автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Усиление слабых оснований дорожных насыпей грунтовыми сваями в геосинтетических оболочках

На правах рукописи

До Кхань Хунг

УСИЛЕНИЕ СЛАБЫХ ОСНОВАНИЙ ДОРОЖНЫХ НАСЫПЕЙ ГРУНТОВЫМИ СВАЯМИ В ГЕОСИНТЕТИЧЕСКИХ ОБОЛОЧКАХ

(05.23.11— Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

4 ДЕК

Москва 2014

005556147

005556147

Работа выполнена на кафедре «Аэропорты, инженерная геология и геотехника» ФГБОУ ВПО Московского автомобильно -дорожного государственного технического университета (МАДИ)

Научный руководитель: академик PAT РФ, доктор технических

наук, профессор Добров Эдуард Михайлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, Заведующий

кафедрой «Строительство автомобильных дорог» МИИТ,

профессор Кузахметова Эмма Константиновна.

Кандидат технических наук Шмелев Василий Алексеевич Заместитель генерального директора ЗАО «Научно-внедренческий центр Транс Тех Инжиниринг».

Ведущая организация: ФГБУ РОСДОРНИИ.

Защита состоится 25декабря 2014 г. в Ю00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.126.02 при ФГБОУ Московском автомобильно-дорожном государственном техническом университете по адресу:125319, г. Москва, Ленинградский проспект, дом 64, ауд. 42.

Справки по тел./факс (495) 155-93-24

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте Московского автомобильно -дорожного государственного технического университета (МАДИ) http://www.madi.ru/1266-uchenyy-sovet-grafik-zaschity-dissertaciy.html.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять в адрес диссертационного совета. Копию отзыва просим присылать по e-mail: uchsovet@madi.ru.

Автореферат разослан «2.^» ноября 2014 г. Ученый секретарь диссертационного совета ^^. К.т.н, профессор />J ' Борисюк Н. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

При строительстве земляного полотна автомобильных дорог на

слабых фунтах, как правило, возникает несколько практических проблем, но к наиболее актуальным следует отнести, во-первых, проблему обеспечения устойчивости слабого основания в период отсыпки насыпей, особенно при высоких темпах производства земляных работ, и, во-вторых, проблему сокращения величины прогнозируемых осадок и сроков их завершения. Комплексное решение этих проблем может быть, в частности, обеспечено за счет применения так называемых геосвай, представляющих собой песчаные грунтовые сваи-дрены диаметром от 40 до 150 см, заключенные в гибкую цилиндрическую геосинтетическую оболочку. Зти сваи наилучшим образом совмещают в себе как функцию несущего конструктивного элемента, разгружающего слабые грунты, так и функцию вертикальных песчаных дрен, способствующих существенному ускорению процессов консолидации слабых грунтов и завершению осадок дорожных насыпей.

Однако при их применении отмечается значительная разница между фактическими и прогнозируемыми значениями расчетных параметров, что указывает на определенное несовершенство используемой аналитической модели и на необходимость дальнейшего совершенствования ее теоретических основ.

Цель и задачи диссертации.

Целью диссертационной работы является разработка теоретических и методических основ прогноза степени увеличения общей несущей способности слабых оснований дорожных насыпей на основе применения вертикальных фунтовых свай-дрен в геосинтетических оболочках.

В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи исследований.

1. Обобщить накопленный опыт отечественного и зарубежного транспортного строительства в области обеспечения стабильности дорожных конструкций на слабых грунтах с помощью грунтовых свай-дрен;

2. Аналитически и средствами математического моделирования (МКЭ) выявить роль гибких геосинтетических оболочек в увеличении несущей способности фунтовых свай;

3. Методами математического моделирования (МКЭ) провести изучение особенностей НДС слабых оснований дорожных насыпей, усиленных грунтовыми сваями-дренами в гибких оболочках из геосинтетики;

4. Разработать практические методы прогноза степени изменения деформационных свойств слабых оснований, усиленных грунтовыми сваями-дренами в гибких оболочках из геосинтетики и рекомендации по методам повышения несущей способности дорожных насыпей, сооружаемых на слабых основаниях в том числе и применительно к условиям Вьетнама.

Методика исследований.

Аналитически и с помощью программы «Плаксис», реализующей метод конечных элементов (МКЭ), изучены особенности формировании напряженно-деформированного состояния (НДС) элемента грунтовой толщи слабого основания с учётом наличия грунтовой сваи-дрены в геосинтетаческой оболочке.

Научная новизна:

1. Получена общая аналитическая зависимость для прогноза величины повышения несущей способности слабого основания дорожных насыпей в результате устройства как песчаных свай-дрен, так и свай-дрен в геосинтетических оболочках (геосвай);

2. Установлено, что повышение несущей способности слабых оснований за счет устройства свай-дрен происходит не только за счет разницы деформационных и прочностных характеристик грунта свай и слабого грунта, а и за счет увеличения диаметра свай-дрен и реактивного отпора слабого грунта в межсвайной области, развивающегося на этапе нагружения и осадки основания;

3. Установлено, что дополнительное, и достаточно ощутимое, повышение несущей способности слабых оснований в случае устройства геосвай обусловлено проявлением на этапе нагружения и осадки основания армирующего эффекта геосинтетической оболчки, ограничивающей боковые деформации грунтовых свай и увеличивающих их прочность за счет появления дополнительных сил псевдосцепления;

4. Установлено, что эффективность применения геосвай, как и свай-дрен, увеличивается с увеличением степени насыщенности ими слабого основания, однако, влияние геосинтетической оболочки снижается при росте природной плотности слабого фунта и модуля его деформации;

5. Установлено также, что эффективность применения геосвай увеличивается с ростом модуля упругости геосинтетической оболочки и ее толщины, но снижается с ростом диаметра геосвай.

Практическая ценность работысостоит в дальнейшем совершенствовании методических основ проектирования дорожных конструкций, сооружаемых в сложных инженерно-геологических условиях, позволяющих более обосновано использовать грунтовые сваи-дрены в геосинтетической оболочке (геосваи)дпя увеличения несущей способности земляного полотна на слабых основаниях.

Достоверность полученных результатов обоснована:

1. строгостью исходных предпосылок и применяемых методов исследований;

2. сравнением результатов расчетов и данных математического моделирования;

3. сопоставлением результатов с известными положениями механики грунтов, строительной механики, теории упругости;

4. квалифицированным использованием известной лицензионной программы «Плаксис» (software Plaxis version 8.2).

На защиту выносятся:

1. результаты теоретического анализа условий работы грунтовых свай-дрен и геосвай при их устройстве в слабых основаниях дорожных насыпей;

2. полученные расчетные зависимости по прогнозу повышения несущей способности слабого основания с помощью грунтовых свай-дрен и геосвай;

3. результаты сравнения аналитических исследований с результатами численных исследований НДС фрагмента слабого основания, усиленного фунтовыми сваями, на математических моделях (МКЭ);

4. рекомендации по практическому учету полученных результатов при проектировании и строительстве автомобильных дорог на слабых основаниях.

Апробация работы и публикации.

1. Промежуточные этапы работы докладывались на 71-й научно-технической конференции (МАДИ).

2. По материалам работы опубликованы следующие статьи в рецензируемых журналах:

• Добров Э.М., До Кхань Хунг Влияние геосинтетической оболочки на эффективность усиления слабых оснований грунтовыми сваями. «Транспортноестроительство» №7, 2014 с. 15-17.

• Добров Э.М., До Кхань Хунг. Геосинтетическая оболочка- фактор повышения эффективности грунтовых свай. «Наука и техника в дорожной отрасли», №3, 2014, с. 31-32.

3. Результаты исследований учтены в ОДМ «Рекомендации по применению текстильно-песчаных свай при строительстве автомобильных дорог на слабых грунтах основания», разработанных в 2014 г. ООО «Мегатех инжиниринг» совместно с ООО «Роспромтекс инжиниринг» и ЗАО «Земьспецпроект» по заказу ФДА «Росавтодор».

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и общих выводов. Основной текст диссертации содержит 152 стр. печатного текста, 82 рисунков и 14 таблиц. Библиография состоит из 64 наименований использованных литературных источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Введение содержит краткое обоснование актуальности темы диссертации, сформулирована ее цель, научная новизна и практическая значимость.

Первая глава диссертации посвящена рассмотрению состояния вопроса в области строительстваконструкций дорожных насыпей на слабых грунтах. Отмечено, что избыточное увлажнение этих грунтов, низкая несущая способность и высокая сжимаемость существенно осложняют и удорожают дорожное строительство. Обычно к слабым грунтам относят такие специфические их разновидности как:

торфяные и органоминеральные отложения, илы различного происхождения, иольдиевые глины, мокрые солончаки и др.

Создание транспортной сети при освоении богатых нефтегазоносных природных ресурсов Севера Европейской части России Западной Сибири потребовало в начале 60-х годов прошлого века в кратчайшие сроки решить проблему строительства дорог на слабых грунтах.

Успешному рещению данной проблемы способствовали исследования, выполненные ранее в различных областях строительстваК.П.Лундиным, И.И.Вихдяевым, ПАДроздом, Б.И.Далматовым, М.Ю.Абелевым, Н.Н.Морарескулом, Л.С.Амаряном, И.М.Горьковой, Н.Я. Денисовым и др.

Решению проблем, непосредственно связанных с устройством автомобильно-дорожных переходов через торфяные болота, были посвящены исследования И.Е.Евгеньева, В.Д. Казарновского, Э.М. Доброва, В.Н. Яромко, Э. К. Кузахметовой и др.

В этот период аналогичные работы, применительно к проблеме строительства инженерных сооружений, выполнялись также в США (L.Casagrande, W.Weber и др.), в Канаде («.Anderson, R.Redforth), в Швейцарии (A.Moos, F.Jaecklin и др.), во Франции (F.Bourges, G.Pilot и др.), в ФРГ (R.FIoss, A.Ducker и др.), а также в Нидерландах, Японии и других странах.

Далее, в этой главе, наряду с краткой инженерно-геологической характеристикой основных представителей отложений слабых грунтов на Севере Вьетнаме,рассмотрены основные принципы строительства автомобильных дорог на слабых фунтах инакопленный опыт применения наиболее распространенных конструктивно-технологических схем устройства дорожных насыпей на слабых грунтах. При этом особое внимание уделено свайным основаниям и в первую очередь основаниям с вертикальными дренами. Отмечается,

что конструкция из вертикальных песчаных дрен является одной из наиболее эффективных, поскольку сокращая путь фильтрации и за счет этого существенно уменьшая время накопления осадки насыпи, согласно исследованиям может значительно (И.Лейк, Фрэзер, Свен Хансбо, А.Г. Полуновский, А. С. Мохаммед, Чан Куок Дат) повысить устойчивость слабого основания, проявляя так называемый эффект сваи, или эффект колонны («pile effect», «column effect»).

Отмечается, что в последние годы в зарубежном и отечественном транспортном строительстве начала получать развитие технология усиления слабых оснований с помощью текстильно-песчаных свай (или геосвай), представляющих собой песчаные сваи-дрены, заключенные в цилиндрическую оболочку из прочного геосинтетического материала. При этом отмечено, что наличие мягкой геосинтетической оболочки, работающей на растяжение, позволяет значительно усилить свайный эффект конструкции и уменьшить за счет этого еще в большей степени осадку дорожной конструкции. Далее кратко излагается сущность данной технологии усиления слабых оснований и практические примеры ее использования. Отмечается, что прогнозируемые осадки и растягивающие напряжения в геосинтетических оболочках геосвай отличаются от фактических их значений, что указывает на определенное несовершенство существующих расчетных схем и необходимость их дальнейшего совершенствования.Формулируется цель настоящей диссертационной работы и задачи исследований.

Вторая глава диссертации содержит результаты теоретического анализа особенностей формирования напряженно-деформированного состояния (НДС) слоя слабого грунта ограниченной мощности, расположенного в межсвайной зоне влияния как чистых свай-дрен, так и текстильно-песчаных свай (геосвай), в условиях плоской задачи (рис.1).

В этой схеме принято, что на поверхности слоя приложена равномерно распределенная нагрузка от веса насыпного фунта Р0. Вертикальные сжимающие напряжения oz по глубине слоя являются постоянными (az = const), собственный вес грунта пока у не учитываем. Предполагается, что под воздействием внешней нагрузки Р0 слой слабого грунта будет давать осадку \ь

Рис. 1. Схема фрагмента слабого основания, усиленного грунтовой сваей-дреной: а) в мягкой геосинтетической оболочке (геосвая); б) без оболочки.

Однако, преждебыло проанализировано НДС слоя слабого грунта, усиленного обычными сваями-дренами, не имеющих геосинтетической оболочки (рис.1 б). При этом, в отличие от ранее рассмотренной аналогичной задачи (Добров Э.М., Чан Куок Дат),полагалось, что ответная реакция Рсв грунтовой сваи-дрены на вертикальную равномерную деформацию всего основания &н (или относительную я1 = дя/я) обусловленане толькосопротивлениемд/^

сваи-дрены, компенсирующим разность величины бокового давления слабого и сыпучего грунтов, и равным:

д Р _

, (1)

а и сопротивлением^, связанного с боковой деформацией сваи-

дрены за счет увеличения ее диаметра и дополнительной боковой реакциейслабого фунта, окружающего сваю. При этом величина др

исключающая возможность выпора слабого грунта из межсвайной зоны, оказалась равной:

АР=А(1-<* (2)

1 1 Ц> £ V

ЬСв{(р) св{(р) Из (2) видно, что чем больше коэффициент £ , тем меньше

оказывается допустимый резерв развития боковой деформации у сваи-дрены без опасности вызвать боковой выпор слабого грунта.

В итоге, исходя из полученных значений ар0 по (1) и по (2), а

также соотношения площадей = п0214 и = к12/4, суммарная величина отпора сваи-дрены при ее деформации ^ или

дополнительные (сверх Р0) напряжения, которые должны быть приложены на сваю для получения общей равномерной осадки основания^, будут равны:

др |

Св %Св{(р) %Св{(р) ^ '

Где Ка=(ОА.)2- коэффициент армирования (или насыщенности) слабого основания фунтовыми сваями-дренами.

Полученная формула отличается от ранее известной [Доб, ,Дат, Тхо] тем, что она дополнительно учитывает возможность деформации расширения песчаной сваи-дрены под внешней вертикальной

нагрузкой в квазиупругой среде слабого грунта, исходя из предложенных допустимых пределов этой деформации.

В этой связи формула, определяющая прирост несущей способности слабого основания в целом за счет устройства свай-дрен, примет следующий вид:

Далее во второй главе изложен теоретический анализ влияния гибкой оболочки на эффективность свай-дренВ случае наличия гибкой синтетической оболочки вокруг сваи расчетная схема (рис.1 а) будет выглядеть аналогично прежней (рис.1 б). Однако, в отличие от предыдущего случая, непосредственное взаимодействие сваи-дрены и слабого грунта реализуется через гибкую синтетическую оболочку, охватывающей фунтовую сваю-дрену кольцом по периметру. Предполагалось, что именно она сначала воспринимает боковое давление фунта сваи, а затем упруго растягиваясь, давит на слабый грунт.

При этом в гибкой оболочке будут развиваться растягивающие усилия, которые зависят от ее радиуса, величины приложенной на сваю внешней вертикальной нагрузки,вида и состояния грунта сваи.В диссертации величина растягивающих усилий вгосинтетической оболочке радиусом г определяласьна основе замены равномерно распределенного бокового давления грунта сваи на оболочку равнодействующими Яху в каждой четверти ее окружности. Получаемые при этом несколько увеличенные (до 10%) расчетные значения растягивающих напряжений в оболочке идут в запас прочности.

Анализируя далее характер и условия деформирования грунтовой сваи-дрены, заключенной в оболочку из геосинтетики, как и

ранее, предполагалось, что ответная реакции ДРсв геосваи на ее вертикальную деформацию ^также будет складываться из двух

частей: д/>0и д^ .Однако,в этом случае,доля ответной реакции геосваи

др , с учетом деформаций упругого растяжения геосинтетической

оболочки и исключения также возможных процессов выдавливания слабого грунта из межсвайного пространства, оказывается равной:

я-Е гЛ+АЕг( др=/>о!_£Й1--ш-, (5)

1 Е" ^св^2

где Егео- модуль упругости геосинтетической оболочки толщиной t.

В случае отсутствия оболочки (£гео = о) формула (5) переходит в (2).

В результате, учитывая соотношение площадей и /сл., суммарная величина отпора геосваи при ее деформации ^,или

иначе,дополнительные напряжения, которые должны быть приложены на сваю для получения общей равномерной осадки основания^,

будут равны:

¿ргео ={к ^св(<р) ^ х-Е^+АЕ ,

где Ка-(ОЛ.)2- по-прежнему коэффициент армирования (или насыщенности) слабого основания грунтовыми геосваями.

В случае, если величина внешней нагрузки Р0 ограничена высотой насыпи или мощностью слоя пригрузки, а значение удельной нагрузкидрсе, рассчитанное по формуле (6), оказывается

больше Ро, то это будет свидетельствовать о необходимости использования геоситетики меньшей прочности, геосвай большего диаметра или назначения меньшего коэффициента армирования слабого основания.

В конечном итоге, для определения приростав целом несущей способности слабого основания за счет устройства геосвай получена формула:

игео = АЕ=к ^св{ср) 71-Е^гЛл-ЬЕгео-1

св ^ ^ «-Нсв{(р)Гг ] (7)

При отсутствии данных по величине модуля упругости геосинтетического материала Егео и его толщине t формулу (7) можетбыть представлена в более удобной для практического применения форме:

игео=к £\у-£св(ф) ^ л-Е^-Л+АЫгеп /0,06

Св ~ « ^ ' > (8)

где Ыгео- величина растягивающей погонной нагрузки Л/гео(кН/м), при которой достигается 6% деформация удлинения геосинтетики. Если оболочка отсутствует (£гео=о или Л/гео =0), то формулы (7) и (8)

переходят в формулу (4), полученную для чистых свай-дрен. На рис.2 и рис.3 приведены построенные по формулам (4) и (7) зависимости(в форме отношения ае/е^) роста несущей способности

слабых оснований, усиленных сваями-дренами и геосваями,от коэффициента армирования ка=^/ь)2 применительно к

перечисленным выше состояниям основания и конкретным его характеристикам и прочности геотекстильной оболочки.

Рис. 2. Характер роста относительного модуля деформации слабого основания от коэффициента его армирования грунтовыми сваями при: Е„=0,5МПа; <г = 0,36; <^ = о,75;г= 0,4(м);

Рис.3. Характер роста относительного модуля деформации слабого основания от коэффициента его армирования грунтовыми сваями при: Е„=5,0МПа; # =0,36; ^ = 0,75; г = 0,4(м);

Кривые на рис. 2 и рис.3 соответствуют значениям: ДЕ/Ео (кривая 1) -после устройства обычных свай-дрен; АЕ/Ео (кривая 2) - при загрузке слабого основания с обычными сваями-дренами; АЕ/Ео (кривая 3) -при загрузке основания с геосваями для Ыгеот =100 кН/м; ДЕ/Ео (кривая 4) -при загрузке основания с геосваями для А/геор; =200 кН/м.

Видно, что минимальное увеличение несущей способности основания (нижняя кривая) происходит после устройства любых грунтовых свай, т.е. за счет одинакового проявления роли первых слагаемых в формулах (4), (7) и (8). При загрузке и деформации слабого основания ее несущая способность для свай-дрен несколько увеличивается (вторая кривая снизу), но особенно существенно это увеличение на данной стадии происходит при наличии геосинтетической оболочки (две верхние кривые). Причем, чем прочнее геосинтетическая оболочка, тем эффект прироста несущей способности слабого основания оказывается выше.

Вместе с тем увеличение начального модуля деформации слабого основания Е„ с 0,5 МПа до 5,0 МПа приводит к существенному падению эффективности геосвай (рис. 3), поскольку значительно уменьшаются возможности развития их боковых деформаций и включения в работу геотекстильных оболочек

Отсюда был сделан важный практический вывод о том, что максимальная эффективность свайного поля проявляется в начальный период нагружения слабого основания весом насыпи, когда процесс консолидации только начинается, и основание обладает наименьшей своей несущей способностью (модуль деформации минимален, влажность максимальна). По мере развития процесса консолидации и увеличения плотности слабого грунта эти

параметры постепенно изменяются и эффективность работы геосвай снижается.

Величина приращения модуля деформации слабого основания за счет устройства грунтовых свай позволяет, в свою очередь, оценить возможное сокращение прогнозируемой осадки данного основания, в том числе и по завершению его консолидации. Однако при этом следует учитывать, что по мере накопления осадки во времени и увеличения плотности слабого грунта степень эффективности фунтовых свай будет падать из-за возрастания прочности грунта и модуля его деформации.

Разумеется, что условие получения равномерной осадки свай-дрен и слабого основания в реальных условиях строительства может быть получено лишь в случае, когда внешняя нагрузка, к примеру, от веса насыпи, будет передаваться на основание через предельно жесткий (плитный) ростверк.

Использование гибкого ростверка (слой армированного геосинтетикой песка), очевидно, не сможет обеспечить максимально возможную реализацию несущей способности грунтовых свай-дрен, в виду его недостаточной жесткости и неспособности полностью исключить неравномерность осадки поверхности.

Третья глава посвящена краткому изложению теоретических

основ метода конечных элементов (МКЭ) и особенностям использования программы Плаксис ("Р^э") для изучения НДС оснований сооружений.

Четвертая глава диссертации содержит результаты математического моделирования слабых оснований дорожных насыпей с учётом фунтовых свай. Нами, также как и в более ранних работах, выполненных, на базе МКЭ с помощью программы Р1ах1э [Добров Э.М., Чан К.Д ], анализировалось НДС изотропного элемента слабого грунта размером 1,0x1,0м, усиленного одной или двумя грунтовыми сваями, при следующих упрощающих условиях:

1. Напряжённое состояние элемента слабого основания рассматривается в условиях плоской задачи. Осадка сваи и слабого грунта в зоне влияния сваи (околосвайная зона) происходят совместно, а деформация межсвайного объема принимается за плоско-параллельное без взаимного смещения и трения;

2. Не учитывается также трение, возникающее на его верхней и нижней границах при горизонтальном сжатии слабого фунта за счет увеличения диаметра сваи;

3. Грунт основания принимается за однородную, изотропную и линейно-деформируемую среду. В качестве расчетных характеристик используются: модуль деформации, коэффициент Пуассона, угол трения и сцепление грунта;

4. Скважины под сваи считаются "высверленными" в слабом фунте, исключающее неизбежное обжатие и изменение НДС слабого грунта, возникающее при задавливании свай. Процессы консолидации не рассматриваются.

В связи с тем, что используемая нами программа "Р1ах1з" не позволяла напрямую провести моделирование работы геосинтетической оболочки в конструкции расчетного блока «слабый грунт-свая», учет ее влияния был выполнен косвенным путем. Сущность данного приема заключалась в том, что заключение сваи-дрены в растяжимую геосинтетическую оболочку и превращение ее таким образом в геосваю, приводит к увеличению несущей способности грунтовой сваи и всего укрепленного слабого основания. Поэтому предполагалось, что аналогичного результата формально можно добиться с помощью обычных грунтовых сваи-дрен, но обладающих уменьшенным коэффициентом Пуассона (и),

повышенным значением модуля упругости фунта свай (Есв), а также более высоким углом его внутреннего трения (<рсв)-

При этом в качестве сравниваемых между собой параметров НДС, рассчитанных в различных точках модели, нами использовались: вертикальные деформации (осадка) слабого фунта или грунта сваи-дрены, главные и девиаторные напряжения. Так, уменьшение вертикальных деформаций грунтовой сваи и уменьшение девиаторных напряжений или главных нормальных напряжений в межсвайной области расценивалась как результатизменения условий взаимодействия грунтовых свай и слабого грунтаза счет несомненного повышения несущей способности грунтовой сваи и эффективности ее работы.

В таблице 1 представлены результаты расчета характера изменения главных и максимальных касательных напряжений в толще слабого фунта между грунтовыми сваями, а также их осадок в зависимости от изменения угла трения фунта сваи, коэффициента бокового давления и коэффициента Пуассона. Их анализ показывает, что рост сдвиговой прочности грунта сваи-дрены и соответственно уменьшение его коэффициента Пуассона приводит к вполне закономерному снижению осадок сваи-дрены, а также, к снижению величины нормальных напряжений и увеличению максимальных касательных напряжений в слабом грунте межсвайной области.

Таблица 1

Угол трения грунта сваи Фп° 15 20 25 30 35 40 45 50

Коэф. бок. давления сваи ^в 0,59 0,49 0,41 0,33 0,27 0,22 0,17 0,13

КоэффициентПуассонаи 0,37 0,33 0,29 0,25 0,21 0,18 0,15 0,12

01 (точка А-сл.грунт), МПа 104,8 104,5 104,3 104,1 103,9 103,8 103,6 103,5

ст2 (точка А-сл.фунт), МПа 102,0 101,7 101,3 101,1 100,8 100,6 100,5 100,3

(<т +сг2 )/2 (точка А-сл.грунт) МПа 103,4 103,1 102,8 102,6 102,4 102,2 102,1 101,9

Тщах = (о -а2 )/2 (точка А) МПа 1,38 1,42 1,47 1,50 1,53 1,56 1,59 1,61

ОсадкасваиАсвэя (мм) 0,24 0,22 0,21 0,19 0,18 0,17 0,17 0,16

Наряду с прочностными параметрами грунта сваи-дрены (фп) , а также коэффициента Пуассона и, на результаты моделирования НДС слабого основания, укрепленного фунтовыми сваями, оказывает и модуль деформации фунта Е„, из которого эти сваи выполнены.

В таблице 2 приведены результаты расчетов НДС слабого грунта межсвайной области (Точка «А»-рис.4.2б) в случае изменения в произвольном диапазоне модуля деформации грунта свай Е„ от 10 до 80МПа.

Таблица 2

Еп (МПа) 10 20 30 40 50 60 70 80

О1 (точка А-сл.грунт), МПа 104,7 104,2 104,1 104,1 104,1 104,1 104,1 104,1

а2 (точка А-сл.фунт), МПа 101,6 101,2 101,1 101,1 101,1 101,1 101,1 101,1

(а +а2)12 (точка А-сл.грунт) МПа 103,2 102,7 102,6 102,6 102,6 102,6 102,6 102,6

Ттм = (Ст -а2)/2 (точка А) МПа 1,51 1,53 1,50 1,50 1,48 1,48 1,48 1,48

Видно, что увеличение модуля грунта сваи-дрены Е„приводит к уменьшению величины как нормальных ст^аг, так и максимальных касательных ттах напряжений в межсвайном пространстве, свидетельствуя, что и в этом случаепроисходит постепенное «скругление» эллипсов напряжений в точке «А» с разгрузкой слабого грунта и повышениюего устойчивости.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Накопленный отечественный и зарубежный опыт в области строительства транспортных сооружений в сложных инженерно-геологических условиях позволил установить, что песчаные вертикальные дрены, значительно ускоряя процессы консолидации слабых оснований дорожных насыпей, могут дополнительно повысить их устойчивость за счет проявления свайного эффекта, уменьшающего нагрузки и осадки слабых оснований.

2. В настоящее время в отечественную строительную практику достаточно успешно начинает внедряться технология, при которой слабые основания дорожных насыпей усиливаются так называемыми гибкими грунтовыми сваями (геосваями), т.е. песчаными дренами в гибких оболочках из геосинтетики, работающих как высокоэффективные вертикальные сваи-дрены.

3. Дальнейшее совершенствование теоретических и методологических основ расчета слабых оснований, армированных геосваями в настоящее время для ряда регионов России и Вьетнама, где широко распространены слабые покровные отложения, представляет особую актуальность.

4. Нами на основе выполненных теоретических исследованийбыла получена общая аналитическая зависимость для прогноза величины повышения несущей способности слабого основания дорожных насыпей в результате устройства как песчаных

свай-дрен, так и свай-дрен в геосинтетических оболочках (геосвай).

5. Установлено, что повышение несущей способности слабых оснований за счет устройства свай-дрен происходит не только за счет разницы деформационных и прочностных характеристик грунта свай и слабого грунта, а и за счет увеличения диаметра свай-дрен и реактивного отпора слабого фунта в межсвайной области, развивающегося на этапе нагружения и осадки основания.

6. Установлено, что дополнительное, и достаточно ощутимое, повышение несущей способности слабых оснований в случае устройства геосвай обусловлено проявлением на этапе нафужения и осадки основания армирующего эффекта геосинтетической оболчки, ограничивающей боковые деформации грунтовых свай и увеличивающих их прочность за счет появления дополнительных сил

псевдосцепления.

7. Установлено, что эффективность применения геосвай, как и свай-дрен, увеличивается с увеличением степени насыщенности ими слабого основания, однако, влияние геосинтетической оболочки снижается при росте природной плотности слабого грунта и модуля

его деформации.

8. Установлено также, что эффективность применения геосвай увеличивается с ростом модуля упругости геосинтетической оболочки и ее толщины, но снижается с ростом диаметра геосвай при неизменных характериситках оболочки.

9. Установлено, что полученные результаты аналитических исследований согласуются с результатами численного моделирования НДС слабых оснований, усиленных сваями-дренами на основе использования МКЭ

10. Сформулированы практические рекомендации по условиям применения фунтовых свай в геосинтетичесих оболочках.

• Добров Э.М., До Кхань Хунг Влияние геосинтетической оболочки на эффективность усиления слабых оснований грунтовыми сваями. «Транспортноестроительство» №7, 2014 с. 15-17.

• Добров Э.М., До Кхань Хунг. Геосинтетическая оболочка- фактор повышения эффективности грунтовых свай. «Наука и техника в дорожной отрасли», №3, 2014, с. 31-32.

Подписано в печать: 20.10.2014 Тираж: 100 экз. Заказ № 1251 Отпечатано в типографии «Реглет» г. Москва, Ленинградский проспект д.74 (495)790-47-77www.reglet.ru