Расчет устойчивости природных склонов и откосов земляного полотна

71. В случае, когда точка  пересечения значений n и l (см. рис.6) попадает в область между кривыми (1) и (2), следует оценивать устойчивость откосов земляного полотна по деформируемости их во времени в результате ползучести грунта.

При этом величину деформаций откосов насыпи во времени (рис.7) определяют

 (25)

Рис.5. Система координат  для построения очертания откоса земляного полотна

72. Приближенно величину  деформации ползучести бровки  откоса насыпи (см.рис.7) можно определить по формуле

                                                                                                  (26)

где a- угол наклона образующей откоса к горизонту.

73. Откос насыпи следует  считать устойчивым, если К_зап > 1, деформации ползучести не превышают в течение срока службы дорожной конструкции допустимой величины.

Рис.6. Взаимосвязь проектных  характеристик грунта с геометрией откоса: 
1-зона запредельного по прочности состояния (К_зап < 1,0); 2-зона ползучести откосов; 3-зона отсутствия ползучести откосов

Применительно к дорогам I и II категории земляное полотно можно считать устойчивым, если за период расчетного срока его службы деформации земляного полотна не захватывают края дорожной одежды.

Рис.7. Схема насыпи

Принципы назначения противооползневых конструкций

74. Противооползневые удерживающие  конструкции (подпорные стены,  свайные поля, анкерные конструкции  и т.п.) являются одним из элементов  всего комплекса противооползневых  мероприятий осуществляемых для  обеспечения устойчивости как  склона при сооружении на нем  земляного полотна, так и конструкции  самого земляного полотна.

75. Тип удерживающей конструкции  следует назначать исходя из  типа оползня, видов грунта, инженерно-геологического  строения склона, мощности оползневых  накоплений, физико-механических свойств грунтов и т.п.

76. Подпорные стены, применяют:

при наличии устойчивых коренных пород, на которых можно закрепить  основание стенки;

если грунты оползневого  склона находятся в консистенции, при которой исключена возможность  переползания их через стенку;

если есть возможность  дополнительно обеспечить устойчивость стенки с помощью свайных и  анкерных конструкций.

77. Анкерные конструкции  используют:

для профилактики существующих конструкций подпорных стен;

при наличии прочных и  устойчивых коренных пород, подстилающих толщу смещающихся грунтов склона и при достаточной прочности  самих оползневых накоплений во избежание  вдавливания в грунт анкерных плит;

при разгрузке свайных  конструкций.

78. Свайные конструкции  рекомендуется применять на оползневых  склонах при наличии хорошо  выраженной поверхности скольжения. Основным элементом свайных конструкций  являются железобетонные сваи, которые  в зависимости от конкретных  грунтовых условий могут быть  забивными или буронабивными.

79. Свайные конструкции  могут иметь следующие основные  конструктивные схемы (рис.8):

отдельные свайные поля с рядовым или шахматным расположением свай, объединенных поверху железобетонной плитой ростверка;

система, расположенных, на разных ярусах свайных полей;

подпорные стены с фундаментом  из буронабивных свай.

Рис.8. Примеры применения свайных конструкций для удержания  оползневых масс: 
а - свайные, частоколы из забивных свай на оползнях небольшой мощности; б - подпорные стены на основании из буронабивных свай; 
1 - оползневое тело; 2 - устойчивый грунт; 3 - насыпь

Если мощность оползневых накоплений не превышает 1,5-2,0 м, то целесообразно  применять конструкции из забивных железобетонных свай, представляющих собой 2-4 ряда свай, расположенных в  шахматном порядке.

80. Для обеспечения устойчивости  оползневых склонов при мощности  оползневых накоплений от 5-6 до 20-25 м рекомендуется использовать  удерживающие конструкции из  буронабивных железобетонных свай.

Для получения гарантированных  прочностных характеристик бетона буронабивных свай рекомендуется применять  сваи диаметром 750-860 мм.

Свайные конструкции

81. Предварительно для  расчета коэффициента запаса  устойчивости склона следует  использовать метод  горизонтальных сил Маслова-Берера.

                                                                                                  (27)

где Н - давление грунта при отсутствии трения и сцепления, Н = р·tga;

R - непогашенная часть давления (активное давление), R = р·tg(a - y_p);

Т - часть общего давления, воспринимаемая трением и сцеплением в грунте,

T = H - R = Q[tga - tg(a - y_p)].

82. Проектируемая свайная  конструкция рассчитывается на  величину активного оползневого  давления R, при расчете определяют:

а) давление на одиночную  сваю;

б) количество свай в конструкции;

в) прочность сечения сваи;

г) величину заделки сваи в устойчивые коренные породы.

83. Принимая, что активное  оползневое давление распределяется  равномерно между рядами свай  и сваями в ряду, а эпюра  давления на одиночную сваю  носит равномерно распределенный  характер по высоте ее в  пределах оползневой толщи, величину  оползневого давления, воспринимаемого  одиночной сваей, следует определять  по формуле

q_св = s_кр·d·h,                                                                                                      (28)

где d - диаметр сваи, м;

h - мощность оползневых накоплений в месте установки свайного ряда, м;

s_кр - критическое удельное давление, определяемое зависимостью вида

         (29)

g - объемный вес грунта, т/м³;

j - угол внутреннего трения грунта, град;

C_w - сцепление, тс/м².

84. Расстояние между осями  свай в ряду (рис. 9) для однорядной свайной конструкции находят по формуле

                                                                                                                 (30)

а общее количество свай - по формуле

                                                                                                               (31)

где В - ширина оползня в месте установки свайного ряда.

85. Для многорядной свайной  конструкции расстояние между  осями свай в ряду определяют  по формуле

                                                                                                            (32)

где N - количество рядов свай.

86. Для исключения переползания грунта оползневого массива через свайную конструкцию (рис.10) необходимо соблюдать условие

R < Е_о                                                                                                                (33)

где Е_о - пассивное сопротивление грунта, определяемое по формуле

                                                       (34)

87. Учитывая вместе с  тем, что обеспечение устойчивости  оползневого массива с помощью  свайных конструкций по критериям  первого предельного состояния  не может исключить для малых  значений угла внутреннего трения j_w и жесткого структурного сцепления С_с возможность проявления деформаций ползучести грунта, скорость обтекания свай грунтом во времени в процессе вязкого и вязко-пластического деформирования грунта может быть оценена по выражению

                                                                                    (35)

где v_o и v_k - соответственно начальная и конечная скорости ползучести оползневого массива,

                                                                                     (36)

t - время от момента ввода удерживающего сооружения в эксплуатацию;

h - динамическая вязкость грунта;

с - параметр,

                                                                                       (37)

т - масса грунта оползневого массива.  

 

Рис.9. Расчетная схема  к определению расстояния между  осями свай в ряду: 
1 - оползневый массив; 2 - устойчивые грунты

88. В случае, если

R - Q = 0,                                                                                                           (38)

где

                                                                                      (39)

то расчетная формула  для скорости ползучести оползневого  массива во времени будет иметь  следующий вид:

                                                                                                     (40) 

 

Рис.10. Схема к проверке свайной удерживающей конструкции  на возможность переползания ее грунтом оползневого массива

Анкерные конструкции

89. Анкерные конструкции  типа анкерного корсета относятся  к противооползневым удерживающим  сооружениям. Анкерный корсет  состоит из одного или нескольких  рядов анкерных затяжек, располагаемых  поперек оползневого массива.  Каждая анкерная затяжка в  свою очередь состоит из трех  элементов (рис.11):

а) анкерной тяги, закрепляемой нижним (до плоскости скольжения оползня) концом в прочных устойчивых породах;

б) анкерной плиты, укладываемой на поверхность оползневого массива  над устьем скважины;

в) верхнего анкера, с помощью  которого анкерная тяга закрепляется в анкерной плите.

90. Статический расчет  необходимого для укрепления  оползня усилия в анкерной  тяге производится с использованием  какого-либо известного метода  расчета устойчивости откосов  или склонов. В том случае, если  наиболее вероятной формой обрушения  является обрушение со срезом  и вращением, устойчивость откоса  рассчитывают по методу круглоцилиндрической поверхности скольжения.

После нахождения наиболее вероятной поверхности скольжения (рис.12) откос разделяется на две части. Одна его часть (заштрихованная), будет находиться в состоянии равновесия, а другая должна быть закреплена анкерными затяжками, так как сдвигающие силы вызывают ее вращение относительно точки "0".

91. Для определения размеров  устойчивой части откоса может  быть использовано следующее  уравнение:

s₁·r₁ = s₂·r₂                                                                                                                                                                             (41)

где s₁ - равнодействующая веса блока (АИК), расположенного слева от центра "0";

s₂ - равнодействующая веса блока К и dc, расположенного справа от центра "0";

r₁, r₂ - плечи векторов s₁ и s₂.

92. Расчет необходимого  усилия в анкерной затяжке  основан на обеспечении равенства  сдвигающих и удерживающих сил.  При требуемом коэффициенте запаса  устойчивости К_зап откоса необходимое усилие в анкерной тяге S₀ можно определить по следующей формуле:

                               (42)

где Р_i - вес блока;

a_i - угол наклона касательной к поверхности скольжения блока к горизонту;

j - угол внутреннего трения грунта;

c_i - сцепление грунта;

l_i - длина дуги скольжения;

i - номер блока;

a - угол наклона касательной к поверхности скольжения оползня к горизонту в месте установки анкерной затяжки;

b - угол наклона анкерной тяги к вертикали;

К_зап - коэффициент запаса устойчивости.

После определения величины S₀ назначают количество и места размещения анкерных затяжек в плане откоса или склона. Обычно анкерные затяжки располагают в 2-3 ряда в шахматном порядке.