Пример усиления насыпи гравитационной габионной стеной

П.4.1. Исходные данные для проектирования

Исходными данными для проектирования являются:

1) Инженерно-геологический разрез насыпи (левый откос) на ПК 6265+90 участка Кирсанов-Ртищево Юго-Восточной ж.д.

2) Расчетные характеристики грунтов по инженерно-геологическим элементам (ИГЭ) - таблица П.4.1.

Таблица П.4.1

Расчетные характеристики грунтов

N	Наименование грунта	Удельный вес , кН/м	Коэффициент пористости	Удельное сцепление , кПа	Угол внутреннего трения , град.
	Щебень известковых пород	21, 0	-	-
	Пески средней крупности и мелкие с включениями шлака и гравия	19, 5	-	2, 0
	Суглинки тяжелые, пылеватые	17, 8	0, 790	21, 5
	Суглинки тяжелые и пылеватые, гумусированные с прослойками ила	18, 4	0, 910	14, 5

3) Величина оползневого давления на стену 248, 66 кН/м, определенная по формуле (4.6) с учетом досыпки откоса по очертанию, показанному на рис.П.4.1 и найденному в результате расчетов устойчивости откоса.

4) Высота стены 5, 37 м (определена по расчетным отметкам с учетом ее рационального размещения у подошвы откоса (см. рис.П.4.1).

5) Ширина стены в первом приближении принимается равной 4, 0 м, исходя из условия возможности прохода по ней механизмов при сооружении.

6) Для устройства стены используются коробчатые габионы высотою 1, 0 м и 0, 5 м и шириною 1, 0 м (см. Приложение 1).

Инженерно-геологический разрез на ПК 6265+90

Рис.П.4.1

П.4.2. Проверка устойчивости стены против сдвига и опрокидывания (проверка достаточности принятых размеров)

Устойчивость стены против сдвига по поверхности основания СД (см. рис.П.4.1) обеспечивается при выполнении условий (4.11).

Допустимый коэффициент запаса определяется по формуле (4.7) при 1, 20 (как для линии II категории), 1, 0 (использование метода расчета, удовлетворяющего условиям равновесия). При этих данных 1, 20.

Расчетная схема к проверке устойчивости стены на сдвиг и опрокидывание приведена на рис.П.4.2.

Схема к проверке габионной стены на сдвиг и опрокидывание

Рис.П.4.2

Найдем равнодействующую удерживающих сил по формуле (4.13). Для этого примем, что габионная стена будет устанавливаться на щебеночную подготовку толщиной 0, 10 м. Тогда 0, 781 (для щебня).

Нормальная реакция основания равна весу габионной стены , который найдем по формуле (4.20). Площадь сечения стены 4, 0·5, 37=21, 48 м .

Удельный вес габиона определим по (4.21) при 26, 0 кН/м из 0, 30 (см. главу 3-ю, рис.3.4, табл.3.5); тогда 26, 0·(1-0, 30)=18, 2 кН/м . Для щебня 0.

Далее найдем равнодействующую сдвигающих сил по формуле (4.14).

Она равна наибольшей из двух сил: оползневого давления 248, 66 кН/м (см. П.4.1) и максимальной величины горизонтальной составляющей активного давления , которое находится по (4.15).

Для этого примем 20, 0 кН/м - удельный вес засыпки и найдем коэффициент активного давления на стену по (4.9) при 38° и при крутизне откоса перед стеной 1: 1, 75 8, 3°. В этом случае 0, 374.

При этих данных найдем соответственно по формулам (4.8) и (4.15) 107, 8 кН/м и 84, 90 кН/м. Значит расчет стены на сдвиг и опрокидывание производится по величине .

Для проверки устойчивости стены против опрокидывания найдем момент удерживающих сил по (4.17) и момент опрокидывающих сил по (4.12). При этом м и плечо м.

Сводка всех расчетов при проверке устойчивости стены на сдвиг и опрокидывание приведена в таблице П.4.2.

Таблица П.4.2

Результаты расчетов устойчивости стены против сдвига и опрокидывания

N	Показатели	Величины на ПК 6265+90
	, м	5, 37
	, м	4, 00
	, м	21, 48
	, кН/м	390, 90
	, кН/м	305, 30
	, кН/м	107, 80
	, кН/м	84, 90
	, кН/м	248, 66
	, кН/м	248, 66
		1, 23
	, кН·м/м	781, 2
	, кН·м/м	666, 4
		1, 17

Коэффициент устойчивости против опрокидывания несколько меньше допустимого 1, 20. Однако, следует иметь в виду, что габионная стена не является абсолютно жесткой и фактически ее запас устойчивости будет более 17%.

П.4.3. Определение несущей способности основания стены

Несущая способность основания стены проверяется по условию (4.23).

Определим форму эпюры нормальных напряжений. Для этого найдем расстояние от нижнего края подошвы габионной стены до точки приложения реакции грунта основания по (4.28)

0, 29 м и эксцентриситет (см. рис.4.15, 1)

1, 71 м.

Так как м, то эпюра напряжений имеет треугольную форму (рис.П.4.3) и находится по (4.27) как кПа.

Для определения найдем предварительно по (4.29).

Грунт основания имеет 21, 5 кПа; 38°; 17, 8 кН/м (см. табл.П.4.1 и рис.П.4.1). Однако стена будет опираться на слой щебня, поэтому в расчете принимаются его характеристики: 0; 38°; 21, 0 кН/м .

Так как 0, то первый член в формуле (4.29) отсутствует. Глубина заделки стены в грунт 0, 83 (см. рис.П.4.1 и П.4.3). Тогда

17, 8·0, 83=14, 81 кПа;

;

;

;

;

1; 0, 68 =0, 46; 21, 0 кН/м .

Расчетная схема к определению несущей способности грунта основания

Рис.П.4.3

14, 81·48, 48·1, 07·0, 68+4, 0·67, 31·1·0, 46·21, 0=526, 72+2600, 86=3127, 58 кПа

кПа

Следовательно, несущая способность грунта основания обеспечивается.

П.4.4. Проверка внутренней устойчивости стены

Проверим стену на недопустимость сдвига отдельных слоев габионов по поверхности их контакта внутри стены (рис.П.4.4).

Расчетная схема к проверке внутренней устойчивости стены

Рис.П.4.4

Так как (см. П.4.3), то расчет ведем на , определяемое по (4.42) при 248, 66 кН/м и 5, 5 м (округляем высоту стены до 0, 5 м).

Внутренняя устойчивость проверяется по условиям (4.37; 4.38).

Найдем для каждого -го слоя (считая сверху) значения и соответственно по (4.39) и (4.46) при 4, 0 м.

, где - площадь сечения -го слоя габиона; 18, 2 кН/м (см. П.4.2).

Допускаемые значения и находятся соответственно по (4.43) и (4.48), для этого определим

2, 5·18, 2-10=35, 5°

3·10, 3-5=25, 9 кПа

Здесь 10, 3 кг/м - масса габионной секции, принятая по данным главы 3-ей при 47, 0 кН/м и высоте габиона 1, 0 м.

50·18, 2-300=610 кПа.

Используя полученные исходные данные проведем расчет в табличной форме (таблица П.4.3).

Таблица П.4.3

Результаты проверки внутренней устойчивости стены на ПК 6265+90

N слоя	, м	, кН/м	, кПа	, кН/м	, кПа	, кПа	, кПа
	1, 0	45, 21	11, 30	72, 8	18, 2	38, 88	610, 0
	2, 0	90, 42	22, 60	145, 6	36, 4	51, 85
	3, 0	135, 63	33, 91	218, 4	54, 6	64, 83
	4, 0	180, 84	45, 21	291, 2	72, 8	77, 81
	5, 0	226, 05	56, 51	354, 0	91, 0	90, 78
	5, 5	248, 66	62, 16	400, 4	100, 1	97, 27

Как видно из материалов таблицы, внутренняя устойчивость стены во всех слоях обеспечивается, так как везде и .

4.5. Описание конструкции габионной стены

При сооружении стены нижний слой габионов имеет высоту 0, 5 м, остальные пять слоев - 1, 0 м.

Конструктивно отдельный габион представляет собой проволочный остов, заполненный камнем. Используются коробчатые габионы прямоугольной формы (см. Приложение 1), выполненные из металлической оцинкованной сетки, имеющей шестигранные звенья с двойным кручением. Размер габионов с левой стороны насыпи 4, 0x2, 0x1, 0 м и 4, 0x2, 0x1, 0 м.

Проволока, используемая для изготовления габионов имеет предел прочности 380...500 МПа и относительное удлинение менее 12%. Цинковое покрытие проволоки должно иметь плотность в пределах (24...29)·10 кПа при ее диаметре от 0, 002...0, 0039 м. Предел прочности оцинкованной проволоки в зависимости от типа звеньев и ее диаметра должен быть не менее 30...53 кН. Для упрочнения металлической арматуры и облегчения ее укладки по краям сетка усиливается проволокой, имеющей больший диаметр, чем проволока самой сетки.

Для заполнения габионов может быть применен местный камень с удельным весом не менее 17, 0 кН/м , но желательно иметь 26, 0 кН/м .

При заполнении габионов более крупные камни укладываются у края сетки, а более мелкие - в середине габиона.

ПРИЛОЖЕНИЕ 5