ESTIMATION OF SUBGRADE STRENGTHENING INFLUENCE USING SOILCEMENT ELEMENTS

V. D. Petrenko, O. L. Tiutkin, I. O. Sviatko

Abstract


Purpose. The aim of this work is to identify dependencies and options to strengthen the roadbed and a weak base by grouting piles. Analysis of software package SCAD to assess the effect of the selected option of strengthening the construction of spatial subgrade models. Methodology. In this paper the method of calculation of the soil mass in the software package SCAD is considered, which is a universal accounting system of finite-element analysis of structures and is focused on solving problems of designing buildings and structures rather complex structure. The finite element method is among the most modern and effective methods for the calculation of structures for various purposes. In the simulation, we get a complete picture of the stress-strain state of the study area, as well as the value of the limit load, rainfall, and so on. The spatial model based on the finite element volume, to better address the real characteristics of the soil mass, meets all the geometric characteristics of size and natural subgrade and the top structure the path that has been adopted in Ukraine. Findings. It was found that the most effective option to strengthen the roadbed, when applying grouting piles at the base of the subgrade and body, is to strengthen the five piles. At the same time there is even strengthen the soil mass at the level of 25 … 30% of the entire depth. However, even with the strengthening of the only two piles at the base of the effect of the strengthening of 14.1%. Established equation is linear and describes the decrease in strain. Taking into account the results of the research can be concluded that the consolidation is proportional to the depth with any number of piles. The dependence of the strain on the number of piles adheres to a polynomial function. Strengthening the bases of the subgrade and body depth also occurs in proportion with any number of piles. Originality. Design scheme generation algorithm for the calculation of the subgrade on a weak basis by finite element method was determined. The selection of strength characteristics of soils and the design parameters for use during the numerical simulation was completed. Load process simulation of the system by rolling stock was grounded. Practical value. Analysis of stress-strain state of «weak base-subgrade» allows you to see the basic laws work the soil and take the necessary measures to enhance the cross-section profile of jet-grouting elements.


Keywords


subgrade; weak base; soil cement; stress-deformed state

Full Text:

PDF

References


Derzhavna tsilova prohrama reformuvannia zaliznychnoho transportu na 2010–2019 roky: zakonoproekt Ukrainy vid 16 hrudnia 2009 r. № 1390 (The state target program of reforming the railway transport in 2010-2019 years). Available at: http://zakon2.rada.gov.ua/laws/show/1390 (Accessed 13 September 2016).

DBN V.2.1-10-2009. Zmina № 1. Osnovy ta fundamenty sporud. Osnovni polozhennia proektuvannia [State Construction Standart V.2.1-10-2009. Change No. 1. Bases and foundations of buildings. General of the design.]. Kyiv, Minrehionbud Ukrainy Publ., 2011. 126 p.

Danilenko E.I., Yakovlev V.O., Orlovskyi A.M. Instruktsiia z ulashtuvannia ta utrymannia kolii zaliznyts Ukrainy: TsP-0138 [Instructions for design and track maintenance of railways in Ukraine]. Kyiv, NKTB koliinoho hospodarstva Ukrzaliznytsi Publ., 2006. 56 p.

Kozhushko V.P. Osnovy i fundamenty [Bases and foundations]. Kharkiv, KhNAHU Publ., 2002. Part 2. 492 p.

Linchenko Yu.P., Shust A.Ye. Modelirovaniye svaynogo osnovaniya zdaniya s primeneniyem integralnykh elementov [Pile foundation simulation of the building with the integrated elements usage]. Sbornik nauchnykh trudov «Stroitelstvo i tekhnogennaya bezopasnost» [Proc. «Construction and technogenic safety»], 2010, issue 33-34, pp. 176-182.

Litovchenko P.A. Chislennoye modelirovaniye vzaimodeystviya buroinektsionnoy svai s lokalnym zakrepleniyem v grunte i okruzhayushchego yeye gruntovogo massiva [Numerical modeling the interaction of inclined pile with local fixing in the ground and its surrounding soil mass]. Sbornik nauchnykh trudov «Stroitelstvo, materialovedeniye, mashinostroeniye» [Proc. «Construction, materials science, mechanical engineering»], 2013, issue 69, pp. 322-327.

Gorodetskiy D.A., Maksimenko V.P., Medvedenko D.V., Strelets-Streletskiy Ye.B. Novyye vozmozhnosti sistemy GRUNT dlya opredeleniya parametrov zhestkosti gruntovogo i svaynogo osnovaniy [New opportunities of system GRUNT for determining stiffness parameters of subgrades and pile foundations]. Sbornik nauchnykh trudov «Stroitelstvo, materialovedeniye, mashinostroeniye» [Proc. «Construction, materials science, mechanical engineering»], 2013, issue 69, pp. 155-160.

Petrenko V.D., Sviatko I.O., Yampolskyi D.O. Porivnialnyi analiz metodiv ukriplennia zemlianoho polotna [Comparative analysis of methods for subgrade strengthening]. Sbornik nauchnykh trudov «Stroitelstvo, materialovedeniye, mashinostroeniye» [Proc. «Construction, materials science, mechanical engineering»], 2013, issue 69, pp. 369-373.

Petrenko V.D., Yampolskyi D.O., Sviatko I.O. Porivnialnyi analiz rozrakhunkovykh modelei zaliznychnoho zemlianoho polotna [Comparative analysis of calculation models of railway subgrade]. Nauka ta prohres transport – Science and transport Progress, 2013, no. 4 (46), pp. 56-62. doi: 10.15802/stp2013/16619.

Pravyla rozrakhunkiv zaliznychnoi kolii na mitsnist i stiikist: TsP-0117. Nakaz Ukrzaliznytsi vid 13.12.2004 r. № 960-TsZ [Calculations of railway track for strength and stability. Ukrzaliznytsia Order No. 960-TsZ]. Kyiv, TsP UZ Publ., 2004. 69 p.

Strokova L.A. Primeneniye metoda konechnykh elementov v mekhanike gruntov [Application of finite element method in soil mechanics]. Tomsk, Tomskiy politekhnicheskiy universitet Publ., 2010. 143 p.

Tyutkin A.L., Gulak A.V. Sravnitelnyy analiz konechno-elementnykh modeley svaynogo fundamenta pri vzaimodeystvii s osnovaniyem [Comparative analysis of finite element models of pile foundation in cooperation with base]. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu imeni akademika V. Lazariana [Bulletin of Dnipropetrovsk National University named after Academician V. Lazaryan], 2010, issue 32, pp. 122-126.

Horvát F., Fisher Sz., Major Z. Evaluation of railway track geometry stabilisation effect of geogrid layers under ballast on the basis of laboratory multi-level shear box tests. Acta Technica Jaurinensis, 2013, no. 2, pp. 21-44.

Hogue S. Building Simulation Tools for Retrofitting Residential Structures. Energy Engineering, 2012, vol. 109, issue 3, pp. 53-74.

Ziaie-Moay R., Janbaz M. Effective parameters on modulus of subgrade reaction in clayey soils. Journal of Applied Sciences, 2009, vol. 9, issue 22, pp. 4006-4012. doi: 10.3923/jas.2009.4006.4012.


GOST Style Citations


  1. Державна цільова програма реформування залізничного транспорту на 2010–2019 роки [Elrctronic resource] : законопроект України від 16 груд. 2009 р. № 1390. – Available at: http://zakon2.rada.gov.ua/laws/show/1390. – Title from the screen. – Accessed : 13.09.2016.
  2. ДБН В.2.1-10-2009. Зміна № 1. Основи та фундаменти споруд. Основні положення проектування. – На заміну СНИП 2.02.03-85 ; чинні з 2011–07–01. – Киів : Мінрегіонбуд України, 2011. – 126 c.
  3. Інструкція з улаштування та утримання колії залізниць України : ЦП-0138./ Е. І. Даніленко, В. О. Яковлев, А. М. Орловський [та ін.]. – Киів : НКТБ колійного гос-ва Укрзалізниці, 2006. – 56 с.
  4. Кожушко, В. П. Основи і фундаменти : підруч. для вузів : в 2-х ч. – Харків : ХНАДУ, 2002. – Ч. 2. – 492 с.
  5. Линченко, Ю. П. Моделирование свайного основания здания с применением интегральных элементов / Ю. П. Линченко, А. Е. Шуст // Стрво и техногенная безопасность : сб. науч. тр. / Нац. акад. природоохран. и курортного стр-ва. – Симферополь, 2010. – Вып. 33–34. – С. 176–182.
  6. Литовченко, П. А. Численное моделирование взаимодействия буроинъекционной сваи с локальным закреплением в грунте и окружающего ее грунтового массива / П. А. Литовченко // Стр-во, материаловедение, машиностроение : сб. науч. тр. / Приднепров. гос. акад. стр-ва и архитектуры. – Днепропетровск, 2013. – Вып. 69. – С. 322–327.
  7. Новые возможности системы ГРУНТ для определения параметров жесткости грунтового и свайного оснований / Д. А. Городецкий, В. П. Максименко, Д. В. Медведенко, Е. Б. Стрелец-Стрелецкий // Стр-во, материаловедение, машиностроение : сб. науч. тр. / Приднепров. гос. акад. стр-ва и архитектуры. – 2013. – Вып. 69. – С. 155–160.
  8. Петренко, В. Д. Порівняльний аналіз методів укріплення земляного полотна / В. Д. Петренко, І. О. Святко, Д. О. Ямпольський// Стр-во, материаловедение, машиностроение : сб. науч. тр. / Приднепров. гос. акад. стр-ва и архитектуры. – Днепропетровск, 2013. – Вып. 69. – С. 369–373.
  9. Петренко, В. Д. Порівняльний аналіз розрахункових моделей залізничного земляного полотна / В. Д. Петренко, Д. О. Ямпольський, І. О. Святко // Наука та прогрес транспорту. –2013. – № 4 (46). – Р. 56–62. doi: 10.15802/stp-2013/16619.
  10. Правила розрахунків залізничної колії на міцність і стійкість : ЦП-0117 : затв. наказом Укрзалізниці від 13.12.2004 р. № 960-ЦЗ. – Киів : ЦП УЗ, 2004. – 69 c.
  11. Строкова, Л. А. Применение метода конечных элементов в механике грунтов : учеб. пособие / Л. А. Строкова. – Томск : Изд-во Томск. политехн. ун-та, 2010. – 143 с.
  12. Тютькин, А. Л. Сравнительный анализ конечно-элементных моделей свайного фундамента при взаимодействии с основанием / А. Л. Тютькин, А. В. Гулак // Вісн. Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лаза-ряна. – Дніпропетровськ, 2010. – Вип. 32. – С. 122–126.
  13. Horvát F. Evaluation of railway track geometry stabilisation effect of geogrid layers under ballast on the basis of laboratory multi-level shear box tests / F. Horvát, Sz. Fisher, Z. Major // Acta Technica Jaurinensis. – 2013. – № 2. – P. 21–44.
  14. Hogue, S. Building Simulation Tools for Retrofitting Residential Structures / S. Hogue // Energy Engineering. – 2012. – Vol. 109. – Iss. 3. – P. 53–74.
  15. Ziaie-Moay, R. Effective parameters on modulus of subgrade reaction in clayey soils / R. Ziaie-Moay, M. Janbaz // J. of Applied Sciences. – 2009. – Vol. 9. – Iss. 22. – P. 4006–4012. doi: 10.3923/jas.2009.4006.4012.


DOI: https://doi.org/10.15802/stp2016/78254

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

 

ISSN 2307–3489 (Print)
ІSSN 2307–6666 (Online)