МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ВСЕСОЮЗНЫЙ ДОРОЖНЫЙ НАУЧНО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ (СОЮЗДОРНИИ)
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАСЧЕТУ И ТЕХНОЛОГИИ СООРУЖЕНИЯ АНКЕРНЫХ УДЕРЖИВАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ
Одобрены Минтрансстроем
Москва 1981
Обобщены результаты научно-исследовательских, полевых и экспериментальных работ, выполненных в Союздорнии в 1972 - 1979 гг.
Приведены основные варианты использования анкерной конструкции. Содержатся рекомендации по расчету и технологии сооружения, требования к материалам и основным элементам анкерной удерживающей конструкции.
В приложениях к настоящим «Методическим рекомендациям показаны способы закрепления нижнего анкера инъецированием химического или цементопесчаного раствора под давлением и дан пример расчета анкерной конструкции.
Предисловие
«Методические рекомендации по расчету и технологии сооружения анкерных удерживающих конструкций» разработаны на основе результатов полевых, лабораторных и теоретических исследований, выполненных в Союздорнии в 1972 - 1979 гг. Они предназначены для проектных организаций и содержат рекомендации по расчету и технологии сооружения анкерных конструкций, а также требования к материалам и основным элементам конструкции.
Настоящие «Методические рекомендации» разработали канд. техн. наук Э.М. Добров (разделы 1, 2), инж. Ю.В. Пудов (разделы 1 - 4, приложения 1, 2) и канд. техн. наук М.И. Шейнцвит (разделы 1, 3).
Замечания и пожелания по работе просьба направлять по адресу: 143900, Московская обл., Балашиха-6, Союздорнии.
Общие положения
1. Анкерная конструкция состоит из одного или нескольких рядов анкерных затяжек, обычно располагаемых поперек оползневого склона.
Анкерная затяжка обычно представляет собой анкерную железобетонную плиту и анкерную тягу (рис. 1). В качестве анкерной тяги используют пучки высокопрочной арматуры, снабженные верхним анкером. Нижнюю часть пучка заделывают в устойчивые, расположенные ниже поверхности скольжения оползни, грунты. Для повышения прочности заделки пучок может быть снабжен нижним анкером.
2. Анкерная конструкция (в отличие от известных конструкций: подпорных стен, буронабивных свай и т.п.) позволяет прижать смещающуюся массу грунта к устойчивым грунтам; тем самым создается упорная грунтовая призма, воспринимающая давление расположенных выше по склону оползневых масс грунта.
Гибкая анкерная тяга в случае неожиданного смещения оползневых масс, вызванного строительством каких-либо сооружений или сильным динамическим, воздействием (взрыв, землетрясение и т.п.), прижимает оползневые грунты к устойчивым породам со все возрастающим усилием, т.е. обладает «эффектом самоанкеровки».
Рис. 1. Схема работы анкерной конструкции:
1 - верхний анкер; 2 - железобетонная анкерная плита; 3 - анкерная тяга из высокопрочной арматуры; 4 - оползневые грунты; 5 - поверхность скольжения; 6 - нижняя анкерная заделка; 7 - устойчивые грунты
3. Анкерную конструкцию можно устраивать как с предварительным натяжением анкерных тяг, так и без него. Предварительное натяжение анкерных тяг позволяет полностью исключить дальнейшие подвижки оползня при определенной величине оползневого давления. При необходимости устраивать анкерную конструкцию с частичным предварительным натяжением или без него, т.е. с учетом проявления эффекта самоанкеровки, анкерную конструкцию следует рассчитывать в каждом конкретном случае по специальным рекомендациям Союздорнии.
4. Анкерную конструкцию следует применять для укрепления оползней, имеющих форму нарушения устойчивости в виде скольжения и обрушения со срезом и вращением, т.е. в случаях, когда поверхность скольжения известна или точно установлена.
5. Анкерные конструкции используют для укрепления откосов выемок; откосов насыпей земляного полотна автомобильных дорог; оползневого склона перед устройством земляного полотна автомобильной дороги или в процессе его устройства.
6. Виды конструкций укрепления откосов насыпей и выемок: сборные или монолитные заанкеренные решетчатые конструкции (рис. 2, а); монолитные заанкеренные железобетонные плиты; отдельные плиты, распределенные по поверхности откоса (рис. 2, б), назначают в зависимости от величины расчетного оползневого давления, а также от прочностных свойств оползневых масс грунта и грунтов, расположенных ниже поверхности скольжения.
7. При устройстве земляного полотна автомобильных дорог на оползневых склонах рекомендуется использовать анкерную конструкцию в виде отдельных плит, устанавливаемых в несколько рядов поперек оползневого массива (рис. 2, в), чтобы исключить смещение оползневого массива как во время строительства автомобильной дороги, так и при ее эксплуатации.
8. Чтобы закрепить расположенный выше земляного полотна автомобильной дороги по склону (за пределами полосы отвода) оползневый массив, рекомендуется использовать «эффект самоанкеровки», т.е. устраивать анкерную конструкцию без предварительного натяжения или с частичным натяжением анкерных тяг.
9. Анкерные конструкции в сочетании с решетчатыми конструкциями или пневмонабрызгом по металлической сетке могут быть использованы для повышения местной устойчивости откосов насыпей и выемок. При этом откосы следует укреплять постепенно, ярусами, что, сокращая объем земляных работ, значительно упрощает организацию труда.
Рис. 2. Виды анкерных конструкций (а, б, в):
1 - анкерные плиты; 2 - этапы разработки и закрепления откоса выемки; 3 - анкерные тяги; 4 - поверхность скольжения; 5 - насыпь; 6 - решетчатая железобетонная плита
10. Если оползневые грунты представлены сильно переувлажненными глинистыми грунтами, то перед устройством анкерной конструкции оползневые грунты необходимо осушать.
11. Во всех случаях вид анкерной конструкции для укрепления земляного полотна автомобильных дорог следует выбирать на основе технико-экономического сравнения вариантов, исходя из условия минимума строительных и эксплуатационных затрат при требуемом коэффициенте запаса устойчивости.
12. Поверхность оползневого массива необходимо спланировать, а место установки анкерных плит с верховой стороны оползня защитить водоотводными канавами, чтобы исключить попадание воды под анкерные плиты.
Расчет анкерной конструкции
13. Предлагается такая последовательность расчета анкерной конструкции (общий случай):
оценивают степень устойчивости оползневого массива при наиболее неблагоприятных погодно-климатических условиях и определяют расчетную оползневую нагрузку J, приходящуюся на 1 м ширины оползневого массива и учитывающую требуемое (из условия сохранения длительной устойчивости) значение коэффициента запаса Кзап;
рассчитывают анкерное усилие Ω, необходимое для полного восприятия расчетной оползневой нагрузки J;
определяют общее анкерное усилие Ωобщ с учетом ширины В оползневого массива, т.е. усилие, необходимое для стабилизации всего массива, расположенного выше места установки анкерных затяжек;
назначают конструкцию анкерной тяги и расчетное усилие предварительного натяжения;
определяют безопасную удельную нагрузку Pбез от анкерной плиты на грунты оползневого массива;
выбирают конструкцию анкерной плиты;
определяют требуемое усилие предварительного натяжения анкерной тяги Ωт с учетом осадки S анкерной плиты и деформативных свойств материала анкерной тяги;
оценивают потери предварительного натяжения от релаксации напряжений в арматуре и деформации анкеров;
определяют допустимую удельную нагрузку Рдоп от анкерной плиты на грунты оползневого массива;
в необходимых случаях уточняют размеры анкерной плиты и требуемое усилие предварительного натяжения анкерной тяги Ωт;
устанавливают количество анкерных затяжек n и места их размещения в плане откоса или склона;
назначают конструкцию и производят расчет нижней анкерной заделки.
14. Степень устойчивости оползневого массива следует оценивать для склонов и откосов с наиболее вероятной формой оползневой деформации в виде обрушения со срезом и вращением - по методу круглоцилиндрической поверхности скольжения, а для случаев с фиксированной поверхностью скольжения - по методу горизонтальных сил.
15. В случае применения метода горизонтальных сил Маслова - Берера расчетную оползневую нагрузку J определяют по формуле
(1)
где
(2)
(3)
Н - распор (нагрузка на стенку расчетного блока при ширине блока 1 м и отсутствии в грунте между блоками сил трения и сцепления), Н;
Wф - фильтрационное давление грунтовых вод, Н;
bф - направление действия фильтрационной силы Wф, совпадающее с углом наклона кривой депрессии в расчетном блоке, град.;
Т - часть распора, воспринимаемая трением и сцеплением грунта по поверхности скольжения, Н;
R - непогашенная (активная) часть распора, Н;
Р - вес расчетного блока, Н;
a - угол наклона поверхности скольжения расчетного блока к горизонту, град.;
ψр - угол сопротивления сдвигу на поверхности скольжения, град., при нормальном напряжении Pн = γwh, Па,
ω - площадь сечения потока воды в плоскости чертежа, м2;
i - гидравлический градиент, действующий в пределах расчетного блока;
γw - объемный вес грунта, Н/м3;
h - средняя высота расчетного блока, м;
φт - угол внутреннего трения грунта, град.;
Сw - сцепление грунта, Па.
16. При расчете по методу круглоцилиндрической поверхности скольжения расчетную оползневую нагрузку J следует определять по формуле
(4)
где - сумма сдвигающих сил, Н;
- сумма удерживающих сил, Н;
С - сцепление грунта в зоне поверхности скольжения, Па;
L - длина поверхности скольжения, м;
Рi - вес расчетного блока, Н;
??i - угол наклона поверхности скольжения, град.;
φ - значение угла внутреннего трения оползневых грунтов в зоне поверхности скольжения, град.
При оценке степени устойчивости склона или откоса, полностью находящегося в подводном состоянии, вес грунтовой толщи Рi следует определять с учетом взвешивания.
17. При наличии фильтрационного давления расчетную оползневую нагрузку J определяют по выражению
(5)
где Рiв - вес грунтовой толщи, заключенной между кривой депрессий и поверхностью скольжения, определяемый с учетом взвешивания, Н.
18. Для случая скольжения оползневого массива по плоской, не имеющей переломов поверхности скольжения расчетную оползневую нагрузку J с учетом фильтрационного давления Wф и влияния напорных вод следует определять по формуле
(6)
где h - средняя высота расчетного блока, м;
ω1 - площадь подошвы блока, м2;
ρв - объемный вес воды, Н/м3;
hz - уровень напорных вод, м.
19. Минимальное требуемое значение коэффициента запаса устойчивости kзап при гарантированных значениях сдвиговых характеристик грунта для указанных выше случаев расчета составляет 1,3. При предварительных расчетах с использованием табличных данных коэффициент запаса устойчивости следует повышать не менее чем на 10.
20. При оценке степени устойчивости склонов и откосов, характеризующихся наличием бровок срывов или иных форм нарушения первоначального состояния, расчетную оползневую нагрузку J следует определять из условия равенства общего сцепления связности породы, если оно присуще рассматриваемому грунту, т.е. С = ∑w. Величину ∑w определяют при сдвиговых испытаниях в лаборатории монолитов грунта, отобранных в зоне поверхности скольжения, по методу «сдвига плашек».
21. Анкерное усилие Ω, необходимое для полного восприятия расчетной оползневой нагрузки J, рассчитывают по формуле
(7)
где b - угол наклона анкерной тяги от нормали к плоскости скольжения (см. рис. 1), град.
22. При назначении угла наклона анкерной тяги ?? следует учитывать, что наиболее интенсивный рост удерживающей способности анкерной конструкции происходит при величине , превышающей 13??.
23. Величину общего анкерного усилия Ωобщ определяют по выражению Ωобщ = ΩВ, где В - ширина оползневого массива, м.
24. На основании полученных значений Ω и Ωобщ и требований «Технических указаний по проектированию, изготовлению и монтажу составных по длине мостовых железобетонных конструкций» ВСН 98-74 (Союздорнии, М., 1975) назначают конструкцию анкерной тяги и расчетное усилие предварительного ее натяжения Ωр. Во всех случаях величина Ωp не должна превышать величины расчетного сопротивления напрягаемой арматуры в стадии эксплуатации, установленного «Указаниями по проектированию железобетонных и бетонных конструкций железнодорожных, автодорожных и городских мостов и труб» СН 365-67 (М., Стройиздат, 1967) и «Техническими указаниями по применению стальных канатов для армирования предварительно напряженных конструкций железобетонных мостов» ВСН 71-70 (М., Оргтрансстрой, 1970).
25. Площадь анкерной плиты F назначают по величине безопасного удельного давления Рбез на грунт:
(8)
где
(9)
26. При назначенном расчетном усилии предварительного натяжения анкерной тяги Ωp и площади анкерной плиты F определяют требуемое усилие натяжения анкерной тяги Ωт с учетом осанки анкерной плиты и деформативных свойств материала анкерной тяги
(10)
где ωm - коэффициент, зависящий от жесткости плиты, отношения m длины плиты l к ее ширине в и отношения толщины сжимаемого слоя hz к ширине плиты в (табл. 1);
μо - коэффициент бокового расширения грунта;
