Вторичное усиление георешеткой в ​​стенах MSE

Пол С. Франкенбергер, PE; Мэтью М. Мерритт, ИП; и Марк Майерс, ЧП – Концепция вторичных слоев георешетки, расположенных на поверхности механически стабилизированной земляной стены, аналогична использованию вторичной армирующей георешетки в армированных склонах MSE. На склонах вторичные слои георешетки используются для стабилизации поверхности склона между первичными слоями георешетки. В результате получаются близко расположенные слои георешетки на поверхности склона. Долгосрочная расчетная прочность (LTDS) армирования георешеткой используется в расчете MSE. LTDS определяется путем применения понижающих коэффициентов к предельной прочности георешетки на растяжение. Понижающие коэффициенты учитывают сопротивление ползучести, химическую стойкость и повреждения при монтаже. В расчете допустимых напряжений стен МСЭ LTDS снижается в 1,5 раза.

В стенах MSE вторичные армирующие слои георешетки могут использоваться между первичными армирующими слоями георешетки. Вторичные слои георешетки располагаются на лицевой стороне стены и не распространяются на всю длину первичных слоев георешетки. (См. рис. 1 и 2. ) Вторичное армирование георешеткой используется для перераспределения высоких нагрузок на соединения облицовки, возникающих в результате сейсмической нагрузки и высоких нагрузок от перекрывающих пород, по большему количеству слоев георешетки. Это перераспределение снижает потребность в соединении основных слоев георешетки.

Рисунок 1. Вторичная георешетка на склоне MSE

Рис. 2. Стена MSE с вторичной георешеткой

Существует несколько типов облицовки стен MSE, таких как блоки сегментной подпорной стены (SRW), сборные железобетонные модульные блоки (PCM), сварные проволочные корзины и каменные валуны. Вторичная арматура использовалась в облицовке MSE с фрикционным соединением, основанной на соединении, основанном на трении слоя георешетки, вставленного между облицовкой стены MSE. Вторичная георешетка также использовалась там, где она размещалась за более крупной облицовкой стен MSE, например, с блоками PCM, проволочными корзинами из габионов и каменными валунами. В этих случаях вторичные слои не соединяются с облицовкой. Вторичное армирование обычно не используется для стен MSE, которые основаны на механическом соединении между армированием георешеткой и облицовочными элементами MSE.

ПОДКАСТ: Композитные материалы меняют подход к геосинтетике

ПОДХОД К ПРОЕКТИРОВАНИЮ ВТОРИЧНОЙ ГЕОРЕШЕТКИ

Исследование было проведено в Университете Канзаса при финансовой поддержке Министерства транспорта штата Канзас. Результаты исследованияопределили, что вторичное армирование георешеткой снижает нагрузку на первичные слои георешетки и поверхность стены MSE. Этот анализ можно рассчитать в обычных программах MSE для стен, таких как SRWall 4.0 и MSEW 3.0 Национальной ассоциации бетонщиков, которые были разработаны Adama Engineering, Inc. Анализы SRWall показывают, что, за исключением пропускной способности соединения, первичные слои георешетки удовлетворяют общей активной устойчивости клина и достаточны для обеспечения внешней устойчивости (скольжение и опрокидывание). Вставка вторичных георешеток может использоваться для снижения потребности в пропускной способности соединений первичных слоев георешетки. Вторичное армирование можно анализировать в MSEW, что позволяет вводить вторичные слои георешетки в качестве промежуточного армирования. Минимальная длина заделки в три фута указана как типичная длина промежуточной арматуры для обеспечения устойчивости к соединительной нагрузке. Программа использует более короткие промежуточные слои для несущей нагрузки на облицовку исключительно при оценке пропускной способности соединения. Промежуточные или вторичные слои георешетки не используются при оценке других режимов разрушения, которые полагаются только на усиление первичной георешетки.

БОЛЬШЕ ГЕО: каждую неделю начинайте с GeoWire

В программах, которые не настроены для проектирования вторичного армирования (например, SRWall), оценка может быть выполнена путем выполнения двух отдельных расчетов, один с первичным и вторичным армированием, смоделированным как полноразмерные слои, а другой с предполагаемой первичной георешеткой. интервал. Можно показать, что первичная георешетка удовлетворяет всем режимам отказа, кроме соединений и других расчетов с первичным и вторичным армированием, чтобы удовлетворять всем режимам разрушения, включая соединение. Кроме того, можно выполнить ручной расчет, чтобы показать, что три фута достаточно для заделки, чтобы противостоять вытягиванию вторичной арматуры.

Использование вторичной георешетки может создать близко расположенную структуру георешетки, аналогичную временным стенам, обернутым геотекстилем, с использованием проволочных форм для поддержки поверхности, обернутой тканью. Концепция близко расположенных геосинтетических слоев в постоянных стенах MSE используется в системе геосинтетических армированных конструкций (GRS) Федерального управления автомобильных дорог (FHWA) ( Adams et al. 2011 ). Исследования, проведенные в Университете Колорадо в Денвере, пришли к выводу, что более близкое расстояние приводит к явному сцеплению на поверхности стены MSE, как показано на рисунке 3.(ВанБускирк, 2010). Для грунта в армированной зоне вторичные слои георешетки приводят к блокировке поперечного напряжения от усилия уплотнения, по существу выгибая материал грунта между слоями георешетки. При более коротких интервалах эффект выгибания более выражен, на что указывает большее кажущееся сцепление, показанное на рисунке 3 . Эта технология была использована в дизайне, представленном в тематическом исследовании рокария, описанном ниже.

Рис. 3. Влияние шага армирования в стене MSE.

ПРИМЕР PORTOLA SOUTH: УСТАНОВКИ ТРО MSE WALL

Проект Portola South представляет собой жилой комплекс, расположенный в Лейк-Форест, округ Ориндж, Калифорния. Участок расположен в предгорьях гор Санта-Ана и имеет перепад высот 180 футов на участке площадью 93 акра. Чтобы выровнять площадку под жилую застройку, потребовались большие насыпи, а для увеличения полезной площади использовались сегментные подпорные стены.

Всего было 21 ТРО общей площадью стен 173 000 квадратных футов. Владелец выбрал тип облицовки SRW на основе нескольких вариантов стен, включая цвет, тесто и пригодность для посадки. Для проектирования георешетки требовался производитель, предлагающий широкий спектр конструкционных георешеток, а также строгий контроль качества и программу обеспечения качества. На рис. 4 показана типичная секция стены MSE для проекта Portola South.

Рис. 4. Типичная секция стены MSE только с основной георешеткой

Самые высокие участки насыпи на участке проходили параллельно западной границе и состояли из нескольких многоярусных стен и уклонов 2:1. Насыпи были до 100 футов в высоту с многоуровневыми стенами до 40 футов в высоту. Георешетки внутри SRW были разработаны для обеспечения устойчивости стен, но также были увеличены в длину и прочность для решения проблем глобальной устойчивости. На начальном этапе проектирования было определено, что способность фрикционного соединения блока и георешетки определяла проект. То есть нагрузки на лицевую сторону блока были настолько высоки, что конструкция требовала более прочных и более часто размещаемых слоев георешетки для удовлетворения требований к пропускной способности соединения, чем в противном случае потребовалось бы для других режимов отказа. Нагрузки на лицевую сторону стены были больше, чем обычно, из-за больших уклонов 2:1 и дополнительных многоярусных стен.На Рисунке 5 показан участок участка из проекта Portola South, на котором подчеркнуты значительные нагрузки вскрышных пород на самую нижнюю ярусную стену.

Рисунок 5. Южный участок площадки Портола

Южная Калифорния печально известна своими землетрясениями и высокими сейсмическими нагрузками. Этот проект ничем не отличается. Стены были рассчитаны на коэффициент горизонтального ускорения грунта (Kh) 0,18g, что соответствовало одной трети пикового ускорения грунта (PGA) 0,54g. Сейсмический расчет прочности соединения был определяющим фактором при проектировании георешетки.

При использовании конструкции только с армированием первичной георешеткой общая площадь необходимой георешетки была настолько велика, что это сказывалось на экономичности и скорости монтажа ТРО. Конструктивное решение заключалось в использовании вторичной арматуры из георешетки длиной 4 фута, размещенной на лицевой стороне стены между слоями первичной арматуры из георешетки, чтобы распределить нагрузки на лицевую сторону стены и уменьшить пропускную способность соединения, необходимую для первичных слоев арматуры.

На рис. 6 показана секция стены MSE с первичным и вторичным армированием георешеткой.

Программа MSEW использовалась для проектирования проекта Portola South в соответствии с методологией проектирования FHWA (Berg et al. 2009). Программа MSEW позволяет использовать вставку вторичной арматуры при расчете прочности соединения, а первичную георешетку использовать для всех других расчетов.

Рис. 6. Типичная секция стены MSE с первичной и вторичной георешеткой Рис

7. Террасные стены ТРО на проекте Portola South Рисунок

8. Вторичная георешетка на лицевой стороне стены в проекте Portola South

Можно исследовать самую высокую часть стены № 4, чтобы сравнить использование только основной георешетки с первичной и вторичной, чтобы определить экономию георешетки. Таблица 1 показывает, что использование вторичного армирования уменьшило общее количество георешетки на 28,7%, обеспечивая при этом конструктивно прочную и экономически целесообразную систему ТРО.

Таблица 1. Процент уменьшения площади георешетки в стене № 4.

УСТАНОВКИ LAKE SHERWOOD PCM MSE НА СТЕНЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИМЕРА

Озеро Шервуд, штат Калифорния, представляет собой некорпоративное сообщество в горах Санта-Моника, расположенное в округе Вентура. Проект подпорной стены блока PCM на 2013–2014 годы состоял из строительства одиннадцати подпорных стен, высота которых варьировалась примерно до 16 футов. Стены были построены для создания проезжей части и новых участков в элитном жилом комплексе. Стены из ПКМ были выбраны как из-за их эстетичного внешнего вида, так и из-за гравитационных стен во многих местах. Конфигурации стен варьировались и включали как вырезанные, так и насыпные стены, поддерживающие как ровные, так и наклонные условия. Гравитационные стены из ПКМ обычно достигают высоты около 7,5 футов, но требуют использования более крупных бетонных блоков глубиной 60 дюймов. Для стен в грамотных разрезах коренных пород использовались еще более высокие гравитационные стены.

В геотехническом отчете рекомендуется PGA 0,47 г, а сейсмическая дезагрегация на веб-сайте Геологической службы США за 2008 г. сообщила, что PGA 0,34 г имеет 10% -ную вероятность превышения через 50 лет. Программное обеспечение для проектирования SRWall использовало методологию Mononobe Okabe (MO), описанную в руководстве по проектированию NCMA (NCMA, 2010). Известные ограничения метода МО включают высокое ускорение грунта и высокие уклоны выше и ниже стен MSE. По этим причинам сейсмический анализ был разделен для рассмотрения внутренних и внешних видов разрушения. Внешние режимы отказов конструкции MSE были проанализированы аналогично усиленному склону. Были завершены псевдостатические анализы глобальной сейсмической устойчивости, в том числе армирование георешеткой. Специальная публикация Калифорнийской геологической службы (CGS) 117A (Руководство по оценке и снижению сейсмической опасности в Калифорнии ) использовалось для выбора псевдостатического коэффициента с использованием рисунка 1 на странице 30 документа. Метод CGS определил псевдостатический коэффициент 0,24 для землетрясения, имеющего PGA 0,47 g PGA. Затем были выполнены расчеты внутренней сейсмической устойчивости с использованием максимального значения PGA, рекомендованного AASHTO (2002 г.) , равного 0,29g. Как CGS, так и AASHTO предполагают некоторое смещение в качестве основы для снижения PGA. Анализы внутренней устойчивости привели к некоторому перенапряжению соединения при сейсморазведке.

При проектировании использовалась вторичная арматура из георешетки длиной 4 фута для ручного распределения нагрузки от первичной георешетки как на первичную, так и на вторичную арматуру. На рис. 9 изображено типичное сечение блоков PCM глубиной 28 дюймов, поддерживающих наполнитель. Следует отметить, что конструкция включала блоки PCM с положительным соединением, чтобы добавить дополнительную устойчивость к опрокидыванию самых верхних блоков при землетрясении. Использование вторичного армирования георешеткой привело к экономии затрат и повышению эффективности производства по сравнению с использованием стандартных блоков PCM глубиной 28 дюймов. Использование вторичного армирования георешеткой позволило производителю удовлетворить потребности проекта в эффективности производства.

Рис. 9. Типовой разрез стены из ПКМ с первичной и вторичной георешеткой

САН-ХОСЕ РОККИРИЙ MSE НА СТЕНЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

Для нового подразделения в Сан-Хосе, штат Калифорния, были выбраны и одобрены городскими властями подпорные стены рокария на основании их эстетической привлекательности. Стены альпинариев были спроектированы с использованием методов, описанных в Руководстве FHWA по землям федеральных автомобильных дорог 2006 г. « Руководство по проектированию и строительству рокариев ». В одном месте под склоном MSE должна была быть построена каменная стена. При проектировании предполагалось, что сначала будет построен МСЭ, после чего будут раскопаны стены рокария и сооружены альпинарии.

Схема георешетки для склона состояла из первичного и вторичного армирования. Подпорка для строительства рокария была спроектирована как усиление георешеткой подпорной стены MSE. Как отмечалось ранее, жесткое армирование георешеткой действует как кажущееся сцепление, чтобы обеспечить стабильную выемку грунта с почти вертикальным разрезом. Схема георешетки для склона и рокария показана на рисунке 10.. В окончательном проекте рокария предполагался более пологий уклон, чем в реальных условиях, чтобы учесть преимущество MSE и склона, усиленного георешеткой. Для этого проекта первичная и вторичная арматура из георешетки обеспечивает структуру MSE, которая затем облицовывается стеной каменного карьера вместо сборных стеновых блоков MSE. Примыкания армирования георешеткой к фасаду рокария нет. В этой конструкции первичная и вторичная арматура представляет собой облицовку MSE, которая затем защищена от атмосферных воздействий и эрозии стеной рокария. Вся армированная земляная конструкция также оценивалась с использованием анализа общей устойчивости.

Рис. 10. Типовой участок стены рокария, армированный георешеткой.

ВЫВОД

Вторичное армирование георешеткой можно использовать при оценке стен MSE для снижения стоимости и улучшения характеристик облицовки стен. В условиях высокой сейсмической нагрузки и нагрузки на вскрышные породы прочность соединения облицовки стен MSE обычно определяет конструкцию, что приводит к близкому расположению основных армирующих слоев георешетки. Использование более коротких вторичных слоев георешетки, размещенных между первичными слоями георешетки, может привести к более эффективной и экономичной конструкции.

Пол С. Франкенбергер, PE, работал в TenCate Geosynthetics , когда эта статья была первоначально опубликована. С тех пор он сменил компанию. Мэтью М. Мерритт, PE, работает в Red One Engineering, Inc. Марк Майерс, PE, GE, работает в Cal Engineering & Geology, Inc.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ССЫЛКИ (НЕ ССЫЛКИ НА В СТАТЬЕ)

Берг, Р.Р., Кристофер, Б.Р. и Самтани, Северная Каролина (2009). Проектирование и строительство механически стабилизированных земляных стен и армированных откосов – Том I , FHWA NHI-10-024, Национальный институт автомобильных дорог, Федеральное управление автомобильных дорог, Министерство транспорта США, Вашингтон, округ Колумбия, США.

NCMA, 2010 г., Руководство по проектированию сегментных подпорных стен , 3-е издание, 13750 Sunrise Valley Drive, Herndon, VA 20171.

ВанБускирк, К. (2010). Принятие и реализация концепций дизайна GRS с точки зрения консультантов , доступно на веб-сайте GCS Wall.