РОЗДІЛ 2
ТЕХНОЛОГІЧНІ ОСНОВИ СТІЙКОСТІ УКОСІВ, АРМОВАНИХ ГЕОСИНТЕТИЧНИМИ МАТЕРІАЛАМИ
2.1. Постановка мети й задач досліджень
Технологія зведення укосів, армованих геосинтетичними матеріалами, може мати, при визначених вимогах до укосу, найбільш високу ефективність серед розглянутих методів укріплення укосів. Для широкого впровадження в будівельну практику, цю технологію необхідно вдосконалювати, щоб зменшити або взагалі усунути ряд недоліків, які вона має.
Найбільш істотним недоліком технології, що розгрядається є те, що її конструктивні параметри встановлені безпосередньо за результатами практичного досвіду, без проведення системних наукових досліджень. Це призводить до погіршення техніко-економічних показників робіт по армуванню укосів цими матеріалами. Зокрема, збільшення вартості робіт може відбуватись в результаті недоцільної перевитрати армуючих полотен, що в свою чергу веде до збільшення об'ємів земляних робіт. Недостатня довжина армуючого матеріалу чи необґрунтована товщина армованого шару чи висота укоса може привести до того, що він буде мати недостатню стійкість.
Таким чином, сьогодні назріла необхідність вдосконалення існуючої технології та розробка надійної та ефективної технології зведення укосів, армованих геосинтетичними матеріалами. Необхідність більш широкого застосування такої технології з одного боку, та відсутність науково-обґрунтованих оптимальних конструктивно-технологічних параметрів, з іншого боку, створюють проблемну ситуацію. Для її вирішення й виконані представлені дисертаційні дослідження.
Тому метою дисертаційної роботи є вдосконалення технології зведення ґрунтових споруд з кутом укосу, вищим за природній, шляхом розробки нового способу підвищення їх стійкості та визначення оптимальних технологічних параметрів його реалізації
2.2. Формування наукової гіпотези
При розробці котлованів, вертикальному плануванню майданчиків з уступами, влаштуванні виїмок і насипів, зведенні споруд на схилах і в ряді інших випадків доводиться звертати увагу на стійкість масивів ґрунту в укосах. Влаштування пологих укосів різко збільшує вартість будівництва. Круті неукріплені укоси можуть привести до аварій.
Основними причинами втрати стійкості укосів є:
- усунення природної опори масиву ґрунту внаслідок розробки котлованів, траншеїв, підмиву укосу й т.п.;
- збільшення зовнішнього навантаження на укіс (зведення споруд або складання матеріалів на укосі чи поблизу його брівки);
- влаштування неприпустимо крутого укосу;
- збільшення питомої ваги ґрунту в призмі обвалення в результаті заповнення водою його пор (у випадках, коли ґрунт не повністю насичений водою);
- вплив підіймаючої дії води на ґрунти в основі;
- збільшення гідродинамічного тиску води, що виходить через поверхню укосу;
- зниження зчеплення та тертя ґрунту при його зволоженні, що часто обумовлено підняттям рівня підземних вод, а також при розпушенні внаслідок промерзання й відтаювання;
- динамічні впливи при русі транспорту, забиванні паль, прояві сейсмічних сил і ін.
Порушення стійкості укосів часто є результатом декількох причин. При виборі технології та матеріалів для армування укосів необхідно оцінювати ймовірні зміни умов існування ґрунтів в укосах протягом усього періоду їх експлуатації та вчасно вживати заходів збереження стійкості.
Види порушення стійкості укосів показані на рис 2.1.
Рис. 2.1. Види порушення стійкості укосів:
а - видавлювання слабкого ґрунту основи; b - руйнування й ковзання ґрунту по поверхні укосу; с - втрата стійкості насипу разом із ґрунтом основи
Гіпотетично, застосування армування укосів геосинтетиками виправдано у випадках b) і с). У цих випадках армування, що зміцнює насип, перешкоджає її деформації, тому що при цьому кожний армований шар має жорстку фіксацію в тілі насипу.
Існує технологія армування укосів з кутом, що перевищує природний на основі застосування геосинтетичних матеріалів. Останнім часом така технологія одержала широке поширення. Однак, параметри такої технології встановлені без проведення системних наукових досліджень, які б дозволили вибрати їхню оптимальну величину.
Як наукова гіпотеза покладено таке. Аналіз відомих досліджень по темі роботи дозволив сформулювати гіпотезу про вплив технологічних факторів на показники стійкості армованих укосів. Результати системних наукових досліджень повинні дати можливість визначити найбільш значимі фактори і їх співвідношення при влаштуванні укосів з необхідними параметрами в різних умовах. Очевидно, що для різних умов влаштування укосів таке співвідношення буде різним.
Використання виявленого оптимального співвідношення факторів дозволить влаштовувати укоси, здатні витримувати більші навантаження при необхідних умовах. У дисертації розглянуті три основних умови експлуатації укосів. Перше ? відсутність осадових деформацій. Друге ? деформації, які не перевищують гранично допустимих значень. Третє ? дотримання умови збереження стійкості укосів з будь-якими осадовими деформаціями, але без обвалення.
Для того, щоб розробити ефективну технологію армування укосів із застосуванням геосинтетичних матеріалів, необхідно було проаналізувати вплив конструктивно-технологічних факторів на стійкість укосу, і виявити ті, які мають найбільший вплив і перевірити цей вплив експериментально.
Для одержання достатньої вірогідності результатів експериментів використана теорія експериментально-статистичного моделювання, обрані найбільш значимі фактори й застосована математична обробка результатів за допомогою сучасного програмного забезпечення на ПК.
2.3. Вибір найбільш значимих технологічних факторів для експериментальних досліджень
При армуванні укосів геосинтетичними матеріалами одним з параметрів, які найбільше визначають технологію процесу, є стійкість формованого укосу. Чим надійнішу конструкцію хочемо одержати, тим більше ускладнюється технологічний процес. При влаштуванні укосів, у яких кут укосу м