3D-модель PLAXIS проверила расчет каменных колонн в торфяных грунтах под развязкой в Баварии

Для проектирования основания новой кольцевой развязки на дороге B2 в Баварии инженеры сопоставили результаты двумерного и трехмерного моделирования в PLAXIS. Основание сложено слоем очень слабого торфа мощностью 6,5–8 м, поэтому проект предусматривает предварительное нагружение насыпи и устройство каменных колонн в геосинтетической оболочке, передает GeoEngineer.

Исследование представили на 21-й Международной конференции по механике грунтов и геотехническому строительству ICSMGE 2026 в Вене. Авторы работы — специалисты ILF Consulting Engineers Austria GmbH Грейс Стэпли, Беатрис Бекер и Франк Реммерт.

3D-модель использовали для проверки упрощенной 2D-схемы

Двумерная модель PLAXIS была построена для двух критических поперечных сечений будущей развязки — QP KV1 и QP KV3. При этом стандартная расчетная схема plane strain не позволяет напрямую воспроизвести трехмерный эффект геосинтетической оболочки вокруг каждой каменной колонны.

Для проверки расчетных допущений инженеры дополнительно создали трехмерную модель участка насыпи размером 11 × 11 м. В нее включили 39 колонн, окружающий грунт, рабочую платформу и два слоя горизонтального геосетчатого армирования.

В 2D-модели влияние геосинтетической оболочки учли через повышенную эквивалентную прочность колонн на сдвиг. Ее значение определили по результатам трехмерного расчета, где отдельно анализировалось перераспределение напряжений между колоннами и слабым торфом.

Основную нагрузку восприняли колонны

Трехмерная модель показала осадку 22 см от перегрузочной насыпи в центральной части расчетной области. Результаты по краям модели в оценку не включались из-за влияния граничных условий.

Расчет показал, что дополнительная нагрузка практически полностью перераспределяется на каменные колонны, тогда как окружающий слабый торф воспринимает лишь незначительную ее часть. Характер распределения напряжений, по данным авторов, соответствует расчетной схеме, принятой в немецком руководстве EBGEO.

Сопоставление эффективных вертикальных напряжений в 3D-модели и упрощенной 2D-модели показало близкие значения в зоне колонн. На основании этого для последующих двумерных расчетов была принята эквивалентная когезия 90 кПа.

Часть расчетов оставили аналитическими

Авторы отдельно отмечают, что численное моделирование не использовалось как единственный инструмент проектирования.

В соответствии с EBGEO кольцевые усилия в геосинтетической оболочке колонн и усилия в горизонтальном армировании рассчитывались аналитически. Теми же методами определялись ползучие деформации, которые примененная расчетная модель PLAXIS не учитывала.

Даже после устройства колонн прогнозируемая дополнительная осадка от ползучести торфа в течение пяти лет может достигнуть 12 см. Без усиления основания расчетная величина составляла около 24 см.

В 2D-модели получили осадки до 13,8 см

Для сечения QP KV1 максимальная расчетная осадка новой насыпи составила 13,8 см, для QP KV3 — 8,8 см. Остаточное время консолидации оценено в два и один день соответственно.

По выводам авторов, результаты трехмерного моделирования подтвердили принятые в 2D-расчетах допущения и характер работы усиленного основания.

Для строительного этапа рекомендован постоянный геодезический мониторинг осадок. Дополнительно рассматривается предварительное нагружение торфяного основания до переуплотненного состояния для дальнейшего уменьшения ползучих деформаций.