ГАБИОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Текст:

Содержание.

1. ВВЕДЕНИЕ

2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ТРЕБОВАНИЯ К ГАБИОННЫМ КОНСТРУКЦИЯМ.

3. ПОДПОРНО-УДЕРЖИВАЮЩИЕ, ЗАЩИТНЫЕ, УСИЛИВАЮЩИЕ, СТАБИЛИЗИРУЮЩИЕ И ПРОТИВОФИЛЬТРАЦИОННЫЕ ГАБИОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ И СООРУЖЕНИЯ

4. РАСЧЕТ МАССИВНЫХ И УГОЛКОВЫХ ПОДПОРНЫХ СТЕН

1. ВВЕДЕНИЕ

В мировой практике габионные конструкции применяются более 100 лет. Их используют для укрепления откосов насыпей и выемок, косогоров, берегов пересекаемых водотоков, оврагов и логов, водоотводных, регуляционных и других дорожно-мостовых сооружений.

В отечественной практике эти конструкции имели ограниченное использование и предусматривались типовыми решениями прежних лет исключительно для укрепления подтопляемых откосов земляного полотна. В ныне действующих типовых решениях по укреплению откосов земляного полотна ,водоотводных и других сооружений, применение габионных конструкций не было предусмотрено.

К настоящему времени Союздорпроектом и некоторыми другими организациями накоплен весьма значительный отечественный и зарубежный опыт использования габионных конструкций. Среди наиболее крупных и ответственных объектов - автомобильная дорога Симра-Джанакпур в Непале и реконструкция МКАД. Только на МКАД габионные конструкции были построены на 70-и сооружениях различного предназначения (мостовых переходах, путепроводах, малых водоотводных, фильтрующих сооружениях и др.).

К настоящему времени разработаны и реализуются строительством проектные решения по применению габионных конструкций и сооружений на мостовых переходах через pp. Упу, Меру, Елнать, Клязьму, Сочинской эстакаде, пяти путепроводах На автомобильной дороге Москва-Воронеж и других объектах.

Многолетний опыт показывает, что использование габионных конструкций является одним из высокоэффективных и универсальных способов не только укрепления откосов, но и усиления, стабилизации и защиты эксплуатируемого земляного полотна, а также устройства подмостовых конусов, опор мостов, регуляционных дамб, береговых и других сооружений.

Выполняя защитно-укрепительные функции, габионные конструкции способны выполнять роль обратного фильтра, а в некоторых случаях они могут быть использованы для обеспечения противофильтрационных мероприятий.

Габионные конструкции представляют собой естественные строительные блоки, которые аккумулируют в себе частицы грунта, способствуют росту растительности, со временем приобретают еще большую прочность, становятся частью природного ландшафта и украшают его, безопасны для миграции животных.

Эти особенности и характеристики габионных конструкций, а также многолетний опыт их использования во многом предопределяют возможность их более широкого применения на различных объектах дорожно-мостового строительства.

Однако применение габионных конструкций во многом сдерживалось отсутствием в дорожно-мостовом строительстве нормативно-методических основ и документов на проектирование и устройство этих конструкций, в которых были бы отработаны, систематизированы и сформулированы технические требования, конструктивные решения, условия и область использования габионных конструкций.

Настоящий обзор направлен на устранение этого пробела. Он подготовлен на основе теоретических исследований, анализа и обобщения ранее реализованных индивидуальных проектно-строительных решений научно-методических разработок, а также результатов обследования эксплуатируемых сооружений на ряде дорожно-мостовых объектов.

2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ТРЕБОВАНИЯ К ГАБИОННЫМ КОНСТРУКЦИЯМ

Многолетним опытом зарубежного и отечественного проектирования предусматривается возможность применения габионных конструкций по устройству и укреплению:

• откосов земляного полотна, подмостовых конусов, дамб обвалований и регуляционных сооружений;

• берегов водоемов, пересекаемых, вдоль расположенных, спрямляемых и канализируемых русл рек и малых водотоков;

• неразмываемых подмостовых русл;

• руслорегулирующих сооружений и регуляционных сооружений в бассейнах рек с неустойчивым характером русловых процессов;

• входных и выходных русл малых водопропускных сооружений;

• кюветов, водоотводных канав, водовыпусков из откосных лотков и рассеивающих трамплинов и других водоотводных и водогасящих сооружений;

• периодически затопляемых участков дорог и переходов через водотоки;

• водоотводных и водопропускных фильтрующих и очистных сооружений;

• оврагозащитных и противоэрозионных сооружений;

• сооружений для усиления и стабилизации эксплуатируемых насыпей земляного полотна;

• неотложной защиты подтопляемых насыпей, подмостовых конусов, опор мостов и регуляционных сооружений в период проявления опасных разрушающих воздействий паводков.

Для дифференцированного учета восприятия расчетных нагрузок и воздействий и повышения экономической эффективности и надежности функционирования укрепительных, защитных, поддерживающих и других сооружений (устройств) может предусматриваться диверсификация возможностей габионных конструкций в сочетании с другими традиционными типами укреплений и устройствами.

Габионные конструкции, предназначаемые для защиты земляного полотна от опасных геологических процессов (эрозии, осыпей, наводнений, селей, лавин, оползней и т.п.), относятся к поддерживающим и защитным геотехническим и гидротехническим устройствам и конструкциям. Согласно классификации СНиП 2.05.02-85 [4], габионные конструкции такого предназначения следует рассматривать и классифицировать как один из основных элементов земляного полотна.

В соответствии с требованиями СНиП 2.05.02-85, а также в связи с отсутствием соответствующих типовых решений, габионные сооружения и сооружения, сопрягаемые с габионными конструкциями, подлежат индивидуальному проектированию с соответствующими обоснованиями условий их функционирования и проработками всех конструктивно-технологических решений.

Проектирование защитных, усиливающих, подпорных и удерживающих габионных конструкций, сооружений и устройств на оползневых и оползнеопасных участках, а также в районах распространения селей, осыпей, камнепадов, лавин, карста, слабых грунтов, просадочных и набухающих грунтов и на участках влияния абразии и речной эрозии следует осуществлять на основе специальных нормативных документов

К местным каменным материалам, пригодным к использованию в этих конструкциях, сооружениях и устройствах, могут быть отнесены валунные и гравийно-галечные отложения в руслах рек и на пойменных массивах.

В габионных конструкциях, сооружениях и устройствах, располагаемых в особо опасных и неблагоприятных условиях их функционирования, в сложных и ответственных узлах сопряжения с постоянными дорожно-мостовыми сооружениями, а также на объектах (сооружениях) повышенной степени ответственности, наиболее предпочтительно использовать каменные материалы твердых пород (базальт, гранит, диабаз, диорит и т.п.), прочные во времени и под нагрузкой, морозостойкие, устойчивые к истиранию, выщелачиванию и воздействию других факторов.

К этим случаям применения каменных материалов твердых пород могут быть отнесены конструкции, сооружения и устройства, которые, кроме своего прямого предназначения, должны обеспечивать дренирование, гашение энергии водных потоков, восприятие нагрузок, а также цветовую гамму лицевых сторон возводимых откосных сооружений Отечественные и зарубежные габионные конструкции по форме сетчато-арматурных каркасов и формируемых из них единичных строительных блоков подразделяются на три типа: коробчатые, матрасно-тюфячные и цилиндрические.

При сопрягаемом объединении друг с другом единичных блоков могут создаваться однотипные конструкции, состоящие только из коробчатых или матрасно-тюфячных, или цилиндрических габионов.

Одной из отличительных особенностей применения этих трех типов габионных строительных блоков является возможность создания из них комбинированных конструкций, состоящих из различного взаимного сочетания друг с другом коробчатых, матрасно-тюфячных и цилиндрических габионов..

Габионные и сопрягаемые с ними конструкции фирмы "Офичине Маккаферри" и ОАО "Череповецкий сталепрокатный завод"

Габионы, изготавливаемые из металлической сетки двойного кручения фирмы "Офичине Маккаферри", представлены тремя основными формами арматурных каркасов, из которых создаются единичные габионные строительные блоки: коробчатые, матрасно-тюфячные и цилиндрические (рис. 1). Наибольшее применение находят габионы коробчатые размерами 2×1×1 м, 1,5×1×1 м, 2×1×0,5 м, 3×1×0,5 м и 3×2×0,5 м; матрасно-тюфячные толщиной 0,17 м, 0,23 м, 0,3 м и размером 3×2 м; цилиндрические длиной от 2 до 3 м и диаметром 0,3 м.

Арматурные каркасы этих коробчатых и матрасно-тюфячных габионов представляют собой готовые сетчатые ящики. Они поставляются в виде пакетов, которые состоят из плоских, сложенных разверток сетчатых ящиков (рис. 2). На месте строительства эти развертки формируются в каркасные сетчатые ящики путем перевязки проволокой по их угловым ребрам.

Рис. 1. Типы арматурно-сетчатых каркасов:

а - коробчатые; б - матрасно-тюфячные; в - цилиндрические

Рис. 2. Сетчатая развертка коробчатого габиона с диафрагмой:

а - до сборки; б - схема сборки

Арматурные каркасы всех форм габионов изготавливаются из стальной оцинкованной сетки двойного кручения с шестигранными ячейками размерами 10×12 см, 8×10 см, 6×8 см или 5×7 см.

Оцинкованная сетка двойного кручения с шестигранными ячейками обладает следующими свойствами:

• изготавливается индустриально и поставляется в виде рулонов или в виде сложенных разверток металлических каркасов габионов;

• не расплетается при механическом повреждении одной, двух, трех проволочек сетка за счет двойной скрутки в узлах;

• имеет плоскую фиксированную поверхность, что позволяет создавать конструкции необходимых очертаний;

• устойчива к истиранию;

• воспринимает большие нагрузки без повреждений, поскольку эти нагрузки через двойную скрутку равномерно распределяются по всей площади сетки;

• обладает весьма значительной антикоррозионной устойчивостью и сроком службы.

Существуют и другие типы покрытий проволоки, такие как эмали или покраска. Некоторые из них выдерживают скручивание и эластичны. Однако покрытие цинком в настоящее время является самым устойчивым к коррозии и механическим повреждениям.

Диаметр проволоки сетки габионных оцинкованных каркасов составляет от 2 до 4 мм, предел прочности проволоки - 38-50 кг/мм, удлинение не превышает 12%. В зависимости от диаметра проволоки и размера ячеек предел прочности сетки на разрыв составляет от 3000 до 5300 кг/м. Плотность цинкового покрытия составляет 240-290 г/м2

Каркасы габионов, выполненные из стальной оцинкованной сетки двойного кручения, можно классифицировать как оцинкованные.

Для применения в агрессивной среде оцинкованная проволока сетки может дополнительно покрываться пластиковой оболочкой толщиной от 0,4 до 0,6 мм из поливинилхлорида (ПВХ). Эта оболочка отличается повышенной прочностью и морозоустойчивостью.

Каркасы габионов, выполненные из стальной оцинкованной сетки двойного кручения с покрытием их ПВХ, можно классифицировать как пластифицированные.

Вместо цинкового покрытия стальной проволоки сетки может применяться покрытие из гальфана, представляющего собой сплав цинка и алюминия (содержание алюминия 5%). От цинкового покрытия гальфан отличается плотной тонкозернистой микроструктурой, замедляющей скорость коррозии.

Другим свойством гальфана является его прочность, а в случае изгибания или кручения проволоки гальфановое покрытие не подвергается растрескиванию. Такого типа каркасы можно классифицировать как гальфановые.

Все края коробчатых и тюфячных габионов армируются проволокой большего диаметра, чем проволока сетки. Габионы этих типов могут быть разделены на секции посредством диафрагм, располагаемых через 1 м. Это упрочняет конструкцию габионов, облегчает работы по их установке и удобству эксплуатационных работ. При возможных механических повреждениях нарушается только одна или несколько ячеек. Основная часть сооружения работает дальше без уменьшения прочности. Эти диафрагмы имеют такие же характеристики, что и сетка, из которой состоит габион, а крепятся они непосредственно к раме основания габионов во время их изготовления.

Заполнение арматурно-сетчатых каркасов производится различным каменным материалом (щебнем, галькой, валунами, рваным камнем карьерных разработок и другие). Размер камней должен превышать размер ячейки сетки в 1,5-2 раза. Каменный материал должен обладать высокой плотностью, прочностью, морозостойкостью, в особенности при использовании в ответственных габионных сооружениях, подверженных динамическому воздействию воды. Наиболее предпочтительны магматические горные породы.

При заполнении каркасов коробчатых габионов более крупные камни должны находиться у края сетки, а более мелкие - в середине корзины. Заполнение матрасно-тюфячных каркасов производится одномерным камнем.

Рис. 3. Схема матрасно-тюфячного арматурного каркаса и его элементов в сборке:

1 - диафрагма; 2 - крышка; 3 - боковая панель; 4 - торцевая панель

Крышка матрасно-тюфячных габионов (рис. 3) может быть выполнена из сетки, имеющей те же размеры, что и сетка основная (рис. 4, а), либо из сетки в рулонах (рис. 4, б). Цилиндрические каркасы выполняются из единого рулона сетки, открытого с одной стороны или вдоль одного бока. Увязку габионов можно осуществлять как вручную, так и с помощью специальных автоматов типа "степлер".

Габионные конструкции могут быть использованы в качестве противофильтрационных устройств как при проектировании нового строительства, так и при защите существующих дорожно-мостовых объектов (сооружений).

При использовании этих габионных конструкций для предотвращения фильтрации воды через сооружение (в теле, откосах и по подошве земляного полотна и плотин, а также в днищах и откосах карьеров и других искусственных водоемов) необходимо обеспечить водонепроницаемость этого сооружения.

Обеспечение водонепроницаемости габионных структур, применяемых в качестве противофильтрационного мероприятия в проектируемых или эксплуатируемых сооружениях, следует производить с помощью укладки под габионы водонепроницаемой полимерной пленки (защищенной с обеих сторон слоями геотекстиля) либо с помощью пропитки габионов горячей песчано-битумной мастикой (рис. 7).

Рис. 7. Противофильтрационные и водонепроницаемые габионные строительные блоки:

а - с применением мембран; б - с применением битумной мастики; 1 - геотекстиль; 2 - водонепроницаемая мембрана; 3 - битумная мастика

Коробчатые габионы используются для возведения массивных сооружений: подпорных стен, дамб, берегоукреплений, водосливных плотин и т.д. Лицевая грань таких сооружений (вертикальная или наклонная) может быть как гладкой, так и ступенчатой. Высота конструкций, сооружаемых из коробчатых габионов, не должна превышать 7-8 м. В случае, если необходимо построить более высокие сооружения, используют системы армирования грунта, комбинированные с габионными конструкциями (прежде всего систему Террамеш).

Матрасно-тюфячные габионы, а в ряде случаев и коробчатые габионы, применяются для площадочных покрытий, предназначенных чаще всего для защиты от различных видов эрозии и склоновых процессов. Матрасно-тюфячные габионы используют в качестве основания для сооружений из коробчатых габионов. В этом случае они выполняют функции защитного фартука, предохраняющего основание конструкции от размыва.

Цилиндрические габионы используются обычно при создании подводных фундаментов сооружений из коробчатых габионов, а также для выполнения работ, требующих незамедлительного вмешательства при ликвидации аварий сооружений, расположенных на реках.

Простые панели сетки двойного кручения часто применяются для защиты автомобильных дорог от камнепадов, а также используются для восстановления или инициирования зарастания растительностью крутых скалистых склонов.

Раскрытие и реализация всех возможностей габионных конструкций могут быть осуществлены лишь на основе вариантных проработок и сопоставления с другими альтернативными вариантами применения традиционных или нетрадиционных конструкций на конкретных объектах проектирования.

Система Террамеш представляет сооружения удерживающего типа. Она состоит из коробчатых габионных конструкций, сопряженных с армирующими панелями, выполненными из сетки двойного кручения с шестигранными ячейками (рис. 8). Сетки плотного оцинкования с ПВХ - покрытием или гальфановым покрытием.

Рис. 8. Конструктивные элементы системы Террамеш:

L - длина; В - ширина; Н - высота габиона; 1 - проволока армирования каркаса габиона; 2 - диафрагма; 3 - сетчатая армирующая панель

Коробчатые габионы, заполненные камнем, составляют лицевую сторону системы Террамеш. К нижним граням габионов присоединяются горизонтально располагаемые сетчатые армирующие панели. Края панелей укрепляются проволокой диаметром 3,4-4,4 мм, оцинкованной и покрытой ПВХ или гальфаном. Между панелями насыпаются и утрамбовываются слои насыпного грунта, армируемые сеткой.

Лицевая сторона системы Террамеш может быть выполнена в виде вертикальной или наклонной стены гладкого или ступенчатого очертания (рис. 9). Эту сторону составляют коробчатые габионы, которые заполняются камнем полностью или с частичным заполнением растительным грунтом в левой верхней части габионов.

Они могут быть предназначены для использования при отсутствии меженных вод и подтопления откосов в период строительства для защиты нижней части подтопляемого сооружения от подмыва, а также для использования при наличии меженных вод и подтопления откосов в период строительства для защиты нижней части подтопляемого сооружения от подмыва.

Каменная наброска, используемая в этих конструктивных решениях, может быть выполнена из несортированной горной массы, отдельных камней заданной крупности или глыбового навала. Необходимые размеры камня и объемы каменной наброски должны определяться в зависимости от скоростей течения и требуемой массы каменной пригрузки для обеспечения устойчивости габионного укрепления в период проявления наибольших глубин размыва.

Рис. 20. Схемы возможных габионных укреплений для защиты нижней части подтопляемых откосов от подмыва при наличии меженных вод с применением матрасных, коробчатых и цилиндрических габионов:

1 - коробчатые габионы (1,50×1×1 м); 2 - геотекстиль; 3 - матрасы (h = 0,30 м); 4 - цилиндрические габионы (L = 2,00 м; Ø = 0,30 м); 5 - матрасы (h = 0,23 м)

Использование габионных конструкций позволяет значительно расширить возможности и диапазон инженерных и природоохранных решений по устройству подпорно-защитных, подпорно-удерживающих, усиливающих, стабилизирующих и противофильтрационных сооружений и конструкций.

Подпорно-удерживающие и подпорно-защитные габионные конструкции и сооружения могут находить применение в следующих наиболее характерных случаях:

• при укреплении откосов земляного полотна и склонов;

• при устройстве и укреплении подмостовых конусов, регуляционных и вдольбереговых сооружений;

• при устройстве земляного полотна, съездов с транспортных развязок и других дорожных сооружений в стесненных условиях и близкорасположенных подземных коммуникаций;

• при усилении и стабилизации эксплуатируемых деформирующихся насыпей, а также укреплении крутых и высоких склонов (откосов);

• при устройстве водоотводных, водопропускных, водобойных и очистных сооружений, а также подводящих, отводящих и канализируемых русл.

Для устройства подпорно-удерживающих и подпорно-защитных сооружений могут быть использованы: системы Террамеш и зеленый Террамеш; коробчатые габионы; комбинированные системы, выполняемые с использованием сопрягаемых друг с другом коробчатых, цилиндрических и матрасно-тюфячных габионов.

Рис. 32. Схемы подпорно-удерживающих габионных сооружений:

а - с применением системы зеленый Террамеш; б, в - с применением системны Террамеш; 1 - элемент системы зеленый Террамеш; 2 - засыпка грунтом с уплотнением; 3 - сетчатая панель; 4 - элемент армирования; 5 – геотекстиль

Применение габионных подпорно-удерживающих и подпорно-защитных стен при реконструкции и новом строительстве участков автомобильных дорог с высотой насыпи более 8-12 м является в ряде случаев более экономичным мероприятием, чем устройство бетонных и железобетонных подпорных стен.

Являясь альтернативным вариантом по устройству подпорно-удерживающих и подпорно-защитных сооружений, габионные конструкции позволяют расширить диапазон индивидуальных решений, а также восполнить пробел в соответствующих типовых решениях по конструкциям земляного полотна и укреплению его откосов. К рекомендуемым типам габионных стен, используемым в качестве подпорно-удерживающих и подпорно-защитных сооружений, следует прежде всего относить следующие их разновидности (рис. 38): массивно-объемные (гравитационные); полумассивные (полугравитационные); тонкостенные. Габионные стены этих разновидностей принято подразделять на низкие (при Н/Вф < 1,5) и высокие (при Н/Вф > 1,5),

где Н - видимая высота стены, м;

Вф - эффективная ширина стены, м.

Рис. 38. Схемы основных разновидностей габионных стен:

а - массивно-объемные; б - полумассивные; в - тонкостенные

Лицевые грани габионных стен могут быть ступенчатыми (вертикальными или наклонными) или гладкими (вертикальными или наклонными).

При устройстве габионных подпорных стен могут быть использованы некоторые наиболее характерные и специфические схемы возможных конструктивных решений.. Расчеты устойчивости и проектирование габионных подпорных стен всех разновидностей рекомендуется выполнять как расчет подпорных стен,учитывая схемы возможных разрушений этих стен.

4. РАСЧЕТ МАССИВНЫХ И УГОЛКОВЫХ ПОДПОРНЫХ СТЕН

4.1. Общие положения

Подпорные стены рассчитываются по двум группам предельных состояний: по первой группе выполняются расчеты на устойчивость стены против сдвига, на устойчивость основания (несущая способность), на прочность скального основания, на прочность элементов конструкций и узлов соединения, по второй группе выполняются расчеты оснований по деформациям и по трещиностойкости элементов конструкций.

Расчет подпорных стен по обеим группам предельных состояний производится на расчетные нагрузки, определяемые как произведение нормативных нагрузок и коэффициентов надежности по нагрузке. Расчет устойчивости оснований, стен против сдвига по подошве и глубокого сдвига по ломаным поверхностям скольжения

Устойчивость отдельно стоящих стен против сдвига по подошве и по ломаным поверхностям скольжения рассчитывается во всех случаях независимо от соотношения вертикальных и горизонтальных нагрузок.

Расчет устойчивости стены против сдвига выполняется по формуле (5.92). При этом стены с горизонтальной подошвой рассчитываются по трем возможным вариантам сдвига: β = 0; β = φI/ 2 и β = φI (рис. 7.10, а).

Стены с наклонной подошвой рассчитываются по четырем возможным вариантам сдвига: β = – α; β = 0; β = φI / 2 и β = φI (рис. 7.10, б). При расчете на сдвиг по подошве используются прочностные характеристики грунта ненарушенного сложения φI и сI, но значения φI принимаются не более 30°, а значения cI — не более 5 кПа.

Рис. 7.10. К расчету устойчивости подпорной стены

а — с горизонтальной подошвой; б — с наклонной подошвой

Суммы сдвигающих и удерживающих сил в формуле (5.92) определяются для отдельно стоящих стен по формулам:

ΣFsa = Eah + Eqh;

(7.20)

ΣFsr =Fvtg(φI – ψ) + bc1 + Ep,

(7.21)

где b — ширина подошвы стены; Ep —равнодействующая пассивного давления грунта; ψ — угол наклона подошвы стены к горизонту; Fv — сумма проекций всех сил на вертикаль:

Fv = Gw + ΣGg + Eav + Eqv;

(7.22)

здесь Gw — собственный вес стены; ΣGg — собственный вес грунта над передней и задней консолью в уголковых стенах.

Если подпорные стены входят в конструкцию здания или сооружения (например, стена подвала), в сумму сдвигающих сил включаются также нагрузки от верхнего строения.

Равнодействующая пассивного давления Ер вычисляется для слоя грунта hi, соответствующего значению угла βi (см. рис. 7.10).

Пример. Требуется проверить правильность принятых размеров уголковой подпорной стены из расчета по первой и второй группе предельных состояний основания. Схема стены с основными размерами представлена на рис. 7.11. На поверхности призмы обрушения действует равномерно распределенная нагрузка q = 30 кПа.

Грунт основания — песок пылеватый. Расчетные значения характеристик песка: γII = 18 кН/м3; φII = 30°; cII = 0; γI = 18 кН/м3; φI = 29°; cI = 0.

Рис. 7.11. К примеру 7.1 а — габаритная схема; б — расчетная схема

Засыпка выполняется из того же песка. Расчетные значения характеристик засыпки: γ´II = 17 кН/м3; φ´II = 27°; c´II = 0; γ´I = 17 кН/м3; φ´I = 26°; с´I = 0.

Решение. Сначала определяем давление на стену от грунта и от нагрузки на поверхности (рис. 7.11, а). Угол наклона плоскости обрушения к горизонту

Θ = 45° – φ´I / 2 = 45° – 26°/ 2 = 32°.

Вес грунта над передней консолью с коэффициентом надежности по нагрузке γf = 0,9 и γ´I = 17 кН/м3:

Fv1 · 0,9 = 11,6 · 0,9 = 10,8 кН.

Вес грунта в объеме призмы abc с коэффициентом надежности γf = 0,9 и γ´I = 17 кН/м3.

Fv4 · 0,9 = 138 · 0,9 = 124 кН.

Общий вес грунта Gg = 10,8 + 124 = 134,8 кН.

Собственный вес стены с коэффициентом надежности по нагрузке γf = 0,9 и γw = 25 кН/м3

Gw = (Fv2 + Fv3) 0,9 = (54 + 42) 0,9 = 86,4 кН.

Определяем коэффициент активного давления грунта λa по формуле (7.3)

при δ = φ´I = 26°, а = Θ = 32°, ρ = 0:

По формулам (7.1) и (7.2) σah = γzλa; (7.1)

σav = σahtg(α + δ), (7.2)

находим горизонтальную σah и вертикальную σav составляющие активного давления грунта на глубине z = H = 6 м с коэффициентом надежности по нагрузке γf = 1,1:

σah = 17 · 1,1 · 6 · 0,39 = 43,8 кПа;

σav = 43,8 tg (32° + 26°) = 70,1 кПа.

Определяем равнодействующие горизонтального и вертикального давления грунта по формулам (7.5) и (7.6):

Eah = σahH/ 2;(7.5)

Eav = σavH/ 2.(7.6)

Eah = 43,8 · 6/ 2 = 131,4 кН;

Eav = 70,1 · 6/ 2 = 210,3 кН.

Горизонтальную σqh вертикальную σqv составляющие активного давления грунта от равномерно распределенной нагрузки на поверхности определяем по формулам (7.14) и (7.15) с коэффициентом надежности по нагрузке γf = 1,2:

σqh = qλa; (7.14)

σqv = σqhtg(α + δ). (7.15)

σqh = 30 · 1,2 · 0,39 = 14 кПа;

σqv = 14 tg (32° + 26°) = 22,4 кПа.

Вычисляем равнодействующие горизонтального Eqh и вертикального Eqv давлений грунта от нагрузки q на поверхности:

Eqh = σqhH = 14 · 6 = 84 кН;

Eqv = σqvH = 22,4 · 6 = 134,4 кН.

Расчет устойчивости стены против сдвига производим для трех значений угла β (β1 = 0; β2 = φI / 2; β3 = φI).

1. Для β1 = 0.

Сумма сдвигающих сил по формуле (7.20) ΣFsa = Eah + Eqh;

ΣFsa = 131,4 + 84 = 215,4 кН.

Горизонтальную составляющую пассивного давления грунта на глубине z = 1,5 м определяем по формуле (7.16) с учетом выражения λph = tg2(45° + φ/ 2).

(7.19) при коэффициенте надежности по нагрузке γf = 0,9:

σph = 17 · 0,9 · 1,5 tg2(45° + 26°/ 2) = 58,5 кПа.

Равнодействующая пассивного давления

Eph = 1,5 · 58,5/2 = 44 кН.

Сумму проекций всех сил на вертикаль находим по формуле (7.22): Fv = Gw + ΣGg + Eav + Eqv;

здесь Gw — собственный вес стены; ΣGg — собственный вес грунта над передней и задней консолью в уголковых стенах

Fv = 86,4 + 10,8 + 124 + 210,3 + 134,4 = 565,9 кН.

Определяем сумму удерживающих сил по формуле (7.21):

ΣFsr =Fvtg(φI – ψ) + bc1 + Ep,

ΣFsr = 565,9 tg (29° – 0) + 44 = 365 кН.

Проверяем условие (5.92) при γc = 0,9 и γn = 1,1 (сооружение III класса):

ΣFsa < γcΣFsr / γn; 215,4 < 0,9 · 356/1,1 = 290,

т.е. условие (5.92) выполняется.

2. Для β2 = φI / 2 = 14°30´; ΣFsa = 215,4 кН.

Определяем пассивное давление на глубине z = 2,51 м при γf = 0,9:

σph = 18 · 0,9 · 2,51 tg2(45° + 29°/2) = 117 кПа.

Равнодействующая пассивного давления

Fph = 2,51 · 117/2 = 147 кН.

Сумму проекций всех расчетных сил на вертикаль находим с учетом веса грунта в объеме призмы def при γf = 0,9:

ΣFsr = 597,1 tg (29° – 14°30´) + 147 = 301 кН.

Проверяем условие (5.92):

215,4 < 0,9 · 301/1,1 = 246,

т.е. условие (5,92) выполняется.

3. Для β3 = φI; ΣFsa = 215,4 кН.

Пассивное давление на глубине z = 3,64 м

σph = 18 · 0,9 · 3,64 tg2(45° + 29°/ 2) = 170 кПа.

Равнодействующая пассивного давления Eph = 170 · 3,64/ 2 = 310 кН; ΣFsr = Eph

Проверяем выполнение условия (5.92):

215,4 < 0,9 · 310/ 1,1 = 254,

т.е. условие (5.92) выполняется.

Расчет основания с использованием формулы (5.79). Сумма проекций всех расчетных сил на вертикаль Fv = 565,9 кН. Сумма проекций всех расчетных сил на горизонталь (без учета пассивного давления грунта на лицевую грань) Fh = ΣFsa = 215,4 кН.

Вычисляем сумму моментов всех расчетных вертикальных сил относительно оси, проходящей через центр тяжести подошвы:

ΣFvili = Fv1 · 1,7 + Fv2 · 1,13 + Fv3 · 0,1 + Fv4 · 0 – Eav · 0,98 – Eqv · 0,5 =

= 10,8 · 1,7 + 48,6 · 1,13 + 37,8 · 0,1 + 12,4 · 0 – 210,3 · 0,98 – 134,4 · 0,5 = – 196,1 кН·м.

Вычисляем сумму моментов всех расчетных горизонтальных сил относительно той же оси:

ΣFhizi = Eah · 2 + Eqh · 3 = 131,4 · 2 + 84,3 = 514,8 кН·м.

Величина эксцентриситета приложения равнодействующей всех сил относительно центра тяжести подошвы будет:

eb = (ΣFvili + ΣFhizi)/ Fv = ( – 196,1 + 514,8)/ 565,9 = 0,56 м.

Приведенная ширина подошвы по формуле (5.80)

b´ = b – 2eb = 3,9 – 2 · 0,56 = 2,78 м.

Вычисляем угол δ наклона равнодействующей по формуле (5.82):

tgδ = Fh / Fv = 215,4/ 565,9 = 0,38; δ = 21°,

т.е. условие (5.83) выполняется и формула (5.79) может быть использована для вычисления нормальной составляющей предельной нагрузки на основание стены.

По табл. 5.28 находим значения коэффициентов Nγ и Nq (при φI = 29° и δ =21°); Nγ = 2,08; Nq = 6,88. Коэффициенты формы ξγ = ξq = 1 (для ленты). Вычисляем:

Nu = b´(Nγξγb´γI + Nqξqγ´Id + NcξccI) = 2,78 (2,08 · 1 · 2,78 · 18 + 6,88 · 1 · 17 · 1,5) = 780 кН/м.

Проверяем условие (5.78): Fv = 565,9 < 0,9 · 780/1,1 = 640 кН — условие удовлетворяется, т.е. устойчивость основания обеспечена.

Расчет основания по второй группе предельных состояний. Для определения расчетного сопротивления основания предварительно находим коэффициенты: γc1 = 1,25; γc2 = 1,0; k = 1,0.

При φII = 30° Мγ = 1,15, Мq = 5,59, Mc = 7,95. Тогда

R = [MγbγII + Mqd1γ´II + (Mq – 1)dbγ´II + MccII] =

= (1,15 · 3,9 · 18 + 5,59 · 1,5 · 17) = 270 кПа.

При вычислении R за величину d1 принято заглубление подошвы стенки со стороны лицевой грани; величина db принимается равной нулю.

Вычисляем напряжения под подошвой стены, для чего предварительно определяем составляющие давления грунта на стену при характеристиках грунта для расчета по второй группе предельных состояний:

δ = φ´II = 27°; α = Θ = 45° – φ´II / 2 = 45° – 27/2 = 31°30´.

Коэффициент активного давления грунта, вычисленный по формуле λa = tg2(45° – φ/ 2).

(7.4), λa = 0,38.

Горизонтальные и вертикальные составляющие активного давления от веса грунта и от распределенной нагрузки на поверхности определяем аналогично предыдущему:

σah = γ´IIHλa = 17 · 6 · 0,38 = 38,8 кПа;

σav = σah tg (α + δ) = 38,8 tg (31°30´ + 27°) = 64 кПа;

σqh = qλa = 30 · 0,38 = 11,4 кПа;

σqv = σqh tg (α + δ) = 11,4 tg (31°30´ + 27°) = 18,8 кПа;

Равнодействующие горизонтального и вертикального давления грунта составят:

Eah = σahH/ 2 = 38,8 · 6/ 2 = 116,2 кН;

Eav = σavH/ 2 = 64 · 6/ 2 = 192 кН;

Eqh = σqhH = 11,4 · 6 = 68,4 кН;

Eqv = σqvH = 18,8 · 6/2 = 112,8 кН.

Сумма проекций всех сил на вертикаль

Fv = ΣFvi = Gw + Gg + Eav + Eqv = 96 + 149,6 + 192 + 112,8 = 550,4 кН.

Сумма моментов всех вертикальных сил относительно оси, проходящей через центр тяжести подошвы,

ΣFvili = Fv1 · 1,7 + Fv2 · 1,13 + Fv3 · 0,1 – Fv4 · 0 – Eav · 0,98 – Eqv · 0,5 =

= 11,6 · 1,7 + 54 · 1,13 + 42 · 0,1 – 192 · 0,98 –112,8 · 0,5 = – 159,9кН·м.

Сумма моментов всех горизонтальных сил относительно той же оси

ΣFhizi = Eah · 2 + Eqh · 3 = 116,2 · 2 + 68,4 · 3 = 437,6 кН·м.

Вычисляем давления под подошвой стены:

σ = Fv / A ± M/ W = 550,4/(1 · 3,9) ± ( – 159,9 + 437,6)6/ (1 · 3,92);

σmax = 252 кПа < 1,2 R = 1,2 · 270 = 325 кПа;

σmin = 31 кПа > 0.

Из расчета по деформациям принятая ширина подошвы стены подходит

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Многолетний опыт дорожно-мостового строительства ряда стран, включая и отечественный опыт последних лет, показывает, что габионные конструкции обладают весьма широкими возможностями их применения как для укрепления откосов, склонов, подмостовых конусов, береговых линий и русл, так и для устройства подпорных, водопропускных, водоотводных, противофильтрационных очистных и ряда других сооружений, рассматриваемых в данном обзоре.

Габионные структуры и изготовляемые из них строительные блоки обладают рядом специфических особенностей и преимуществами по сравнению с традиционными конструкциями и материалами: антикоррозионной устойчивостью и длительным сроком службы; возможностью комбинирования из них разных типов конструкций при создании сооружений различного предназначения; возможностью сопряжения с традиционными и нетрадиционными конструкциями и сооружениями; гибкостью конструкций, способных воспринимать возможные осадки грунта и размывы дна русл, реагируя на это прогнозируемыми прогибами; повышенными экологическими свойствами для восстановления и оздоровления прилегающей местности, а также рядом других особенностей.

Раскрытие и реализация всех потенциальных возможностей габионных конструкций могут быть осуществлены лишь на основе вариантных проработок и сопоставления с другими альтернативными вариантами применения традиционных или нетрадиционных конструкций на конкретных объектах проектирования.

Более широкое освоение габионных конструкций в отечественной практике дорожно-мостового строительства и обеспечение разработки наиболее оптимальных проектно-строительных решений сопряжено с необходимостью дальнейшего совершенствования и научно-методического развития изначальных сопровождающих материалов и документов, а также с необходимостью разработки типовых решений по отдельным разновидностям сооружений, возводимых с применением габионных структур.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Дуброва Г.А. Методы расчета давления грунтов на транспортные сооружения. — М.: Транспорт, 1969. — 219 с.

2. Клейн Г.К. Расчет подпорных стен. — М.: Высшая школа, 1964. — 196 с.

3. Конструкции укрепления откосов земляного полотна автомобильных дорог общего пользования: Сер. 3.503.9-78. Вып. 0. Материалы для проектированиям / Союздорпроект: Утв. Минтрансстроем СССР 06.05.88 (протокол № АВ-299). - Введ. 07.05.88 (приказ № 144пр). - М: ЦИТП Госстроя СССР, 1988. - 110 с.

4. СПРАВОЧНИК ПРОЕКТИРОВЩИКА

Основания, фундаменты и подземные сооружения

Под общей редакцией д-ра техн. наук, проф. Е.А. СОРОЧАНА и канд. техн. наук Ю.Г. ТРОФИМЕНКОВА

5. Переводников Б.Ф. Новые прогрессивные решения по применению габионных конструкций в дорожно-мостовом строительстве // Автомоб. дороги: Информ. сб. / Информавтодор. - 1999. - Вып. 6. - С. 22-31.