Лега

Строительство участка автодороги «Раздольное – Хасан» (Приморский край) было начато в 2001 г. по результатам частично выполненных инженерно-геологических изысканий, приуроченных в основном к пересечениям трассы водотоков. После постройки мостовых переходов и отсыпки первого слоя земляного полотна строительные работы были приостановлены. Дальнейшее строительство продолжено было только в 2004 г. После отсыпки земляного полотна на высоту свыше 3,0 м на участке строительства локально стали происходить деформации основания с местными разрушениями отсыпки земляного полотна и пригрузочных берм (август – сентябрь 2005 г.).

Предлагаемые ранее технические решения по устройству «плавающей» насыпи с высокопрочным геотекстилем на особо слабом основании не оправдали своего назначения уже на начальном этапе строительства автодороги. К причинам создания такой ситуации можно отнести множество факторов, среди которых следует назвать наиболее главные.

1. Отсутствие у строителей, заказчика и проектировщиков опыта работы с объектами строительства на особо слабых основаниях большой мощности.

2. Слабая изученность поведения илистых грунтов в основаниях большой мощности под высокими нагрузками.

3. Погрешности при составлении расчетных схем при определении параметров конструкций усиления (связано с п. 2).

4. Недостаточность данных по инженерно-геологическому состоянию основания.

 Таким образом, объект строительства автомобильной дороги при таких условиях геологического строения основания – мощность до 24 м и высота насыпи до 20,0 м – является объектом уникальным, аналогов которому в мировой практике – единицы. В этой связи стандартный подход к проектированию, обследованию и строительству здесь не приемлем.

 Исходя из этого направление поиска и проработка конструктивных решений в целях обеспечения эксплуатационной надежности конструкции земляного полотна и основания на рассматриваемом участке автомобильной дороги должно быть сведено к решениям уже использованным ранее для подобных условий и зарекомендовавших себя положительно.

 Разрывы высокопрочного геотекстиля связаны, прежде всего, с низким сцеплением материала с грунтами засыпки. Гладкая и скользкая структура тканого материала не способствует его совместной работе с грунтами. По этой причине в местах резких перепадов напряжений в откосах земляных сооружений и основаниях он вытягивается из массива и работает в сдвиговой зоне на срез. Следовательно, разрывы геоматериала в таких случаях происходят от высоких перерезывающих усилий, образующихся в зоне деформирования.

 В практике возведения таких сооружений используются интегральные геоматериалы , обеспечивающие максимальное сцепление практически со всеми видами грунтов: это одноосные и двухосные интегральные георешётки. За счёт своей структуры они способны создавать геокомпозиты в грунтовых средах, обеспечивая равномерность распределения напряжений и деформаций в грунтах, существенно увеличивая их несущую способность.

 При этом в соответствии с заданием на разработку необходимо потребовать, чтобы конструкция на всем протяжении заданного участка обеспечивала безопасность и бесперебойность движения транспорта не только в период эксплуатации, но и в строительный период при работе строительной техники. Причем должны обеспечиваться только допустимые для автомобильных дорог III категории деформации на всем протяжении участка.

 Для обеспечения всех заданных требований и параметров сооружения был использован Российский и зарубежный опыт строительства земляного полотна на слабых основаниях, в том числе с использованием свойств современных геосинтетических материалов.

Геотехническое моделирование конструкций  усиления земляного полотна и слабого основания из суглинистых слабозаторфованных илов текучей консистенции для строительства участка автомобильной дороги «Раздольное-Хасан» проводилось на программном комплексе «FEM models ». Основой программного комплекса является метод конечных элементов, это позволяет решать задачи трехмерные теплофизические и напряженно-деформированного состояния сооружений и их оснований размерностью в несколько миллионов степеней свободы в приемлемое время (часы) на обычном персональном компьютере и, что самое главное, в этом отношении она не имеет ни отечественных, ни европейских аналогов. Программный комплекс «FEM models» позволяет решать как микро-, так и макрозадачи, связанные не только с конструкциями стандартного представления, но и с аморфными средами, изменяющими свои физические и геометрические параметры в пространстве и во времени (гидротехнические сооружения, глобальные и местного уровня изменения параметров геологических систем). В силу своих возможностей программный комплекс «FEM models» признан «Российским обществом по механике грунтов, геотехнике и фундаментостроению» как базовый для решения сложных практических задач геотехники.

 Что касается усиления земляного полотна на слабых основаниях текучей консистенции автомобильной дороги «Раздольное-Хасан», то на данном этапе проектирования применялась упругопластическая модель с пре­дельной поверхностью, описываемой критерием Кулона-Мора. Выбор этой модели обусловлен тем, что её параметры могут быть взяты из имеющихся материалов стандартных инженерно-геологических изысканий. В такой постановке численные расчеты хорошо согласуются с традиционными инженерными методами расчета осадок и позволяют с достаточной точностью описать деформирование сооружений на слабых основаниях. На последующих этапах проектирования планируется применить разработанные более точные модели механики грунтов, позволяющие полнее отразить особенности поведения грунтов, которые предстоит выявить в ходе детальных инженерно-геологических изысканий.

На всех стадиях моделирования конструкций усиления сооружений использована упруго-пластическая модель  . Задачи решены в пространственной постановке. Используемая методика и программный комплекс при­ме­нялись для уже строящихся объектов в России и на Дальнем Востоке. Применение методов и подходов для расчетов и проектирования геотехнических сооружений с помощью приложений программного комплекса «FEM-models» показало, что он позволяет наиболее достоверно и объектив­но выполнять подбор и расчеты аналогичных геотехнических конструкций.

В качестве основной конструкции рассмотрим конструкцию с безосадочным основанием на сплошном свайно-ростверковом поле. Ростверк предлагается выполнить из композита грунта и двухосной интегральной георешетки. Для сопряжения свай с конструкцией ростверка предполагается устройство оголовков на каждой голове сваи с размерами 1,2 м 1,2 м.

Между оголовками свай устанавливается попарно в рядах друг напротив друга одноосная интегральная георешетка высокой прочности с жестким закреплением в оголовках. Количество слоев георешетки определяется величиной нагрузок и геологическими особенностями, прочностью грунтов дна опирания свай в каждой расчетной задаче.

Для всех расчетных случаев предполагается, независимо от мощности слабых грунтов основания, опирание концов свай на прочные грунты с заглублением в них не менее чем на 1,5 м.

 Полученные результаты моделирования конструкций усиления сооружений для различных сечений позволили в достаточной мере выполнить анализ конструктивных особенностей и основных параметров предлагаемых сооружений.