Мероприятия по повышению устойчивости откосов и склонов

Одним из наиболее эффективных способов повышения устойчивости откосов и склонов является их выполаживание или создание уступчатого профиля с образованием горизонтальных площадок (берм) по высоте откоса. Однако это всегда связано с увеличением объемов земляных работ. При относительно небольшой высоте откосов может оказаться эффективной пригрузка подошвы в его низовой части или устройство подпорной стенки, поддерживающей откос. Положительную роль также играют закрепление поверхности откоса одерновкой, мощением камнем, укладкой бетонных или железобетонных плит.

Важнейшим мероприятием является регулирование гидрогеологического режима откоса или склона. С этой целью сток поверхностных вод перехватывается устройством нагорных канав, отведением воды с берм. Подземные воды, высачивающиеся на поверхности откоса или склона, перехватываются дренажными устройствами с отведением вод в специальную ливнесточную сеть.

При необходимости разрабатываются сложные конструктивные мероприятия типа прорезания потенциально неустойчивого массива грунтов системой забивных или набивных свай, вертикальных шахт и горизонтальных штолен, заполненных бетоном и входящих в подстилающие неподвижные части массива. Используется также анкерное закрепление неустойчивых объемов грунта, часто во взаимодействии с подпорными стенками или свайными конструкциями.

Вопросы давления грунтов на ограждения

Ограждающие конструкции предназначены для удерживания от обрушения находящихся за ними грунтовых массивов. К таким конструкциям относится подпорная стенка, а также стены подвалов и заглубленных частей здания, стены подземных сооружений и т.п. Различают массивные (или гравитационные) и тонкостенные подпорные стенки (рис.23). По характеру работы подразделяются на жесткие и гибкие (шпунтовые стенки). К жестким относится конструкция, которая под действием давления грунта практически не изгибается, поэтому ее собственные деформации не изменяют характер давления на нее грунта. Гибкие стенки при воздействии нагрузки изгибаются, и характер эпюры давления грунта на стенку зависит от ее деформаций.

Устойчивость массивных стенок на сдвиг и опрокидывание обеспечивается, прежде всего, их собственным весом. Устойчивость тонкостенных конструкций – собственным весом стенки и грунта, вовлеченного в совместную работу, либо защемлением нижней части стенки в основание.

Равнодействующая давления грунта на стенку Е зависит от направления, величины и характера её смещения.

Давление, реализуемое в условиях отсутствия горизонтального смещения при u =0 называют давлением покоя Е ₀.

,                                                (4.16)

где  - коэф. бокового давления; ν – коэф. Пуассона.

Определение активного давления на вертикальную грань стенки для сыпучего грунта. Трение грунта о стенку отсутствует (τ_zx=0). Максимальное главное напряжение, действующее на горизонтальную площадку в точке контакта грунта со стенкой на глубине z от поверхности засыпки , γ – удельный вес грунта.

Рис. 24. Схема для определения активного давления сыпучего грунта на гладкую стенку

Грунт в пределах призмы обрушения ОАВ (рис. 24) находится в состоянии предельного равновесия. Следовательно, минимальное главное напряжение в этой точке , равное активному давлению , будет связано с максимальным главным напряжением условием предельного равновесия.

Условие предельного равновесия для сыпучих грунтов можно выразить в виде

.                                      (4.17)

Тогда активное давление грунта на стенку в точке, расположенной на глубине z от поверхности засыпки, будет равно

.                                            (4.18)

Форма уравнения (4.18) показывает, что в рассматриваемом случае эпюра активного давления имеет вид треугольника. Подставив в это уравнение высоту стенки , получим максимальную ординату эпюры активного давления:

.                                                (4.19)

Равнодействующая активного давления  определится как площадь эпюры , т.е.

,                                                (4.20)

и будет приложена к стенке на расстоянии  от ее подошвы.

Из анализа равновесия призмы обрушения несложно установить, что плоскость скольжения АВ будет наклонена к вертикали под углом . Отсюда можно определить ширину призмы обрушения по поверхности засыпки .

Учёт пригрузки на поверхности засыпки. При наличии на поверхности сплошной равномерно распределенной нагрузки интенсивностью q (рис. 25, а) определяем приведенную высоту слоя грунта: .

Аналогично, получаем

,                                      (4.21)

                              (4.22)

Рис. 25. Схемы для определения активного давления: а – при равномерно распределенной нагрузке; б – при местной нагрузке; в – для случая засыпки связным грунтом

Получив значения  при  и  при , можно увидеть, что эпюра активного давления имеет вид трапеции. Точка приложения равнодействующей  будет находиться в центре тяжести площади трапеции.

Если на поверхности засыпки в пределах призмы обрушения приложена местная полосовая нагрузка   шириной  (рис. 25, б), то для определения дополнительного влияния этой нагрузки на величину активного давления используется следующий прием: считается, что воздействие нагрузки на стенку передается под углом к горизонтали , а дополнительное активное давление от нее составляет

.                                             (4.23)

Равнодействующая активного давления  находится как площадь полной эпюры, а точка ее приложения соответствует центру тяжести эпюры активного давления.

Учёт сцепления грунта. Для связного грунта, обладающего внутренним трением и сцеплением, условие предельного равновесия  может быть представлено в виде

                         (4.24)

Тогда значение ординаты активного давления грунта на глубине z

                         (4.25)

Связный грунт обладает способностью держать вертикальный откос высотой  В пределах глубины h ₀ от свободной поверхности засыпки связный грунт не будет оказывать давления на стенку. Максимальная ордината эпюры активного давления связного грунта определяется из (4.25) как:

                    (4.26)

Характер эпюры активного давления приведен на рис. 25, в. Очевидно, что учет сцепления грунта приводит к уменьшению активного давления. Значение результирующей силы  определяется как площадь треугольной эпюры , имеющей высоту  и максимальную ординату .

Определение пассивного давления. Пассивное давление возникает при перемещении стенки в сторону грунта засыпки (рис.26). При движении вертикальной гладкой стенки на грунт главные напряжения меняются. Теперь уже σ_x=σ₁= σ_п является максимальным, а σ_z=σ₃=γ z при отсутствии пригрузки на поверхности засыпки слева – минимальным главным напряжением (рис. 26, б). Условие предельного равновесия имеет вид:

- для сыпучих грунтов

                                     (4.27)

- для связных грунтов:

              (4.28)

Значения ординаты пассивного давления на глубине z от поверхности засыпки при начале координат в точке 0’:

- для сыпучих грунтов

                                              (4.29)

- для связных грунтов:

                           (4.30)

 

Рис. 26. Схема действия активного и пассивного давления на стенку

При одной и той же глубине от поверхности засыпки ордината эпюры пассивного давления существенно больше, чем ордината эпюры активного давления. Ширина призмы выпирания .