Методические рекомендации по обеспечению устойчивости земляного полотна автомобильных дорог в сложных инженерно-геологических условиях с помощью анкерных конструкций (46148)

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ВСЕСОЮЗНЫЙ ДОРОЖНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ (СОЮЗДОРНИИ)

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ УСТОЙЧИВОСТИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ В СЛОЖНЫХ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ С ПОМОЩЬЮ АНКЕРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

ОДОБРЕНЫ МИНТРАНССТРОЕМ

МОСКВА 1976

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ УСТОЙЧИВОСТИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ В СЛОЖНЫХ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ С ПОМОЩЬЮ АНКЕРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ. Союздорнии. М., 1976.

Приведены рекомендации по расчету и технологии сооружения анкерных конструкций, разработанные на основе результатов научно-исследовательских и опытных работ Союздорнии 1972 - 1975 гг., изложены требования к материалам анкерной конструкции, а также приведены ориентировочные стоимости различных способов укрепления оползней.

Табл. 11, рис. 9.

Предисловие

Оползни являются серьезным препятствием для обеспечения нормальных условий эксплуатации автомобильных дорог в ряде районов.

Разработка экономичных и эффективных противооползневых конструкций представляет весьма актуальную научно-техническую проблему в области дорожного строительства.

Одной из конструкций, которая решает эту проблему, является анкерная. До настоящего времени метод анкеровки успешно применялся либо для увеличения устойчивости бортов ущелий, сложенных скальными породами, либо для увеличения несущей способности конструкций плотин или подпорных стен. Однако его можно с успехом применить и для повышения устойчивости откосов и склонов, сложенных связными грунтами. Первые положительные результаты использования анкерной конструкции для повышения устойчивости откосов, сложенных глинистыми грунтами, были получены в Чехословакии.

Настоящие «Методические рекомендации по обеспечению устойчивости земляного полотна автомобильных дорог в сложных инженерно-геологических условиях с помощью анкерных конструкций» разработаны по результатам проведенных в Союздорнии с 1972 г. теоретических, экспериментальных и опытных работ.

«Методическими рекомендациями» следует руководствоваться при составлении проектов закрепления оползневых участков на строящихся или на ранее построенных автомобильных дорогах, включая сейсмически активные районы.

«Методические рекомендации» составили канд. техн. наук Э.М. Добров и инж. Ю.В. Пудов. В работе принимали участие Е.Т. Семенова (лабораторные испытания), В.А. Пронин (полевые работы).

Замечания и предложения по настоящим «Методическим рекомендациям» просьба направлять по адресу: 143900 Московская обл., Балашиха-6, Союздорнии.

1 Общие положения

1.1. Анкерная конструкция относится к удерживающим противооползневым конструкциям.

Применение анкерной конструкции позволяет прижать смещающуюся массу грунта к коренным, устойчивым породам и тем самым создать упорную грунтовую призму, воспринимающую активное оползневое давление.

Кроме того, гибкая анкерная связь позволяет в случае смещения оползневых масс, вызванного строительством сооружений или динамическим воздействием, увеличивать давление на грунты оползневого массива, т.е. обладает эффектом самоанкеровки.

1.2. Анкерные конструкции заменяют некоторые конструкции для обеспечения устойчивости оползневых склонов (табл. 1 и приложение 1) и позволяют иногда полностью исключить устройство дорогостоящих и трудоемких дренажных сооружений.

1.3. Анкерная конструкция состоит из одного или нескольких рядов анкерных затяжек, обычно располагаемых поперек склона, устойчивость которого требуется обеспечить.

1.4. Анкерная затяжка состоит из четырех основных элементов (рис. 1): верхнего анкера; анкерной плиты, укладываемой на поверхность грунта, устойчивость которого требуется обеспечить; анкерной тяги, состоящей из пучка высокопрочной проволоки или стержневой арматуры; нижнего анкера, заделанного в коренные устойчивые грунты.

1.5. Анкерную конструкцию можно устраивать как без натяжения анкерных тяг, так и с предварительным их натяжением.

Следует учитывать, что предварительное натяжение анкерной тяги позволяет исключить дальнейшие подвижки оползня при определенной величине оползневого давления (рис. 2).

Таблица 1

Рис. 1. Конструкция анкерной затяжки:

1 - верхний анкер; 2 - распределительная плита; 3 - бетонная плита; 4 - щебень; 5 - скважина; 6 - трубка; 7 - песок или битум; 8 - оползневый грунт; 9 - коренные породы; 10 - нижний анкер; 11 - камуфлетное уширение; 12 - раствор; 13 - пучок из высокопрочной проволоки; 14 - плоскость скольжения

Рис. 2. Зависимость перемещения кассеты с грунтом от первоначальной нагрузки на анкер

2. Расчет анкерной затяжки

2.1. Анкерное усилие в тяге без учета самоанкеровки рассчитывают по формуле

R = S(sin + cos  tg),                                                    (1)

где R - сдвигающее усилие, полученное при расчете устойчивости оползневого склона, кгс;

S - требуемое усилие натяжения анкерной тяги, кгс;

 - угол наклона анкерной тяги от вертикали к плоскости скольжения (в сторону движения оползня), град;

 - угол внутреннего трения грунта, град,

при  = 0 R = S × tg.                                                      (2)

Наиболее интенсивный рост несущей способности анкерной конструкции происходит при начальном отклонении анкерных тяг от вертикали к плоскости скольжения на угол ??, равный 12 - 15??.

2.2. Анкерное усилие в тяге с учетом самоанкеровки, т.е. увеличения анкерного усилия в тяге при смещении оползневого склона, определяют по формуле

                          (3)

где E - модуль деформации грунта, кгс/см2;

Eст - модуль деформации стали анкерной тяги кгс/см2;

F - площадь анкерной плиты, см2;

??0 - первоначальный угол наклона анкерной тяги, град;

?? - угол наклона анкерной тяги, полученный при смещении оползневого склона, град.

2.3. При назначении расчетного усилия натяжения анкерной тяги следует учитывать осадку анкерной плиты, для этого определяют удлинение пучка высокопрочной проволоки по формуле

                                                            (4)

где S - начальное, вычисленное по формуле (1), натяжение анкерной тяги, кгс;

l1 - длина пучка от поверхности грунта до плоскости скольжения оползня, см;

Ea - модуль упругости проволок пучка, равный 1800000 кгс/см2;

Fa - площадь пучка, см2.

Далее, при том же значении S вычисляют конечную величину осадки плиты:

 = H  lpz,                                                              (8)

где H - мощность слоя оползневых грунтов;

lpz - модуль относительной деформации, определяемый при компрессионных испытаниях оползневого грунта.

2.4. Ориентировочно конечную величину осадки анкерной плиты квадратного очертания можно определить по формуле Н.Н. Маслова

 = 0,55  ls  2b,                                                        (6)

где ls - модуль осадки, соответствующий нагрузке S, мм/м;

2b - ширина анкерной плиты, м.

2.5. Расчетное начальное натяжение анкерной тяги с учетом осадки анкерной плиты назначают по формуле

                                                    (7)

или, подставив выражение (7) в формулу (1), находят R:

                                      (8)

2.6. После расчета устойчивости оползневого склона и определения необходимой величины усилия в анкерной тяге назначают количество и места размещения анкерных затяжек в плане откоса или склона.

2.7. Анкерные затяжки следует устанавливать в 2 - 3 ряда в шахматном порядке. Расстояние между рядами анкерных затяжек d рассчитывают по формуле

d = H  tg + 2b,                                                          (9)

где H - мощность оползневого массива, м;

 - угол внутреннего трения грунта, град.

2.8. Ширину анкерной плиты назначают исходя из величины безопасного удельного давления на грунт Pдоп, определенного по формуле Н.Н. Маслова

                                               (10)

где ср - объемная масса грунта оползневого массива, кг/см3;

с - сцепление грунта, кгс/см2.

2.9. Толщину анкерной плиты следует рассчитывать по условию прочности на продавливание по формуле

                                               (11)

где  - нормативное сопротивление бетона на растяжение, кгс/см2;

h0 - полезная толщина анкерной плиты, см.

2.10. Длина анкерной тяги (рис. 3) должна быть равна

L = l0 + l1 + l2,                                                            (12)

где l0 = h1 + h2 + h3 + K;

h1 - толщина анкерной плиты, см;

h2 - высота щебеночной подушки, см;

h3 - высота анкерного крепления, см;

K - необходимая длина пучка для заправки проволок пучка в гидродомкрат;

l1 - длина анкерной тяги от поверхности грунта до плоскости скольжения оползня;

l2 - глубина заделки нижнего анкера в коренные породы.

Рис. 3. Анкерная тяга из стержневой арматуры (а) и пучка из высокопрочной проволоки (б) и (в):

1 - стержневая арматура; 2 - часть анкерной тяги, защищенная битумной мастикой и заключенная в полихлорвиниловую оболочку или резиновый шланг; 3 - нижний анкер; 4 - пучок из высокопрочной проволоки; 5 - металлическая скрутка; 6 - центральная резиновая или полихлорвиниловая трубка; 7 - сальник; 8 - обратный клапан; 9 - пробка

3. Технология сооружения анкерной конструкции

3.1. При устройстве анкерной затяжки следует соблюдать очередной порядок работ:

а) бурение скважины на расчетную глубину буровыми станками (приложение 2), обеспечивающими заданный угол наклона скважины  и требуемый диаметр скважины, а также при необходимости уширение нижней части скважины для закрепления нижнего анкера;

б) введение в скважину пучка высокопрочной проволоки или стержневой арматуры с нижним анкером;

в) закрепление нижнего анкера в скважине цементопесчаным раствором или синтетическими смолами;

г) заполнение верхней части скважины битумной мастикой или глиной;

д) устройство щебеночной распределительной подушки под анкерную плиту;

е) укладка анкерной плиты над устьем скважины с пропуском пучка через центральное отверстие в анкерной плите, установка стальной распределительной плиты и обоймы верхнего анкера;

ж) установка гидродомкрата и натяжение анкерной тяги с закреплением ее в верхнем анкере;

з) снятие гидродомкрата и обрезка арматуры;

и) гидроизоляция верхнего анкерного закрепления.

Технологическая последовательность изготовления анкерной затяжки может изменяться в зависимости от принятой схемы закрепления нижнего анкера в скважине.

3.2. Наиболее простой схемой закрепления нижнего анкера является его омоноличивание химическим или цементопесчаным раствором. В этих случаях анкер удерживается на месте только благодаря сцеплению раствора со стенками скважины.

3.3. При закреплении нижнего анкера анкерной тяги в скважине без уширения глубину заделки анкера в коренные породы следует рассчитывать по формуле

                                                          (13)

где l2 - глубина заделки анкерной тяги в коренные породы, см;

Rсц - сцепление раствора с поверхностью коренных пород, кгс/см2;

D - диаметр скважины, см;

Sрасч - расчетное усилие натяжения анкерной тяги, кгс.

3.4. Минимальный диаметр скважины, необходимый для устройства анкерной затяжки, составляет 50 мм. Увеличение диаметра скважины (рис. 4) при закреплении нижнего анкера в скважине без уширения существенно уменьшает глубину его заделки в коренные породы.

3.5. Если коренные породы не обладают достаточной прочностью, рекомендуется устройство нижнего анкера в скважинах с уширением. Скважины уширяют взрывом зарядов ВВ или с помощью специальных буровых наконечников (рис. 5, 6).

3.6. В трещиноватых коренных породах рекомендуется инъецировать химический или цементопесчаный раствор под давлением (приложение 3). Заполнение трещин вокруг скважины создает зацементированную зону, прочно закрепляющую нижний анкер.

Рис. 4. Зависимость глубины заделки нижнего анкера от диаметра скважины:

1 - для глинистых сланцев; 2 - для песчаников

3.7. Анкерная тяга перед установкой в скважину должна быть очищена от грязи и ржавчины, а та ее часть, которая будет находиться в оползневых грунтах (см. рис. 4), должна быть защищена от коррозии битумной или тиоколовой мастиками и заключена в резиновую или полихлорвиниловую оболочку.

3.8. Цементопесчаный раствор в скважины можно подавать различными способами, зависящими от угла наклона и диаметра скважины, а также от консистенции раствора. Для нисходящих скважин при жидкой консистенции раствора возможна свободная заливка раствора.