Подготовка под крепления откосов

Подготовка, укладываемая по поверхности откосов, является составной частью крепления. Правильно подобранный фракционный состав подготовки и размер ее определяют надежность всего крепления.

По характеру работы различают два вида подготовок. Первый вид - так называемый выравнивающий, применяют для придания откосу проектного профиля и создания постели, обеспечивающей плотный контакт с тыловой поверхностью покрытия. Подбор состава и толщины подготовки в этом случае не рассчитывают, а задают, исходя из производственных условий. Второй вид подготовки, которую можно назвать фильтровой выполняется по расчету. Такая подготовка необходима для предупреждения фильтрационных деформаций вследствие появления фильтрационных сил.

По условию работы, фильтровая подготовка должна быть многослойной, уложенной по типу обратного, фильтра. Подбор фракционного состава фильтра начинают с первого слоя, добиваясь, чтобы через него не проникали частицы грунта откоса. Фракционный состав всех последующих слоев фильтра подбирают по тому же принципу- непроходимости расчетных фракций одного слоя в поры смежного с ним. Таким образом, обратный фильтр обычно имеет 2 - 4 слоя, причем крупность частиц последнего слоя определяется размерами поровых ходов защитного покрытия.

Практически осуществить такой обратный фильтр очень трудно, так как потребуются неоправданно большие работы по фракционированию грунтов. Поэтому для отдельных слоев фильтра применяют смесь, имеющую, различный фракционный состав, с ограничением численного значения коэффициента неоднородности.

Исследования последнего времени показали возможность применения фильтровой подготовки, состоящей из одного слоя, но с характером работы, подобным многослойной.

В практике прошлых лет толщину многослойной фильтровой подготовки под проницаемые покрытия назначали без расчета, принимая размер каждого слоя по строительным условиям. При подборе фракций отдельного слоя рекомендовалось принимать коэффициент неоднородности:


;       и т.д.,             (105)


где  верхний   индекс   означает   номер  слоя  обратного фильтра.
В некоторых случаях для каменных покрытий значение коэффициента неоднородности увеличивали, принимая .

Одновременно рекомендовалось, чтобы коэффициент межслойности (отношение расчетных размеров частиц вышележащего слоя фильтра к частицам нижележащего слоя) был не более 10, т. е.

(106)

где      - средний размер частиц нижнего слоя;
- то же, верхнего слоя.

В последнее время даны приближенные экспериментально-теоретические методы расчета фильтровой подготовки, которые дают возможность определить толщину подготовки и зерновой состав каждого слоя, отвечающий условию отсутствия фильтрационных деформаций.

По предложению М. И. Лупинского, фильтровая подготовка может быть выполнена однослойной с использованием разнозернистой смеси, фракционный состав которой должен удовлетворять заданной кривой механического состава. При этом М. И. Лупинский указывает, что такая смесь часто встречается в естественных залежах или получается при дроблении камней в щековых камнедробилках. В случае несоответствия смеси требуемому фракционному составу она может быть получена искусственно путем добавления недостающих фракций.

По    методике,   разработанной   П.   А.   Шанкиным,   обычно   именуемой   как  метод ЦНИИЭВТ,   возможно рассчитывать как однослойную, так и многослойную фильтровую   подготовку,   применяя ее по выбору. Основная расчетная формула этого метода -

(107)

где   - расчетный размер частиц грунта   фильтра  вышележащего  слоя;
- то же, нижележащего слоя, при отсчете слоев от покрытия к грунту откоса;
- толщина слоя фильтровой подготовки;

-  коэффициент, определяемый  по  графику (рис.71), который построен   при   значении   ;
когда   ,  расчетное значение коэффициента корректируется по зависимости:

(108)

Рис. 71  График для определения коэффициента при

 

Из основной расчетной зависимости (107) путем логарифмирования может быть получена формула для определения толщины слоя фильтровой подготовки:

(109)

При расчете однослойной фильтровой подготовки, когда требуется определить ее толщину, формула (109) в соответствии с обозначениями, принятыми на рисунке 72, а, может быть представлена в таком виде:

(110)

где      d1 - расчетный размер частиц грунта   однослойной подготовки; d0 - расчетный размер частиц грунта откоса, на который укладывается подготовка.

Значение d1 принимается из условия непроходимости частиц грунта подготовки через швы и зазоры в покрытии.

Для сплошного покрытия в виде плит с открытыми швами принимают

(111)

где bш - ширина открытого шва между плитами.

 


Рис. 72. Схема расположения слоев фильтровой подготовки:
а - при однослойной;  б - многослойной;  1 - плиты;  2 - мостовая;   3 - поверхность  откоса.

Для каменного крепления принимают

(112)

где - расчетный размер камня.
Когда расчетный размер камня покрытия , целесообразно укладывать поверх фильтровой подготовки промежуточный слой из камней, размер которых принимается по зависимости:

(113)

причем меньший размер берется для мостовой, а больший - для каменной наброски.


В тех случаях, когда толщина однослойной фильтровой подготовки,  вычисленная по  формуле   (110), получается значительной, принимают двухслойную подготовку  (рис. 72,б), толщина которой  получается  меньше.
При двухслойной подготовке толщину первого слоя обычно задают, исходя из производственных условий. Расчетный размер частиц грунта первого слоя d1 определяют по зависимости (107), руководствуясь принятым типом покрытия. Зная и d1, находят расчетные размеры частиц грунта второго слоя – dІІ. Затем по формуле (110) при подстановке в нее dІІи d0вычисляют толщину второго слоя подготовки. Если расчетный размер этого слоя будет мал, конструктивно возможную толщину принимают по производственным условиям. Наоборот, если получается большой, задают третий слой подготовки, расчет которого ведут по предыдущему.
Фильтровую подготовку при расчете по этому методу принимают с коэффициентом неоднородности, равным:

для однослойного фильтра 5-6;

для верхнего слоя двухслойного фильтра 2-3;

для нижнего слоя двухслойного фильтра 6-8.

Расчеты фильтровой подготовки по формулам (107) и (109) справедливы при соблюдении следующих условий:

(114)
(115)

Когда неравенства (114) и (115) не соблюдаются, толщина подготовки принимается по конструктивным соображениям, так как здесь имеет место геометрическая непроходимость частиц.

Следует иметь в виду, что однослойная и многослойная фильтровая подготовка представляет собой разнозернистую смесь, в которой за расчетный размер частиц грунта как dn, так и dn+1 во всех случаях принимается

d = dрас = d50 (116)

Этот же показатель относится и к грунту откоса.

Приведенный метод расчета фильтровой подготовки соответствует случаю, когда откос сложен из несвязных грунтов; при связных грунтах его предварительно покрывают слоем песчаного грунта.

В работах В. С. Истоминой отмечается, что вопрос о выборе для подготовки под покрытие откосов из связных грунтов еще не разработан полностью. До получения более полных данных она рекомендует зерновой состав подбирать по графику (рис. 51). Для суглинистых и глинистых откосов В. С. Истомина предлагает слои, контактируемые с откосом, укладывать из гравелисто-галечниковых или щебенистых грунтов, но не песчано-гравелистых, так как крупнопористый материал вдавливается в связные грунты на большую глубину, и создается дополнительная контактная прочность.

Учитывая, что затраты на выполнение подготовки под покрытие из минеральных грунтов значительны, изыскиваются новые пути устройства подготовок.

Заслуживает внимания предложение И. К. Никитина о применении в качестве подготовки волокнистых фильтров из минерального искусственного волокна. Такой войлок может быть изготовлен в виде рулонов или матов толщиной 25 - 30 мм.

Проведенные автором лабораторные испытания креплений откосов из сборных плит с применением подготовки из волокнистых материалов в качестве фильтров показали большую устойчивость покрытия по сравнению с гравийной подготовкой. Выполненные подсчеты, правда, не претендующие на полноту, показали экономичность подготовки из нового материала.