Главная | Обратная связь

Результаты теоретического обоснования принятых проектно-технологических решений ДВГУПС

Проектные мероприятия на КМ 2907 – КМ 2908 включают:

- усиление земляного полотна с помощью армогрунтовой конструкции, которая выполняется из укрепляющей грунтовой композиции армированной георешеткой;

- сооружение фильтрующей насыпи на ПК 29072+91,5;

- разработку канав;

- засыпку и планировку территории.

Основные проектные размеры насыпи на ПК 2905+53: ширина основной площадки 3,10 м, толщина балластной призмы 0,25 м, ширина земляного полотна 4,20 м, высота 2,05 м (по центральной оси от деформированной подошвы), заложение откосов 1:1.5.

В период эксплуатации осадка основания насыпи по центральной оси достигла величины 1,20 м, см. рис. 6.

В основании насыпи, согласно данным результатов исследования грунтов в скважинах, залегают следующие виды и разновидности грунтов (сверху - вниз):

· суглинок мягкопластичный, заторфованный с дресвой;

· песок гравелистый, средней плотности, средней степени водонасыщения.

Насыпь земляного полотна в верхней части сложена щебенистым грунтом, подстилаемым песчано-гравийным грунтом. Главная площадка устраивается из фракционного щебня.

Значения расчетных физико-механических параметров грунтов основания и насыпи для рассматриваемого поперечника приведены в табл. 3.

 

Таблица 3 – Расчетные значения параметров материалов и грунтов для насыпи и основания

№ ИГЭ и наименование грунта	gI, кН/м3	E, МПа	n	jI (Rc), град (МПа)	cI (Rt), кПа (МПа)
№3 – щебенистый, малой ст. водонас. (основная площадка)	22.0		0.27		0.0
№1 – песчано-гравийный (насыпь)	18.0		0.27		0.0
№12 – щебенистый (насыпь – укрепляющая композиция)	22.0		0.27		0.0
№4 – суглинок мягкопластичный, заторфованный с дресвой 10 % (основание)	18.0		0.35		10.00
№2 – щебенистый (насыпь)			0.27		0.0
№6 – песок гравелистый, средней плотн., средн. ст. водонасыщения	17.5		0.30		0.0

 

Основная проблема в период эксплуатации – просадки материала земляного полотна из-за оттаивания льда в основании с образованием воронок на поверхности основной площадки.

По принятому плану реконструкции верхняя часть насыпи в выемочном варианте экскавируется до глубины 1,50 м. На нижнюю поверхность выемки шириной 5,00 м укладывается георешетка SS40, на которой слоем 0,5 м создается специальная укрепляющая композиция, см. рис. 6. На слой композиции укладывается слой георешетки, поверх которой засыпается и уплотняется щебень до проектной отметки земляного полотна. Основная площадка устраивается из фракционного щебня.

Рисунок 6 – Геомеханическая модель системы «путь-основание» ПК 2905+53

(высота насыпи: h=2,05 м)

 

Начальное напряженное состояние основания определялось для модели системы с эксплуатационными контурами насыпи. Результаты расчетов на действие объемных сил (гравитация) представлены на рис. 7. Условие устойчивости для этого случая имеет вид: k_st[Shn]=3,79>[k_st]=1,15. Система имела абсолютную устойчивость.

 

Рисунок 7 – Результаты расчета – начальное напряженное состояние (до реконструкции); уровни значений параметра вида напряженного состояния σ_ν и условие устойчивости: k_st [Shn]=3,79>[k_st]=1,15

 

Во второй серии расчетов поэтапно моделировался процесс реконструкции системы: экскавация грунта из старой насыпи; последовательное устройство заполнения в созданной выемке, сначала георешеткой, затем укрепляющей композицией, георешеткой, щебенистым материалом до проектной отметки земляного полотна. На последнем этапе моделировалось создание основной площадки.

Условия устойчивости в процессе моделирования реконструкции системы имели вид: k_st[Shn]=5,25>[k_st]=1,15 (после экскавации грунта из старой насыпи); k_st[Shn]=4,42>[k_st]=1,15 (после завершения реконструкции), см. рис. 8 и 9.

 

Рисунок 8 – Результаты расчета – после устройства выемки; уровни значений параметра вида напряженного состояния σ_ν и условие устойчивости: k_st [Shn]=5,25>[k_st]=1,15

Рисунок 9 – Результаты расчета – завершение реконструкции системы: уровни значений коэффициента запаса прочности k_str и условие устойчивости: k_st [Shn]=4,42>[k_st]=1,15

 

При приложении транспортной нагрузки условие устойчивости имеет вид k_st[Shn]=1,92(2,32)>[k_st]=1,15, см. рис. 10.

В третьей серии расчетов моделировалось образование полости в основании насыпи, сразу под песчано-гравийным грунтом, в суглинке заторфованном. Возможная причина образования полости – оттаивание линз льда, что было причиной появления просадочных воронок на поверхности системы. Размеры полости 1,00х1,00 м.

Результаты расчетов приведены на рис. 11, 12, 13,14.

Условие устойчивости после моделирования образования полости имеет вид: k_st[Shn]=2,04>[k_st]=1,15, см. рис. 11. То же условие при приложении транспортной нагрузки имеет вид: k_st[Shn]=1,25>[k_st]=1,15, см. рис. 12.

 

Рисунок 10 – Результаты расчета – приложение транспортной нагрузки (окончание реконструкции); уровни значений коэффициента запаса прочности k_str и условие устойчивости: k_st [Shn]=1,92(2,32)>[k_st]=1,15

 

Рисунок 11 – Результаты расчета – после образование полости в основании насыпи: уровни значений коэффициента запаса прочности k_str и условие устойчивости: k_st [Shn]=2,04(2,04)>[k_st]=1,15

 

Рисунок 12 – Результаты расчета – после образования полости и приложении транспортной нагрузки: уровни значений коэффициента запаса прочности k_str и условие устойчивости: k_st [Shn]=1,25(1,25)>[k_st]=1,15

 

На рис. 13 и 14 приведены результаты проверки возможности образования провала над образовавшейся полостью. На рисунках показаны уровни значений коэффициента запаса прочности k_str, с помощью которых можно увидеть места зарождения трещин, как на поверхности системы, так и вблизи поверхности стенок полости (конечные элементы, окрашенные в красный цвет). Проверка возможности образования поверхностей скольжения между ними приводит к следующим результатам: k_st[Shn]=0,74(1,18)>[k_st]=1,15 (рис. 13); k_st[Shn]=0,84(2,03)>[k_st]=1,15 (рис. 14).

График зависимости σ_уу-u_у (кПа-м) для узла, расположенного на центральной оси подошвы насыпи, показан на рис. 15.

 

Рисунок 13 – Результаты расчета – возможность образования левой трещины: уровни значений коэффициента запаса прочности k_str и условие устойчивости: k_st [Shn]=0,74(1,18)>[k_st]=1,15

 

Рисунок 14 – Результаты расчета – возможность образования правой трещины: уровни значений коэффициента запаса прочности k_str и условие устойчивости: k_st [Shn]=0,84(2,03)>[k_st]=1,15

 

Рисунок 15 – График зависимости σ_уу-u_у (кПа-м) для узла, расположенного на центральной оси подошвы насыпи

 

Таким образом, устойчивость системы на ПК 2905+53 после реконструкции обеспечивается.