ОДМ 218.4.1.006-2021. Отраслевой дорожный методический документ. Рекомендации по применению многосекционных геооболочек при сооружении земляного полотна
(издан на основании Распоряжения Росавтодора от 11.08.2021 № 2897-р)
Примечание
Текст документа приведен в соответствии с публикацией на сайте https://rosavtodor.gov.ru/ по состоянию на 15.08.2022. Документ рекомендован к применению с 11.08.2021 Распоряжением Росавтодора от 11.08.2021 № 2897-р.
Издан на основании Распоряжения Федерального дорожного агентства от 11 августа 2021 г. № 2897-р
ОТРАСЛЕВОЙ ДОРОЖНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ МНОГОСЕКЦИОННЫХ ГЕООБОЛОЧЕК ПРИ СООРУЖЕНИИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
Предисловие
1 РАЗРАБОТАН обществом с ограниченной ответственностью «СВ-Сервис» (ООО «СВ-Сервис»).
Коллектив авторов: канд. техн. наук Е.С. Пшеничникова, канд. техн. наук И.Ж. Хусаинов, канд. техн. наук Е.П. Еремеев, канд. техн. наук Н.А. Устян.
При разработке учтены данные исследований, выполненных в ОАО «СОЮЗДОРНИИ», МАДИ.
2 ВНЕСЕН Управлением научно-технических исследований, информационных технологий и хозяйственного обеспечения Федерального дорожного агентства.
3 ИЗДАН на основании распоряжения Федерального дорожного агентства от 11.08.2021 № 2897-р.
4 ИМЕЕТ РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ ХАРАКТЕР.
1 Область применения
1.1 Настоящий отраслевой дорожный методический документ (далее — методический документ) содержит методику конструирования и расчета несущей способности и деформаций насыпей, сооружаемых с применением многосекционных геооболочек (МГО), и рекомендации по их применению при строительстве, реконструкции, капитальном ремонте и ремонте автомобильных дорог.
1.2 Данный методический документ содержит рекомендации по применяемым материалам, методам проектирования и технологии производства работ при возведении земляного полотна на подтопляемых, заболоченных, пучиноопасных грунтах, а также многолетнемерзлых грунтах, просадочных при оттаивании.
1.3 Положения настоящего методического документа рекомендуются для применения организациями, выполняющими работы по проектированию, строительству, капитальному ремонту, ремонту автомобильных дорог общего пользования, в том числе промысловых дорог (временных, сезонных, постоянных), улиц и дорог населенных пунктов. Документ разработан с учетом ГОСТ 1.5-2001, ГОСТ Р 1.5-2012, рекомендаций [1].
1.4 Отдельные положения методического документа могут уточняться на основе опыта строительства с учетом региональных особенностей, новых результатов исследований, конструктивных решений, разработок расчетных методов.
2 Нормативные ссылки
В настоящем методическом документе использованы нормативные ссылки на следующие документы:
ГОСТ 1.5-2001 Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Общие требования к построению, изложению, оформлению, содержанию и обозначению
ГОСТ 9.048-89 Единая система защиты от коррозии и старения. Изделия технические. Методы лабораторных испытаний на стойкость к воздействию плесневых грибов
ГОСТ 12.3.002-2014 Система стандартов безопасности труда. Процессы производственные. Общие требования безопасности
ГОСТ 12.3.009-76 (СТ СЭВ 3518-81) Работы погрузочно-разгрузочные. Общие требования безопасности
ГОСТ 2782-90 Ленты технические специальные. Технические условия
ГОСТ 6611.2-73 (ИСО 2062-72, ИСО 6939-88) Нити текстильные. Методы определения разрывной нагрузки и удлинения при разрыве
ГОСТ 25100-2020 Грунты. Классификация
ГОСТ 26623-85 Материалы и изделия текстильные. Обозначения по содержанию сырья
ГОСТ 29104.4-91 Ткани технические. Метод определения разрывной нагрузки и удлинения при разрыве
ГОСТ 32703-2014 Дороги автомобильные общего пользования. Щебень и гравий из горных пород. Технические требования
ГОСТ 32755-2014 Дороги автомобильные общего пользования. Требования к проведению приемки в эксплуатацию выполненных работ
ГОСТ 32756-2014 Дороги автомобильные общего пользования. Требования к проведению промежуточной приемки выполненных работ
ГОСТ 32804-2014 (EN 13251:2000) Материалы геосинтетические для фундаментов, опор и земляных работ. Общие технические требования
ГОСТ 32824-2014 Дороги автомобильные общего пользования. Песок природный. Технические требования
ГОСТ 32826-2014 Дороги автомобильные общего пользования. Щебень и песок шлаковые. Технические требования
ГОСТ 33063-2014 Дороги автомобильные общего пользования. Классификация типов местности и грунтов
ГОСТ 33100-2014 Дороги автомобильные общего пользования. Правила проектирования автомобильных дорог
ГОСТ 33149-2014 Дороги автомобильные общего пользования. Правила проектирования автомобильных дорог в сложных условиях
ГОСТ Р 1.5-2012 Стандарты национальные. Правила построения, изложения, оформления и обозначения
ГОСТ Р 50277-92 (ИСО 9864-90) Материалы геотекстильные. Метод определения поверхностной плотности
ГОСТ Р 51285-99 Сетки проволочные крученые с шестиугольными ячейками для габионных конструкций. Технические условия
ГОСТ Р 52608-2006 Материалы геотекстильные. Методы определения водопроницаемости
ГОСТ Р 52748-2007 Дороги автомобильные общего пользования. Нормативные нагрузки, расчетные схемы нагружения и габариты приближения
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 55032-2012 Дороги автомобильные общего пользования. Материалы геосинтетические для дорожного строительства. Метод определения устойчивости к многократному замораживанию и оттаиванию
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
ГОСТ Р 56336-2015 Дороги автомобильные общего пользования. Материалы геосинтетические. Метод определения стойкости к циклическим нагрузкам
ГОСТ Р 58397-2019 Дороги автомобильные общего пользования. Правила производства работ. Оценка соответствия
ГОСТ Р 58770-2019 Дороги автомобильные общего пользования. Смеси щебеночно-песчаные шлаковые. Технические условия
ПНСТ 327-2019 Дороги автомобильные общего пользования. Смеси щебеночно-гравийно-песчаные. Технические условия
ПНСТ 542-2021 Дороги автомобильные общего пользования. Нежесткие дорожные одежды. Правила проектирования
СП 34.13330.2021 Автомобильные дороги (актуализированная редакция СНиП 2.05.02-85*)
СП 48.13330.2019 Организация строительства (актуализированная редакция СНиП 12-01-2004)
СП 472.1325800.2019 Армогрунтовые системы мостов и подпорных стен на автомобильных дорогах. Правила проектирования
3 Термины и определения
В настоящем методическом документе применены следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 автомобильная дорога: Объект транспортной инфраструктуры, предназначенный для движения транспортных средств и включающий в себя земельные участки в границах полосы отвода автомобильной дороги и расположенные на них или под ними конструктивные элементы (дорожное полотно, дорожное покрытие и подобные элементы) и дорожные сооружения, являющиеся ее технологической частью, — защитные дорожные сооружения, искусственные дорожные сооружения, производственные объекты, элементы обустройства автомобильных дорог [2].
3.2 автомобильная дорога временная: Дорога, сооружаемая на срок службы менее пяти лет и обеспечивающая движение автомобилей или строительных транспортных средств по обслуживанию грузовых и пассажирских перевозок в период сооружения новых объектов, реконструкции или ремонта (которая может переводиться в автомобильную дорогу общего пользования) (СП 34.13330.2021).
3.3 болото: Участок земной поверхности, постоянно или большую часть года насыщенный водой и имеющий специфическую экосистему, характеризующуюся накоплением в верхних горизонтах субстрата мертвых неразложившихся растительных остатков, со временем превращающихся в торф.
3.4 болото I типа: Болото, заполненное болотными грунтами, прочность которых в природном состоянии обеспечивает возможность возведения насыпи высотой до 3 м без возникновения процесса бокового выдавливания слабого грунта (СП 34.13330.2021).
3.5 болото II типа: Болото, содержащее в пределах болотной толщи хотя бы один слой, который может выдавливаться при некоторой интенсивности возведения насыпи высотой до 3 м, но не выдавливается при меньшей интенсивности возведения насыпи (СП 34.13330.2021).
3.6 болото III типа: Болото, содержащее в пределах болотной толщи хотя бы один слой, который при возведении насыпи высотой до 3 м выдавливается независимо от интенсивности возведения насыпи (прочность при вращательном срезе менее 0,014 МПа) (СП 34.13330.2021).
3.7 верхний горизонт многолетней мерзлоты: Поверхность грунтового массива, длительное время (века) существующего в мерзлом состоянии.
3.8 выступающее дно геооболочки: Выпуск полотна дна на 300 — 500 мм за пределы основания ячеек для объединения соседних секций, укладывания секций внахлест и обеспечения перераспределения нагрузки между секциями [3].
3.9 выторфовывание: Удаление слабого грунта (торфа) в основании насыпи земляного полотна.
3.10 габионные сетчатые изделия: Объемные изделия различной формы из проволочной крученой с шестиугольными ячейками сетки по ГОСТ Р 51285-99, предназначенные для формирования габионных конструкций.
3.11 геокомпозит: Геосинтетический материал, состоящий из полимерной (синтетической или натуральной) непрерывной матрицы, выполняющей роль связующего все компоненты материала, и армирующего компонента (ГОСТ Р 55028-2012).
3.12 геооболочка: Емкость из геосинтетического материала для заполнения грунтом или другими строительными материалами, создающая замкнутый объем (ГОСТ Р 55028-2012).
3.13 геооболочка многосекционная: Пространственная ячеистая конструкция с линейно расположенными ячейками квадратной формы, с гибким основанием, которое является дном, изготовленная методом сшивания из геополос в перпендикулярном направлении друг к другу и к основанию.
3.14 геополоса: Геосинтетический материал, представленный в виде ленты, имеющей технологически оформленные кромки или получаемой путем вырезания из геосинтетического материала большей ширины, с нераспускающимися кромками (ГОСТ Р 55028-2012). Геополосу шириной, как правило, 50 — 1500 мм используют при производстве геооболочек для образования пространственной конструкции высотой h, равной ширине геополосы.
3.15 геотекстиль тканый: Геотекстиль, получаемый по технологии ткачества (ГОСТ Р 55028-2012).
3.16 геотекстиль нетканый: Геотекстиль, полученный по технологии нетканых текстильных материалов (ГОСТ Р 55028-2012).
3.17 грунт заторфованный: Органоминеральный грунт, содержащий в своем составе от 3% (для песчаного) и от 5% (для глинистого) грунта до 50% по массе торфа (ГОСТ 33063-2014).
3.18 грунт мерзлый: Грунт, имеющий отрицательную или нулевую температуру, содержащий в своем составе видимые ледяные включения и (или) лед-цемент и характеризующийся криогенными структурными связями (ГОСТ 25100-2011).
3.19 грунт органоминеральный: Грунт, содержащий от 3% до 50% по массе органические вещества (ГОСТ 33063-2014).
3.20 деятельный слой: Расположенный у поверхности земли ежегодно оттаивающий слой (сезонно талый слой) при наличии многолетнемерзлых грунтов.
3.21 дорожная одежда: Конструктивный элемент автомобильной дороги, воспринимающий нагрузку от транспортных средств и передающий ее на земляное полотно (ГОСТ 33100-2014).
3.22 земляное полотно: Конструктивный элемент, служащий для размещения дорожной одежды, а также технических средств организации дорожного движения и обустройства автомобильной дороги (ГОСТ 33100-2014).
3.23 инертные материалы: Каменные строительные материалы, относящиеся к нерудным полезным ископаемым, входящие в состав цементобетона, асфальтобетона в качестве заполнителей.
3.24 многолетнемерзлые (вечномерзлые) грунты: Грунт, находящийся в мерзлом состоянии постоянно в течение трех и более лет (ГОСТ 25100-2020).
3.25 многолетняя мерзлота: Термин, соответствующий понятиям: многолетнемерзлые горные породы, многолетняя криолитозона, вечная мерзлота, криолитозона.
3.26 модуль многосекционной геооболочки: Единичный элемент геооболочки в растянутом состоянии, имеющий фиксированные размеры: длину A, ширину B, высоту h [3].
3.27 основание дорожной одежды: Часть дорожной одежды автомобильной дороги, расположенная под покрытием и обеспечивающая совместно с покрытием перераспределение напряжений в конструкции и снижение их величины в грунте рабочего слоя земляного полотна (подстилающем грунте), а также морозоустойчивость и осушение конструкции (ГОСТ 33100-2014).
3.28 покрытие дорожной одежды: Верхняя часть дорожной одежды, состоящая из одного или нескольких слоев, непосредственно воспринимающая усилия от колес транспортных средств и подвергающаяся прямому воздействию атмосферных факторов (ГОСТ 33100-2014).
3.29 полиамидная ткань: Ткань, формуемая из нитей расплавов или растворов полиамидов, характеризуется высокой прочностью при растяжении, отличной стойкостью к истиранию и ударным нагрузкам, устойчива к действию многих химических реагентов, хорошо противостоит биохимическим воздействиям.
3.30 полипропиленовая ткань: Ткань, формуемая из нитей расплава полипропилена, имеет устойчивость к двойным изгибам, уступает полиамидным, полиэфирным и поливинилспиртовым тканям по стойкости к истиранию. Имеет высокую стойкость к действию кислот, щелочей, органических растворителей. Термо- и светостойкость полипропиленовых волокон сравнительно невысоки и в значительной мере определяются эффективностью вводимых в них стабилизаторов.
3.31 поливинилспиртовые ткани: Ткани, формуемые из нити растворов поливинилового спирта главным образом по мокрому методу, характеризуются высокой прочностью и устойчивостью к истиранию и изгибу, обладают устойчивостью к действию света, микроорганизмов, различных реагентов (кислот, щелочей, окислителей, малополярных растворителей, нефтепродуктов).
3.32 полиэфирная ткань: Ткань, формуемая из нитей расплава полиэтилентерефталата, характеризуется высокими термостойкостью, прочностью при растяжении, устойчивостью к ультрафиолету, действию многих химических реагентов, микроорганизмов.
3.33 сейсмоопасные территории: Территории, подверженные подземным толчкам и колебаниям поверхности земли с сейсмичностью от 7 до 9 баллов по шкале MSK-64, вызванным естественными причинами (тектоническими процессами) или искусственными процессами (взрывы, заполнение водохранилищ, обрушение подземных полостей горных выработок).
3.34 слабые грунты: Связные грунты, имеющие прочность на сдвиг в условиях природного залегания при испытании прибором вращательного среза не менее 0,075 МПа, удельное сопротивление статическому зондированию конусом с углом при вершине \alpha = 30^{\circ} менее 0,02 МПа или модуль осадки при нагрузке 0,25 МПа более 50 мм/м (модуль деформации ниже 5 МПа) (СП 34.13330.2021).
3.35 смесовые ткани: Ткани с разным соотношением синтетических нитей и волокон (PA + PL, или PP + PL, или PP + PVA), предназначенные к применению в различных агрессивных средах, что позволяет добиться высоких физико-химических показателей и приводит к высоким эксплуатационным показателям конструкций, применяемых в земляном полотне дорог и площадок строительства.
3.36 структура: Взаиморасположение и связь составных частей объекта.
3.37 структурирование: Образование структуры.
3.38 торф: Органоминеральный грунт, образовавшийся в результате естественного отмирания и неполного разложения болотных растений в условиях повышенной влажности, недостатка кислорода, содержащий по массе 50% и более органического вещества (ГОСТ 33063-2014).
3.39 термоармирующая конструкция: Армирующая конструкция, снабженная теплоизоляционными материалами и препятствующая теплопередаче.
3.40 укладка внахлест: Перекрытие верхним полотнищем ткани нижнего полотнища при ее раскладке.
3.41 ячейки многосекционной геооболочки: Объемные элементы многосекционной геооболочки в растянутом состоянии, образованные соединенными между собой геополосами и пришивным тканевым дном, служащие для заполнения материалами, применяемыми в дорожном строительстве.
4 Общие положения
4.1 Геооболочка (рисунок 1) по международной классификации относится к геосинтетическим материалам (GSY), классу водопроницаемых, группе геотекстили (GTX), виду геоячейки (GCE); по классификации ГОСТ Р 55028-2012 и методике [4] - к типу геотекстиль (ГТ), классу геотекстиль тканый (ГТ-ТК), виду геооболочки тканые (ГОБ-ГТ-ТК).
а, б, в — геооболочки открытого типа соответственно односекционная, многосекционная, в сетчатом коробчатом контейнере; г, д — то же, закрытого типа соответственно односекционная и многосекционная
4.2 Многосекционная геооболочка предназначена для объемного армирования грунтовых оснований или сооружений с целью образования композитного слоя (инертный материал + геооболочка), имеющего улучшенные по отношению к заполнителю эксплуатационные свойства. Композитный слой обладает повышенной жесткостью, прочностью, распределяющей способностью, стойкостью к воздействию динамических и сейсмических нагрузок, поверхностному размыву, снижает неравномерность осадки (рисунок 2).
1 — дно; 2 — боковые стенки; A, B, h — соответственно ширина, длина и высота модуля; a — размер ячейки; b — вылет дна (не менее 0,3 м)
Рисунок 2 — Модуль многосекционной геооболочки открытого типа
4.3 Все элементы МГО скрепляются между собой сшивными соединениями с длиной стежка 4 — 8 мм. В начале и конце каждой строчки производится закреп, длина которого равна 3 — 4 см. Прочность сшивного соединения должна составлять не менее 90% от прочности применяемого для изготовления МГО геотекстиля.
Модули МГО для объединения с другими модулями при отсыпке насыпи оборудованы завязками — лентами.
4.4 Геометрические параметры МГО могут изменяться в зависимости от требований заказчика (от конкретной области и условий применения) и иметь дно необходимой длины, соответствующей, например, ширине подошвы насыпи.
4.5 Свойства материалов, используемых при изготовлении МГО, представлены в таблице А.1, типовые геометрические размеры и объемы грунта в секции МГО — в таблице А.2 приложения А.
4.6 Многосекционные геооболочки рекомендуется применять:
- при отсыпке насыпей на слабых грунтовых основаниях как армирующий слой в основании или теле насыпи;
- при использовании в насыпи местных пылеватых пучиноопасных грунтов;
- в подходных насыпях к мостовым переходам;
- при устройстве:
\cdot защитных сооружений от наводнений,
\cdot временных дорог и площадок;
- при устройстве дорожных искусственных сооружений;
- при реконструкции и ремонте дорог и гидротехнических сооружений.
4.7 При возведении насыпи МГО, заполненные инертными материалами, образуют композитный слой. При строительстве, реконструкции, капитальном ремонте и ремонте автомобильных дорог его устраивают с целью:
- повышения несущей способности грунтов;
- удержания массива грунта на крутых склонах;
- обеспечения устойчивости крутых откосов;
- ограничения сдвиговых деформаций;
- снижения неравномерности:
\cdot осадки насыпи (уменьшение величины осадки);
4.8 Выбор конструктивных решений выполняют на основе технико-экономического сопоставления вариантов, включающих традиционные решения. Следует учитывать технический эффект при применении МГО, в частности:
- низкую материалоемкость конструкций, поскольку объем используемых материалов составляет несколько процентов от объема всей укрепляемой конструкции;
- высокую универсальность решений за счет использования различных сочетаний типов геооболочек, вариантов их заполнения, в том числе с использованием местных грунтов и материалов, применяемых в дорожном строительстве;
- повышение сроков службы дорожной одежды и земляного полотна в результате структурирования грунта насыпи, работы геооболочек как связующего звена структуры, препятствующего сдвигам ее составных элементов.
5 Рекомендации к материалам, используемым для производства многосекционных геооболочек
5.1 Многосекционные геооболочки следует использовать исходя из их регламентируемых параметров и условий строительства с учетом свойств геосинтетических материалов, приведенных в таблице 1.
Общая характеристика геосинтетических материалов
5.2 Многосекционные геооболочки, выполненные из геосинтетических материалов, приведенных в таблице 1, должны соответствовать следующим рекомендациям:
- возможность эксплуатации в температурном диапазоне от -60 °C до 60 °C;
- используемая ткань МГО должна соответствовать рекомендациям по показателям свойств, характеризующих стойкость к агрессивным воздействиям (погодно-климатическим и технологическим);
- противостоять циклическому промораживанию и оттаиванию, ультрафиолетовому излучению;
- обладать требуемой водопроницаемостью, гибкостью (эластичностью) при отрицательной температуре;
- соответствовать заявленным прочностным свойствам (см. таблицу А.1 приложения А).
5.3 Прочность МГО определяется, как прочность шва изделия, которая составляет 90% от прочности исходного материала — геополосы. При изготовлении геооболочек используются геополосы прочностью на разрыв от 90 до 200 кН/м. Соответственно, прочность изделий составляет от 81 до 180 кН/м и более.
5.4 Для заполнения ячеек МГО используют грунты и другие инертные материалы (щебень, песок, шлаки, гравий, различного вида песчано-гравийные и щебеночно-песчано-гравийные смеси по ГОСТ 32703-2014, ГОСТ 32826-2014, ГОСТ Р 58770-2019, ГОСТ 32824-2014, ГОСТ Р 58397-2019, ПНСТ 327-2019), а также другие материалы, рекомендуемые для применения в дорожном строительстве.
5.5 Если стенки МГО находятся под воздействием ультрафиолетового излучения, в геооболочках не рекомендуется использование тканей на основе полипропилена.
6 Конструктивные решения земляного полотна автомобильных дорог с использованием многосекционных геооболочек в условиях сезонного промерзания
6.1 При армировании грунтовых сооружений, возводимых на участках распространения связных грунтов повышенной влажности, на заторфованных и слабых грунтах, применение МГО позволяет решать следующие задачи:
- расширение возможностей возведения насыпей на органоминеральных грунтах без выторфовывания или с частичным выторфовыванием;
- снижение неравномерности осадки при строительстве на слабых грунтах;
- строительство в сложных инженерно-геологических условиях (косогоры с заложением круче 1:3, участки с развитием оврагов);
- использование грунтов повышенной влажности для возведения насыпи;
- сооружение откосов повышенной крутизны в стесненных условиях;
- уменьшение величины морозного пучения;
- возведение насыпей на подтапливаемых участках;
- повышение качества строительства при выполнении реконструкции и ремонта автомобильных дорог.
6.2 При строительстве в сложных условиях, когда в основании земляного полотна залегают грунты повышенной влажности, армированный слой, включающий МГО, устраивают в нижней части насыпи (рисунок 3а). В этом случае рекомендуется применение МГО высотой от 0,3 до 0,7 м с размером ячейки в плане от 0,3 до 1,5 м. Расчет осадки, проверку прочности грунтового основания или насыпи, армированной МГО, выполняют в соответствии с приложением Б. В качестве заполнителя используют грунт согласно подразделу 5.4.
а — насыпь на слабом грунте; б — временная дорога; в — насыпь на подтапливаемых участках; B — ширина покрытия
Рисунок 3 — Конструктивные решения насыпей на слабых основаниях, сооружаемых с применением многосекционных геооболочек, в условии сезонного промерзания
Применение указанной конструкции также целесообразно, когда в основании насыпи залегают пучиноопасные грунты в условиях 2-го и 3-го типов местности по условиям увлажнения. Многосекционная геооболочка распределяет напряжение, вызванное неравномерностью морозного пучения. Дно геооболочки служит капилляропрерывающей прослойкой, препятствующей поступлению влаги в тело насыпи со стороны основания, что позволяет использовать в насыпи слабопучинистый и в отдельных случаях пучинистый грунт (СП 34.13330.2021).
Ячейки геооболочки, заполненные песком с коэффициентом фильтрации kф >= 2 м/сут, выполняют функцию дренирующего слоя. При наличии влияния поверхностных и грунтовых вод на увлажнение рабочего слоя земляного полотна, выполненного из связных грунтов, указанный дренирующий слой позволит снизить высоту насыпи, уменьшив необходимое возвышение поверхности покрытия дороги.
Требуемую толщину дренирующего слоя рассчитывают в соответствии с ПНСТ 542-2021.
6.3 Конструкция (см. рисунок 3а) рекомендуется для дорог всех категорий. Наиболее эффективна в условиях II — III дорожно-климатических зон. При применении в насыпях высотой до 20 м, а также в выемках рекомендуется использовать МГО с прочностью на разрыв от 90 до 110 кН/м, для насыпей высотой более 20 м — с прочностью на разрыв выше 110 кН/м.
6.4 Прочность МГО на разрыв определяется прочностью ткани, шва изделия и размерами ячейки и возрастает при увеличении высоты ячейки и уменьшении ее площади (растет коэффициент армирования). Выбирать размер ячейки и требуемую прочность материала следует на основании расчетов по прочности (приложение Б), сравнивая варианты конструкции с различными размерами ячейки и прочностью ткани.
6.5 Если ячейки МГО выступают в виде бермы, то геооболочки рекомендуется выполнять из ткани на основе полиэфира. Поверхность ячеек должна быть защищена слоем грунта либо щебня толщиной 10 — 15 см.
6.6 Конструкция (рисунок 3б) рекомендуется для строительства дорог в низких насыпях: IV — V категорий, а также временных и промысловых дорог.
При строительстве временных дорог с покрытием переходного типа в ячейках может быть использован местный грунт.
6.7 При строительстве дорог с асфальтобетонным покрытием в условиях 2-го и 3-го типов местности по условиям увлажнения в ячейках рекомендуется использовать песок с kф >= 2 м/сут либо при высоких транспортных нагрузках — щебень (промысловые дороги).
При пропуске транспортных средств с нагрузкой на ось не более 130 кН рекомендуется использовать МГО с прочностью на разрыв не менее 60 кН/м, с нагрузкой на ось более 130 кН — с прочностью на разрыв более 60 кН/м, а ячейки заполнять щебнем. Требуемая прочность МГО определяется расчетом согласно приложению Б, прочность дорожной одежды, включающей МГО, - приложению В.
6.8 При строительстве на подтапливаемых участках, а также в условиях 3-го типа местности по условиям увлажнения МГО может быть уложена в два яруса (рисунок 3в). Нижний ярус — ячейка крупная, высотой от 0,5 до 1,5 м с размером в плане от 1 до 1,5 м. Стенки ячеек нижнего яруса удерживают грунт от размыва, геооболочка верхнего яруса служит основанием дорожной одежды. Верхний ярус — ячейка высотой от 0,3 до 0,5 м с размером в плане от 0,3 до 0,5 м. Подтопление верхнего яруса не рекомендуется.
6.9 В случае если со стороны заказчика требуется обеспечение движения транспортных средств в короткие сроки в условиях залегания слабых грунтов, может быть использовано конструктивное решение «нестабильная насыпь на нестабильном основании» с применением местных глинистых грунтов с влажностью выше оптимальной. Для этого используют МГО с большой ячейкой, которую заполняют местными грунтами. Поверх ячеек отсыпают слой из непылеватого песчаного грунта (см. рисунок 3а) и устраивают покрытие из щебня либо по МГО отсыпают слой щебня (см. рисунок 3б). В иных случаях, если требуется создать более прочное и долговечное покрытие для пропуска большого количества автомобилей, укладывается слой щебня, армированного геосеткой. Движение транспортных средств открывают сразу после окончания строительства. После завершения стабилизации основания и грунта в ячейках МГО поверхность дороги выравнивают и устраивают асфальтобетонное покрытие.
6.10 Предлагаемые конструкции (см. рисунки 3а, б, в) могут использоваться при строительстве постоянных дорог на болотах I — II типов, при этом коэффициент фильтрации заполнителя ячеек МГО должен быть не менее 2 м/сут. Назначают сроки сооружения дорожной одежды исходя из расчета консолидации слабого основания.
6.11 Многосекционные геооболочки могут быть применены для обеспечения устойчивости основания и откосов насыпи, сооружаемой на подходах к мостам, а также конусов мостов, расположенных на слабых грунтах (рисунок 4). Расчет выполняется с учетом рекомендаций [5] согласно приложению Г.
1 — геооболочка; 2 — растительный грунт, заполняющий внешние ячейки; 3 — минеральный грунт, заполняющий ячейки внутри сооружения; 4 — кривая скольжения откоса
Рисунок 4 — Применение многосекционной геооболочки для укрепления откоса повышенной крутизны
Цель данного конструктивного решения — обеспечение строительства в стесненных условиях, сокращение площади отводимых земель и объемов земляных работ.
6.12 Ячейки МГО заполняют несвязным дренирующим грунтом. Ближайшие к поверхности откоса ячейки могут быть заполнены крупнообломочным скальным грунтом или грунтом, укрепленным вяжущим. В отдельных случаях верхнюю часть ячейки крайних рядов на глубину 20 — 40 см заполняют растительным грунтом с последующим посевом трав. Геооболочки рекомендуется выполнять из ткани на основе полиэфира.
В данной конструкции применяют геооболочки высотой не менее 0,5 м и размером ячейки в плане от 0,3 м. Расчетное обоснование решений по повышению общей устойчивости откосов при их крутизне до 70° может быть выполнено в соответствии с рекомендациями [6] или пособием [7] с учетом СП 472.1325800.2019.
Устройство армогрунтовых конструкций с откосами крутизной выше 70° выполняют по отдельной регламентации с оценкой внешней и внутренней устойчивости.
6.13 При реконструкции (уширении) дороги МГО может быть применена в качестве соединяющего армированного слоя между насыпью существующей дороги и вновь отсыпаемой насыпью. На уширяемом участке часть существующего земляного полотна под обочиной удаляется. По основанию укладывается МГО с заполнителем (рисунок 5). Рекомендуется использовать геооболочку с высотой ячейки от 0,3 до 0,5 м с размером в плане от 0,5 до 1 м. После завершения работ по устройству композитного слоя (геооболочка + песок) земляное полотно отсыпают в обычном порядке.
1 — линия снятия грунта; 2 — откос насыпи до реконструкции; 3 — откос насыпи после реконструкции; 4 — МГО с заполнителем
Рисунок 5 — Применение многосекционной геооболочки при уширении существующей насыпи
При реконструкции дорожной одежды путем уширения и усиления МГО может быть применена в качестве соединительного элемента для сопряжения асфальтобетонного покрытия на существующем участке и участке уширения. Старое покрытие и верхний слой дорожной одежды на существующем участке со стороны уширения снимают на расчетную глубину и подготавливают площадку, на которую устанавливают МГО и заполняют ее щебнем (рисунок 6).
а — дорожная одежда до реконструкции; б — то же, после реконструкции; 1 — двухслойное асфальтобетонное покрытие; 2 — верхний слой основания дорожной одежды из щебня; 3 — геооболочка; 4 — защитный слой над геооболочкой; 5 — линия сопряжения старого и нового асфальтобетонного покрытия; 6 — верхний слой асфальтобетонного покрытия
Рисунок 6 — Сопряжение дорожной одежды на реконструируемом участке при использовании многосекционных геооболочек
При реконструкции дорожной одежды рекомендуется использовать МГО с малой ячейкой высотой 0,4 м и размерами в плане 0,3 x 0,3 м. Над геооболочкой укладывают защитный слой из щебня не менее 15 см. Асфальтобетонное покрытие на участке уширения устраивают по обычной технологии.
6.14 При сооружении насыпи на косогоре круче 1:3 целесообразно использовать конструкцию с нарезкой уступов. Многосекционную геооболочку укладывают ярусами снизу вверх (рисунок 7) по уступам. Высота МГО соответствует высоте уступа. Над уступами целесообразно укладывать МГО по всей ширине основания насыпи.
Рисунок 7 — Схема укладки многосекционной геооболочки при сооружении насыпи на косогоре, примыкающем к плато
7 Конструктивные решения земляного полотна автомобильных дорог с использованием многосекционных геооболочек в условиях многолетней мерзлоты
7.1 В условиях многолетней мерзлоты проектирование и строительство автомобильных дорог ведут по следующим принципам:
- обеспечение поднятия верхнего горизонта многолетней мерзлоты (ВГММ) не ниже подошвы насыпи и сохранение его на этом уровне в течение всего периода эксплуатации дороги (1-й принцип проектирования, расчетное состояние грунта мерзлое);
- допущение частичного оттаивания грунтов основания исходя из допустимости осадок насыпи в зависимости от типа покрытия (2-й принцип проектирования, расчетное состояние грунта талое).
Как правило, в районах Крайнего Севера, где мощность деятельного слоя составляет 0,5 — 1,5 м, снегонезаносимая насыпь обеспечивает сохранение грунта основания в мерзлом состоянии. В южной части I дорожно-климатической зоны деятельный слой достигает толщины 3 — 4 м, вследствие чего снегонезаносимая насыпь не обеспечивает поднятия ВГММ к подошве насыпи. В этом случае исходя из состава и состояния грунтов основания решается вопрос о необходимости мероприятий по стабилизации грунта основания.
7.2 В условиях многолетней мерзлоты МГО рекомендуется применять:
- для укрепления грунта вдоль подошвы насыпи в случае продольного уклона местности, при котором возможен размыв;
- снижения неравномерности осадки талой зоны основания насыпи при использовании 2-го принципа проектирования;
- укрепления водоотводных канав;
- сооружения насыпей методом гидронамыва, а также при использовании в теле насыпи некондиционных грунтов, в том числе мерзлокомковатых.
7.3 В результате проведения строительных работ в условиях многолетней мерзлоты происходит изменение условий теплообмена и нарушение сложившегося теплового режима. В течение ряда лет (одного-двух десятилетий) устанавливается новый тепловой режим, соответствующий изменившимся условиям теплообмена, стабилизируется глубина сезонного оттаивания.
Размеры и конфигурацию талой зоны в основании насыпи и прилегающей к ней полосы отвода шириной 3 — 5 м вдоль насыпи определяют на период времени, соответствующий концу расчетного срока службы сооружения, на основании решения теплофизической задачи в двумерной постановке. Наиболее целесообразно использование программ, разработанных на основе численного анализа по методу элементарных балансов, которые позволяют прогнозировать тепловой режим, оценить ход оттаивания основания насыпи во времени и назначить срок устройства усовершенствованного покрытия, когда глубина сезонного оттаивания стабилизировалась либо не дает существенного прироста, влияющего на осадку сооружения.
7.4 При проектировании по 1-му принципу строительство осуществляют в зимнее время, отсыпку насыпи производят на мерзлое основание. В процессе эксплуатации ВГММ не опускается ниже подошвы насыпи, что обеспечивает прочность основания тела насыпи. Однако под откосами ВГММ обычно опускается (рисунок 8а). Мощность талой зоны, образовавшейся под откосами и вдоль насыпи, существенно зависит от объемов снежных отложений: она выше в регионах с большим снегопереносом (более 500 — 600 м3/м) и возрастает с увеличением высоты насыпи.
а — поперечный профиль насыпи при 1-м принципе проектирования; б — то же, при 2-м принципе проектирования
Рисунок 8 — Конструктивные решения насыпей на слабых основаниях, сооружаемых с применением многосекционных геооболочек, в условиях многолетней мерзлоты
Если уклон местности вдоль дороги превышает критический уклон, определяемый гидрологическим расчетом, происходит размыв. Для предотвращения размыва оттаявшего грунта МГО следует укладывать за пределами насыпи на расстоянии 2 — 3 м от подошвы и под откосом таким образом, чтобы геооболочка заходила в мерзлую зону тела насыпи не менее чем на 1 м, при этом армирование мерзлого ядра тела насыпи полностью нецелесообразно.
7.5 Ячейки МГО вне тела насыпи могут быть заполнены торфом, торфопесчаной смесью, песком, местным пылеватым грунтом. Поверхность ячеек следует защитить от размыва и выветривания путем травопосева или другим способом. Многосекционная геооболочка должна быть выполнена из ткани на основе полиэфира.
7.6 При проектировании по 2-му принципу мощность талой зоны в основании насыпи должна быть такой, чтобы суммарная осадка, включающая осадку тела насыпи и ее основания, не превысила допустимую для используемого типа покрытия. Расчет осадки выполняют в соответствии с рекомендациями [8]. Если в основании насыпи залегают слабые грунты, осадка которых превышает допустимую, и для уменьшения талой зоны требуется увеличение высоты насыпи, что характерно для регионов, где деятельный слой превышает 1,5 — 1,7 м, целесообразно армирование основания насыпи полностью (рисунок 8б), что позволит уменьшить осадку. Ячейки заполняют грунтом в соответствии с ГОСТ Р 58397-2019 и рекомендациями [8].
При возможности размыва грунта у подошвы насыпи ячейки МГО целесообразно выводить за пределы насыпи.
Для уменьшения глубины оттаивания основания в ячейках МГО допускается использовать синтетический теплоизолирующий материал, создавая термоармирующие конструкции.
7.7 Многосекционные геооболочки целесообразно применять при использовании в теле насыпи некондиционных грунтов, в частности мерзлокомковатого грунта. Над ячейками, выступающими за пределы насыпи, должен быть устроен защитный слой из песка или щебня толщиной не менее 10 — 15 см (см. рисунок 8б). В процессе эксплуатации происходит дополнительное уплотнение грунта в ячейках, срок завершения уплотнения комковатого грунта определяют в соответствии с рекомендациями [8].
Устраивать асфальтобетонное покрытие следует после завершения уплотнения грунта в ячейках. Если строительство осуществляется по 2-му принципу проектирования, стабилизация глубины сезонного оттаивания основания должна быть завершена.
7.8 Проектирование проводят в следующем порядке с учетом ГОСТ 33149-2014:
- назначают ориентировочную высоту насыпи исходя из условия снегонезаносимости;
- выполняют теплофизический расчет на конец срока службы сооружения с учетом теплового взаимодействия сооружения с прилегающей к нему территорией (зоной теплового влияния), подстилающего грунтового массива, а также с учетом условий теплопередачи на поверхности сооружения;
- оценивают размеры талой зоны и тепловой режим мерзлых грунтов в основании насыпи по результатам расчета (температурным полям);
- осуществляют оценку устойчивости оттаявшего основания на сдвиг и прогноз его осадки;
- решают вопрос о применении МГО, если сдвигоустойчивость не обеспечена и (или) осадка оттаявшего грунта превышает допустимую.
Если решение принято, задаются размерами МГО и выполняют расчет на сдвиг и прогноз осадки. В зависимости от результатов расчетов корректируют размеры МГО: высоту стенок, размер ячеек.
7.9 Укрепление водоотводных канав при помощи МГО с заполнителем препятствует размыву дна, вызванного понижением ВГММ в процессе эксплуатации сооружения. Для укрепления канавы следует использовать МГО с пологом, препятствующим вымыванию заполнителя (рисунок 9). Заполненные ячейки закрывают пологом и завязывают вшивными лентами. В качестве заполнителя рекомендуется использовать крупный песок, щебень, гальку и т.п.
1 — уровень дневной поверхности; 2 — МГО с заполнителем; 3 — уровень воды в канаве; 4 — положение ВГММ в процессе эксплуатации канавы
Рисунок 9 — Водоотводная канава, укрепленная многосекционной геооболочкой с заполнителем
7.10 Многосекционные геооболочки целесообразно использовать при сооружении насыпей методом гидронамыва.
Пульпу перемещают непосредственно в ячейки МГО, где происходит ее осушение. Желательно использовать МГО высотой от 0,5 до 1,5 м, изготовленные из ткани с размером пор не более 0,1 мм при kф не менее 12 м/сут.
8 Технология производства работ
8.1 Работы по монтажу МГО выполняют в последовательности, приведенной ниже с учетом положений СП 48.133330.2019.
8.2 Подготовка к монтажу и монтаж МГО состоят из следующих этапов:
- снятие растительного слоя (если имеется);
- планировка поверхности;
- сборка технологического каркаса;
- монтаж МГО на технологическом каркасе;
- установка и соединение сформированных геооболочек между собой;
- засыпка ячеек;
- демонтаж технологического каркаса;
- уплотнение грунта в ячейках;
- досыпка поверхностного слоя и его уплотнение.
Технологическая последовательность производства работ приведена на рисунке 10.
Рисунок 10 — Технологическая последовательность производства работ
8.3 Планировку поверхности выполняют в соответствии с требованиями ГОСТ Р 58397-2019. Параллельно осуществляют сборку технологического каркаса и подготовку МГО к монтажу.
8.4 Монтаж МГО производят с помощью технологического каркаса, который представляет собой сборно-разборную металлическую конструкцию многоразового использования (рисунок 11).
1, 2, 3 — ребра соответственно основное, боковое, внутреннее; 4 — цепь; A, B, H — соответственно длина, ширина, высота технологического каркаса
Рисунок 11 — Технологический каркас
8.5 Многосекционные геооболочки поставляют на объект строительства в упакованном виде. Перед укладкой мастер (прораб) проверяет их на соответствие заказным спецификациям. Перед монтажом геооболочку извлекают из упаковки, раскладывают и затем монтируют на технологическом каркасе при помощи монтажных лент (рисунок 12).
Рисунок 12 — Многосекционная геооболочка, смонтированная на технологическом каркасе
8.6 Установку и соединение смежных модулей МГО производят в следующем порядке:
- устанавливают несколько модулей в одном поперечном ряду;
- увязывают смежные модули между собой при помощи пришивных лент;
- заполняют грунтом один поперечный ряд модулей;
- увязывают заполненные и незаполненные МГО смежных рядов.
8.7 Количество устанавливаемых технологических каркасов в одном ряду зависит от ширины сооружения или размера укрепляемого слоя.
Для создания сплошной армирующей поверхности используют сразу несколько монтажных каркасов с таким расчетом, чтобы выступающие части дна были направлены по ходу сооружения земляного полотна. Вторую и последующие МГО необходимо выставить так, чтобы дно выставляемой геооболочки расположилось сверху и перекрывало выступающее дно предыдущей (рисунок 13).
1 — перекрытие гибкого дна геооболочки «внахлест»; 2 — места крепления смежных модулей
Рисунок 13 — Порядок расстановки смежных модулей многосекционной геооболочки перед заполнением ячеек
8.8 Для удобства и повышения скорости строительства объекта рекомендуется устанавливать натянутые на технологические каркасы МГО одновременно по всей ширине сооружаемого земляного полотна. Помимо этого рекомендуется вести монтаж МГО двумя рядами. В то время как экскаватор заполняет грунтом первый ряд, рабочие готовят следующий ряд к заполнению грунтом, исключая простой техники и рабочей силы.
8.9 Ячейки МГО заполняют щебнем, песком, гравием, песчано-гравийной смесью, а также комбинацией сыпучих строительных материалов, вторичным сырьем местного производства при помощи экскаватора.
8.10 При засыпке ячеек МГО строительным материалом или грунтом рекомендуется следить, чтобы высота слоя грунта поверх геооболочки была не менее 0,1 м.
Отсыпку строительного материала или грунта в ячейки МГО ведут по способу «от себя» и «сверху».
При механических способах засыпки (экскаватором) производят разравнивание поверхности, вручную досыпают и разравнивают грунт до достижения равномерного слоя над МГО.
8.11 Демонтаж технологического каркаса выполняют ручным способом либо при помощи экскаватора: на ковш экскаватора накидывают цепи, которыми оборудован каркас, поднимают каркас и переносят на место установки следующего модуля МГО.
После извлечения технологического каркаса производят трамбовку материала засыпки МГО до образования ровной поверхности.
Трамбовку и выравнивание поверхности можно производить как ручным, так и механическим способом.
8.12 Уплотнение грунта в ячейках и досыпанного защитного слоя толщиной более 0,2 м производят при помощи вибротрамбовок либо катков в соответствии с рекомендациями, приведенными в таблице 2 (СП 34.13330.2021).
Коэффициент уплотнения грунта в ячейке многосекционной геооболочки
1 Большие значения коэффициента уплотнения грунта следует принимать в дорожных одеждах облегченного типа, меньшие значения — во всех остальных случаях.
2 В районах поливных земель при возможности увлажнения земляного полотна требования к плотности грунта для всех типов дорожных одежд следует принимать такими же, как указано для II и III дорожно-климатических зон.
3 Для земляного полотна, сооружаемого в районах распространения островной высокотемпературной вечной мерзлоты, коэффициенты уплотнения необходимо принимать такими же, как для II дорожно-климатической зоны.
9 Контроль качества
9.1 Перед монтажом МГО грунтовое основание выравнивают и уплотняют, его проектные параметры (уклоны, размеры) проверяют и принимают в установленном порядке согласно ГОСТ Р 58397-2019.
9.2 При поступлении на объект МГО проверяют наличие сопроводительных документов, подтверждающих ее марку и качество (паспорт на партию, стандарт организации).
9.3 Перед монтажом визуально проверяют внешний вид МГО. Замеряют геометрические размеры, контролируя их соответствие сопроводительным документам. Допустимое отклонение размеров МГО составляет: стороны ячейки +/- 10 мм, стороны модуля +/- 20 мм.
9.4 В процессе монтажа МГО контролируют расположение отдельных модулей друг относительно друга, соответствие проекту количества, мест расположения.
9.5 При производстве работ зимой в ячейки возможно попадание снега. Засыпку МГО осуществляют при условии, что ячейки заполнены снегом не более чем на 10% их объема.
9.6 Результаты входного, операционного и приемочного контроля заносят в журналы работ, а также акты освидетельствования скрытых работ и приемки ответственных конструкций (ГОСТ 32755-2014, ГОСТ 32756-2014, нормы [9]).
10 Техника безопасности
10.1 При проведении погрузочно-разгрузочных работ руководствуются ГОСТ 12.3.009-76, ГОСТ 12.3.002-2014, приказом [10].
10.2 При монтаже МГО соблюдают требования безопасности в соответствии с нормами [9, 11].
10.3 К работам по заполнению МГО грунтом, такелажу и монтажу привлекают рабочих, обученных, аттестованных и допущенных к самостоятельной работе в соответствии с приказом [10].
10.4 На объектах, сооруженных с применением МГО, не производят земляные работы с использованием острых и режущих инструментов и механизмов на глубину залегания МГО без предварительного демонтажа конструкции. Проведение взрывных работ или прямое термическое воздействие на основание, сооруженное с использованием МГО, может нанести вред сооружению и не гарантирует сохранности изделия.
СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ МНОГОСЕКЦИОННОЙ ГЕООБОЛОЧКИ
В таблице А.1 приведены свойства материалов, используемых при изготовлении МГО, в таблице А.2 - типовые геометрические размеры и объемы грунта в секциях.
Свойства материалов, используемых при изготовлении многосекционной геооболочки
| Показатель | Значение показателя | Нормативный документ |
| 1 | 2 | 3 |
| Физические свойства | ||
| Состав сырья | Полиэфир, полиамид, полипропилен, поливинилспиртовые волокна | ГОСТ 26623-85 |
| Коэффициент фильтрации, м/сут, не менее | 20 | ГОСТ Р 52608-2006 |
| Стойкость при циклическом замораживании и оттаивании, % | 90 | ГОСТ Р 55032-2012 |
| Стойкость к действию химических агрессивных сред, % | 96 | ГОСТ Р 55035-2012 |
| Гибкость (эластичность) при отрицательной температуре (-40 °C) на радиус 3 мм | Отсутствие механических повреждений | ГОСТ Р 55033-2012 |
| Стойкость к ультрафиолетовому излучению, % | 90 | ГОСТ Р 55031-2012 |
| Биостойкость <*>, не ниже | ПГ113 | ГОСТ 9.048-89 ГОСТ Р 58830-2020 |
| Механические свойства | ||
| Поверхностная плотность геополос (стенок ячейки), г/м2 | 250 — 600 | ГОСТ Р 50277-92 (ИСО 9864-90) |
| Разрывная нагрузка геополос (стенок ячейки), кН/м | 90 — 200 | ГОСТ Р 55030-2012 |
| Относительное удлинение при разрыве геополос (стенок ячейки), %, в направлении: | ГОСТ 29104.4-91 | |
| продольном | 15 - 28 | |
| поперечном | 15 — 25 | |
| Разрывная нагрузка лент, кгс | 300 — 3000 | ГОСТ 2782-90 |
| Разрывная нагрузка нитей, кгс | 20 | ГОСТ 6611.2-73 (ИСО 2062-72, ИСО 6939-88) |
| Прочность шва при циклической нагрузке, % от прочности основного материала на отрыв | 90 | ГОСТ Р 56336-2015 |
| Остаточная прочность при циклической нагрузке, %, в направлении: | Рекомендации [[12]](#p100826) | |
| продольном | 72 | |
| поперечном | 64 | |
<*> Оценивается согласно подразделу 2.4 рекомендаций [12] с учетом шкалы оценки ГОСТ 9.048-89.
Типовые геометрические размеры и объемы грунта в секции МГО
| Габаритные размеры <*> (длина x ширина x высота), м | Количество ячеек | Объем грунта в секциях, м3 | Габаритные размеры <*> (длина x ширина x высота), м | Количество ячеек | Объем грунта в секциях, м3 |
| 0,9 x 0,9 x 0,3 | 3 x 3 | 0,24 | 1,5 x 1,5 x 0,75 | 2 x 2 | 1,68 |
| 0,9 x 0,9 x 0,375 | 3 x 3 | 0,30 | 2,25 x 2,25 x 0,75 | 3 x 3 | 3,80 |
| 1,5 x 1,5 x 0,3 | 5 x 5 | 0,68 | 3,0 x 3,0 x 0,75 | 4 x 4 | 6,75 |
| 1,5 x 1,5 x 0,375 | 5 x 5 | 0,84 | 3,0 x 1,5 x 0,75 | 4 x 2 | 3,38 |
| 3,0 x 3,0 x 0,3 | 10 x 10 | 2,70 | 1,0 x 2,0 x 0,75 | 1 x 2 | 1,50 |
| 1,0 x 0,5 x 0,5 | 2 x 1 | 0,25 | 2,0 x 2,0 x 0,75 | 2 x 2 | 3,00 |
| 1,0 x 1,0 x 0,5 | 2 x 2 | 0,50 | 3,0 x 3,0 x 0,75 | 3 x 3 | 6,75 |
| 2,0 x 2,0 x 0,5 | 4 x 4 | 2,00 | 1,0 x 2,0 x 1,0 | 1 x 2 | 2,00 |
| 2,5 x 2,5 x 0,5 | 5 x 5 | 3,13 | 2,0 x 2,0 x 1,0 | 2 x 2 | 4,00 |
| 3,0 x 3,0 x 0,5 | 6 x 6 | 4,50 | 3,0 x 3,0 x 1,0 | 3 x 3 | 9,00 |
| 3,5 x 3,5 x 0,5 | 7 x 7 | 6,13 | 3,0 x 1,5 x 1,5 | 2 x 1 | 6,75 |
| 3,0 x 1,5 x 0,5 | 6 x 3 | 2,25 | 3,0 x 3,0 x 1,5 | 2 x 2 | 13,50 |
| 1,5 x 0,75 x 0,75 | 2 x 1 | 0,84 | - | ||
<*> При необходимости для конкретного объекта строительства и обеспечения расчетных и проектных нагрузок, а также по желанию заказчика геометрические размеры геооболочки могут быть изменены.
РАСЧЕТ ОСАДКИ НАСЫПИ, АРМИРОВАННОЙ МНОГОСЕКЦИОННОЙ ГЕООБОЛОЧКОЙ, ЗАПОЛНЕННОЙ ИНЕРТНЫМ МАТЕРИАЛОМ
- устойчивость откосов и тела насыпи обеспечены;
- среднее натяжение армирующей конструкции равно силе трения;
- реакция слабого основания определяется коэффициентом постели по Винклеру;
- ткань начинает растягиваться тогда, когда нагрузка достигла разрывной;
- осадка определяется для вертикальных блоков, на которые разбивают поперечник, как вертикальное перемещение выделенного блока, при этом нижняя поверхность блока остается горизонтальной. С увеличением количества блоков точность расчета увеличивается.
Геооболочка защемляется крайними блоками под откосной частью, прогиба и растяжения геооболочки под ними не происходит, осадка возможна только в результате вертикального перемещения блока под горизонтальной частью насыпи совместно с геооболочкой.
Б.2 Пример расчета осадки основания насыпи земляного полотна
По болоту I типа проходит автомобильная дорога IV категории. Для снижения величины осадки в насыпи используют композит (геооболочка + песок).
Требуется выполнить прогноз осадки в основании насыпи, проверить прочность ткани геооболочки в предлагаемой конструкции, оценить возможность горизонтального перемещения геооболочки с заполнителем под откосной частью насыпи.
Ширина геооболочки под насыпью соответствует ширине насыпи понизу.
Ширина насыпи поверху B = 12 м.
Ширина земляного полотна понизу b = B + 2mH = 12 + 2 x 6 = 24 м.
Допустимое растяжение ткани геооболочки [\epsilon] = 12% .
Давление от грунта насыпи \gamma = 18\text{кН}/\text{м}^{2} .
Высота ячейки геооболочки hст = 1 м.
Длина и ширина секции геооболочки l = 4 м.
Длина и ширина ячейки f = 1 м.
Общее число продольных и поперечных стенок секции n = 5 + 5 = 10 шт.
Коэффициент постели торфа, соответствующий нагрузке на 1 пог. м, k0 = 90 кН/м2.
Коэффициент бокового давления kb = 0,9.
Нагрузка на ось автомобиля Qt = 115 кН.
Разрывная нагрузка ткани геооболочки t0 = 90 т/м.
Обозначим осадку основания без учета геооболочки через y, осадку с учетом геооболочки через z.
1 Определяем параметр \epsilon по формуле
\epsilon = \frac{S_{\text{гр}}}{S_{b}} = \frac{nlh_{\text{ст}} + l^{2}}{l^{2}} , (Б.1)
где Sгр — площадь всех стенок и дна секции геооболочки, м2;
Sb — площадь дна секции геооболочки, м2.
\epsilon = \frac{10 \times 4 \times 1 + 4 \times 4}{4 \times 4} = 3,5 .
2 Вычисляем растягивающую силу T2, кН/м, действующую на 1 м2 площади секции геооболочки с учетом ее стенок, по формуле
T_{1} = \epsilon t_{0} ; (Б.2)
3 Находим максимальное растягивающее усилие T, кН, приходящееся на 1 м ширины геооболочки, по формуле
4 Толщину эквивалентного слоя грунта Hэ, м, соответствующего транспортной нагрузке, согласно ГОСТ Р 52748-2007 вычисляем по формуле
H_{\text{э}} = \frac{18K}{(d + 0,2)(c + 0,8)} , (Б.4)
где 18K — нормативная нагрузка HK, кН (для земляного полотна автомобильных дорог всех категорий K = 8,3);
d — база нормативной нагрузки HK, м;
c — колея нормативной нагрузки HK, м.
H_{\text{э}} = \frac{18 \times 8,3}{(3,6 + 0,2)(2,7 + 0,8)} = 0,62 .
5 Для расчета осадки разбиваем поперечник на блоки шириной L = 3 м, которые создают нагрузку qi, кН/м2. При ширине основания насыпи 24 м получаем восемь блоков (рисунок Б.1).
Рисунок Б.1 — Схема разбивки насыпи на блоки (q1, ..., q8)
6 Для расчета давления от веса блоков 1, 2, 7, 8 определяем их среднюю высоту. Поскольку заложение откоса 1:1, максимальная высота блоков будет равна
hmax1 = hmax8 = 3 м; средняя высота hср1 = hср8 = hmax8 x 2 = 1,5 м.
Максимальная высота блоков 2 и 7 из геометрических соображений:
7 Рассчитаем нагрузку qi, кН/м, на 1 пог. м основания от веса блоков по формуле
где hi — средняя высота i-го блока, м.
8 Нагрузку на блоки горизонтальной части насыпи q\prime_{i} , кН/м, на 1 пог. м вычисляем с учетом транспортной нагрузки, считая, что обочины также загружены, по формуле
q\prime_{i} = \gamma(H + H_{\text{э}}) ; (Б.6)
q\prime_{i} = 18(6 + 0,62) = 119,16 .
9 Находим осадки блоков yi, м, без учета геооболочки по формуле
y_{i} = \frac{q_{i}}{k} ; (Б.7)
y_{1,8} = \frac{27}{90} = 0,3 ;
y_{2,7} = \frac{81}{90} = 0,9 ;
y_{3,4,5,6} = \frac{119,16}{90} = 1,32 .
10 Для расчета осадки основания zi, м, с учетом геооболочки на основе формулы (Б.8) составляем систему уравнений равновесия для трех блоков (Б.9), принимая, что сумма действующих на них сил равна нулю,
z_{i + 1} - 2z_{i} + z_{i - 1} - \frac{k}{T} s^{2}z_{i} + \frac{q_{i}}{T} s^{2} = 0 ; (Б.8)
(Б.9)11 Определяем значения свободных членов в уравнениях
\frac{q_{1}}{T} L^{2} = \frac{27 \times 3^{2}}{315} = 0,77\text{м} ;
\frac{q_{2}}{T} L^{2} = \frac{81 \times 3^{2}}{315} = 2,31\text{м} ;
\frac{k}{T} L^{2} = \frac{90 \times 3^{2}}{315} = 2,57\text{м} .
12 Решаем уравнения, учитывая, что, согласно принятой модели Винклера, z3 = z4,
z_{2} - 2z_{1} - \frac{k}{T} L^{2}z_{1} + \frac{q_{1}}{T} L^{2} = 0 ;
z_{3} - 2z_{2} + z_{1} - \frac{k}{T} L^{2}z_{2} + \frac{q_{2}}{T} L^{2} = 0 ;
- z_{3} + z_{2} - \frac{k}{T} L^{2}z_{3} + \frac{q_{2}}{T} L^{2} = 0 ;
z3 — 2z2 + z1 — 2,57z2 + 2,31 = 0;
13 Удлинение ткани геооболочки определяем исходя из следующего. Величина осадок была рассчитана в точках под центрами блоков, которые расположены на расстоянии L = 3 м друг от друга. Под действием нагрузки центр одного блока переместился относительно другого на расстояние z2 — z1. При этом ткань дна геооболочки удлинилась на величину \delta , м (рисунок Б.2).
Рисунок Б.2 — Схема растяжения дна многосекционной геооболочки
L + \delta = \sqrt{L^{2}} + (z_{2} - z_{1})^{2} ; (Б.10)
\delta = \sqrt{L^{2} + (z_{2} - z_{1})^{2}} - L ;
\delta = \sqrt{3^{2} + 0,43^{2}} - 3 = 3,03 - 3 = 0,03\text{м} .
\epsilon = 100 \frac{\delta}{L} = 100 \frac{0,03}{3} = 1% .
Следовательно, условие прочности выполнено, разрыва ткани геооболочки не произойдет.
14 Оцениваем эффективность применения геооболочки, сравнивая вычисленные осадки основания с применением и без применения геооболочки, по формуле
k_{\text{э}} = \frac{y_{max}}{z_{max}} ; (Б.12)
k_{\text{э}} = \frac{1,32}{0,86} = 1,53 .
15 Оцениваем возможность горизонтального перемещения геооболочки с заполнителем под откосной частью насыпи.
Исходя из того что сила трения равна силе натяжения, определяем минимальную длину геооболочки под откосом, l0, м, при которой горизонтального перемещения не произойдет,
l_{0} = \frac{T}{q_{\text{отк}}tg\phi_{0}} , (Б.13)
где qотк — средняя нагрузка на 1 пог. м откоса, кН/м,
q_{\text{отк}} = \frac{18 \times 6}{2} = 54 ;
\phi_{0} — угол внутреннего трения на контакте дно геооболочки — ее основание, \phi = 37^{\circ}
l_{0} = (\frac{315}{54tg37^{\circ}}) = \frac{315}{54 \times 0,66} = 8,8 .
Условие недопущения горизонтального перемещения геооболочки под откосной частью
где lотк — горизонтальное проложение откоса насыпи, м,
l_{\text{отк}} = \frac{(b - B)}{2} = \frac{(24 - 12)}{2} = 6 .
Условие (Б.14) не выполняется.
Вывод. Разрыва ткани геооболочки не произойдет, величина максимальной осадки в результате использования геооболочки уменьшилась в 1,53 раза. Возможно горизонтальное перемещение геооболочки под откосом и увеличение за счет этого осадки. Требуется уположение откоса и, соответственно, увеличение длины lотк.
РАСЧЕТ ПО ПРОЧНОСТИ МНОГОСЕКЦИОННОЙ ГЕООБОЛОЧКИ, ЗАПОЛНЕННОЙ ИНЕРТНЫМ МАТЕРИАЛОМ, УЛОЖЕННОЙ В ВЕРХНЕЙ ЧАСТИ НАСЫПИ
В.1.1 При использовании композита (геооболочка + заполнитель) высотой 0,3 — 0,5 м, уложенной на основание, геооболочку следует рассчитывать, как дорожную одежду по допустимому упругому прогибу согласно ПСНТ 542-2021 и по условию сдвигоустойчивости подстилающего грунта.
В.1.2 При расчете по допустимому упругому прогибу нормативные значения модулей упругости геооболочки с ячейками 30 x 30 см с заполнителем допускается принимать в соответствии с таблицей В.1.
Модули упругости материала многосекционной геооболочки
| Песок | Модуль упругости, МПа |
|---|---|
| Крупный | 260 |
| Средней крупности | 200 |
| Мелкий | 190 |
| Однородный | 120 |
Дорожная конструкция: геооболочка, заполненная мелкозернистым песком, уложенная на основание из суглинка. Поверх геооболочки устроено щебеночное покрытие.
Толщина композита (геооболочка + песок) h = 37,5 см.
Толщина покрытия из щебня h = 15 см.
Диаметр колеса расчетного автомобиля D = 37 см.
Нагрузка от колеса p = 0,6 МПа.
Модуль упругости щебня Eщ = 350 МПа.
Модуль упругости композита (геооболочка + заполнитель) Eк = 200 МПа (таблица В.1).
Модуль упругости суглинка основания E = 41 МПа.
Угол внутреннего трения грунта основания \phi = 8^{\circ} ; tg\phi = 0,14 .
Сцепление грунта основания c = 0,011 МПа.
Требуемый минимальный модуль упругости на поверхности покрытия Eтр = 110 МПа (таблица 7 ПНСТ 542-2021).
В соответствии с таблицей 5 ПНСТ 542-2021 принимаем:
- коэффициент прочности по упругому прогибу K_{\text{пр}}^{\text{тр}} = 1,02 ;
- коэффициент прочности по сдвигу K_{\text{сд}}^{\text{тр}} = 0,87 .
Требуется выполнить проверку прочности по упругому прогибу и на сдвиг в подстилающем слое основания.
В.2.2 Расчет по упругому прогибу
В.2.2.1 Расчет общего модуля упругости дорожной конструкции Eобщ выполняем, используя номограмму рисунка Е.1 приложения Е ПНСТ 542-2021. Результаты расчета сведены в таблицу В.2.
Результаты расчета дорожной одежды по упругому прогибу
В.2.2.2 Прочность дорожной одежды оцениваем по формуле
E_{\text{общ}} \geq E_{\text{тр}}K_{\text{пр}}^{\text{тр}} , (В.1)
где Eобщ — общий модуль упругости на поверхности дорожной конструкции, МПа;
Eтр — минимальный требуемый модуль упругости конструкции, МПа;
Вывод. Условие прочности (В.1) выполнено, общий модуль упругости превышает требуемый в 2,1 раза.
В.2.3 Расчет на сдвиг в слое, подстилающем композит (геооболочка + песок)
В.2.3.1 Вычисляем средневзвешенный модуль упругости верхнего слоя Eв, МПа, по формуле
E_{\text{в}} = \frac{\sum_{i = 1}^{n} E_{i}h_{i}}{\sum_{i = 1}^{n} h_{i}} , (В.2)
где n — количество слоев дорожной одежды;
Ei — модуль упругости i-го слоя, МПа;
E_{\text{в}} = \frac{15 \times 350 + 37,5 \times 200}{15 + 37,5} = 243 .
\frac{E_{\text{в}}}{E_{\text{н}}} = \frac{243}{41} = 5,9 ;
\frac{h_{\text{в}}}{D} = \frac{52,5}{37} = 1,4 .
По номограммам, приведенным на рисунках Е.3 - Е.50 ПНСТ 542-2021, определяем параметр \tau = 0,038 .
В.2.3.3 Рассчитываем действующее активное напряжение T, МПа, по формуле
В.2.3.4 Вычисляем предельное сопротивление сдвигу Tпр, МПа, по формуле
T_{\text{пр}} = k_{\text{д}}(\text{с} + 0,1\gamma_{\text{ср}}z_{\text{оп}}tg\phi) , (В.4)
где kд — коэффициент, учитывающий особенности работы конструкции на границе песчаного слоя с нижним слоем несущего основания; геооболочку с заполнителем принимаем как укрепленный грунт (согласно ПНСТ 542-2021 kд = 4);
\gamma_{\text{ср}} — средневзвешенный удельный вес конструктивных слоев, расположенных выше проверяемого слоя, кг/см3;
zоп — глубина расположения поверхности слоя, проверяемого на сдвигоустойчивость, от верха конструкции, см.
Tпр = 4 x (0,011 + 0,1 x 0,0018 x 52,5 x 0,14) = 0,049.
В.2.3.5 Оцениваем прочность на сдвиг из соотношения
T \leq \frac{T_{\text{пр}}}{K_{\text{пр}}^{\text{тр}}} ; (В.5)
Вывод. Условие прочности по сдвигу выполнено. Предельное сопротивление сдвигу превышает сдвигающее в 2,4 раза.
ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСА, АРМИРОВАННОГО МНОГОСЕКЦИОННОЙ ГЕООБОЛОЧКОЙ, ЗАПОЛНЕННОЙ ИНЕРТНЫМ МАТЕРИАЛОМ
Г.1 Для оценки устойчивости откоса выполняем расчет коэффициента запаса с учетом рекомендаций [5] и на основе этого подбираем параметры геооболочки.
Г.2 Расчет выполняем в следующем порядке.
\cdot Определяем положение линии скольжения любым известным методом, например с использованием графика Янбу. На пути линии скольжения может быть либо стенка геооболочки, либо ее дно. В обоих случаях нагрузку от грунтового массива воспринимает вся ячейка — стенки и дно.
\cdot Разбиваем откос над поверхностью скольжения на блоки. Толщину блока B (размер в продольном направлении) назначают, как правило, равным 1 м (B = 1 м).
\cdot Коэффициент устойчивости Kуст армированного геооболочкой откоса рассчитываем по формуле
K_{\text{уст}} = \frac{\sum (\sigma_{pi}L_{i}) + \sigma_{0}(2B + nl)}{0,5 \sum P_{i}(cos\beta_{i} \sqrt[-]{(cos^{2}\beta_{i} + 4sin^{2}\beta_{i})}} , (Г.1)
где \sigma_{pi} — предельное значение сопротивления грунта напряжениям, возникающим от внешней нагрузки, т/м2;
Pi — вес каждого из блоков, на которые разбивается откос над поверхностью скольжения, м,
Fi — площадь сечения блока, м2;
Li — длина поверхности скольжения в пределах блока, м;
\rho — плотность грунта насыпи, т/м3;
\sigma_{0} — разрывная нагрузка наименее прочного элемента геооболочки, т/м;
n — количество поперечных стенок геооболочки в выделенном блоке толщиной B;
\beta_{i} — угол наклона поверхности скольжения к горизонту в пределах блока, град.
Примечание — Положение линии скольжения определяется с использованием графика Янбу (рисунок Г.1).
\cdot Устойчивость откоса обеспечена, если выполняется условие
где Kзап — требуемый коэффициент запаса устойчивости откоса.
1 — выделенные блоки; 2 — линия скольжения; 3 — геооболочка с заполнителем
Рисунок Г.1 — Схема к расчету общей устойчивости откоса
Г.3 В случае если Kзап менее требуемого и прочность на сдвиг не обеспечена, следует изменить параметры многосекционной геооболочки: увеличить высоту стенки или ячейки либо заменить материал геооболочки более прочным.
БИБЛИОГРАФИЯ
| [1] | ОДМ 218.1.002-2020 | Рекомендации по организации и проведению работ по стандартизации в сфере дорожного хозяйства |
| [2] | Федеральный закон от 8 ноября 2007 г. № 257-ФЗ «Об автомобильных дорогах и о дорожной деятельности в Российской Федерации и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» | |
| [3] | СТО 68168870-003-2014Д | Геооболочки «ГеоФРАМ» |
| [4] | ОДМ 218.5.005-2010 | Классификация, термины, определения геосинтетических материалов применительно к дорожному хозяйству |
| [5] | ОДМ 218.5.003-2010 | Рекомендации по применению геосинтетических материалов при строительстве и ремонте автомобильных дорог |
| [6] | ОДМ 218.2.027-2012 | Методические рекомендации по расчету и проектированию армогрунтовых подпорных стен на автомобильных дорогах |
| [7] | Пособие по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах, 2004 | |
| [8] | ОДМ 218.2.094-2018 | Методические рекомендации по проектированию земляного полотна автомобильных дорог общего пользования из местных талых и мерзлых переувлажненных глинистых и торфяных грунтов в зонах распространения многолетнемерзлых грунтов |
| [9] СНиП 12-03-2002 | ||
| Безопасность труда в строительстве. Часть 1. Общие требования | [10] | |
| Приказ Минтруда России от 28 апреля 2020 г. № 753н «Об утверждении Правил по охране труда при погрузочно-разгрузочных работах и размещении грузов» [11] | ||
| СНиП 12-04-2002 | Безопасность труда в строительстве. Часть 2. Строительное производство | [12] |
| ОДМ 218.5.006-2010 | Рекомендации по методикам испытаний геосинтетических материалов в зависимости от области их применения в дорожной отрасли | |
| ОКС 93.100 |
|---|
| Ключевые слова: автомобильные дороги, многосекционные геооболочки, земляное полотно, армирование грунтов, монтаж многосекционных геооболочек |
Руководитель организации-разработчика ООО «СВ-Сервис»
Генеральный директор А. М. Инюткин