Особенности | 1 июня 2019 г. | Автор: ИФАИ

Сачин Мандавкар и Мехари Велду

РИСУНОК 1 US Route 460 RSS во время строительства

Армированные грунтовые конструкции представляют собой геотехнические системы, состоящие из армирующих элементов и в основном включают механически укрепленные грунтовые стены (MSE) и армированные грунтовые откосы (RSS) ( рис. 1 ).). Стены MSE и RSS строятся путем размещения чередующихся слоев арматуры и уплотненного грунта за облицовочным элементом, чтобы сформировать композитный материал, который действует как единое целое для сдерживания боковых сил. В древности в качестве почвоукрепляющих элементов использовали самые разные материалы, в том числе ветки деревьев и солому. Распространенными видами современных армирующих грунт элементов являются стальные полосы, стальные сварные сетки, проволочная сетка, георешетки и листы геотекстиля. Использование облицовочной системы предотвращает рассыпание грунта между армирующими элементами и позволяет безопасно возводить очень крутые склоны и вертикальные стены. В качестве облицовки используется широкий спектр материалов, в том числе сборные железобетонные панели, сухие литые модульные блоки, сварная проволочная сетка, геосинтетика с обмоткой.и габионы. Материал грунта, помещенный в зону армирования, называется армированной засыпкой, а грунт на месте или материал обратной засыпки, размещенный непосредственно за армированной зоной, называется оставшейся обратной засыпкой. На рисунках 2 и 3 показаны основные компоненты общей стены MSE и системы RSS соответственно.

РИСУНОК 2 Типичное поперечное сечение стены MSE

РИСУНОК 3 Типовые поперечные сечения армированного грунтового откоса (RSS)

Использование стен MSE и RSS постепенно росло за последние четыре десятилетия из-за преимуществ, которые они обеспечивают по сравнению с альтернативными конструкционными системами, удерживающими грунт. Рентабельность и простота технологии строительства, скорость возведения и гибкость конструкций из армированного грунта являются одними из преимуществ, которые делают технологию популярной и очень привлекательной. Как описано выше, стены MSE и РУС могут быть усилены с использованием металлических и геосинтетических армирующих материалов. Эта статья, однако, фокусируется на геосинтетических, особенно георешетчатых, армированных конструкциях и не рассматривает другие типы армирования.

Геосинтетические материалы разрабатываются и используются в качестве армирования в грунтоудерживающих конструкциях с начала 1970-х годов. Первая стена, армированная геотекстилем, была построена во Франции в 1971 году, а первая конструкция такого типа в Соединенных Штатах была построена в 1974 году. Георешетки для армирования грунта были разработаны примерно в 1980 году. Первое использование георешетки для армирования грунта было в 1981 году. , а широкое использование георешеток в Соединенных Штатах началось примерно в 1983 году. С начала 1980-х годов использование геосинтетическихв конструкциях из армированного грунта значительно увеличилось, и в настоящее время они составляют растущую часть рынка армированного грунта. Технологические разработки в полимерной промышленности постоянно внедряются в новые геосинтетические продукты, улучшая свойства геосинтетических материалов, используемых в геотехнических приложениях. Продвижение геосинтетических материалов в качестве армирования конструкций из армированного грунта все еще продолжается, и вносятся улучшения в способ проектирования и строительства стен MSE и RSS. На сегодняшний день были спроектированы и успешно построены тысячи структур грунта, армированного геосинтетикой, для автомагистралей и других применений, включая стены MSE и системы RSS. Большая часть этих конструкций была спроектирована с использованием георешетки в качестве армирующего элемента.

Методология проектирования и соображения

Проект стен MSE и RSS в большей степени зависит от вклада инженера-геотехника, чем для традиционных систем стен и неармированных насыпей. Этапы проектирования также более обширны, и проектирование конструкций, армированных грунтом, требует совместной ответственности за проектирование между поставщиками материалов и владельцами или инженером владельцев. Традиционно все объекты гражданского строительства в Северной Америке проектировались с использованием методологии платформы расчета допустимых напряжений (ASD). Совсем недавно (1994 г. в США) методология расчета коэффициента нагрузки и сопротивления (LRFD) была внедрена в методы проектирования конструкций автомобильных дорог, таких как стены MSE. В настоящее время метод LRFD в различных формах применяется во всем мире. Например, Еврокод использует методологию расчета предельных состояний (LSD), которая очень похожа на методологию LRFD. Методология LRFD еще не разработана для инженерных насыпей и РУС. Предельное равновесие, подход ASD по-прежнему используется для RSS, и коэффициент безопасности должен быть адекватным как для краткосрочных, так и для долгосрочных условий для всех возможных режимов отказа. Независимо от методологии платформы проектирования, основные аналитические методы для армированных грунтом конструкций, такие как оценка внешней и внутренней устойчивости, остаются неизменными. Основное изменение заключается в способе сравнения нагрузок и сопротивлений и в том, как неопределенность учитывается в процессе проектирования. Компьютерные программы, такие как MSEW и ReSSA, разработанные ADAMA Engineering Inc., являются одними из наиболее часто используемых программ для проектирования стен MSE и RSS соответственно. Подход ASD все еще используется для RSS, и коэффициент безопасности должен быть адекватным как для краткосрочных, так и для долгосрочных условий для всех возможных режимов отказа. Независимо от методологии платформы проектирования, основные аналитические методы для армированных грунтом конструкций, такие как оценка внешней и внутренней устойчивости, остаются неизменными. Основное изменение заключается в способе сравнения нагрузок и сопротивлений и в том, как неопределенность учитывается в процессе проектирования. Компьютерные программы, такие как MSEW и ReSSA, разработанные ADAMA Engineering Inc., относятся к числу наиболее часто используемых программ для проектирования стен MSE и RSS соответственно. Подход ASD все еще используется для RSS, и коэффициент безопасности должен быть адекватным как для краткосрочных, так и для долгосрочных условий для всех возможных режимов отказа. Независимо от методологии платформы проектирования, основные аналитические методы для армированных грунтом конструкций, такие как оценка внешней и внутренней устойчивости, остаются неизменными. Основное изменение заключается в способе сравнения нагрузок и сопротивлений и в том, как неопределенность учитывается в процессе проектирования. Компьютерные программы, такие как MSEW и ReSSA, разработанные ADAMA Engineering Inc., относятся к числу наиболее часто используемых программ для проектирования стен MSE и RSS соответственно. такие как внешняя и внутренняя оценка устойчивости, остаются без изменений. Основное изменение заключается в способе сравнения нагрузок и сопротивлений и в том, как неопределенность учитывается в процессе проектирования. Компьютерные программы, такие как MSEW и ReSSA, разработанные ADAMA Engineering Inc., являются одними из наиболее часто используемых программ для проектирования стен MSE и RSS соответственно. такие как внешняя и внутренняя оценка устойчивости, остаются без изменений. Основное изменение заключается в способе сравнения нагрузок и сопротивлений и в том, как неопределенность учитывается в процессе проектирования. Компьютерные программы, такие как MSEW и ReSSA, разработанные ADAMA Engineering Inc., относятся к числу наиболее часто используемых программ для проектирования стен MSE и RSS соответственно.

Внутренняя устойчивость геосинтетически армированных грунтовых конструкций в основном определяется поведением геосинтеза и его взаимодействием с армированным насыпным материалом. На взаимодействие грунт-геосинтетика влияют инженерные свойства армированного засыпного материала. Хотя теоретически армированная засыпка может состоять из широкого спектра типов грунта, гранулированные грунты рекомендуются Американской ассоциацией государственных служащих автомобильных дорог и транспорта (AASHTO) в качестве материала наполнителя для стен MSE из-за их высокой прочности, жесткости и проницаемости. . В случае RSS Федеральное управление автомобильных дорог (FHWA) рекомендует армированное заполнение с прохождением до 50% через сито № 200 (0,75 мм). Там, где нет доступных гранулированных почв,

Влияние геосинтетических характеристик на долгосрочные характеристики стен MSE и RSS следует тщательно учитывать в процессе проектирования. При проектировании грунтовых конструкций, армированных георешеткой, инженер-проектировщик должен тщательно учитывать механические свойства георешетки, ползучесть, повреждения при установке и долговечность, поскольку долговременная прочность напрямую зависит от этих свойств. Среди нескольких механических свойств предел прочности при растяжении георешетки является наиболее подходящим свойством для проектирования стен MSE и RSS. Повреждения при установке георешетки зависят от типа георешетки и градации армированного наполнителя. Для высоких конструкций из армированного грунта, где на георешетки воздействуют более высокие уровни напряжения, поведение ползучести может иметь решающее значение для успешной работы конструкции. В общем, наиболее важные свойства долговечности связаны с термохимическим разложением, таким как окисление, гидролиз и воздействие ультрафиолетовых (УФ) лучей. Эти эффекты следует учитывать при проектировании на основе типа георешетки и условий проектирования. Как правило, для высоких конструкций из армированного грунта требуются одноосные георешетки с высокой прочностью на растяжение, хорошей стойкостью к разрушению и меньшей долговременной деформацией.

В течение многих лет армированные геосинтетиками грунтовые конструкции регулярно проектировались для достижения ограниченной высоты из-за неопределенностей проектирования, которые в первую очередь связаны со свойствами геосинтетических материалов и их взаимодействием с почвой. В последнее десятилетие прогресс в геосинтетических технологиях и лучшее понимание поведения конструкций из армированного грунта позволили инженерам-проектировщикам использовать геосинтетические материалы , особенно георешетки, в качестве армирования стен MSE и RSS для достижения новых высот.

Истории болезни

В следующих примерах проектов дорожной инфраструктуры будут представлены извлеченные уроки и показано, что использование армирования георешеткой является осуществимым и экономичным решением для высоких конструкций из армированного грунта, если в дополнение к качественным методам строительства выбраны надлежащие проектные соображения и материалы.

Шахтная дробилка Cortez Hills MSE настенная

На рудник Cortez Hills в Кресент-Вэлли, штат Невада, добавляли новую дробильную установку первичного дробления. Местность в оптимальном месте для новой дробилки была чрезвычайно сложной. В здании дробилки находится первичная дробилка, установленная на железобетонном фундаменте размером 45 × 60 футов (14 × 18 м) с максимальной реальной нагрузкой 11 000 фунтов на квадратный фут (53 707 кг/м2). Переход между верхней и нижней площадками с каждой стороны первичной конструкции дробилки был спроектирован с использованием стенок дробилки MSE, которые простираются на 60–80 футов (от 18 до 24 м) с каждой стороны дробильной конструкции до крутых откосов насыпи.

Геотехнические исследования состояли из рытья восьми шурфов глубиной от 3 до 18 футов (от 1 до 5,5 м), бурения одной скважины глубиной 100 футов (30,5 м) и выполнения пяти сейсморазведочных работ. Подповерхностные условия при разведке в целом были стабильными и состоят преимущественно из хорошо отсортированного гравия и булыжника, переходящего в коренные породы известняка и алевролита на глубине от 1,5 до более 18 футов (от 0,5 до 5,5 м). Подземные воды не были обнаружены на максимальной исследованной глубине 100 футов (30,5 м). Максимальное ускорение при землетрясении 0,45 g рекомендуется для проектирования критически важных объектов на площадке Cortez Hills. Стены крыла MSE были спроектированы с использованием базового землетрясения (OBE) для события более низкого уровня. Ускорение ВТО равно 0.

РИСУНОК 4 Разрез стенки шахтной дробилки Cortez Hills MSE.

Стены MSE с проволочным покрытием были спроектированы так, чтобы создать безопасную зону для разгрузки карьерных самосвалов и обеспечить стабильный доступ к дробилке. В самой высокой части стена MSE имеет высоту примерно 95 футов (29 м), включая наклон 2H:1V наверху, как показано на рисунке 4 .

РИСУНОК 5 Деталь облицовки стены шахтной дробилки Cortez Hills MSE. РИСУНОК 6 После возведения стены шахтной дробилки Cortez Hills MSE.

Стены MSE были построены с несколькими слоями первичной арматуры с использованием трех различных типов одноосных полиэфирных георешеток для оптимизации общей стоимости системы. Георешетки были установлены на середине высоты блоков обшивки стены MSE. Проволочная сетка двойного кручения от блоков фасции была продлена на 9 футов (2,7 м) в армированную насыпь в качестве вторичного армирования. Крылья MSE были спроектированы так, чтобы выдерживать динамическую нагрузку карьерных самосвалов Liebherr T282 B, которые могут генерировать полную массу примерно 653 тонны (592 тонны) и выдерживать вибрационные нагрузки во время операции дробления. Для снижения вероятности чрезмерной осадки подушек требовался правильный выбор, размещение и уплотнение насыпи. для уменьшения бокового давления на конструкцию дробилки и обеспечения надлежащей работы системы армирования стенок MSE. Выбранный конструкционный наполнитель использовался в качестве армированного наполнителя позади дробилки, вокруг заглубленных инженерных коммуникаций, для стены MSE, в качестве выравнивающей насыпи под фундаменты и для покрытия подушек.На рисунках 5 и 6 показаны детали облицовки стеновой системы MSE и постконструкция соответственно.

ОСНОВНЫЕ МОМЕНТЫ ПРОЕКТА Шахтная дробилка Cortez Hill Стена MSE Владелец: Barrick Gold Inc. Местонахождение: Кресент-Вэлли, штат Невада Генеральный подрядчик: Ames Constructions Инженер-проектировщик: Terracon Consultants Inc. Фасциальная система: блоки Terrawall (плетеная проволочная сетка) с каменным покрытием Геосинтетика Продукция: Maccaferri Одноосные георешетки, нетканый геотекстиль, геосинтетика Производитель: Maccaferri Inc.

Перенесенный маршрут 10 Западной Вирджинии: укрепленный грунтовый склон.

Проект состоял из строительства насыпи для перенесенного маршрута 10 Западной Вирджинии через Лорел-Бранч в округе Логан, штат Западная Вирджиния. Подстилающая порода на месте проекта состоит из формации Канава пенсильванского возраста из серии Поттсвилл. Формация Канава обычно описывается как состоящая из песчаника (примерно 50%), сланцев, алевролитов и угля. Подповерхностное исследование показало наличие естественной аллювиальной почвы и существующего насыпного материала, состоящего из илистого или глинистого песка и гравия, на подошве предполагаемого склона и в днище долины.

РИСУНОК 7 Разрез RSS перемещенного WV Route 10.

В качестве альтернативных вариантов рассматривалась насыпь, состоящая из среднего уклона стены MSE или РСС 0,75H:1V. Из этих двух вариантов RSS был выбран Департаментом транспорта Западной Вирджинии (WVDOT) как приемлемый вариант из-за наличия на месте армированного наполнителя и других соображений. Почвы на участке состоят из остаточных мелкозернистых и крупнозернистых почв. Большая часть материала насыпи была получена при раскопках коренной породы на месте, а затем измельчена и просеяна в соответствии со стандартными спецификациями материалов WVDOT. RSS было предложено простираться от вершины насыпи проезжей части до высоты около 120 футов (36,6 м) в самой глубокой части долины. Выбранная насыпь насыпи была помещена в предполагаемый подрез до отметки 720 футов (219,5 м) с конфигурацией переднего откоса 1,5H:1V, как показано на рис.Рисунок 7 . Эта конфигурация создала уступ шириной примерно от 20 до 30 футов (от 6 до 9 м) в нижней части самой высокой части RSS. Водопропускная труба, которая ведет Лорел-Бранч через насыпь, была построена в пределах выбранного материала основания насыпи, который был помещен на высоте 720 футов (219,5 м) до строительства РУС.

РИСУНОК 8 Деталь облицовки RSS перемещенного WV Route 10.

Компьютерная программа ReSSA 3.0 была использована для расчета усиления откоса с минимальным коэффициентом запаса прочности от глобального и сложного разрушения. Полученный минимальный долгосрочный запас прочности по глобальной устойчивости для всех сечений РУС соответствовал критериям проектирования WVDOT. RSS был построен с несколькими слоями основного армирования с использованием трех типов одноосных георешеток из полиэстера, расположенных вертикально на расстоянии 18 дюймов (46 см), и лицевой стороны из зеленой сетки из георешетки, обернутой в фасцию и расширенной в армированное заполнение в качестве вторичного армирования. В облицовке использовались сварные проволочные формы без покрытия, чтобы сохранить заполнение фасции. На Рисунке 8 показана деталь облицовки из сварной проволоки, использованная в этом проекте RSS, а на Рисунке 9 показан проект после завершения строительства.

РИСУНОК 9 Перемещенный WV Route 10 после завершения строительства RSS.

ОСНОВНЫЕ МОМЕНТЫ ПРОЕКТА WV Route 10 RSS Владелец: West Virginia DOT Местоположение: Clyburn, W. Va Генеральный подрядчик: Vecellio & Grogan Inc. Инженер – конструктор: Terracon Consultants Inc. георешетки, нетканый геотекстиль, геосинтетика Производитель: Maccaferri Inc.

Соединитель US Route 460 — Фаза II: Укрепленный грунтовый склон

Протяженностью 6,2 мили (10 км) проезжей части проекта US Route 460 Connector – Phase II создается новый участок четырехполосной разделенной автомагистрали, которая в основном служит соединением с будущей скоростной автомагистралью Coalfields Expressway из общины Брейкс, штат Вирджиния. Новая трасса проезжей части проходит по гористой и густолесистой местности с широким спектром геологических образований, состоящих преимущественно из песчаника, сланцев и угля.

РИСУНОК 10 Деталь облицовки RSS US Route 460.

В рамках этого проектно-строительного проекта сварные РСС с проволочной оболочкой в диапазоне от 0,75H: 1V до 1,5H: 1V, с максимальной высотой 80 футов (24 м) и общей длиной 550 футов (168 м). был построен вдоль проектной трассы, чтобы получить достаточную ширину проезжей части. С другой стороны, можно было бы построить очень длинные и крутые дамбы, но это значительно увеличило бы стоимость, увеличило продолжительность строительства и повлияло бы на лес. РУС был заложен на коренной породе ниже или достаточно высоко над угольным пластом и протянут через участки выемки и насыпи. RSS был построен с несколькими слоями основного армирования с использованием одноосных полиэфирных георешеток, расположенных вертикально на расстоянии 18 дюймов (46 см), и двухосных полипропиленовых георешеток, обернутых в фасцию и расширенных в армированное наполнение в качестве вторичного армирования.На рис. 10 показана деталь облицовки сварной проволоки, используемая в этом проекте RSS.

Компьютерные программы ReSSA 3.0 и Slide 6.0 использовались для анализа внутренней, составной и глобальной стабильности предложенного РСС. Анализы конструкции включали режимы отказа как по окружности, так и по клину для репрезентативных поперечных сечений РУС. Результаты анализа обеих программ показали схожие факторы безопасности и поверхности отказов.

Первоначально РУС проектировался с использованием параметров грунта, рекомендованных в геотехническом отчете. Однако отчет о ситовом анализе выкопанного и измельченного материала на месте показал более высокий, чем хотелось бы, процент материала, оставшегося на 4-дюймовом (10-сантиметровом) сите. Эта градация привела к неизвестному коэффициенту уменьшения повреждения установки, и потребовалась оценка повреждения установки на месте. Это привело к задержке проекта на несколько недель, так как строительство RSS было на критическом пути. Чтобы избежать задержек в строительстве, подрядчику было поручено начать строительство РУС при условии, что основная арматура будет размещена на расстоянии 9 дюймов (23 см) по вертикали вместо 18 дюймов (46 см) до тех пор, пока не будут получены коэффициенты снижения ущерба при установке. Результаты испытаний на повреждение установки на месте соответствовали первоначальным проектным предположениям, и, следовательно, вертикальное расстояние между георешеткой основного армирования было возвращено к исходному расчетному промежутку в 18 дюймов (46 см). Поскольку это проект, построенный по дизайну, тесное сотрудничество с подрядчиком было важно для оперативного внесения изменений в проект с учетом изменений во время строительства.На рис. 11 показано типичное поперечное сечение этого проекта RSS.

РИСУНОК 11 Сечение RSS US Route 460.

Заключение

По сравнению с обычными грунтозащитными конструкциями конструкции из армированного грунта имеют очевидные и значительные преимущества, в том числе экономичность, простоту технологии строительства, скорость возведения и гибкость конструкции. Высокие грунтовые конструкции, армированные георешеткой, должны быть спроектированы с учетом для конкретного проекта повреждений при установке георешетки, долговременных характеристик георешетки (ползучесть и долговечность) и взаимодействия грунт-георешетка.

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЕКТЕ US Route 460 Connector RSS Владелец: Virginia DOT Местонахождение: Гранди, Вирджиния Генеральный подрядчик: Bizzack Construction LLC Инженер-проектировщик: The Collin Group Fascia System: сварная проволочная конструкция с двухосной георешеткой и облицовкой из камня Геосинтетика Продукция: одноосные георешетки Maccaferri, нетканый геотекстиль Производитель геосинтетики : Maccaferri Inc.