Вопрос 3. Прогноз хода осадки основания насыпи во времени

При соотношении размеров насыпи и мощности слабого грунта, равном   и при условии, когда водопроницаемость и скорость отжатия поровой воды в горизонтальном направлении значительно меньше, чем в вертикальном, применяется схема одномерной консолидации.

Руководствуясь положениями пп. 3.20 - 3.24 и в соответствии с расчетной схемой насыпи, устанавливается та часть в активной зоне, которая работает в условиях открытой системы. Для каждого расчетного слоя именно для этой его части определяется максимальный путь фильтрации отжимаемой поровой воды. Прогноз осадки во времени проводится для наиболее невыгодного слоя с точки зрения прохождения осадки во времени (максимальная длительность при наибольшей величине осадки). В случае затруднений выделения такого слоя осуществляют прогноз хода осадки во времени для нескольких слабых слоев основания и ориентируются на самый длительный срок завершения осадки при значимой её величине.

В результате прогноза осадки во времени слабого основания должно быть рассчитано время завершения требуемой степени консолидации грунтов выделенных слоев или время достижения требуемой интенсивности осадки в зависимости от типа дорожной одежды.

Прогноз хода осадки осуществляется по различным зависимостям для соответствующих участков консолидационной кривой. Выбор расчетных формул для прогноза осадки насыпи во времени предопределяется участком консолидационной кривой, для которого осуществляется прогноз, и зависит от разновидности, состояния и свойств слабых грунтов, а также условиями их работы в системе «грунт-сооружение» (величина нагрузки, режим ее приложения, условия дренирования и т.д.). Для участка дофильтрационной консолидации прогноз осадки определяется исходя из зависимости

                                                       (29)

где Т_дфi - время достижения заданной относительной деформации λ_i реальным слоем при расчетной нагрузке.

Примечание. Под λ_i понимается фактическая относительная деформация за вычетом условно мгновенной деформации: λ_i = λ - λ_мгн, где λ - от начала отсчета, λ_мгн - см. формулу (35).

Прогноз хода осадки на участке первичной фильтрационной консолидации выполняют по формуле

                                                      (30)

или по выражению

                                                     (31)

где   - время достижения заданной степени консолидации U_i реальным слоем (или λ_i);

 - коэффициент, зависящий от степени консолидации и устанавливаемый по таблице 3.4 для равномерно распределённой эпюры нагрузки;

Н_ф - путь фильтрации воды из слоя;

Т_дф - время завершения дофильтрационной консолидации;

 - коэффициент консолидации, определяемый непосредственно по консолидационным испытаниям (в формуле 29 U = 5 %, в формуле 30, если не задано, то U = 50 % от фильтрационной консолидации);

 - консолидационный параметр, определяемый по результатам консолидационных испытаний двух идентичных образцов с разными условиями дренирования.

Таблица 3.4

Значения коэффициента N_u в зависимости от степени консолидации

U, %	Nu	U, %	Nu
20	0,03	70	0,40
30	0,07	80	0,57
40	0,12	85	0,69
50	0,20	90	0,85
60	0,29	95	1,13

Примечание. Степень консолидации на участке первичной фильтрационной консолидации следует определять по выражению:

                                                    (32)

где λ_кон - максимальная деформация фильтрационной консолидации;

λ_дф - максимальная относительная деформация дофильтрационной консолидации.

3.51. На участке вторичной фильтрационной консолидации прогноз осадки во времени осуществляют по формуле:

                                                  (33)

где     - время завершения заданной степени консолидации соответственно слоя и образца;

t_дф - время завершения дофильтрационной консолидации образцом;

h_ф - путь фильтрации воды из образца;

n - показатель степени консолидации, изменяющийся от 2 до 0, определяемый по приложению 2 (Б) (рис. Б.6) или из опыта.

Для прогноза скорости прохождения осадки слоев слабых грунтов необходимо знание консолидационных характеристик, которые могут быть определены по результатам испытаний грунтов выделенных слоев или по классификационным таблицам (для ориентировочных расчетов).

На участке консолидации объемной ползучести прогноз достижения заданной степени консолидации слабых грунтов может быть выполнен по формуле

                                                     (34)

где λ_ф, λ_Пi - относительная деформация соответственно на момент окончания вторичной фильтрационной консолидации Т_ф и на рассматриваемый момент времени на стадии консолидации ползучести Т;

т - консолидационный параметр, определяемый как тангенс угла наклона участка прямой, описывающий этап консолидации ползучести, к оси времени в пределах логарифмического цикла кривой консолидации вида λ = f(lg t).

Прогноз осадки во времени слабых грунтов, для которых характерен процесс консолидации, состоящий из дофильтрационной консолидации и консолидации объемной ползучести, может быть осуществлен на этапе дофильтрационной консолидации также и по формуле

                                                   (35)

где λ_дф, Т_дф - относительная деформация на этапе дофильтрационной консолидации и время ее достижения (для требуемой степени консолидации);

λ_мгн, T_мгн - относительная условно-мгновенная осадка и условно-мгновенное время, принимаемое равным единице измерения времени прохождения осадки;

т₁ - угловой коэффициент первого прямолинейного участка кривой консолидации λ = f(lg t) к оси времени в полулогарифмическом масштабе.

Методика выделения этапов консолидации слабых грунтов различных разновидностей, а также методики определения консолидационных параметров изложены в приложении 2 (Б).

В общем случае для установления времени достижения допустимой интенсивности осадки расчётного слоя (или слоев) основания необходимо построить кривую консолидации в виде S = f(T). Кривая S = f(T) строится с помощью приведённых выше формул (29 - 35) для слабых грунтов различных разновидностей и их состояния. К полученной кривой консолидации слоя проводится касательная, угол наклона которой предопределяется требуемой интенсивностью осадки (2 см/г или 5 см/г.). Точка касания прямой и кривой определит (по оси времени) время достижения требуемой интенсивности затухания осадки. Пример построения дан в приложении 5 (Д).

Если максимальное время достижения допустимой интенсивности осадки для наиболее невыгодных слоев основания на расчётных поперечниках превышает заданный срок строительства и возможный технологический перерыв между окончанием возведения насыпи и началом устройства дорожной одежды, то для участков трассы с такими поперечниками следует запроектировать мероприятия для ускорения осадки насыпи (временная пригрузка, вертикальные дрены, частичная замена слабого грунта, сваи-дрены и др.).