Слайд 1Стабилизация основания и насыпи автомобильных дорог в условиях кружевного распространения
многолетнемерзлых грунтов
Докладчик: Игошин Михаил Евгеньевич
Руководитель: к.т.н., доцент Воронцов Вячеслав
Викторович
Слайд 2Цель исследования: исследование закономерностей деформирования ЗП на многолетнемерзлых грунтах и
предложение мероприятий по укреплению оснований и насыпей при их деформациях.
Задачи
исследований:
разработать способ усиления основания и насыпи земляного полотна при реконструкции и капитальном ремонте локальных участков автомобильных дорог на многолетнемерзлых грунтах без прекращения движения автомобильного транспорта;
реализация предлагаемого способа на деформированных участках автодороги на многолетнемерзлых грунтах;
математическое моделирование температурных полей и напряженно-деформированного состояния системы «земляное полотно – основание» с сопоставлением полученных расчетами данных с результатами натурных экспериментов.
Слайд 3Научная новизна работы заключается в следующем:
предложено конструктивно-технологическое решение усиления основания
и насыпи земляного полотна на локальных участках автомобильных дорог без
прекращения движения автомобильного транспорта, заключающееся в вертикальном размещении геосинтетического материала в основании и откосной части насыпи автомобильной дороги с установкой термостабилизаторов;
экспериментально обоснована эффективность усиления основания и земляного полотна, снижения деформации и устранения дефектов автомобильных дорог на многолетнемерзлых грунтах;
определены рациональные параметры конструктивного-технологического решения по усилению основания и подоткосной части насыпи автомобильных дорог на многолетнемерзлых грунтах.
Положения, выносимые на защиту:
конструктивно-технологическое решение по усилению основания и насыпи земляного полотна автомобильных дорог на многолетнемерзлых грунтах при реконструкции и капитальном ремонте без прекращения движения автомобильного транспорта;
закономерности силового и температурного взаимодействия вертикально размещенного армирующего геосинтетического материала, закрепляемого льдогрунтовыми массивами, образованными работой термостабилизаторов, с основанием и откосной частью насыпи автомобильной дороги;
методика расчета напряженно-деформированного состояния и температурного режима основания и подоткосной части насыпи земляного полотна для определения рациональных параметров конструктивного решения.
Слайд 4 Типичные деформации земляного полотна при эксплуатации автомобильных дорог
Слайд 5 Ежегодные циклические деформации (трещинообразование, проседание дорожной одежды, механическая суффозия)
Слайд 6 Обследование экспериментального участка до устройства мероприятий по стабилизации дефектов и
перемещений покрытия 2012 г.
Слайд 7Инженерно-геокриологические условия участка проложения автомобильной дороги
Слайд 8Температурный режим грунтов основания земляного полотна
Графики температуры грунта по глубине
на момент проведения инженерно-геологических изысканий: t – температура в градусах
Цельсия; h – глубина в метрах
Скважина № 259
Скважина № 260
Скважина № 246
Скважина № 236
Схема развития деформаций. Максимальные вертикальные перемещения достигают 11 см; горизонтальные перемещения достигают 19 см; вектор развития горизонтальных смещений направлен в сторону непромерзающего водоема.
Слайд 9Показатели физических, теплофизических, прочностных и деформационных свойств грунтов
Слайд 10Методы укрепления основания и насыпи для транспортных сооружений
Укрепление насыпей горизонтальными
прослойками из геосинтетического материала (I, II принципы)
Устройство насыпей с теплоизоляцией
(I принцип)
Армогрунтовые конструкции:
а – армированная насыпь; б – нагельное крепление откосов; в – армированный контрбанкет:
1 – внутреннее армирование; 2 – откосное армирование; 3 – армирование основания; 4 – металлические нагели; 5 – поверхностное укрепление (георешетки, плиты, торкретбетон); 6 – горизонтальное армирование; 7 – вертикальное армирование (бетонные микросваи)
Слайд 12Граница оттаивания
Оценка температурного и напряженно-деформированного состояния
Слайд 13 Конструктивное решение по стабилизации деформаций автомобильной дороги на ММГ
Воронцов В.В.,
Краев А.Н., Игошин М.Е.,
Ушаков А.Е. Автомобильная дорога на многолетнемерзлых грунтах.
Патент на изобретение № 2551174 Е01С 3/00 опубл. 20.05.2015. Бюл. № 14.
Слайд 14Обследование и реализация конструктивного решения в практику
Слайд 15Прогноз температурных полей во времени в программном комплексе Fem models
«Termoground»
Окончание зимнего периода первого года эксплуатации
Окончание летнего периода первого
года эксплуатации
Начало осеннего периода второго года эксплуатации
Окончание зимнего периода второго года эксплуатации
Слайд 16Сравнение результатов расчетных и экспериментальных значений температур грунтов основания
Слайд 17Численное моделирование НДС в программном комплексе Plaxis 3D
1. Техногенный
грунт; 2. Песок средней крупности, влажный; 3. Торф насыщенный водой;
4. Торф пластичномерзлый льдистый; 5. Супесь пластичномерзлая среднезаторфованная; 6. Песок мелкий с прослоями торфа; 7. Песок средней крупности насыщенный водой.
Слайд 18Естественное основание. Изолинии горизонтальных перемещений.
Основание с льдогрунтовыми массивами. Изолинии горизонтальных
перемещений.
Основание с льдогрунтовыми массивами и геосинтетическим материалом Геоспан ТН-80. Изолинии
горизонтальных перемещений.
Численное моделирование НДС в программном комплексе Plaxis 3D
Слайд 19Численное моделирование НДС в программном комплексе Plaxis 3D и Fem
models
Слайд 20 Технология армирования основания и конструкции земляного полотна на вечномерзлых
грунтах с таликовой зоной.
Слайд 21Размещение оборудования для термомеханического мониторинга существующей автомобильной дороги.
Термокоса
Термометрическая труба
Регистрирующая
аппаратура
Грунтовые марки
Месдозы
Слайд 22Схема расположения термометрических скважин
Слайд 23Общий вид грунтовой марки
Внедрение грунтовой марки
Заполнение скважины сухим песком
Размещение датчика
перемещения в защитном кожухе
Слайд 24Погружение вертикальных месдоз
Измеритель деформаций ИТЦ-03пм-40-6рк, плата для подключения месдоз
Месдоза перед
сборкой
Погружение горизонтальных месдоз
Слайд 25Общий вид экспериментального участка
Слайд 26Динамика развития деформаций на проезжей части автомобильной дороги.
Слайд 272014 г. (в летний период был выполнен ремонт покрытия)
2015 г.
2016
г. (в летний период был выполнен ремонт покрытия)
Экспериментальный участок
без внедрения конструктивных решений
Динамика развития деформаций на проезжей части автомобильной дороги.
Слайд 28Изолинии температуры, полученные по результатам наблюдений температурного режима основания и
насыпи земляного полотна, и расчетные значения температуры грунтов
Расчетная область образования
льдогрунтового массива после трех лет эксплуатации термостабилизаторов грунта
Экспериментальные значения температур грунта: слева - на конец холодного периода (март); справа - на конец теплого периода (сентябрь)
Слайд 29Изолинии вертикальных перемещений, мм:
Окончание летнего периода 1-й год эксплуатации
Окончание зимнего
периода 1-й год эксплуатации
Окончание летнего периода 2-й год эксплуатации
Окончание зимнего
периода 2-й год эксплуатации
Окончание летнего периода 3-й год эксплуатации
Слайд 30Уточнение коэффициентов для температурной модели в программном комплексе Fem models
«Termoground»
Значение коэффициентов a, b, c, d
Значение коэффициентов a, b,
c в зависимости от скорости промерзания V
Слайд 31Разработка технико-экономического обоснования для определения рациональных параметров конструктивного решения
Слайд 32Технико-экономические показатели существующей конструкции
Сроки окупаемости вложенных инвестиций
Слайд 33Выводы:
1. Разработан способ усиления основания и насыпи земляного полотна при
реконструкции и капитальном ремонте локальных участков автомобильных дорог на многолетнемерзлых
грунтах без прекращения движения автомобильного транспорта, заключающийся в вертикальном размещении армирующего геосинтетического материала в основании и откосной части земляного полотна, закрепляемого льдогрунтовыми массивами.
2 На основании численного моделирования НДС и температурного режима грунтов основания и земляного полотна автомобильной дороги с применением предложенного конструктивного решения отмечены следующие результаты:
- расчетные значения горизонтальных перемещений по результатам мониторинга и численного моделирования на участке автомобильной дороги до внедрения конструктивного решения составили 18 см;
- предложенные мероприятия по стабилизации деформаций конструкции земляного полотна и основания автомобильной дороги привели к снижению горизонтальных перемещений на 15% и составили 8,91 см, что соответствует результатам натурных наблюдений;
- результаты расчета и измерений температур идентичны. Максимальное расхождение расчетных и измеренных температур составило от 0.01 до 1.350С, приурочено к участкам пиковых значений температуры;
- по результатам расчетов установлено, что после первого года эксплуатации автомобильной дороги с предложенным конструктивным решением образуется сплошной ледопородный массив, представляющий своеобразную подпорную стенку для обеспечения устойчивости откосов и основания насыпи, работающий всесезонно. Диаметр мерзлого грунта в подоткосной части основания насыпи земляного полотна после первого года эксплуатации термостабилизаторов составляет около 3.6 м.
4. Разработана технология устройства конструктивного решения в рамках капитального ремонта автомобильной дороги без прекращения движения автомобильного транспорта.
3. В результате проведенного экономического сравнения выявлено, что устройство предлагаемого конструктивного решения снижает затраты на содержание и ремонт автомобильной дороги до 20% за пятилетний период с учетом затрат на выполнение работ по геотехническому мониторингу.
4. В результате расчета НДС конструкции автомобильной дороги, рекомендуемым расстоянием между термостабилизаторами, предлагается принимать не более 7 м.