• Мы доступны в любое удобное для вас время
  • Адрес: 197342, Санкт-Петербург, пр.Медиков дом 5 БЦ "Карповка"
  •   +7 (812) 309-89-08  +7 (499) 703-31-43

Моделирование работы грунтового основания, усиленного сваями с геосинтетическим ростверком.

Моделирование работы грунтового основания, усиленного сваями с геосинтетическим ростверком.

Полное описание
Проектирование и строительство линейных сооружений на грунтовых основаниях с низкими прочностными и деформационными характеристиками является актуальным вопросом на территории большинства регионов РФ и Северо-Западного региона в частности.
«Пособие по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах» (М., 2004 г.) рекомендует порядка десяти методов усиления слабых оснований, в том числе и жесткими сваями:
  • для повышения устойчивости;
  • для получения практически безосадочного основания при природных механических свойствах слабой толщи.
Второй пункт наиболее актуален для подходных насыпей, которые, как правило, имеют максимальные рабочие отметки на участке и повышенное динамическое воздей- ствие на контакте с устоем моста, при этом требования по величине и скорости осадки стоят более остро в связи с повышенной ответственностью сооружения.
Уже более 10 лет в отечественной практике дорожного строительства применяется конструкция усиления основания сваями с гибким геосинтетическим ростверком (рисунок 1). Одним из последних федеральных объектов является Скоростная автомобильная до- рога Москва - Санкт-Петербург М11 (СПАД).

Обозначения:
  • армированное земляное полотно;
  • плоскость армирования;
  • рабочий слой основания;
  • слабый грунт основания;
  • глубинный плотный слой, коренная порода и т.п.;
  • точечные несущие элементы (сваи различного типа);
  • линейные несущие элементы;
  • опорная площадь несущих элементов;
  • плоскость контакта армированного основания насыпи и рабочего слоя;
  • слой сыпучего материала (песка, гравия и т.п.);
  • слой грунта, эквивалентный транспортной нагрузке

Примеры усиления основания насыпи, армированного геосинтетическими материалами, точечными и линейными несущими элементами

Рисунок 1 – Примеры усиления основания насыпи, армированного геосинтетическими материалами, точечными и линейными несущими элементами

В качестве точечных несущих элементов используются забивные железобетонные сваи, грунтоцементные колонны, изготавливаемые по методу струйной цементации (jet- grouting) или методу глубинного перемешивания (deep soil mixing), а также песчаные сваи в оболочке из тканого геотекстиля. Несущие элементы располагаются по треугольной или прямоугольной схеме.

Геосинтетический ростверк в последнее время устраивается из высокопрочного тканого геотекстиля, изготавливаемого ткацким или вязаным способом из полиэфирных нитей (PET). Ранее применялись жесткие полипропиленовые георешетки с прочностью 20 и 30 кН/м, но такая конструкция требует меньшего шага свай, что экономически не выгодно.

Расчетными параметрами представленной конструкции усиления являются:
  1. Растягивающие усилия и удлинения в геосинтетическом ростверке. По этим параметрам осуществляется подбор сырья геосинтетического материала и паспортной прочности, количества слоев армирования.
  2. Нагрузка на сваю. Необходима для определения типа свай, их шага и схемы установки.
  3. Коэффициент устойчивости при сдвиге насыпи по геосинтетическому ростверку.
  4. Коэффициент общей устойчивости насыпи и основания.
Несмотря на относительную простоту конструкции, существует значительный про- бел с точки зрения моделирования и расчета в среде инженеров-дорожников. Аналитические методики расчета представлены в немецких рекомендациях EBGEO, британском стандарте BS 8006-1:2010 и отечественном «Пособии по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах».

Каждая из методик имеет свои границы применения, достоинства и недостатки:
  • методика EBGEO регламентирует применение материалов с прочностью >30 кН/м, позволяет рассчитать усилия в геосинтетическом материале в продольном и попе- речном направлении, описывает возникновение арочного эффекта и отпора основания, при этом опирается на результаты экспериментальных исследований; по мнению специа- листов, в результате расчетов получаются большие запасы нереализованной прочности и удлинения;
  • в британском стандарте форма арки (купола) и распределение напряжений не за- висят от параметров грунта насыпи и прочности геосинтетического ростверка, а только от типа свай и геометрии насыпи, однако, этот данный документ единственный учитывает в конструкции возможность применения «гибких» свай;
  • российская методика, разработанная под руководством проф. В.Д. Казарновского, не имеет понятного обоснования появления арочного эффекта и отпора грунта основания, а удлинение геосинтетического материала и осадка межсвайного пространства изначально подразумеваются завышенными.

Отдельно следует отметить польский стандарт ITB 429/2007, в котором приведены максимальные значения удлинений геосинтетического материала – для дорожных насы- пей эта величина составляет 5,0%.

Естественно, что первые две методики не сертифицированы на территории РФ и расчеты, выполненные по ним, экспертизой приняты быть не могут. По факту же расчеты чаще всего выполняют по EBGEO, а в проект прикладывают только результаты расчета устойчивости по методу КЦПС с учетом свай и прочности геосинтетического ростверка.

Исходя из всего вышесказанного, целью данной исследовательской работы являет- ся сопоставление результатов аналитических расчетов с геотехническим моделировани- ем, выполненным в двухмерной и трехмерной постановке с применением программных комплексов PLAXIS 2D и 3D.

Безусловно численное моделирование позволяет более полно учесть исходные данные по геометрии модели, описать нелинейное поведение грунта, упругую работу свай, а также рассмотреть всю конструкцию в целом, определить общий запас и запас каждого элемента в отдельности.

Геосинтетический материал в программе PLAXIS задается элементом типа Grid, ра- ботающим только на растяжение. Прочность и деформативность материала описываются одним параметром – нормальной жесткостью EA (кН/м), равной отношению растягива- ющего усилия в материале и вызываемого этим усилием удлинения, т.е. EA = F/ε. Таким образом, для допустимого удлинения EA5% = F5% / 0.05. Закладывать в расчет жесткость материала при разрыве (EAult = Fult / εult) в корне неправильно, поскольку это подразуме- вает, что материал будет работать на пределе своих характеристик без запаса.

У высокопрочных геосинтетических материалов из полиэфира зависимость между усилием и удлинением не является линейной, присутствует участок упрочнения, поэтому подбор геосинтетики в PLAXIS выполняется путем итерационных расчетов.
Пример осредненной кривой испытаний полиэфирной геосетки на разрыв (паспортная прочность 108 кН/м)
Рисунок 2 – Пример осредненной кривой испытаний полиэфирной геосетки на разрыв (паспортная прочность 108 кН/м)

Следующим важным моментом данной работы является рассмотрение механизма возникновения отпора грунта основания, который возможно исследовать только через напряженно-деформированное состояние грунта, что недоступно для аналитических ре- шений.
Представленная работа является продолжением исследований автора, выполнен- ных в 2010 году совместно с Корейским научно-исследовательским институтом железных дорог (KRRI) и представленных на 4-ой конференции пользователей PLAXIS.

Комментарии (0)


Ваше имя:

Электронная почта:

Комментарий :