Моделі та метод розрахунку армованих геосинтетиками підпірних конструкцій автомобільних доріг

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний транспортний університет

УДК 625.737

Моделі та метод розрахунку армованих геосинтетиками підпірних конструкцій автомобільних доріг

Спеціальність 05.22.11 - Автомобільні шляхи та аеродроми

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Усиченко Олена Юріївна

Київ 2004

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Національному транспортному університеті Міністерства освіти і науки України, м. Київ.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор, Савенко В'ячеслав Якович, Національний транспортний університет, завідуючий кафедрою будівництва та експлуатації доріг.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, старший науковий співробітник, професор кафедри водопостачання Київського Національного університету будівництва і архітектури Кризський Микола Михайлович

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник, ДерждорНДІ ім. М.П. Шульгіна Сасько Микола Федорович

Провідна установа: Харківський національний автомобільно-дорожній університет, кафедра будівництва та експлуатації автомобільних доріг Міністерства освіти і науки України, м. Харків.

Захист дисертації відбудеться 29 вересня 2004 р. о 10⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.059.02 при Національному транспортному університеті за адресою: 01010, Україна, м. Київ, вул. Суворова, 1, ауд.333.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національного транспортного університету за адресою: 01103, Україна, м. Київ, вул. Кіквідзе, 42.

Автореферат розісланий 28 серпня 2004 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради І.А. Рутковська

підпірний автомобільний геосинтетик армуючий

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Створення технологій, які ґрунтуються на застосуванні нових матеріалів при спорудженні земляного полотна, міцність і стійкість якого обумовлюють головні транспортно-експлуатаційні показники автомобільної дороги, є актуальним завданням технічного прогресу в дорожній галузі. Питання щодо забезпечення стійкості земляного полотна, насамперед високих насипів, може бути вирішене за рахунок збільшення закладання укосів або використання підпірних конструкцій (гравітаційні, шпунтові та інші підпірні стінки). Альтернативним заходом зниження бокового тиску ґрунту і матеріаломісткості підпірних споруд є застосування армованих конструкцій, одним із варіантів яких є використання геосинтетичних матеріалів. Ці конструкції позбавлені багатьох недоліків традиційних проектних рішень і уможливлюють використання ґрунтів з підвищеною вологістю, зі зниженими фізико-механічними характеристиками, спорудження високих насипів з укосами підвищеної крутизни та виконання ряду інших нестандартних завдань.

За рахунок використання геосинтетиків скорочуються терміни будівництва, зменшуються обсяги земляних робіт та відведення цінних земель (підходи до мостів, шляхопроводів у містах, в курортних та рекреаційних зонах), стає можливою заміна дорогих армуючих сталевих елементів на відносно дешеві геоматеріали без погіршення експлуатаційних якостей. Ці армуючі прошарки можуть одночасно поєднувати функції регулювання напружено-деформованого стану та водно-теплового режиму ґрунтового насипу.

Суттєвими перевагами зазначеного типу підпірних споруд, особливості яких необхідно експериментально та теоретично вивчити, є простота конструкції в поєднанні з легкістю та швидкістю спорудження.

Існуючі методи розрахунків армогрунтових підпірних конструкцій мають ряд недоліків, зокрема це перевищення розрахункових напружень над експериментальними величинами, пристосованість програмного забезпечення, яке пропонується фірмами-виробниками лише до конкретного виду матеріалів та інші.

У нашій країні не існує методики проектування армогрунтових конструкцій. Недостатній ступінь вивченості взаємодії армуючих геосинтетичних прошарків з ґрунтом зворотної засипки підпірних стінок гальмує широке розповсюдження армогрунтових конструкцій в дорожньому будівництві. Тому виникає актуальна наукова та практична задача розробки методу розрахунку армованих геосинтетиками підпірних конструкцій автомобільних доріг.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами та темами.

Проведені в роботі дослідження співпадають з напрямками досліджень згідно “Тематичного плану Національного транспортного університету” і плану “Науково-дослідних та дослідно-конструкторських робіт Державної служби автомобільних доріг України (Укравтодор)”.

Під час роботи над дисертацією автор приймав участь у виконанні держбюджетних та госпдоговірних науково-дослідних робіт:

– держбюджетна тема № 9 “Розробити теоретичні основи математичного моделювання та технологічного обґрунтування армування дорожніх конструкцій, основ та фундаментів транспортних споруд синтетичними матеріалами”, номер держреєстрації 0100U002443, виконавець - Національний транспортний університет;

– держбюджетна тема К.03-15-1 “Удосконалення принципів і методів врахування регіональних, гідрогеологічних та гідравлічних умов і підвищення на їх основі ефективності і якості проектування, будівництва та експлуатації доріг”, номер держреєстрації 0100U003716, виконавець - Національний транспортний університет;

– держбюджетна тема К.03-15-1 “Удосконалення технологій проектування, будівництва та експлуатації доріг з урахуванням екологічних заходів покращеня стану довкілля”, номер держреєстрації 0104U003336, виконавець - Національний транспортний університет;

– госпдоговірна тема № 39 “Доопрацювати та підготовити до введення в дію ВБН “Спорудження земляного полотна автомобільних доріг”, номер держреєстрації 0102U000276, виконавець - Національний транспортний університет;

Мета і задачі дослідження.

Мета роботи - розробити моделі та метод розрахунку підпірних конструкцій автомобільних доріг, які армовані геосинтетиками, на основі врахування особливостей роботи армуючих прошарків в ґрунтових конструкціях.

Задачі дослідження:

– дослідити та узагальнити механізм взаємодії армуючого синтетичного прошарку з ґрунтом підпірних конструкцій;

– розробити моделі взаємодії армуючих геосинтетичних прошарків з ґрунтом у підпірних стінках з різним типом облицювання;

– для запропонованих моделей розробити метод їх реалізації;

– провести чисельне моделювання роботи армоґрунтових підпірних стінок на підставі розроблених моделей та методу їх реалізації;

– на основі узагальнення результатів дослідження розробити методику проектування армоґрунтових підпірних конструкцій автомобільних доріг та програмне забезпечення її реалізації.

Об'єкт дослідження - ґрунтові споруди на автомобільних дорогах.

Предмет дослідження - армовані геосинтетичними матеріалами підпірні стінки.

Методами дослідження є фундаментальні закони механіки твердого тіла і суцільного середовища, теорії пружності, математичне моделювання та експериментальні дослідження.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в розробці і експериментальному підтверджені розрахункових схем, які дозволяють розрахувати розподіл зусиль розтягування в геосинтетичних прошарках з глибиною, в залежності від призначеного інтервалу армування; отриманні розрахункових залежностей для визначення довжини закладення армуючих прошарків у ґрунт з урахуванням впливу навантаження на поверхні засипки; отриманні залежностей для визначення довжини закладення геосинтетичних обойм.

Практичне значення одержаних результатів.

Розроблена методика проектування підпірних стінок з армованою геосинтетиками зворотною засипкою дозволяє підібрати матеріали, кількість шарів армування, інтервал армування та довжини армуючих прошарків з урахуванням їх міцності і деформативності. Методика придатна для розрахунків підпірних стінок з різними геосинтетичними армуючими матеріалами.

Розроблений програмний комплекс дозволяє проектувати армовані підпірні стінки на РС.

Реалізація роботи. Результати виконаних досліджень використані при розробці відомчих будівельних норм ВБН В.2.3-218-171-2002 “Споруди транспорту. Спорудження земляного полотна автомобільних доріг”. За запропонованою методикою запроектовано армогрунтову підпірну стінку на ділянці магістральної автомобільної дороги М-06 “Київ-Чоп”.

Особистий внесок здобувача. За матеріалами дисертації опубліковано 12 статей у наукових фахових виданнях, 3 з них - одноосібно [9, 11, 12]. У працях [2, 10] автором виконаний аналіз експериментальних досліджень по вивченню взаємодії геосинтетиків з ґрунтом. У працях [1, 5, 6, 7] визначені і обґрунтовані області застосування геосинтетиків в залежності від їх функцій. У роботі [8] виконано узагальнення та аналіз методів розрахунку армогрунтових конструкцій. У роботі [3] розглянуто можливості регулювання теплового режиму дорожньої конструкції із застосуванням геосинтетиків. У праці [4] запропоновано методику розрахунку ефективності армування елементів дорожньої конструкції.

Апробація роботи. Основні положення дисертаційної роботи були представлені на наукових конференціях професорсько-викладацького складу Національного транспортного університету № 55-60 у 1999-2004 рр.; науково-технічній конференції “Актуальные проблемы автомобильного транспорта и дорожного хозяйства, пути их решения” м. Сочі, 1998 р.; міжнародній науково-технічній конференції „Прогресивні технології і енергозбереження в дорожньому будівництві”, 24-26 жовтня 2001 р., м. Київ; міжнародному науково-практичному семінарі „Новітні матеріали, конструкції та технології в дорожньому будівництві” 26 березня 2002 р., м. Київ; міжнародній науковій конференції „Опыт и проблемы современного развития дорожного комплекса Украины на этапе вхождения в Европейское сообщество”, 20-22 листопада 2002 р., м. Харків; міжнародній науково-практичній конференції „Дорожно-транспортный комплекс, экономика, экология, строительство и архитектура”, 21-23 травня 2003 р., м. Омськ, Росія; міжнародному семінарі „Сучасні проблеми автодорожнього комплексу” червень 2003 р., м. Київ.

Публікації. По матеріалах дисертаційних досліджень опубліковано 15 друкованих праць, з них 12 статей у наукових фахових виданнях, 2 в матеріалах конференцій (1 тези доповідей).

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота включає вступ, чотири розділи, висновки та додатки. Загальний обсяг дисертації: 177 сторінок, включаючи перелік літератури із 178 найменувань на 18 сторінках і 5 додатків на 22 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі викладено актуальність теми дисертаційної роботи, сформльовано мету та задачі досліджень, наведено основні наукові результати, показано практичне значення отриманих результатів та напрямки впровадження.У першому розділі наведено аналіз існуючих підходів до оцінки напружено-деформованого стану та методів розрахунку армогрунтових підпірних конструкцій, обґрунтовано необхідність розробки методики проектування цих конструкцій на автомобільних дорогах.

Широкі дослідження особливостей роботи споруд, які взаємодіють з армованим ґрунтом були започатковані у Франції А. Відалем та Ф. Шлоссером. Ці дослідження отримали подальший розвиток у роботах таких вчених як Р. Коернер, М. Хаусманн, Дж. Гіро, Р. Бахурст, Т. Ален, Х. Лонг, Ф. Татсуока, Дж. Ву, Р. Джевел, Аль Хуссаімі, Р,Бассет, М. Бартонз, К. Джоунс, Дж. Дункан, С. Бойль, Б. Крістофер, Н. Шу, К. Лі, Д. Лідней, Р. Мюррей, Л. Річардсон, Д. Чанг, А. Савицький, Д. Лещинський, В. Лі, Р. Хольтс, Х. Лінг, А. Макгаверн, Дж. Міліган, Дж. Мітчел, та ін. Із вітчизняних вчених вивченням властивостей армоґрунтів займалися А.П. Аксенов, Ю.І. Бік, Л.Ф. Златоверховніков, В.Д. Казарновський Н.М. Смуров, Д.Ю. Соболєвський, Л.М. Тимофіїва, Е.Д. Бондарєва, Є.Я. Лейбман Ю.Є. Хечінов, К.Ш. Шадунц, Ф.М. Шихієв, М.Й. Заворицький, М.М. Кризський, Д.О. Павлюк, В.В. Петрович, М.Ф. Сасько, О.А. Рубан, Ю.Б. Балашова, А.В. Іванов, В.А. Барвашов, Є.Ф. Винокуров, В.Ю. Гладков, А.Г. Полуновський, А.Є. Мерзлікін, Ю.В. Пудов, А.П.Фомін, А.А. Цернат, А.Ф. Кім, Д.Ю. Штикель та ін. На основі проведеного аналізу можна зробити висновок про те, що, незважаючи на певні успіхи перерахованих авторів, на теперішній час не розроблена інженерна методика, яка дозволяє проектувати підпірні стінки з армованою геосинтетиками зворотною засипкою.

В існуючій методиці розрахунків (за кордоном) за методом зворотного клину не враховується зміна активного тиску ґрунту, що відбувається за рахунок взаємодії геосинтетичного прошарку з ґрунтом засипки. При розрахунках за методикою Л.Ф. Златоверховнікова спостерігається перебільшення врахування впливу прошарку на зниження активного тиску ґрунту. Розрахунки довжини закладення прошарку у пасивній частині ґрунтового масиву за умови не горизонтального його розміщення доцільно вести за методикою Д.О.Павлюка, але залишається відкритим питання про призначення величини витягуючого зусилля.

Програмне забезпечення, що надається зарубіжними фірмами-виробниками геосинтетичних матеріалів (Winwall, Winslope, Enkagrid і т.п.) розроблене під конкретні матеріали і побудоване, переважно, на використанні методу зворотного клину. Отже, має всі недоліки, які притаманні цьому методу і відмічені вище. Другий розділ присвячений вибору, обґрунтуванню і визначенню вихідних теоретичних положень для розроблення методу розрахунку внутрішньої стійкості армогрунтових підпірних конструкцій з урахуванням особливості роботи геосинтетичних прошарків у грунтовому масиві.

На теперішній час найбільш розповсюдженою методикою з визначення напружень у геосинтетичних прошарках є метод зворотного клину (метод Кулона). Ця методика ввійшла до Британського стандарту BS 8006 : 1995 та до стандартів більшості країн. При цому вважається, що армуючий прошарок сприймає напруження від активного тиску грунту на інтервалі армування. Але ця методика не враховує особливостей роботи геосинтетичних прошарків в ґрунті.

Зусилля розтягу в і-тому прошарку визначають за формулою

, (1)

де _ напруження в ґрунті на глибині ;

_ щільність ґрунту;

_ прискорення вільного падіння;

_ коефіцієнт активного тиску грунту; _ відстань між шарами армування або інтервал армування.

Аналізуючи результати крупномасштабних досліджень, виконаних Федеральним управлінням магістралей США (рис.1), можна зробити висновок, що при армуванні підпірних стінок із зворотною засипкою сталевими стрічками та сітками реальні напруження, які виникають в армуванні наближуються до розрахованих за методом зворотного клину і мають відмінності лише в основі армогрунтової споруди. В той же час в стінках з геосинтетичним армуванням спостерігається значне перевищення розрахункових даних порівняно з експериментальними, що свідчить про недосконалість існуючого методу розрахунку.

Тому була зроблена спроба доповнити і удосконалити метод зворотного клину у розвиток робіт Л.Ф.Златоварховнікова і А.В.Іванова.

Робота геосинтетичного прошарку в грунтовому масиві проявляється двояко: з одного боку він працює як анкеруючий прошарок, що сприймає активний тиск грунту, який не може сприйняти підпірна стінка, з іншого - знижує активний тиск ґрунту за рахунок сили тертя, яка виникає між нижньою частиною армуючого прошарку та верхньою частиною призми обвалення.

Якщо розглянути армогрунтову конструкцію з одним армуючим полотнищем, то можна виділити дві характерні зони: над і під армуючим прошарком.

Активний тиск ґрунту над першим прошарком визначають за законом Кулона, а в зоні нижче армуючого прошарку - за розрахунковою схемою, яка наведена на рис.2.

Кінцевий вираз для визначення активного тиску ґрунту на ділянці нижче армуючого прошарку при розгляді рівноваги призми обвалення (рис.2) має вигляд

(2)

де - товщина шару ґрунту над прошарком; - товщина шару ґрунту під прошарком; - товщина еквівалентного шару ґрунту до якого приведене рівномірно розподілене навантаження; _ порядковий номер шару армування починаючи з поверхні ґрунтової засипки; _ кут нахилу поверхні ковзання призми обвалення під і-тим прошарком до горизонту; _ кут внутрішнього тертя ґрунту; - сила опору зсуву призми обвалення, яка розташована нижче і-того армуючого прошарку; - сила опору зсуву армуючих прошарків розташованих вище; _ розподіл сили опору j-того армуючого прошарку зсуву розташованої нижче призми обвалення по глибині; - кут тертя між підпірною стінкою та ґрунтом засипки.

Для визначення сили опору зсуву на підставі узагальнення результатів досліджень В.В. Соколовського та З.Н. Буцько пропонується розрахункова залежність

, (3)

де _ коефіцієнт, значення якого розраховане В.В.Соколовським для вертикальних підпірних стін.

Розподіл сили опору по глибині

. (4)



Руйнування ґрунтового масиву відбувається по площадці, яка нахилена під певним кутом до горизонту. Максимальне значення цього кута назвемо критичним кутом.

Значення критичного кута нижче армуючого прошарку можна знайти із умов екстремума. Для цього необхідно продиференціювати по і прирівняти вираз до нуля

, (5)

; ; ;

;

.

Розподіл активного тиску ґрунту по глибині знаходимо як похідну по ній від

(6)

Отримавши розподіл тиску можна знайти розподіл зусиль в армуючому прошарку по глибині в залежності від місця його розташування з врахуванням того, що одну частину тиску сприймає підпірна стінка, а іншу - прошарок. Розподіл зусиль в прошарку визначається залежністю

(7)

При розгляді підпірної конструкції з певною кількістю армуючих прошарків розподіл напружень, які сприймає і-тий прошарок над цим прошарком буде дорівнювати розподілу напружень під попереднім армуючим прошарком, тобто

. (8)

Тоді зусилля в і-тому шарі армування знайдемо за формулою

. (9)

У випадку спорудження підпірної стінки геосинтетичними обоймами (або коли облицювання стінки виконує лише декоративну функцію і не сприймає активний тиск ґрунту) кут тертя між стінкою та ґрунтом засипки дорівнює нулю.

Активний тиск ґрунту, критичний кут нахилу поверхні ковзання призми обвалення і зусилля, які виникають в і-тому шарі армування, в цьому випадку, можна визначити аналогічно вищерозглянутому випадку, залишається відкритим тільки питання визначення сили опору армуючого прошарку зсуву призми обвалення.

Для знаходження цієї сили використовуємо точні рішення теорії пружності для визначення з інтегруванням по Х.



, (10)

де _ коефіцієнт бічного тиску ґрунту засипки; z - координата по глибині; l - ширина армогрунтового блоку; - довжина закладення і-того прошарку в межах призми обвалення.

Активний тиск ґрунту нижче армуючого прошарку для цього випадку визначається за формулою

. (11)

Розподіл напружень, які сприймає прошарок на нижній ділянці

. (12)

Зусилля розтягу в прошарку буде дорівнювати сумі інтегралів від розподілу напружень на відповідних ділянках

. (13)

При дії зосередженої сили на поверхні засипки на певній відстані від облицювання виникає додаткова складова сили опору зсуву і-того армуючого прошарку

. (14)

При дії рівномірно розподіленого смугового навантаження інтенсивністю , додаткова складова сили опору зсуву і-того армуючого прошарку набуде вигляду

, (15)

; ;

та - координати, відповідно початку та кінця смуги рівномірно розподіленого навантаження; - ширина смуги рівномірно розподіленого навантаження.

Залежності (14) і (15) необхідно враховувати в (7) і (12) для визначення розтягуючих зусиль в прошарку армування. Додаткову складову активного тиску від зовнішнього навантаження знаходимо за загальною методикою. Причому використовуючи метод суперпозиції можна розрахувати розтягуючі зусилля в прошарку при будь-якому співвідношенні зовнішнього навантаження.

Розрахунок довжини закладення геосинтетичного прошарку в нерухому частину ґрунтового масиву () та довжини геосинтетичної обойми () можна визначити розв'язавши, відповідно, трансцендентні рівняння



, (16)

, (17)

де _ прийнятий коефіцієнт безпеки ; _ рівнодійна активного тиску ґрунту, який діє на і-ту геосинтетичну обойму;. та визначаться за формулою

, (18)

де

, ,

, ,

, для

, ,

, ,

, для .

Третій розділ присвячено експериментальним дослідженням з визначення розрахункових характеристик геосинтетичних прошарків, які використовуються при армуванні ґрунтів зворотної засипки підпірних стінок і при будівництві підпірних стінок за методом геосинтетичних обойм, дослідженням з визначення напружено-деформованого стану цих споруд та чисельному моделювання. Лабораторні дослідження з визначення розрахункових характеристик геосинтетичних прошарків проводились в науково-дослідній лабораторії ДерждорНДІ ім. М.П. Шульгіна. На основі проведених лабораторних досліджень на зразках двох типів (шириною 50 мм та 200 мм) (рис. 3) були отримані характерні деформаційні криві для геосинтетиків типу „Typar” SF 20, SF 37, SF 49, SF 111 та георешітки Бердянського заводу скловолокна. Для отримання характеристик матеріалів, близьких до реальних умов -_ обмеження бокового зміщення в ґрунтах, наведені переваги випробувань зразка „широкої ширини” в порівнянні із стандартним зразком, на прикладі нетканих геотекстилів.

Аналіз і порівняння результатів повномасштабних натурних експериментальних досліджень, виконаних на тестових експериментальних стінах в Алгонкін (Іллінойс) Федерального управління магістралей США (FHWA) з результатами розрахунків за запропонованою методикою (рис. 4) свідчать про те, що реальний розподіл зусиль в геосинтетичному армуванні суттєво відрізняється від розрахованого за методом зворотного клину (який покладений в основу розрахункових методик більшості країн світу). Експериментальні зусилля в геосинтетичному армуванні всіх тестових стін значно нижчі, порівняно з розрахованими за методом зворотного клину, особливо біля підошви підпірної стінки. Максимальні зусилля в армуванні спостерігаються приблизно на висоті 0,3 Н від підошви стінки. Крива розподілу зусиль в сталевому армуванні має форму аналогічну як при застосуванні геосинтетиків, але зусилля мають більші значення.

Зусилля в геосинтетичному прошарку, які розраховані за запропонованою методикою співпадають (розбіжність до 20 %) з експериментальними даними. Спостерігається підвищення відносної похибки розрахунків у нижній частині підпірної стінки (у нижньому шарі армування - відносна глибина закладення 0,93 Н - перевищує 20 %), що можна пояснити недосконалістю методу зворотного клину, основні положення якого були покладені в основу розробленої методики.В результаті проведеного чисельного моделювання встановлено, що для інженерних розрахунків при визначенні величини кута нахилу поверхні ковзання призми обвалення до горизонту можна користуватися загальними залежностями як при розрахунку неармованих конструкцій; найбільш небезпечним з точки зору підвищення розтягуючих зусиль в армуванні є найближче положення розрахункового смугового навантаження до підпірної стінки; найбільший розвантажувальний ефект з точки зору зниження активних напружень у ґрунті за рахунок сили тертя між нижньою частиною прошарку і призмою обвалення спостерігається при відносній глибині закладення полотна від 0,3 до 0,7 H; при визначенні довжини закладення геосинтетичних прошарків у нерухому частину насипу та довжини геосинтетичних обойм доцільно враховувати вплив від власної маси дорожньої конструкції.

Четвертий розділ присвячений практичним розробкам і впровадженню результатів досліджень.

Результати дисертаційних досліджень найшли відображення в одному із нормативних документів дорожньої галузі - Відомчих будівельних нормах ВБН В.2.3-218-171-2002 “Споруди транспорту. Спорудження земляного полотна автомобільних доріг”, які були затверджені Державною службою автомобільних доріг України (Укравтодор) і набули чинності у 2003 році.

Ці результати дають можливість покращити та вдосконалити технологію будівництва земляного полотна і споруд на автомобільних дорогах з використанням геоситетичних матеріалів, завдяки яким можна підвищити довговічність та експлуатаційні показники цих споруд.

Розроблена методика розрахунку армогрунтових конструкцій на автомобільних дорогах в залежності від типу підпірної стінки і виду зовнішнього навантаження (рис.5).

За розробленою методикою виконувались розрахунки армованих підпірних стінок окремих ділянок автомобільних доріг, що підлягали індивідуальному проектуванню. Зокрема вони були використанні при розробці проектних рішень на реабілітацію автомобільної дороги М-06 “Київ-Чоп” (ділянка км 738+600 - км 740+000).

В результаті проведених розрахунків обґрунтовані проекті рішення конструкцій земляного полотна, що дало можливість улаштувати додаткову смугу руху, при збереженні існуючих параметрів смуги відведення, без погіршення екологічного стану довкілля та підвищити довговічність і забезпечити надійну роботу автомобільної дороги під час її експлуатації. Економічний ефект від впровадження цих рішень склав 19 000 грн.

ВИСНОВКИ

1. Аналіз та узагальнення існуючих методів розрахунків та досвіду роботи армогрунтових підпірних конструкцій на автомобільних дорогах свідчить про суттєве перевищення розрахункових величин розтягуючих зусиль у геосинтетичному армуванні порівняно з експериментальними, що не знаходить відображення у існуючих методах розрахунку, і дає підстави для полегшення конструкцій та, як наслідок, зменшення матеріаломісткості та трудомісткості спорудження таких конструкцій.

2. Розроблено моделі роботи армоґрунтових підпірних стінок з різними типами облицювання, які враховують особливості взаємодії геосинтетичних прошарків з грунтом засипки і різні види зовнішніх навантажень.

3. Запропоновано метод реалізації розроблених моделей, який дозволяє розрахувати параметри підпірних конструкцій в залежності від фізико-механічних характеристик грунту, армуючих прошарків та різних сполучень зовнішніх навантажень.

4. Чисельне моделювання роботи армогрунтових конструкцій дозволило обґрунтувати інженерні рекомендації щодо використання запропонованого методу розрахунку підпірних конструкцій.

5. Адекватність запропонованих моделей та методу розрахунку підтверджується співставленням отриманих результатів з експериментальними даними.

6. На підставі запропонованих моделей та методів розрахунку розроблено методику проектування армоґрунтових підпірних стінок на автомобільних дорогах в залежності від їх типу і виду зовнішнього навантаження.

7. Результати досліджень знайшли своє відображення у нормативному документі ВБН В.2.3-218-171-2002 “Споруди транспорту. Спорудження земляного полотна автомобільних доріг”. На підставі запропонованої методики розроблена проектна документація на улаштування укосу-підпірної стінки при реабілітації дороги М-06 Київ-Чоп на км 738+600 - 740+000, що дало можливість улаштувати додаткову смугу руху при збереженні існуючих параметрів смуги відведення без погіршення екологічного стану довкілля.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В РОБОТАХ

1. Липський Г.Є., Петрович В.В., Усиченко О.Ю. Використання армуючих прошарків при будівництві основ і нижніх шарів дорожнього одягу // Вісник ТАУ та УТУ. - 1998. - №2. - С.48-53.

2. Петрович В.В., Усиченко О.Ю., Лисенко О.П. Дослідження міцності і стійкості армогрунту // Автомобільні дороги і дорожнє будівництво. -1998. - Вип.56. - С. 57-61.

3. Сіпетов В.С., Петрович В.В., Усиченко О.Ю. Температурна дія і теплообмін в системі “дорожня конструкція - геотекстиль” // Автомобільні дороги і дорожнє будівництво. - 1998. - Вип.55. - С. 42-50.

4. Савенко В.Я., Петрович В.В., Каськів В.І., Усиченко О.Ю. Методологічні аспекти обчислювального комплексу для оцінки ефективності армування геоматеріалами нижніх шарів та грунтової основи нежорстких дорожніх одягів // Таврійський науковий вісник: Зб. наук. ст. - Вип. 11, ч. 3. - Херсон: Айлант, 1999. - С.59-68.

5. Савенко В.Я. Петрович В.В. Каськів В.І., Усиченко О.Ю. Синтетичні матеріали - перспектива використання в дорожніх конструкціях // Автомобільні дороги і дорожнє будівництво. - 1999. - Вип. 57. - С.143-153.

6. Савенко В.Я., Петрович В.В., Усиченко О.Ю. Про армування зернистих основ нежорстких дорожніх одягів // Автошляховик України: [Окремий вип.]. - 1999. - №2. - С.80-81.

7. Савенко В.Я., Петрович В.В., Каськів В.І., Усиченко О.Ю. Використання синтетичних матеріалів в дорожньому будівництві // Будівництво: Зб. наук. пр. - Вип. 8. - Дніпропетровськ: ДІІТ, 2000. - С.255-262.

8. Савенко В.Я., Усиченко О.Ю. Методика розрахунку основ нежорстких дорожніх одягів армованих геосинтетиками: Сучасний стан // Автомобільні дороги і дорожнє будівництво. - 2000. - Вип. 58. - С.133-141.

9. Усиченко О.Ю. Огляд експериментальних досліджень по вивченню армувального ефекту геосинтетиків у дорожніх одягах // Автомобільні дороги і дорожнє будівництво. - 2001. - Вип. 62. - С.66-74.

10. Савенко В.Я., Петрович В.В., Усиченко О.Ю. Аналіз теоретичних та експериментальних досліджень впливу геосинтетиків на ґрунти дорожньої конструкції // Автошляховик України. - 2003. - № 2. - С.26-29.

11. Усиченко О.Ю. Визначення зусиль в геосинтетичних полотнах при армуванні зворотної засипки армогрунтових підпірних стін // Автомобільні дороги і дорожнє будівництво. - 2003. - Вип. 67 - С. 147-154.

12. Усиченко О.Ю. Підпірні стінки з зворотною засипкою, армованою геосинтетиками // Автомобільні дороги і дорожнє будівництво. - 2003. -Вип. 66 - С.29-40.

13. Усиченко О.Ю., Кризська Н.М., Коновал А.О. Геотекстилі в активній частині дорожньої конструкції // Автодорожній комплекс України в сучасних умовах: проблеми і шляхи розвитку: Зб. наук. праць. - К.: УТУ, 1998. - С.106-111.

14. Савенко В.Я., Усыченко Е.Ю. К вопросу о создании обобщенного метода расчета оснований нежестких дорожных одежд, армированных геосинтетиками // Материалы международной научной конференции „Автомобильный транспорт и дорожное хозяйство на рубеже 3-го тысячелетия”. - Харьков. - 2000. - С.117-119.

15. Усиченко О.Ю. Удосконалення методів проектування армогрунтових підпірних стінок // 60 ювілейна наукова конференція професорсько-викладацького складу і студентів Національного транспортного університету. - Київ. - 2004. - С. 49.

АНОТАЦІЇ

Усиченко О.Ю. Моделі та метод розрахунку армованих геосинтетиками підпірних конструкцій автомобільних доріг. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністью 05.22.11 - автомобільні шляхи та аеродроми. - Національний транспортний університет, Київ, 2004.

Дисертація присвячена розробці методу розрахунку внутрішньої стійкості підпірних конструкцій різних типів, армованих геосинтетиками, на автомобільних дорогах з урахуванням впливу зниження активного тиску ґрунту засипки за рахунок введення геосинтетичних армуючих прошарків. Обґрунтовано і розроблено методику визначення розтягуючого зусилля в геосинтетичному армуванні при двох моделях роботи армогрунтової підпірної стінки з урахуванням додаткового навантаження на поверхні ґрунтової засипки, методику визначення довжини закладення прошарку в нерухому частину ґрунтового масиву та довжини закладення геосинтетичних обойм. Розроблені математичні моделі підтверджуються результатами експериментальних натурних досліджень. Обґрунтовано методику експериментального визначення розрахункових характеристик армуючих прошарків. Наведені результати виробничої апробації.

Ключові слова: геосинтетики, синтетичні матеріали, армогрунт, підпірні стінки, напружено-деформований стан, внутрішня стійкість.

Усиченко Е.Ю. Модели и метод расчета армированных геосинтетиками подпорных конструкций автомобильных дорог.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.11 - автомобильные дороги и аэродромы. - Национальный транспортный университет, Киев, 2004.

Диссертация посвящена разработке метода расчета внутренней устойчивости подпорных конструкций разных типов, армированных геосинтетиками, на автомобильных дорогах с учетом влияния снижения активного давления грунта засыпки за счет введения геосинтетических армируючих прослоек.

В настоящее время наиболее распространенной методикой определения напряжений в геосинтетических прослойках является метод обратного клина. При этом считается, что армирующая прослойка воспринимает напряжения от активного давления грунта на интервале армирования. Но эта методика не учитывает особенностей работы геосинтетических прослоек в грунте.

Анализ результатов крупномасштабных исследований, выполненных федеральным управлением магистралей США, свидетельствует о том, что при армировании обратной засыпки подпорных стенок геосинтетическими материалами наблюдается значительное превышение расчетных данных, по сравнению с экспериментальными, что свидетельствует о несовершестве существующего метода расчета.

Диссертационные исследования позволили доповнить и усовершенствовать метод обратного клина в развитие работ Л.Ф. Златоверховникова и А.В. Иванова. В результате были получены новые зависимости (2-9).

Обоснована и разработана методика определения растягивающего усилия в геосинтетическом армировании при двух моделях работы армогрунтовой подпорной стенки с учетом дополнительных нагрузок на поверхности грунтовой засыпки, основные результаты представлены формулами (9-15). Использование метода суперпозиции дает возможность рассчитывать растягивающие усилия в прослойке при любом соотношении внешних нагрузок.

Еще одним результатом работы является методика определения длины заложения прослойки в неподвижную часть грунтового массива и длины заложения геосинтетических обойм с учетом дополнительных нагрузок на поверхности грунтовой засыпки (16-17).

Предложенные математические модели подтверждаются результатами экспериментальных натурных исследований. Обоснована методика экспериментального определения расчетных характеристик армирующих прослоек.

Результаты исследований нашли свое отражение в одном из нормативных документов дорожной отрасли Украины, а на основании предложенной методики была разработана проектная документация на устройство откоса-подпорной стенки при реабилитации автомобильной дороги Киев-Чоп, что дало возможность устройства дополнительной полосы движения при сохранении существующих параметров полосы отвода без ухудшения экологического состояния окружающей среды.

Ключевые слова: геосинтетики, синтетические материалы, армогрунт, подпорные стенки, напряженно-деформированное состояние, внутренняя устойчивость.

Usichenko E.U. Model and a method of designing geosynthetic reinforced retaining structures on automobile roads.- The manuscript.

The dissertation on reseption of a scientific degree of the candidate of technical science speciality 05.22.11 - roads and aerodromes. - National transport university, Kiev, 2004.

The dissertation is devoted to the development of a method of calculation of internal stability of different types of geosynthetic reinforced retaining walls on highways in view of influence of reduction in ground active pressure due to introduction of geosynthetic layers. The technique of definition of geosynthetical reinforcement tension distributions is proved and developed at two models of behavior of geosynthetic reinforcing retaining walls taking into account the additional loading on an earth surface, a technique of definition of layers length in a motionless part of an earth file and lengths of geosynthetic holders. The developed mathematical models prove to be true by the results of experimental natural researches. The technique of experimental definition of characteristics of reinforced layers is proved. Results of industrial approbation are resulted.

Key words: geosynthetics, synthetic materials, reinforcement, retaining walls, the stress-strain condition, internal stability.

Размещено на Allbest.ru