ОДМ 218.2.102-2019. Отраслевой дорожный методический документ. Рекомендации по расчету и проектированию нагельных креплений откосов автомобильных дорог
(издан на основании Распоряжения Росавтодора от 07.10.2019 № 2808-р)
Примечание
Текст документа приведен в соответствии с публикацией на сайте https://rosavtodor.gov.ru/ по состоянию на 24.04.2021. Документ рекомендован к применению с 07.10.2019 Распоряжением от 07.10.2019 № 2808-р.
Издан на основании Распоряжения Федерального дорожного агентства от 7 октября 2019 г. № 2808-р
ОТРАСЛЕВОЙ ДОРОЖНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАСЧЕТУ И ПРОЕКТИРОВАНИЮ НАГЕЛЬНЫХ КРЕПЛЕНИЙ ОТКОСОВ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
1 РАЗРАБОТАН обществом с ограниченной ответственностью «НТЦ ГеоПроект» (ООО «НТЦ ГеоПроект»).
Коллектив авторов: д-р техн. наук, проф. С.И. Маций (руководитель работ), д-р геол.-минерал. наук Е.В. Безуглова, канд. техн. наук Н.Н. Любарский, инж. В.Ю. Тимошенко.
2 ВНЕСЕН Управлением строительства и эксплуатации автомобильных дорог Федерального дорожного агентства.
3 ИЗДАН на основании распоряжения Федерального дорожного агентства от 07.10.2019 № 2808-р.
4 ИМЕЕТ РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ ХАРАКТЕР.
1.1 Настоящий отраслевой дорожный методический документ (далее — методический документ) разработан в целях обеспечения нормативной базы рекомендациями по расчету, проектированию и строительству нагельных креплений откосов автомобильных дорог.
1.2 Данный методический документ рекомендован к применению проектными, строительными и эксплуатирующими организациями, а также государственными исполнительными органами управления дорожным хозяйством при соблюдении требований Федерального закона [1].
1.3 Методический документ освещает вопросы применения постоянных нагельных креплений с использованием инъекционных грунтовых нагелей.
В настоящем методическом документе использованы нормативные ссылки на следующие документы:
ГОСТ 9.301-86 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Общие требования
ГОСТ 9.303-84 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Общие требования к выбору
ГОСТ 9.304-87 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия газотермические. Общие требования и методы контроля
ГОСТ 9.305-84 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Операции технологических процессов получения покрытий
ГОСТ 9.602-2016 Единая система защиты от коррозии и старения. Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии
ГОСТ 380-2005 Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки
ГОСТ 5632-2014 Нержавеющие стали и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки
ГОСТ 5781-82 Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций. Технические условия
ГОСТ 14098-2014 Соединения сварные арматуры и закладных изделий железобетонных конструкций. Типы, конструкции и размеры
ГОСТ 18599-2001 Трубы напорные из полиэтилена. Технические условия
ГОСТ 24846-2012 Грунты. Методы измерения деформаций оснований зданий и сооружений
ГОСТ 28302-89 Покрытия газотермические защитные из цинка и алюминия металлических конструкций. Общие требования к типовому технологическому процессу
ГОСТ 31384-2017 Защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии. Общие технические требования
ГОСТ 31937-2011 Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния
ГОСТ 31938-2012 Арматура композитная полимерная для армирования бетонных конструкций. Общие технические условия
ГОСТ 32960-2014 Дороги автомобильные общего пользования. Нормативные нагрузки, расчетные схемы нагружения
СП 14.13330.2014 Строительство в сейсмических районах (актуализированная редакция СНиП II-7-81*)
СП 22.13330.2016 Основания зданий и сооружений (актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*)
СП 24.13330.2016 Свайные фундаменты (актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85)
СП 28.13330.2017 Защита строительных конструкций от коррозии (актуализированная редакция СНиП 2.03.11-85)
СП 34.13330.2012 Автомобильные дороги (актуализированная редакция СНиП 2.05.02-85*)
СП 45.13330.2017 Земляные сооружения, основания и фундаменты (актуализированная редакция СНиП 3.02.01-87)
СП 47.13330.2016 Инженерные изыскания для строительства. Основные положения (актуализированная редакция СНиП 11-02-96)
СП 48.13330.2019 Организация строительства (актуализированная редакция СНиП 12-01-2004)
СП 63.13330.2018 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения (актуализированная СНиП 52-01-2003)
СП 101.13330.2012 Подпорные стены, судоходные шлюзы, рыбопропускные и рыбозащитные сооружения (актуализированная редакция СНиП 2.06.07-87)
СП 116.13330.2012 Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения (актуализированная редакция СНиП 22-02-2003)
В настоящем методическом документе применены следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 арматура неметаллическая композитная (АНК): Сформированный из композиционного материала структурированный силовой стержень, обычно из армирующих продольных однонаправленных волокон, связанных затвердевшим полимерным материалом.
3.2 армированный грунт: Композитный материал, состоящий из грунта и армирующих его элементов.
3.3 армированный массив грунта: Естественный грунтовый массив, усиленный армирующими элементами.
3.4 буроопускной грунтовый нагель: Инъекционный грунтовый нагель с несущим элементом, погружаемым в предварительно пробуренную скважину.
3.5 грунтовый нагель: Элемент нагельного крепления, представляет собой ненапрягаемый армирующий грунт стержень.
3.6 инъекционный грунтовый нагель: Грунтовый нагель с несущим элементом, закрепленным в скважине путем инъекции цементного раствора.
3.7 нагельное крепление: Геотехническая конструкция, предназначенная для обеспечения (повышения) устойчивости откосов путем укрепления грунтов системой грунтовых нагелей с устройством облицовки на поверхности закрепляемых откосов.
3.8 несущий элемент: Основной элемент грунтового нагеля, воспринимающий нагрузки.
3.9 облицовка: Элемент нагельного крепления, представляет собой покрытие закрепляемого откоса, предотвращающее развитие эрозионных процессов, повышающее местную устойчивость грунта между грунтовыми нагелями и обеспечивающее эстетичный внешний вид сооружения.
3.10 опорная пластина: Пластина, закрепленная на оголовке грунтового нагеля и передающая нагрузку на него от облицовки или непосредственно от грунта.
3.11 подкосный грунтовый нагель: Грунтовый нагель у основания сооружения, устанавливаемый под сравнительно бульшим углом к горизонту и служащий для обеспечения поддержки жесткой облицовки нагельного крепления.
3.12 самозабуриваемый грунтовый нагель: Инъекционный грунтовый нагель с несущим элементом, погружаемым по мере проходки скважины, при этом несущий элемент выполняет функцию буровой штанги и оборудуется теряемой буровой коронкой.
4.1 В процессе расчета и проектирования нагельных креплений следует руководствоваться указаниями соответствующих разделов норм, сводов правил, инструкций и иных действующих нормативных актов и документов, а также рекомендациями данного методического документа.
4.2 Исходные данные для проектирования нагельных креплений должны быть основаны на обобщенной информации, охватывающей все виды инженерных изысканий в соответствии с требованиями СП 47.13330.2016.
4.3 Расчет и проектирование нагельных креплений необходимо выполнять в соответствии с рекомендациями разделов 5, 6 и 7 с учетом уровня ответственности участка автомобильной дороги, его конструктивных и эксплуатационных особенностей.
4.4 При проектировании нагельных креплений следует рассматривать различные варианты проектных решений с целью выбора наиболее оптимального из них по эффективности, надежности, технологии выполнения и экономичности с учетом обеспечения наилучших условий его эксплуатации.
4.5 Параметры нагельных креплений, а также технология их устройства должны быть приняты с учетом возможного влияния на прилегающие здания и сооружения, инженерные сети, а также при соблюдении допускаемых требований по уровню шума и вибрации на объекте строительства.
4.6 Проект нагельных креплений должен отвечать требованиям об охране окружающей среды и при необходимости включать разработку комплекса природоохранных мероприятий, предусматривающих непревышение допустимого уровня антропогенного вмешательства в природную среду и гарантирующих предотвращение развития в ней негативных процессов.
4.7 При проектировании нагельных креплений рекомендуется применять конструкции заводского изготовления, а также конструкции, при возведении которых обеспечивается механизация производства работ. Размеры конструкций необходимо назначать исходя из принципов модульности и унификации элементов, а также максимального использования грузоподъемности транспортных средств и кранового оборудования. В проектах производства работ и организации строительства следует предусматривать предмонтажную подготовку и крупноузловую сборку конструктивных элементов.
4.8 Элементы нагельных креплений, материалы и изделия, а также технологии их применения должны соответствовать определенным стандартам, а при их отсутствии — сертификатам соответствия, спецификациям и рекомендациям производителей.
4.9 Работы по устройству нагельных креплений необходимо осуществлять в соответствии с проектом организации строительства, проектом производства работ и технологическим регламентом. При производстве строительно-монтажных работ по устройству нагельных креплений следует выполнять рекомендации раздела 8.
4.10 Поскольку на эффективность применения нагельных креплений может оказать влияние широкий спектр неблагоприятных факторов (подраздел 5.15), их устройство рекомендуется выполнять после отработки технологии производства работ с устройством опытных фрагментов нагельных креплений, а также с учетом опыта их строительства в схожих условиях.
4.11 При необходимости должны быть предусмотрены испытания грунтовых нагелей осевой ступенчато-возрастающей нагрузкой по методике, аналогичной применяемой для испытаний микросвай (в соответствии с рекомендациями [2]). Объем и критерии испытаний, величины испытательных нагрузок назначаются проектной организацией.
4.12 При строительстве и эксплуатации сооружений с применением нагельных креплений необходимо предусматривать проведение геотехнического мониторинга в соответствии с рекомендациями раздела 9.
5 Принцип работы и область применения нагельных креплений
5.1 Нагельные крепления предназначены для обеспечения (повышения) устойчивости откосов автомобильных дорог путем укрепления грунтов системой армирующих элементов (грунтовых нагелей), как правило, с устройством облицовки на поверхности закрепляемых откосов.
5.2 В отличие от анкерных микросвай, передающих нагрузку в зону заделки (в глубокие слои грунта) за пределами призмы обрушения, грунтовые нагели связывают грунт по всей своей длине, повышая его устойчивость и образуя единую самонесущую массивную подпорную стену из армированного грунта.
5.3 При включении в работу нагельного крепления дополнительные нагрузки или формирование поверхностей скольжения ведут к развитию в армированном грунте перемещений, которые мобилизуют силы сопротивления сдвигу по боковой поверхности грунтовых нагелей (рисунок 1). Мобилизованные силы сопротивления сдвигу в пределах призмы обрушения направлены к откосу и стремятся выдернуть грунтовые нагели из зоны заделки, при этом аналогичные силы в зоне заделки направлены от откоса и стремятся удержать грунтовые нагели. Таким образом, силы сопротивления сдвигу по боковой поверхности грунтовых нагелей, действующие в противоположных направлениях, вызывают в них продольные усилия, что определяет работу грунтовых нагелей на растяжение.
1 — призма обрушения; 2 — зона заделки нагеля; 3 — поверхность скольжения; 4 — грунтовые нагели; 5 — силы сопротивления сдвигу по боковой поверхности грунтового нагеля
Рисунок 1 — Работа нагельного крепления
5.4 При развитии значительных перемещений грунтовые нагели начинают работать также на срез и изгиб. Однако прочность грунтовых нагелей на срез и изгиб невелика, а включение их в работу предполагает развитие перемещений такой величины, при которых откос можно считать потерявшим устойчивость. В этой связи работой грунтовых нагелей на срез и изгиб обычно следует пренебречь.
5.5 Свойства грунта, слагающего откос, существенно влияют на возможность и технико-экономическую целесообразность применения нагельных креплений (подразделы 5.14 и 5.15). Грунт, слагающий откос, может представлять собой естественный грунт, насыпь или их комбинацию. После установки грунтовых нагелей в нем формируется зона армированного грунта.
5.6 Основными элементами нагельного крепления (рисунок 2) являются:
- грунтовые нагели (подраздел 5.7);
- облицовка (подраздел 5.8);
- системы дренажа и водоотведения (подраздел 5.9).
а — общий вид; б — разрез по сооружению 1 — грунт, слагающий откос; 2 — армированный грунт; 3 — грунтовые нагели; 4 — облицовка; 5 — система дренажа; 6 — система водоотведения
Рисунок 2 — Основные элементы нагельного крепления
5.7 Грунтовые нагели — это ненапрягаемые стержневые армирующие элементы сравнительно малого диаметра, погружаемые в грунт (подраздел 6.2).
5.8 Облицовка представляет собой покрытие откоса, устраиваемое для предотвращения эрозионных процессов на его поверхности, а также обеспечения местной устойчивости грунта между грунтовыми нагелями. Облицовка также несколько способствует совместной работе грунтовых нагелей и обеспечивает выполнение требований к внешнему виду сооружений (подраздел 6.3).
5.9 Системы дренажа и водоотведения включают комплекс мероприятий по сбору и отведению грунтовых и поверхностных вод от сооружения. Нагельные крепления относятся к наиболее чувствительным к гидрогеологической обстановке сооружениям: обводнение армированного грунта крайне негативно влияет на их несущую способность, надежность и долговечность (подраздел 6.4).
5.10 Нагельные крепления могут применяться как в качестве самостоятельных (рисунок 3), так и в составе комбинированных сооружений (рисунок 4). Нагельные крепления в комбинированных сооружениях обычно предусматриваются совместно с подпорными стенами, габионными конструкциями, анкерными микросваями и армогрунтовыми конструкциями. Комбинированными также следует считать сооружения, ремонт которых выполнен с применение нагельных креплений (рисунок 5).
а — изменение рельефа откосов; б, в — пригрузка откоса соответственно автомобильной дорогой и строящимся сооружением; г — расширение проезжей части под путепроводом; д — припортальный участок автодорожного тоннеля (штрихпунктирной линией показан существовавший на участке рельеф)
Рисунок 3 — Самостоятельные сооружения с применением нагельных креплений
а — комбинированное сооружение с подпорной стеной; б — то же, с габионным берегоукрепительным сооружением; в, г — то же, с анкерными микросваями; д, е — то же, с армогрунтовыми конструкциями (штрихпунктирной линией показан существовавший на участке рельеф)
Рисунок 4 — Комбинированные сооружения с применением нагельных креплений
а — откос; б — армогрунтовое сооружение; в — насыпь; г — подпорная стена; д — облицовочная стена
Рисунок 5 — Применение нагельных креплений для ремонта существующих геотехнических сооружений
5.11 Нагельные крепления целесообразно использовать для решения геотехнических задач, связанных с обеспечением (повышением) устойчивости откосов при изменении их рельефа, приложении на них дополнительных нагрузок, а также при ремонте и усилении существующих геотехнических сооружений. В дорожном строительстве наиболее типичным является применение нагельных креплений для решения таких задач, как:
- новое строительство, реконструкция с устройством новых или увеличением крутизны существующих верховых откосов (см. рисунки 2а, 3а);
- закрепление существующих низовых откосов при возникновении дополнительных нагрузок, связанных с изменением условий эксплуатации или реконструкцией (см. рисунки 2б, 3б, 3г, 3д), а также верховых откосов при возникновении дополнительных нагрузок, обычно при возведении на них объектов капитального строительства (см. рисунки 2в, 3в);
- закрепление существующих верховых откосов при расширении проезжей части с применением армогрунтовых конструкций (см. рисунок 4е);
- закрепление существующих откосов при увеличении их крутизны при расширении проезжей части под мостами и путепроводами (см. рисунок 3г);
- закрепление новых откосов при строительстве припортальных участков автодорожных тоннелей (см. рисунок 3д);
- ремонт существующих геотехнических сооружений (откосов, насыпей, армогрунтовых сооружений, подпорных и облицовочных стен из камня, кирпича и бетона) или усиление при возникновении дополнительных нагрузок, связанных с изменением условий эксплуатации (см. рисунки 4б - 4е);
- закрепление и противоэрозионная защита откосов, образованных естественными склонами с тенденцией к оползанию поверхностных слоев грунта, крипу (см. рисунок 4а), а также укрепление русел временных водотоков в районе водопропускных сооружений и пр.
5.12 В сравнении с другими методами геотехнического строительства нагельные крепления обладают следующими основными преимуществами:
- низкой стоимостью;
- технологичностью и высокими темпами устройства;
- мобильностью и компактностью строительного оборудования;
- относительно малым весом и компактностью изделий;
- возможностью устройства в стесненных условиях и на труднодоступных площадках строительства без остановки технологических процессов на прилегающих объектах;
- высокой гибкостью сооружения при существенных относительных и абсолютных перемещениях с сохранением несущей способности и сейсмостойкостью;
- возможностью устройства сооружений произвольной сложной конфигурации в плане и по высоте;
- отсутствием необходимости устройства дополнительных объединяющих и распределительных поясов и ростверков;
- высокой надежностью за счет возможности перераспределения напряжений в массиве в сочетании с большим числом отдельных армирующих элементов;
- экологичностью процесса строительства и минимальным влиянием на сложившийся гидрологический режим и планировку откосов при использовании гибких покрытий с последующим озеленением.
5.13 В сравнении с другими методами геотехнического строительства нагельные крепления обладают следующими основными недостатками:
- ограничением области возможного и экономически целесообразного применения сравнительно узким спектром благоприятных инженерно-геологических условий (подраздел 5.14) при наличии ряда ограничений (подраздел 5.15);
- возможностью развития значительных перемещений под нагрузкой.
5.14 Благоприятными условиями для устройства нагельных креплений является наличие:
- дисперсных пылевато-глинистых связных грунтов (супеси, суглинки, глины) твердой, полутвердой и тугопластичной консистенции (с показателем текучести J1 <= 0,5), а также песков мелких и средней крупности, гравелистых, плотных и средней плотности с примесями (глинистыми или органическими), обеспечивающими сцепление;
- выветрелых скальных грунтов (в случае благоприятного падения пластов «в склон», при этом наиболее благоприятны условия однонаправленного падения пластов армируемого массива, что существенно облегчает производство буровых работ);
- уплотненных должным образом насыпей и искусственно уплотненных в природном залегании грунтов;
- устойчивости откоса заданной крутизны высотой не менее расчетного шага грунтовых нагелей по вертикали на период возведения облицовки (обычно достаточными считаются условия, при которых неукрепленный забой высотой 1,5 — 2 м сохраняет устойчивость не менее суток);
- требуемой несущей способности грунтового нагеля по грунту без необходимости чрезмерного увеличения его длины;
- стабильности стенок скважин без применения обсадных труб на период времени, требуемого для погружения несущих элементов и бетонирования скважин (для буроопускных грунтовых нагелей);
- низкой водонасыщенности грунтов, отсутствия значительных водопроявлений при разработке откоса, уровня грунтовых вод, располагающихся ниже армируемого массива (возможно устройство нагельного крепления выше уровня грунтовых вод при армировании высокодисперсных грунтов с низким коэффициентом фильтрации);
- достаточной несущей способности грунтов в основании сооружения.
5.15 Неблагоприятными условиями для устройства нагельных креплений является наличие:
- грунтов с высокой пластичностью, низким сцеплением, склонных к ползучести (неустойчивость незакрепленного откоса при производстве работ, низкая несущая способность);
- сильновыветрелых скальных и полускальных грунтов с неблагоприятным падением пластов (высокая опасность обрушения блоков горных пород, в том числе армированных — с отрывом от массива);
- обводненных или переувлажненных грунтов, высокого уровня грунтовых вод, выхода трещинных вод (значительные объемы дренажных мероприятий, усложнение технологии производства работ и стоимости, сложность устройства и эксплуатации набрызг-бетонных облицовок, повышение опасности обрушения стенок скважин, повышение интенсивности коррозии, снижение сопротивления сдвигу по боковой поверхности грунтовых нагелей);
- сильнотрещиноватых и карстовых грунтов (невозможность качественного заполнения скважин раствором и его перерасход при бетонировании; в карстовых грунтах — также вероятность формирования пустот в армированном массиве и провалов);
- грунтов с высоким содержанием гравия, гальки и валунов (дресвы, щебня и глыб) (высокая трудоемкость при проходке, дополнительные мероприятия по предотвращению обрушения стенок скважин);
- просадочных и сильно сжимаемых грунтов (чрезмерные деформации и существенное снижение сопротивления грунта сдвигу по боковой поверхности грунтовых нагелей при замачивании);
- набухающих грунтов (опасность деформирования облицовки и склонность к снижению сопротивления грунта по боковой поверхности грунтовых нагелей при водонасыщении);
- органических и органо-минеральных грунтов с высоким содержанием органического вещества (гетерогенность, низкая несущая способность и повышенная коррозионная активность);
- многолетнемерзлых и глубоко промерзающих грунтов (рост затрат на дополнительные мероприятия по предотвращению протаивания и обводнения грунтов, компенсации действия сил морозного пучения, а также общее снижение эксплуатационной надежности сооружений);
- неуплотненных насыпей (анизотропны, не обеспечивают требуемой несущей способности и получают значительные перемещения);
- сильноагрессивных к бетону и арматуре грунтовых вод, а также в армируемом массиве блуждающих токов (снижение долговечности и эксплуатационной надежности в результате интенсивных коррозионных процессов);
- активных поверхностей скольжения, оползневых участков в фазе смещения, за исключением неглубоких оползней, крипа (включение грунтовых нагелей в работу на срез и изгиб, высокая вероятность развития перемещений в ходе производства работ; низкая эффективность армирования в связи с частичным разрушением оползневого тела на блоки и снижением физико-механических свойств грунта);
- большого количества подземных и заглубленных сооружений, инженерных сетей в армируемом массиве (высокая вероятность их повреждения при производстве работ, риск потери несущей способности сооружения при их разрытии и ремонте).
5.16 При проектировании нагельных креплений в неблагоприятных условиях (см. подраздел 5.15) обычно следует предусматривать:
- корректировку параметров сооружения, применение дополнительных конструктивных решений (ограничение высоты сооружения, увеличение длин грунтовых нагелей и уменьшение расстояний между ними, дополнительная антикоррозионная защита, комбинирование с анкерными микросваями, закрепление грунтов и пр.);
- изменение технологии производства работ, реализацию дополнительных мероприятий (применение обсадных труб, ограничение размеров захваток, водопонижение и пр.);
- повышенный уровень контроля и надзора (увеличение объемов испытаний, проведение геотехнического мониторинга, авторский надзор).
При этом следует учитывать, что стоимость затрат на нивелирование комплекса неблагоприятных факторов может свести на нет технико-экономическую эффективность нагельных креплений в связи:
- с повышением стоимости и продолжительности строительно-монтажных работ;
- увеличением стоимости эксплуатационных расходов;
- общим снижением надежности и долговечности сооружения.
5.17 Следует учитывать, что до полного включения в работу нагельное крепление может получить существенные деформации, так как мобилизация сил сопротивления сдвигу по боковой поверхности грунтовых нагелей происходит только при развитии перемещений (см. подраздел 5.3). При этом механизм включения нагельных креплений в работу различается в зависимости от области их применения.
При закреплении новых откосов, формируемых по мере разработки грунта и создания проектного профиля, грунтовые нагели в той или иной мере получают перемещения и включаются в работу непосредственно при разработке грунта следующего яруса. При этом устройство каждого последующего яруса несколько изменяет напряженно-деформированное состояние элементов сооружения, что определяет необходимость проверки устойчивости откоса на каждом этапе строительства. К окончанию разработки грунта такое нагельное крепление выбирает основную величину перемещений и включается в работу.
При закреплении существующих откосов, а также при ремонте геотехнических сооружений нагельное крепление не включается в работу до приложения дополнительных нагрузок или развития перемещений, иногда достаточно существенных. В этом случае для снижения общей величины перемещений следует предусматривать такие мероприятия, как:
- незначительное конструктивное преднатяжение грунтовых нагелей обычно на величину около 10% от расчетной нагрузки, при этом устраняются монтажные зазоры в оголовках грунтовых нагелей, происходит мобилизация сил сопротивления сдвигу по боковой поверхности грунтовых нагелей;
- использование менее пластичных материалов облицовок и обеспечение более плотного их прилегания к поверхности откоса.
5.18 При применении нагельных креплений для ремонта существующих геотехнических сооружений следует принимать во внимание следующие особенности:
- ключевым элементом при проектировании таких сооружений является обеспечение совместной работы существующего сооружения с нагельным креплением (особое внимание следует уделять узлам опирания грунтовых нагелей на существующее сооружение, так как неудачная их реализация чревата повреждением сооружения или выдергиванием грунтовых нагелей);
- непосредственно за существующими подпорными стенками обычно находятся грунты обратной засыпки с низкой несущей способностью, а многие существующие насыпи возведены из гетерогенных грунтов, часто без должного уровня уплотнения, склонных к сезонным деформациям при набухании и пересыхании ввиду сезонного колебания водонасыщенности и порового давления воды;
- при наличии существующих дренажных систем следует учитывать влияние на них новых проектных решений, при необходимости предусматривать их реконструкцию, а также мероприятия по предупреждению повреждений при проведении строительно-монтажных работ;
- следует учитывать некоторые дополнительные перемещения существующих сооружений до полноценного включения в работу нагельного крепления (см. подраздел 5.17).
5.19 При использовании нагельных креплений для закрепления существующих откосов особое внимание следует уделять определению расположения, формы и протяженности поверхности скольжения. Неверное определение геометрических параметров поверхности скольжения чревато снижением устойчивости откоса под воздействием статических и динамических нагрузок, обводнения грунта при производстве строительно-монтажных работ.
6 Проектирование нагельных креплений
6.1 Общие указания по конструированию нагельных креплений
6.1.1 Проектирование нагельных креплений предполагает назначение параметров сооружения в целом и отдельных его элементов по результатам выполненных расчетов (раздел 7) с учетом конкретных условий площадки строительства. Общие указания по конструированию нагельных креплений представлены в настоящем подразделе, а отдельных их элементов — грунтовых нагелей, облицовок, систем дренажа и водоотведения — соответственно в подразделах 6.2 - 6.4. В подразделе 6.5 освещены вопросы антикоррозионной защиты всех элементов нагельных креплений.
6.1.2 К основным параметрам, характеризующим конструкцию нагельного крепления, относятся (рисунок 6):
- высота откоса H, м (пункты 6.1.3, 6.1.4, 6.1.6),
- угол откоса \beta , град. (пункты 6.1.5, 6.1.6);
\cdot длина и расположение грунтовых нагелей:
- длина грунтовых нагелей Ln, м (пункты 6.1.7 - 6.1.9),
- угол наклона грунтовых нагелей к горизонту \epsilon , град. (пункты 6.1.10 - 6.1.12),
- шаг грунтовых нагелей в ярусе Sh, м, расстояние между ярусами грунтовых нагелей Sv, м (пункт 6.1.13),
- компоновка грунтовых нагелей на фасаде: прямоугольная или шахматная (пункт 6.1.14);
\cdot тип и конструкция грунтовых нагелей (подраздел 6.2);
\cdot тип и конструкция облицовки (подраздел 6.3).
а — фасад сооружения; б — разрез по сооружению
Рисунок 6 — Основные параметры нагельного крепления
6.1.3 Геометрические параметры откоса H и \beta , его форма в большей мере определяются решаемыми задачами и условиями площадки строительства. Преимуществом нагельных креплений является возможность закрепления откосов произвольной сложной конфигурации (рисунок 7а).
а — сооружение сложной конфигурации; б — многоярусное сооружение с промежуточной бермой; 1 — верхний ярус; 2 — нижний ярус; 3 — промежуточная берма
Рисунок 7 — Варианты конфигурации нагельных креплений
6.1.4 Высоту откоса H нагельного крепления следует назначать по результатам расчетов общей устойчивости. Дополнительных ограничений на величину H при условии обеспечения требуемой устойчивости откоса не накладывается. Типовыми являются одноярусные сооружения, однако при необходимости закрепления крутонаклонных откосов (обычно с углом откоса более 70°) высотой более 15 м рекомендуется предусматривать разбивку сооружения по высоте на ярусы (обычно на два, реже — на три и более) с устройством промежуточных берм (см. рисунок 7б). Ширину берм между ярусами рекомендуется предусматривать не менее 0,05 от общей высоты откоса многоярусного сооружения. Площадки берм бетонируют или предусматривают их озеленение. Применение многоярусных сооружений целесообразно при сравнительно высокой стоимости устройства грунтовых нагелей и низкой стоимости дополнительных земляных работ, в условиях слабых оснований, а также из эстетических соображений (при озеленении берм). Следует, однако, учитывать, что многоярусные сооружения требуют большей полосы отвода.
6.1.5 Угол откоса \beta нагельного крепления может назначаться в широких пределах от 0° до 90° (как правило, от 20° до 80°). Уположение откоса позволяет применить грунтовые нагели меньшей длины или снизить действующие в них усилия (так, уположение откоса с 90° до 80° обычно позволяет уменьшить длину грунтовых нагелей до 15%), повысить устойчивость облицовки, а в процессе производства строительно-монтажных работы зачастую избежать устройства временных берм при армировании грунтов с неустойчивыми откосами. Такое решение также предпочтительнее из соображений эстетики и психологического комфорта (особенно для высоких сооружений).
6.1.6 Длину грунтовых нагелей Ln следует назначать по результатам выполненных расчетов (раздел 7). Для предварительного назначения параметров длины и расположения грунтовых нагелей в зависимости от параметров откоса рекомендуется использовать таблицу 1. Для формирования расчетной схемы длину грунтовых нагелей рекомендуется принимать по средним значениям отношения Ln/H по таблице 1. При этом бульшую длину следует предусматривать в случаях наличия:
- слабых грунтов армируемого массива;
- глубинных поверхностей скольжения;
- значительных дополнительных нагрузок на сооружение;
- опасности потери несущей способности грунта за задней гранью армированного грунта.
Назначение основных параметров нагельного крепления
В случае если по результатам расчетов требуемая длина грунтовых нагелей значительно превышает указанную в таблице 1, рекомендуется рассмотреть альтернативные конструктивные решения (такой результат может указывать на условия, неблагоприятные для устройства нагельных креплений).
Примечание - Таблица составлена на основании практики применения нагельных креплений и отражает наиболее характерные случаи; все указанные параметры являются справочными и подлежат уточнению по результатам выполненных расчетов с учетом условий площадки строительства.
При значительной требуемой длине грунтовых нагелей следует рассмотреть варианты многоярусного сооружения (см. пункт 6.1.4), уположения откоса (см. пункт 6.1.5) или комбинирование с дополнительными ярусами преднапрягаемых анкерных микросвай (пункт 6.1.16).
6.1.7 Как правило, при конструировании нагельных креплений невысоких откосов следует предусматривать грунтовые нагели равной длины (рисунок 8а), а для высоких или протяженных — различной длины по ярусам, с учетом прогнозируемого расположения поверхности скольжения, в целях достижения более равномерного распределения нагрузок и уменьшения перемещений сооружения. Для этого грунтовые нагели верхних ярусов обычно предусматривают удлиненными, а нижние — укороченными (рисунок 8б).
а — грунтовые нагели равной длины по ярусам; б, в — то же, различной длины по ярусам; г — то же, с удлинением и отклонением отдельных ярусов и с дополнительным ярусом подкосных грунтовых нагелей; 1 — грунтовые нагели нормальной длины; 2 — удлиненные грунтовые нагели; 3 — укороченные грунтовые нагели; 4 — грунтовые нагели удлиненные и с бульшим углом наклона для анкеровки в высокопрочном основании; 5 — подкосный грунтовый нагель; 6 — граница по нижним концам грунтовых нагелей нормальной длины; 7 — граница высокопрочного основания
Рисунок 8 — Применение в сооружениях грунтовых нагелей с различными длинами и углами наклона
Допускается комбинирование грунтовых нагелей различных длин по всей поверхности откоса, при этом удлиненные грунтовые нагели обеспечивают устойчивость по глубоким поверхностям скольжения, а укороченные — устойчивость поверхностных слоев грунта и закрепление облицовки (рисунок 8в).
Грунтовые нагели верхних ярусов также следует проектировать удлиненными при необходимости ограничения перемещений (например, при наличии в зоне влияния нагельного крепления чувствительных к перемещениям сооружений и (или) инженерных сетей) (рисунок 11а пункта 6.1.13).
6.1.8 Грунтовые нагели следует проектировать с углом наклона в вертикальной плоскости \epsilon от 5° до 20° к горизонту (обычно около 10° — 15°). При устройстве буроинъекционных грунтовых нагелей угол наклона в указанном диапазоне способствует полному, без образования пустот, заполнению скважин раствором (появление пустот приводит к снижению несущей способности грунтовых нагелей по грунту и долговечности в результате повышения интенсивности коррозионных процессов). Увеличение угла наклона грунтовых нагелей от 15° и более ведет к резкому снижению эффективности их работы.
В горизонтальной плоскости грунтовые нагели обычно следует проектировать под прямым углом к фасаду сооружения.
6.1.9 При залегании высокопрочных грунтов на некоторой глубине под сооружением грунтовые нагели нижних ярусов могут предусматриваться удлиненными (относительно средних значений Ln/H по таблице 1) и устанавливаться под бульшими углами для обеспечения надежной анкеровки и высокой несущей способности по грунту (рисунок 8г). Следует, однако, избегать проектирования грунтовых нагелей под углами более 40° для предотвращения их работы на сжатие (за исключением подкосных грунтовых нагелей (пункт 6.1.10).
6.1.10 Подкосные грунтовые нагели устанавливают под бульшими углами наклона (обычно 15° — 45°) у основания сооружения для обеспечения поддержки жестких облицовок (рисунок 8г). Подкосные грунтовые нагели следует применять при значительном весе конструкции облицовки, наличии значительных дополнительных вертикальных нагрузок в условиях, когда требуемая несущая способность не может быть обеспечена прочностью грунта в основании сооружения. Подкосные грунтовые нагели проектируют сравнительно короткими с учетом их работы на сжатие. Их рекомендуется размещать между грунтовыми нагелями нижнего яруса в одном уровне с ними (или с незначительным смещением по высоте) во избежание возникновения значительных изгибающих усилий в облицовке на участке между подкосными грунтовыми нагелями и грунтовыми нагелями нижнего яруса.
6.1.11 Шаг грунтовых нагелей в ярусе Sh и расстояние между ярусами грунтовых нагелей Sv следует принимать в диапазоне от 0,5 до 3 м (как правило, 1 — 2 м) (см. таблицу 1), при этом величина Sh·Sv не должна превышать 6 м2 для жестких облицовок и 4 м2 в остальных случаях. При превышении указанных значений армированный грунт прекращает работу в качестве единого связного массива. На участках приложения на сооружение (или непосредственно за ним) сосредоточенных нагрузок расстояния в обоих направлениях обычно следует уменьшать.
6.1.12 Грунтовые нагели на фасаде откоса необходимо размещать в виде регулярной сетки прямоугольной или шахматной компоновки (рисунок 9).
а, в — компоновка нагелей прямоугольная; б, г — то же, шахматная (пунктиром показаны зоны влияния отдельных грунтовых нагелей, серым цветом — размеры потенциальных зон потери местной устойчивости между грунтовыми нагелями)
Рисунок 9 — Компоновка грунтовых нагелей на фасаде сооружения
Шахматная компоновка грунтовых нагелей является предпочтительной, так как способствует повышению местной устойчивости грунта между грунтовыми нагелями, эффективной работе облицовки, равномерному распределению напряжений в армированном грунте, эффективной анкеровке грунтовых нагелей и, при прочих равных условиях, несколько повышает несущую способность сооружения. Указанные эффекты обусловлены более равномерным распределением грунтовых нагелей в массиве, а также ограничением размеров возможных зон потери местной устойчивости (Sh·2Sv при шахматной компоновке, что существенно меньше Sh·H при прямоугольной компоновке). Для жестких облицовок рекомендуется применение обоих вариантов компоновки, для прочих — только шахматной.
6.1.13 В общем случае следует проектировать грунтовые нагели с правильной регулярной компоновкой равной длиной в ярусах, а также с равными углами наклона в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Однако на отдельных участках с учетом особенностей рельефа, на поворотах оси сооружения и на его концах, на участках сложной конфигурации, а также при наличии в армируемом грунте инженерных сетей, подземных сооружений, крупных глыб или валунов сетка расположения грунтовых нагелей на фасаде, их длины и углы наклона в вертикальной и горизонтальной плоскостях могут быть откорректированы во избежание пересечения (рисунки 10 и 11); при этом для компенсации местного снижения несущей способности армированного грунта и ограничения перемещений соседние грунтовые нагели рекомендуется проектировать удлиненными или с меньшим шагом (см. рисунок 11).
1 — ярусы основной сетки грунтовых нагелей; 2 — ярусы наклонные с учетом планировки грунтовых нагелей; 3 — верх сооружения
Рисунок 10 — Пример конструирования фасада нагельной крепи с учетом планировки участка и конфигурации сооружения
а — сооружение с учетом существующих инженерных сетей; б — то же, с учетом существующего колодца и конфигурации сооружения; 1 — грунтовые нагели, установленные без отклонений; 2 — грунтовые нагели укороченные, удлиненные или установленные со смещением и (или) с иными углами наклона в вертикальной и горизонтальной плоскостях; 3 — инженерные сети; 4 — колодец
Рисунок 11 — Пример конструирования сооружений с учетом существующих инженерных сетей, колодца и конфигурации сооружения
6.1.14 В ряде случаев целесообразно рассмотреть возможность комбинирования нагельных креплений с анкерными микросваями, обычно преднапрягаемыми (см. рисунки 3в, 3г). Преднапрягаемые анкерные микросваи рекомендуются к применению для высоких (обычно более 40 м) откосов, а также при наличии значительных горизонтальных нагрузок, обеспечивая требуемую общую устойчивость откоса, снижая величину перемещений и позволяя, таким образом, применить грунтовые нагели существенно меньшей длины.
Использование пояса анкерных микросвай также позволяет повысить устойчивость откоса и ограничить перемещения при разработке грунта, что может быть особенно важно при наличии на верховом откосе сооружений и (или) инженерных коммуникаций, чувствительных к перемещениям. Поскольку устройство анкерных микросвай предполагает передачу значительных сосредоточенных нагрузок на облицовку, для их опирания следует предусматривать устройство распределительных балок.
6.2 Грунтовые нагели
6.2.1 Для устройства нагельных креплений в зависимости от инженерно-геологических условий следует предусматривать инъекционные грунтовые нагели:
- самозабуриваемые (несущий элемент выполняет функцию бурового инструмента и остается в скважине по окончании проходки);
- буроопускные (несущий элемент опускается в предварительно пробуренную скважину).
6.2.2 Буроопускные грунтовые нагели рекомендуются к применению при наличии благоприятных инженерно-геологических условий, обеспечивающих устойчивость стенок скважин до завершения погружения и закрепления несущих элементов в грунте.
Самозабуриваемые грунтовые нагели рекомендуются к применению при наличии неблагоприятных инженерно-геологических условий, в которых устройство буроопускных грунтовых нагелей затруднено; имеют сравнительно высокую стоимость.
6.2.3 Конструкция самозабуриваемых грунтовых нагелей идентична конструкции самозабуриваемых микросвай (с применением несущих элементов несколько меньшего диаметра, обычно от 30 до 60 мм) и подробно рассмотрена в рекомендациях [2].
6.2.4 Основными конструктивными элементами буроопускных грунтовых нагелей являются (рисунок 12):
1 — несущий элемент; 2 — соединительная муфта; 3 — центраторы; 4 — оголовок; 5 — цементирующий раствор
Рисунок 12 — Буроопускной грунтовый нагель
6.2.5 Несущий элемент грунтового нагеля является основным его конструктивным элементом, воспринимая, главным образом, растягивающие напряжения. Несущие элементы грунтовых нагелей следует проектировать минимального диаметра, требуемого по результатам выполненных расчетов, при необходимости с учетом запаса на коррозионное разрушение (пункт 6.5.11).
6.2.6 Несущие элементы могут применяться цельными или сборными, из отдельных секций. Соединение секций несущих элементов следует предусматривать с применением неразъемных (сварка встык по ГОСТ 14098-2014, склейка) или разъемных (резьбовых) соединений. Как правило, используются соединения с применением соединительных муфт, часто с дополнительной фиксацией гайками, клеем или термоусадочными муфтами (рисунки 13в, 13г, 13д). Прочность узлов соединения отдельных секций следует предусматривать не менее прочности несущих элементов.
а — сечение грунтового нагеля (показаны инъекционные трубки); б — центратор; в, г, д — соединение секций несущего элемента соединительными муфтами, соответственно фиксирующими гайками, клеем, дополнительной термоусадочной муфтой; е, ж — профиль несущих элементов соответственно периодический и винтовой
Рисунок 13 — Детали грунтового нагеля
6.2.7 В качестве несущих элементов буроопускных грунтовых нагелей обычно следует применять стержневую арматурную сталь периодического профиля (ГОСТ 5781-82) классов А300, А400 и их разновидностей, диаметром от 20 до 40 мм, при необходимости до 50 мм и более (в отдельных случаях для коротких нагелей может применяться арматурная сталь меньших диаметров). При необходимости могут использоваться также несущие элементы винтового, трубчатого, уголкового или иного профиля (см. рисунки 13е, 13ж).
В некоторых случаях на несущем элементе грунтового нагеля гладкого или периодического профиля следует предусматривать нарезку наружной резьбы, обычно длиной не менее 150 мм, для закрепления на облицовке, а также для возможности наращивания его длины с применением соединительных муфт на резьбовых соединениях.
6.2.8 Несущие элементы, как правило, изготавливают из стали обыкновенного качества, соответствующей ГОСТ 380-2005, а также из коррозионно-стойкой стали по ГОСТ 5632-2014. При выборе марок предпочтение следует отдавать сталям с пластичным характером разрушения (высокопрочные стали обычно характеризуются хрупким характером разрушения и имеют повышенную склонность к коррозионному разрушению).
6.2.9 При соответствующем технико-экономическом обосновании в качестве несущего элемента грунтовых нагелей допускается применение арматуры неметаллической композитной (АНК) винтового профиля по ГОСТ 31938-2012 в соответствии с документом [3]. Арматура неметаллическая композитная может применяться как в обычных (неагрессивных) условиях, так и в условиях воздействия агрессивных сред, вызывающих коррозионное разрушение стальной арматуры в соответствии с СП 28.13330.2017 и ГОСТ 31384-2017 (в соответствии с СП 28.13330.2017 АНК относится к III группе по степени опасности коррозионного повреждения (наименее опасная)). Применение АНК целесообразно на участках автомобильных дорог, подвергающихся интенсивному воздействию противогололедных реагентов.
6.2.10 Для центрирования несущего элемента в скважине и обеспечения требуемой толщины защитного слоя цементирующего раствора следует применять центраторы (см. рисунок 13б), которые располагают по длине несущего элемента с шагом от 1,5 до 3 м. При этом первый и последний центраторы от концов несущего элемента в пределах скважины необходимо располагать на расстоянии половины указанного шага (при использовании конструкций заводского изготовления следуют рекомендациям производителя). Конструкция центраторов должна обеспечивать равномерное, без пустот покрытие несущего элемента цементирующим раствором требуемой толщины (с учетом возможного прогиба несущего элемента между центраторами) и не должна препятствовать его распределению по длине скважины.
В случае если слой цементного камня не учитывается в качестве средства антикоррозионной защиты, а требуемое сечение скважины обеспечивается грунтовыми условиями, допускается применение буроопускных нагелей без центраторов.
6.2.11 Оголовок грунтового нагеля представляет собой узел его опирания на облицовку и в значительной мере определяется ее типом (рисунок 14).
а, б, в — облицовка жесткая; г — то же, гибкая; д — то же, противоэрозионная; е, ж — без облицовки
Рисунок 14 — Варианты исполнения оголовка грунтовых нагелей при опирании на различные типы облицовок
Обычно в состав оголовка грунтового нагеля входят опорная (или прижимная) пластина и фиксирующая гайка. Опорная пластина представляет собой плоскую или сложной формы металлическую плиту и может опираться на облицовку или отдельные бетонные подушки при ее отсутствии. Как правило, применяют фиксирующие гайки конусного или шарового типа для обеспечения надежного соединения под различными углами. Такие решения также позволяют надежно закреплять оголовки в широком спектре углом наклона и нивелировать возможные неточности монтажа. Конструкция оголовка может быть различной и зависит от решений, применяемых фирмой — производителем грунтовых нагелей.
6.2.12 Цементирующий раствор позволяет:
- надежно закрепить несущий элемент в скважине, при этом обеспечить плотный контакт грунтового нагеля с армируемым грунтом, что дает возможность развить высокое удельное сопротивление сдвигу по боковой поверхности;
- увеличить площадь контакта боковой поверхности грунтового нагеля с окружающим грунтом (за счет увеличения диаметра), что ведет к пропорциональному росту его несущей способности по грунту (раздел 7);
- обеспечить базовый уровень антикоррозионной защиты (подраздел 6.5).
6.2.13 Цементирующий раствор обычно представляет собой цементное молочко, иногда с добавлением мелкого заполнителя (песка). Минимальная прочность раствора на сжатие должна составлять не менее 10 МПа в возрасте 3 сут и не менее 21 — 28 МПа в возрасте 28 сут. Водоцементное отношение обычно принимается в пределах 0,4 — 0,5, что соответствует плотности 1800 — 1900 кг/м3.
6.2.14 Диаметр скважины dg, мм, для устройства грунтового нагеля следует определять как сумму диаметра несущего элемента и двух толщин защитного слоя раствора с последующим округлением до ближайшего большего размера буровой коронки. Обычно для устройства буроопускных грунтовых нагелей диаметр скважины принимают в диапазоне от 60 до 150 мм. При наличии набухающих грунтов диаметр скважины следует увеличивать.
6.3 Облицовки
6.3.1 При устройстве нагельных креплений в зависимости от параметров сооружения и условий площадки строительства следует предусматривать жесткие (пункты 6.3.2 - 6.3.9), гибкие (пункты 6.3.10 - 6.3.17) или противоэрозионные облицовки (пункты 6.3.18 - 6.3.19). В отдельных случаях облицовки допускается не предусматривать (6.3.21).
6.3.2 Жесткие облицовки (рисунок 15а) применяют при закреплении крутонаклонных (обычно от 70° до 90°) откосов и, как правило, выполняют из набрызг-бетонного или торкрет-бетонного покрытия в комбинации со сборным или монолитным железобетоном. Жесткие облицовки обеспечивают противоэрозионную защиту, а также местную устойчивость грунта между грунтовыми нагелями, при этом жестко ограничивают его перемещения. Выполняя функцию опорных рам на поверхности откоса, жесткие облицовки позволяют мобилизовать растягивающие напряжения в грунтовых нагелях и значительно способствуют их совместной работе под нагрузкой.
а — облицовка жесткая; б — то же, гибкая; в — то же, противоэрозионная; г — без облицовки
Рисунок 15 — Типы облицовок при устройстве нагельных креплений
6.3.3 Жесткие облицовки обычно выполняют в виде двух покрытий — временной и постоянной облицовки, что обусловлено технологией производства работ. Временную облицовку выполняют из слоя набрызг-бетона или торкрет-бетона (толщиной 80 — 120 мм), она служит временным, на период производства работ, покрытием откоса до устройства постоянной облицовки. Постоянную облицовку обычно выполняют из монолитного железобетона (толщиной от 150 до 300 мм), реже — из сборного железобетона, а также в виде дополнительного слоя набрызг-бетона или торкрет-бетона. Общая толщина двуслойного жесткого покрытия обычно составляет от 200 до 400 мм.
6.3.4 При проектировании облицовок из набрызг-бетона или торкрет-бетона следует руководствоваться указаниями документов [4, [5]](#p101082), монолитных и сборных - СП 63.13330.2018. При этом в схеме армирования временной облицовки (рисунок 16) следует дополнительно предусматривать усиление стержневой арматурой участков вокруг оголовков грунтовых нагелей. Как правило, под опорными пластинами оголовков формируют «воротник» из четырех стержней арматуры, по паре в горизонтальном и вертикальном направлении. При этом горизонтальные арматурные стержни (при прямоугольной компоновке часто также и вертикальные) следует предусматривать длиной не менее шага грунтовых нагелей в ярусе и стыковать с арматурными стержнями «воротников» соседних грунтовых нагелей, образуя по всему фасаду горизонтальные и вертикальные полосы усиления (рисунок 17).
а, б — сечение соответственно продольное и поперечное; 1 — грунтовый нагель; 2 — временная облицовка; 3 — постоянная облицовка; 4 — армирование временной облицовки; 5 — усиленное армирование зоны оголовка; 6 — опорная пластина; 7 — гайка; 8 — армирование постоянной облицовки
Рисунок 16 — Конструкция жесткой облицовки
а, б — компоновка соответственно прямоугольная и шахматная
Рисунок 17 — Схемы полос усиления временной жесткой облицовки для различных компоновок
6.3.5 Опирание оголовков грунтовых нагелей обычно выполняют на поверхности временной облицовки. При этом на опорных пластинах следует предусматривать арматурные выпуски, на которых закрепляют арматурные каркасы постоянной облицовки.
6.3.6 Облицовки из сборного железобетона состоят из отдельных панелей заводского изготовления различных типоразмеров, от малых (1,5 x 1,5 м) до панелей на всю высоту откоса, обычно имеют подготовленную фасадную часть, не требующую отделки. Облицовки из сборного железобетона имеют пазы и закладные детали для крепления к оголовкам грунтовых нагелей и между собой. По мере установки панелей пазухи между ними и временной облицовкой заполняют бетоном низкой прочности. Применение сборных облицовок ограничено, так как осложняется высокими требованиями к правильности сетки грунтовых нагелей и точности их монтажа.
6.3.7 Высоту участков жестких облицовок от верхнего яруса нагелей до верха сооружения и от нижнего — до отметки земли в основании откоса рекомендуется конструктивно ограничивать: не более 0,5 м (для постоянных облицовок из торкрет-бетона и набрызг-бетона) до 1 м (для постоянных облицовок из монолитного или сборного железобетона) ввиду их работы по схеме консольных балок.
6.3.8 Для жестких облицовок рекомендуется предусматривать вертикальные температурно-усадочные швы со сравнительно большим шагом — до 30 м, так как достаточно плотная сетка оголовков грунтовых нагелей существенно ограничивает перемещения при усадке (расширении) бетона.
6.3.9 При необходимости следует предусматривать дополнительную декоративную отделку жестких облицовок:
- выравнивание, шпатлевку, окраску, нанесение текстур, имитирующих натуральный камень, естественную горную породу и пр.;
- монтаж навесных вентилируемых фасадов;
- обкладку кирпичом, блоками, натуральным камнем, декоративными панелями.
6.3.10 Гибкие облицовки (рисунок 15б) применяют при закреплении откосов средней (обычно от 30° до 70°) крутизны и, как правило, выполняют из покровных металлических сеток, часто в сочетании с тросами и геосинтетическими противоэрозионными покрытиями. Гибкие облицовки обеспечивают противоэрозионную защиту, а также местную устойчивость грунта между грунтовыми нагелями, допуская при этом сравнительно большие перемещения.
6.3.11 В качестве дополнительной противоэрозионной защиты, а также из эстетических соображений после устройства гибких и противоэрозионных облицовок допускается производить высадку кустарников и реже деревьев.
6.3.12 Для гибких облицовок обычно применяют стальные сетки, в том числе из высокопрочной стали, из проволоки диаметром от 2 до 4 мм. При необходимости могут применяться комбинированные системы из сеток и канатов.
6.3.13 Верхнюю часть сеток рекомендуется заводить за бровку откоса на расстояние 1 — 2 м и закреплять шпильками или скобами.
Для дополнительной фиксации по краю участков обычно предусматривают контурные стальные канаты диаметром от 10 до 12 мм, которые по углам закрепляют канатными (тросовыми) анкерами диаметром от 10 до 16 мм (могут также применяться дополнительные угловые анкеры).
6.3.14 Оголовки грунтовых нагелей при устройстве гибких облицовок рекомендуется обустраивать в выемках размерами не менее 0,6 x 0,6 м в плане и глубиной 0,2 — 0,3 м. Для надежного закрепления сетки следует обеспечивать максимальное плотное прилегание опорной пластины и сетки к поверхности откоса.
6.3.15 При необходимости между основными грунтовыми нагелями могут устанавливать промежуточные сравнительно короткие скобы, шпильки для местного закрепления облицовки между нагелями.
6.3.16 Опорные пластины для гибких покрытий проектируются под закрепление определенного типа сеток и отличаются разнообразием конструктивного исполнения с учетом предполагаемых нагрузок. Размеры опорных пластин обычно принимают в диапазоне 100 x 100 до 400 x 400 мм, толщиной от 10 до 50 мм.
6.3.17 Следует учитывать, что в процессе включения в работу конструкция гибкой облицовки может получить существенные перемещения. Для их ограничения рекомендуется предусматривать применение малодеформируемых высокопрочных сеток, а для грунтовых нагелей предусматривать незначительное конструктивное преднатяжение.
6.3.18 Противоэрозионные облицовки (рисунок 15в) используют при закреплении сравнительно пологих (обычно до 30°) откосов, как правило, их сооружают из геосинтетических противоэрозионных покрытий. Противоэрозионные облицовки обеспечивают удержание верхнего почвенно-растительного слоя и выполняют противоэрозионную защиту откоса до формирования устойчивого растительного покрова, который и определяет их долговременную эффективность. Следует учитывать, что противоэрозионные облицовки не обеспечивают местной устойчивости грунта между грунтовыми нагелями, а также не способствуют их совместной работе под нагрузкой.
6.3.19 Противоэрозионные облицовки не следует применять на откосах с уклоном бульшим , чем угол естественного откоса слагающих их грунтов, а также на участках развития крипа и осыпей (в этом случае следует отдавать предпочтение гибким облицовкам).
6.3.20 В зависимости от местных условий и состава агролесомелиоративных мероприятий в качестве противоэрозионных облицовок применяют широкий перечень технических решений и проектируют в соответствии с рекомендациями [6].
6.3.21 Облицовки допускается не предусматривать (рисунок 15г) для откосов, где местная устойчивость грунта между грунтовыми нагелями обеспечена, а противоэрозионная защита не требуется (существует плотный растительный покров, поверхностные слои сложены прочными грунтами), а также в некоторых случаях при ремонте или реконструкции существующих геотехнических сооружений.
6.3.22 При отсутствии облицовок опирание грунтовых нагелей на откос обычно следует предусматривать с использованием опорных пластин или бетонных подушек. Опорные пластины конструктивно аналогичны применяемым для гибких или противоэрозионных облицовок. Бетонные подушки выполняют сборными или монолитными и обычно размещают в подготовленных приямках.
6.4 Системы дренажа и водоотведения
6.4.1 Состав комплекса дренажных и водоотводных мероприятий определяют по результатам инженерных изысканий, и он направлен на предотвращение обводнения армированного массива. Расположение и конфигурацию систем дренажа и водоотведения следует назначать с учетом расположения обводненных горизонтов, фильтрующей способности грунтов и ожидаемого расхода дренируемых вод. Параметры систем дренажа и водоотведения могут быть откорректированы при вскрытии зон интенсивной фильтрации грунтовых вод, обнаруженных при разработке грунта. В случае если по результатам оценки объема дренажных мероприятий предполагается значительный расход грунтовых и поверхностных вод, как правило, следует рассмотреть альтернативные нагельным креплениям решения.
Системы дренажа и водоотведения необходимо проектировать в соответствии с документами [7 - 10] и рекомендациями настоящего подраздела.
6.4.2 Несоответствие дренажных и водоотводных мероприятий условиям площадки может привести к таким явлениям, как:
- повышение гидростатического давления на сооружение;
- развитие дополнительных перемещений в результате ухудшения физико-механических свойств армированного грунта при водонасыщении, в том числе снижения сопротивления сдвигу по боковой поверхности грунтовых нагелей;
- эрозия поверхности откоса;
- суффозия грунта под поверхностью жесткой облицовки с возможной ее деформацией и обрушением;
- образование льда под облицовкой и внутри армированного грунта в холодный период года, что может повлечь за собой деформацию и разрушение облицовки, развитие перемещений грунтовых нагелей под действием сил морозного пучения, а при многочисленных циклах замораживания и оттаивания — снижение несущей способности нагелей по грунту;
- водопроявления на фасаде сооружения.
6.4.3 Для предотвращения обводнения армированного грунта системы дренажа и водоотведения обеспечивают:
- перехват поверхностных вод и верховодки;
- дренирование армированного грунта под облицовкой;
- глубокое дренирование армированной зоны;
- организованное водоотведение.
При проектировании многоярусных сооружений следует также предусматривать мероприятия по водоотведению, предотвращению инфильтрации воды в армированный грунт нижележащего яруса и перелива вод на его фасад с верхних ярусов.
6.4.4 При проектировании нагельных креплений, как правило, предусматривают (рисунок 18):
\cdot систему дренажа и в его составе:
- перехватывающий и пристенный дренажи (пункт 6.4.5),
- застенный дренаж (пункты 6.4.6),
- лучевой дренаж (пункты 6.4.7);
\cdot систему водоотведения и в ее составе:
- перехватывающие лотки и нагорные канавы на верховом склоне (пункт 6.4.8),
- пристенные водоотводные лотки у основания сооружения (пункт 6.4.9),
- вспомогательные сооружения (водопропускные трубы, колодцы, энергогасители и пр.).
1 — застенный дренаж; 2 — лучевой дренаж; 3 — перехватывающий лоток; 4 — нагорная канава; 5 — пристенный лоток; 6 — депрессионная кривая
Рисунок 18 — Пример состава дренажных и водоотводных мероприятий нагельного крепления с жесткой облицовкой
6.4.5 Перехватывающий дренаж предназначен для перехвата грунтовых вод, обычно поступающих с местного водораздела. На практике получили применение сравнительно неглубокие дренажи, предназначенные для отведения главным образом верховодки (рисунок 19). Пристенный дренаж предназначен для осушения грунтов у основания сооружения, в него также могут сбрасываться дренированные застенным дренажом грунтовые воды. Перехватывающий и пристенный дренажи, как правило, проектируют горизонтальными траншейными трубчатыми.
а — дренажная трубка с разгрузкой на фасад; б — то же, заглубленная в армированный грунт; в, г — то же, с разгрузкой соответственно в пристенный лоток и пристенный дренаж
Рисунок 19 — Узлы систем дренажа и водоотведения
6.4.6 Застенный дренаж предназначен для предотвращения аккумулирования грунтовых вод и снижения гидростатического давления на жесткие облицовки (рисунок 20). Как правило, застенный дренаж закрепляют на откосе в виде вертикальных полос шириной 0,3 — 0,4 м, покрывающих 15% — 20% его площади. Полосы застенного дренажа следует предусматривать на всю высоту откоса и располагать между грунтовыми нагелями. Застенный дренаж выполняют из геокомпозитных материалов с фильтрующей способностью не менее 1,3 л/с на 1 пог. м.
а, б — компоновка соответственно прямоугольная и шахматная
Рисунок 20 — Схема расположения полос застенного дренажа под жесткой облицовкой для различных компоновок
6.4.7 Разгрузку застенного дренажа можно выполнять посредством дренажных трубок, обычно устанавливаемых в нижней части, у основания сооружения, реже, при значительном расходе, — в несколько ярусов по высоте, с шагом около 3 м в ярусе. Дренажные трубки длиной 0,3 — 0,4 м и диаметром не менее 50 мм выполняют с уклоном в сторону фасада с вылетом. В зоне непосредственного контакта с грунтом конец трубки следует оборачивать геотекстилем, образуя фильтрующий элемент. Для повышения эффективности дренирования дренажные трубки рекомендуется несколько заглублять в армированный грунт. При необходимости разгрузку застенного дренажа допускается предусматривать без вывода на дневную поверхность, через специальные каналы между постоянной и временной обделками (что предпочтительнее из эстетических соображений, однако не позволяет контролировать эффективность его работы, выполнять прочистку дренажных трубок).
6.4.8 Лучевой дренаж предназначен для понижения уровня грунтовых вод внутри зоны армированного грунта. Для назначения основных параметров дренажа определяют требуемый уровень понижения грунтовых вод. Длину лучевых дренажей рекомендуется проектировать несколько больше длины грунтовых нагелей, с тем чтобы обеспечить отведение грунтовых вод до их инфильтрации в армированный грунт. В зависимости от локализации обводненных горизонтов лучевые дренажи следует располагать в один или несколько ярусов по высоте сооружения с учетом предупреждения возможных коллизий с выполненными грунтовыми нагелями, существующими подземными сооружениями и инженерными сетями. Габариты приближения устанавливают с учетом фактической точности проходки для выбранной технологии производства буровых работ.
6.4.9 Лучевой дренаж обычно проектируют горизонтальным трубчатым с применением гладкостенных или гофрированных труб из ПВХ или ПЭВП (ГОСТ 18599-2001) внутренним диаметром не менее 50 мм (обычно 100 — 150 мм), погруженных в сравнительно глубокие скважины, выполненные под небольшим (но не менее 5° — 10°) углом вверх для обеспечения свободного стока.
В водоприемной части (фильтре) дренажной трубы предусматривают перфорацию и заключают в оболочку из геотекстильного материала. Размер отверстий перфорации и ячеек геотекстиля назначают с учетом гранулометрического состава грунта во избежание кольматажа. Следует учитывать, что чрезмерное уменьшение размеров отверстий перфорации и ячеек геотекстиля может привести к значительному снижению эффективности работы такого фильтра. В водоотводной части дренажной трубы перфорацию не предусматривают. Соединение водоотводной и водоприемной частей дренажной трубы обеспечивают муфтами или раструбной сваркой. При назначении конструкции лучевых дренажей следует учитывать, что внешний диаметр дренажных труб с учетом толщины геотекстиля не должен превышать 0,9 диаметра скважины или обсадной трубы.
6.4.10 При использовании в качестве облицовки набрызг-бетонных покрытий рекомендуется осуществлять сброс вод из дренированных трубок на поверхность во избежание размыва грунта под покрытием, что может привести к его разрушению. Выход дренажа (или его нижнего яруса при многоярусном исполнении) следует предусматривать на минимально технологически возможной отметке, обычно не более 1 м. Отведение воды, собранной дренажными трубами, необходимо выполнять низовым лотком сооружения.
6.4.11 Перехватывающие лотки и нагорные канавы предназначены для перехвата и отведения за пределы сооружения стекающих по склону ливневых и талых вод. Нагорные канавы устраивают выше по склону за пределами границ армированного грунта. Отведение поверхностных вод выполняют для предотвращения их застоя за сооружением, перелива через него, инфильтрации в армированный грунт. При наличии значительного количества поверхностных вод рекомендуется на дневной поверхности перед армированным массивом предусматривать перехватывающие лотки во избежание инфильтрации поверхностных вод в армированный массив.
6.4.12 Пристенные водоотводные лотки следует устраивать для отведения собранных дренированных и поверхностных вод от основания сооружения. В случае если в основании сооружения проходит автомобильная дорога, низовой водоотводной лоток также выполняет функцию кювета. Размеры водоотводных лотков назначают в соответствии с прогнозируемым расходом.
6.4.13 В местах окончания лотков для распластования потока согласно гидравлическому расчету устраивают энергогасящие сооружения в виде площадок из монолитного бетона с повышенной шероховатостью.
6.5 Антикоррозионная защита
6.5.1 В целях обеспечения долговечности и надежности нагельных креплений необходимо предусматривать антикоррозионную защиту их элементов. Методы антикоррозионной защиты следует назначать в зависимости от проектного срока эксплуатации и уровня агрессивности среды в соответствии с требованиями СП 28.13330.2017 и ГОСТ 9.602-2016.
6.5.2 Для выбора соответствующего уровня антикоррозионной защиты выполняют оценку коррозионной агрессивности условий площадки. Основными факторами, способствующими интенсивной коррозии, являются:
- влажные и водонасыщенные грунты;
- грунты с органическими включениями;
- очень низкие и очень высокие значения pH грунта;
- высокая концентрация хлоридов и сульфидов в грунтах или грунтовых водах;
- низкое электрическое сопротивление грунтов;
- наличие блуждающих токов и пр.
6.5.3 Антикоррозионная защита должна отвечать следующим требованиям:
- обеспечивать надежную защиту на весь период эксплуатации;
- не допускать снижения прочностных характеристик материалов;
- иметь химическую стабильность, стойкость к УФ-излучению;
- не допускать снижения сцепления с цементным раствором или грунтом.
6.5.4 Способы антикоррозионной защиты элементов нагельных креплений:
- изготовление из коррозионно-стойких марок стали (пункт 6.5.6);
- защита слоем цементного камня (пункт 6.5.7);
- нанесение на поверхность различных видов покрытий (пункт 6.5.8);
- применение защитных оболочек (пункт 6.5.9);
- комбинированные решения (пункт 6.5.10).
Допускается отсутствие антикоррозионной защиты элементов при условии назначения размеров их сечения с запасом на коррозионное разрушение (пункт 6.5.8).
6.5.5 Для систем нагельных креплений заводского изготовления мероприятия по антикоррозионной защите назначают в соответствии с рекомендациями производителя.
6.5.6 Антикоррозионная защита изготовлением из коррозионно-стойких марок стали обычно применяется:
Изготовление элементов нагельных креплений из коррозионно-стойких марок стали следует выполнять в соответствии с ГОСТ 5632-2014.
6.5.7 Антикоррозионная защита слоем цементного камня обычно используется:
- для несущих элементов грунтовых нагелей, толщина покрытия не менее 20 мм (пункт 6.2.10);
- оголовков грунтовых нагелей, толщина покрытия при монолитной заделке в теле постоянной жесткой облицовки не менее 50 мм;
- армирования жестких облицовок, толщина покрытия принимается в соответствии с СП 63.13330.2018.
В условиях агрессивных сред следует выполнять дополнительную защиту несущих элементов грунтовых нагелей, предполагая возможные нарушения сплошности защитного слоя (неполное заполнение скважины раствором, образование трещин).
6.5.8 Антикоррозионная защита нанесением на поверхность различных видов покрытий применяется:
Антикоррозионную защиту элементов нагельных креплений с нанесением на поверхность различных видов покрытий (например, горячим оцинкованием) следует выбирать в соответствии с требованиями ГОСТ 9.301-86, ГОСТ 9.303-84, ГОСТ 9.304-87, технологию нанесения защитного покрытия — ГОСТ 9.305-84 и ГОСТ 28302-89.
6.5.9 Антикоррозионная защита с применением защитных оболочек используется:
Защитные оболочки несущих элементов грунтовых нагелей обычно представляют собой полимерные трубки из ПВХ или ПЭВП с толщиной стенок от 1 до 1,5 мм гофрированного профиля (повышает сцепление и способствует передаче нагрузок на несущий элемент). Пространство между несущим элементом и защитной оболочкой по всей длине заполняют цементным раствором в заводских условиях, образуя сплошное покрытие из цементного камня толщиной не менее 5 мм (указанная толщина обеспечивает достаточную защиту, позволяя при этом свободно выполнять качественное заполнение раствором). Узлы стыковки несущих элементов (при их наличии) герметизируют термоусадочными муфтами, а их нижние концы — защитными колпачками для обеспечения непрерывности защитной оболочки.
Защитные оболочки оголовков грунтовых нагелей представляют собой гидроизоляционные колпаки с заполнением свободного пространства под ними цементным раствором непосредственно при установке.
6.5.10 В условиях агрессивных сред рекомендуется применять комбинированные методы антикоррозионной защиты (например, предусматривать дополнительное лакокрасочное или полимерное покрытие поверх оцинкованного элемента или защитную оболочку для элемента с защитным покрытием).
6.5.11 Допускается применение несущих элементов без дополнительной антикоррозионной защиты при условии назначения размеров сечения с учетом запаса на коррозионное разрушение, при этом следует учитывать проектный срок эксплуатации нагельного крепления t, годы, и скорость разрушения металла для конкретных условий площадки kcor, мкм/год (обычно около 80 мкм/год).
Для металлических несущих элементов сплошного сечения оценку глубины разрушения металла в результате коррозии rcor, мкм, допускается определять по формуле
Тогда в конце расчетного срока эксплуатации величина остаточного диаметра несущего элемента d', мм, составит
где dbar — исходный диаметр несущего элемента, мм.
6.5.12 Во избежание активизации коррозионных процессов на участках применения химически активных противогололедных составов следует предусматривать мероприятия, предотвращающие их проникновение в армированный грунт. В этих целях рекомендуются предусматривать укладку геомембран под основание дорожной одежды и в конструкциях систем дренажа и водоотведения.
6.5.13 При наличии в армируемом массиве блуждающих токов предпочтение следует отдавать диэлектрическим антикоррозионным материалам (полимерным покрытиям, защитным оболочкам и пр.). В случае расположения источника блуждающих токов на расстоянии более 30 — 60 м от сооружения (меньшие значения — для грунтов с высоким электрическим сопротивлением и источников с малой разностью потенциалов) их влиянием, как правило, следует пренебречь.
7.1 Основные расчетные положения при разработке проектов нагельных креплений на участках автомобильных дорог следует принимать в соответствии с СП 22.13330.2016, СП 116.13330.2012 и с учетом рекомендаций настоящего раздела.
7.2 Расчет нагельных креплений выполняют по двум группам предельных состояний.
Первая группа предельных состояний включает расчеты:
- общей устойчивости сооружения с прилегающим массивом грунта (рисунок 21а);
- устойчивости нагельного крепления на сдвиг (рисунок 21б);
- сопротивления грунтового нагеля выдергиванию из грунтового массива (рисунок 21в);
- прочности материалов элементов нагельных креплений (рисунки 21г, 21д);
- потери несущей способности подстилающего грунта основания (рисунок 21е).
а — нарушение общей устойчивости нагельных креплений; б — сдвиг; в — выдергивание грунтовых нагелей; г — разрушение материала грунтовых нагелей; д — разрушение облицовки; е — потеря несущей способности основания
Рисунок 21 — Схемы разрушения нагельных креплений
При второй группе предельных состояний выполняют расчеты:
- по деформациям;
- образованию или чрезмерному раскрытию трещин в железобетонных и бетонных элементах нагельных креплений.
7.3 Основными геометрическими параметрами (рисунок 22), которые определяют прочность и устойчивость нагельных креплений, являются:
- высота откоса H, м;
- длина грунтовых нагелей Ln, м;
- длина грунтового нагеля, расположенного в активной части грунтового массива (между поверхностью откоса и возможной поверхностью обрушения) La, м;
- длина грунтового нагеля, расположенного в пассивной части грунтового массива (за возможной поверхностью обрушения) Le, м;
- угол наклона грунтовых нагелей к горизонту \epsilon , град.;
- шаг грунтовых нагелей в ярусе Sh, м; расстояние между ярусами грунтовых нагелей Sv, м;
- диаметр грунтового нагеля d, м;
- площадь сечения несущего элемента грунтового нагеля Ad, м2;
- угол откоса \beta , град.;
- угол наклона поверхности обрушения \theta , град.
а — разрез по сооружению; б — расположение грунтовых нагелей на фасаде; q — распределенная нагрузка
Рисунок 22 — Схема для расчета нагельных креплений
7.4 Грунтовые нагели рассчитывают на действие продольных сил. Сопротивление грунтовых нагелей изгибающим и срезающим усилиям в запас прочности допускается не учитывать, так как они оказывают значимое влияние только при больших деформациях вмещающего массива грунта, которые обычно выходят за рамки допустимых значений.
7.5 Нагельные крепления следует рассчитывать на действие нагрузок от бокового давления грунта, подземных вод, транспортных средств, веса постоянных и временных сооружений, расположенных на укрепляемом склоне или откосе, а также от сейсмических воздействий.
7.6 Величину бокового давления грунта определяют методами предельного равновесия согласно СП 101.13330.2012, СП 22.13330.2016, а также с использованием упругопластических моделей грунта методом конечных элементов.
7.7 В качестве временной подвижной нагрузки от транспортных средств в расчетах нагельных креплений следует принимать нагрузку типа НК в соответствии с ГОСТ 32960-2014.
7.8 При проектировании нагельных креплений на участках, подверженных землетрясениям интенсивностью 6 и более баллов, расчет величины сейсмического воздействия производят в соответствии с СП 14.13330.2014.
7.9 Расчеты устойчивости склонов (откосов) с учетом нагельных креплений выполняют согласно СП 116.13330.2012 общепринятыми методами теории предельного равновесия с разбиением призмы обрушения на отсеки (методы Моргенштерна — Прайса, Шахунянца, Бишопа, Янбу и др.), а также методом конечных элементов с использованием метода снижения прочностных характеристик и упругопластической модели грунтов.
7.10 Общая устойчивость склона (откоса) нагельным креплением согласно СП 116.13330.2012 обеспечивается при соблюдении условия
где kst — коэффициент устойчивости склона (откоса);
[kst] — допустимая величина коэффициента устойчивости склона (откоса).
7.11 Допустимая величина коэффициента устойчивости нагельного крепления [kst] устанавливается по формуле
[k_{st}] = \frac{\gamma_{n}\psi}{\gamma_{c}} , (4)
где \gamma_{n} — коэффициент надежности по ответственности нагельного крепления, принимается для автомобильных дорог категории IА равным 1,25; для категорий IБ, IВ и II — 1,2; для категорий III и IV — 1,15; для категории V — 1,1;
\gamma_{c} — коэффициент условий работы, учитывающий характер воздействий, возможность изменения свойств грунтов со временем, степень точности исходных данных, приближенность расчетных схем, а также другие факторы, принимается \gamma_{c} \leq 1,0 согласно СП 22.13330.2016;
\psi — коэффициент сочетания нагрузок, учитывающий уменьшение вероятности одновременного появления расчетных нагрузок, для основного сочетания принимается равным 1,0; для строительного периода и ремонта — 0,95; для сейсмической нагрузки на уровне проектного землетрясения годовой вероятностью 0,01 и менее — 0,95; при прочих нагрузках годовой вероятностью 0,001 и менее, а также максимальном уровне расчетного землетрясения — 0,9.
7.12 Расчет общей устойчивости нагельных креплений методами предельного равновесия заключается, как правило, в решении плоской задачи, при которой рассматривается равновесие сооружения и грунтового массива шириной 1 м, условно «вырезанных» по направлению ожидаемого смещения. Расчет общей устойчивости следует выполнять по круглоцилиндрическим или ломаным поверхностям скольжения, которые пересекают или не пересекают грунтовые нагели (рисунок 23).
Рисунок 23 — Возможные поверхности скольжения, рассматриваемые при расчете устойчивости нагельных креплений
7.13 При использовании методов теории предельного равновесия, основанных на равновесии сил, коэффициент устойчивости склона (откоса) с нагельным креплением kst определяют по формуле
k_{st} = \frac{F_{\text{уд}.}}{F_{\text{сд}.}} , (5)
где Fсд. — сумма сдвигающих сил, кН·м, вычисляемая согласно указаниям [11, 12, 13] и др.;
Fуд. — сумма удерживающих сил, кН·м,
Fуд.гр — сумма удерживающих сил, реализуемых за счет прочностных свойств грунта, кН/м, рассчитываемая согласно рекомендациям [11, 12, 13] и др.;
Fуд.наг — сумма удерживающих сил, реализуемых за счет грунтовых нагелей, кН/м,
F_{\text{уд}.\text{наг}} = \sum_{j = 1}^{m} [F \cdot cos\epsilon_{j}] ; (7)
F — сила сопротивления сдвигу грунтового нагеля на 1 пог. м сооружения, кН/м;
m — количество ярусов грунтовых нагелей;
j — номер яруса грунтовых нагелей (изменяется от 1 до m);
\epsilon_{j} — угол наклона j-го яруса грунтовых нагелей, град.
7.14 При использовании методов теории предельного равновесия, основанных на равновесии моментов, коэффициент устойчивости склона (откоса) с нагельным креплением kst определяют по формуле
k_{st} = \frac{M_{\text{уд}.}}{M_{\text{сд}.}} , (8)
где Mсд. — сумма моментов сдвигающих сил, (кН·м)/м, вычисляемая согласно рекомендациям [11, 12, 13] и др.;
Mуд. — сумма моментов удерживающих сил, (кН·м)/м,
Mуд.гр — сумма моментов удерживающих сил, реализуемых за счет прочностных свойств грунта, (кН·м)/м, рассчитываемая согласно рекомендациям [11, 12, 13] и др.;
Mуд.наг — сумма моментов удерживающих сил, реализуемых за счет грунтового нагеля, (кН·м)/м,
F_{\text{уд}.\text{наг}} = \sum_{j = 1}^{m} [Fsin(\theta_{j} - \epsilon_{j})] ; (10)
где r — радиус круглоцилиндрической поверхности скольжения, м (рисунок 24);
\theta_{j} — угол наклона основания отсека к горизонтальной плоскости, в котором расположен j-й грунтовый нагель, град.;
Fj — сила сопротивления сдвига для отдельного грунтового нагеля.
Рисунок 24 — Схема для расчета устойчивости нагельного крепления
7.15 В формулах (7) и (10) в запас надежности не учитывается влияние поперечной прочности грунтовых нагелей, а также дополнительное сопротивление сдвигу, реализуемое за счет увеличения нормальных напряжений в основании отсека из-за присутствия грунтового нагеля. При необходимости формулы (7) и (10) могут быть соответствующим образом дополнены для учета данных факторов, а также изменены вследствие особенностей используемого конкретного расчетного метода.
7.16 В случае если поверхность скольжения пересекает грунтовый нагель, то к удерживающим силам в отсеке прибавляется сила F, которую определяют как минимальное значение из трех параметров (рисунок 25) по формуле
F = \frac{min(T_{q}L_{e};T_{d};T_{f} + T_{q}L_{a})}{S_{h}} , (11)
Tf — сила сопротивления оголовка грунтового нагеля, кН;
Td — расчетное значение прочности материала грунтового нагеля на разрыв, кН;
Tq — расчетное значение удельного сопротивления грунтового нагеля выдергиванию из грунтового массива, кН/м.
Рисунок 25 — Распределение силы сопротивления вдоль оси грунтового нагеля
7.17 Расчетное значение удельного сопротивления грунтового нагеля выдергиванию из грунтового массива Tq рассчитывают по формуле
T_{q} = \frac{T_{qn}}{\gamma_{g}} , (12)
где Tqn — нормативное значение удельного сопротивления грунтового нагеля выдергиванию из грунтового массива, кН/м;
\gamma_{g} — коэффициент надежности по грунту, принимаемый для случаев, когда несущая способность грунтового нагеля определена по результатам полевых испытаний, равным 1,15, для случаев, когда несущая способность грунтового нагеля получена расчетом, — 1,5.
7.18 Нормативное значение удельного сопротивления грунтового нагеля выдергиванию из грунтового массива Tqn вычисляют по формуле
где qs — удельное сопротивление сдвигу по боковой поверхности грунтового нагеля, кПа.
7.19 В реальных условиях величина сопротивления qs изменяется вдоль поверхности грунтового нагеля в зависимости:
- от прочностных и деформационных свойств вмещающего массива грунта;
- величины контактных напряжений, возникающих при смещении вмещающего массива грунта;
- длины грунтового нагеля (в общем случае с увеличением длины величина qs снижается);
- способа устройства грунтового нагеля и др.
Для упрощения расчетной схемы при расчетах допускается принимать постоянное распределение qs по длине грунтового нагеля (рисунок 26).
1 — фактическое распределение сопротивления qs; 2 — расчетное распределение сопротивления qs; 3 — поверхность скольжения
Рисунок 26 — Распределение сопротивления qs по длине грунтового нагеля
7.20 Относительное смещение вмещающего массива, которое требуется для реализации сопротивления qs, будет отличаться для активной и пассивных зон грунта. В связи с этим включению грунтовых нагелей в работу будет сопутствовать некоторая общая деформация сооружения. Общая схема развития деформаций нагельного крепления и усилий в грунтовых нагелях в зависимости от этапа устройства нового откоса или стадии смещения существующего представлена на рисунке 27. При расчете нагельных креплений методами предельного равновесия данными деформациями допускается пренебрегать.
а — новый откос; б — то же, с нагельным креплением;
в — существующий откос; г — то же, с нагельным креплением;
1 — перемещения призмы обрушения для соответствующего
этапа разработки грунта; 2 — перемещения откоса
для соответствующей стадии смещения;
- разработки грунта, этап 1; 
- то же,
этап 2; 
- то же, этап 3; 
- то же,
этап 4
Рисунок 27 — Общая схема развития перемещений грунтового массива и усилий в грунтовых нагелях в зависимости от этапа устройства нового откоса (по мере разработки грунта) или стадии смещения существующего откоса (усилия, возникающие в облицовке, условно не показаны)
7.21 В связи с большим числом разнообразных факторов, которые определяют величину сопротивления qs, несущую способность грунтового нагеля по грунту в первую очередь рекомендуется устанавливать по данным полевых испытаний. Также величину qs допускается определять в зависимости от величины радиальных эффективных напряжений (подраздел 7.22), а для самозабуриваемых грунтовых нагелей — принимать по статистическим опытным данным (подраздел 7.23).
7.22 Величину предельного сопротивления сдвигу по боковой поверхности грунтового нагеля qs в зависимости от величины радиальных эффективных напряжений определяют по формуле:
q_{s} = \sigma_{r}tg\phi + c , (14)
где \sigma_{r} — среднее радиальное эффективное напряжение в грунте, кПа,
\sigma_{r} = \frac{(1 + K_{L})\sigma_{v}}{2} , (15)
\phi — эффективный угол внутреннего трения грунта, град.;
c — эффективное сцепление грунта, кПа;
\sigma_{v} — среднее вертикальное эффективное напряжение в грунте, кПа, определяемое согласно СП 22.13330.2016;
KL — коэффициент, определяющий зависимость величины радиальных эффективных напряжений \sigma_{r} от величины \sigma_{v} ,
K_{L} = 0,5(1 + \frac{1 - sin\phi}{1 + sin\phi}) . (16)
7.23 Для расчетов величину удельного сопротивления сдвигу qs для самозабуриваемых грунтовых нагелей допускается принимать в соответствии с таблицей 2, при этом диаметр грунтового нагеля данного типа следует вычислять по формуле
где dg — диаметр скважины (буровой коронки), м;
a — размер увеличения диаметра скважины при бурении, м, принимаемый для самозабуриваемых грунтовых нагелей равным 0,02 м.
7.24 Расчетное значение прочности материала грунтового нагеля на разрыв Td рассчитывают по формуле
T_{d} = \frac{R_{yd}}{\gamma_{m}} , (18)
где Ryd — нормативное значение прочности материала грунтового нагеля по пределу текучести, кН,
\gamma_{m} — коэффициент надежности по материалу, равный 1,15.
Удельное сопротивление сдвигу по боковой поверхности qs для самозабуриваемых грунтовых нагелей (согласно статистическим опытным данным)
Примечание — В таблице приведены повышенные значения qs для глинистых и песчаных грунтов, учитывающие увеличение диаметра грунтовых нагелей при их устройстве, который по факту будут превышать расчетное значение d, определенное по формуле (17).
7.25 В отличие от анкерных удерживающих сооружений, состоящих из анкерных затяжек и распределительных плит, которые прижимают смещающиеся массив к устойчивым слоям грунта, в нагельных креплениях удерживающие силы в основном передаются вдоль поверхности грунтового нагеля. Таким образом, роль распределительных плит в обеспечении общей устойчивости нагельных креплений незначительна. В связи с этим при расчетах устойчивости нагельных креплений с гибкой и противоэрозионной облицовками силу сопротивления оголовка грунтового нагеля Tf в запас прочности допускается не учитывать.
В случае необходимости учета в расчетах общей устойчивости силы сопротивления оголовка грунтового нагеля для данных видов конструкций величину Tf следует устанавливать исходя из несущей способности распределительной плиты. Подбор параметров распределительной плиты и расчет ее несущей способности необходимо выполнять согласно рекомендациям [14].
7.26 При расчетах устойчивости нагельных креплений с облицовкой жесткого типа, основанных на методах предельного равновесия, силу Tf допускается определять по формуле
Tf = Td[0,6 + 0,2(Smax — 1)], (20)
где Smax — максимальное расстояние между грунтовыми нагелями в сооружении, м.
7.27 Расчеты устойчивости нагельного крепления на сдвиг и несущей способности его грунта основания следует выполнять только для крутонаклонных сооружений, которые устраивают на вновь образуемых откосах. Данные расчеты следует выполнять в соответствии с СП 22.13330.2016.
7.28 Проверку сопротивления грунтового нагеля выдергиванию из грунтового массива следует выполнять исходя из условия
N \leq \frac{\gamma_{c}T_{q}L_{e}}{\gamma_{n}\psi} , (21)
где N — расчетное значение продольного усилия, возникающего в грунтовом нагеле, кН.
7.29 Проверку прочности по материалу грунтового нагеля осуществляют из условия
N \leq \frac{\gamma_{c}T_{d}}{\gamma_{n}\psi} . (22)
7.30 Величины расчетных продольных усилий, возникающих в грунтовых нагелях N, находят с помощью моделирования изменения напряженно-деформированного состояния армированного массива грунта грунтовыми нагелями методом конечных элементов. Общая схема распределения растягивающих усилий в грунтовых нагелях в креплениях с жесткой облицовкой дана на рисунке 28.
Рисунок 28 — Общая схема распределения растягивающих усилий в грунтовых нагелях в креплениях с жесткой облицовкой
7.31 Для нагельных креплений с жесткой облицовкой максимальное продольное усилие, возникающее в j-м грунтовом нагеле, Nmaxj допускается определять по формуле
N_{maxj} = \frac{s_{h}k_{n}F_{hj}}{cos\epsilon_{j}} , (23)
kn — коэффициент редукции активного давления, принимаемый равным 0,85;
Fhj — сила активного давления грунта, приходящаяся на j-й грунтовый нагель, кН/м, определяемая согласно СП 22.13330.016 (рисунок 29).
Рисунок 29 — Расчетная схема для определения продольных усилий в грунтовых нагелях
7.32 Расчеты прочности железобетонных элементов нагельных креплений, а также возможность образования и ширина раскрытия в них трещин выполняют в соответствии с СП 63.13330.2018.
При расчете жесткой железобетонной облицовки на действие изгибающего момента ее допускается рассматривать как многопролетную шарнирную балку с опорами в местах креплениях грунтовых нагелей загруженную распределенной нагрузкой от активного давления грунта (рисунок 30).
а — схема для определения усилий в жесткой облицовке; б — то же, для расчета на продавливание оголовка грунтового нагеля; 1 — жесткая облицовка; 2 — шарнир; 3 — активное давление грунта; 4, 5 — оси жесткой облицовки соответственно недеформированной и деформированной
Рисунок 30 — Схемы для расчета жесткой облицовки
Расчет возможности разрушения железобетонной конструкции вследствие продавливания ее вокруг оголовка грунтового нагеля рекомендуется выполнять на величину Td.
7.33 Необходимость устройства гибкой удерживающей облицовки определяется устойчивостью поверхностных слоев грунта в межнагельном пространстве. Параметры гибкой облицовки (прочность и диаметр проволочной сетки, размер ячеек и др.) находят исходя из условия необходимости восприятия давления неустойчивого массива грунта, а также из условия прочности в месте контакта гибкой сетки и опорной плиты грунтового нагеля.
7.34 Расчет нагельных креплений по деформациям обязателен для случаев, если их осадки и крены способны привести к деформациям земляного полотна автомобильной дороги или других прилегающих сооружений. В иных случаях расчет по деформациям нагельных креплений допускается не производить.
7.35 Расчет деформаций нагельных креплений выполняют посредством численных методов анализа методом конечных элементов.
При устройстве нового откоса для крутонаклонных нагельных креплений с жесткой облицовкой для предварительных расчетов величины вертикальных \delta_{v} , мм, и горизонтальных \delta_{h} , мм, смещений верха стены (рисунок 31) допускается принимать по таблице 3. При этом зона влияния, на которой будут распространяться деформации Ddef, м, может быть рассчитана по формуле
D_{def} = HC[1 - tg(90^{\circ} - \beta)] , (24)
где C — параметр, определяемый по таблице 3.
Рисунок 31 — Расчет деформаций нагельных креплений
Величины вертикальных \delta_{v} и горизонтальных \delta_{h} смещений верха стены, а также параметра C для различных типов грунта
| Тип грунта | Величина смещения (\delta_{v} = \delta_{h}) | Параметр C |
|---|---|---|
| Выветрелый скальный и твердый глинистый | H/1000 | 0,80 |
| Песчаный | H/500 | 1,25 |
| Полутвердый и тугопластичный глинистый | H/333 | 1,50 |
7.36 Расчеты устойчивости, прочности и деформаций нагельных креплений следует выполнять с учетом этапности их возведения, а также напластования различных слоев грунта.
7.37 Пример расчета нагельного крепления приведен в приложении А.
8 Производство работ по устройству нагельных креплений
8.1 Общие положения
8.1.1 Работы по устройству нагельных креплений следует выполнять в соответствии с проектом организации строительства, проектом производства работ и рабочими чертежами, а также с учетом положений СП 45.13330.2017, СП 48.13330.2019, документом [15].
8.1.2 В зависимости от области применения порядок производства работ по устройству нагельных креплений может несколько отличаться, при этом, как правило, выделяют:
- закрепление новых откосов (поярусная разработка грунта с параллельным устройством грунтовых нагелей и облицовки по мере понижения отметок);
- закрепление существующих откосов (устройство грунтовых нагелей с последующим монтажом облицовки).
В случае применения нагельных креплений для ремонта существующих геотехнических сооружений порядок производства работ разрабатывают индивидуально.
8.1.3 При устройстве нагельных креплений выполняют:
- подготовительные работы (подраздел 8.2);
- разработку грунта (подраздел 8.3);
- устройство грунтовых нагелей (подраздел 8.4);
- устройство облицовки (подраздел 8.5);
- устройство систем дренажа и водоотведения (подраздел 8.6);
- заключительные работы (пункт 8.1.5).
8.1.4 Как правило, производство работ осуществляют в следующей последовательности:
- механизированная разработка грунта по длине захватки на глубину одного или двух ярусов (рисунок 32а);
- проходка скважин, погружение несущих элементов нагелей и цементирование скважин (рисунок 32б);
- устройство застенного дренажа, монтаж арматурных сеток (рисунок 32в);
- устройство временной облицовки из торкрет-бетона или набрызг-бетона с последующим закреплением на ней оголовков грунтовых нагелей (рисунок 32г).
а — разработка грунта; б — проходка скважин; в — погружение несущих элементов грунтовых нагелей, заполнение скважин раствором; г — монтаж пристенного дренажа и арматурных сеток; нанесение набрызг-бетонного покрытия; д — разработка грунта и монтаж нагелей до проектной отметки; е — устройство постоянной облицовки и пристенного лотка
Рисунок 32 — Последовательность производства работ при устройстве нагельного крепления для закрепления нового откоса
Указанные выше работы повторяют до достижения проектной глубины разработки грунта (рисунок 32д), после чего выполняют устройство постоянной облицовки из монолитного или сборного железобетона либо дополнительного слоя торкрет-бетона или набрызг-бетона (рисунок 32е). В зависимости от условий площадки строительства порядок производства работ может отличаться.
8.1.5 В составе заключительных работ осуществляют ликвидацию всех временных сооружений и производят рекультивацию территории, затронутой строительно-монтажными работами.
8.2 Подготовительные работы
8.2.1 До начала строительно-монтажных работ должны быть выполнены внутриплощадочные подготовительные работы, включающие:
- устройство ограждений строительной площадки;
- создание зон отвала грунта;
- вскрытие, обозначение или перенос инженерных коммуникаций, попадающих в зону производства работ;
- вынос сооружения в натуру;
- снятие слоя растительного грунта;
- расчистку склона от кустарников, мелких деревьев, оборку булыжников или отдельных неустойчивых блоков (скальные откосы);
- устройство подъездных путей;
- размещение временных административно-бытовых помещений;
- подготовку мест для складирования строительных материалов и конструкций;
- доставку необходимого технологического оборудования;
- устройство мероприятий по перехвату и отведению поверхностных вод от разрабатываемого откоса (склона);
- пробную установку и тестирование нагелей для проверки соответствия проектным параметрам;
- установку приборов, необходимых для контроля работ по сооружению нагельных креплений;
- монтаж вспомогательных средств производства работ, подготовку площадки в соответствии с требованиями охраны труда;
- выполнение водоотводных мероприятий;
- устройство и испытание опытного фрагмента нагельной крепи;
- развертывание сети геотехнического мониторинга.
8.2.2 Перед производством работ по разработке грунта вдоль верхней бровки сооружения следует предусмотреть мероприятия по перехвату и отведению поверхностных вод от разрабатываемого откоса для предотвращения отрицательного их влияния на строительство и устойчивость разрабатываемого участка. За границами площадки устраивают канавы для перехвата и отвода поверхностных вод.
8.2.3 При наличии неблагоприятных условий перед установкой нагельного крепления могут быть проведены мероприятия по снижению уровня грунтовых вод, цементации, а также использованы другие методы повышения несущей способности основания.
8.2.4 Перед началом производства работ по разработке грунта на участке следует приступить к инструментальному мониторингу. В процессе строительства необходимо осуществлять контроль за состоянием выемки с целью своевременного выявления возможных деформаций грунта. Наблюдения проводят для обеспечения выполнения работ в пределах согласованных заранее границ выемки.
8.2.5 При необходимости определения фактического времени стояния неукрепленного забоя (откоса) следует выполнять устройство опытных выемок, которые предусматривают с углом откоса, равным проектному для нагельного крепления. Глубину выемки назначают в соответствии с высотой яруса разработки грунта, а ширину — не менее двойной высоты яруса. При этом период наблюдения за откосами опытной выемки следует предусматривать не менее предполагаемого времени их стояния до момента закрепления в соответствии с предполагаемым порядком производства работ. Опытные выемки рекомендуется выполнять до начала производства работ. При значительной проектной глубине разработки грунта, а также при существенной изменчивости физико-механических свойств грунтов и гидрогеологических условий по высоте опытные выемки также рекомендуется выполнять в процессе производства работ по мере понижения отметки, до разработки грунта очередного яруса.
8.3 Разработка грунта
8.3.1 Разработку грунта следует выполнять с применением землеройных машин (экскаваторов), а доработку, планировку откоса и дна выемки, перемещение грунта — с применением землеройно-транспортных (бульдозеров, грейдеров, скреперов) и транспортных машин (автомобилей-самосвалов). Также может потребоваться ручная разработка грунта:
- при наличии грунтов с включениями булыжников или валунов;
- на участках, непосредственно прилегающих к существующим на участке сооружениям, инженерным коммуникациям, деревьям, выходам скальных пород;
- при операциях по окончательной зачистке и выравниванию откоса.
8.3.2 Разработку грунта, как правило, осуществляют поярусно, на длину захватки. Высота яруса определяется расстоянием между ярусами грунтовых нагелей, а также устойчивостью неукрепленного забоя заданной высоты в течение требуемого периода времени — для устройства грунтовых нагелей и временной облицовки (обычно 1 — 2 сут.). Устойчивость неукрепленного забоя зависит от угла откоса, физико-механических свойств грунтов, гидрогеологической обстановки, а также погодных условияй. В среднем высоту яруса разработки грунта следует принимать от Sv до 2Sv или от 1 до 3 м (около 1,5 м), а также с учетом фактического времени стояния неукрепленного забоя (откоса) (см. пункт 8.2.5).
Примечание - Так, например, в мелких влажных песках капиллярными силами формируется некоторое сцепление, которое практически полностью исчезает при их высушивании или водонасыщении. Применение указанной особенности для мелких песков может существенно облегчить производство работ, однако требует выполнения следующих условий:
- ограничение стояния неукрепленного откоса до нескольких часов в сухую погоду;
- предотвращение прямого попадания воды на откос, а также инфильтрации поверхностных вод в грунт непосредственно перед разрабатываемым откосом.
8.3.3 Длину захватки при разработке грунта определяют возможностью закрепления подготовленного откоса в пределах одной рабочей смены. Во всех случаях следует стремиться к сокращению времени стояния незакрепленного откоса. В случае приостановки работ, если по тем или иным причинам невозможно выполнить устройство очередного яруса грунтовых нагелей или облицовки, следует выполнить отсыпку временной стабилизирующей бермы во избежание эрозионного разрушения и потери устойчивости неукрепленного забоя.
К разработке следующего яруса приступают только по окончании устройства грунтовых нагелей и облицовки предыдущего яруса. При наличии достаточного фронта работ разработка грунта, устройство покрытия откоса и установка нагелей должны вестись в единой технологической цепочке одновременно. Следующий ярус разрабатывают только после закрепления (возведения защитного покрытия, устройства нагеля и фиксирования его на поверхности) предыдущего яруса. При этом разработку грунта следующего яруса не рекомендуется начинать ранее 24 часов после устройства временной облицовки (или закрепления грунтовых нагелей, если разработку выполняют после устройства облицовки) в целях достижения минимальной требуемой прочности цементного камня.
8.3.4 На участках, где устойчивость неукрепленного забоя недостаточна, следует предусматривать устройство временных стабилизирующих берм (рисунок 33).
а — вариант со стабилизирующей бермой; б — то же, с чередующимися захватками
Рисунок 33 — Варианты разработки грунта при неустойчивых откосах
Устройство стабилизирующей бермы выполняется путем недобора грунта у основания откоса. В этом случае проходка скважин и закрепление грунтовых нагелей выполняют через берму. Затем осуществляют разработку бермы и незамедлительное закрепление откоса.
Альтернативным вариантом является разработка стабилизирующей бермы чередующимися захватками с устройством грунтовых нагелей и закреплением откоса на разработанных секциях. После чего операции повторяют для оставшихся секций. Длина захваток не должна превышать шага грунтовых нагелей в ярусе. Возможен также комбинированный вариант с устройством грунтовых нагелей через стабилизирующую берму и последующей ее разработкой с закреплением откоса чередующимися захватками. Следует учесть, что устройство стабилизирующих берм значительно повышает стоимость и продолжительность строительства.
8.3.5 При разработке грунта необходимо вести наблюдение и осуществлять контроль соответствия фактических инженерно-геологических и гидрогеологических условий проектным данным, а при выявлении отклонений — незамедлительно ставить в известность проектную организацию. Наиболее характерными являются случаи вскрытия участков значительного водопротока, крупных глыб, валунов, незадокументированных инженерных сетей или подземных сооружений. В этом случае проектная организация в установленном порядке вносит изменения в проектную документацию, корректируя расположение, длины, углы наклона грунтовых нагелей, устройство системы дренажа и водоотведения и пр.
8.3.6 В случае потери устойчивости откоса следует приостановить производство работ и выполнить изучение ее причин, при необходимости — с привлечением проектной организации и организации, выполняющей работы по геотехническому мониторингу. В случае обрушения откоса выемки в процессе разработки грунта необходимо выяснить причины и принять меры для предотвращения повторных смещений.
8.3.7 При разработке грунта поверхность откоса подготавливают под устройство облицовки во избежание последующего перерасхода торкрет-бетона или набрызг-бетона жестких облицовок или качественного прилегания гибких и противоэрозионных облицовок. Как правило, зачистку и планировку откоса до проектной крутизны сопровождают геодезическим контролем.
8.3.8 При планировке откоса следует предусматривать следующие допуски (от проектных значений) (рисунок 34):
- угол откоса \beta , равный +/- 2,5°;
- положение бровки откоса f (задается проектной организацией);
- глубина (высота) неровностей поверхности +/- bf/20.
а — угол откоса; б — глубина неровностей
Рисунок 34 — Допуски при разработке грунта
Зачистку и планировку откоса до проектной крутизны сопровождают геодезическим контролем, в рамках которого также наблюдают за перемещениями неукрепленного забоя. Особое внимание следует уделять развитию перемещений на последних этапах разработки грунта в период стояния неукрепленного забоя (откоса) ввиду высокой вероятности потери его устойчивости.
8.4 Устройство грунтовых нагелей
8.4.1 Технология устройства самозабуриваемых грунтовых нагелей идентична применяемой при устройстве самозабуриваемых микросвай и подробно рассмотрена в рекомендациях [2].
Технологию устройства грунтовых нагелей следует назначать в зависимости от инженерно-геологических условий строительства, стоимостных показателей, а также возможностей подрядной строительной организации. Буроопускные грунтовые нагели рекомендуются к применению во всех случаях, когда их использование не затруднено технологически.
8.4.2 В случае если фактические грунтовые условия не позволяют выполнить монтаж грунтовых нагелей в полном соответствии с проектом, совместно с проектной организацией следует пересмотреть сетку их размещения, а также откорректировать длины и углы наклона. При этом установленные или частично установленные грунтовые нагели извлекать не следует.
8.4.3 Устройство буроопускных грунтовых нагелей, как правило, выполняют в следующей последовательности:
- проходка скважин (пункты 8.4.4 - 8.4.10);
- погружение несущих элементов в скважины (пункты 8.4.11 - 8.4.14);
- заполнение скважины цементным раствором (пункты 8.4.15 - 8.4.15).
8.4.4 Для выполнения скважин под устройство буроинъекционных грунтовых нагелей требуемой длины и диаметра в зависимости от грунтовых условий, имеющегося технологического оборудования следует, как правило, применять проходку скважин роторным, шнековым, ударным, ударно-вращательным способами. Выбранный метод бурения должен обеспечивать проходку скважины диаметром не менее заданного по всей длине.
8.4.5 Проходку скважин следует производить под углом наклона, заданным проектом. Для буроопускных нагелей рекомендуется предусматривать некоторую величину перебура, обычно от 0,1 до 0,5 м, чтобы обеспечить погружение несущего элемента до проектной отметки, что следует отразить в проекте производства работ.
8.4.6 В устойчивых породах, связных грунтах, при отсутствии подземных вод в пределах глубины заложения нагелей проходка скважин может осуществляться без крепления стенок. В неустойчивых породах для поддержания стенок скважин в устойчивом состоянии применяют бурение с креплением извлекаемыми обсадными трубами, продувкой сжатым воздухом, цементированием, промывкой.
8.4.7 В качестве промывочной жидкости используют полимерные (на основе природных полимеров) или глинистые (бентонитовые) буровые растворы. В некоторых случаях (в соответствии с проектом) при бурении под защитой обсадных труб для промывки скважины может использоваться вода. Буровой раствор должен обеспечивать:
- удержание во взвешенном состоянии частиц выбуренной породы и вынос их из скважины;
- предупреждение набухания и налипания частиц выбуренной породы на буровой инструмент;
- укрепление стенок скважины, предотвращение их обрушения, образование тонкой прочной фильтрационной корки с низким уровнем водопроницаемости при бурении в несвязанных грунтах.
Необходимый состав и свойства бурового раствора определяются проектом производства работ до начала работ на основании данных гидрогеологических изысканий на объекте строительства. В процессе работ состав раствора подлежит контролю и, при необходимости, корректировке.
8.4.8 Применение обсадки стенок скважины целесообразно при большом расходе бурового раствора или в случае использования обсадной трубы для подачи цементного раствора. В качестве обсадных следует использовать стальные или пластмассовые трубы, извлекаемые после заполнения (или по мере заполнения) скважины цементным раствором и погружения несущих элементов.
8.4.9 В процессе проходки каждой скважины следует контролировать правильность установки бурового оборудования по проектным осям, наклон скважины, глубину и условия бурения, соответствие фактического напластования извлекаемых грунтов проектному.
8.4.10 При существенном несоответствии фактических грунтовых условий данным инженерно-геологических изысканий, а также обнаружении обрушения стенок скважин бурение следует приостановить и совместно с представителями проектной организации принять решение о способе дальнейшего производства буровых работ (применение превентора или пакера, переход на ударно-вращательное бурение с теряемым наконечником и др.).
8.4.11 По окончании проходки скважины до проектной глубины осуществляют извлечение бурового оборудования и погружение несущих элементов грунтовых нагелей. В случае применения сборных несущих нагелей в процессе погружения выполняют их наращивание. Вместе с несущим элементом до забоя, как правило, опускают инъекционную трубку для последующего заполнения скважины раствором.
8.4.12 Перед установкой грунтовых нагелей их следует проверять на наличие повреждений антикоррозионных покрытий и при необходимости производить их ремонт. При невозможности восстановления антикоррозионного покрытия изделие следует отбраковывать. Защиту от механических повреждений антикоррозионных покрытий при транспортировке, складировании и монтаже грунтовых нагелей рекомендуется выполнять с применением труб-оболочек.
8.4.13 Для грунтовых нагелей следует учитывать возможность потери их устойчивости при погружении, принимая во внимание длину, тип грунта и применяемые механизмы погружения. При необходимости следует предусматривать применение поддерживающих и направляющих устройств.
8.4.14 В условиях неустойчивых стенок скважин погружение несущего элемента может выполняться в заполненную раствором скважину.
8.4.15 Заполнение скважин цементным раствором следует осуществлять сразу после установки грунтового нагеля, в ту же рабочую смену. Посредством инъекционной трубки производят непрерывную цементацию (обычно под давлением до 0,1 МПа) с одновременным извлечением инъекционной трубки до появления из отверстия скважины чистого раствора. После чего при необходимости выполняют опрессовку.
При заполнении скважин следует вести документирование давления нагнетания и расхода раствора.
8.4.16 При устройстве грунтовых нагелей необходимо предусматривать следующие допуски (от проектных значений):
- глубина заложения, угол наклона к горизонту, общая длина заделки и свободной части, диаметр скважины должны соответствовать проекту;
- точность установки на точку приложения бура +/- 75 мм;
- отклонение оси скважины +/- 5°;
- отклонение диаметра скважины +50 мм;
- отклонение глубины скважины +/- 0,1 м.
8.5 Устройство облицовок
8.5.1 Устройство временных жестких облицовок, как правило, выполняют из торкрет-бетона или набрызг-бетона сверху вниз по мере разработки откоса. Крепление откоса набрызг-бетоном следует производить в соответствии с положениями норм [4].
Временную облицовку обычно выполняют на всей площади разработанного откоса после устройства грунтовых нагелей данного яруса, однако в сложных инженерно-геологических условиях, во избежание потери устойчивости неукрепленного забоя, устройство временной жесткой облицовки может производиться до начала буровых работ.
8.5.2 Перед устройством временной облицовки осуществляют монтаж застенного дренажа. После чего выполняют армирование, обычно с применением сварных арматурных сеток, при этом нижний конец арматурной сетки устанавливают в углублении высотой 0,2 м у основания яруса и прикапывают для исключения замоноличивания при нанесения покрытия для обеспечения возможности последующей откопки и увязки с арматурой нижележащего яруса. Арматурный каркас последующих ярусов должен соединяться с выпусками арматурного предыдущего яруса сваркой или вязальной проволокой. Общая толщина временной облицовки формируется путем последовательного нанесения слоев торкрет-бетона или набрызг-бетона. По окончании нанесения покрытия при необходимости следует укрывать свежий торкрет-бетон или набрызг-бетон полимерными пленками.
8.5.3 По окончании устройства временной облицовки торкрет-бетон выдерживают, как правило, не менее 24 ч для набора прочности, после чего выполняют разработку грунта нижележащего яруса. При этом полосы пристенного дренажа разматывают ниже яруса, арматурные сетки монтируют с перекрытием не менее чем на ширину ячеек. По завершении работ по устройству дренажной системы и армирования на откос наносят слой торкрет-бетона или набрызг-бетона с захватом нижней части вышележащего яруса.
8.5.4 При опережающем устройстве временной облицовки в арматурном каркасе в местах расположения грунтовых нагелей должны быть устанавлены закладные детали, например, в виде отрезков труб или извлекаемых деревянных, пластиковых и других элементов, соответствующих диаметру бурения.
8.5.5 При устройстве временной жесткой облицовки особое внимание следует уделять обеспечению целостности дренажной системы в процессе производства работ. На нагели необходимо надевать отрезки полиэтиленовых труб во избежание замоноличивания торкрет-бетоном.
8.5.6 По окончании разработки откоса на поверхности временной облицовки выполняют закрепление оголовков грунтовых нагелей, устраивают армирование и возводят постоянную облицовку.
8.5.7 Грунтовые нагели закрепляют на покрытии навинчиванием фиксирующих гаек или приваркой поперечных отрезков арматуры через закладную пластину. Закрепление следует производить после набора временной облицовкой прочности не менее 1,5 МПа (ориентировочно через 12 ч).
8.5.8 Постоянную жесткую облицовку, как правило, выполняют из монолитного железобетона по окончании устройства временной облицовки нижнего яруса крепления и осуществляют снизу вверх. Устройство постоянной облицовки по мере разработки откоса возможно, однако требует реализации дополнительных мероприятий по обеспечению поддержки массивной облицовки при разработке нижележащих ярусов.
8.5.9 Применение несущих сборных облицовок осложняется высокими требованиями к правильности сетки грунтовых нагелей и точности их монтажа. При использовании сборных жестких облицовок рекомендуется производить установку грунтовых нагелей с помощью шаблонов.
8.5.10 Устройство гибких облицовок обычно выполняют сверху вниз, поярусно, по мере разработки грунта при закреплении новых откосов или по окончании устройства грунтовых нагелей при закреплении существующих откосов (рисунок 35). Монтаж начинают с закрепления верхней части полотен гибких или противоэрозионных облицовок за бровкой откоса с последующим разматыванием рулонов. Как правило, по окончании монтажа предусматривают последующее озеленение. Следует учитывать, что качественное озеленение с углом откоса более 75° невозможно.
1 — панель облицовки в рулоне; 2 — грунтовые нагели; 3 — конструктивные анкеры
Рисунок 35 — Устройство гибкой или противоэрозионной облицовки поперечной раскаткой рулонов
8.5.11 Поскольку надежное прилегание гибких облицовок к откосу по всей площади является основным условием эффективной их работы, оголовки грунтовых нагелей следует монтировать в предварительно устроенных нишах глубиной до 0,5 м. В этих же целях при закреплении существующих откосов рекомендуется использовать естественные местные углубления откоса. Отсутствие пустот под гибкой облицовкой также позволяет предупредить перерасход растительного субстрата или иного заполнителя при последующем озеленении. В случае если схема расположения грунтовых нагелей не позволяет расположить их в понижениях откоса, могут применяться дополнительные короткие конструктивные анкеры (рисунок 36).
а — ровный откос; б, в, г — наличие углублений на откосе
Рисунок 36 — Устройство гибкой облицовки для откосов с различным качеством поверхности
8.5.12 При наличии на откосе углублений глубиной свыше 0,5 м их следует предварительно заполнить грунтом, при этом гибкое покрытие укладывают сверху, не доводя нижней точки углубления (см. рисунок 36в). В случае углублений в теле выступающих скальных пород, под их козырьками, эти углубления следует предварительно заполнить бетоном или набрызг-бетоном, формируя пломбу (см. рисунок 36г).
8.5.13 Соединения соседних панелей гибких облицовок рекомендуется выполнять с применением соединительных скоб (обычно одну или две скобы на одну ячейку в зависимости от величины нагрузок). Соединения могут устраивать как без нахлеста, так и с нахлестом панелей, обычно на ширину не менее двух ячеек (рисунки 37а, 37б, 37в).
а — соединение панелей без нахлеста; б — то же, с нахлестом; в — то же, с нахлестом на изломе откоса; г — обрамление препятствий
Рисунок 37 — Соединение панелей гибких облицовок
8.5.14 При наличии на откосе препятствий в виде существующих и проектируемых искусственных сооружений (опор, колодцев и др.), а также существующих и планируемых к посадке деревьев и кустарников в гибком покрытии следует предусматривать их обрамление с монтажом контурного каната и устройством отверстий соответствующих размеров (рисунок 37г). Эти отверстия в гибких облицовках следует выполнять после укладки контурного каната перед окончательным закреплением и натяжением.
8.5.15 По окончании укладки гибкой облицовки на поверхности откоса производят ее закрепление на оголовках грунтовых нагелей (и конструктивных анкеров при их наличии). Незначительное конструктивное натяжение грунтовых нагелей (обычно до 50 кН) позволяет обеспечивать более эффективную статическую работу гибкого покрытия и снизить перемещения под нагрузкой. Натяжение рекомендуется выполнять только для покровных сеток из высокопрочной стали, так как покровные сетки обычной прочности склонны к развитию деформаций и не позволяют эффективно распределять усилия преднатяжения.
8.5.16 При создании противоэрозионных облицовок ниши под устройство оголовков не выполняют. При монтаже облицовки применяют как продольную, так и поперечную раскатку рулонов. Продольная раскатка рулонов технологически предпочтительна для относительно пологих откосов с заложением 1:2 и выше. Поперечная раскатка рулонов обеспечивает лучшие условия для закрепления создаваемой прослойки в верхней и нижней частях откоса и большую ее сопротивляемость возникающим сдвигающим усилиям. Такая раскатка предпочтительна для укрепления откосов насыпей значительной высоты и обязательна для повышения их общей устойчивости.
8.5.17 Продольную раскатку рулонов выполняют вручную полосами, начиная с нижней части откоса с взаимным перекрытием не менее 0,2 м. В процессе раскатки полотна периодически через 10 — 15 м разравнивают и прижимают к поверхности откоса анкерами или скобами, которые устанавливают в 2 — 3 точках по ширине рулона через 5 — 6 м по его длине.
8.5.18 Поперечную укладку выполняют от бровки насыпи. Предварительно нарезают полотна необходимой длины. Край полотна закрепляют анкерами или скобами на поверхности насыпи, после чего рулон постепенно опускают к подошве насыпи. Полотна разравнивают с легким натяжением за нижний конец и закрепляют через 4 — 5 м анкерами или скобами. Соседние полотна должны иметь перекрытие не менее 0,1 — 0,15 м. Перемещение рулона в нижнее положение с одновременной раскаткой можно выполнять вручную с помощью установленной в центр рулона тонкой трубки (стержня) и веревки.
8.5.19 Если предусмотрено дополнительное закрепление противоэрозионной облицовки у подошвы, например под упором, и в верхней части, например в траншее, дополнительно по местам перелома траншей выполняют прижатие полотен к грунту анкерами. Траншею в верхней части насыпи после укладки облицовки заполняют песчано-гравийной смесью, щебнем, местным грунтом и уплотняют.
8.5.20 Раскатку рулонов выполняют от предварительно обозначенной линии разметки с периодическим разравниванием, натяжением и креплением полотен к поверхности грунта анкерами в двух-трех местах по ширине рулона и через 10 — 12 м по длине. Величина взаимного перекрытия соседних полотен — не менее 0,2 м.
8.5.21 По окончании укладки противоэрозионной облицовки на поверхности откоса производят ее закрепление на оголовках грунтовых нагелей (и конструктивных анкеров при их наличии), однако конструктивного натяжения в отличие о гибких облицовок не выполняют.
8.6 Устройство систем дренажа и водоотведения
8.6.1 Перехватывающий и пристенный дренажи выполняют горизонтальными траншейными в следующей последовательности:
- комплектование дренажных труб;
- разработка грунта, уплотнение стенок и дна выработок;
- выкладка стенок и дна выработки геотекстилем;
- устройство подстилающего слоя дренирующей обсыпки;
- монтаж дренажных труб;
- устройство второй части дренирующей обсыпки.
8.6.2 Ширина траншеи по дну равна наружному диаметру дренажной трубы плюс 0,4 м. В поперечном сечении траншея может иметь прямоугольное или трапецеидальное очертание. Обычно в первом случае стенки траншеи укрепляют инвентарными щитами, во втором — откосами с заложением 1:1. Дно траншеи не должно содержать твердых включений (комков земли, обломков кирпича, камня и т.д.), которые могут продавить нижнюю стенку уложенной на них трубы. В слабых грунтах с недостаточной несущей способностью дренаж должен быть уложен на искусственное основание.
8.6.3 Перед монтажом дренажные трубы раскладывают на бровке траншеи. Все трубы и комплектующие проходят входной контроль качества. Дренажные трубы укладывают в траншею, дно которой выровнено по нивелиру для придания трубопроводу проектного уклона в соответствии с регламентом. Соединения дренажных труб обычно выполняют в траншее.
8.6.4 По окончании монтажных работ трубопровод дренажа из труб при необходимости, в соответствии с составом дренируемых грунтов, обрабатывают дренирующими обсыпками. Подбор состава дренирующих обсыпок осуществляют в зависимости от типа фильтра и состава дренируемых грунтов.
8.6.5 Гидравлические испытания дренажных труб не производят. Качество монтажа контролируют в процессе сборки трубопровода. При этом обеспечивается соответствие монтируемого трубопровода проекту: его прямолинейность достигается обсыпкой грунтом, который служит им фиксатором, а уклон контролируется нивелиром.
8.6.6 Застенный дренаж монтируется до устройства временной жесткой облицовки, полосами сверху вниз по мере разработки грунта.
Как правило, устройство застенного дренажа следует выполнять в следующей последовательности:
- подъем рулонов застенного дренажа к верхней бровке откоса;
- закрепление рулона на верхней бровке откоса;
- разматывание рулона и закрепление полос геокомпозитного материала вниз по откосу от верха забоя до уровня ниже глубины разработки грунта на 0,2 м;
- укладка и фиксация рулона в предварительную выполненную выемку у основания откоса;
- укрывание рулона на время производства работ по устройству временной облицовки.
8.6.7 При монтаже застенного дренажа необходимо предусматривать надежное его закрепление на откосе, контролируя расположение фильтрующей стороны геокомпозитного материала по грунту. Стыки полос застенного дренажа следует обычно выполнять внахлест (около 0,3 м). Участки соединения нужно устраивать таким образом, чтобы обеспечивать непрерывную фильтрацию.
8.6.8 При использовании дренажных трубок для разгрузки застенного дренажа следует обеспечивать их крепление к арматурным сеткам, после чего укрывать во избежание забивания торкрет-бетоном или набрызг-бетоном.
8.6.9 По окончании разработки грунта застенный дренаж можно подворачивать и заводить под пристенный дренаж сооружения при его наличии.
8.6.10 Лучевые дренажи выполняют, как правило, после устройства грунтовых нагелей и временной облицовки во избежание забивания буровым и цементным раствором фильтрующих элементов и сечения дренажных труб. В отдельных случаях при значительном расходе грунтовых вод лучевые дренажи можно выполнять в процессе разработки откоса.
8.6.11 Как правило, устройство лучевых дренажей осуществляют в следующей последовательности:
- комплектование дренажных труб;
- проходка скважин, обычно с применением обсадных труб;
- извлечение бурового оборудования и погружение дренажных труб в скважины, как правило, под прикрытием обсадных труб;
- извлечение обсадных труб и обустройство устьев лучевых дренажей.
8.6.12 Процесс комплектования дренажных труб включает:
- заключение водоприемной части дренажной трубы в оболочку из геотекстильного материала;
- устройство в головной части заглушки и направляющего наконечника;
- соединение водоприемной и водоотводной частей дренажных труб или формирование на водоотводной части дренажных труб оболочек из водонепроницаемого материала.
8.6.13 Защитные фильтрующие оболочки из геотекстильного материала на водоприемной части дренажных труб устраивают следующим образом: водоприемную часть дренажных труб обертывают полосой геотекстиля шириной 0,4 — 0,5 м по винтовой линии, начиная с конца таким образом, чтобы винтовой шов был направлен по ходу движения при введении труб в скважину. Концы полосы закрепляют на трубах клеем, сваркой или проволокой. При устройстве водоприемной и водоотводной частей дренажных труб из единой перфорированной трубы водоотводную часть обертывают полоской из водонепроницаемого материала или геотекстиля, обработанного вяжущим, с заведением ее концов на оболочку из геотекстильного материала и прикреплением к трубе проволочными скрутками или клеем.
8.6.14 Заглушку в головной части дренажной трубы выполняют из дерева, пластмассы или жгута из геотекстильного материала, а направляющий наконечник овоидального очертания — из проволоки диаметром 6 — 8 мм. При длине дренажа более 40 м рекомендуется через каждые 2 — 3 м устраивать промежуточные дугообразные направляющие из проволоки диаметром 3 — 6 мм, прикрепляя их к трубе проволочными скрутками.
8.6.15 Проходку скважин выполняют буровыми станками горизонтального бурения, обычно с использованием обсадных труб. Допускается проходка без обсадных труб при длине лучевых дренажей до 30 м в грунтах, обеспечивающих устойчивость стенок скважин до введения в них дренажных труб.
8.6.16 При погружении дренажных труб следует проявлять осторожность во избежание повреждения или разматывания фильтра из геотекстильного материала.
8.6.17 Устройство перехватывающих лотков и нагорных канав на верховом откосе следует выполнять до начала работ по устройству нагельного крепления. Для потенциально неустойчивых откосов допускается их устройство по окончании крепления откоса во избежание потери его устойчивости от динамических нагрузок, от веса техники и материалов. Пристенные водоотводные лотки монтируют по завершении устройства облицовки.
При необходимости в процессе производства работ могут предусматриваться также временные водоотводные лотки с выстиланием дна и стенок полимерными пленками.
8.6.18 Как правило, устройство элементов системы водоотведения следует выполнять в следующей последовательности:
- срезка почвенно-растительного слоя;
- разработка грунта, уплотнение стенок и дна выработок;
- укрепление стенок и дна траншей.
8.6.19 Разработку грунта следует выполнять начиная с пониженных мест рельефа. По возможности необходимо предусматривать подъездные пути и применение механизированной разработки грунта. При глубине выемок до 0,7 м работы рекомендуется производить при помощи автогрейдеров, от 0,7 до 1,5 м — канавокопателями роторного или цепного типа, более 1,5 м — многоковшовыми и одноковшовыми экскаваторами, зачистка откосов и выравнивание дна — откосником автогрейдера или вручную. По окончании разработки грунта рекомендуется выполнять уплотнение дна и откосов с помощью виброплит.
8.6.20 Укрепление стенок и дна траншей следует производить с помощью уплотнения, геокомпозитными материалами, габионными матрасами, сборными бетонными лотками телескопической конструкции, монолитным бетоном или асфальтобетоном.
9 Геотехнический мониторинг нагельных креплений
9.1 Основной целью геотехнического мониторинга нагельных креплений является обеспечение надежности и безопасности при строительстве и эксплуатации автомобильной дороги. Собранные в рамках геотехнического мониторинга данные о фактической работе нагельных креплений также позволяют проводить работу по оптимизации проектных решений.
9.2 Геотехнический мониторинг рекомендуется осуществлять в течение всего периода производства строительно-монтажных работ по устройству нагельных креплений, при необходимости, и в период эксплуатации.
9.3 Геотехнический мониторинг нагельных креплений рекомендуется выполнять:
- в период строительства, а также в течение первого года после ввода сооружения в эксплуатацию;
- в сложных для строительства и эксплуатации нагельного крепления геологических и гидрогеологических условиях (см. подраздел 5.15);
- при приложении значительных нагрузок на сооружение или непосредственно за ним;
- при наличии в зоне влияния нагельного крепления чувствительных к перемещениям существующих или вновь возводимых зданий и сооружений, а также при производстве строительно-монтажных работ в непосредственной близости от нагельного крепления;
- после имевших место аварий или нештатных ситуаций, развития чрезмерных деформаций в ходе строительства или эксплуатации, а также при отсутствии стабилизации технического состояния нагельного крепления;
Примечание - Стабилизацией является отсутствие изменений контролируемых параметров в течение не менее трех месяцев с момента затухания деформаций. Активизация возникает при превышении получаемых значений напряжений или деформаций по сравнению с предыдущими значениями более чем на величину точности измерений.
9.4 Геотехнический мониторинг рекомендуется осуществлять в соответствии с СП 22.13330.2016, СП 24.13330.2016, а также рекомендациями [16]. Методика геотехнического мониторинга должна быть увязана с требованиями ГОСТ 24846-2012 и ГОСТ 31937-2011.
9.5 Геотехнический мониторинг нагельных креплений включает:
- разработку программы геотехнического мониторинга (подраздел 9.6);
- установку геотехнического оборудования и выполнение измерений;
- обработку и анализ полученных результатов наблюдений.
9.6 Программу геотехнического мониторинга сооружений с применением микросвай разрабатывают согласно требованиям СП 22.13330.2016 и рекомендациям [16], она содержит:
- общие сведения об объекте геотехнического мониторинга;
- инженерно-геологические и гидрогеологические условия строительства;
- сведения о зданиях и сооружениях окружающей застройки (уровнях ответственности, прогнозируемых и предельных значениях деформаций от влияния нового строительства, предполагаемых защитных мероприятий и т.д.);
- конструктивные и технологические решения объекта мониторинга;
- контролируемые параметры, требования к точности измерений, методы, состав, сроки и объем наблюдений;
Примечание - Объем наблюдений в период строительства может варьироваться как в большую, так и меньшую сторону по сравнению с объемом работ, заложенным в программе геотехнического мониторинга за счет фактического изменения состояния инженерно-геологических условий и строительных конструкций строящихся и эксплуатируемых сооружений.
- критериальные показатели сооружений, в том числе опасных для них склоновых процессов (оползни, обвалы, сели и т.д.);
Примечание - Критериальные показатели — это пороговые и предельные значения контролируемых параметров объектов геотехнического мониторинга. Эти показатели назначаются проектной организацией или при их отсутствии — организацией, выполняющей работы по геотехническому мониторингу.
- перечень применяемого оборудования, его технические и конструктивные параметры (диапазон измерений, долговечность и т.д.);
- камеральную обработку и хранение результатов геотехнического мониторинга, а также перечень и порядок предоставления отчетной документации заказчику и заинтересованным лицам;
- сведения по охране труда.
9.7 Состав, объем и периодичность наблюдений, сроки выдачи отчетной документации, схемы расположения оборудования для геотехнического мониторинга нагельных креплений определяются программой мониторинга и назначаются в зависимости:
- от категории защищаемой автомобильной дороги (СП 34.13330.2012);
- сложности инженерно-геологических условий.
Периодичность наблюдений контролируемых параметров увязывают с графиком проведения строительно-монтажных работ и корректируют по факту в зависимости от получаемых результатов измерения контролируемых параметров или выявления прочих опасных отклонений. Внеплановые наблюдения рекомендуется выполнять в том случае, если конструкции испытывают воздействия высоких температур при пожаре, опасных склоновых процессов (оползни, сели, обвалы), взрывных работ, а также землетрясений (интенсивностью 5 баллов и более по шкале MSK-64).
9.8 Геотехнический мониторинг нагельных креплений может предусматривать выполнение следующих видов наблюдений:
- визуальных (подразделы 9.11 - 9.12);
- геодезических (подразделы 9.13 - 9.15);
- тензометрических (подразделы 9.19 - 9.24);
- инклинометрических (подраздел 9.20);
- геофизических (подраздел 9.22).
9.9 Для нагельных креплений, расположенных на участках автомобильных дорог III категории и ниже, геотехнический мониторинг допускается осуществлять в рамках визуальных и геодезических наблюдений. Для сооружений, расположенных на участках автомобильных дорог I и II категории, а также в сложных инженерно-геологических условиях (категория III) рекомендуется дополнительно производить тензометрические, инклинометрические и геофизические наблюдения.
9.10 Задачей визуальных наблюдений является фиксация по внешним признакам дефектов и деформаций для выделения наиболее слабых и поврежденных зон надземных частей нагельных креплений. При визуальном наблюдении нагельных креплений фиксируют трещины, сколы, следы коррозии и т.д.
9.11 При визуальных наблюдениях выполняют следующие виды работ:
- обнаружение и фотофиксацию дефектов и деформаций;
- измерение выявленных деформаций;
- описание и занесение в реестр (ведомости, полевые журналы и т.д.).
9.12 В рамках визуальных наблюдений необходимо осуществлять оценку общего состояния сооружения и прилегающих участков, при этом особое внимание следует уделять появлению трещин в грунте над верхней бровкой сооружения, а также состоянию поверхности облицовки и функционированию дренажной системы.
При обнаружении в ходе визуальных наблюдений дефектов и деформаций рекомендуется выполнять их замер, описание и фотофиксацию. При наличии трещин следует определять их местоположение, характер распространения, ширину раскрытия. При ширине трещины более 1 мм необходимо измерять ее глубину. Ширину раскрытия трещин согласно ГОСТ 31937-2011 требуется измерять в местах их максимального раскрытия на уровне арматуры растянутой зоны конструкции. Степень раскрытия трещин определяют в соответствии с СП 63.13330.2018. Для контроля развития трещин надлежит использовать измерительные или фиксирующие устройства, прикрепляемые к обеим сторонам трещины: маяки, трещиномеры и т.д., рядом с которыми проставляются их номера и дата установки. Следует также контролировать перемещения грунта непосредственно перед сооружением с целью ранней фиксации выпора грунта. Визуальные наблюдения рекомендуется выполнять с периодичностью не реже одного раза в неделю.
9.13 В рамках геодезических наблюдений выполняют контроль планово-высотного положения точек нагельного крепления и прилегающего участка с фиксацией величины и скорости развития их перемещений во времени. Как правило, геодезические наблюдения осуществляют с применением геодезических марок, монтируемых на конструкциях сооружения, при этом особое внимание уделяется верхней бровке сооружения (рисунок 38).
а — фасад сооружения; б — разрез по сооружению 1 — геодезическая марка; 2 — датчик нагрузки; 3 — датчики напряжения; 4 — инклинометрическая скважина
Рисунок 38 — Пример схемы расположения оборудования для геотехнического мониторинга нагельного крепления
Объем и периодичность геодезических наблюдений определяют в зависимости от категории защищаемого участка автомобильной дороги, сложности инженерно-геологических условий и процессов, а также скорости развития деформаций. При защите автомобильной дороги категорий I и II и отсутствии деформаций геодезические наблюдения рекомендуется выполнять с периодичностью не реже двух раз в месяц, при категориях III, IV и V — не реже одного раза в месяц. При фиксации перемещений геодезические наблюдения рекомендуется выполнять с периодичностью от двух раз в неделю до ежедневных. В случае возникновения критических смещений (деформаций) допускается проведение непрерывных наблюдений.
9.14 Методику геодезических наблюдений выбирают в зависимости от инженерно-геологических условий и необходимого класса точности измерений. Подробные описания геодезических методов наблюдений представлены в ГОСТ 24846-2012.
9.15 Точность измерений при геодезических наблюдениях определяют в зависимости от ожидаемых величин перемещений, установленных проектом, а также в соответствии с ГОСТ 31937-2011 и иными регламентирующими документами.
9.16 Тензометрические наблюдения выполняют в целях контролирования напряженно-деформированного состояния конструкций нагельных креплений. Тензометрические наблюдения, как правило, осуществляют датчиками напряжений и датчиками нагрузки.
9.17 Точность измерений тензометрического оборудования определяют по прилагаемым сертификатам. При отсутствии подобной информации сведения о точности измерения подлежат запросу непосредственно у производителя.
9.18 Как правило, датчиками напряжений оборудуют несущие элементы грунтовых нагелей, при необходимости также и конструкции облицовки. Датчики напряжений обычно закрепляют точечной сваркой либо фиксируют вязальной проволокой или клейкой лентой. Первые измерения рекомендуется выполнять после усадки бетона примерно на 5 — 7 сут. с момента бетонирования. Датчики напряжений позволяют оценить распределение напряжений между ярусами грунтовых нагелей и по их длине в процессе разработки очередного яруса грунта и позднее, на этапе эксплуатации. В качестве датчиков напряжения следует, как правило, применять струнные датчики. Рекомендуется осуществлять монтаж датчиков на несущем элементе парами сверху и снизу несущего элемента для снижения влияния его изгиба на результаты наблюдений. Датчики обычно располагают с шагом 1,5 м по длине грунтового нагеля. Расстояния от облицовки до первого датчика и от последнего датчика до забоя скважины составляют не более 1 м (см. рисунок 38).
9.19 Датчики нагрузки обычно размещают между опорной плитой и распределительной пластиной и, как правило, монтируют на заключительном этапе устройства грунтового нагеля до закручивания фиксирующей гайки на его несущий элемент. Датчики нагрузки позволяют получать информацию о фактических усилиях, передаваемых на облицовку, как это обычно выполняют для анкерных микросвай. Однако в силу особенностей работы грунтовых нагелей в массиве результаты измерений не столь показательны, как для анкерных микросвай. Датчики нагрузки рекомендуется устанавливать не менее чем на 5% от общего количества грунтовых нагелей (но не менее трех на сооружение).
Для контроля усилий в гибких облицовках также могут применять тросовые динамометры.
9.20 Инклинометрические наблюдения выполняют с целью фиксации перемещений в армированном массиве путем опроса инклинометрических скважин, располагаемых в теле армированного массива обычно с шагом от 5 до 10 м вдоль сооружения и на расстоянии от 0,5 до 1,5 м (при типичном однорядном расположении инклинометрических скважин). При необходимости дополнительные ряды инклинометрических скважин могут предусматриваться на расстоянии до 2H от фасада сооружения (см. рисунок 38).
9.21 Геодезические, тензометрические и инклинометрические наблюдения при соответствующем обосновании могут выполняться в непрерывном режиме. Наблюдения в непрерывном режиме рекомендуется производить для сложных, ответственных и труднодоступных участков, а также деформированных зон, на которых существует угроза разрушения конструкций.
9.22 Геофизические наблюдения следует осуществлять для контроля обводнения армированного массива, оценки эффективности дренажной системы [16].
9.23 В процессе геотехнического мониторинга требуется выполнять камеральную обработку и комплексный анализ полученных материалов, на основании которых оценивают работоспособность нагельного крепления. Камеральную обработку и комплексный анализ результатов геотехнического мониторинга рекомендуется осуществлять в соответствии с положениями ГОСТ 24846-2012, ГОСТ 31937-2011, СП 22.13330.2016.
9.24 По результатам камеральной обработки и комплексного анализа результатов геотехнического мониторинга составляют отчетную документацию.
ПРИМЕР РАСЧЕТА НАГЕЛЬНОГО КРЕПЛЕНИЯ
Требуется выполнить расчет нагельного крепления с вертикальной жесткой облицовкой (рисунок А.1), расположенного на участке автомобильной дороги категории II. Проектируемый откос высотой H = 7,5 м выполняют в связном тугопластичном грунте с расчетным углом внутреннего трения \phi = 25^{\circ} , сцеплением c = 15 кПа и удельным весом \gamma = 20\text{кН}/\text{м}^{3} . Подземные воды отсутствуют. С верховой стороны сооружения к поверхности приложена равномерно распределенная нагрузка интенсивностью q = 30 кПа.
1...5 — номера яруса грунтовых нагелей; 1 ... 5 — номера отсеков
Рисунок А.1 — Расчетная схема нагельного крепления
Нагельное крепление выполняют из m = 5 рядов самозабуриваемых грунтовых нагелей с шагом в вертикальном и горизонтальном направлениях Sh = Sv = 1,5 м. Наклон грунтовых нагелей к горизонту \epsilon принят 15°. Диаметр буровой коронки, используемой для устройства грунтовых нагелей, dg составляет 95 мм. Площадь сечения несущего элемента грунтового нагеля Ad = 340 мм2, нормативное значение сопротивления на разрыв по пределу текучести Ryn = 560 МПа.
Коэффициент надежности по материалу \gamma_{m} принимают согласно подразделу 7.24 равным 1,15.
Коэффициент надежности по грунту \gamma_{g} согласно подразделу 7.17 - 1,50.
Коэффициент надежности по ответственности сооружения \gamma_{n} согласно подразделу 7.11 как для автомобильной дороги категории II равным 1,20.
Коэффициент условий работы \gamma_{c} принимают согласно подразделу 7.11 равным 0,95.
Коэффициент сочетания нагрузок \psi принимают как для основного сочетания согласно подразделу 7.11 - 1,0.
Расчеты общей устойчивости откоса и нагельного крепления осуществляют согласно подразделам 7.9 и 7.12 методом предельного равновесия Г.М. Шахунянца, основанным на уравнении равновесия сил. Согласно данному методу коэффициент устойчивости склона (откоса) с грунтовым нагелем kst определяют по формуле
k_{st} = \frac{F_{\text{уд}.}}{F_{\text{сд}.}} = \frac{\sum_{i = 1}^{i = n} (f_{i}N_{i} + c_{i}L_{i} + T_{\text{уд}.i}) \frac{cos\phi_{i}}{cos(\alpha_{i} - \phi_{i})}}{\sum_{i = 1}^{i = n} T_{\text{сд}.i} \frac{cos\phi_{i}}{cos(\alpha_{i} - \phi_{i})}} ,
i — номер отсека (изменяется от 1 до n);
f — коэффициент силы трения по грунту в i-м отсеке, равный f_{i} = tg\phi_{i} ;
Ni — нормальная составляющая к поверхности скольжения всех внутренних сил в i-м отсеке, кН/м;
Ti — касательная составляющая к поверхности скольжения всех внутренних сил в i-м отсеке (при Ti < 0 сила является удерживающей Tудi, а при Ti >= 0 — сдвигающей Tсдi), кН/м;
Li — длина подошвы i-го отсека, м;
\alpha_{i} — угол наклона подошвы i-го отсека, град.;
\phi_{i} — угол внутреннего трения грунта в основании i-го отсека, град.;
ci — удельное сцепление грунта в основании i-го отсека, кПа.
Для примера рассмотрим одну из возможных призм обрушения, разбитую на n = 5 отсеков (см. рисунок А.1). Промежуточные результаты расчета устойчивости склона без учета влияния нагельного крепления приведены в таблице А.1. Общая устойчивость склона (откоса) с грунтовым нагелем составляет
k_{st} = \frac{(73,12 + 43,15 + 64,45 + 105,30 + 197,17)}{(72,20 + 71,75 + 100,97 + 122,58 + 132,70)} = \frac{483,19}{500,20} = 0,966 .
Полученный коэффициент устойчивости kst < 1, что указывает на то, что при устройстве данного откоса произойдет обрушение, следовательно, для обеспечения его устойчивости требуется строительство нагельного крепления.
Допустимый коэффициент запаса устойчивости склона (откоса) с нагельным креплением [kst] находят по формуле (4)
[k_{st}] = \frac{1,20 \times 1,0}{0,95} \approx 1,25 .
Результаты расчета устойчивости откоса методом Г.М. Шахунянца
Результаты расчета сопротивления сдвигу грунтовых нагелей
Для вычисления суммы удерживающих сил, реализуемых за счет грунтовых нагелей, Fуд.наг требуется определить расчетное значение прочности материала грунтового нагеля на разрыв Td, силу сопротивления оголовка грунтового нагеля Tf и расчетное значение удельного сопротивления грунтового нагеля выдергиванию из грунтового массива Tq.
Нормативное значение прочности стального стержня грунтового нагеля по пределу текучести Ryd вычисляют по формуле (19)
Ryd = 560000 x 0,00034 = 190,4 кН.
Расчетное значение прочности материала грунтового нагеля на разрыв Td определяют по формуле (18)
T_{d} = \frac{190,4}{1,15} = 165,6\text{кН} .
Сила сопротивления жесткой железобетонной облицовки Tf рассчитывают по формуле (20)
Tf = 165,6 x [0,6 + 0,2(1,5 — 1)] = 115,9 кН.
Значения предельного сопротивления грунта по боковой поверхности qs для самозабуриваемых грунтовых нагелей принимают по таблице 2, что для связного тугопластичного грунта составляет 100 кПа. Для грунтового нагеля данного типа его расчетный диаметр следует определять по формуле (17)
Нормативное значение удельного сопротивления грунтового нагеля выдергиванию из грунтового массива Tqn находят по формуле (13)
T_{qn} = 31,4 \times 0,115 \times 100 = 36,1\text{кН}/\text{м} .
Расчетное значение удельного сопротивления грунтового нагеля выдергиванию из грунтового массива Tq рассчитывают по формуле (12)
T_{q} = \frac{36,1}{1,50} = 24,1\text{кН}/\text{м} .
Величины сил сопротивления сдвигу для отдельного грунтового нагеля Fj вычисляют по формуле (11), результаты расчета приведены в таблице А.2. Для всех грунтовых нагелей наиболее критичным оказалась их несущая способность по грунту, расположенному за возможной поверхностью обрушения.
Сумму удерживающих сил, реализуемых за счет грунтовых нагелей, Fуд.наг определяют по формуле (7)
F_{\text{уд}.\text{наг}} = (6,58 + 16,21 + 30,65 + 51,99 + 83,76) \times cos15^{\circ} = 182,74\text{кН}/\text{м}.
Сумму удерживающих сил, реализуемых за счет совместной работы грунта и грунтовых нагелей, Fуд. находят по формуле (6)
Fуд. = 483,19 + 182,74 = 665,93 кН/м.
Общая устойчивость склона/откоса с нагельным креплением составляет:
k_{st} = \frac{647,03}{500,20} = 1,33>[k_{st}] = 1,25 .
Следовательно, условие общей устойчивости нагельного крепления выполнено.
Для определения сопротивляемости грунтовых нагелей выдергиванию их из грунтового массива и проверки прочности их материала следует найти согласно СП 22.13330.2016 величину активного давления грунта, приходящегося на нагельное крепление. Результаты расчета представлены в таблице А.3.
Результаты расчета активного давления грунта на 1 пог. м нагельного крепления
| Расстояние от верха крепления до расчетного сечения, м | Активное давление грунта, кПа |
|---|---|
| 0,82 | 0 |
| 1,00 | 1,36 |
| 2,30 | 10,80 |
| 5,95 | 37,26 |
| 6,70 | 42,44 |
| 7,50 | 48,20 |
В качестве примера следует выполнить расчет прочности и несущей способности нижнего грунтового нагеля. В соответствии с таблицей А.3 методом интерполяции определяют величину силы активного давления грунта, приходящуюся на данный грунтовый нагель,
F_{h} = 1,55 \times \frac{(37,26 + 48,20)}{2} = 66,23\text{кН} .
Максимальное продольное усилие, возникающее в данном грунтовом нагеле Nmax, рассчитывают по формуле (23)
N_{max} = \frac{1,5 \times 0,85 \times 66,23}{cos15^{\circ}} = 87,42\text{кН} .
Проверку сопротивления грунтового нагеля выдергиванию его из грунтового массива выполняют по формуле (21)
N = \frac{0,95 \times 24,1 \times 6,5}{1,20 \times 1,0} = 124,01\text{кН}.N>N_{max} = 87,42\text{кН} .
Проверку прочности по материалу грунтового нагеля проводят по формуле (22)
N = \frac{0,95 \times 165,6}{1,20 \times 1,0} = 131,1\text{кН};N>N_{max} = 87,42\text{кН} .
Оба условия несущей способности нижнего грунтового нагеля выполнены. Остальные ряды грунтовых нагелей проверяют аналогичным образом.
Для расчета прочности и трещиностойкости железобетонных элементов нагельного крепления в соответствии с СП 63.13330.2018 требуется определить величины максимальных изгибающих моментов и поперечных сил, возникающих в жесткой облицовке. Для этого в соответствии с подразделом 7.33 ее следует рассматривать как многопролетную шарнирную балку с опорами в местах креплениях грунтовых нагелей, загруженную распределенной нагрузкой от активного давления грунта (рисунки А.2 и А.3).
Распределения активного давления грунта на жесткую облицовку нагельного крепления (а), изгибающих моментов (б) и поперченных сил (в) в жесткой облицовке
Рисунок А.2 — Эпюры в вертикальном сечении
Рисунок А.3 — Эпюры в горизонтальном сечении на уровне нижнего яруса грунтовых нагелей
Расчет возможности разрушения железобетонной конструкции вследствие ее продавливания вокруг оголовка грунтового нагеля рекомендуется выполнять при условии возникновения усилия в грунтовом нагеле Td = 165,6 кН.
Величины вертикальных \delta_{v} и горизонтальных \delta_{h} смещений верха нагельного крепления определяют в соответствии с таблицей 3. Так, для связного тугопластичного грунта
\delta_{v} = \delta_{h} = \frac{H}{333} = \frac{7500}{333} = 22,52\text{мм} .
Величину зоны влияния, на которой будут распространяться деформации за сооружением, вычисляют по формуле (24)
D_{def} = 7,5 \times 1,5 \times (1 - tg0^{\circ}) = 11,25\text{м} .
| [1] | Федеральный закон № 384-ФЗ от 30 декабря 2009 г. «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» | |
|---|---|---|
| [2] | ОДМ 218.2.066-2016 | Методические рекомендации по использованию анкерных свай и микросвай в составе мероприятий инженерной защиты автомобильных дорог |
| [3] | СТО НОСТРОЙ 2.6.90-2013 | Применение в строительных бетонных и геотехнических конструкциях неметаллической композиционной арматуры |
| [4] | ВСН 126-90 | Крепление выработок набрызг-бетоном и анкерами при строительстве транспортных тоннелей и метрополитенов. Нормы проектирования и производства работ |
| [5] | М10.1/06 | Руководство по применению торкрет-бетона при возведении, ремонте и восстановлении строительных конструкций зданий и сооружений |
| [6] | ОДМ 218.5.003-2010 | Рекомендации по применению геосинтетических материалов при строительстве и ремонте автомобильных дорог |
| [7] | СТО НОСТРОЙ 2.25.103-2013 | Автомобильные дороги. Устройство водоотводных и дренажных систем при строительстве автомобильных дорог и мостовых сооружений |
| [8] | Методические рекомендации по проектированию и технологии сооружения конструкций застенного и бестраншейного трубчатого дренажа, 1989 | |
| [9] | Пособие к СНиП 2.06.15-85 | Прогнозы подтопления и расчет дренажных систем на застраиваемых и застроенных территориях, 1991 |
| [10] | Пособие по гидравлическим расчетам малых водопропускных сооружений, 1992 | |
| [11] | ОДМ 218.2.006-2010 | Рекомендации по расчету устойчивости оползнеопасных склонов (откосов) и определению оползневых давлений на инженерные сооружения автомобильных дорог |
| [12] | ||
| [13] | Рекомендации по выбору методов расчета коэффициента устойчивости склона и оползневого давления, 1986 | |
| [14] | Методические рекомендации по расчету и технологии сооружения анкерных удерживающих конструкций, 1981 | |
| [15] | СТО-ГК «Трансстрой» 013-2007 | Нагельное крепление котлованов и откосов в транспортном строительстве |
| [16] | ОДМ 218.3.008-2011 | Рекомендации по мониторингу и обследованию подпорных стен и удерживающих сооружений на оползневых участках автомобильных дорог |
Руководитель организации-разработчика ООО «НТЦ ГеоПроект»
Директор _________________________________ С.И. Маций