгоград : Изд-во ВолГУ, 2000. 384 с.

12. Гаренков, Д. РЬАХК: оперативность проектирования геотехнических сооружений / Д. Гаренков, А. Голубев // САОМаз1ег. 2003. - № 2. - С. 63-65

13. Георгиев, А. Новый тип подпорной стенки от армированной насыпи / А. Георгиев // Строительство. София, 1978. - № 3. - С. 18-21.

14. Герсеванов, Н. М. Основы динамики грунтовой массы / Н. М. Герсеванов. -М.-Л.:ОНГИ, 1933. -243 с.

15. Голубева, О. С. Эффективность применения армогрунтовых конструкций в целях обеспечения геоэкологической безопасности транспортных сооружений : дис. канд. техн. наук / Голубева О. С. М.: МГСУ, 2002. - 23 с.

16. Гольдштейн, М. Н. Механические свойства грунтов / М. Н. Гольдштейн. -М.: Стройиздат, 1971. 367 с.

17. Гольдштейн, М. Н. Ускоренный расчет устойчивости откосов / М. Н. Гольдштейн // Бюллетень Союзтранспроекта. — 1938.

18. Горбунов-Посадов, M. И. Расчет конструкций на упругом основании / М. И. Горбунов-Посадов. М. : Госстройиздат. - 1953. — 515 с.

19. ГОСТ 577-68 (СТ СЭВ 3138-81) Индикаторы часового типа с ценой деления 0,01 мм. — Введ. 05.02.1968. -М. : Госстандарт, 1968. 11 с.

20. Григорьев-Рудаков, К. В. Модель механизации строительства объездной дороги / К. В. Григорьев-Рудаков Новочеркасск : Набла, 2005.-148 с.1

21. Григорьев-Рудаков, К. В. Обеспечение надежности работы системы «грунтовое основание инженерные сооружения» автомобильных дорог / К. В. Григорьев-Рудаков, Т. П. Кашарина // Вестникгражданских инженеров. — 2008. — № 3(16). С. 43-48.

22. Джоунс, К. Д. Сооружения из армированного грунта / К. Д. Джоунс. — М. : Стройиздат, 1989.-280 с.

23. Добромыслов, А. Н. Рекомендации по оценке надежности строительных конструкций зданий и сооружений по внешним признакам / А. Н. Добромыслов. М.: ЦНИИПРОМЗДАНИЙ, 2001. -113 с.

24. Евдокимова, И. М. Плотины из армированного грунта / И. М. Евдокимова, Б. Б. Фоксов, Б. X. Хамадов // Натурные и лабораторные исследования гидротехнических сооружений. М., 1987. - С. 76-81.

25. Ещенко, О. Ю. Анализ фильтрационных особенностей армогрунтовых плотин / О. Ю. Ещенко, А. X. Мадо // Сборник трудов КубГАУ. 1998.- Вып. 364 (392).

26. Загороднюк, Е. В. Объездная дорога в Новочеркасске постановка задач исследования / Е. В. Загороднюк, К. В. Григорьев-Рудаков // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. — 2004. - № 4. — С. 122-123.

27. Зарецкий, Ю. К. Глубинное уплотнение грунтов ударными нагрузками / Ю. К. Зарецкий, М. Ю. Гарицелов. М.: Энергоатомиздат, 1989. — 192 с.

28. Зиангиров, Р. С. Практикум по механике грунтов / Р. С. Зиангиров, П. Э. Роот, С. Д. Филимонов. — М. : Изд-во МГУ, 1984. 152 с.

29. Зональные системы земледелия Ростовской области. — Ростов н/Д : Кн. изд-во, 1981.- 192 с.

30. Каганов, Г. М. Гидротехнические сооружения из армированного грунта / Г. М. Каганов, И. М. Евдокимова, К. И. Шевченко. М.: Изд-во «Полиграфический комплекс НИА-Природа», 2004. - 607 с.

31. Казарновский, В. Д. Предложения по расчету устойчивости откосов высоких насыпей и глубоких выемок / В. Д. Казарновский, Ю. М. Львович, Н. И. Вельмакина. -М., 1967. 83 с.

32. Казарновский, В. Д. Синтетические текстильные материалы в транспортном строительстве / В. Д. Казарновский и др.. — М. : Транспорт, 1984. 159 с.

33. Кашарин, В. И. Экспериментальное определение напряженно-деформированного состояния мягких гидротехнических конструкций / В. И. Кашарин // Гидротехнические сооружения мелиоративных систем. Новочеркасск : ЮжНИИГиМ. - 1979. - Вып. 39. - С. 35-45.

34. Кашарина, Т. П. Альбом технических решений / Т. П. Кашарина, Д. В. Кашарин, М. А. Чеботарев. Ростов-н/Д : ФГУ «Южводпроект», 2002.

35. Кашарина, Т. П. Грунтоармированные конструкции в гидротехническом строительстве / Т. П. Кашарина // Применениеоблегченных конструкций гидротехнических сооружений в гидротехническом строительстве. Новочеркасск : ЮжНИИГиМ, 1980.-С. 75-83.

36. Кашарина, Т. П. Мероприятия и технические решения по защите агропромышленного комплекса от подтоплений и эрозионно-оползневьтх процессов / Т. П. Кашарина и др.. Новочеркасск: ЮжНИИГиМ: НГМА. -2001.

37. Кашарина, Т. П. Мягкие гидросооружения на малых реках и каналах / Т. П. Кашарина. М. : Мелиорация и водное хозяйство, 1997. - 56 с.

38. Кашарина, Т. П. Рекомендации по проектированию, строительству и эксплуатации облегченных плотин с водовыпускными устройствами / Т. П. Кашарина, В. И. Кашарин. — Новочеркасск, 1985. 90 с.

39. Кашарина, Т. П. Совершенствование конструкций, метод научного обоснования, проектирование и технологии возведения облегченных гидротехнических сооружений : автореф. дис. . д-ра техн. наук / Кашарина Т. П. М., 2000. - 56с.

40. Кашарина, Т. П. 101 uses for earth reinforced / Т. П. Кашарина, JI. П. Крайсветная // Givil Engineering. — 1979. V. 49, №1. - p.p. 51-57.

41. Кашарина, Т. П. Технологическая карта по устройству грунтоармированных конструкций защитных ГТС / Т. П. Кашарина и др.. Ростов н/Д. : ФГУ «Южводпроект», 2005. - 23 с.

42. Кезди, А. Руководство по механике грунтов. Т. IV / А. Кезди. М. : Стройиздат, 1978.-238 с.

43. Ломизе, Б. М. Нахождение опасной поверхности скольжения при расчете устойчивости откосов / Б. М. Ломизе // Гидротехническое строительство. — 1954. -№ 2. С. 32-36. -Библиогр.: с.36 (4 назв.).

44. Львович, Ю. М. Геосинтетические и геопластиковые материалы в дорожном строительстве / Ю. М. Львович. М. : Информавтодор, 2002. -166 с.

45. Львович, Ю. М. Новый способ укрепления откосов земляного полотна автомобильных дорог : экспресс-информ. / Ю. М. Львович, В. Г. Дурикин. -М. : Оргтрансстрой, 1973. -23 с.

46. Львович, Ю. М. Обеспечение устойчивости откосов земляного полотна из скальных легковыветривающихся пород / Ю. М. Львович, Н. С. Бирюков, И. А. Режко // Автомобильные дороги. 1977. - № 1. -С. 8-10.

47. Лятхер, В. М. Оценка надежности гидросооружений / В. М. Лятхер и др. // Гидротехническое строительство. 1985. - № 2. - С. 6-13. — Библиогр. : с. 12-13 (12 назв.)

48. Маслов, Н. Н. Длительная устойчивость и деформация смещения подпорных сооружений / Н. Н. Маслов. М. : Энергия, 1968. — 160 с.

49. Методика расчета устойчивости фунтовых насыпей, армированных георешетками. -М. : СоюздорНИИ, 2002. 27 с.

50. Мешкуров, В. А. Датчики для измерения деформации материала в пневмоболочках / В. А. Мешкуров, В. Р. Волковицкий // Каучук-резина. —1973.-№ 5.-С. 45-47.

51. Мурзенко, Ю. Н. Основные результаты совершенствования нелинейных методов расчета оснований и фундаментов / Ю. Н. Мурзенко //Исследование и расчеты оснований и фундаментов в нелинейной стадии работы:: межвуз. сб.-Новочеркасск: НПИ, 1986. С. 4-10.

52. Мурзенко, Ю. Н. Развитие научного направления в области механики грунтов и фундаментостроения в ЮРГТУ(НПИ) / Ю. Н. Мурзенко. -Новочеркасск : ЮРГТУ (НПИ), 2002. С. 110-113.

53. Мурзенко, Ю. Н. Расчет оснований зданий и сооружений в упругопластической стадии с применением ЭВМ / Ю. Н. Мурзенко. Л. : Стройиздат ,1989. - 134 с.

54. Новые технологии и машины при строительстве, содержании и ремонте автомобильных дорог / под ред. А. Н. Максименко. Минск : Дизайн ПРО, 2002. - 224 с.

55. О выборе геосинтетических материалов для применения в практике строительства // Дороги и мосты. М. : РОСДОРНИИ, 2003. - Вып.11. - С. 43-47.

56. Обследование сооружения «Путепровод в п. Хотунок г. Новочеркасска» : техн. отчет. Саратов: Ин-т <<Прос1<тмосгореконстр}тащя>), 2002. -156 с.

57. Острейковский, В. А. Теория надежности : учебник для вузов / В. А. Острейковский. -М. : Высш. шк., 2003.-463 с.

58. Продхан, М. Устойчивость армированных грунтовых массивов : дис. . канд. техн. наук / Продхан М. М.: Рос. ун-т дружбы народов, 1993.

59. Рекомендации по. применению геосинтетических материалов при строительстве и ремонте автомобильных дорог. М.: РОСАВТОДОР, 2003. -152 с.

60. Родькин, А. П. Геосинтетические материалы для дорожного строительства / А. П. Родькин // Строительные материалы. — 2000. — № 12.-С. 30-33.

61. Руководство по применению полимерных материалов (пенопластов, геотекстилей, георешеток, полимерных дренажных труб) для усиления земляного полотна при ремонтах пути. — М.: КЦ «Академкнига», 2002. —110 с.

62. Руководство по устройству грунтоармированных оснований инженерных сооружений автомобильных дорог / Т. П. Кашарина и др.. Ростов н/Д : [ЮРГТУ], 2008.-27 с.

63. Руководство пользователя. Версия 7 / пер. с анг. компанией «НИП-Информатика» с разрешения компании РЬАХГЭ В.У. 2007.

64. Сергеев, Б. И. Груншполимерные берегоукрепительные сооружения датской фирмы / Б. И. Сергеев, Т. П Кашарина // Гидротехника и мелиорация. -1981. — № 7. -С. 75-76.

65. Сергеев, Б. И. Общие сведения о мягких конструкциях / Б. И. Сергеев // Проектирование и расчет мягких конструкций гидротехнических сооружений. Новочеркасск : ЮжНИИГиМ, 1976. - Вып. 24. - С. 3-16.

66. Сергеев, Б. Н Основы расчета грунгонаполняемых оболочек / Б. И. Сергеев, Т. П. Кашарина, В. А Волосухин // Проектирование и расчет мягких конструкций гидротехнических сооружений. Новочеркасск: ЮжНИИГиМ, 1976.—С. 89-98.

67. Соколовский, В. В. О предельном равновесии сыпучей среды / В. В. Соколовский // Прикладная математика и механика. 1951. - Т. XV, вып. 6. — С. 25-27.

68. Соколовский, В. В. Статика сыпучей среды / В. В. Соколовский М. : Изд-во АН СССР, 1942. - 272 с.

69. Способ возведения грунтоармированных сооружений и устройство для его осуществления : а. с. 1100361 СССР : МКИ Е 02 В 3/06 / Т. П. Кашарина, Т. Н. Дандара, В. И. Кашарин. — № 3549528/29-15 ; заявл.2312.82.

70. Способ создания грунтоармированного подпорного сооружения и устройство для его осуществления : пат. Рос. Федерация : МПК Е 02 В 3/06 (2006.01) / Кашарина Т. П. и др.. № 2007129451/03(032065) ; заявл. 31.07.07.

71. Терцаги, К. Теория механики грунтов / К. Терцаги. М. : Стройиздат, 1961.-507 с.

72. Тетиор, А. Н. Облегченные подпорные стены в транспортном строительстве / А. Н. Тетиор. — М : Транспорт, 1987. — 79 с.

73. Тетиор, А. Н. Пространственные конструкции фундаментов : учеб. пособие/А. Н. Тетиор-Киев : УМКВО, 1988.-257, 1. с.

74. Тимофеева, Л. М. Проектирование армированных оснований сооружений с учетом их напряженно-деформированного состояния / Л. М. Тимофеева // Проектирование и инженерные изыскания. 1991. - № 1.-С. 25-26.

75. Транспортная стратегия Российской Федерации на период до 2030 года : утв. распоряжением Правительства Рос. Федерации от 22 нояб. 2008 г. № 1734-р.

76. Цветков, В. К. К решению некоторых геомеханических задач / В. К. Цветков // Современные проблемы фундаментостроения : сб. тр. Междунар. науч.-техн. конф. : в 4-х ч. Волгоград : Изд-во, ВолгГАСА, 2001. - С. 75-76.

77. Цветков, В. К. Расчет устойчивости откосов и склонов / В. К. Цветков. Волгоград : Нижнее-Волж. кн. изд-во, 1979. - 238 с.

78. Цытович, Н. А. Механика грунтов (краткий курс) : учебник для вузов / Н. А. Цытович. 3-е изд., доп. — М. : Высш. шк., 1979. — 272 с.

79. Шадунц, К. Ш. Учет эффекта пространственной работы армированных гидротехнических насыпей / К. Ш. Шадунц, О. Ю. Ещенко // Актуальные вопросы водной мелиорации Кубани : сб. тр. КубГАУ. Краснодар : КубГАУ., 1996. -Вып. 352 (380).-С. 113-121.

80. Шадунц, К. Ш. Экспериментальные исследования устойчивости наклонно армированных насыпей / К. Ш. Шадунц, О. Ю. Ещенко // Основания и фундаменты в грунтовых условиях Урала : сб. науч. тр.— Пермь : Пермский политехи, ин-т., 1989.— С. 156-161.

81. Шахунянц, Г. М. К вопросу определения условий устойчивости оползней / Г. М. Шахунянц // Строительство железных дорог и путевое хозяйство. 1941. - № 2.

82. Шахунянц. Г. М. Основы практического расчета свободных и поддерживающих откосов / Г. М. Шахунянц // Труды МИИТ. М. : МИИТ., 1948. - Вып. 71.

83. Шахунянц, Г. М. Расчет устойчивости склонов и откосов против скольжения пород / Г. М. Шахунянц // Материалы совещания по вопросам изучения оползней и мер борьбы с ними. Киев : Изд-во Киевск. ун-та, 1964. - С. 218-226.

84. Шенк, X. Теория инженерного эксперимента / X. Шенк. М. : Мир, 1972.-382 с.

85. ЮОЩербина, Е. В. Геосинтетические материалы в городском строительстве и хозяйстве: классификация, термины и определения / Е. В. Щербина // Актуальные проблемы городского строительства и хозяйства : сб. науч. тр. МГСУ.-М.: МГСУ., 2001.

86. Шор, Я. Б. Статистические методы анализа и контроля качества и надежности / Я. Б. Шор. — М. : Госэнергоиздат, 1962. 552 с.

87. D 5141-91 Determining Filtering Efficiency and Flow Rate of a Geotextile for Silt Fence Application Using Site Specific Soil American Society for Testing and Materials (ASTM), 1916 Race St., Philadelphia, PA 19103

88. Dullmann, H. Seppelfiicke : Standsiecherheitsnachweise fur DeponieDichtungssysteme; 9. Fachtagungs / H. Dullmann // Die sichere Deponie, Herausgeber : SKZ. Wiirzburg, 1993 - S. 147-167.

89. Duncan, S. I. M., The accuracy of eguilibriu methods of slope stability analysis / S. I. M. Duncan, S.G. Wreight // Proc. Int. Symp. Landslides. New Delhi, 1980. - 247254 p.

90. Ingold, T. S. Soil reinforicing systems in the United Kingdom I T. S. Ingold // Highways and Public. Works, 1981. - Vol. 49, N. 1858. - P. 1620.

91. Juran, I. Full scale experiment on a Reinforced Earth Abutment in Lille / I. Juran etc. // ASCE Reprint. 1978 - No. 3275.

92. Kreuzer, H. Bounded vs. Unbounded distributions for loads and resistance parameters / H. Kreuzer //16 Int. Congr. Large dams, San francisco, 13-17 June, 1988 : Trans. Discuss. Paris,1988. - Vol. 5. - P. 373-376.

93. La Terre Armee Nore D'information technique avril 1973 LCPC.

94. McKittrick, D. P. Reinforced Earth: Application of theory and research to practice / D. P. McKittrick // Synopsium on soil reinforcing and stabilizing techniques. New South Wales institute of Technology. October 16 1978.

95. Rankine, W. On the stability of loose zondon / W. Rankine // Philosophical, transactions. 1857. - 152 p.

96. Reinforsed earth. Le Bulletin de Liaison des Laboratories Routiers Ponts et Chaussees. 1969. - N 41 de November

97. Saito, M. Reserve calculation method to obtain C, on a slip surface / M. Saito // Proc. Int. Symp. Landslides. New Delhi, 1980. - P. 281-284.

98. Saito, M. Semi logarithmic representation for forecasting slope failure / M. Saito //Proc. Int. Symp. Landslides. New Delhi, 1980. - P. 321-323.

99. Schlosser, F. Laboratories routiers des ponset chausses / F. Schlosser, H. Vidal // Bulletin de Liaison. 1969. - XI, n.

100. Szalatkau, I. The reiforced earth retaning wall and its mechanical Behaviour / I. Szalatkau // Proc. 5-th Conf. On Soil Mech. And Found. Eng. Budapest, 1976. - P. 523-524.

101. Terzagi, K. Theoretical Soil Mechanics. Wileg / K. Terzagi. New York : s.n., 1947.

102. The Reinforced Earth Company. Reconews. Volume 8: ISSUE 2

103. Vidal, H. The Development and Future of Reinforced Earth / H. Vidal // Keynote address : Symposium on Earth Reinforcement, ASCE Annual Convention, Pittsburgh, PA, Aprill. 27. Pittsburgh : s. n., 1978.