Т - часть распора, воспринимаемая трением и сцеплением грунта по поверхности скольжения;
Н - распор (давление на стенку блока) при отсутствии в грунте между блоками сил трения и сцепления;
R - непогашенная (активная) часть распора;
Q - масса блока;
ψр - угол сопротивления сдвигу на поверхности скольжения при нормальном напряжении Р от массы блока;
a - угол наклона поверхности скольжения расчетного блока к горизонту.
3.10. Расчет по методу горизонтальных сил выполняют в определенной последовательности:
на основе анализа инженерно-геологических условий намечают наиболее вероятные поверхности скольжения (рис. 5);
каждый из предполагаемых отсеков обрушения разбивают на отдельные блоки с таким расчетом, чтобы границы блоков соответствовали местам перелома поверхности скольжения и в пределах каждого блока на поверхности скольжения сохранялись постоянными значения сдвиговых характеристик грунта;
Рис. 5. Схема к оценке устойчивости склона по методу горизонтальных сии (метод Маслова-Берера) и эпюра оползневого давлении
в пределах каждого расчетного блока графически или аналитически определяют силы активного давления, направление которых принимается горизонтальным. При графическом решении откладывают в масштабе массу блока Q, от середины поверхности скольжения в пределах рассматриваемого блока проводят нормаль к этой поверхности и графически определяют величину распора Н, который действует на стенку блока, при допущении, что трение между блоками отсутствует.
Аналитически величина Н выражается формулой
Н = Q∙tg. (3)
Далее в сторону скольжения откоса откладывают угол сопротивления сдвигу
ψр = arctg Fp, (4)
где Fp - коэффициент сопротивления сдвигу.
Под этим углом проводят линию до пересечения с направлением силы Н, получают силу R и силу Т.
При практическом использовании метода горизонтальных сил напряжение Р определяют согласно «гидростатическому» принципу:
Р = γw∙h, (5)
где γw - объемная масса грунта, т/м3;
h - средняя высота расчетного блока, м.
3.11. Фильтрационное давление грунтовых вод Wфi учитывают в условиях плоской задачи выражением
Wфi = в∙Ji∙wi, (6)
где в - объемная масса воды;
Ji - гидравлический градиент, действующий в пределах расчетного блока;
wi - площадь сечения выделенного расчетного блока.
Фильтрационное давление увеличивает величину распора Нi, действующего в пределах того или иного блока и определяемого по зависимости (1).
3.12. Необходимость проведения противооползневых мероприятий можно установить на основе оценки устойчивости природного склона по деформируемости.
Для определения скорости смещения поверхности оползневого склона может быть использована зависимость (рис. 6):
(7)
где h - мощность слоя смещения;
d - «мертвая зона», характеризуемая постоянной скоростью ползучести и представляющая собой блок породы, смещающийся на слое грунта мощностью (h-d);
γw, Сс - соответственно угол внутреннего трения и структурное сцепление;
η - коэффициент динамической вязкости грунта (приложение 1).
3.13. Мощность «мертвой зоны», зависящую главным образом от величины структурного сцепления Сс, определяют по выражению
(8)
3.14. Для оползневого склона с зоной активных подвижек, сложенной пластичными глинистыми грунтами, для которых ??w = 0 и Сс = 0, формула (7) упрощается:
(9)
3.15. На основании анализа устойчивости оползневого склона в оползневом теле выделяют устойчивые и неустойчивые блоки, а также строят эпюру оползневого давления Е по всему расчетному продольному профилю (см. рис. 5).
Рис. 6. Схема к оценке скорости смещения поверхности оползневого массива
3.16. Если результаты расчетов, выполненных в соответствии с пп. 3.12 - 3.13, покажут, что участок склона находится в стадии ползучести (υ = 10-9÷10-6 см/с), то величину оползневого давления Е определяют на основании анализа устойчивости оползневого склона с использованием величины длительной прочности грунта S∞.
3.17. Длительную прочность глинистых грунтов следует определять в соответствии с разделом 4.
4. Оценка длительной прочности глинистых грунтов
4.1. Начальную (t = 0) прочность глинистых грунтов определяют сопротивляемостью их сдвигу:
So = Spw = p tgjw + ∑w + Cc, (10)
где Spw - сопротивляемость сдвигу;
Р - нормальное напряжение;
∑w - связность;
Сс - структурное сцепление (приложение 2).
4.2. При оценке величины длительной t∞ прочности глинистых грунтов следует учитывать:
а) разновидность глинистого грунта и природу его прочности;
б) условия проявления возможных длительных деформаций ползучести.
4.3. Различают две основные и наиболее часто встречающиеся в практике дорожного строительства разновидности глинистых грунтов: скрытопластичные и пластичные.
Прочность скрытопластичных грунтов определяют по формуле (10).
Для пластичных глинистых грунтов характерным является практическое отсутствие угла внутреннего трения и жестких структурных связей, т.е. w = 0, Сс = 0, поэтому их прочность определяется зависимостью
So = Spw = ∑w. (11)
4.4. Деформации ползучести глинистых грунтов во времени развиваются под воздействием приложенных касательных напряжений τ при условии, когда
τ < р∙tgw + ∑w + Cc (12)
и одновременно τ > р∙tgw + Cc.
Ползучесть пластичных глинистых грунтов развивается практически при любой величине τ, но при соблюдении условия
0 < τ < ∑w. (13)
4.5. Длительная прочность пластичных глинистых грунтов S∞ при неизменных параметрах их плотности-влажности является величиной постоянной и совпадает с их начальной прочностью, т.е.
S∞ = So = Spw. (14)
4.6. При оценке длительной прочности скрытопластичных глинистых грунтов (S∞) следует различать два основных случая их возможной работы в составе сооружения:
а) отсутствие деформаций ползучести, в этом случае
τ < р∙tgjw + Cc. (15)
Длительная прочность скрытопластичных глинистых грунтов S’∞ при условии отсутствия деформаций ползучести совпадает с их начальной прочностью So и определяется зависимостью
S’∞ = So = Spw; (16)
б) наличие деформаций ползучести; в этом случае обычно соблюдается условие (12).
Длительная прочность скрытопластичных глинистых грунтов S’’∞ в условиях проявления деформаций ползучести снижается в результате разрушения жестких структурных связей и соответствует величине, определяемой зависимостью
S’’∞ = p∙tgw + ∑w. (17)
5. Конструктивные схемы свайных противооползневых сооружений
5.1. Различаются следующие конструктивные схемы свайных удерживающих сооружений в зависимости от характера решаемой задачи:
отдельные свайные поля с рядовым или шахматным расположением свай, объединенных поверху железобетонной плитой ростверка (рис. 7, а);
подпорные стены на свайных фундаментах (рис. 7, б);
система расположенных на разных ярусах свайных полей (рис. 7, в).
5.2. В зависимости от инженерно-геологических условий железобетонные сваи могут быть забивными или буронабивными.
Забивные железобетонные сваи ввиду незначительной прочности их сечения целесообразны при мощности оползневого тела 1,5 - 2 м.
Буронабивные железобетонные сваи диаметром 750 и 860 мм (изготавливаемые с предварительным бурением скважин и применением обсадных труб диаметром соответственно 720 и 820 мм) рекомендуются при мощности оползня от 5 до 12 м.
Буронабивные сваи диаметром более 860 мм применяют в конструкциях, воспринимающих большие сосредоточенные нагрузки (например, опоры мостов и т.п.) и возводимых в оползневых районах.
5.3. Толщину плиты ростверка следует назначать, в зависимости от принятой конструктивной схемы свайного удерживающего сооружения, в пределах 0,7 - 1 м.
Рис. 7. Конструктивные схемы противооползневых сооружений:
а - из четырех рядов буронабивных свай, расположенных в шахматном порядке и объединенных плитой ростверка; б - низовая подпорная стена с фундаментом из буронабивных свай; в - расположение противооползневых конструкций на оползневом склоне в несколько ярусов;
1 - коренные породы; 2 - буронабивные сваи; 3 - оползневый грунт; 4 - плита ростверка; 5 - насыпь; 6 - верховая подпорная стена; 7 - подпорная стена на фундаменте из буронабивных свай
Толщина плиты ростверка, располагаемой под проезжей частью на всей ее ширине, не должна превышать 0,5 - 0,7 м; плиту рассчитывают на пропуск временных нагрузок по СН 200-62.
При расчете прочности плиты ростверка, служащей основанием подпорной стены, необходимо учитывать не только нагрузки, передаваемые на плиту сваями, воспринимающими оползневое давление, но и нагрузки от массы стены и грунта над плитой. Во всех случаях толщину ростверка следует проверять на продавливание над сваями. При загрузке плиты ростверка горизонтальным давлением грунта ее следует рассчитывать на изгиб в горизонтальной плоскости.
При проектировании ростверка следует учитывать возможность проседания грунта ввиду разуплотнения при бурении скважин под его подошвой.
5.4. Заделку голов свай в плиту ростверка производят в соответствии с СН 200-62 (п. 703), т.е. не менее чем на 15 см с выпуском стержней продольной арматуры на длину, равную 20 диаметрам при арматуре периодического профиля и 40 диаметрам при гладкой арматуре. В случае использования плиты ростверка как упруго-податливой опоры заделку голов свай проводят таким образом, чтобы обеспечивался их поворот в плоскости действия оползневого давления, но при этом не должно происходить их смещения относительно плиты ростверка. В случае жесткой заделки свай плита ростверка и сваи должны быть проверены на изгиб опорными моментами.
5.5. При проектировании противооползневых конструкций из буронабивных свай необходимо:
предусматривать компактное и безопасное размещение механизмов при работе;
обеспечивать возведение свайных удерживающих конструкций без перерыва движения по дороге;
применять конструктивные решения, способствующие улучшению работы свай при воздействии оползневого давления;
учитывать основные технологические операции, приведенные в соответствующих разделах настоящих «Методических рекомендаций»;
обеспечивать возможность реконструкции автомобильной дороги с повышением ее категории.
5.6. При проектировании свайных удерживающих конструкций в условиях действия агрессивных грунтовых вод необходимо учитывать требования СНиП II-В.9-73.
5.7. При подсчете объемов свайных работ потребность в бетоне определяют в соответствии с данными инженерно-геологических изысканий, учитывая расход бетона для заполнения пазух.
В грунтах, содержащих обломочный материал, в зависимости от притока воды и нарушенности массива при подсчете объема бетона для заполнения скважин рекомендуется использовать коэффициенты:
1,1 - в грунтах слабонарушенных с незначительным притоком грунтовых вод при глубине участка скважины до 10 м;
1,2 - то же, при глубине участка скважины свыше 10 м;
1,5 - в нарушенных грунтах с обильным притоком воды независимо от глубины участка скважины;
1 - на участке заделки в коренные породы;
0,9 - при бетонировании без извлечения обсадной трубы.
За номинальный принимают объем скважины в ненарушенных устойчивых грунтах с диаметром скважины 750 и 860 мм при использовании обсадных труб диаметром 720 мм, 820 мм, увеличивая объем бетона на 8 - 10 % от номинального объема скважины для восполнения потерь на выдавливание шлама и слабого (загрязненного) бетона.
6. Расчет свайных противооползневых конструкций
6.1. Свайные противооползневые конструкции рассчитывают на воздействие давления оползневого грунта.
При проектировании противооползневых свайных конструкций в сейсмических районах величину оползневого давления следует определять с учетом сейсмической силы:
Qc = μ∙p,
где μ - коэффициент динамической сейсмичности;
p - масса отсека.
6.2. Величину оползневого давления Есв, которое должно быть воспринято свайной противооползневой конструкцией, определяют из выражения
(18)
где Кзап - заданный коэффициент запаса устойчивости склона;
Есв - величина оползневого давления, воспринимаемого свайной конструкцией для обеспечения заданного коэффициента запаса устойчивости склона,
Есв = Кзап∙∑(± Н) - ∑Т. (19)
6.3. Поперечное сечение оползневого склона, в котором должна быть установлена свайная противооползневая конструкция, определяют по эпюре оползневого давления и рассчитанной величине Есв (рис. 8).
Рис. 8. Схема к определению места расположения свайной противооползневой конструкции на закрепляемом склоне
6.4. При большой величине Есв свайная противооползневая конструкция может быть громоздкой. В таких случаях для обеспечения устойчивости склона устраивают более легкие конструкции, расположенные в несколько ярусов (см. рис. 8). Оползневое давление Есв может быть принято равномерно распределенным между ярусами:
(20)
