ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения НИР.

При трассировании автомобильных дорог достаточно часто принимается решение по обходу участков местности, сложенных переувлажненными грун­тами органического и органоминерального происхождения. Такие решения в преобладающем числе случаев являются экономически неоправданными. Опыт строительства автомобильных и железных дорог в северных районах и в Запад­ной Сибири убедительно доказывает, что соответствующим образом спроекти­рованные и построенные с учетом специфических особенностей насыпи дорог не уступают, а в некоторых случаях даже превосходят по своим эксплутационным показателям насыпи на минеральных грунтах.

При проектировании насыпей необходимо учитывать следующие аспекты:

• физико-механические характеристики основания;

• особенности взаимодействия основания и насыпи из минерального грунта;

• особенности формирования и изменения во времени влажностного режима
основания насыпи;

• особенности работы конструкции в период постоянной эксплуатации автомо-
бильной дороги.

Перечисленные аспекты можно учесть только при использовании допол­нительной информации, получаемой при инженерно-геологических изысканиях и по результатам обобщения опыта строительства различных сооружений на переувлажненных грунтах.

При анализе физико-механических характеристик основания необходимо учитывать особенности формирования толщи органического (органоминераль­ного) грунта. Рассмотрим для примера условия формирования толщи органи­ческого (торфяного) грунта. Формирование такого грунта происходит в течение очень длительного временного периода для отложений отмирающих остатков растений -- торфообразователей и их последующего разложения в условиях из­быточного увлажнения и практически полного отсутствия кислорода. Вид рас­тений торфообразователей зависит от системы получения растениями мине­рального питания: болота низинного, переходного и верхового типов, мине­рального состава питания и климатических условий. Это приводит к формиро­ванию многослойной толщи с различными показателями структуры и степени разложения. Верхние слои обычно имеют низкую степень разложения и обла­дают значительной связностью.

В связи с тем, что толщина слоя основания меньше ширины насыпи по­низу, активная зона остаточных деформаций практически всегда достигает под­стилающего слоя минерального грунта. Это позволяет использовать при расче­те конечной осадки насыпи модель слоя конечной толщины. Распределение на­пряжений по глубине при этом оказывается близким к равномерному, что по­зволяет применить более простую схему расчета с использованием средневзве­шенных по глубине значений модуля деформации и коэффициента Пуассона.

Определение деформационных характеристик органических и органоми-неральных грунтов требует применения специального оборудования для отбора образцов ненарушенной структуры в условиях полного обводнения. С учетом того, что к настоящему времени накоплен достаточно представительный объем экспериментальных данных по модулю деформации, а также с учетом значи­тельной изменчивости этой характеристики, даже в пределах одной выработ­ки, более целесообразным является применение в проектных расчетах специ­альных эмпирических зависимостей. Эти зависимости связывают значения деформационных характеристик с относительно легко определяемыми характе­ристиками, например, с коэффициентом пористости и степенью разложения. Расчет конечной осадки в рассмотренной постановке не представляет трудно­стей и многократно апробирован, как для дорожных объектов Запад­ной Сибири, так и для объектов в Брянской области.

При формировании конечной осадки происходит взаимодействие насыпи и основания (линия 3, см. рис.1). Верхний слой естественной поверхности является активным слоем произрастания растений и обладает способностью восприни­мать значительные растягивающие напряжения. В отличие от плодородного слоя этот слой должен полностью сохраняться и использоваться как элемент общей конструкции: насыпь - основание.

При инструментальном обследовании насыпей автомобильных и железных дорог установлено наличие гравита­ционной воды в зоне контакта насыпи и ее основания, даже в тех случаях, ко­гда уровень грунтовых вод находился ниже этого контакта. Объяснить это яв­ление можно следующим образом. Поверхностные воды, проникающие в тело насыпи, достигают контакта насыпи и основания из органического грунта. Верхний уплотненный слой основания является практически водонепроницае­мым, в результате происходит накопление воды. Это явление необходимо учи­тывать при проектировании и строительстве земляного полотна.

Рис. Ось дороги

Для снижения отрицательного влияния этого явления наиболее надежным способом является устройство подземной части насыпи из дренирующих грун­тов, деформационные свойства которых практически не зависят от степени ув­лажнения. Верх этого слоя должен находиться выше естественной поверхности не менее чем на 0,2 м (см. рис., линия 2).

В связи с тем, что осадка насыпи по ее ширине происходит неравномерно и в течение времени консолидации, возникает необходимость отсыпки этого слоя в виде трапецеидальной насыпи, близкой по очертанию к линии 1 (см. рис.). По мере протекания осадки основания верхняя поверхность постепенно уположивается, стремясь к горизонтальной поверхности. Метод определения размеров такой насыпи достаточно прост, связан с расчетом осадки во времени и апробирован.

Весьма важным для рассматриваемой конструкции насыпи является во­прос скорости и времени протекания осадки. Наиболее целесообразным являет­ся редко применяемый, но весьма эффективный метод дополнительной «пригрузки». При использовании этого метода рассчитывается процесс консолида­ции основания при возведении насыпи максимально возможной по условиям устойчивости основания высотой. Повышенная высота насыпи сохраняется в течение времени формирования величины конечной осадки насыпи проектной высоты. Процесс консолидации происходит в основном по более «быстрому» - фильтрационному процессу. Такой метод расчета использовался для двух дорожных объектов в Брянской области и позволил отказаться от дорого­стоящих и малоэффективных методов применения геотекстиля и скважинного вертикального дренирования.

Одной из актуальных проблем проектирования автомобильных дорог яв­ляется проблема назначения величин деформационных характеристик материа­лов основания, которые участвуют в формировании упругой деформации по­верхности дороги при воздействии на нее колес подвижного состава.

Наиболее предпочтительным методом определения этих характеристик яв­ляется проведение специальных экспериментов. Наиболее простым экспери­ментальным способом определения деформационных характеристик грунтов является испытание образцов грунта в одометрах.

Серьезным препятствием на пути их широкого применения является факт, многократно подтвержденный экспериментально, существенного отличия зна­чений модуля деформации, полученного при испытаниях в одометре, по срав­нению с модулем деформации, полученным при штамповых испытаниях.

Проведение же штамповых испытаний весьма трудоемко, а полученные по их результатам значения модуля упругости (деформации), не мо­гут считаться объективно обоснованными. Кроме того, экспериментально уста­новлено, что органические и органоминеральные грунты в диапазоне восстанав­ливающихся деформаций ведут себя как вязкоупругое тело, что требует учета временного фактора при определении параметров вязкоупругости.

Проведены экспериментальные исследования по определению значений условно-мгновенного и длительного модуля упругости торфяных грунтов, также определены параметры двух экспоненциальных моделей про­цесса вязкоупругого деформирования этих грунтов. Результаты эксперимен­тов в совокупности с данными других авторов доведены до формы, пригодной для инженерного использования. При расчете параметров упруго-вязкого деформирования учтено влияние основных факторов, которые в той или иной ме­ре влияют на их численные значения.