Министерство образования ,науки молодежи и спорта Украины

2015-12-06

430

Обсуждений (0)

0.00 из 5.00 0 оценок

СОДЕРЖАНИЕ

1. Противопучинные мероприятия с устройством дренирующего слоя

1.1. Расчёт песчаных дренажных слоёв и объёма воды для отвода её в

дренажную сеть из грунта в основании дорожной одежды

1.2. Определение толщины противопучинного морозозащитного слоя

дорожной конструкции Н_м (по методу В.М. Сиденко)

2. Методы расчёта осадок и срока консолидации оснований дорожных насыпей подстилаемых сильносжимаемыми грунтами

3. Дренирование оснований из водонасыщенных сильносжимаемых грунтов

вертикальными дренами

4. Приложения. Исходные данные для выполнения расчетно-графической

работы

Список использованных нормативных источников и специальной литературы

1. Противопучинные мероприятия с устройством

дренирующего слоя.

Для отвода избыточной влаги при оттаивании в условиях сезонного промерзания грунтового полотна рекомендуется выполнять дренирующий слой из крупнозернистого песка, из гравия, иногда из отсева ракушек, отгрохоченного шлака. Основное требование к этим материалам – неразмокаемость. Для ІV дорожно-климатической зоны при 3-ем типе местности по характеру увлажнения, (что соответствует степной зоне, присущей Одесской области), при ширине проезжей части 6, 7, 12 м минимальные значения коэффициента фильтрации м/сут должны быть, соответственно, 3, 4, 6 м/сут. эти значения коэффициента фильтрации приведены для двускатного профиля полотна. Для односкатного профиля значения коэффициента удваиваются. Приведенные значения коэффициента фильтрации для песка соответствуют наибольшей плотности (стандартное уплотнение).

1.1. Расчёт песчаных дренажных слоёв и объёма воды для отвода её в дренажную сеть из грунта в основании дорожной одежды.

Общее количество влаги, подлежащее удалению из верхнего слоя основания дороги под влиянием выдавливания от веса дорожной одежды.

Q = 10 h_кр (W_вес – 0.6 F), (1.1)

где

Q – количество воды;

h_кр – слой промерзающего грунта (принимаем пылеватый суглинок с h_кр = 1,25 м);

W_вес – влажность оттаивания грунта в весенний период (1,0 - 0,8);

0,6 F – влажность, допускаемая по условиям необходимой прочности основания;

Q = 10 · 1,5 (1 - 0.6 · 1,0) = 0,5 м³ = 600 литров.

При известной скорости оттаивания грунта V_от (см/сут)

V_от = 1,0 м;

η – доля избытка влаги;

Расход дренированной воды

q = 10 · V_от (W_вес - 0,6F) · η (2.1)

Количество воды на один погонный метр с отводом в придорожную дренажную сеть составит : η =Q·b/2 - (двусторонний дренаж), (2.2)

η =Q·b - (односторонний дренаж). (2.3)

При двустороннем дренаже доля избытка влаги η =Q · b/2 = 600 · 16/2 = 4800 литров.

То же , при одностороннем η =600·16=9600 литров.

Отвод воды в дренажные канавы осуществляется через асбестоцементные трубы с диаметром 80 - 100 мм.

q1 = 10 · 1,0 (1 - 1,0 · 0,6) ·4800 = 19200 л/сут. (двусторонний дренаж),

q2 = 10 · 1,0 (1 - 1,0 · 0,6) ·9600 = 38400 л/сут.( односторонний дренаж).

1.2. Определение толщины противопучинного морозозащитного слоя дорожной конструкции Н_м (по методу В.М. Сиденко).

Рис. 1.1.2. Расчётная схема для определения толщины противопучинного слоя в основании дорожной конструкции теплотехническим расчётом.

Н_м = [t_л - t_в - ·(t_r - t_в)], (1.1.2)

где Н_м – мощность морозозащитного слоя дорожной конструкции, м;

t_л – температура льдообразования грунта в °С (для среднезернистых песков

0.4...0.6, для лёгких супесей 0.2...0.6, для лёгких пылеватых суглинков 0.3...0.5, для тяжёлых пылеватых суглинков 0.9...1.4);

t_в – средняя температура воздуха для самого холодного месяца в °С;

t_r – средняя температура грунта полотна дороги для этого же самого холодного месяца в °С. На некоторой глубине Н_гр (рекомендуется от 3... 3.5 м).

Значения t_r, t_в принимаются по метеоданным, либо из климатологических данных.

λ – коэффициент теплопроводности противопучинного слоя ккал / (м·ч·град), принимается в зависимости от плотности материала дорожного полотна.

Например: щебень из известняка при γ = 1300 кг/м³

λ = 1.40 ккал / (м·ч·град),

при γ = 1000 кг/м³λ = 0.50 ккал / (м·ч·град).

Синтетический материал пенополивинилхлорид при γ = 1000 кг/м³,λ = 0.05 ккал / (м·ч·град).

λ_m – среднее значение коэффициента теплопроводности мёрзлого грунта полотна дороги в ккал / (м·ч·град), в зависимости от влажности W₀ и плотности грунта в тоннах/м³.

R_І – тепловое сопротивление, град·м²·ч /ккал.

R_І = R²_п+ R₀ + (2.1.2)

где R_п – тепловое сопротивление характеризующее теплообмен дорожного покрытия с воздухом, град·м²·ч/ккал;

R₀ - тепловое сопротивление слоёв дорожной одежды, град·м²·ч/ккал;

R₀ = + + (3.1.2)

h_d – допустимая глубина промерзания полотна дороги, при которой не происходит пучение, м; h_d ≤ 0.5 м.

λ₁ , λ₂ , λ₃ – коэффициенты теплопроводности слоёв дорожной одежды h₁ ,h₂ , h₃;

h₁ , h₂ , h₃ – мощность слоёв дорожной одежды, м.

Коэффициенты теплопроводности мёрзлого грунта

табл. 1.1.2.

Глинистые грунты Песчаные грунты

W₀ , % ρ, т/м³ λ_m, ккал / (м·ч·град). W₀ , % ρ, т/м³ λ_m, ккал / (м·ч·град).

1,6 1,5 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,88 1,65 2,40 2,13 1,89 1,55 2,03 1,6 1,6 1,5 1,6 1,5 1,4 1,3 1,62 2,21 1,92 2,72 2,37 2,05 1,9

R_п – определяется в зависимости от скорости ветра в м/с.

Коэффициент теплопроводности слоёв дорожной одежды

табл. 2.1.2.

Материал дорог λ, ккал/м²

Асфальтобетон Асфальтобетон мелкозернистый Битумогрунт мелкозернистый Цементобетон Сборный ж/бетон Щебни гранитные Щебень из песчаника Щебень из известняка Песчано-гравийная смесь 0,9 0,65 1,8 1,1 1,35 2,2 1,8 1,4 2,25

Расчёт толщины противопучинного морозозащитного слоя

Исходные данные:

1. Противопучинный слой из известнякового щебня λ = 1.40 ккал/м².

2. Н_гр = 1,65 м.

3. λ_m = 1,88 – для мёрзлого глинистого грунта при W₀ = 18 %, ρ = 1,6 т/м³ (из табл. 1.1.2).

4. t_г = -8 °С, t²_л = 1,2 С.

5. Средняя температура воздуха для холодного месяца t_в = -12°С.

6. R_п = 0,075 град·м^²час/ккал при V = 5 м/с.

7. h₁ = 0,2 м – асфальт мелкозернистый.

h₂ = 0,25 м – щебень известняковый.

h₃ = 0,25 м – песчано-гравийная смесь.

Из таблицы 2.1.2

λ₁ = 0.65, λ₂ = 1.40, λ₃ = 2.25 ккал/м·час·град.

Из выражения (3.1.2)

R₀= + + = 0,6;

Из выражения (2.1.2)

R₁= 0.075² + 0.6 + = 1,65;

тогда мощность морозозащитного слоя дорожной одежды составит:

Н_м = · [t_л- t_в- · (t_r - t _в)] = · [1,2- -(-12) - · {-8 - (-12)}] = 1,44 м = 144 см.

2. Методы расчёта осадок и сроков консолидации оснований дорожных насыпей подстилаемых сильносжимаемыми

грунтами

Рис. 1.2. Схема основания дорожной насыпи, подстилаемой сильносжимае-

мым грунтом

Стабилизированная осадка слоя Н водонасыщенного сильносжимаемого грунта, пригруженного фильтрующим слоем, определяется по формуле:

S = , (1.2)

где Р – среднее давление на грунт от внешней пригрузки, МПа;

Н – толщина слоя сжимаемого грунта, м;

Е – модуль деформации грунта естественного сложения, МПа;

S_t – осадка в заданный момент времени недренируемого слоя сильносжимаемого грунта, пригруженного фильтрующей насыпью. Определяется выражением:

S_t = Q_v · S , (2.2)

где Q_v– степень консолидации сжимаемого грунта, которая определяется по графику «Q_v = ƒ (Т_v)».

Т_v – фактор времени и определяется по формуле:

Т_v= С_v · t / h² , (3.2)

где С_v – коэффициент консолидации грунта при вертикальном фильтрационном потоке (м²/год), определяется по методу Тейлора;

t – продолжительность приложения нагрузки Р, в годах;

h – длина пути фильтрации при двустороннем дренаже, h = Н / 2, м.

При одностороннем дренировании h = Н, м.

При неоднородной толще сильносжимаемого грунта допускается использовать средневзвешенное значение коэффициента консолидации.

Время tнеобходимое для консолидации слоя сильносжимаемого грунта до заданной степени консолидации Q_v при нагрузке его фильтрующим слоем, определяется по формуле (3.2). При этом считается, что загрузка фильтрующим слоем происходит мгновенно

Рис. 2.2. График зависимости «Q_v = ƒ (Т_v)». Степени консолидации сжи-

маемого грунта от фактора времени

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ:

Задача 1.

А). Определить при данной степени консолидации Q_v = 0.9, время консолидации t однородного недренируемого основания при односторонней фильтра

ции (сильносжимаемые грунты подстилаются водоупором – плотная глина). Толщина сильносжимаемого слоя Н = 2h = 20 м, С_v = 4 м²/год.

Решение:

А). При Q_v = 0.9 из графика «Q_v = ƒ (Т_v)» находим Т_v = 0.85,

тогда t= 0,85 · 10²/ 3 = 28,33 года.(согласно 3.2).

Б). При Q_v = 0,7, Т_v = 0,4

тогдаt = 0,4 · 10²/ 3 = 13,3 года.

Задача 2.

Определить время консолидации недренируемого основания при условии наличия подстилающего дренируемого слоя. В этом случае h = Н/2 = 5/2 = 2,5м.

Решение:

А) при Т_v = 0.85 (Q_v = 0.9) , h =2,5 м,

t = 0,85 · 2,5²/3 = 1,77 года;

Б) при Т_v = 0,7 (Q_v = 0.7) , h = 2,5 м,

t = 0,7 · 2,5²/3 = 1,46 года.

Задача 3.

Определить осадку слоя заторфованного грунта толщиной Н = h =4,8 м, степень его консолидации Q_v через 9 месяцев при фильтрующей нагрузке Р = 0.12 МПа. Заторфованный грунт подстилается водоупором и имеет следующие характеристики: Е = 2,6МПа, С_v = 3,0 м²/год

Решение:

Полная стабилизация осадки по формуле (1.2) составит:

S = = = 0,2 м.

По формуле (3.2) определяем Т_v = С_v · t/ h² = 3,0 · (9/12) / 4,8² = 0.09.

Из графика консолидации «Q_v = ƒ (Т_v)» имеет при Т_v = 0,09 , Q_v = 0,3. Тогда осадка через 9 месяцев составит

S = Q_v · S = 0,3 · 0,2 = 6 см.

3. Дренирование оснований из водонасыщенных сильносжимаемых грунтов вертикальными дренами

Дрена – искусственная инженерная конструкция, прорезающая определённую часть толщи сильносжимаемых грунтов, служит для отвода воды из указанного дренирующего слоя. В плане дрены могут размещаться по квадратной или треугольной сетке.

Квадратная сетка Треугольная сетка

Рис 1.3. Схемы расположения вертикальных дрен в плане (по квадратной и треугольной сетке).

При квадратной сетке d_е = 1,13d, а при треугольной сетке d_е = 1,05d, где d – это расстояние между осями дрен, м., de- условный диаметр зоны влияния дрены.

Допущение.

Принимается, что поверхность цилиндра очерчивающего дрену d_е водопроницаема, а материал дрены – идеально проницаемый.

Рис. 2.3. Размещение вертикальных дрен по треугольной сетке.

d – расстояние между осями дрен;

d_е – эффективный диаметр дрены (диаметр зоны влияния дрены).

Рис. 3.3. Вертикальное сечение дрены.

Для вертикальных дрен, полностью прорезающих слои водонасыщенного сильносжимаемого грунта при наличии дренирующих слоёв на концах дрен степень консолидации Q_rv определяется с учётом фильтрации воды в радиальном и вертикальном направлении по формуле:

Q_{r v} = 1 - (1 - Q_r) · (1 - Q_v), (1.3)

где Q_v – степень консолидации при фильтрации поровой воды в вертикальном направлении , определяется по графику «Q_v = ƒ (Т_v)»;

Q_r – тоже в радиальном направлении

Q_r = 1 - ехр (8 · Т_r) / F ( ), (2.3)

где Т_r – фактор времени при фильтрации только в радиальном направлении;

F ( ) – параметр, зависящий от отношения диаметра зоны влияния дрены к её диаметру

= d_е / d_w

Т_r = С_r · t / d_е² , (3.3)

где С_r – коэффициент консолидации при фильтрации поровой воды в радиальном направлении (м² / год);

t – период времени от начала приложения нагрузки (год);

d_е – диаметр зоны влияния дрены (м);

F ( ) = · In - , (4.3)

где - отношение диаметра зоны влияния к диаметру дрены.

При использовании дрен из искусственных материалов значения F ( ) принимается равным 0,025 м, значение степени консолидации Q_r в зависимости от Т_r определяется по таблице 1.3.

Фактор времени Т_r при мгновенном нагружении основания с вертикальными дренами.

Табл. 1.3.

Q_r Т_r при v

0,1 0,007 0,012 0,021 0,026 0,030 0,033

0,2 0,014 0,026 0,040 0,055 0,063 0,069

0,3 0,023 0,042 0,070 0,088 0,101 0,110

0,4 0,033 0,060 0,101 0,126 0,144 0,158

0,5 0,045 0,081 0,137 0,171 0,195 0,214

0,6 0,059 0,107 0,181 0,226 0,258 0,283

0,7 0,077 0,141 0,238 0,297 0,339 0,372

0,8 0,103 0,188 0,318 0,397 0,454 0,498

0,9 0,148 0,270 0,454 0,567 0,669 0,712

0,95 0,192 0,351 0,591 0,738 0,844 0,927

0,99 0,296 0,539 0,909 1,135 1,298 1,424

Решение задач:

Задача 1.

Определить время консолидации t основания при наличии вертикальных песчаных дрен d_w = 0,4, при отсутствии вертикальной фильтрации и размере зон влияния дрен d_е = 2,5 м., полагая, что С_r(е) = 8 м² / год, а Q_r = 0,7. Нагрузка приложена мгновенно.

Решение:

Из таблицы 1.3 при = 2,5 / 0,4 = 6,25 следует, что Т_r = 0,316, тогда по формуле (3.3)

Т_r = С_r · t / d_е² ,

t = Т_r · d_е² / С_r(е) = 0,316 · 2,5² / 8 = 0,25 года.

Задача 2.

Определить период t для С_r(v) = 0,9 при вертикальном и радиальном дренировании = 5), h = 2,5 м, d_е= 2,0 м, С_v(2h) = 2 м² / год, С_r(е) = 5 м² / год. Нагрузка приложена мгновенно.

Расчёт:

Расчёт производим путём интерполяции, задаваясь некоторыми значениями t, с помощью которых по графику «Q_v = ƒ (Т_v)» и интерполяции по таблице 1.3, находим соответствующее значение Q_r и Q_v , после чего подсчитывается С_r(v) по формуле

С_r(v) = 1 - (1 - Q_r) · (1 - Q_v).

Результаты сводим в таблицу 2.3.

Табл. 2.3.

t, год Т_r Т_v Q_r Q_v Q_r _v

0,15 0,048 0,188 0,242 0,800 0,848

0,20 0,064 0,256 0,290 0,880 0,915

t = t₁ + (t₂ – t₁ / Q_r(v)2 - Q_r(v)1) · (Q_r - Q_r(v)1) = 0,15 + ·

· (0,900 - 0,848) = 0,189 год = 2,3 мес.

Проектирование фундаментов или оснований дорожного полотна на предварительно уплотнённом участке с помощью дренирующих оснований производятся на основе обычного комплекса изысканий, проводимых после предпостроечного уплотнения.

Список использованной литературы

1.Абелев М.Б. Слабые водонасыщенные глинистые грунты как основания соружений.

2.Рекомендации по уплотнению слабых грунтов временной нагрузкой с применением песчаных и бумажных дрен. Ярославль 1978, 77 с.

3.Руководство по проектированию оснований зданий и сооружений , -М.: стройиздат.1978, 375 с.

4.Руководство по проектированию оснований и фундаментов на суглинистых грунтах . –М : Стройиздат 1979, 39 с.

5.Хархута Н.Я., Васильев Ю.М. Прочность ,устойчивость и уплотнение грунтов земляного полотна автомобильных дорог – М.: Транспорт,1975, 266 с.

6.Справочник инженера-дорожника Изыскания и проектирование автомобильных дорог .М.: Транспорт ,1969, 380с.

7.Справочник проектировщика. Основания, фундаменты и подземные сооружения. Под редакцией Е.А. Сорочана , Ю.Г. Трофименкова .-М: Стройиздат

1985, 480с.

Министерство образования ,науки молодежи и спорта Украины

2015-12-06

430

Обсуждений (0)

0.00 из 5.00 0 оценок

Обсуждение в статье: Министерство образования ,науки молодежи и спорта Украины

Обсуждений еще не было, будьте первым... ↓↓↓