Метод временной пригрузки

Размещено на http://www.allbest.ru

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет

Кафедра автомобильных дорог

Курсовая работа

на тему: «Метод временной пригрузки»

Выполнил:

студент 2-го курса, дневного отделения

группы № АД-11

Михайлов Александр Сергеевич

Научный руководитель:

старший преподаватель

Малянова Лидия Ивановна

Чебоксары

2012



Задание

Определить толщину слоя пригрузки и минимальную длительность действия пригрузки.

Исходные данные

Ширина проектируемой насыпи по верху (B)	10 м
Глубина болота (H)	8,5 м
Высота проектируемой насыпи (h)	1,6 м
Средневзвешенное значение коэффициента пористости основания (l0)	10
Продолжительность строительства (tcmp.)	90 сут.
Расчетные осадки (Spacr)	0,44
Относительные деформации сжатия слабого основания (лсж)	0,19
Расчетная нагрузка на основание (Ppacr)	0,045 МПа
Безопасная нагрузка на основание (Pбез.)	0,075 МПа
Показатель крутизны заложения откоса проектируемой насыпи (m)	1,5
Показатель крутизны заложения откоса суженной насыпи (m1)	1,0
Коэффициент перегрузки	0,36

временный пригрузка автомобильный дорога грунт



Введение

В связи с освоением новых территорий в Сибири и необходимостью реализации задач, поставленных Продовольственной программой, значительно возросли объемы дорожного строительства на болотах, переувлажненных глинистых и других грунтах, обладающих незначительной несущей способностью, высокой сжимаемостью, и относящихся к категории слабых грунтов.

Строительство автомобильных дорог на слабых грунтах сопряжено со значительными техническими трудностями, заключающимися в обеспечении стабильности земляного полотна. Традиционный метод строительства, предусматривающий замену слабых грунтов устойчивыми минеральными (обычно песчаными), очень дорогой и трудоемкий. Поэтому на практике широко применяются методы строительства, при которых слабые грунты не удаляются, а с помощью различных конструктивных и технологических мероприятий улучшаются и используются в качестве несущего основания насыпи. К таким методам относятся:

1) Вертикальное дренирование (осушение) слабых грунтов - один из распространенных методов, позволяющих ускорить уплотнение слабого грунта от воздействия массы насыпи и сократить сроки строительства дорог. В слабом водонасыщенном грунте устраивают близкорасположенные вертикальные дрены, через которые под действием нагрузки от возводимой насыпи отводится поровая вода, что способствует ускорению уплотнения и упрочнения слабого основания.

Обычно вертикальные дрены имеют вид скважин, заполненных песчаным грунтом с высокой водопроницаемостью. По конструктивному решению и технологии строительства они сходны с песчаными сваями, однако в отличие от дрен, сваи представляют собой не дренирующую, а несущую конструкцию.

Вертикальные дрены сокращают путь фильтрации воды, поэтому, регулируя расстояние между дренами, можно теоретически добиться любой скорости уплотнения слабого основания. По мере уплотнения снижается влажность слабого грунта и повышается его прочность, поэтому вертикальные дрены устраивают не только для ускорения осадки насыпи, но и в тех случаях, когда необходимо снять избыточное поровое давление в напряженном грунтовом основании.

2) Динамическая консолидация заключается в циклическом приложении к поверхности грунта больших свободно падающих нагрузок (максимальная масса достигает 40 т, высота падения до 40 м). Ударные волны и высокие напряжения в грунтах обусловливают компрессию пор, приводят к разжижению грунта и образованию в нем трещин в результате перенапряженного состояния.

Уплотнение грунта проводят за несколько проходов с перерывами на диссипацию поровых давлений. Для определения величины нагрузок, высоты падения и количества проходов уплотнителей перед началом работ выполняют полевые и лабораторные исследования. В ходе динамической консолидации проводят контрольные наблюдения с целью определения состояния грунта. Установлено, что данный процесс способствует значительному уменьшению сжимаемости грунта, увеличению его прочности и устранению последствий, возникающих в результате вторичной консолидации. Глубина уплотнения основания достигает 15-20 м.

Метод динамической консолидации пока не нашел применения для стабилизации насыпей автомобильных дорог и других транспортных объектов в отечественной практике. Однако большие возможности этого метода, сравнительная его простота и невысокая стоимость строительных работ привели к широкому применению этого метода за рубежом.

3) Метод временной пригрузки - наиболее простой и доступный для производства метод ускорения сроков стабилизации земляного полотна на болотах. О нем и пойдет речь в нашей работе.



Расчетная схема. Эффективность и минимальная величина пригрузки

Суть метода временной пригрузки (рис. 1) состоит в приложении нагрузки P_пр, большей на ДP, чем P_pacr, в результате чего расчетные осадки S_pacr с заданной степенью консолидации U завершаются за время t_пр значительно меньшее, чем время t_u при обычной консолидации (без ускорения осадки). Об эффективности временной пригрузки можно судить по времени ускорения осадок t_уск:

t_уск=t_u-t_пр, (1)

Рис. 1. Расчетная схема к применению метода временной пригрузки

Однако принятое допущение не окажет существенного влияния на конечный результат, поскольку определяются не абсолютные значения t, а их разность. С учетом этого:

(2)



где Т_пр - консолидационный параметр, соответствующий относительной осадке л_пр (для пригрузки); Т_pac - консолидационный параметр, соответствующий расчетной осадке л_pacr (для расчетной нагрузки); С - коэффициент переуплотнения; U - степень консолидации.

Параметры Т_pacr и Т_пр (в сутках) определяют по следующим формулам:

(3)

где л_сж.pacr, л_сж.пр - относительные деформации сжатия слабого основания от нагрузки Р_pacr и P_пр (в МПа), вызывающе соответственно осадки S_сж.pacr и S_сж.пр (в см).

С учетом этого получим:

(4)

Из выражения (3) определим отношение:

(5)

где d=Дp/P_pacr - коэффициент перегрузки основания; Дp - величина временной пригрузки.

Тогда:

(6)



Анализ формулы для определения t_уск показывает, что эффективность временной пригрузки зависит от сжимаемости торфяного основания (л_сж.pacr и C=Дл/л_сж.pacr), величины нагрузки (P_pacr и d = Дp/P_pacr) и требуемой степени консолидации U. При этом увеличение S_сж.pacr и U всегда ведет к увеличению t_уск, т.е. чем больше осадка и выше требования в отношении стабильности земляного полотна, тем эффективнее применение временной пригрузки. Увеличение коэффициентов с и d ведет к росту t_уск, а следовательно, и к повышению эффективности пригрузки. Но коэффициенты С и d зависят от S_сж.pacr, P_pacr, что указывает на сложный характер влияния величины расчетной осадки и расчетной нагрузки на эффективность временной пригрузки.

Из приведенных соотношений следует, что должно существовать минимальное значение коэффициента перегрузки, при котором временная пригрузка будет неэффективна в отношении ускорения осадок. Минимальные значения коэффициента перегрузки можно найти из уравнения (6) при ускорении t_уск = 0:

(7)

Используя для определения параметра С компрессионную зависимость Л.С. Амаряна, получим (для торфяных грунтов):

(8)

где l₀ - коэффициент начальной пористости торфа; P_pacr - расчетная нагрузка, МПа.

Для зависимости (8) построен график (рис. 2), который позволяет определить минимальное значение коэффициента перегрузки в зависимости от требуемой степени консолидации основания и комплексного показателя (1+ l₀)P_pacr

В частности, при изменении коэффициента пористости торфа l₀ в пределах 8-14 (интервал изменения l₀ для болот 1 строительного типа) минимальные значения коэффициента перегрузки d_min можно определить по табл. в зависимости от требуемой степени консолидации U и расчетной нагрузки P_pacr.

Таким образом, приведенные данные показывают, что основными факторами, определяющими выбор величин временной пригрузки, являются сжимаемость слабого грунта, величина уплотняющей нагрузки и требуемая степень консолидации основания. Исходя из этого, при строительстве дорог на болотах с усовершенствованными покрытиями (U = 0,90-0,95; l_о = 8-14; P_pacr = 0,03-0,06 МПа) коэффициент перегрузки принимается не менее 0,15-0,20.

Рис. 2. График для определения минимального коэффициента перегрузки



Минимальные значения коэффициента перегрузки

Расчетная нагрузка, Ppacr, МПа	Требуемая степень консолидации, U
	0,80	0,90	0,95
	Минимальные значения коэффициента перегрузки, dmin
<0,03	0,20	0,15	0,10
0,03-0,10	0,30	0,20	0,15
0,10-0,15	0,40	0,25	0,20

Проектирование временной пригрузки

При строительстве автомобильных дорог обычно применяют следующие конструктивно-технологические решения временной пригрузки. При использовании схемы (а) грунт временной пригрузки после завершения консолидации основания используют для отсыпки насыпи на следующих участках дороги; при использовании схемы (б) грунт распределяют на обочины и откосы в пределах данной захватки.

Для расчета параметров временной пригрузки рекомендуется:

а) определять величину временной пригрузки Др по формуле:

Дp = dP_pacr, (9)

где d - коэффициент перегрузки, минимальные значения которого следует принимать по графику (см. рис. 2).

б) определять консолидационный параметр Т_пр для насыпи с пригрузкой по формуле (3). При этом параметры л, Р и S_сж для насыпи с пригрузкой вычислять по формулам:

л_сж.пр = л_сж.pacr(1+bd),

S_сж.пр = S_сж.pacr(1+bd), (10)

P_пр = Р_pacr(1+d),



где b - безразмерный коэффициент, определяемый по формуле:

(11)

где P_pacr - расчетная нагрузка на основание, МПа; l₀ - средневзвешенное значение коэффициента пористости основания.

в) проверять устойчивость слабого основания при возведении насыпи с временной пригрузкой. Коэффициент безопасности основания K ^нач _без.пр вычисляют по формуле:

(12)

где P ^нач _без.пр - безопасная нагрузка на основание.

Если K ^нач _без.пр ? 1, допускается быстрая отсыпка насыпи и временной пригрузки и расчет длительности консолидации производят по формуле:

(13)

При K^нач_без.пр < 1 определяют коэффициент безопасности основания с учетом его упрочнения при медленной отсыпке насыпи:

(14)

где U_{0 -} степень консолидации основания, достигаемая за время отсыпки насыпи и пригрузки и определяемая в зависимости от величины л_сж.пр.

Если K^конч_без.пр ? 1 допускается медленная отсыпка насыпи и пригрузки. Коэффициент перегрузки d для пригрузки, выполняемой по схеме (б), определяют методом последовательного приближения в зависимости от требуемых сроков консолидации основания по следующей формуле:

(15)

где h - высота проектируемой насыпи; B - ширина проектируемой насыпи по верху; m - показатель крутизны заложения откоса проектируемой насыпи; m₁ - показатель крутизны заложения откоса суженной насыпи (насыпи-пригрузки).

При проектировании временной пригрузки варьирование значений крутизны откосов осуществляется в пределах m = 1,5-4,0;m₁ = 1-2.

Коэффициенты перегрузки d, вычисленные по формуле (15), должны быть не менее значений d_mim определяемых по рис.2. В противном случае временная пригрузка по схеме (б) неэффективна и для получения требуемого коэффициента перегрузки необходимо применять временную пригрузку по схеме (а).

Далее переходим к проектирование временной пригрузки. Требуется запроектировать земляное полотно автомобильной дороги IV категории на переходе через болото глубиной 8,5 м. Продолжительность строительства t_cmp=90сут. Для проектирования мы используем следующие данные: h = 1,6 м, S_сж = S_pacr = 0,44 и; l₀ = 10; л_сж = 0,19; P_pacr = 0,045 МПа, P_без. = 0,075МПа, U = 0,95.

Время, необходимое для достижения заданной степени консолидации основания, определяем по формуле (2):

t=15,1*0,95/1-0,95=287 сут.;

T_pacr=2,5*10^-5*44/(0,19*0,045)²=15,1 сут.

Поскольку продолжительность консолидации t=287 сут. превышает продолжительность строительства t_сmp = 90 сут., для ускорения консолидации основания применяется временная пригрузка. Минимальное значение коэффициента перегрузки определяется по рис. 2. Для (1 + l₀)P_pacr = (1+10) 0,045 МПа, и U = 0,95 d_min = 0,20. Исходя из того, что время консолидации необходимо сократить в 287/90 = 3 раза, коэффициент перегрузки ориентировочно принимается равным d = 2d_min = 0,4.

Устойчивость основания при отсыпке насыпи с временной пригрузкой определяется следующим образом:

Р_пр = 0,045 (1 + 0,4) = 0,063 Мпа;

K^нач_без.пр =0,075/0,063=1,19.

Коэффициент безопасности больше единицы, следовательно, устойчивость основания обеспечена при отсыпке насыпи и пригрузки в режиме быстрого нагружения.

Консолидационный параметр Т_пр для насыпи с временной пригрузкой определяется:

Т_пр= 2*10^-5*54/(0,23*0,063)²=5,1 сут.;

b=1/(1+1,52(1+10)0,045)=0,57;

S_сж.пр = 44(1+0,57·0,4)=54 см;

л_сж.пр = 0,19(1+0,57·0,4)=0,23.

Длительность консолидации насыпи с пригрузкой определяется по формуле (12):

t_пр= 0,95*5,1/0,57*0,4=18 сут.

Полученное время консолидации t_пр=18<t_cmp=90 сут, следовательно, коэффициент перегрузки можно уменьшить.

Принимая d=0,2:

S_сж.пр=44(1+0,57·0,2)=50 см;

л_сж.пр=0,19(1+0,57·0,2)=0,20;

Р_пр=0,045(1+0,2)=0,054 МПа;

Т_пр=2*10^-5*50/(0,20*0,054)²=8.6сут.

Продолжительность консолидации насыпи с пригрузкой:

t_пр=0,95*8,6/0,57*0,2=72 сут.

Применение временной пригрузки (d = 0,2) позволяет уменьшить срок консолидации основания на 287 - 72 = 215 сут. Толщина пригрузочного слоя равна:

Дh = 0,2 (2,5 + 0,44) = 0,59 м.

Возможность осуществления временной пригрузки по схеме (б) насыпь-пригрузка определяется следующим образом. Для проектируемой насыпи h = 1,6 м, В = 10 м, m = 1,5 и л = 0,3. Принимая крутизну откоса насыпи-пригрузки m₁ = 1, коэффициент перегрузки равен:

d=2*1,6/10*(1,5-1)=0,16.

Таким образом, в данном случае возможно осуществление пригрузки по схеме (б), т.е. посредством возведения сначала суженной насыпи с более крутыми откосами m₁ = 1 и высотой, превышающей проектную на величину пригрузки, с последующим положиванием откосов после завершения консолидации.



Список литературы

1. Руководство по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах/Минтрансстрой СССР, Союздорнии. - М.: Транспорт, 1978.

2. Яромко В.Н. О типизации слабых оснований по характеру консолидации. - Основания, фундаменты и механика грунтов, 1983, № 4.

3. Яромко В.Н. Прогнозирование осадок слабых водонасыщенных грунтов. - Основания, фундаменты и механика грунтов, 1977, № 3.

4. Амарян Л.С. О закономерностях одномерного уплотнения органоминеральных грунтов. - Основания, фундаменты и механика грунтов, 1980, № 5.

5. Инструкция по расчету дорожных насыпей на торфяных грунтах: РСН 09-84/Госстрой БССР. - Минск, 1984.

6. Проектирование транспортных узлов в сложных геологических условиях/ И.Е. Евгеньев, В.Н. Яромко, В.В. Сеськов и др. - Автомоб. дороги, 1979, № 2.

7. Евгеньев И.Е., Казарновский В.Д. Земляное полотно автомобильных дорог на слабых грунтах. - М.: Транспорт, 1976.

Размещено на Allbest.ru