ГЛАВА 7. ПОВЫШЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ СООРУЖЕНИЙ, РАСПОЛОЖЕННЫХ НА СКЛОНАХ

7.1. Проектирование и устройство контрбанкетов (ч. 1)

Наиболее эффективными мероприятиями по закреплению неустойчивого (оползневого) склона с расположенными на нем сооружениями является устройство контрбанкетов, контрфорсов и удерживающих конструкций. Применение других противооползневых мероприятии освещено в литературе [89, 90, 92 и др.].

Следует иметь в виду, что сооружения, построенные на склонах, могут деформироваться и независимо от степени устойчивости склона. Если склон или откос, на котором (или вблизи которого) возведено сооружение, устойчив, а деформации фундаментов происходят, то причины этих деформаций нужно искать в недостаточной несущей способности основания или прочности фундамента. В этом случае усиление фундаментов и самих сооружений производится рассмотренными в главах 3—6 методами.

Деформации сооружений, построенных на оползневых склонах, могут происходить как из-за воздействия давления неустойчивых масс грунта на конструкции сооружения, так и вследствие разрыхления грунта в основании фундамента при смещении оползневых масс вниз по склону. В этих случаях усиление и реконструкция фундаментов, как правило, должны сопровождаться укреплением всего склона, на котором расположены здания и сооружения. Иногда допускается выполнять усиление лишь фундаментов сооружения на склоне с тем, чтобы оползень, продолжая двигаться, "обтекал" конструкции фундаментов. Однако такой случай допустим лишь тогда, когда не предполагается использование окружающей сооружение территории (усиление фундаментов опор газо- и нефтепроводов, линий электропередач и т.п.).

При обследовании усиливаемого или реконструируемого здания или сооружения и выполнении инженерно-геологических изысканий склона необходимо устанавливать причины нарушения устойчивости грунтов и появления оползневых подвижек, а также определять вид воздействия смещающегося грунта на фундамент здания или сооружения (см. п. 1.5). С этой целью все изыскания на склоне (геодезические и геологические) следует выполнять в полном соответствии с нормативными документами [89, 90].

В зависимости от инженерно-геологической обстановки на склоне, характера деформаций расположенных на нем сооружений и результатов технико-экономического сравнения вариантов при проектировании укрепления неустойчивого склона могут осуществляться следующие противооползневые мероприятия (по отдельности и в сочетании друг с другом): террасирование или уполаживание склонов, водопонижение и поверхностный водоотвод, дренирование подземных вод, сооружение подпорных стен, устройство контрфорсов и контрбанкетов, применение противооползневых удерживающих свайных конструкций, одерновка и озеленение склонов, закрепление грунтов химическим или иным способами, устройство берегоукрепительных сооружений.

Перед началом проектирования противооползневых мероприятий необходимо на основании полученных материалов инженерно-геологических изысканий расчетным путем установить степень устойчивости укрепляемого склона. Методов оценки устойчивости склонов и откосов существует очень много. Однако для практических расчетов [92, с. 11—14] могут быть рекомендованы следующие:

• 1) метод круглоцилиндрической поверхности скольжения (для склонов с относительно однородными грунтами, когда поверхность скольжения не предопределена геологическим строением склона и не установлена материалами изысканий);
• 2) метод горизонтальных сил Маслова-Берера;
• 3) аналитический метод Шахунянца (для склонов, у которых положение и конфигурацию поверхности скольжения можно установить по материалам инженерно-геологических изысканий).

При выполнении расчетов без применения ЭВМ может использоваться и ускоренный способ расчета методом Шахунянца [92, с. 14—17]. Следует отметить, что метод круглоцилиндрической поверхности скольжения применим лишь для определения коэффициента устойчивости склона, а методы Маслова-Берера и Шахунянца — также и для определения оползневого давления, на которое следует рассчитывать противооползневую удерживающую конструкцию. Учитывая многоплановость условий работы грунтового склона или откоса, вычисления требуется производить несколькими методами для возможности всестороннего анализа получаемых результатов.

Введем следующие обозначения: K_у — фактический коэффициент устойчивости склона; Е_оп — суммарное оползневое давление на удерживающую конструкцию; K^з_y — задаваемый коэффициент устойчивости для укрепляемого склона; γ_w — плотность воды; с_i, φ_i — удельное сцепление и угол внутреннего трения грунта на уровне подошвы отсека (по поверхности скольжения в данном отсеке); с_вi, φ_вi — сдвиговые характеристики водонасыщенного грунта; G_ni — нормальное напряжение в рассматриваемой точке отсека; F_pi = tg φ_i + c_i/σ_ni — коэффициент сопротивления сдвигу; ψ_pi = arctg F_pi — угол сдвига; h_i — средняя высота водонасыщенной части отсека; P_i — полный вес одного из отсеков, на которые разбивается оползневый склон (с учетом внешней временной или постоянной нагрузки от сооружений, находящихся в пределах отсека); Р_вi — вес отсека с учетом взвешивания водой; J_i — фильтрационная сила (гидродинамическое давление) в i-м отсеке; Q_ci — сейсмическая сила в отсеке.

Для расчета контрбанкетов основными являются формулы для определения коэффициента устойчивости склона, а для расчета удерживающих конструкций — формулы для вычисления оползневого давления.

Контрбанкет (рис. 7.1), представляющий собой отсыпку из грунта, предназначен для увеличения удерживающих сил в склоне под действием своего собственного веса. Следовательно, наибольший эффект будет получен от контрбанкета в том случае, когда он расположен над восходящей ветвью поверхности скольжения. В этом случае к удерживающим силам, действующим по поверхности скольжения в самом склоне, добавляются касательная составляющая веса контрбанкета (Q^k_i = P^k_isin α_i) и сила сопротивления перемещению, состоящая из силы трения по поверхности скольжения (T^k_i = P_i^kcos α_i tg φ_i).

Поэтому коэффициент устойчивости склона с учетом работы контрбанкета, например по методу круглоцилиндрической поверхности скольжения (при отсутствии грунтовых вод), выразится формулой

,

(7.1)

где q — номер расчетного отсека, над которым начинается контробанкет.

Очевидно, что при вычислении по формуле (7.1) необходимо строго учитывать знак угла наклона поверхности скольжения оси. Все веса отсеков грунта, которые расположены над нисходящей ветвью поверхности скольжения, будут увеличивать сдвигающие силы, а все веса отсеков» расположенных над восходящей ветвью поверхности скольжения, — удерживающие силы. Это не касается лишь сил трения и сцепления, которые всегда относятся к удерживающим силам. В связи с этим контрбанкет может быть расположен над ниспадающей ветвью поверхности скольжения. В этом случае силы трения должны превышать сдвигающие силы от веса контрбанкета, т.е. должно выполняться неравенство

.

(7.2)

В этом случае силы Р^k_isin α_i, относящиеся к части контрбанкета, расположенной над ниспадающей ветвью поверхности скольжения, будут сдвигающими и должны перейти в знаменатель формулы (7.1).