Заявку на получение дополнительной информации по этому проекту можно заполнить здесь.
Номер 08-008-01 |
Наименование проекта Особенности проектирования дорожных насыпей на переувлажненных основаниях |
Назначение Проектирование земляного полотна автомобильных и железных дорог на основаниях, сложенных грунтами органического и органоминерального происхождения |
Рекомендуемая область применения Проектирование и строительство дорог |
Описание 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
• особенности работы конструкции в период постоянной эксплуатации автомо-
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. |
Преимущества перед известными аналогами Минимальные инженерно-геологические изыскания, простота метода расчета дорожных насыпей |
Стадия освоения Внедрено в производство |
Результаты испытаний Технология обеспечивает получение стабильных результатов |
Технико-экономический эффект Годовой экономический эффект от внедрения методики проектирования составил 4,8 тыс. руб, в народном хозяйстве - около 10 тыс. руб. на 1 км пути |
Возможность передачи за рубеж Возможна передача за рубеж |
Дата поступления материала 09.01.2001 |
У павильонов Уральской выставки «ИННОВАЦИИ 2010» (г. Екатеринбург, 2010 г.)
Мероприятия на выставке "Инновации и инвестиции - 2008" (Югра, 2008 г.)
Открытие выставки "Малый бизнес. Инновации. Инвестиции" (г. Магнитогорск, 2007 г.)
Демонстрация разработок на выставке "Малый бизнес. Инновации. Инвестиции" (г. Магнитогорск, 2007 г.)