ОДМ 218.3.048-2019. Отраслевой дорожный методический документ. Рекомендации по применению современных многослойных композиционных ленточных дрен при возведении насыпей на слабых основаниях

(издан на основании Распоряжения Росавтодора от 28.08.2019 № 2277-р)

Издан на основании Распоряжения Федерального дорожного агентства от 28 августа 2019 г. № 2277-р

ОТРАСЛЕВОЙ ДОРОЖНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ СОВРЕМЕННЫХ МНОГОСЛОЙНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ ЛЕНТОЧНЫХ ДРЕН ПРИ ВОЗВЕДЕНИИ НАСЫПЕЙ НА СЛАБЫХ ОСНОВАНИЯХ

ОДМ 218.3.048-2019

ОКС 93.100

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Федеральным автономным учреждением «Российский дорожный научно-исследовательский институт» (ФАУ «РОСДОРНИИ»).

Коллектив авторов: канд. техн. наук А.П. Фомин, канд. техн. наук С.Н. Щукин, инж. Е.В. Никанычева, инж. Ю.И. Косарев, инж. О.В. Труфанова.

2 ВНЕСЕН Управлением строительства и эксплуатации автомобильных дорог Федерального дорожного агентства.

3 ИЗДАН на основании распоряжения Федерального дорожного агентства от 28.08.2019 № 2277-р.

4 ИМЕЕТ РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ ХАРАКТЕР.

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ.

1 Область применения

1.1 Настоящий отраслевой дорожный методический документ (далее — методический документ) устанавливает положения, регламентирующие применение современных композиционных ленточных дрен (далее — геодрен) в качестве временных (на период консолидации слабых грунтов) элементов вертикального дренажа для ускорения консолидации слабых грунтов оснований насыпей при строительстве и реконструкции автомобильных дорог.

1.2 В данном методическом документе содержатся рекомендации по рациональным областям использования геодрен, требованиям к их свойствам, методике проектирования и технологии производства работ при установке геодрен.

1.3 Положения настоящего методического документа предназначены для применения организациями, выполняющими работы по проектированию и строительству автомобильных дорог, расположенных на участках распространения слабых грунтов.

2 Нормативные ссылки

В настоящем методическом документе использованы ссылки на следующие документы:

ГОСТ 12.3.002-2014 Система стандартов безопасности труда. Процессы производственные. Общие требования безопасности

ГОСТ 12.3.005-75 Система стандартов безопасности труда. Работы окрасочные. Общие требования безопасности

ГОСТ 12248-2010 Грунты. Метод лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости

ГОСТ 15902.1-2003 Полотна нетканые. Методы определения структурных характеристик

ГОСТ 32731-2014 Дороги автомобильные общего пользования. Требования к проведению строительного контроля

ГОСТ 32756-2014 Дороги автомобильные общего пользования. Требования к проведению промежуточной приемки выполненных работ

ГОСТ 32868-2014 Дороги автомобильные общего пользования. Требования к проведению инженерно-геологических изысканий

ГОСТ Р 50276-92 Материалы геотекстильные. Метод определения толщины при определенных давлениях

ГОСТ Р 50277-92 Материалы геотекстильные. Метод определения поверхностной плотности

ГОСТ Р 52608-2006 Материалы геотекстильные. Методы определения водопроницаемости

ГОСТ Р 53238-2008 Материалы геотекстильные. Метод определения характеристик пор

ГОСТ Р 55028-2012 Дороги автомобильные общего пользования. Материалы геосинтетические для дорожного строительства. Классификация, термины и определения

ГОСТ Р 55030-2012 Дороги автомобильные общего пользования. Материалы геосинтетические для дорожного строительства. Метод определения прочности при растяжении

ГОСТ Р 55031-2012 Дороги автомобильные общего пользования. Материалы геосинтетические для дорожного строительства. Метод определения устойчивости к ультрафиолетовому излучению

ГОСТ Р 55033-2012 Дороги автомобильные общего пользования. Материалы геосинтетические для дорожного строительства. Метод определения гибкости при отрицательных температурах

ГОСТ Р 55035-2012 Дороги автомобильные общего пользования. Материалы геосинтетические для дорожного строительства. Метод определения устойчивости к агрессивным средам

ПНСТ 317-2018 Дороги автомобильные общего пользования. Материалы геосинтетические. Контроль качества

СП 2.2.2.1327-03 Гигиенические требования к организации технологических процессов, производственному оборудованию и рабочему инструменту

СП 22.13330.2016 Основания зданий и сооружений (актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*)

СП 34.13330.2012 Автомобильные дороги (актуализированная редакция СНиП 2.02.05-85*)

СП 78.13330.2012 Автомобильные дороги (актуализированная редакция СНиП 3.06.03-85)

СП 11-105-97 Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть I. Общие правила производства работ

3 Термины и определения

В настоящем методическом документе применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 активная зона сжатия (активная сжимаемая толща Hакт, м): Толща основания под насыпью, состоящая из слабых грунтов или их включающая, влияющая на деформацию слабого основания при приложении нагрузки и определяемая в соответствии с подразделом 7.25 СП 34.13330.2012 (при расчетном обосновании — в соответствии с пунктами 3.21 - 3.23 пособия [1]).

3.2 вертикальное дренирование основания: Конструктивно-технологическое решение для ускорения консолидации основания насыпи, сложенного слабыми водонасыщенными грунтами, путем устройства вертикальных дрен (песчаных, геодрен), обеспечивающих сокращение пути фильтрации воды, отжимаемой из слабой толщи.

3.3 водопропускная способность в плоскости ленточной геодрены (in-plane flow capacity — qр, л/(м·с), м2/с): Объем воды, пропускаемой через единицу ширины геодрены при определенном градиенте напора.

3.4 дренирующая способность ленточной геодрены (discharge capacity — qw, л/с, м3/год): Объем воды, пропускаемой геодреной через ее поперечное сечение за единицу времени при градиенте напора, равном единице.

3.5 консолидация: Затухающее во времени деформирование слабых грунтов под воздействием внешней нагрузки, выражаемое интенсивностью осадки или ее величиной и нормируемое СП 34.13330.2012, пособием [1] в зависимости от типа покрытия.

3.6 коэффициент консолидации слабых грунтов (C, м2/год): Показатель, характеризующий скорость деформации грунта при постоянном напряжении в вертикальном (Cv) и горизонтальном (Cr) направлениях за счет фильтрации воды (фильтрационной консолидации) и определяемый в соответствии с ГОСТ 12248-2010.

3.7 ленточная дрена: Геополоса по ГОСТ Р 55028-2012, представляющая собой ленту шириной 5 — 15 см из геосинтетических материалов, предназначенную для ускорения консолидации грунтов оснований насыпей за счет сокращения пути фильтрации, отжатия воды вдоль геодрены.

3.8 многослойная композиционная ленточная дрена (геодрена): Комбинированная геополоса по ГОСТ Р 55028-2012, представляющая собой ленточную дрену, состоящую из внешней оболочки из нетканого геотекстильного материала, выполняющего функции фильтра, сердечника из геопластмассы с продольным рифлением или иного геосинтетического материала, формирующего структуру геодрены, обеспечивающего пропуск воды вдоль нее, и предназначенная для ускорения консолидации грунтов оснований насыпей за счет сокращения пути фильтрации.

3.9 рабочая платформа: Слой песчаного грунта, размещаемый, как правило, на разделяющей прослойке из геотекстильного материала, обеспечивающий возможность работы занятых на строительстве машин и механизмов и являющийся одновременно нижней частью земляного полотна.

3.10 расчетная дренирующая способность ленточной геодрены (qwр, л/с, м3/год): Дренирующая способность ленточной геодрены с учетом эксплуатационных факторов, влияющих на нее (обжатие, нарушение геометрии, заиление).

3.11 слабые основания: Основания, содержащие слои грунтов мощностью более 0,5 м, относящиеся к слабым (связным минеральным, органическим, органоминеральным грунтам с прочностью на сдвиг при испытании по схеме вращательного среза менее 0,075 МПа или модулем осадки более 50 мм/м при нагрузке 0,25 МПа, модулем деформации ниже 5 МПа).

3.12 степень консолидации слабого основания (Qr): Отношение деформации слабого основания в определенный период после приложения нагрузки к величине конечной деформации при той же нагрузке.

3.13 удельная водопропускная способность ленточной геодрены (transmissivity — Q, л/(м·с), м2/с): Водопропускная способность в плоскости геодрены, выраженная при градиенте напора, равном единице.

3.14 эквивалентный диаметр геодрены (dw, м): Условная принимаемая в расчетах величина диаметра круга с длиной окружности, равной периметру геодрены в ее поперечном сечении.

4 Общие положения

4.1 Геодрены предназначены для повышения эффективности применения технологии вертикального дренирования, позволяющей ускорить консолидацию слабых водонасыщенных грунтов оснований насыпей за счет сокращения пути фильтрации воды, отжимаемой по вертикальным геодренам из толщи слабого грунта. Повышение эффективности технологии при использовании геодрен достигается в результате:

• повышенной дренирующей способности геодрен;
• сокращения строительных затрат;
• повышения производительности работ.

4.2 Настоящий методический документ регламентирует применение геодрен, в том числе в сочетании, при необходимости, с временной пригрузкой или вакуумированием основания, дополняя положения СП 34.13330.2012, пособия [1] с учетом особенностей свойств современных композиционных ленточных дрен и технологии их установки.

4.3 Рациональные условия использования вертикального дренирования геодренами:

• наличие органических или минеральных водонасыщенных слабых грунтов в основании насыпи с коэффициентом фильтрации в диапазоне от 1 x 10-5 до 0,5 м/сут при показателе текучести не ниже 0,75 (для глинистых грунтов), коэффициенте водонасыщения не ниже 0,8 (для несвязных грунтов), влажности не ниже 600% (для торфяных грунтов);
• мощность толщи осушаемых слабых грунтов — в диапазоне от 5 до 40 м;
• интенсивность осадки основания под весом насыпи или ее величина в отношении конечной расчетной осадки не соответствует нормируемым требованиям на момент устройства покрытия дорожной одежды;
• устойчивость насыпи обеспечивается или не обеспечивается при регулируемом (медленном) режиме ее возведения (типы основания по степени устойчивости I, II в соответствии с классификацией подраздела 3.36 пособия [1]); при необеспеченной устойчивости (тип основания III) вертикальное дренирование геодренами может применяться для предварительной консолидации в сочетании с другими конструктивными решениями, направленными на повышение устойчивости (изменение геометрии насыпи, устройство армирующих прослоек из геосинтетических материалов).

4.4 Свойства используемых геодрен должны соответствовать параметрам, регламентируемым положениями раздела 5. Необходимым условием их применения является наличие технической документации, гарантирующей соблюдение технических требований раздела 5 (стандарты организации-производителя, заключения или иные документы, подтверждающие область использования и соответствие параметров свойств геодрен отраслевым требованиям).

4.5 Конструктивно-технологическое решение по применению вертикального дренирования геодренами назначается на основе методики проектирования в соответствии с разделом 6, технология производства работ — с разделом 7. Предварительно должны быть выполнены инженерно-геологические изыскания в соответствии с положениями ГОСТ 32868-2014, СП 11-105-97, пособия [1], определены разновидности и свойства слабых грунтов.

4.6 Выбор конструктивно-технологических решений осуществляют на основе технико-экономического сопоставления вариантов. В отношении основного альтернативного решения по вертикальному дренированию песчаными дренами применение геодрен имеет следующие преимущества:

• повышенная производительность при выполнении работ (сотни метров геодрен в смену);
• использование материала заводского изготовления с гарантированными параметрами свойств взамен дефицитного для большинства регионов строительства песка с требуемым коэффициентом фильтрации выше 6 м/сут;
• снижение объемов применяемых материалов и грузоперевозок, что приводит, как правило, к уменьшению единовременных затрат на строительство;
• использование стандартного высокопроизводительного оборудования при установке геодрен, подбираемого в зависимости от условий производства работ (как правило, применяется метод статического продавливания), и исключение или снижение объемов использования дорогостоящих, менее производительных буровых работ, требуемых при устройстве песчаных дрен.

5 Рекомендации по техническим характеристикам композиционных ленточных дрен и методам определения их свойств

5.1 Геодрены должны отвечать требованиям по форме поставки, структуре (подраздел 5.2), геометрии, показателям механических и водно-физических свойств (подраздел 5.3), сроку службы и стойкости к воздействию отдельных агрессивных факторов (подраздел 5.5).

5.2 Геодрены должны поставляться в виде свернутых в рулоны (бухты) лент длиной 150 — 300 м, шириной 80 — 150 мм (стандартная ширина 100 мм), толщиной 3 — 6 мм и состоять из сердечника, формирующего объемную структуру геодрены, способствующего пропуску воды вдоль нее, и расположенной вокруг сердечника внешней оболочки из нетканого геотекстильного материала, выполняющего функции фильтра, обеспечивающего отсутствие (ограничение) кольматации геодрены частицами окружающего грунта. Внешняя оболочка (фильтр) должна быть замкнута в поперечном сечении, может соединяться в отдельных точках с сердечником. Сердечник выполняется из геопластмассы с продольным рифлением, геомата или других геосинтетических материалов, соответствующих требуемым водно-физическим свойствам геодрены. Типовая форма поставки представлена на рисунке 1, типовые поперечные сечения геодрен — на рисунке 2.

1 — дренажный сердечник; 2 — фильтр (нетканый геотекстильный материал); 3 — рулон (бухта) дрены

Рисунок 1 — Общая схема и типовая форма поставки ленточной дрены

а — тип 1 — геодрена с канальным сердечником и закрепленным на нем фильтром; б — тип 2 — геодрена с канальным сердечником и оборачивающим его фильтром; в — тип 3 — геодрена с сердечником из геомата с оборачивающим его фильтром, запечатанным по краям; г — тип 4 — геодрена с сердечником зубчатой формы с оборачивающим его фильтром, запечатанным по краям; 1 — дренирующий сердечник («жесткий» пластмассовый); 2 — фильтр из нетканого геотекстильного материала; 3 — места соединения сердечника с фильтром; 4 — дренирующий сердечник («мягкий» из геомата)

Рисунок 2 — Типовые поперечные сечения ленточных дрен

5.3 Геодрены должны отвечать требованиям по геометрическим характеристикам, показателям свойств, зависящим от условий применения. Показатели, характеризующие водно-физические свойства, должны уточняться на основе расчета по подразделу 6.3. Рекомендуемые минимальные значения показателей свойств представлены в таблице 1.

Таблица 1

Рекомендуемые минимальные значения геометрических характеристик и основных физико-механических свойств ленточных дрен

Показатель свойств	Рекомендуемые значения	Метод определения
1	2	3
Показатели для геодрены в целом
Геометрические показатели:
толщина при давлении 2 кПа, мм, не менее	3	ГОСТ Р 50276-92 <*>
ширина, мм	80 — 150	ГОСТ 15902.1-2003, любой, обеспечивающий точность замера +/- 0,1 мм
Механические свойства: прочность при растяжении, кН/м, не менее, при установке на глубину:		ГОСТ Р 55030-2012 <*>
до 10 м	13
от 10 до 20 м	20
более 20 м	25
относительное удлинение при нагрузке 5 кН/м, %, не более	10
относительная прочность швов при продольном соединении ленточных дрен при растяжении к прочности, %, не менее	50	Подраздел 7.6 рекомендаций [[2]](#p100563)
Дренирующая способность qwi, при давлении 350 кПа, градиенте напора 0,1 л/с (м3/год), не менее, при установке на глубину:
до 10 м	0,01 (315)	ГОСТ Р 52608-2006, подраздел 5.4
от 10 до 20 м	0,04 (1260)
более 20 м	0,05 (1580)
Поверхностная плотность, г/м2	Не нормируется <**>	ГОСТ Р 50277-92
Показатели для фильтра геодрены
Прочность при растяжении, кН/м, не менее, при установке на глубину:
до 25 м	3	ГОСТ Р 55030-2012
более 25 м	6
Относительное удлинение при максимальной нагрузке, %, не менее	10	ГОСТ Р 55030-2012
Коэффициент фильтрации, м/сут, не менее	10	ГОСТ Р 52608-2006
Характеристика открытых пор O90, мк, не более	80	ГОСТ Р 53238-2008

---

<*> Показатели определяются на образцах шириной, соответствующей ширине геодрен.

<**> Значение поверхностной плотности не нормируется, но контролируется производителем и потребителем по документам производителя.

5.4 Определение показателей, характеризующих водоотводящую способность геодрен (дренирующая способность qw, водопропускная способность qр, удельная водопропускная способность Q), выполняют по ГОСТ Р 52608-2006 (применительно к определению водопроницаемости в плоскости полотна) с учетом следующих особенностей:

• испытывают образцы шириной b, равной ширине геодрен, и длиной L, равной 30 см по уточненным схемам, представленным на рисунке 3;
• образцы испытывают при приложении к их поверхности давлений 20, 100, 200, 300, 350 кПа или давления, характерного для конкретных условий применения;
• рекомендуемое время приложения нагрузки не менее двух дней;
• при испытаниях создают падение напора \Delta\text{Н} по рисунку 3, соответствующее градиенту напора 0,1;
• в качестве основного определяемого по результатам лабораторных испытаний показателя свойств принимают дренирующую способность qw;
• в качестве дополнительных показателей рекомендуется также оценивать применяемые на практике показатели водопропускной способности в плоскости ленточной дрены qр и удельной водопропускной способности Q.

1 — устройство для подачи воды; 2 — пригруз для создания давления на образец; 3 — уровень воды; 4 — выходной поток; 5 — емкость для сбора воды; 6 — резиновые прокладки; 7 — образец геодрены; 8 — манометр для замера давления на образец; 9 — резиновая мембрана; 10 — измеритель расхода воды; 11 — направление потока воды; L — длина образца геодрены; \Delta\text{Н} — падение напора, создающее градиент напора I (I = \Delta H/L) (размеры даны в миллиметрах)

Рисунок 3 — Типовые схемы прибора по определению дренирующей способности ленточных дрен

Дренирующую способность qw, л/с, вычисляют по формуле

q_{w} = \frac{VR_{T}}{Itf_{cr}} , (1)

где V — объем проходящей через образец воды, л, за время ее фильтрации t, с;

RT — поправочный температурный коэффициент по ГОСТ Р 52608-2006;

I — градиент напора, соответствующий отношению падения напора \Delta\text{Н} на пути фильтрации, равном длине образца L ( \Delta H/L , \Delta\text{Н} и L — по рисунку 3);

fcr — коэффициент, учитывающий ползучесть геодрены при приложении давления к ее поверхности, зависящий от времени приложения давления в процессе испытаний; при времени приложения давления 2, 7 и 300 дней fcr принимают равным, соответственно, 5, 3 и 1.

Водопропускную способность qp, л/(м·с), рассчитывают по формуле

q_{p} = \frac{q_{w}I}{a} , (2)

а удельную водопропускную способность Q, л/(м·с), по формуле

Q = \frac{q_{p}}{I} = \frac{q_{w}}{a} , (3)

где a — ширина образца ленточной дрены, соответствующая ширине геодрены, м.

5.5 Геодрены являются временным элементом, выполняющим функции дренирования в период, ограниченный сроком консолидации слабых грунтов оснований. В связи с этим применяют геодрены с гарантируемым производителем сроком службы до трех лет. Для соблюдения указанного срока службы предъявляют дополнительные требования по стойкости воздействия геодрен к различного рода агрессивным средам:

• устойчивость к воздействию химических сред — не ниже 70% по ГОСТ Р 55035-2012 (не определяется при изготовлении геодрен из традиционных видов полимерного сырья — полипропилена, полиэфира, полиамида, полиэтилена);
• устойчивость к воздействию ультрафиолетового излучения по ГОСТ Р 55031-2012 - не ниже 60%;
• гибкость при отрицательных температурах по ГОСТ Р 55033-2012.

6 Методика проектирования насыпей на слабых основаниях при применении технологии вертикального дренирования

6.1 Конструктивные решения

6.1.1 При применении технологии вертикального дренирования геодренами конструктивные решения назначают в зависимости от инженерно-геологических условий — разновидности, свойств слагающих основание насыпи слабых грунтов, особенности строения слабой толщи. Предварительно следует оценить соответствие инженерно-геологических условий рациональным условиям использования геодрен по подразделу 4.3.

6.1.2 При оценке особенностей строения слабой толщи следует учитывать:

• подтип толщи по условиям отжатия из нее воды (подраздел 2.39 пособия [1]) — при наличии прослоек повышенной водопроницаемости эффективность технологии существенно возрастает;
• наличие в слабой толще или на ее поверхности слоев грунта, не относящегося к слабым, имеющих повышенную прочность; присутствие таких слоев определяет технологию погружения геодрен, может привести к ее усложнению (подраздел 7.1).

6.1.3 Общие особенности конструктивных решений, предусматривающих применение технологии вертикального дренирования геодренами следующие:

• нижняя часть насыпи отсыпается из дренирующих грунтов с коэффициентом фильтрации от 2 и от 3 м/сут при ширине насыпи, соответственно, до 20 и более 20 м;
• нижняя часть насыпи является одновременно рабочей платформой, обеспечивающей работу построечного транспорта и оборудования; ее толщина должна превышать величину прогнозируемой конечной осадки на 0,3 м и составлять не менее 1 м (слабые органические грунты) или 0,5 м (слабые минеральные грунты);
• рекомендуется укладка на поверхности слабого основания нетканого геотекстильного материала в качестве разделяющей и армирующей прослойки по пункту 8 а рекомендаций [3], что позволяет сократить толщину рабочей платформы на 25% — 30%, улучшить условия отсыпки и уплотнения нижней части насыпи; нетканый геотекстильный материал должен иметь коэффициент фильтрации перпендикулярно плоскости полотна по ГОСТ Р 52608-2006 не ниже 10 м/сут при давлении 20 кПа, прочность при растяжении не ниже 8 кН/м (относительное удлинение при максимальной нагрузке выше 80%), не ниже 10 кН/м (относительное удлинение при максимальной нагрузке до 80%), в этом случае толщина рабочей платформы может быть уточнена на основе расчета по приложению 9(И) пособия [1];
• в плане геодрены располагаются по квадратной или гексагональной (треугольной) схеме с расстоянием между геодренами 0,5 — 2,5 м (уточняется расчетом по подразделу 6.3);
• геодрены должны, как правило, достигать подстилающих слабую толщу прочных слоев грунта.

Общие особенности конструктивных решений по вертикальному дренированию геодренами даны на рисунке 4.

а — насыпь с вертикальными геодренами; б — схема расположения геодрен в плане по квадратной сетке; в — то же, по гексагональной (треугольной) сетке; 1 — слабые водонасыщенные грунты с коэффициентом фильтрации от 0,5 до 1 x 10-5 м/сут; 2 — геодрены; 3 — нижняя часть насыпи из дренирующего грунта толщиной h; 4 — верхняя часть насыпи; 5 — нетканый геотекстильный материал; l — расстояние между геодренами; Sк — расчетное значение конечной осадки

Рисунок 4 — Общая схема насыпи

6.1.4 Типы конструктивных решений по вертикальному дренированию геодренами представлены на рисунке 5.

а — вертикальное дренирование под весом насыпи; б — то же, с применением временной пригрузки; в — то же, с вакуумированием; 1 — рабочая платформа; 2 — насыпь; 3 — вертикальная ленточная дрена; 4 — разделяющая (разделяющая и армирующая) прослойка из нетканого геотекстильного материала (геомембрана на рисунке 5 в); 5 — слабый грунт; 6 — временная пригрузка; 7 — дренажная труба; 8 — вакуумная установка; 9 — кривая депрессии

Рисунок 5 — Типы конструктивных решений по вертикальному дренированию с применением геодрен

Конструктивные решения включают:

• решение по типу 1 (см. рисунок 5 а) — основное конструктивное решение, предусматривающее применение геодрен с консолидацией под весом насыпи проектной высоты;
• решение по типу 2 (см. рисунок 5 б) — дополнительное конструктивное решение, принимаемое в случае, когда получаемые критерии консолидации основания при применении решения по типу 1 не соответствуют требуемым подразделом 6.3; решение предполагает создание дополнительной пригрузки за счет отсыпки временной насыпи до назначаемой по расчету величины, превышающей проектную;
• решение по типу 3 (см. рисунок 5 в) — дополнительное конструктивное решение, используемое при отсутствии возможности или технико-экономической нецелесообразности применения решения по типу 2; решение предусматривает создание отрицательного давления в вертикальном геодренаже с использованием метода вакуумирования; в этом случае нижний слой насыпи перекрывается водонепроницаемым слоем геосинтетического материала (геомембраной) или соединение геодрены и вакуумной установки осуществляется с помощью полимерных труб по рисунку 6; практически достигаемое максимальное значение отрицательного давления составляет 60 — 80 кПа, что эквивалентно созданию временной пригрузки в конструктивном решении по типу 2 толщиной 4,0 — 5,5 м.

1 — песчаный слой; 2 — геомембрана; 3 — труба вакуумного насоса (дренажная труба в обойме из нетканого геотекстильного фильтра); 4 — слой глины; 5 — вертикальные геодрены

Рисунок 6 — Внешний вид горизонтальной цилиндрической геодрены и схема ее подсоединения к вертикальным геодренам при конструктивном решении по типу 3

6.2 Методика расчета

6.2.1 Для обоснования возможности и необходимости применения технологии вертикального дренирования геодренами с учетом рациональных условий ее использования (см. подраздел 4.3) предварительно должны быть выполнены расчеты по оценке устойчивости и прогнозу осадки насыпи на слабом основании в соответствии с разделом 3 пособия [1]. При необходимости (основания типа II, III по степени устойчивости) должны быть приняты и расчетно обоснованы конструктивно-технологические решения, направленные на обеспечение устойчивости насыпи (регулирование режима отсыпки насыпи, изменение ее геометрии, применение армирующих прослоек из геосинтетических материалов). Для расчетного обоснования могут быть использованы численные методы, программное обеспечение, учитывающие положения пособия [1] и настоящего методического документа.

6.2.2 Основная цель применения технологии вертикального дренирования — снижение времени консолидации грунтов основания насыпи. Дренированное основание должно удовлетворять требованиям по степени консолидации по зависимости

Qрасч >= Qтреб, (4)

или интенсивности протекания осадки основания по зависимости

iрасч >= iтреб, (5)

где Qтреб — требуемая степень консолидации, доля ед.;

Qрасч — расчетная степень консолидации при применении технологии вертикального дренирования основания, доля ед.;

iтреб — требуемая интенсивность осадки, см/год;

iрасч — расчетная интенсивность осадки при применении технологии вертикального дренирования основания, см/год.

6.2.3 За завершение интенсивной части осадки принимается момент достижения степени консолидации Qтреб, назначаемой по таблице 2, или снижения интенсивности осадки основания до требуемого значения:

• iтреб <= 2 см/год — для дорожных одежд капитального типа;
• iтреб <= 5 см/год — для дорожных одежд облегченного типа.

Таблица 2

Требуемая степень консолидации основания на момент начала устройства дорожного покрытия в зависимости от его типа и величины конечной осадки

Расчетная суммарная осадка по активной зоне сжатия Sк, см	Требуемая степень консолидации Qтреб, доля ед., для типа покрытия
	капитального	облегченного	переходного	низшего
<= 30	0,90	0,85	0,80	0,75
Более 30 до 100	0,95	0,90	0,85	0,80
Более 100 до 170	0,96	0,92	0,87	0,82
Более 170	0,98	0,95	0,90	0,85

6.2.4 Особенностью применения технологии вертикального дренирования является наличие дополнительного требования по величине давления на основание, создающего напор, превышающий начальный градиент фильтрации слабого грунта I0. Наличие градиента фильтрации характерно для отдельных разновидностей грунтов, прежде всего связных минеральных. Соблюдение данного требования определяется условием

H_{min} \geq 0,5d_{e}I_{0}(\rho_{\text{в}}/\rho_{s}), (6)

где Hmin — минимальная высота насыпи, обеспечивающая начало процесса консолидации (преодоление начального градиента фильтрации грунта I0), м;

de — диаметр зоны влияния геодрены (см. подраздел 4.2), м;

I0 — начальный градиент фильтрации грунтов (при отсутствии экспериментальных данных, в первом приближении I0 = 2 для торфяных грунтов, I0 = 5 для илистых и глинистых грунтов);

\rho_{\text{в}} и \rho_{s} — плотность соответственно воды и грунта, т/м3.

Если проектная высота насыпи Hпр ниже значения Hmin, необходимо сочетать вертикальное дренирование геодренами с устройством временной пригрузки в виде дополнительного слоя грунта толщиной, превышающей разницу между Hmin и Hпр.

6.2.5 Расчетная степень консолидации слабого основания с вертикальными геодренами Qрасч определяется по формуле

Qрасч = 1 — (1 — Qv)(1 — Qr), (7)

где Qv, Qr — расчетная степень консолидации при фильтрации воды соответственно в вертикальном и горизонтальном (к геодренам) направлениях, доля ед.

6.2.6 Расчетная степень консолидации при фильтрации воды в вертикальном направлении определяется по графику, представленному на рисунке 7.

Рисунок 7 — Зависимость степени консолидации грунтов в вертикальном направлении от фактора времени

6.2.7 Фактор времени консолидации слабой толщи в вертикальном направлении Tv определяют по формуле

T_{v} = \frac{C_{v}t_{\text{конс}}}{h_{\text{ф}v}^{2}} , (8)

где Cv — коэффициент консолидации слабых грунтов в вертикальном направлении, м2/год;

tконс — время консолидации, годы;

hфv — длина пути фильтрации отжимаемой воды в вертикальном направлении, м.

6.2.8 За время консолидации слабых грунтов основания tконс принимают время с момента окончания работ по возведению земляного полотна до момента начала работ по устройству дорожной одежды и назначают его в соответствии с проектом производства работ.

6.2.9 Длина пути фильтрации воды в вертикальном направлении hфv принимается равной величине активной сжимаемой толщи hфv = Hакт, определяемой в соответствии с подразделом 7.25 СП 34.13330.2012 (при расчетном обосновании — в соответствии с подразделами 3.21 - 3.23 пособия [1]). При условии когда на нижней границе сжимаемой толщи залегают хорошо дренирующие грунты, величину hфv вычисляют по формуле

h_{\text{ф}v} = \frac{H_{\text{акт}}}{2} . (9)

6.2.10 Коэффициент консолидации слабых грунтов в вертикальном направлении Cv принимают по данным лабораторных испытаний в соответствии с ГОСТ 12248-2010. При отсутствии таких данных, при предварительных расчетах, ориентировочные значения коэффициентов консолидации в вертикальном направлении Cv для органических и органоминеральных грунтов могут быть приняты по таблице И.1 приложения И СП 22.13330.2016.

В случае если сжимаемая толща сложена разнородными грунтами, в качестве величины Cv в формуле (8) принимают приведенный коэффициент консолидации слоистой толщи, определяемый по формуле

\text{С}_{v} = \frac{H_{\text{акт}}^{2}}{(\frac{h_{r1}}{\sqrt{C_{v1}}} + ... + \frac{h_{rm}}{\sqrt{C_{vm}}})2} , (10)

где m — количество разнородных слоев грунта в пределах активной сжимаемой толщи Hакт;

h_r1 - hrm, Cv1 — Cvm — соответственно толщина, м, и коэффициент консолидации, м2/год, каждого слоя грунта в вертикальном направлении.

6.2.11 Условием обеспечения требуемой степени консолидации грунтов в горизонтальном направлении Qrтр, доля ед., является такой подбор параметров вертикального дренажа, при котором выполняется условие

Qr >= Qrтр (11)

\text{при}Q_{r\text{тр}} = 1 - \frac{1 - Q_{\text{треб}}}{1 - Q_{v}} . (12)

6.2.12 Подбор конструктивных параметров дренирующего поля из композиционных вертикальных геодрен, обеспечивающих требуемую степень консолидации грунтов естественного основания в горизонтальном направлении, выполняют в следующей последовательности:

• в зависимости от мощности консолидируемой слабой толщи Hконс задают глубину установки геодрен hдр (длину геодрен);
• подбирают марку геодрены;
• назначают схему расположения геодрен в плане;
• определяют расстояние между геодренами d (шаг геодрен);
• вычисляют расчетное время консолидации;
• определяют расчетную степень консолидации грунтов в горизонтальном направлении;
• уточняют марку геодрены и параметры дренирующего поля.

6.2.13 Подбор марки геодрены производят по величине дренирующей способности qw, м3/год, геодрены (но не менее рекомендуемого значения qw по таблице 1), определяемой производителем и назначаемой по расчетному значению дренирующей способности геодрены qwр, м3/год, по зависимости

qw >= qwр (13)

при qwр >= qwmink1 (14)

\text{и}q_{wmin} = 5K_{\text{ф}r}h_{\text{др}}^{2}, (15)

где k1 — обобщенный коэффициент надежности, учитывающий снижение дренирующей способности геодрены в период ее работы (нарушение геометрии, заиление дренажного ядра, кольматация фильтра); при отсутствии данных производителя среднее значение понижающего коэффициента может быть принято k1 = 1,5;

qwmin — минимальная дренирующая способность геодрены, м3/год;

Kфr — коэффициент фильтрации грунта основания в горизонтальном направлении (при наличии слоистой толщи принимается как средневзвешенное значение коэффициентов фильтрации слоев грунтов основания в пределах длины геодрены hдр), м/год.

6.2.14 Коэффициент консолидации слабых грунтов в горизонтальном направлении Cr принимают по данным компрессионных испытаний образцов грунта, ориентированных перпендикулярно слоистости слабой толщи.

В случае если сжимаемая толща сложена разнородными грунтами, в качестве коэффициента консолидации грунтов такой толщи принимают приведенный коэффициент консолидации Cr, определяемый по формуле

\text{С}_{r} = \frac{h_{\text{г}1}\text{С}_{r1} + ... + h_{\text{г}m}\text{С}_{rm}}{h_{\text{др}}} , (16)

где m — количество разнородных слоев грунта в пределах длины геодрены hдр;

hг1 — hгm, Cr1 — Crm — соответственно толщина, м, и коэффициент консолидации, м2/год, каждого слоя грунта в горизонтальном направлении и пределах длины геодрены.

6.2.15 В зависимости от выбранной марки геодрены назначают параметры ее поперечного сечения и определяют эквивалентный диаметр геодрены dw, м, по формуле

d_{w} = \frac{2(a + b)}{\pi} . (17)

6.2.16 При определении зоны влияния геодрен de необходимо учитывать их схему расположения в плане.

При расположении геодрен в вершинах квадрата (квадратная схема, рисунок 8 а) диаметр зоны влияния геодрены de определяют по формуле

de = ₁,13d, (18)

при расположении геодрен в вершинах равносторонних треугольников (гексагональная схема, рисунок 8 б) — по формуле

de = 1,_05d. (19)

а — квадратная схема расположения геодрен в плане; б — то же, гексагональная; в — схема одиночной геодрены; 1 — геодрена; ds — диаметр зоны уплотнения грунта у геодрены

Рисунок 8 — Расчетные параметры поля геодрен

6.2.17 Определение расстояния между осями геодрен в первом приближении производят по величине диаметра зоны влияния в зависимости от требуемой степени консолидации запланированного времени консолидации и эквивалентного диаметра геодрены. Подбор величины de проводят по номограмме, приведенной на рисунке 9.

Рисунок 9 — Номограмма для определения расстояния между осями геодрен (шага расстановки геодрен)

6.2.18 Расчетную степень консолидации в горизонтальном направлении Qr с учетом возможного увеличения времени консолидации за счет снижения дренирующей способности геодрены и наличия переуплотненной зоны грунта у геодрены определяют по формуле

Q_{r} = 1 - exp(- 8 \frac{T_{r}}{F_{v}}), (20)

где Tr — фактор времени при фильтрации в горизонтальном направлении, доля ед.

T_{r} = \frac{C_{r}t_{\text{расч}}}{d_{e}^{2}} ; (21)

Fv — безразмерный параметр

F_{v} = [ln(\frac{d_{e}}{d_{s}}) + \frac{K_{\text{ф}r}}{K_{ds}} ln(\frac{d_{s}}{d_{w}})] - 0,75; (22)

tрасч — расчетное время консолидации, годы,

t_{\text{расч}} = \frac{d_{e}}{8\text{С}_{r}} [ln(\frac{d_{e}}{d_{s}}) + \frac{K_{\text{ф}r}}{K_{ds}} ln(\frac{d_{s}}{d_{w}}) - 0,75 + 2,8h_{\text{др}}^{2} \frac{K_{\text{ф}r}}{q_{w}}]ln(\frac{1}{1 - Q_{r\text{гр}}}); (23)

Kds — коэффициент фильтрации грунтов у геодрены в пределах зоны уплотнения ds, м/год.

6.2.19 Диаметр зоны уплотнения около геодрены ds зависит от параметров оборудования, которым производится установка геодрен, в частности от площади сечения пробойника или площади сечения анкера на конце пробойника, и может быть определен по формуле

ds = (1,6 — 3)dm, (24)

где dm — эквивалентный диаметр пробойника или анкера на конце пробойника, м,

d_{m} = \sqrt{\frac{4}{\pi} S_{\text{проб}}} ; (25)

Sпроб — площадь поперечного сечения пробойника или анкерной пластины, м2.

Ориентировочное значение диаметра зоны уплотнения около геодрены составляет ds = 2dm (при отношении \frac{K_{\text{ф}r}}{K_{ds}} \geq 1,0 - 2,0 ), ds = 1,6dm (при отношении \frac{K_{\text{ф}r}}{K_{ds}} \geq 2,0 ), при отсутствии данных о технологическом оборудовании эквивалентный диаметр пробойника (анкерной пластины) может быть принят равным dm = 0,1 м (при использовании пробойника без анкерной пластины), dm = 0,16 м (при использовании пробойника с анкерной пластиной).

6.2.20 Коэффициент водопроницаемости слабого грунта в пределах зоны смятия Kds принимается равным коэффициенту фильтрации грунтов в вертикальном направлении Kds = Kфv. При отсутствии данных для грунтов с высокой степенью фильтрационной анизотропии соотношение коэффициентов фильтрации в формулах (22) и (23) может быть принято по зависимости

\frac{K_{\text{ф}r}}{K_{ds}} = 3,0, (26)

для грунтов с низкой степенью фильтрационной анизотропии — по зависимости

\frac{K_{\text{ф}r}}{K_{ds}} = 1,0. (27)

6.2.21 Независимо от результатов расчета показатели водно-физических свойств геодрен не должны быть ниже указанных в таблице 1. Значение требуемой характеристики открытых пор O90, мк, по ГОСТ Р 53238-2008, определяющей работоспособность фильтра геодрены, следует уточнять с учетом гранулометрического состава слабого грунта по зависимости

O90 < 2d90, (28)

где d90 — диаметр частиц грунта, мк, меньше которого содержание частиц по весу соответствует 90%.

7 Технология производства работ при применении композиционных ленточных дрен

7.1 Применяемое оборудование

7.1.1 Работы по устройству вертикального дренажа с применением геодрен выполняются комплексом строительной техники и специализированного оборудования, включающим:

• оборудование для монтажа вертикальной геодрены (навесное оборудование), устанавливаемое на базовой машине, как правило экскаваторе на гусеничном ходу;
• буровое оборудование для устройства пионерных скважин (при необходимости, в случае наличия прослоек плотных грунтов в слабой толще или на ее поверхности).

7.1.2 Для погружения геодрен используют, как правило, статический способ (продавливание), а в случае наличия в пределах слабой толщи плотных грунтов — динамический способ (вибрационный, ударный) или сочетают статический способ с бурением пионерных скважин.

7.1.3 При погружении вертикальных геодрен в качестве базовой машины может применяться любая гусеничная техника с гидравлическим приводом. В зависимости от глубины погружения ленточной дрены в таблице 3 приведены ориентировочные параметры навесного оборудования и строительной техники.

Таблица 3

Параметры оборудования для установки вертикальных ленточных дрен

Расчетные параметры	Глубина погружения вертикальной ленточной дрены, м
	До 10	До 20	До 30	До 40
Эксплуатационный вес техники и навесного оборудования, т	45	50	60	80
Давление на грунт, кПа	50	55	60	75
Мощность двигателя строительной машины, kW (л.с.)	180 (245)	250 (340)	300 (410)	350 (475)
Максимальное усилие погружения обсадной трубы, т	15	15	20	35

Для установки вертикальной геодрены возможно использование сваебойных агрегатов, которые дополнительно оснащаются обсадной трубой и катушкой для геодрены. Катушка может крепиться к навесному оборудованию или к рамной базе машины в зависимости от марки агрегата.

7.1.4 Общая схема применяемого оборудования и конструкция навесного оборудования для монтажа вертикальной геодрены представлены на рисунке 10.

1 — катушка с рулоном (бухтой) геодрены; 2 — геодрена; 3 — навесное оборудование; 4 — обсадная (погружная) труба; 5 — ролики натяжения

Рисунок 10 — Общий вид оборудования по монтажу вертикальной дрены на базе экскаватора на гусеничном ходу (а) и конструкция навесного оборудования (б)

Для погружения геодрены используется полая металлическая (обсадная) труба, в которую заправляется ленточная дрена со сплюснутым нижним концом. Размеры сечения трубы выбираются из условия свободного движения ленточной дрены при извлечении ее из грунта. Форма сечения трубы выбирается в зависимости от применяемого оборудования (рисунок 11). Обсадная труба перед погружением на заданную глубину закрывается с торца анкерной пластиной (рисунок 12) для защиты геодрены и от попадания грунта внутрь, а также ее фиксации при извлечении обсадной трубы.

1 — погружная (обсадная) труба; 2 — ленточная дрена

Рисунок 11 — Варианты (а, б, в) сечения металлической полой обсадной (погружной) трубы с ленточной дреной внутри

Рисунок 12 — Общий вид металлической анкерной пластины (а) и характерные геометрические параметры пробойника (б) (размеры даны в миллиметрах)

Анкерная пластина представляет собой металлический элемент толщиной 1 мм с приваренной к нему металлической полоской для фиксации геодрены в процессе монтажа. Допускается использовать взамен анкерной пластины металлическую арматуру d >= 16 мм, длиной 20 см. Размер пластины рекомендуется назначать на 50% больше размера сечения обсадной трубы.

7.2 Производство работ

7.2.1 Технология устройства вертикального дренажа с применением ленточных дрен включает следующие операции:

• расчистку поверхности основания от кустарника и деревьев на ширину полосы отвода, при необходимости пни удаляются или измельчаются с использованием специальной техники на месте;
• отсыпку рабочей платформы из дренирующего грунта (при необходимости перед отсыпкой укладывается на всю ширину поверхности армирующий (разделяющий) слой геосинтетического материала);
• разметку сетки геодрен в соответствии с проектным решением;
• погружение геодрен;
• досыпку насыпи до проектных отметок с устройством пригруза;
• снятие пригруза и устройство дорожной одежды.

7.2.2 Подготовительные работы проводятся в соответствии с проектными техническими и местными условиями площадки строительства и включают:

• планировку и разбивку участка перед началом работ;
• отсыпку рабочей платформы с обеспечением надлежащей несущей способности грунта для установки оборудования и устройства дренирующего слоя (перед отсыпкой допускается устройство разделительной прослойки из геосинтетического геотекстильного материала);
• устройство дренирующего слоя после установки вертикального дренажа (концы ленточных дрен должны выходить в этот слой);
• установку оборудования и строительной техники.

Толщина и вид грунтов рабочей платформы назначаются с учетом положений пункта 6.1.3. Ширина рабочей платформы должна превышать ширину консолидируемой геодренами поверхности на 2,5 м. Работы по устройству рабочей платформы выполняются по технологическим схемам, принятым при сооружении насыпей на болотах по способу «от себя». Общая технологическая схема устройства рабочей платформы с устройством прослойки из геотекстиля приведена в рекомендациях [3].

7.2.3 При производстве работ разметка точек монтажа вертикальных геодрен осуществляется вручную с помощью марок. Центры скважин (геодрен) обозначаются с выноской и закреплением осей поперечных рядов по краю площадки (рисунок 13). В случае применения специализированного геодезического оборудования, установленного в кабине машиниста строительной техники, предварительная разметка не делается.

Рисунок 13 — Вид (а, б) на строительный участок после монтажа ленточных дрен

7.2.4 В состав работ по монтажу геодрен входят:

• устройство «пионерной» скважины расчетной глубины (при необходимости);
• установка строительной техники над первой точкой погружения геодрены;
• погружение вертикальной геодрены;
• наращивание земляного полотна до проектной отметки и устройство временного пригруза (при необходимости);
• контроль осадки в период ее протекания;
• снятие пригруза, доуплотнение земляного полотна;
• устройство дорожной одежды.

Общая технологическая схема строительства приведена на рисунке 14.

I — VII — этапы работы; I — укладка армирующего геосинтетического материала и надвижка бульдозером рабочего слоя (платформы); II — устройство геодрен; III — наращивание земляного полотна до проектной отметки и устройство временного пригруза; IV — контроль осадки (мониторинг); V — снятие пригрузочного слоя; VI — доуплотнение земляного полотна; VII — устройство дорожной одежды; 1 — армирующий геосинтетический материал; 2 — рабочий слой (платформа); 3 — вертикальные ленточные дрены; 4 — изолирующий слой; 5 — земляное полотно; 6 — временный пригруз; 7 — слабое основание; 8 — несжимаемый грунт основания; 9 — дорожная одежда

Рисунок 14 — Технологическая схема строительства земляного полотна на слабых грунтах с применением вертикальных ленточных дрен

В случае использования технологии вакуумного дренирования в состав работ добавляются укладка труб водоотводного коллектора и их соединение с геодренами, установка и подключение вакуумного насоса, досыпка насыпи до проектных отметок, откачка воды в общую систему водоотвода (рисунок 15).

I — VII — этапы работы; I — укладка армирующего геосинтетического материала и надвижка бульдозером рабочего слоя (платформы); II — устройство геодрен; III — укладка дренажных труб (коллекторов) и подсоединение к насосной установке, укладка изолирующего слоя и временного пригруза; IV — контроль осадки (мониторинг); V — выравнивание земляного полотна по проектной отметке после завершения осадки; VI — доуплотнение земляного полотна; VII — устройство дорожной одежды; 1 — армирующий геосинтетический материал; 2 — временный рабочий слой (платформа); 3 — изолирующий слой; 4 — вертикальные ленточные дрены; 5 — дренажные трубы; 6 — временный пригруз; 7 — слабое основание; 8 — несжимаемый грунт основания; 9 — земляное полотно; 10 — дорожная одежда

Рисунок 15 — Технологическая схема строительства земляного полотна на слабых грунтах с применением технологии вакуумного дренирования и вертикальных ленточных дрен

Общая пошаговая схема монтажа вертикальной ленточной дрены представлена на рисунке 16.

а — установка механизма в расчетном месте; б — монтаж ленточной дрены; в — подъем металлической трубы; г — переезд на следующую точку; 1 — экскаватор (или трактор на гусеничном ходу); 2 — навесное оборудование для погружения геодрены; 3 — катушка с геодреной; 4 — погружная труба; 5 — геодрена; 6 — рабочая платформа; 7 — слабый грунт

Рисунок 16 — Общая схема монтажа вертикальной ленточной дрены

7.2.5 Процесс погружения геодрен состоит из следующих операций:

• заправка геодрены в обсадную трубу;
• погружение и извлечение обсадной (металлической) трубы с геодреной (рисунок 17);
• обрезка геодрены;
• переезд на новую точку;
• смена катушки с геодреной;
• стыковка геодрен с разных катушек.

Рисунок 17 — Пример анкеровки ленточной дрены при погружении (а) и извлечении (б) металлической трубы специализированного оборудования

Заправку геодрены в обсадную трубу выполняют один раз для всего участка с помощью проволоки, продеваемой в трубу. Геодрену зацепляют за конец проволоки и протягивают сквозь трубу. Конец геодрены оборачивают вокруг анкерной пластины и вновь заправляют в трубу.

Погружение обсадной трубы ведется равномерно. Подъемы, даже кратковременные, недопустимы. По достижении заданной отметки начинают извлечение трубы из грунта, контролируя визуально сматывание геодрены с катушки. После полного выхода трубу поднимают над уровнем земли на 30 см, обрезают геодрену ножницами, оставляя конец около 20 — 30 см. Выходящий из трубы отрезок геодрены стопорят анкеровочной пластиной, заправляют в трубу и перемещают на новую точку.

После того как дренажная лента на катушке кончилась, пустую катушку снимают и заправляют. Конец ленты соединяют с началом новой ленты катушки. Соединение осуществляется внахлест сшивкой нитками, проволокой или скобками. Ход работ по погружению геодрен обязательно фиксируется в журнале производства работ с указанием места, глубины погружения, характеристики материала, шага геодрен.

7.2.6 Применение бурения скважин осуществляется до начала работ на участке. Процесс устройства скважин состоит из следующих процессов:

• установка машины с навесным буровым оборудованием над точкой погружения геодрены;
• бурение;
• переезд к следующей точке бурения.

7.2.7 Сооружение насыпи и, при необходимости, временного пригруза производят обычным образом с соблюдением проектного режима отсыпки и выполнения контроля и мониторинга работ в соответствии с подразделом 7.3.

7.3 Контроль качества работ

7.3.1 Контроль качества работ проводят в соответствии с положениями действующих документов технического регулирования, в частности СП 78.13330.2012, рекомендаций [4] и с учетом положений этого подраздела настоящего методического документа. Общий порядок проведения, требования к оформлению результатов по строительному контролю и промежуточной приемке выполненных работ определяются по ГОСТ 32731-2014, ГОСТ 32756-2014. При контроле качества ленточных геодрен учитывают положения ПНСТ 317-2018.

7.3.2 При входном контроле геодрен визуально фиксируется качество упаковки рулонов (бухт), отсутствие ее повреждений. По сопроводительной документации (паспорт, этикетки на рулонах) оценивают соответствие геодрены проектным требованиям.

7.3.3 Операционный контроль при установке геодрен выполняют с учетом следующих положений:

• место расположения каждой геодрены не должно отклоняться от проектной отметки более чем на 0,15 м; вертикальность направляющего устройства должна быть не менее 50 — по вертикали; 1 — по горизонтали, иначе может произойти застопоривание; если в результате застопоривания установка геодрены невозможна, то на наиболее близком к ней расстоянии устанавливается другая геодрена;
• если в результате наличия на поверхности плотного материала или грунта возникают трудности при установке геодрен традиционными методами, перед их установкой плотные слои предварительно пробуриваются (пионерное бурение) или предпринимаются другие предварительные меры;
• геодрены должны устанавливаться на проектную глубину (при наличии прослоек слабого грунта эта глубина корректируется с целью достижения нижележащего слоя грунта с большей сопротивляемостью);
• по каждой геодрене записывается информация о дате и глубине ее заложения;
• при установке ленточных дрен полость пробойника (металлической трубы) должна оставаться чистой, а размер сечения быть таким, чтобы пробойник не оказывал уплотняющего эффекта на окружающий грунт основания.

7.3.4 При применении специализированного оборудования для установки ленточных дрен, оснащенного автоматическим записывающим устройством, фиксируется и сохраняется информация о месте их установки и длине.

7.3.5 В отчетной документации (акты скрытых работ) фиксируются следующие параметры:

• идентификационный номер геодрены;
• дата и время установки;
• глубина заложения;
• общая длина геодрен;
• вертикальность установки и расположение.

7.3.6 При сооружении земляного полотна на слабых грунтах кроме обусловленного общими нормативными документами контроля качества строительства необходимы специальные наблюдения за деформациями насыпи и основания. Большинство конструктивных решений предусматривает определенный технологический режим возведения земляного полотна, который невозможно правильно осуществить без систематических визуальных и инструментальных наблюдений. Поэтому мероприятия по наблюдению за деформациями земляного полотна в период строительства до момента сдачи объекта в эксплуатацию должны быть включены в строительную смету.

Первоочередными задачами наблюдений являются:

• контроль за величиной осадки и затуханием ее во времени на каждом этапе строительства земляного полотна и временного пригруза;
• фиксирование возможных горизонтальных смещений грунта насыпи в виде выпора, боковых деформаций грунта основания.

Основные наблюдения выполняются производственной лабораторией. Дополнительно к перечисленным проектом организации строительства дороги наблюдениям за изменением порового давления в грунте могут быть установлены наблюдения по специальным методикам за послойными осадками основания, изменением гидрологического режима, упругими прогибами покрытия, а также длительными осадками в период эксплуатации дороги.

Наблюдения за вертикальными перемещениями выполняются по осадочным маркам. Марка закладывается на поверхности слабой толщи непосредственно перед отсыпкой первого слоя насыпи. Вертикальная отметка плиты фиксируется нивелированием с установкой рейки на обрез мерной штанги.

Поперечники для наблюдения за осадкой назначают в самом глубоком месте и далее через каждые 50 м. Осадочные марки устанавливают по три на каждом поперечнике (одну осевую и две боковые на расстоянии 1 м от бровки насыпи).

Контроль за горизонтальными перемещениями и возможным выпором ведут по боковым маркам, установленным в одном створе, а также по дополнительным, находящимся на поперечнике на расстоянии 3 — 5 м от подошвы насыпи. Замеры горизонтальных смещений выполняют с помощью теодолитной съемки.

Наблюдения за осадкой и горизонтальными смещениями ведутся в период возведения насыпи ежедневно, первые три месяца после полного возведения насыпи — еженедельно, в дальнейшем — до сдачи дороги в эксплуатацию два раза в месяц. При обнаружении резкого увеличения осадки или смещений насыпи в плане ее отсыпку немедленно прекращают для выявления причин деформаций и корректировки проектных решений. В случае фиксирования потери прочности основания назначаются мероприятия по ликвидации опасного состояния и предупреждению дальнейшего развития деформации насыпи и основания.

При наличии четырех-пяти измерений осадки в первый месяц после возведения насыпи дальнейшую осадку St, м, можно прогнозировать по формуле

S_{t} = S_{n} \frac{t}{T + t} , (29)

где Sn — полная расчетная осадка, определенная по результатам компрессионных испытаний, м;

t — время с начала отсыпки насыпи, ч;

T — параметр, характеризующий интенсивность затухания осадки.

Для использования этой формулы строят график консолидации в координатах (t, t/S), что дает возможность спрямить кривую осадки. В этом случае ход осадки записывается в виде уравнения t/S = at + b. Далее находят величину параметра T = bSn, где b — отрезок, отсекаемый графиком на оси t/S. Тангенс угла наклона графика является величиной, обратной стабилизированной осадке a = 1/Sn.

В случаях если данные наблюдений за фактическими осадками существенно отличаются от расчетного прогноза их протекания, в рабочем проекте следует уточнить расчетные характеристики грунта (коэффициенты консолидации и сжимаемости) путем обратного пересчета по фактическим данным осадки и на их основе уточнить конструктивные решения и режим отсыпки насыпи.

В процессе возведения насыпи на слабом грунте необходимо систематически контролировать толщину насыпного слоя, определяющую величину нагрузки на основание в заданный момент времени. Для этой цели можно использовать те же осадочные марки с наращиваемыми штангами, на которые должна быть нанесена разметка. Контроль может быть осуществлен также с помощью легкого динамического зонда или путем бурения зондировочных скважин.

При соответствующем обосновании в проекте наблюдения за деформациями насыпи на слабом основании проводятся и в процессе эксплуатации автомобильной дороги в первый год после завершения строительства. Такие наблюдения обязательны при стадийном строительстве земляного полотна и устройстве дорожной одежды.

7.4 Техника безопасности

7.4.1 При проведении работ следует руководствоваться требованиями правил техники безопасности [5] и охраны труда [6], изложенными в инструкциях по эксплуатации соответствующего оборудования, а также требованиями СП 2.2.2.1327-03, ГОСТ 12.3.002-2014, ГОСТ 12.3.005-75.

7.4.2 К работе по погружению ленточных геодрен допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие обучение безопасным приемам труда, сдавшие экзамен на право самостоятельной работы и не имеющие медицинских противопоказаний в соответствии с действующими нормативными документами Минздрава России.

7.4.3 Риск с позиций требований безопасности может быть связан с повреждением навесного оборудования при вдавливании обсадной трубы в процессе погружения геодрен вследствие наличия прослоек грунтов повышенной плотности. В период погружения обсадной трубы следует непрерывно визуально отслеживать состояние обсадной трубы над поверхностью грунта (наличие изгиба, других деформаций). При обнаружении деформаций обсадной трубы работы необходимо прекратить, дальнейшее их выполнение рекомендуется проводить по измененной технологии, например с предварительным устройством буровых скважин (см. подраздел 7.2).

Приложение А

ПРИМЕР РАСЧЕТА

А.1 Исходные данные

1 Естественное основание земляного полотна проектируемой автомобильной дороги категории I с капитальным типом покрытия сложено глинистыми переувлажненными слабыми грунтами, подстилаемыми прочными песчаными грунтами.

2 Проектная высота насыпи составляет Hпр = 7,6 м при ширине земляного полотна поверху Bпр = 32 м и заложением откосов 1:1,3.

3 Насыпь отсыпается песчаным грунтом со следующими характеристиками: угол внутреннего трения \varphi_{\text{зп}} = 32^{\circ} , сцепление Cзп = 0,002 МПа, объемный вес \rho_{\text{з}} = 1,9\text{т}/\text{м}^{3} .

4 Величина суммарной нагрузки на поверхности слабой толщи от транспортных средств и веса земляного полотна при величине подвижной транспортной нагрузки qтр = 45 кПа составляет q = H_{\text{пр}}\rho_{\text{зп}} + q_{\text{тр}} = 7,6 \times 1,9 + 4,5 = 18,94\text{т}/\text{м}^{2} = 189,4\text{кПа} .

5 Проектное время консолидации с момента отсыпки насыпи до требуемой высоты Hmin, обеспечивающей начало процессов консолидации до устройства дорожного покрытия, составляет tконс = 6 мес = 0,5 года.

6 Слабая толща сложена двумя разновидностями переувлажненных глинистых грунтов с показателем текучести более 0,75, характеристики которых приведены в таблице А.1.

Таблица А.1

Характеристики грунтов естественного основания

Грунт	Hсл, м	\rho_{I}/\rho_{II} , т/м3	Kфr/Kфv, м/сут	eест, доля ед.	\varphi_{I}/\varphi_{II} , град.	CI/CII, кПа	E, МПа	Cv, м2/год	Cr, м2/год
Суглинок легкий, текучий	5,0	1,93/1,94	0,4/0,1	0,827	4/5	7/7	2,0	2,5	5,2
Супесь текучая	5,0	1,97/1,98	2,0/0,5	0,722	17/18	3,5/4,0	2,5	4,9	6,0
Песчаный с валунно-глыбовым заполнителем	> 5,0	2,26/2,26	3 — 50	0,260	38/38	0	70	-	-

Примечания

1 Hсл — мощность слоя; \rho_{I} , \rho_{II} — плотность грунта соответственно по несущей способности и деформациям.

2 Kфr, Kфv — коэффициент фильтрации грунта соответственно в горизонтальном и вертикальном направлениях; eест — коэффициент пористости грунта в естественном, неконсолидированном состоянии.

3 \varphi_{I} , \varphi_{II} — угол внутреннего трения соответственно по несущей способности и деформациям.

4 CI, CII — сцепление соответственно по несущей способности и деформациям.

5 E — модуль общей деформации; Cv — коэффициент консолидации грунтов в вертикальном направлении.

6 Cr — коэффициент консолидации грунтов в горизонтальном направлении.

А.2 Предварительные расчеты и анализ возможности применения предпостроечного уплотнения грунтов слабого основания по технологии вертикального дренирования геодренами

Поскольку в составе естественного основания (в пределах активной зоны) имеются грунты с модулем деформации <= 5 МПа при мощности слоя более 0,5 м, в соответствии с положениями подраздела 7.25 СП 34.13330.2012 данное основание может быть отнесено к слабому.

Для оценки устойчивости основания и прогноза осадки насыпи в соответствии с разделом 3 пособия [1] были проведены предварительные расчеты, в результате которых было получено следующее:

• данное основание можно отнести к III типу оснований по несущей способности при полученном значении коэффициента безопасности k_{\text{без}}^{\text{нач}}<1 как по условию быстрой, так и медленной отсыпки земляного полотна;
• расчетная величина суммарной конечной осадки составила Sк = 1,25 м при времени консолидации слабого основания более 10 лет.

Для обеспечения требований устойчивости или величины интенсивности осадки необходимо применение специальных мероприятий, направленных на стабилизацию основания. Оценка эффективности использования конструктивных решений перед их разработкой должна основываться на прогнозе максимально возможного улучшения прочностных свойств грунтов основания после их стабилизации. Данный прогноз базируется на способности слабых грунтов уплотняться и упрочняться по мере постепенной передачи на них нагрузки при прохождении процесса консолидации. Степень уплотнения грунтов определяется максимально возможной величиной их плотности при соответствующей влажности.

По результатам лабораторных испытаний получено, что прочностные характеристики консолидированных грунтов основания значительно повышаются и имеют значения, при которых расчетное значение коэффициента безопасности становится более требуемого, т.е. выполняется условие k_{\text{без}}^{\text{нач}}<1 , что позволяет говорить о пригодности использования стабилизированных естественных оснований как основания для возведения земляного полотна.

В качестве варианта предпостроечного уплотнения слабых грунтов основания рассмотрен вариант консолидации грунтов основания по технологии вертикального дренирования геодренами, область рационального применения которого (подраздел 4.3) в данном случае соответствует исходным данным (показатель текучести грунтов основания более 0,75, мощность консолидируемой слабой толщи Hконс = 10 м). Кроме того, коэффициент консолидации грунтов основания в горизонтальном направлении больше, чем в вертикальном, что позволит сократить время консолидации за счет дренирования в горизонтальном направлении.

А.3 Расчет

1 Для разнородной слабой толщи по формуле (10) определяется приведенный коэффициент консолидации слоистой толщи в вертикальном направлении при мощности активной сжимаемой толщи, равной мощности консолидируемой слабой толщи Hакт = Hконс = 5 + 5 = 10 м,

C_{v} = \frac{10^{2}}{(\frac{5,0}{\sqrt{2,5}} + \frac{5,0}{\sqrt{4,9}})2} = 3,4\text{м}^{2}/\text{год}.

2 Поскольку на нижней границе сжимаемой толщи залегают хорошо дренируемые грунты, принимаемая по формуле (9) длина пути фильтрации в вертикальном направлении составит h_{\text{ф}v} = \frac{10}{2} = 5\text{м} .

3 По таблице 2 в зависимости от типа покрытия назначается требуемая степень консолидации грунтов основания. При капитальном типе покрытия и величине суммарной конечной осадки Sк = 1,25 м требуемая степень консолидации основания составит Qтреб = 0,96.

4 Определяется величина расчетной степени консолидации грунтов в вертикальном направлении при проектном времени консолидации tконс = 6 мес = 0,5 года. Расчет проводится в следующей последовательности:

• по формуле (8) рассчитывается фактор времени консолидации слабой толщи в вертикальном направлении T_{v} = \frac{3,4 \times 0,5}{5^{2}} = 0,068 ;
• по графику на рисунке 7 определяется расчетная величина степени консолидации в вертикальном направлении Qv = 0,29.

5 По формуле (12) находится величина требуемой степени консолидации в горизонтальном направлении Q_{r\text{гр}} = 1 - \frac{1 - 0,96}{1 - 0,29} = 0,94 .

6 Подбор параметров дренирующего поля из композиционных вертикальных геодрен проводится в соответствии с пунктами 6.2.12 - 6.2.20 в следующей последовательности:

• задается глубина установки геодрен, которая в данном случае принимается равной мощности активной сжимаемой толщи, соответствующей суммарной мощности сжимаемых слабых грунтов hдр = Hконс = 10 м;
• по формуле (16) определяется приведенный коэффициент консолидации для слоистой толщи в горизонтальном направлении;
• по формуле (15) находится минимальная величина дренирующей способности геодрены q_{wmin} = 5K_{\text{ф}r}^{2}h_{\text{др}} = 5 \times 2,66 \times 10^{2} = 1332\text{м}^{3}/\text{год} в зависимости от величины притока воды в нее, определяемой величиной средневзвешенного значения коэффициента фильтрации грунтов в горизонтальном направлении в пределах длины геодрены K_{\text{ф}r} = \frac{5 \times 0,0006 + 5 \times 0,014}{10} = 0,0073\text{м}/\text{сут} = 2,66\text{м}/\text{год} ;
• по формуле (14) вычисляется расчетная величина дренирующей способности геодрены с учетом снижения ее дренирующей способности в реальных условиях работы qwр = 1,5 x 1332 = 1998 м3/год;
• назначается марка геодрены; дренирующая способность геодрены выбираемой марки qw, полученная по результатам лабораторных испытаний или принятая по данным производителя (см. подраздел 5.4), должна быть не менее расчетной величины qwр, полученной по формуле (14), и не менее рекомендуемого минимального значения (см. таблицу 1); при полученном расчетном значении qwр = 1998 м3/год > qw = 1260 м3/год (рекомендуемое минимальное значение по таблице 1) принимается qwр = qwр = 1998 м3/год и назначается марка геодрены с дренирующей способностью не менее qw >= 1998 м3/год;
• утверждаются параметры сечения геодрены выбранной марки (см. рисунок 8), которые равны: ширина a = 100 мм = 0,1 м, толщина b = 3 мм = 0,003 м;
• по формуле (17) определяется величина эквивалентного диаметра геодрены d_{w} = \frac{2(0,1 + 0,003)}{3,14} = 0,065\text{м } \approx 0,07\text{м} ;
• по номограмме на рисунке 9 находится шаг расстановки геодрен d (расстояние между осями геодрен); при величине приведенного коэффициента консолидации в горизонтальном направлении Cr = 5,6 м2/год, проектном времени консолидации tконс = 6 мес, требуемой степени консолидации Qrтр = 0,96 и величине эквивалентного диаметра геодрены dw = 0,07 м принятое по номограмме расстояние между осями геодрен составило d = 0,9 м;
• назначается схема расположения геодрен в плане и в зависимости от выбранной схемы по формулам (18) или (19) определяется зона влияния геодрен de; в данном случае при гексагональной схеме их расположения диаметр зоны влияния составил de = 1,05 x 0,9 = 0,95 м.

7 При принятых параметрах дренирующего поля в соответствии с формулами (20) - (23) вычисляется расчетная степень консолидации в горизонтальном направлении Qрасч. Расчет проводится в следующей последовательности:

• при использовании пробойника без анкерной пластины при площади поперечного сечения пробойника Sпроб = 0,12 x 0,06 = 0,0072 м2 эквивалентный диаметр пробойника равен dm = 0,096 м;

• определяется величина отношения \frac{K_{\text{ф}r}}{K_{ds}} , в соответствии с пунктом 6.2.20, принимается Kds = Kфv = 0,0037 м/сут, отношение \frac{K_{\text{ф}r}}{K_{ds}} = \frac{0,0073}{0,0037} = 2 при средневзвешенных коэффициентах фильтрации грунтов слоистой толщи в пределах длины геодрены в горизонтальном направлении K_{\text{ф}r} = \frac{5 \times 0,0006 + 5 \times 0,014}{10} = 0,0073\text{м}/\text{сут} = 2,66\text{м}/\text{год} ; и в вертикальном направлении K_{\text{ф}v} = \frac{5 \times 0,0003 + 5 \times 0,007}{10} = 0,0037\text{м}/\text{сут} = 1,33\text{м}/\text{год} ;

• в соответствии с пунктом 6.2.19 определяется диаметр зоны уплотнения у геодрены, который равен ds = 2dm = 2 x 0,096 = 0,19 м при \frac{K_{\text{ф}r}}{K_{ds}} = 2 ;

• находится отношение \frac{d_{e}}{d_{s}} = \frac{0,95}{0,19} = 5 ;

• определяется отношение \frac{d_{s}}{d_{w}} = \frac{0,19}{0,07} = 2,71 ;

• по зависимости (23) вычисляется расчетное время консолидации t_{\text{расч}} = \frac{0,95}{8 \times 5,6} \times [ln(5) + 2ln(2,71) - 0,75 + 2,8 \times 10^{2} \times \frac{2,66}{2664,5}] \times ln(\frac{1}{1 - 0,94}) = 0,41\text{года} = 4,87\text{мес} ;

• по формуле (21) находится фактор времени при фильтрации в горизонтальном направлении T_{r} = \frac{5,6 \times 0,41}{0,95^{2}} = 2,52 ;

• по формуле (22) определяется параметр F_{v} = ln[(\frac{0,95}{0,19}) + 2(\frac{0,95}{0,07}) -]0,75 = 2,86 ;

• по формуле (20) вычисляется величина расчетной степени консолидации в горизонтальном направлении Q_{r} = 1 - exp(- 8 \frac{2,52}{2,86}) = 0,99>Q_{r\text{тр}} = 0,94 .

Поскольку полученное значение расчетной степени консолидации Qr более требуемого значения Qrтр и расчетное время консолидации tконс менее проектного значения tконс, рассматривается возможность увеличения расстояния между осями геодрен до величины d = 1,1 м. В результате расчетов получено: при расчетном времени консолидации tрасч = 6 мес = tконс = 6 мес величина Qr = 0,99. Снижение расчетной степени консолидации до требуемой величины Qr = Qrтр = 0,96 позволяет увеличить расстояние между осями геодрен до величины d = 1,9 м, но при этом время консолидации повышается до tрасч = 11 мес.

8 По формуле (7) определяется расчетная степень консолидации Qрасч = 1 — (1 — 0,29) x (1 — 0,99) = 0,99 и сравнивается с требуемым значением Qтреб. Поскольку условие по формуле (2) соблюдено, Qрасч = 0,99 > Qтреб = 0,96, принимаются следующие параметры дренирующего поля: геодрены марки «N» с геометрическими параметрами 100 x 3 мм (ширина x толщина) с дренирующей способностью qw = 1998 м3/год с параметрами фильтра не менее указанных в пункте 6.2.21 при длине геодрен hдр + 0,5 = 10,5 м с шагом 1,1 м при гексагональной схеме их расположения.

9 В соответствии с пунктом 6.1.3 назначаются параметры рабочей платформы. Поскольку расчетная конечная суммарная осадка составила Sк = 1,25 м, толщина рабочей платформы принимается не менее hпл = 1,25 + 0,3 = 1,55 м и определяется по зависимости (6) минимальная высота насыпи, при которой начинается отжатие воды в геодрены: H_{min} = 0,5d_{e}I_{0}(\rho_{\text{в}}/\rho_{s}) = 0,5 \times 1,155 \times 5 \times (1/1,65) = 1,75\text{м} при средневзвешенном значении плотности грунтов основания \rho_{s} = 1,65\text{т}/\text{м}^{3} и de = 1,05d = 1,05 x 1,1 = 1,155. Так как Hmin > hпл, необходимо скорректировать время консолидации, принимая за начало консолидации момент, когда высота отсыпаемой насыпи (рабочей платформы) достигнет величины Hmin = 1,75 м, или уменьшить расстояние между геодренами до величины d = 1,02/1,05 = 0,97 м при d_{e} = \frac{h_{\text{пл}}}{0,5I_{0}(\frac{\rho_{\text{в}}}{\rho_{s}})} = \frac{0,55}{0,5 \times 5 \times (1/1,65)} = 1,022\text{м} при гексагональной схеме их расположения.

БИБЛИОГРАФИЯ

[1]		Пособие по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах, 2004
[2]	ОДМ 218.5.006-2010	Рекомендации по методикам испытаний геосинтетических материалов в зависимости от области их применения в дорожной отрасли
[3]	ОДМ 218.5.003-2010	Рекомендации по применению геосинтетических материалов при строительстве и ремонте автомобильных дорог
[4]	ОДМ 218.4.031-2016	Рекомендации по организации и проведению ведомственного контроля (мониторинга) качества при выполнении дорожных работ на автомобильных дорогах общего пользования федерального значения
[5]	СНиП 12-03-2001	Безопасность труда в строительстве. Часть 1. Общие требования
[6]		Правила охраны труда при строительстве, ремонте и содержании автомобильных дорог, 1993

ОКС 93.100
Ключевые слова: слабые грунты оснований насыпей, укрепление вертикальным дренированием геодренами, проектирование, технология, рекомендации

Руководитель организации-разработчика ФАУ «РОСДОРНИИ» Генеральный директор А. П. Варятченко

---