Прогнозировать образование деформаций ползучести и учитывать их влияние на устойчивость склонов (откосов) для зафиксированных или вероятных механизмов оползней типа скольжения и выдавливания, а также сложных типов необходимо для уточнения условий работы склонов (откосов), сложенных скрытопластичными (φw ≠ 0; ∑w ≠ 0; Cc ≠ 0) и пластичными (φw = 0; ∑w ≠ 0; Cc = 0) глинистыми грунтами в зоне контакта предполагаемой (установленной) поверхности смещения с коренными породами или устойчивыми грунтами (φw - угол трения, Сс - структурное сцепление, ∑w - связность).
3.34. Особое внимание при оценке значения реологических процессов и учете деформаций ползучести следует обращать на тщательный анализ инженерно-геологических разрезов и составление расчетной схемы. Необходимо выделить слои и прослойки ослабленных глинистых грунтов, установить углы падения этих слоев и соответствующие им критические величины углов внутреннего трения, зону контакта с коренными породами и т.п. Такой прогноз целесообразен в том случае, если в проектируемый комплекс противооползневых мероприятий не входят поддерживающие сооружения (подпорные стены, сваи, анкеры) и устойчивость по предельному состоянию может быть обеспечена изменением рельефа склона или назначением рациональной конфигурации откоса земляного полотна высоких насыпей и глубоких выемок. Учет деформаций ползучести приобретает особое значение, если на склоне расположены и эксплуатируются объекты промышленного и гражданского строительства.
Прогноз образования деформаций ползучести и уточнение условий работы склонов и высоких откосов выполняют после проведения расчетов устойчивости по предельному состоянию и анализа их результатов. При этом следует иметь в виду, что деформации ползучести склона (откоса) можно прогнозировать только при условии разделения величины общего сцепления на сцепление связности ∑w и жесткое структурное сцепление Сс. При уточнении условий работы склонов и откосов для оползней типа скольжения, выдавливания и сложных типов проверяют допустимость возникновения деформаций ползучести, условие исключения ползучести; устанавливают величину деформации ползучести на заданный момент времени. Оценку и учет деформаций ползучести для указанных типов оползней выполняют после расчета по предельному состоянию, т.е. при Кy ≥ Ктр (где Ку, Ктр - фактический и требуемый коэффициенты устойчивости). После этого в рамках соответствующих расчетных схем выполняют расчеты, аналогичные проведенным по предельному состоянию, но вместо общей величины сцепления Сw в расчете используют только ту часть, которая обусловлена необратимыми структурными связями Сс при расчетном состоянии плотности-влажности грунта и определяют коэффициент устойчивости К1. Если К1 ≥ 1, то устойчивость склона (откоса) обеспечена как в начальный момент, так и в конечный (т.е. деформации ползучести отсутствуют); если К1 < 1, то необходима проверка на длительную прочность, для чего снова проводят расчеты, но вместо Сw вводят ту ее часть (∑w), которая обусловлена водно-коллоидной природой (связность). Если коэффициент по условию длительной прочности К2 < 1, то необходимо оценить величину деформации ползучести; при значениях К2 ≥ 1 дальнейших проверок не проводят. Для условий МССР необходимо на основе прогноза образования деформаций ползучести уточнить место расположения земляного полотна на склоне, рабочую отметку насыпи на склоне, крутизну откосов высоких насыпей и глубоких выемок с тем, чтобы исключить и не допустить образования деформаций ползучести.
3.35. Величину оползневого давления, на воздействие которого должны быть рассчитаны поддерживающие противооползневые сооружения, определяют на основе анализа выполненного предварительно расчета устойчивости склона (откоса). В пределах каждого блока расчетной схемы склона (откоса) расчетную величину оползневого давления вычисляют по формуле:
Еоп.i = КтрТi - Ai,
где Еоп.i - расчетная величина оползневого давления в i-м блоке;
Ктр - требуемый коэффициент устойчивости;
Тi - сдвигающие силы в i-м блоке;
Ai - удерживающие силы в i-м блоке.
Расчетное оползневое давление, которое условно действует в пределах любого расчетного вертикального сечения расчетной схемы склона (откоса), необходимо определять как «накопленную» величину, т.е. исходя из условия, что на каждый последующий блок (считая сверху вниз) действует суммарная величина активных сдвигающих сил, которая складывается из суммы накопленного оползневого давления предыдущих блоков и оползневого давления в блоке, непосредственно примыкающем к расчетному сечению:
или
где Ерасч.оп(i+1) - расчетное оползневое давление, приходящееся на переднюю грань (i + 1)-го блока;
- накопленная величина оползневого давления в блоках от 1 до (i + 1)-го;
Еоп.i - величина оползневого давления в i-м блоке.
При применении метода горизонтальных сил Маслова-Берера расчетное оползневое давление в каждом блоке определяют по формуле
где Нi - распор грунта в i-м блоке;
Wфi - величина фильтрационного давления;
β - угол кривой депрессии.
При расчете по методу круглоцилиндрической поверхности скольжения Еоп.i следует определять по формуле
где Ni - нормальная составляющая веса блока;
Li - длина кривой скольжения в блоке.
При оценке степени устойчивости склона или откоса, полностью обводненного, вес расчетных блоков следует определять с учетом гидростатического взвешивания.
При наличии фильтрационного давления расчетное оползневое давление в каждом блоке определяют по выражению.
где Рib - вес блока, заключенного между кривой депрессии и поверхностью скольжения, определяемый с учетом взвешивания.
При смещении оползневого массива по плоской, не имеющей переломов, поверхности скольжения для расчета оползневого давления с учетом фильтрационного давления Wфi и влияния напорных вод следует использовать формулу:
где tgLw - коэффициент трения;
γw - плотность грунта, Н/м3;
hi - средняя высота расчетного блока, м;
wi - площадь подошвы расчетного блока, м2;
∆b - плотность воды, Н/м3;
- уровень напорных вод в пределах блока, м.
3.36. Для наглядного представления об изменении расчетной величины оползневого давления по длине склона (откоса) и для нахождения давления в любой точке между границами расчетных блоков необходимо вычертить эпюру оползневого давления под расчетным сечением оползневого склона (откоса) на ее горизонтальной проекции. На основе анализа этой эпюры выбирают расчетное сечение (или сечения) для выбора места заложения поддерживающих противооползневых конструкций и сооружений. Расчетное сечение выбирают с учетом:
положения намеченного проектом места строительства поддерживающих сооружений;
условий регулирования рельефа склона (откоса);
возможного минимального значения оползневого давления;
положения зоны выпора за поддерживающим сооружением.
Расчетное сечение с учетом указанных соображений уточняют проверкой на перемещение оползневого грунта через поддерживающее сооружение, а также по условиям производства работ.
По значениям оползневого давления, вычисленным для каждого расчетного сечения, в котором предполагается установка поддерживающих сооружений по ширине оползня (по фронту) строится фронтальная эпюра оползневого давления, необходимая для расчета сечений и числа удерживающих элементов в одной конструкции поддерживающего сооружения по ширине склона.
3.37. Инженерно-геологическая оценка грунтовых толщ включает: определение генезиса выделенных слоев в склонах и откосах глубоких выемок, показателей их физико-механических свойств (в том числе в карьерах и резервах), расчетных значений этих показателей, необходимых для оценки устойчивости.
Инженерно-геологическую оценку грунтовых толщ проводят в два этапа. На первом этапе определяют показатели физических свойств грунтов, а также характеристики стандартного уплотнения: величину максимальной плотности и оптимальной влажности (для карьеров, резервов, выемок); на втором - показатели механических свойств и их расчетные значения.
3.38. Для условий МССР, учитывая генетические особенности геологических районов территории республики (см. рис. 5, прил. 1), определяют следующие физические свойства грунтов: приречную влажность, показатели плотности, пределы пластичности; показатели пористости, степень влажности (коэффициент водонасыщения); зерновой состав (с обязательным выделением для глинистых грунтов частиц мельче 0,005 мм).
3.39. На основе анализа распределения по глубине грунтовой толщи природной влажности, числа пластичности, коэффициента консистенции, показателей плотности (путем построения соответствующих графиков рассеивания) выделяют расчетные литологические слои в геологических разрезах склонов, глубоких и мокрых выемках, в основаниях высоких насыпей.
3.40. На втором этапе инженерно-геологической оценки грунтовых толщ для участков индивидуального проектирования определяют нормативные и расчетные показатели механических свойств грунтов для выделенных расчетных литологических слоев или грунтов карьеров, резервов.
3.41. Для выполнения расчетов устойчивости склонов и откосов земляного полотна определяют расчетные показатели прочности (угол внутреннего трения и величину сцепления) при расчетной плотности-влажности грунта. Статистическую обработку результатов испытаний (при расчетной влажности) осуществляют согласно ГОСТ 20522-75. Методику подготовки образцов грунта к сдвиговым испытаниям выбирают в каждом конкретном случае индивидуально. Она зависит от характера оценки устойчивости (общая или местная), типа конструкции земляного полотна (насыпь, выемка), механизма оползня на склоновых участках, а также от основных инженерно-геологических или погодно-климатических факторов, воздействующих на склон (откос) в процессе эксплуатации дороги.
3.42. Сдвиговые испытания следует проводить по методике быстрого сдвига или плотности-влажности Н.Н. Маслова.
Для определения расчетных характеристик прочности и величины порога ползучести рекомендуется использовать трехчленную зависимость сопротивляемости грунта сдвигу, предложенную Н.Н. Масловым:
τpw = Ptg φw + ∑w + Cc,
где τpw - сопротивляемость грунта сдвигу, соответствующая его состоянию плотности-влажности;
Р - величина нормальных напряжений при сдвиге;
∑w - часть общего (Сw) сцепления грунта, обусловленная водно-коллоидными связями (связность);
Сс - часть общего сцепления грунта, обусловленная необратимыми (невосстанавливающимися после деформации сдвига) структурными связями (жесткое сцепление);
(∑w + Сс) = Сw - общее сцепление.
Для получения всех значений, входящих в формулу, методика сдвиговых испытаний должна предусматривать либо проведение повторных сдвигов на одном и том же образце для определения остаточной прочности грунта, либо сдвиговые испытания образцов грунта, предварительно разрезанных по направлению плоскости сдвига на две половинки, соединяемые при проведении испытаний (опыты «плашка по плашке»).
4. Принципы выбора вариантов проложения трасс автомобильных дорог в условиях Молдавской ССР
4.1. На основе анализа результатов инженерно-геологической оценки полосы проложения трассы и основных направлений ее в виде пространственной линии, вписывающейся в наиболее общие и устойчивые геоморфологические элементы рельефа МССР, выбирают оптимальный вариант.
4.2. Критерием выбора оптимального варианта является минимум приведенных сопоставимых строительных и эксплуатационных затрат при обеспеченной устойчивости земляного полотна и окружающей среды и выдержанном проектом направлении трассы автомобильной дороги в целом. Рекомендуется использовать раздельную технологию проложения трассы, принятую в качестве основы общесоюзной системы автоматизированного проектирования автомобильных дорог (САПР-АД), которая включает: проектирование на ЭВМ вариантов трассы в плане, проектирование оптимального продольного профиля по каждому варианту плана трассы, оценку полученных проектных решений, выбор наилучшего из них.
4.3. На основе анализа данных инженерно-геологической оценки при выборе оптимального варианта трассы дороги разрабатывают требования к расположению земляного полотна (в плане и продольном профиле) на элементах рельефа местности. В основу таких требований должен быть положен принцип выбора грунтовых карьеров и сосредоточенных резервов из условия общего баланса земляных масс. Они устанавливают принцип чередования выемок и насыпей по трассе, глубину врезки проектной линии в устойчивые и неустойчивые морфоэлементы или морфоструктуры, возможность размещения земляного полотна на склонах.
4.4. При проложении трассы в плане необходимо учитывать, что морфометрические параметры рельефа существенно влияют на тип земляного полотна (насыпь, выемка, насыпь на склоне), объемы земляных работ, состав комплекса противооползневых мероприятий.
4.5. С увеличением степени вертикального расчленения рельефа местности следует учитывать два возможных случая проложения трассы: лобовое сечение трассой рельефа морфоструктур и сечение их под некоторым углом α (0° ≤ α ≤ 90°).
В первом случае резко возрастают объемы земляных работ, количество глубоких выемок, высоких насыпей, площади откосов; увеличивается количество конструкций и мероприятий по обеспечению общей и местной устойчивости откосов; возникает вероятность разрушения геологической и окружающей среды. Вместе с тем сокращается общая длина трассы, не требуются дополнительные карьеры и резервы, уравновешивается баланс земляных масс.
Во втором случае, в зависимости от угла α, удельные объемы земляных работ могут быть значительно снижены, так как уменьшается количество высоких насыпей и глубоких выемок. Но вместе с тем возрастает число случаев расположения земляного полотна на склонах, что влечет за собой разработку противооползневых мероприятий, включающих дорогостоящие инженерные сооружения: дренажные конструкции, подпорные стенки, свайные поля. Кроме того, возрастает объем профилактических мероприятий непосредственно на самих склонах для предупреждения вероятных нарушений устойчивости этих систем после устройства на них земляного полотна; увеличивается длина трассы.
