Details

В данной работе рассмотрено влияние грунтовых свай из щебня на земляное полотно со слабыми грунтами, с помощью расчётной модели. Исследование проводилось на основе трёхмерного численного моделирования в программном комплексе Midas GTS NX методом конечных элементов. В качестве объекта изучения выбраны основания сооружений до и после усиления слабых грунтов, а предметом стало изменение физико-технологических процессов в грунтовом массиве при устройстве свай из щебня. В первой главе выполнен анализ существующих методов усиления слабых грунтов: глубинного смешения, инъекционных технологий, конструктивных методов (замена грунта, взрывной способ) и метода грунтовых свай. Обоснован выбор щебёночных свай как наиболее эффективного и экономически целесообразного способа для условий дорожного строительства. Во второй главе приведены характеристики грунтов рассматриваемого участка (суглинки тяжелые пылеватые мягкопластичный и текучий, подстилаемые гравийным грунтом), описаны действующие нагрузки (постоянные от насыпи и дорожной одежды, временные от транспортного потока АК класса 11,5). Построена трёхмерная конечно-элементная модель насыпи высотой 6 м на слабом основании; для случая без усиления расчётная осадка превысила 4,5 м, что превышает допустимые нормы. Представлены аналитические зависимости для определения параметров усиления (ширина зоны, коэффициент стабильности, осадка,  устойчивость откосов, приведённый модуль деформации). В третьей главе выполнены расчёты с разными вариантами расстояний между сваями (от 1,80*1,60 м до 3,40*3,20 м). Получены поля вертикальных перемещений, изолинии напряжений, значения максимальных осадок и коэффициенты устойчивости. Выявлена закономерность роста осадки с увеличением шага. Определены наиболее рациональные расстояния между сваями (2,40*2,20 м и 2,60*2,40 м), обеспечивающие допустимые деформации и высокую устойчивость при значительной экономии материала. Разработаны практические рекомендации по выбору шага свай в зависимости от категории дороги и типа дорожного покрытия.

This work examines the effect of crushed stone soil piles on a subgrade with soft soils, using a computational model. The study was conducted using 3D numerical modeling in the Midas GTS NX software package using the finite element method. The study focused on the foundations of structures before and after strengthening soft soils, and the subject matter was the change in physical and technological processes in the soil mass during the installation of crushed stone piles. The first chapter analyzes existing methods for strengthening soft soils: deep mixing, injection technologies, structural methods (soil replacement, blasting), and the soil pile method. The choice of crushed stone piles is justified as the most effective and cost-effective method for road construction conditions. The second chapter presents the soil characteristics of the section under consideration (heavy, silty, soft-plastic, and flowing loams underlain by gravel) and describes the acting loads (permanent loads from the embankment and pavement, and temporary loads from traffic flow, AK class 11.5). A three-dimensional finite element model of a 6-meter-high embankment on a weak foundation is constructed; for the case without reinforcement, the calculated settlement exceeded 4.5 meters, which exceeds permissible standards. Analytical relationships for determining the reinforcement parameters (zone width, stability coefficient, settlement, slope stability, and reduced deformation modulus) are presented. In the third chapter, calculations are performed with various inter-pile spacings (from 1.80 x 1.60 m to 3.40 x 3.20 m). Vertical displacement fields, stress contours, maximum settlement values, and stability factors are obtained. A pattern of settlement increase with increasing spacing is revealed. The most efficient inter-pile spacings (2.40 x 2.20 m and 2.60 x 2.40 m) are determined, ensuring acceptable deformations and high stability with significant material savings. Practical recommendations for selecting pile spacing depending on the road category and pavement type are developed.