Укрепление откосов насыпи земляного полотна георешеткой
Геотехнический расчет укрепления земляного полотна автомобильной дороги с применением геосинтетических материалов
Какая задача стояла перед инженером?
Проектом предусматривается устройство насыпи автомобильной дороги на участке с наличием в основании слабых грунтов (торф слабо- и сильноразложившийся, суглинки текучие). При этом стоит принять во внимание неоднородность инженерно-геологических условий, высокий уровень грунтовых вод.
Согласно п.7.44 СП 34.113330.2012 при устройстве насыпей на слабых основаниях без их замены следует назначать обосновываемые расчетами специальные мероприятия, обеспечивающие возможность использования слабых грунтов в основании — армирование насыпей геосинтетическими материалами (ткаными геотекстилями, геосетками, плоскими и объемными георешетками, геокомпозитами).
Заключение разработано на основе геотехнического расчета устойчивости и деформаций насыпи с применением оптимального варианта укрепления геосинтетическими материалами:
тканого геотекстиля (геоткани) максимальной прочностью 80кН/м в виде замкнутой грунтовой обоймы высотой 1,0м, устраиваемой в осадке (в 0,5м от поверхности болота) и прослойки из геоткани прочностью 50кН/м под покрытием проезжей части и обочин.
При устройстве покрытия с армирующей прослойкой отсутствуют потери щебня в результате повышения сдвигоустойчивости слоя, общего модуля упругости, устранения эффекта втапливания в песок и колееобразования, поэтому возможно снижение толщины слоя на 15см – с 35см (по проекту) до 20см.
Геологические условия
Для расчетного анализа предоставлены поперечные и продольные профили заездов 1 (ПК0+00 – ПК1+04,50) и 2 (ПК0+00 – ПК1+25,50) на куст скважин.
Категория дороги – III-в. Конструкция насыпи: грунт – песок по ГОСТ 8736-93*, ширина поверху – 9,5м (проезжей части – 6,5м), откос 1:2. УГВ -0,1м.
Геотехнический расчет осадки и устойчивости насыпи
Численный анализ деформаций и устойчивости насыпи выполнен при помощи программного комплекса геотехнических расчетов PLAXІS 2D по методу конечных элементов (МКЭ).
Применение численных методов расчета (МКЭ) регламентируется такими документами как: СП 16.13330.2012 «Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения» (Актуализированная редакция СНиП 22-02-2003) и ОДМ 218.2.006-2010 «Рекомендации по расчету устойчивости оползнеопасных склонов (откосов) и определению оползневых давлений на инженерные сооружения автомобильных дорог». ОДМ 218.001-2009 «Рекомендации по проектированию и строительству водопропускных сооружений из металлических гофрированных структур на автомобильных дорогах общего пользования с учетом региональных условий (дорожно-климатических зон)».
При создании геометрической модели грунтовый массив разбивается на сеть 15 узловых треугольных изопараметрических конечных элементов, в которых перемещения определяются во всех узлах, а напряжения (вычисляются по методу К.Терцаги) – в 6 точках. Расчет больших деформаций модели с учетом изменения координат узлов относительно УГВ ведется по обновляемой сети элементов и с перерасчетом взвешивающего давления вод (учитывается снижение эффективного веса грунтов в воде и изменение их объема). Грунтовая модель – упругопластическая, Кулона-Мора.
Геотехнические расчеты проводились в соответствии с положениями «Пособия по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах (к СНиП 2.05.02-85)» и ОДМ 218.5.003-2010. В соответствии с п. 8а вышеуказанного ОДМ требуемая степень консолидации UТР (90%) при расчете сроков консолидации армированной насыпи может быть снижена до значения 0,9хUТР. Транспортная нагрузка, учитываемая в расчетах – 45 кН/м 2 , принята по ГОСТ Р 52748-2007 «Нормативные нагрузки, расчетные схемы нагружения и габариты приближения».
Из положений механики грунтов известно, что напряженное состояние в какой-либо точке грунта рассматривается как предельное в том случае, когда незначительное добавочное воздействие нарушает равновесие и приводит грунт в неустойчивое состояние. Разрушение грунта происходит в результате преодоления внутренних сил трения и сцепления между частицами по определенным поверхностям скольжения.
В общем виде устойчивость сооружения определяется коэффициентом безопасности, представляющим собой отношение максимально возможной прочности грунта τпред к минимальному значению, необходимому для обеспечения равновесия τдейств: Кбез = τпред / τдейств
Если формулу представить в виде стандартного условия Кулона, то она примет вид: Кбез = ( σ n ∙ tg φ’ + c ‘) / ( σ n ∙ tg φ r + cr),
где c ‘ и φ’ – исходные параметры прочности и σ n – фактическое нормальное напряжение; cr и φ r – параметры прочности, сниженные в ходе расчета до минимальных значений, достаточных для поддержания равновесия.
Метод снижения прочности (SRM – shear reduction method) по принципу расчета схож с методом Р.Р. Чугаева, известном в гидротехническом строительстве. Метод снижения прочности реализован в программах, работающих на основе метода конечных элементов и конечных разностей (Plaxis, GEO5, Phase2, FLAC). Прогноз разрушения осуществляется путем одновременного понижения обоих показателей сдвиговой прочности: cr = с / К уст и φ r = φ / К уст ,
где Куст – коэффициент снижения прочности, соответствующий коэффициенту устойчивости в момент разрушения.
Последовательность расчета следующая: коэффициенту снижения прочности ( Куст) присваивается значение Куст=1. В ходе расчета Куст увеличивается, при этом сопротивление сдвигу и деформация оцениваются на каждом этапе до наступления разрушения. Результаты вычислений приводятся в виде графиков, на которых показано влияние коэффициента снижения прочности ( Куст) на смещение контрольной точки (узла сетки конечных элементов). Критерий разрушения модели определяется условием Кулона-Мора. Если в результате конечно-элементного расчета будет получено решение для последнего устойчивого состояния откоса, то график расчетов примет горизонтальное положение и коэффициент снижения прочности будет соответствовать коэффициенту устойчивости Куст. Поверхность скольжения при использовании МКЭ формируется во время расчета.
Согласно п.3.38 «Пособия по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах (к СНиП 2.05.02-85)» требуемый коэффициент устойчивости следует определять по формуле: Ктр = Кн ∙ Nс ∙ Nо / Мо,
где Кн — коэффициент надежности по назначению сооружения (см. СНиП2.02.01-83): для дорог III-в категории Кн=1,1; Nс – коэффициент сочетания нагрузок, Nс=1-0,9; No – коэффициент перегрузки, No=1,2 для насыпей; Mo – коэффициент условий работы, Мо=0,9 для пылевато-глинистых грунтов в стабилизированном состоянии и Мо=0,85 – в нестабилизированном состоянии.
Ктр =1,1*0,9*1,2/0,85 = 1,4
Моделирование строительных этапов выполнено по следующей схеме:
1. подготовка песчаного основания (0,5м) для раскатки геополотен – 1день;
2. устройство армирующей обоймы, отсыпка рекомендуемого значения осадки (за вычетом 0,5м песчаного основания) – 3 дня;
3. первичная консолидация (по расчету);
4. досыпка насыпи – 2 дня;
5. вторичная консолидация (по расчету);
6. начало эксплуатации – приложение транспортной нагрузки;
7. конечная консолидация (по расчету).
Применение георешетки для укрепления берегов, откосов, склонов, грунта.
Применение георешетки охватывает целый спектр мероприятий по берегоукреплению и укреплению склонов, откосов, грунта. Мы рекомендуем использовать георешетку для следующих целей.
Укрепление берега
Берегоукрепление осуществляется в зоне водоемов природного и искусственного назначения. С помощью георешетки осуществляется укрепление берегов рек, озер, каналов, кюветов и канав. Необходима георешетка, если осуществляется укрепление берега водоема гидравлических сооружений, в частности, водобойных колодцев, быстротоков, перепадов. В зависимости от наименования работ и активности водного потока различается технология применения георешетки. Так, например, укрепление берега реки осуществляется по технологии, отличной от той, что используется для водоема искусственного. Укрепление берегов пруда также имеет свои особенности. И в том, и в другом случае осуществляется укладка георешетки по единому принципу. Но вот в качестве наполнителя могут применяться совершенно различные материалы. С этой целью используются дерн, щебень или галька, морской и речной песок, даже монолитный бетон. Укрепление берега георешеткой обеспечивает мгновенный результат – уже после окончания работ подвижек насыпных материалов не наблюдается.
Укрепление грунта
С помощью георешетки обеспечивается укрепление грунта и уменьшается вероятность эрозионных процессов. Особенную эффективность технологии обеспечивает высадка многолетних растений, с которой укрепление грунтов становится совершенным, долговечным, качественным. Корневая система растений, взаимодействующая с решеткой, становится мощным фиксатором почвы. Даже при периодическом воздействии водяного потока грунт не будет подвергаться образованию рвов, оврагов и вымоин.
Укрепление откосов
С помощью георешетки выполняют укрепление откосов насыпи железных дорог и автомобильных трасс, используют ее при строительстве путепроводов и дамб. Укрепление откосов георешеткой значительно уменьшает воздействие внешних сил на наполнитель. Сетка для укрепления склонов становится эффективным фиксатором верхнего слоя, не позволяет ему менять расположение под механическим воздействием, влиянием воды и ветра.
При строительстве магистральных трубопроводов наземного типа сетка для укрепления склонов позволяет защитить инженерные системы от преждевременного выхода из строя. Она предупреждает эрозионные процессы на участках воздушных переходов трубопровода под воздействием ветра и воды. Укрепление откосов насыпи земляного полотна с ее помощью продляет сроки периодичности ремонта как самих трубопроводов, так и восстановительных работ на откосах и насыпях.
Выполнение ландшафтных работ
При осуществлении ландшафтных работ требуется укрепление откосов земляного полотна и основания грунта. В противном случае в результате эрозии благоустройство территории «сойдет на нет» уже в течении двух-трех лет. Георешетка, применение которой мы рекомендуем в частном хозяйстве и комплексном благоустройстве, позволяет поддерживать полученный результат значительно дольше. А благодаря удобной в применении конструкции с ее помощью можно создавать сложные формы рельефа без значительных усилий, выполнять укрепление склонов на дачном участке. Крайне важно, что укрепление склона на участке выполняется с минимальными материальными вложениями, ведь использовать затратные технологии большинству дачников не по силам. В этом случае вы не тратите значительных средств на осуществление работ, получая долговечный, качественный результат.
Укрепление дорожных оснований
Используется георешетка также для укрепления дорожных оснований в конструкции дорог капитального и переходного типа. Благодаря армированию георешеткой обеспечивается высокая устойчивость основания к механическим нагрузкам. Материал укладывается на основание поверх геотекстиля (фильтрующего материала, который также можно приобрести в нашей компании). А засыпка ячеек выполняется щебнем или песком.
Технология применения геосинтетических материалов при строительстве и ремонте автомобильных дорог
ВНЕДРЕНИЕ НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Внедрение новых технологий, техники, конструкций и материалов – важнейший фактор достижения экономической эффективности, ресурсо- и энергосбережения, соблюдения экологических требований, обеспечения безопасности движения при проектировании, строительстве, реконструкции, ремонте и эксплуатации дорог и дорожных сооружений.
IV. Технология применение геосинтетических материалов при строительстве и ремонте автомобильных дорог
4.1. Применение армирующих прослоек из геосеток в слоях асфальтобетонных покрытий
Основная цель применения прослоек из геосеток – армирование асфальтобетонных слоев за счёт повышения сопротивления покрытия растягивающим температурным напряжениям и сопротивления напряжению при изгибе, изменения условий контакта в зоне трещины, а на основе этого – увеличение срока службы покрытия.
Рекомендуется два варианта конструктивных решений:
— укладка геосетки между верхним и нижележащими слоями (слоем) асфальтобетонного покрытия для повышения сопротивления преимущественно температурным воздействиям;
— укладка геосетки между блочным основанием и вышележащими асфальтобетонными слоями (слоем) для повышения сопротивления преимущественно воздействию временной нагрузки.
Применение армирующих прослоек из геосеток в слоях дорожного покрытия увеличивает срок службы покрытия в 1,5-2 раза, в соответствии снижается объём работ затраченный на ямочный ремонт на 30-50%.
а) автомобильная дорога «Обход г. Сыктывкара» км 8 – км 9 (2005 год, армирование асфальтобетонного покрытия рулонными базальтоволокнистыми сетками)
Технология устройства трещинопрерывающей прослойки из геосеток ССНП 50/50-25 ООО «Стеклонит» между верхним и нижележащими слоями покрытия (8000 м 2 ) с предварительной его подготовкой (очисткой, выполнением основных мероприятий по ремонту и розливом битума) внедрена на ремонте Стефановской площади г. Сыктывкара – 2006 год.
б) укладка геосетки между верхним и нижележащими слоями асфальтобетонного покрытия
в) устройство верхнего слоя асфальтобетонного покрытия
4.1.1. Технология применения геосеток и плоских георешеток для армирования асфальтобетонных слоев усовершенствованных видов покрытий при капитальном ремонте автомобильных дорог на объектах – 2011 год:
— автомобильная дорога Железнодорожная станция «Кожва» — левобережный подход к переправе Озёрный (7,94 км);
— автомобильная дорога Подъезд к пст. Красный Яг от автодороги «Озёрный -Приуральское» (2,044 км);
— автомобильная дорога Занулье – Матвеевская – Гарь – Коржинский от автодороги «Вятка» на участке км 31 – км 34 (3,002 км).
а) армирование асфальтобетонных слоев покрытий дорожной сеткой марки «Армопол» ДСК- 50 ООО «ГеоЛайн» (ячейки 25х25 мм, прочность 50 кН/м, материал стеклоровинг) площадью – 112 994 м 2
б) устройство покрытия из горячей плотной мелкозернистой асфальтобетонной смеси марки II тип Б толщиной — 6 см
4.1.2. Технология применения геосеток марки «Армопол» ДСК- 50 ООО «ГеоЛайн» (ячейки 25х25 мм, прочность 50 кН/м, материал стеклоровинг) для армирования асфальтобетонных слоев усовершенствованных видов покрытий при капитальном ремонте автомобильных дорог (площадью 199 243 м 2 ) на объектах – 2012 год:
— автомобильная дорога Занулье – Матвеевская – Гарь – Коржинский от автодороги «Вятка» на участке км 41 – км 44 (3,0 км);
— автомобильная дорога Сыктывкар – Котлас – Архангельск на участке Куратово – Широкий Прилук на участке км 0+000 – км 10+000 (10,0 км);
— автомобильная дорога Сыктывкар – Ухта – Печора – Усинск – Нарьян-Мар на участке пос. Каджером – пос. Чикшино «ПК 210 – ПК 343» (13,3 км).
4.2. Технология применения прослоек из геосинтетических материалов в нижних слоях дорожной одежды:
— на капитальном ремонте автодороги Сыктывкар – Котлас – Архангельск на участке Куратово – Широкий Прилук км 10+000 км 10+000 для устройства защитно-армирующей прослойки в основании дорожной одежды из геотекстильного нетканого материала «Геоком Д-330» (39752 м 2 ) – 2012 г.;
— на строительстве автодороги Сыктывкар – Ухта – Печора – Усинск – Нарьян-Мар с подъездами к городам Воркуте и Салехарду на участке пос. Каджером – пос. Чикшино (ПК 210 – ПК 343) для устройства армирующей прослойки в основании дорожной одежды из геотекстильного нетканого материала «Геоком Д-360» (50460 м2) –2012 г.
4.3. Технология устройства подкюветных и закюветных дренажей с применением труб дренажных гладкостенных из стеклопластика (ДГСТВС – ТУ 5216-003-24943769-2001) диаметром 100 мм и 200 мм с обмоткой из геотекстильного нетканого материала Геоком Д-450 внедрена:
— на строительстве автодороги Сыктывкар – Ухта – Печора – Усинск – Нарьян-Мар с подъездами к городам Воркуте и Салехарду на участке пос. Керки – р. Кабанты Вис (334 п. м.) – 2010 г.
а) подготовительные работы на устройство водосбросных сооружений с проезжей части автодороги из композиционного материала
б) устройство дренажей из стеклопластиковых труб с обмоткой из геотекстильного материала
4.4. Применение геосинтетических материалов для укрепительных работ
Нетканые геосинтетические материалы в сочетании с несущими решётчатыми сборными конструкциями укрепления с заполнением ячеек решётки растительным грунтом или щебнем фракции 20-40 мм рекомендуется использовать для укрепления откосов насыпей земляного полотна в сложных грунтовых условиях при водонеустойчивых и легкоразмываемых грунтах.
Внедрение данной технологии позволит обеспечить защиту поверхности грунта от водной и ветровой эрозии, снизить материалоёмкость и трудоёмкость укрепительных работ.
4.4.1. Технология укрепления откосов земляного полотна геосинтетическими материалами в комбинации геотекстильного нетканого материала «Геоком Д-250» и геотекстильной каркасной решётки «Геомат» внедрена на строительстве автодороги Ираель – Ижма – Усть-Цильма на участке подходов к мосту через реку Заостровка (ПК 440+ПК 449+86) общей площадью — 29 084 м 2 .
а) укрепление откосов земляного полотна на подходах к мосту – 2004 год
4.4.2. Технология укрепления откосов насыпи на подходах к мосту и на водопропускных трубах геотекстильным нетканым материалом «Геоком Д-250» ОАО «Комитекс» и геотекстильной каркасной решеткой «Геомат» ОАО «Туймазинской Текстильной фабрики» с заполнением ячеек щебнем фракции 20-40 мм внедрена на устройстве водопропускных труб строящейся автомобильной дороги Сыктывкар – Ухта – Печора на участке Малая Пера –Ираель общей площадью укрепления — 150 м 2 (8 сооружений).
б) укрепление откосов земляного полотна у водопропускных труб – 2007 год
4.4.3. Технология укрепления откосов насыпи и русел водопропускных труб геотекстильной каркасной решёткой «Геомат», водоотводных канав объемной полиэтиленовой перфорированной георешёткой «Славрос – ГР 10», объёмной пластиковой георешеткой «Геокаркас ПГ 30.10» и нетканым геоминтетическким материалом «Геоком ДТ-250» с заполнением ячеек щебнем фракции 25-60 мм (12 124 м2) — 2009 год.
в) автомобильная дорога Печора – Вуктыл на участке Кедровый Шор – Приуральское км 39 – км 44 (укрепление канав объёмной полиэтиленовой перфорированной георешёткой «Славрос – ГР 10»)
г) автомобильная дорога Сыктывкар – Ухта – Печора на участке Чикшино – Берёзовка (укрепление канав объёмной пластиковой георешёткой «Геокаркас ПГ 30.10»)
4.4.4. Технология укрепления откосов выемки и водоотводных канав геотекстильным нетканым материалом «Геоком Д-250» внедрена на ремонте автодороги Сыктывкар – Ухта км 83+800 – км 84+100 (300 п. м.) — 2007 год.
в) укрепление откосов выемки нетканым материалом
г) подготовлен участок откоса выемки для укладки объёмной пластиковой решётки «Геокаркас» с заполнением ячеек растительным грунтом
4.4.5. Технология повышения несущей способности слабого основания земляного полотна с использованием конструкции «Геоматрица ГМ» ООО «Форвард-Нефтегаз» прямоугольной формы с ячеистой структурой и дном из нетканого геотекстильного материала — 2011 год
Ремонт автомобильной дороги Занулье – Матвеевская – Гарь – Коржинский от автодороги «Вятка» на участке км 31 – км 34
а) сборка конструкции «Геоматрица ГМ» площадью — 2270 м 2 , подвозка грунта
б) заполнение ячеек грунтом при помощи экскаватора с последующим уплотнением грунта построечным автотранспортом
