Расчет однородных откосов земляного полотна

1. Для предварительно намеченной высоты откоса и объемной массы грунта определяют относительное значение сцепления Сw/γH грунта.

2. По графику (рис. 1) определяют предельное значение сцепления Со/γН по известному значению крутизны откоса ?? и углу внутреннего трения материала ??w.

3. По номограмме (рис. 2), использовав  и w и определив отношение С’w/С’о находят .

Рис. 1. Определение числа устойчивости по прочности в зависимости от угла заложения откоса и угла внутреннего трения грунта

Общий коэффициент

где Кзап - коэффициент запаса устойчивости при Сw = 0;

 - коэффициент запаса устойчивости при ?? = 0;

jw - угол внутреннего трения материала, град.;

 - относительное сцепление грунта, кгс/см2,

С’о - предельное сцепление при Кзап = 1,0, ;

С1 - переменная величина сцепления грунта в расчетной точке откоса, кгс/см2;

σ1, σ2 - относительное значение главных напряжений в расчетной точке откоса, кгс/см2.

Рис. 2. Номограмма для определения коэффициента запаса устойчивости откосов, однородных по прочности

4. Найденные значения Кзап сравнивают с требуемым значением Ктреб = 1,3. При Кзап < Ктреб расчет повторяют, предварительно уменьшив крутизну откоса.

Пример. Определить коэффициент запаса устойчивости откоса при a = 45°, Н = 20 м, γ = 2 т/м3, ??w = 20°, Сw = 4,65 тс/м2,

1) По рис. 1 при ?? = 45, w = 20 находят

2) По номограмме при  = 45, w = 20??, , при  Ксзап = 0,83.

Суммарное значение коэффициента запаса устойчивости Кзап ≈ 1,3.

Приложение 3

Оценка устойчивости откосов насыпей из глинистых грунтов по деформируемости во времени

1. В зависимости от категории автомобильной дороги величина предельно допустимой осадки ограждения барьерного типа, расположенного на расстоянии 0,5 м от бровки откосов насыпи, при ползучести глинистых грунтов не должна превышать к сроку капитального ремонта покрытия значений, приведенных в табл. 1.

Таблица 1

Категория автомобильной дороги (СНиП II-Д.5-72)

Предельно допустимая деформация осадки ограждения, см

I

5

II

10

III

15

2. Минимальное время накопления предельно допустимых деформаций ползучести зависит от типа покрытия (табл. 2).

3. Исходя из предельно допустимых значений деформаций ограждающих конструкций (см. табл. 1), предельную деформацию бровок откосов насыпей в зависимости от категории дороги и крутизны откосов следует назначать по табл. 3.

4. Величину деформации ползучести ??z бровки откоса насыпи для пластичных глинистых грунтов (??w = 0; Сс = 0; ∑w ≠ 0) следует определять по формуле

где ?? - угол наклона образующей откоса к горизонту;

Д - коэффициент деформируемости, ;

f - сила тяжести единицы объема грунта, дин.;

g - ускорение свободного падения, см/с2;

r - вязкость грунта, пуаз.

Таблица 2

Тип покрытия

Категория дороги

Минимальное время накопления предельно допустимых деформаций ползучести, годы

Усовершенствованные капитальные

 

 

жесткие (монолитные, цементобетонные)

I, II и III

20

нежесткие

I, II и III

15

Усовершенствованные облегченные

III

10

Таблица 3

Категория пороги

Крутизна откосов насыпи

Предельно допустимая осадка ползучести бровки откоса насыпи, см

I

1:1

20

1:1,5

16

1:2

14

1:3

12

II

1:1

27

1:1,5

23

1:2

20

1:3

18

III

1:1

35

1:1,5

29

1:2

26

1:3

23

Номограмма для расчета устойчивости однородных глинистых откосов по деформируемости

5. Оценку устойчивости откосов насыпи, сооружаемой из глинистых грунтов скрытопластичной разновидности (w ≠ 0; Сс ≠ 0; ∑w ≠ 0), по деформируемости следует выполнять в случае, если крутизна проектируемых откосов удовлетворяет требованиям по прочности, но оказывается выше крутизны стационарного откоса, определяемого по номограмме (см. рисунок).

6. Величину деформации ползучести бровки откоса насыпи z для скрытопластичных грунтов следует определять по формуле

Параметр λ находят по сплошной кривой номограммы (см. рисунок).

7. Насыпь считается устойчивой во времени, если выполняется требование

??z  zдоп при t = tрасч.

Приложение 4

Анкерные противооползневые конструкции

1. Анкерная конструкция относится к удерживающим противооползневым конструкциям. В отличие от известных конструкций обеспечения устойчивости оползневых склонов (подпорных стен, буронабивных свай и т.д.) анкерная конструкция позволяет прижать смещающуюся массу грунта к коренным устойчивым породам и тем самым создать упорную грунтовую призму, воспринимающую давление от расположенных выше по склону оползневых масс грунта.

2. Анкерная конструкция представляет собой конструкцию с гибкой анкерной связью, позволяющей по мере возможного смещения оползневых масс, вызванного строительством на оползневом склоне каких-либо инженерных сооружений или сильным динамическим воздействием (взрыв, землетрясение и т.п.), увеличивать давление на грунты оползневого массива, прижимая со все возрастающим усилием оползневые грунты к устойчивым коренным породам.

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

4. Анкерная затяжка (см. рисунок) состоит из четырех основных элементов:

а) верхнего анкера;

б) анкерной плиты, укладываемой на поверхность грунта, устойчивость которого требуется обеспечить;

в) анкерной тяги, состоящей из пучка высокопрочной проволоки или стержневой арматуры;

г) нижнего анкера, закрепленного в устойчивых грунтах.

Схема анкерной затяжки:

1 - анкер; 2 - анкерная плита; 3 - шланг; 4 - пучок из высокопрочной проволоки; 5 - бетон; 6 - нижний анкер; 7 - скважина

5. Строительство анкерной конструкции может быть осуществлено как без натяжения анкерных тяг, так и с предварительным их натяжением.

Следует учитывать, что предварительное натяжение анкерной тяги позволяет исключить дальнейшие подвижки оползни при определенной величине оползневого давления.

6. Расчет анкерной конструкции включает:

а) оценку степени устойчивости оползневого массива и определение активного оползневого давления с учетом требуемого коэффициента запаса устойчивости Кзап;

б) определение расчетного анкерного усилия;

в) определение безопасной и допустимой нагрузок от анкерной плиты на грунты оползневого массива;

г) назначение конструкции анкерной плиты и тяги;

д) введение в расчет предварительного натяжения анкерной тяги поправки на удлинение тяги и осадку анкерной плиты;

е) назначение количества анкерных затяжек и размещение их в плане откоса или склона;

ж) назначение конструкции и расчет нижней анкерной заделки.

7. Степень устойчивости оползневого склона оценивают по методу «круглоцилиндрической поверхности» или методом горизонтальных сил (метод Маслова-Берера).

8. В тех случаях, когда угол внутреннего трения ?? грунтов, слагающих склон, близок к нулю, а общее структурное сцепление обусловлено главным образом силами связности, необходимо дополнительно проверять устойчивость оползневого массива по деформируемостих).

х) См. «Методические рекомендации по противооползневым мероприятиям на автомобильных дорогах в условиях Молдавской ССР». Союздорнии. М., 1975.

9. Активное оползневое давление R следует определять по формуле

R = ∑Ti Кзап - (∑Ni tg + CL),                                               (1)

где ∑Ti - сумма сдвигающих сил;

Кзап - требуемый коэффициент запаса устойчивости;

∑Ni tg - сумма удерживающих сил;

?? - угол внутреннего трения оползневых грунтов (в зоне плоскости скольжения);

С - сопротивление грунта сдвигу (в зоне плоскости скольжения);

L - длина оползневого массива.

10. Расчетное анкерное усилие в тяге S без учета самоанкеровки определяют по формуле

                                                         (2)

где R - активное оползневое давление, тс/м;

b - угол наклона анкерной тяги от нормали к плоскости скольжения (в сторону движения оползня).

11. При назначении угла наклона анкерной тяги следует учитывать, что наиболее интенсивный рост удерживающей способности анкерной конструкции происходит при  > 13°.

12. Анкерное усилие с учетом самоанкеровки, т.е. увеличения усилия в тяге при смещении оползневого склона, следует рассчитывать по формуле

                  (3)

где Е - модуль деформации грунта;

Ест - модуль деформации стали анкерной тяги;

F - площадь анкерной плиты;

??о - первоначальный угол наклона анкерной тяги;

?? - угол наклона анкерной тяги, полученный в результате смещения оползневого склона.

13. Ширина анкерной плиты назначается исходя из величины безопасного удельного давления на грунт Рбез по формуле Маслова

                                                  (4)

где С - сопротивление сдвигу грунтов верхней части оползневого массива;

j - угол внутреннего трения грунтов верхней части оползневого массива.

14. В тех случаях, когда проектом противооползневых мероприятий предусмотрено осушение грунтов оползневого массива или отсыпка в месте установки анкерных плит гравийного или щебеночного слоя толщиной свыше 15 см, удельное давление на грунт может быть повышено (формула Маслова)

                                      (5)

где γср - средняя объемная масса грунта;

2в - ширина анкерной плиты.

15. Расчетное усилие в анкерной тяге при выбранном с использованием формул (4) и (5) очертании анкерной плиты не должно превышать

Sрасч  РбезF                                                            (6)

или

Sрасч  РдопF.                                                         (7)

16. При назначении расчетного усилия предварительного натяжения анкерной тяги в расчет следует вносить поправку на удлинение материала анкерной тяги и осадку анкерной плиты по формуле

                                                 (8)

или, используя формулу (2),

                                      (9)

где DТ - удлинение материала анкерной тяги;

η - осадка плиты, η = Нlpz;

L - длина тяги от поверхности грунта до плоскости скольжения оползня;

Ea - модуль упругости материала анкерной тяги;

Fa - площадь поперечного сечения арматуры анкерной тяги;

Н - мощность слоя оползневых грунтов;

lpz - модуль относительной деформации грунта, определяемый по компрессионным испытаниям.

17. Для ориентировочных расчетов конечную величину осадки η анкерной плиты квадратного очертания можно определять по формуле Маслова

η = 0,55∙lo2в,                                                        (10)

где lo - модуль осадки, соответствующий нагрузке Sрасч;

2в - ширина анкерной плиты.

18. В тех случаях, когда использование зависимостей (8) и (9) экономически нецелесообразно (например, общее укрепление оползневого склона без необходимости защиты каких-либо инженерных сооружений), следует определять величины перемещения оползневого массива в процессе самоанкеровки по формуле

                                    (11)

где

                                             (12)

l - величина перемещения оползневого массива в процессе самоанкеровки (до полного укрепления оползня), м;

H - мощность оползневой толщи, м;

η - осадка анкерной плиты.

19. Необходимое количество анкерных затяжек находят по формуле

                                                                    (13)

где n - количество анкерных затяжек;

S - расчетное анкерное усилие, тс/м;

Sрасч - расчетное усилие в анкерной тяге, тс;

В - ширина оползневого массива, м.

20. Анкерные затяжки следует устанавливать в два-три ряда поперек оползневого массива. Расстояние между рядами анкерных затяжек принимают конструктивно из условий удобства выполнения работ (бурение скважин, монтаж плит), но не более чем l’ = 3,5∙2в, где 2в - ширина анкерной плиты.

21. Нижнюю анкерную заделку в случае уширения нижней части скважины следует рассчитывать по формуле

                 (14)

где

                             (15)

                                                          (16)

R - радиус уширенной части скважины;

γcp - средняя объемная масса грунта;

H - мощность оползневых накоплений;

z - величина заглубления нижнего анкера;

r - радиус скважины;

c - сопротивление сдвигу грунтов коренных пород;

j - угол внутреннего трения грунтов коренных пород;

ζ = tg2(45-/2) - коэффициент бокового давления, равный 0,2 - 0,6.

22. При закреплении нижнего анкера лишь за счет трения грунта по поверхности свайной заделки, образованной при твердении цементопесчаного раствора, залитого в скважину, формула (14) принимает вид