книги / Сдвижение горных пород.-1

Рис. 2. Прочностные характеристики основания отвала:

а —-суглинок гумусированный; б — торф; в — глина с прослоями песка; г — песок

размещения отдельных литологических разновидностей. В запад­ ной части участка, где к экскаваторным отвалам примыкает гид­ роотвал № 1, породы размещаются с помощью ЭШ-10/60, высота нижнего яруса составляет около 30 м. В подошве дамбы гидро­

отвала	имеется слой намытых суглинков	средней	мощностью
3—4 м.	Отличаясь низким сопротивлением	сдвигу,	вследствие

высокого (до 40—50%) содержания глинистой фракции, суглинки существенно ухудшают устойчивость откосов.

Характерной особенностью основания отвалов является нали­ чие в пойме слоя торфа, который залегает, в основном, на гли­ нах, а в местах их отсутствия — на слое песков. Распространение торфов неповсеместное, а мощность их колеблется в пределах от 0,3 до 5—6 м.

Расположенные в верхней части разреза толщи торф и глини­ стые отложения в значительной степени ухудшают прочность ос­ нования отвала (рис. 2). Это обстоятельство является главной причиной постоянных оползневых нарушений северного откоса от­

вала, сопровождающихся образованием вала выпирания	высо­
той 5—6 м у нижней бровки откоса и выполаживанием	откоса
до 7—10°.

Анализ горногеол.огических условий Лебединского карьера и применяемых схем отвалообразования свидетельствует о воз­ можности заметного увеличения угла откоса устойчивого отвала за счет создания в призме упора контрфорса из песчаных пород, уложенных на предварительно подготовленное основание. Подго­ товка основания в пойменной части отвальных площадей заклю­ чается в замене (на полосе определенной ширины) слоя слабых отложений (торфа и слабых глин) слоем песка.

Расчетом устойчивости (рис. 3) определены следующие пре­ имущества этого мероприятия при ведении отвальных работ:

Рис. 3. Расчет устойчивости железнодорожного отвала:

1 — проектный профиль; 2 — расчетный профиль

а) угол откоса устойчивого отвала в пойменной части площа­ ди увеличивается с 10 до 18°, при коэффициенте запаса устой­ чивости 1,3;

б) сохраняется устойчивость нижнего яруса отвала высотой 50 м, в связи с чем устраняется опасность спонтанного перекры­

тия спрямленного русла р. Осколец;
в)	приемная способность		отвала при увеличении угла откоса
с 10 до 18° увеличивается на			1,3 млн. м3 на каждые 100,м фрон­
та отвала, что		позволяет	дополнительно	разместить		около
20 млн. м3 пород;			позволяет увеличить		высоту	сущест­
г)	создание контрфорса
вующего экскаваторного отвала и гидроотвала №					1 на 20—30 ж;
д)	улучшаются условия рекультивации гидроотвала № 1.
Рекомендуемая		схема отсыпки внешних		железнодорожных

отвалов в пойму р. Осколец с использованием искусственно соз­ данного контрфорса предполагает определенную последова­ тельность операций по подготовке основания, образованию пио­ нерной песчаной насыпи и ведению собственно отвальных работ.

В пойменной части отвальной площади на границе горного от­ вода проходится траншея шириной 60—70 м на всю мощность слабых отложений (0—6,0 м), в которую укладывается песок, доставляемый либо железнодорожным транспортом из карьера* либо гидронамывом из гидроотвала № 1. Высота уложенной в траншею песчаной насыпи должна на 1,5—2,0 м превышать уро­ вень земной поверхности—для предупреждения увлажнения

отсыпаемых на песчаную «подушку» пород отвалов за счет капилярного поднятия воды, а также подтапливания пород отвала в паводковый период. От гидроотвала № 1 к траншее, с интерва­ лом 30—50 м, проходятся канавы, заполняемые песком, или от­ сыпаются песчаные насыпи, играющие роль закладных дрен; ос­ новная траншея 2—3 канавами соединяется со спрямленным руслом р. Осколец. После образования песчаной «подушки» на­ чинается размещение пород отвалов.

Н а.участке, прилегающем к гидроотвалу № 1, отвалообразование ведется в направлении от передовой траншеи к гидроотва­ лу— ярусами. Высоту первого яруса, во избежание оползней и связанных с ними разрывов дренажных канав или закладных дрен, целесообразно принять равной 5—6 м. Высота последующих ярусов принимается равной 10 м. После того, как отметка верх­ него яруса . превысит отметку верхней бровки гидроотвала, фронт работ перемещается на пляж, где отсыпка ведется ярусом небольшой (3—5 м) высоты. По мере приближения откоса к пруду-отстойнику, из которого предварительно должна быть уда­ лена вода, отвальный ярус будет оползать с образованием у ниж­ ней бровки вала выпирания. На момент интенсивного проявле­ ния деформаций работы должны переноситься на близлежащий

.участок. По мере затухания подвижек работы возобновляются. На участке, примыкающем к экскаваторному отвалу, высота первого и последующих ярусов может составлять 10 м. Первона­ чально вскрышные породы укладываются на песчаную насыпь с развитием фронта работ в сторону отвала.-По мере смещения фронта работ с насыпи на неподготовленное основание (между траншеей и отвалом), представленное торфом и слабыми глинами, на вновь отсыпаемом ярусе начнут развиваться оползни подпо­ дошвенного типа, которые, однако, вследствие плавного характе­ ра их развития не представят опасности для оборудования. Одновременно с отсыпкой первого яруса в направлении от пио­ нерной насыпи к отвалу отвалообразование может вестись и встречным, фронтом (от. отвала к контрфорсу). При этом целе­ сообразно не допускать приближения нижней бровки встречного фронта к траншее менее чем на 50—70 м — во избежание скоп­ ления больших масс слабых пород из вала выпирания в.непосред­ ственной. близости от контрфорса. Отсыпка второго яруса высо­ той 10 м также начинается ОТ контрфорса и ведется аналогично первому ярусу. Высота третьего и четвертого ярусов может быть увеличена до 15 м. Рекомендуемый конечный профиль отвала

приведен на рис. 3.

Предлагаемый способ. отвалообразования в пойме р. Осколец, несмотря на дополнительные затраты, связанные с проходкой траншеи и отсыпкой контрфорса, имеет, на наш взгляд, несом­ ненные преимущества, выражающиеся, главным образом, в сокращении расстояния транспортировки значительного коли-

чеетва пустых пород, в уменьшении занимаемых под отвалы пло­ щадей. Этот способ может быть рекомендован для других карье­ ров, ведущих отвалообразование в сходных условиях, для увели­ чения приемной способности отвальных площадей.

ТРУДЫ ВСЕСОЮЗНОГО НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ИНСТИТУТА

ГОРНОЙ ГЕОМЕХАНИКИ И МАРКШЕЙДЕРСКОГО ДЕЛА (ВНИМИ)

Сб. 89

1973 г.

Канд. техн. наук Э.Л. Галустьян>

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ, СВАЙНОЙ КРЕПИ ОТКОСОВ

Железобетонные сваи являются наиболее перспективным видом крепи неустойчивых уступов, подсеченных поверхностями ослаб­ ления, падающими в сторону выработки под углами 25—50°. Однако опыт использования свай в различных горногеологиче­ ских условиях показывает, что не всегда достигаются желаемые результаты. Это объясняется недоучетом характера взаимодей­ ствия свай с горными породами в процессе деформирования мас­ сива, который обусловлен:

—видом ожидаемой деформации и скоростью ее течения;

—однородностью, прочностью, влажностью и структурой гор­ ных пород призмы возможного обрушения;

—глубиной залегания и формой потенциальной поверхности скольжения;

—склонностью горных пород к выветриванию и осыпанию. Перечисленные факторы определяют характер работы сваи —

она испытывает деформации среза или изгиба. Расчеты показы­ вают, .что, например,. железобетонные сваи с жесткой арматурой из рельсов тяжелого типа, широко применяемые при укреплении откосов, имеют сопротивление изгибу в 10—12 раз меньшее, чем срезу.

Расчетная схема строится с учетом условий работы свай. Сле­ дует заметить, что деформации среза возможны только в слу­ чаях, когда материал сваи и окружающие горные породы имеют близкие по значению характеристики сопротивления сдвигу, а по­ верхность скольжения представлена трещиной с небольшим раскрытиём (рис. 1,а). Взаимное перемещение слоев пород или от­ дельных блоков внутри призмы возможного обрушения вызывает изгиб сваи, а при наличии слабого слоя только в зоне сдвига ог­ раниченной мощности может произойти местное ее смятие.

Рассмотрим работу свай в откосах, деформации которых вы­ зывают действие изгибающих моментов.

В зависимости от характера деформации уступа величина из­ гибающего момента может приобретать различные значения.

Если сдвиг предполагается по слабому прослою небольшой мощ­ ности, а сама призма обрушения монолитна, то максимальный изгибающий момент определится из выражения (рис. 1,61)

M=Fm, тм,	(1)
где F — равнодействующая давления горных	пород, г. Величина
ее определяется по методике, изложенной в	работе [1], а точка

приложения соответствует положению центра тяжести треуголь­ ной эпюры нагружения сваи; ш — мощность слабого Слоя, м.

В слоистых, трещиноватых породах в результате взаимного перемещения отдельных блоков пород внутри призмы возмож­ ного обрушения возникает изгибающий момент, величина кото­ рого зависит от вертикальной мощности призмы возможного об­ рушения и определяется из выражения (рис. 1,в)

M =yFh,, тм,

(2)

а в однородном уступе при расчетной поверхности скольжения, заканчивающейся вертикальной трещиной отрыва (рис. 1,г),

M - « ÿ r ( h , - i y , тм,	'	(3)
где h, — вертикальная мощность призмы	возможного	обруше­
ния, м\ НЭ0— глубина вертикальной трещины отрыва, м.

Следует предусматривать и такие случаи, когда возможно об­ рушение пород перед свайным рядом, в результате чего последний поусловиям работы становится подобным шпунтовой стенке (рис. 1,д).Но наиболее, неблагоприятные условия для работы свай возникают при обрушении пород перед свайным рядом и обнажении свай на всю глубину до поверхности скольжения (рис. \,е). Очевидно, что такие сваи должны рассчитываться на максимальный изгибающий момент. Для увеличения жесткости свай их свободные концы необходимо анкеровать. Анкеры уста­ навливаются вне зоны сдвига и соединяются со сваями тяжами.

Если заглубление замка сваи в ненарушенный массив обеспе­ чивает ее устойчивость, то схему работы сваи можно представить как работу консольной балки с заделанным концом, нагру­ женной сплошной неравномерной нагрузкой (рис. 1 ус)- При на­ личии анкера сваю можно рассматривать как балку на 2 опорах, нагруженную также сплошной неравномерной нагрузкой (рис. 1,з). Принимая это .допущение, величину изгибающего момента опре­ делим из выражения

M=0,133Fh,, тм	(4)
или
М=0,133 F(h,—Hgo), тм,	(5)
а реакцию анкера '
R«=-jF, г.	(6)

Аналогично рассчитываются конструкции искусственных берм, со­ оружаемых на откосах взамен обрушившихся улавливающих или транспортных берм или предусмотренных проектом с целью со­ кращения объема вскрыши (рис. 1 ,и,к).

Полученная по приведенным формулам величина изгибающего момента сопоставляется с несущей способностью свай. Если свая нетиповая и ее несущая способность неизвестна, то послед­ няя определяется расчетом.

Рассмотрим порядок расчета железобетонных свай — оболочек (трубчатых свай), которые рекомендуется применять в случаях, когда ожидаются большие по величинам изгибающие моменты. Сечение такой сваи л; арматурой, равномерно распределенной по окружности, приведено на рис. 2.

Узел А

Рис. 2. Схема к расчету расстоя­ ния между сваями в ряду при укреплении оползневого откоса сваями большого диаметра

Условие прочности сваи имеет вид [2]

^ ^ ^ о к гср^ц^5 » ™*

(7)

где М — изгибающий момент, определяемый по одной из приве­ денных выше формул; А0|<— табличный коэффициент, зависящий от величины

._ Rg Fa .

R u Î6 '

Ra — расчетное сопротивление продольной растянутой арматуры изгибу, т/м2; Ru — расчетное сопротивление бетона сжатию при изгибе, т/л*2 ; Fa ,Fj— площади поперечного сечения продольной арматуры и бетона, л*2; гс() — средний радиус кольца, м.

ЕслиоОО,75, то прочность сечения проверяется по условию

(7) при А =0,645.

Требуемая площадь сечения продольной .арматуры при задан­ ных размерах кольцевого сечения сваи в этом случае опреде­ ляется по формуле

г о(.Вц

F“ = — в Г “

СМ‘

где ci — табличный коэффициент [2], зависящий от величины

А - -	М
ок	П р R u Тб

При этом должно удовлетворяться условие о£. ^0,75. Если оно не удовлетворяется, то необходимо увеличить размеры сечения или

повысить марку бетона.				(суммар­
Рассчитав требуемую площадь поперечного сечения
ную) и задавшись количеством продольных стержней определяют
номинальный стандартный диаметр одного стержня.
Расчет свай на срез производится по формуле			[3]
Q - R „ S ;?	, 7,			"	(
где Q — расчетная срезающая	сила,	действующая на		сваю,	г;
RCp — расчетное сопротивление	срезу	материала	сваи,	кГ1см2\

— приведенная площадь (нетто) сечения арматуры, см2, т. е.

площадь сечения арматуры плюс площадь бетона, приведенная к площади арматуры.

При монолитной призме возможного обрушения расстояние между сваями в ряду определяется из условия равномерного их распределения на укрепляемом участке.

Давление горных пород будет восприниматься сваями только в том случае, если сползающий массив сохранит свою монолит­ ность. Это условие находится в прямой зависимости от расстоя­ ния между сваями.

В оползневых уступах сваи небольшого диаметра, обычно при­ меняемые на карьерах, не оказывают сопротивления сдвигу}так как легко обтекаются разупрочненными, переувлажненными породами. С увеличением диаметра сваи перед ней образуется уплотненный клин породы, который вместе со сваей будет оказывать сопротив­

ление	проталкиванию оползневых масс	между двумя сваями
(рис.	2).
Расстояние между двумя сваями в ряду, при котором будет
обеспечиваться монолитность призмы		возможного обрушения,