ОДМ 218.4.4.002-2020. Методические рекомендации по использованию существующих насыпей из слабых и обводненных грунтов при реконструкции автомобильных дорог

(издан на основании Распоряжения Росавтодора от 10.02.2021 № 449-р)

Издан на основании Распоряжения Федерального дорожного агентства от 10 февраля 2021 г. № 449-р

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ СУЩЕСТВУЮЩИХ НАСЫПЕЙ ИЗ СЛАБЫХ И ОБВОДНЕННЫХ ГРУНТОВ ПРИ РЕКОНСТРУКЦИИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

ОДМ 218.4.4.002-2020

ОКС 93.080.20

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН обществом с ограниченной ответственностью «Центр стратегических автодорожных исследований» (ООО «ЦАДИ») и Российским университетом транспорта (МИИТ).

Коллектив авторов: д-р техн. наук В.А. Кретов, канд. техн. наук И.В. Лейтланд, канд. воен. наук Г.Ф. Меркулов, инж. А.А. Белозеров (ООО «ЦАДИ»), д-р техн. наук Э.К. Кузахметова, канд. техн. наук Н.А. Лушников (МИИТ).

2 ВНЕСЕН Управлением строительства и эксплуатации автомобильных дорог и Управлением научно-технических исследований и информационного обеспечения Федерального дорожного агентства.

3 ИЗДАН на основании распоряжения Федерального дорожного агентства от 10.02.2021 № 449-р.

4 ИМЕЕТ РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ ХАРАКТЕР.

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ.

1 Область применения

1.1 Настоящий отраслевой дорожный методический документ (далее — методический документ) предназначен для использования при реконструкции автомобильных дорог, построенных на слабых грунтах и при уширении насыпей из местных глинистых переувлажненных грунтов.

1.2 Данный методический документ содержит рекомендации по расчету устойчивости и осадки дорожной конструкции, выбору конструктивных и технологических решений при реконструкции автомобильных дорог в сложных условиях, основанных на требованиях Федерального закона [1], расчетах несущей способности слабых оснований и устойчивости насыпей под эксплуатационными нагрузками в соответствии с СП 34.13330.2012, СП 22.13330.2016 и пособиями [2, 3].

1.3 Этот методический документ рекомендуется к применению строительным и проектно-изыскательским организациям, а также органам управления автомобильными дорогами.

2 Нормативные ссылки

В настоящем методическом документе использованы нормативные ссылки на следующие документы:

ГОСТ 9179-2018 Известь строительная. Технические условия

ГОСТ 10650-2013 Торф. Методы определения степени разложения

ГОСТ 12071-2014 Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов

ГОСТ 20276.5-2020 Грунты. Метод вращательного среза

ГОСТ 20522-2012 Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний

ГОСТ 22733-2016 Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности

ГОСТ 23740-2016 Грунты. Методы определения содержания органических веществ

ГОСТ 27751-2014 Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения

ГОСТ 31937-2011 Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния

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

ГОСТ 33063-2014 Дороги автомобильные общего пользования. Классификация типов местности и грунтов

ГОСТ 33388-2015 Дороги автомобильные общего пользования. Требования к проведению диагностики и паспортизации

ГОСТ Р 52748-2007 Дороги автомобильные общего пользования. Нормативные нагрузки, расчетные схемы нагружения и габариты приближения

ГОСТ Р 54476-2011 Методы лабораторного определения характеристик сопротивляемости сдвигу грунтов в дорожном строительстве

ГОСТ Р 54477-2011 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик деформируемости грунтов в дорожном строительстве

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

СП 34.13330.2021 Автомобильные дороги (актуализированная редакция СНиП 2.05.02-85*)

СП 45.13330.2017 Земляные сооружения, основания и фундаменты (актуализированная редакция СНиП 3.02.01-87)

Примечание - При пользовании настоящим методическим документом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячным информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании данным методическим документом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем методическом документе применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 армирование: Усиление дорожных конструкций и материалов в целях улучшения их механических характеристик.

3.2 армирующий геосинтетический материал: Рулонный геосинтетический материал, предназначенный для усиления дорожных конструкций и материалов, улучшения механических характеристик.

3.3 безопасная нагрузка: Нагрузка, отвечающая величине внешней нагрузки на поверхности грунта основания по его глубине, не вызывающая возникновения предельного состояния по сдвигу.

3.4 болотный мергель: Рыхлая осадочная порода, образовавшаяся в озерно-болотных условиях при поступлении в водоемы воды, содержащей в растворенном виде кислый углекислый кальций Ca(HCO3).

3.5 быстрая отсыпка уширения: Условно мгновенное устройство слоев конструкции уширения (без учета влияния процесса упрочнения слабой толщи в основании).

3.6 водоотвод дорожный: Совокупность устройств, отводящих поверхностные и подземные воды от земляного полотна и дорожной одежды и предотвращающих переувлажнение земляного полотна.

3.7 геосинтетический материал: Материал из синтетических или природных полимеров, неорганических веществ, контактирующий с грунтом или другими средами, применяемый в дорожном строительстве.

3.8 геотекстиль: Геосинтетический материал, получаемый по текстильной технологии.

3.9 грунтовые воды: Подземные воды, находящиеся в первом слое от поверхности земли.

3.10 земляное полотно: Геотехническая конструкция в виде насыпи, выемки или полунасыпи-полувыемки, обеспечивающая проектное пространственное расположение дороги и служащая грунтовым основанием для дорожной одежды.

3.11 ил: Глинистые горные породы в начальной стадии формирования, которые образовались в виде структурного осадка в воде при наличии микробиологических процессов и имеют в природном залегании влажность, превышающую влажность на границе текучести.

3.12 инженерно-геологические изыскания: Комплекс работ по определению инженерно-геологических условий района проектируемой автомобильной дороги, включая геологическое строение, геоморфологические и гидрогеологические условия, состав, структуру и свойства грунтов, геологические и инженерно-геологические процессы, а также составление прогноза возможных изменений инженерно-геологических условий.

3.13 иольдиевые глины: Разновидность морских илов ледникового возраста, верхние слои которых (мощностью от 0,3 до 2 м) имеют сравнительно высокую плотность и прикрывают нижележащую толщу отложений, характеризующихся высокой влажностью (> 60%), резкой потерей прочности при перемятии, малой упрочняемостью при уплотнении, низкой водопроницаемостью.

3.14 конструкция уширения насыпи: Комплекс, включающий рабочий слой, тело уширения, откосные части, обочины, основание, дренажную систему.

3.15 коэффициент уплотнения: Отношение фактической плотности сухого грунта в конструкции к максимальной плотности того же сухого грунта, определяемой в лаборатории при испытании методом стандартного уплотнения.

3.16 медленная отсыпка уширения: Устройство слоев конструкции уширения в соответствии со скоростью уплотнения и упрочнения слабой толщи в основании.

3.17 механические свойства глинистых грунтов (которые имеются в виду в данном методическом документе): Прочностные и деформационные свойства грунтов в естественном и уплотненном состоянии.

3.18 мокрые солончаки: Минеральные слабые грунты, характеризующиеся содержанием большого количества легкорастворимых солей и избыточным увлажнением в течение всего года (относительная влажность выше 60%).

3.19 переувлажненные грунты: Грунты, влажность которых выше предельной, при которой достигается коэффициент уплотнения 0,9.

3.20 предельная влажность грунта: Влажность грунта, при которой может быть достигнут коэффициент уплотнения 0,9 при использовании современных средств уплотнения.

3.21 реконструкция автомобильной дороги: Комплекс работ, при выполнении которых осуществляется изменение параметров автомобильной дороги, ее участков, ведущий к изменению класса и (или) категории дороги либо влекущий за собой изменение ее границы полосы отвода.

3.22 сапропели: Озерные отложения, образующиеся в водоемах в результате отмирания животных и растительных организмов и оседания минеральных частиц, заносимых водой и ветром.

3.23 слабый грунт: Связный грунт, имеющий прочность на сдвиг в условиях природного залегания менее 0,075 МПа (при испытании прибором вращательного среза по ГОСТ 20276-2012) или модуль осадки более 50 мм/м при нагрузке 0,25 МПа (модуль деформации ниже 5,0 МПа), определяемый по ГОСТ Р 54477-2011.

3.24 слабые основания: Основания насыпи, в которых в пределах активной зоны сжатия имеются слои слабых грунтов мощностью более 0,5 м.

3.25 торф: Органогенная осадочная порода, формирующаяся в результате отмирания болотной растительности при избыточном количестве влаги и недостаточном доступе воздуха.

3.26 ширина уширения: Размер поверхности уширения насыпи по верху от бровки уширения до стыка с существующей насыпью.

3.27 условная форма уширения: Геометрические параметры уширения, приведенные к трапеции, принимаемые для расчета устойчивости конструкции уширения на слабом основании при реконструкции автомобильной дороги по второму варианту.

3.28 уширение двухстороннее: Уширение, при котором ось существующей дороги остается без изменения и совмещается с осью уширенной дороги.

3.29 уширение одностороннее: Уширение, при котором ось реконструируемой дороги смещается в сторону от оси старой дороги, а уширение происходит путем досыпки насыпи с одной стороны.

4 Общие положения

4.1 При реконструкции автомобильной дороги одной из наиболее сложных проблем является уширение земляного полотна, необходимое для перевода дороги в более высокую категорию с соблюдением соответствующих новой категории норм проектирования плана трассы, проектной линии продольного профиля, ширины земляного полотна.

4.2 Выбор рационального варианта реконструкции земляного полотна автомобильной дороги должен осуществляться на основе технико-экономического сравнения различных конструктивных и технологических решений.

4.3 При разработке проектных решений по реконструкции дорожных насыпей, расположенных на основаниях из слабых грунтов, рекомендуется применять следующие технологические операции:

• удаление слабого грунта под уширенной частью и замена его кондиционными грунтами;
• частичное удаление слабого грунта с частичной его заменой на кондиционный грунт;
• использование слабого грунта в качестве основания насыпи с применением мероприятий, обеспечивающих устойчивость основания и ускорение его осадки, а также прочность дорожной одежды, сооружаемой на земляном полотне, устроенном на таком основании.

4.4 Принцип и конкретное проектное решение по реконструкции насыпи на слабом основании рекомендуется выбирать на основе технико-экономического сравнения вариантов (в том числе с использованием рекомендаций [4]) с учетом:

• протяженности участков со слабыми грунтами;
• вида и особенностей свойств слабых грунтов, залегающих на участках уширения земляного полотна;
• особенностей строения слабой толщи (мощность, наличие переслаивания, уклона кровли подстилающих пород и т.д.);
• качества грунта, применяемого для отсыпки уширения насыпи;
• состояния существующей автомобильной дороги и придорожной полосы;
• геометрических параметров и типа дорожной одежды существующей автомобильной дороги;
• геометрических параметров и типа дорожной одежды проектируемой автомобильной дороги;
• условий производства работ, в том числе сроков завершения строительства, климата района, времени года, в которое будут выполняться земляные работы, дальности возки грунта и т.д.;
• конструктивных решений, применявшихся при устройстве существующей насыпи.

Использование слабого грунта может обеспечивать снижение стоимости работ, повышение темпов строительства, при этом его применение должно быть обосновано технико-экономическим анализом с учетом конкретных условий. Такой анализ осуществляется на основе прогноза устойчивости насыпи, конечной величины и длительности осадки слабой толщи при возведении на ней насыпи.

4.5 Земляное полотно на участках слабых грунтов рекомендуется проектировать в виде насыпей. Требования к грунтам верхней части насыпи, а также необходимое возвышение низа дорожной одежды над расчетным уровнем поверхностных и грунтовых вод определяются в соответствии с СП 34.13330.2021 применительно к определенному типу местности, характеру и условиям увлажнения.

4.6 Уширение земляного полотна на участках залегания слабых грунтов рекомендуется проектировать не менее чем в две стадии.

На первой стадии следует выполнять градацию слабого основания на участки, целесообразные и нецелесообразные для устройства на них уширения земляного полотна.

Для участков, где использование оснований из слабых грунтов для уширения земляного полотна представляется целесообразным, принимают предварительное конструктивное решение по уширению насыпи, которое на следующей стадии проектирования подлежит уточнению.

4.7 Конкретное конструктивное решение по уширению земляного полотна на основаниях из слабых грунтов рекомендуется назначать на основе технико-экономических расчетов и сравнения вариантов. При этом для обоснования выбора конструкции уширяемой части земляного полотна проект должен содержать:

• материалы подробного инженерно-геологического обследования грунтовой толщи на участках залегания слабых грунтов, включая данные по мощности и расположению их в плане, по глубине отдельных слоев и расчетным значениям физико-механических характеристик грунтов этих слоев, положению уровня грунтовых вод и т.п.;
• исходные данные по проектируемой насыпи (высота и другие геометрические параметры), а также свойства грунтов, укладываемых в насыпь, и расчетные условия движения;
• результаты инженерных расчетов, обосновывающие принятую конструкцию;
• указания по порядку сооружения запроектированной конструкции.

Объем, состав и методы получения данных, необходимых для обоснования конструкции земляного полотна, так же как и методы расчетов, зависят от стадии проектирования.

4.8 Уширяемую часть земляного полотна на участках залегания слабых грунтов в общем случае рекомендуется проектировать в следующем порядке:

• намечают расчетные участки на основе результатов инженерно-геологических обследований и устанавливают расчетные параметры слабой толщи с учетом характеристик слагающих ее грунтов;
• устанавливают параметры проектируемой автомобильной дороги, требуемую высоту насыпи на данном участке, руководствуясь условиями водно-теплового режима, снегозаносимости и исключения упругих колебаний;
• наносят красную линию с учетом требуемой высоты, устанавливают расчетную высоту уширяемой части насыпи и намечают расчетные поперечники;
• определяют расчетом величину осадки;
• проверяют устойчивость основания;
• прогнозируют длительность завершения осадки;
• намечают варианты конструктивно-технологических решений, обеспечивающих, в случае необходимости, повышение устойчивости, ускорение осадки или снижение ее величины;
• выполняют расчеты по этим вариантам;
• определяют на основе технико-экономического сравнения наиболее рациональные технологии, конструкции и методы организации работ.

5 Особенности изысканий для проектирования реконструкции автомобильных дорог на слабых основаниях и из переувлажненных грунтов

5.1 Характеристика слабых грунтов основания и глинистых грунтов насыпи

5.1.1 К слабым грунтам относят связные грунты с прочностью на сдвиг в условиях природного залегания менее 0,075 МПа (при испытании прибором вращательного среза по ГОСТ 20276-2012) или модулем осадки при нагрузке 0,25 МПа более 50 мм/м (модуль деформации ниже 5 МПа) по ГОСТ Р 54477-2011. При отсутствии данных испытаний к слабым грунтам следует относить торф и заторфованные грунты, илы, сапропели, глинистые грунты с коэффициентом консистенции более 0,5, иольдиевые глины и грунты мокрых солончаков в соответствии с классификацией по таблицам приложения А (ГОСТ 33063-2014, пособия [2, 3]).

5.1.2 В зависимости от состава, фациально-генетических и петрографических особенностей, а также состояния слабые грунты следует подразделять:

• на виды по содержанию органических веществ;
• виды по фациально-генетическим и петрографическим особенностям;
• подвиды по особенностям состава;
• разновидности по особенностям состояния (плотности и влажности).

5.1.3 В пределах разновидности физико-механические свойства каждого слабого грунта изменяются в относительно узких пределах, что позволяет использовать табличные данные для ориентировочной оценки расчетных показателей. Общая классификация слабых грунтов приведена в таблице 1 [2, 3].

Таблица 1

Общая классификация слабых грунтов

Примечания

1 Для отделения болотного мергеля от органоминерального сапропеля необходимо определить содержание CaCO3.

2 Наряду с указанным в графе 3 определяющим признаком для установления вида слабого грунта используется комплекс данных по фациально-генетическим и петрографическим особенностям, устанавливаемым в процессе изысканий.

3 П — потери при прокаливании по ГОСТ 23740-2016, %; Ф — степень волокнистости, %; Ip — число пластичности; W — природная влажность, %; IL — показатель текучести; Wотн = W/WL — относительная влажность; WL — влажность на границе текучести, %.

4 Степень волокнистости Ф вычисляется через степень разложения Ddp по ГОСТ 10650-2013. При определении степени разложения Ddp с помощью микроскопа степень волокнистости следует устанавливать по формуле Ф = 100 — Ddp, %, весовым методом — по формулам Ф = 88 — 0,42Ddp при Ddp < 50% и Ф = 118 — 0,32Ddp при Ddp > 50%. При определении Ddp используется сито с размером ячеек 0,25 мм.

5.1.4 Для торфа характерна высокая влагоемкость и влажность в естественном состоянии (в пределах 150% — 1000%). Твердое вещество высушенного торфа состоит из не вполне разложившихся растительных остатков (растительного волокна, продуктов разложения растительных остатков), темного бесструктурного вещества (гумуса) и неорганических примесей. Волокнистая часть торфа при достаточном ее содержании может образовывать своеобразный структурный каркас, ячейки которого заполнены аморфной массой из продуктов разложения и неорганических примесей. Механические свойства торфов зависят от их структурных особенностей, определяемых степенью волокнистости, плотностью, влажностью и составом торфообразователей, косвенно отражаемых величиной конституционной зольности торфа. При зольности менее 5% состав торфообразователей соответствует условиям формирования верхового болота. Торф в этом случае следует называть малозольным (верховым). При зольности от 5% до 20% состав торфообразователей соответствует условиям формирования низинного болота и торф следует называть средней зольности (низинным). При зольности 20% — 40% торф относится к высокозольным (минерализованным). Значения показателей механических свойств торфяных грунтов ориентировочно можно установить по основным показателям их состава и состояния (таблица А.1 приложения А).

5.1.5 Механические свойства сапропелей зависят от их структурных особенностей, состава и плотности — влажности в природном состоянии. Значения показателей механических свойств сапропелевых грунтов ориентировочно можно определить по таблице А.2 приложения А.

5.1.6 Болотный мергель может подстилать торфяную толщу или переслаиваться с торфяными пластами. Мергель содержит от 25% до 50% карбоната кальция. Остальная часть состоит из песчаных, глинистых, илистых частиц и растительных остатков различной степени разложения.

Механические свойства болотного мергеля в зависимости от величины природной влажности ориентировочно можно определить по таблице А.3 приложения А.

5.1.7 По фациально-генетическим признакам выделяют три основных вида илов: морские, озерные и аллювиальные. Морские илы залегают пластами большой мощности и в значительной степени однородны, аллювиальные илы отличаются значительной неоднородностью в силу условий осадконакопления. Для илов характерно наличие предела структурной прочности на сжатие (при компрессии). Коэффициент пористости составляет для супесей и суглинков \epsilon>1,0 ; для глин — \epsilon>1,5 .

Ориентировочные значения физико-механических характеристик илов можно устанавливать по их составу и состоянию в соответствии с таблицей А.4 приложения А.

5.1.8 Иольдиевые глины обладают пределом структурной прочности на сжатие.

Значения механических характеристик иольдиевых глин приведены в таблице А.5 приложения А.

5.1.9 Основные характеристики механических свойств мокрых солончаков при одном и том же составе, отражаемом числом пластичности, хорошо коррелируются с коэффициентом консистенции независимо от содержания солей. По величине коэффициента консистенции грунты мокрых солончаков делятся на пять разновидностей (А, Б, В, Г, Д). Значения механических характеристик мокрых солончаков представлены в таблице А.6 приложения А.

5.1.10 Наряду с органоминеральными сапропелями имеется целая группа грунтов, представляющих собой переходную стадию от органических к минеральным. Свойства этих грунтов зависят от содержания органических веществ, и по мере увеличения их содержания свойства меняются от характерных для минеральных слабых грунтов (илов, глин и т.п.) до свойств высокозольных торфов. Механические свойства органоминеральных грунтов в значительной степени зависят от условий формирования породы.

Чаще всего органоминеральные грунты встречаются на переходах через поймы рек, староречья и т.п.

В этих условиях минеральная часть грунта обычно имеет аллювиальное происхождение. Органоминеральные грунты могут перекрываться слоями минеральных или органических грунтов или переслаиваться с ними в соответствии со сменой условий осадконакопления. В связи с указанными особенностями эти грунты могут иметь широкий диапазон изменения состава, плотности, прочности и сжимаемости.

Классификацию органоминеральных грунтов следует строить по схеме: вид (по содержанию органических веществ); подвид (по числу пластичности); разновидность (по показателю текучести). При этом целесообразно выделять три вида органоминеральных грунтов: торфянистый с содержанием органических веществ от 60% до 30%; сильно заторфованный с содержанием органических веществ от 30% до 20%; заторфованный с содержанием органических веществ от 20% до 10%. Внутри каждого вида выделяются четыре подвида по числу пластичности (супесь, суглинок, тощая глина, жирная глина), которые делятся на пять разновидностей по состоянию с показателем текучести 0,5 — 0,75; 0,75 — 1,0; 1,0 — 1,5; 1,5 — 2,0 и 2,0 — 2,5.

Ориентировочные значения основных показателей механических свойств для некоторых органоминеральных грунтов представлены в таблице А.7 приложения А.

5.1.11 К минеральным слабым относятся глинистые грунты различного возраста, имеющие в природном состоянии повышенную влажность. При этой влажности грунты имеют показатель текучести IL > 0,5, который определяется по формуле

I_{L} = \frac{W - W_{p}}{I_{p}} , (1)

где W, Wp — соответственно влажности природная и на границе раскатывания, %;

Ip — число пластичности, %.

Ориентировочные значения механических характеристик переувлажненных глинистых грунтов даны в таблице А.8 приложения А.

5.1.12 Для оценки влажности и плотности грунтов, укладываемых в земляное полотно, используют показатели коэффициентов увлажнения Кувл и уплотнения Купл (СП 34.13330.2021).

Коэффициент увлажнения рассчитывается по формуле

\text{К}_{\text{увл}} = \frac{W}{W_{\text{опт}}} , (2)

где Wопт — оптимальная влажность по кривой стандартного уплотнения, %.

Коэффициент уплотнения Купл определяется по формуле

\text{К}_{\text{упл}} = \frac{\rho_{d}}{\rho_{d}^{max}} , (3)

где \rho_{d} — фактическая плотность сухого грунта, г/см3;

\rho_{d}^{max} — максимальная плотность сухого грунта по кривой стандартного уплотнения, г/см3.

Оптимальная влажность и максимальная плотность сухого грунта находятся по ГОСТ 22733-2016.

5.1.13 При использовании глинистых грунтов для возведения земляного полотна их классифицируют (в соответствии с СП 34.13330.2021) по степени влажности на грунты:

• нормальной влажности (от 0,9 оптимальной до допустимой);
• повышенной влажности (от допустимой до предельной);
• переувлажненные (влажность которых выше предельной).

Примечание — Следует различать переувлажненные грунты по различным классификациям. Применительно к грунтам слабого основания рассматриваются переувлажненные глинистые грунты естественного залегания, выделенные по показателю текучести (см. пункт 5.1.11), применительно к грунтам земляного полотна — переувлажненные и повышенной влажности, как грунты с влажностью выше допустимой, используемые в качестве материала для возведения земляного полотна.

За допустимую влажность грунта принимают максимальную влажность, при которой может быть достигнут требуемый нормами коэффициент уплотнения. Значения допустимой влажности грунта (при которой могут быть приняты типовые решения) приведены в таблице 2, коэффициента уплотнения — в приложении Б.

Таблица 2

Допустимый коэффициент увлажнения грунта

Примечания

1 При возведении насыпей из непылеватых песков в летних условиях допустимая влажность не ограничивается.

2 При возведении насыпей в зимних условиях допустимая влажность песков и непылеватых супесей не должна, как правило, превышать 1,3Wопт, супесей пылеватых и суглинков легких — 1,2Wопт, других связных грунтов — 1,1Wопт.

В тех случаях когда при проектировании и строительстве земляного полотна насыпей применяют индивидуальные решения, то, согласно рекомендациям [5], допустимую влажность используемого грунта устанавливают на основе комплексной оценки устойчивости и обеспечения стабильности земляного полотна.

5.1.14 Для оценки состояния глинистых грунтов дополнительно используется показатель коэффициента относительной влажности, рассчитываемый по формуле

\text{К}_{\text{отн}} = \frac{W}{W_{L}} , (4)

где WL — влажность на границе текучести, %.

5.2 Особенности инженерно-геологических и инженерно-геотехнических изысканий при реконструкции земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах

5.2.1 Специфика изыскательских работ для реконструкции автомобильной дороги предопределена необходимостью учета особенностей, обусловленных состоянием существующей дороги, придорожной полосы и проходящих по ней коммуникаций.

Общий порядок проведения изыскательских работ при реконструкции автомобильных дорог приведен на рисунке 1.

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                     Подготовительные исследования                       │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
┌──────────────┬───────────────┬─────────────┬──────────────┬─────────────┐
<pre class="legal-pre">│   Изучение   │    Изучение   │  Изучение   │   Изучение   │ Визуальное  │
│   проектной  │   имеющейся   │  паспорта   │ результатов  │обследование │
│ документации │исполнительной │автомобильной│ диагностики  │существующей │
│ существующей │ документации  │   дороги    │ существующей │автомобильной│
│    дороги    │               │             │ автомобильной│   дороги    │
│              │               │             │    дороги    │             │</pre>
└──────┬───────┴───────┬───────┴───────┬─────┴───────┬──────┴───────┬─────┘
       └───────────────┴───────────┬───┴─────────────┴──────────────┘
┌──────────────────────────────────┴──────────────────────────────────────┐
<pre class="legal-pre">│            Анализ результатов подготовительных исследований.            │
│                Разработка программы инженерных изысканий                │</pre>
└───────────────────────────────┬─────────────────────────────────────────┘
          ┌─────────────────────┴────┬───────────────────────────┐
<pre class="legal-pre">┌─────────┴─────────┐    ┌───────────┴───────────┐    ┌──────────┴────────┐
│  Топографическая  │    │Инженерно-геологические│    │   Лабораторные    │
│      съемка       │    │     исследования      │    │   исследования    │
└──────────────┬────┘    └───────────┬───────────┘    └────┬──────────────┘</pre>
               └──────────────────┬──┴─────────────────────┘
        ┌─────────────────────────┴─────────────────────────────┐
        │Разработка рекомендаций по проектированию реконструкции│
<pre class="legal-pre">        │    земляного полотна автомобильных дорог на слабых    │
        │        основаниях и из переувлажненных грунтов        │</pre>
        └───────────────────────────────────────────────────────┘

Рисунок 1 — Схема проведения изысканий для проектирования реконструкции земляного полотна автомобильных дорог на слабых основаниях и из переувлажненных грунтов

5.2.2 Во время выполнения подготовительных исследований рекомендуется:

• при анализе проектной документации на реконструируемую автомобильную дорогу установить применявшиеся общие технические и специальные решения по устройству земляного полотна на слабых основаниях и с применением местных грунтов;
• анализе исполнительной документации выявить отклонения от проектных решений, допускавшиеся в процессе строительства земляного полотна (при наличии), способные оказать влияние на работоспособность конструкции;
• анализе результатов диагностики автомобильной дороги осуществить оценку изменения ее состояния во времени, в том числе земляного полотна, устроенного на слабом основании, и применявшихся ремонтных мероприятий;
• визуальном обследовании установить факторы, оказывающие влияние на принятие проектных решений, в том числе состояние земляного полотна существующей автомобильной дороги и полосы отвода; системы водоотвода; имеющихся в полосе отвода коммуникаций; требующих уширения искусственных сооружений; возможные варианты проложения объездных путей, мест складирования дорожно-строительных материалов и т.д.

5.2.3 По результатам подготовительных исследований разрабатывается программа инженерных изысканий, включающая выполнение:

• топографической съемки участка;
• проходки зондировочных и опорных скважин с отбором проб грунтов нарушенного и ненарушенного сложения и испытания грунтов в условиях их природного залегания (без отбора монолитов);
• лабораторных испытаний проб грунтов нарушенного сложения с определением основных показателей состава и состояния грунтов и испытания монолитов для определения характеристик механических свойств грунтов (параметров, характеризующих сопротивляемость сдвигу, сжимаемости и скорости уплотнения грунта, показателей плотности);
• камеральной обработки материалов обследования, включающей составление отчетной документации.

5.2.4 Инженерно-геологическое обследование рекомендуется выполнять поэтапно.

В общем случае целесообразно выделять три этапа обследования: на первом (рекогносцировочном) лабораторные работы не выполняют; на втором лабораторные исследования ограничиваются определением показателей состава и состояния грунтов в полевой (нестационарной) лаборатории; на третьем проводят испытания в стационарной лаборатории для нахождения показателей механических свойств грунтов.

При пересечении существующей дорогой участков основания, сложенных из слабых грунтов, снимают планы масштабом 1:2000 с сечением рельефа через 0,25 — 0,5 м, продольные и поперечные профили через 100 м и выполняют первый этап инженерно-геологического обследования.

5.2.5 Обследование земляного полотна на слабых грунтах производится путем заложения зондировочных скважин на существующей насыпи и придорожной полосе уширения. В случае уширения насыпи буровые скважины закладываются и на полосе уширения в количестве, определяемом в соответствии с требованиями ГОСТ 32868-2014 и рекомендациями, изложенными в пособиях [2, 3].

5.2.6 На втором этапе расстояние между скважинами по оси трассы зависит от особенностей строения слабой толщи (от 50 м — при однородном строении, до 25 м — при меняющемся). Ширину полосы обследования рекомендуется назначать не менее 200 м с целью определения возможности проложения новой оси дороги, проходящей по более благоприятным грунтам. Причем на поперечниках, расположенных через 200 м (это основные поперечники), рекомендуется проходить по пять — семь скважин. Между ними поперечники считаются промежуточными, и на них допустимо устраивать по три скважины. Бурение следует выполнять на полную мощность слабых грунтов с заглублением в подстилающие (прочные) грунты на 1,5 — 2,0 м. Отбор проб грунта рекомендуется проводить через 0,5 — 1,0 м, но не менее трех проб из каждого характерного слоя. Отбор, упаковку, транспортирование и хранение образцов грунта следует осуществлять в соответствии с требованиями ГОСТ 12071-2014.

Если обследуемая слабая толща имеет незначительную мощность или экономически нецелесообразно использование механических буровых станков, то рекомендуется закладывать шурфы на всех характерных местах рельефа (не менее пяти на 1 км трассы). Шурфы размером (1 x 1,5 x 2 м) закладывают на расстоянии 10 — 15 м от оси дороги. При необходимости для уточнения мест изменения почвенно-грунтовых условий между шурфами закладывают прикопки.

5.2.7 На третьем этапе расстояние между выработками следует устанавливать с учетом ранее пройденных выработок, но не менее 25 м между ними при высоте насыпи до 12 м и не менее 10 м при высоте насыпи более 12 м на каждом поперечнике, которые намечаются с расстоянием соответственно 100 и 50 м.

5.2.8 Монолиты рекомендуется отбирать таким образом, чтобы их состав и состояние в возможно большей степени отвечали расчетным значениям влажности и плотности для выделенных расчетных слоев. Из каждого расчетного слоя следует отбирать не менее шести образцов для компрессионно-консолидационных испытаний и не менее девяти для сдвиговых.

Глубина выработок назначается ниже глубины сжимаемой зоны на 1 — 2 м, а при назначении свайной конструкции — ниже глубины погружения конца свай на 5 м.

5.2.9 На основании результатов инженерно-геологических изысканий существующего земляного полотна, его элементов и грунтового основания под существующей насыпью и уширением составляется расчетная модель (расчетная схема) насыпи и ее уширения на слабом основании (раздел 6).

После анализа имеющихся данных с учетом расчетной схемы насыпи назначаются геотехнические изыскания с целью получения недостающей информации для расчета конструкции уширения и мероприятия для исключения недопустимых деформаций слабых грунтов, чтобы предотвратить возможные деформации уширения. Основные из них показаны на рисунке 2.

1 — существующая насыпь; 2 — уширение насыпи; 3 — нарушение местной устойчивости откоса; 4 — нарушение общей устойчивости откоса; 5 — осадка уширения; 6 — слабое основание

Рисунок 2 — Возможные деформации уширения насыпи на слабом основании

С учетом этой модели (схемы), дополнительной информации по состоянию грунтов в основании и условий их работы рекомендуется проводить расчеты конструкции, изложенные в разделе 6.

К условиям работы грунтов относятся действующие нагрузки (статические и динамические), грунтовые воды, состояние и свойства грунтов, геометрические размеры уширения и режим его отсыпки, условия дренирования.

5.2.10 Механические характеристики грунтов, непосредственно входящие в расчет, рекомендуется определять путем прямых испытаний в условиях их природного залегания и в необходимых случаях под существующей насыпью.

Расчетные значения основных классификационных характеристик (показателей состава и состояния) для каждого предварительно выделенного литологически однородного слоя устанавливают путем статистической обработки полученных значений этих показателей.

При предварительных расчетах, а также при отсутствии или недостаточном количестве данных непосредственных испытаний рекомендуется использовать значения механических характеристик, приведенные в приложении А.

5.2.11 По результатам изысканий оформляется отчетная документация в виде паспорта, состоящего:

\cdot из плана участка с изолиниями мощности слабой толщи;

\cdot плана участка с изолиниями грунтовых карьеров;

\cdot результатов лабораторных испытаний грунтов слабой толщи и грунтов, предназначенных для устройства уширения земляного полотна;

\cdot пояснительной записки, включающей:

• подробное описание участка,
• источники питания грунтовых вод,
• состав и состояние грунтов слабой толщи,
• состав и состояние грунтов из грунтовых карьеров.

5.2.12 Пояснительная записка должна содержать сведения о поведении и состоянии существующей дороги, состоянии земляного полотна, конфигурации основания насыпи по данным бурения, качественной оценке грунтов тела насыпи, резервах грунта, намечаемых для использования при возведении уширения насыпи на участке залегания слабых грунтов с указанием характеристик этих грунтов.

5.2.13 В результате обобщения всех данных обследования делается заключение о принципиальной возможности или невозможности (нецелесообразности) использования слабой толщи в качестве основания и указываются конструкции, которые могут рассматриваться в качестве конкурирующих вариантов при дальнейшей разработке проекта.

5.2.14 Целесообразность использования слабых грунтов при реконструкции автомобильных дорог общего пользования обосновывается и принимается только после проведения технико-экономического сравнения с вариантами, предусматривающими применение кондиционных материалов.

6 Методика расчета устойчивости и осадки дорожной конструкции при реконструкции в сложных условиях

6.1 Общие положения

6.1.1 На участках залегания слабых грунтов земляное полотно автомобильных дорог следует проектировать только в виде насыпи.

6.1.2 Требования к грунтам уширения, как и к самой насыпи на слабом основании, принимаются в соответствии с СП 34.13330.2021.

6.1.3 Для исключения недопустимых упругих деформаций торфяных грунтов при воздействии транспортных средств толщина насыпи и ее уширения должна быть назначена не менее толщины, указанной в приложении В.

При меньших значениях толщины насыпи и ее уширения следует проводить динамический расчет в соответствии с методикой, изложенной в пособиях [2, 3].

6.1.4 К конструкции насыпи и ее уширения на слабом основании предъявляются следующие требования:

• конструкция должна быть назначена таким образом, чтобы исключить выдавливание слабого грунта из основания;
• завершение интенсивной части осадки слабого основания под нагрузкой от веса насыпи и уширения должно произойти до устройства дорожной одежды и за заданный срок с учетом сроков реконструкции автомобильной дороги.

6.1.5 С учетом вышеизложенного уширение насыпи следует проектировать в следующем порядке:

• устанавливают минимально допустимую высоту реконструируемой насыпи, руководствуясь условиями водно-теплового режима, снегонезаносимости и исключения упругих колебаний;
• проектируют на основе результатов инженерно-геологических изысканий продольный и поперечный профили реконструируемой насыпи с учетом уширения и грунтового основания под ним;
• наносят на продольном профиле красную линию, устанавливают расчетную высоту реконструируемой насыпи с уширением;
• определяют характерные поперечники для прогноза возможных деформаций;
• проверяют устойчивость реконструируемой насыпи с уширением на расчетных поперечниках;
• определяют конечную осадку реконструируемой насыпи с учетом уширения и время завершения ее интенсивной части;
• назначают конструктивно-технологические мероприятия для обеспечения устойчивости уширения насыпи (при необходимости) и ускорения осадки слабого основания (при необходимости);
• проводят технико-экономическое обоснование с целью принятия окончательных инженерных решений;
• разрабатывают технологические регламенты возведения уширения насыпи при использовании слабых грунтов в основании.

6.1.6 Основными способами уширения земляного полотна являются:

• двустороннее уширение (симметричное или несимметричное);
• одностороннее уширение.

Способы уширения земляного полотна представлены на рисунке 3.

а — двустороннее симметричное уширение; б — то же, одностороннее; 1 — присыпной грунт; 2 — новое покрытие; 3 — существующее покрытие; 4 — ось симметрично уширенной дороги; 5 — ось существующей дороги; 6 — ось несимметрично уширенной дороги

Рисунок 3 — Способы уширения земляного полотна

6.1.7 Ширина уширения определяется в соответствии с нормами перевода дороги в более высокую категорию по СП 34.13330.2012, высота — рабочей отметкой продольного профиля реконструируемой дороги.

Геометрические параметры земляного полотна приведены в таблице 3.

Таблица 3

Ширина земляного полотна в зависимости от категории дороги

6.1.8 Расчетные методики проектирования уширения дороги могут основываться на любом из следующих способов: аналитическом, численном, полуэмпирическом.

6.1.9 При реконструкции автомобильной дороги естественное основание должно оцениваться по характеру и степени увлажнения в соответствии с положениями СП 34.13330.2021, а также по прочности.

К слабым относятся основания насыпей высотой до 12 м, в которых в пределах активной зоны имеются слои слабых грунтов мощностью не менее 0,5 м.

6.1.10 Определение показателей деформационных и прочностных свойств слабых грунтов следует проводить по методикам, изложенным в ГОСТ Р 54477-2011, ГОСТ 12248-2010, ГОСТ Р 54476-2011, пособиях [2, 3].

6.1.11 Расчеты устойчивости и осадки дорожной конструкции выполняются в пределах активной зоны сжатия — зоны существенного влияния уширения на основание.

Мощность активной зоны следует принимать ориентировочно равной ширине насыпи понизу. Если слои слабых грунтов располагаются на глубинах, больших ширины насыпи понизу, а также при насыпях высотой более 12 м, мощность активной зоны необходимо устанавливать расчетом.

6.1.12 Расчетные слои в основании определяются с учетом ранее выделенных инженерно-геологических элементов и однородности грунта по показателям состояния и свойств, установленных по результатам полевых испытаний. За однородный принимается слой, в пределах которого значения основных классификационных показателей для той или иной разновидности грунта не выходят за пределы диапазона их величины в соответствии с классификационными таблицами и не менее 90% их значений укладывается в этом диапазоне.

Правила выделения инженерно-геологических элементов изложены в ГОСТ 20522-2012 и пособиях [2, 3].

6.1.13 При уширении земляного полотна как двустороннем, так и одностороннем следует рассматривать следующие возможные варианты геометрических размеров уширения:

• ширина конструкции уширения меньше проекции откоса существующей насыпи на подошву;
• ширина конструкции уширения больше проекции откоса существующей насыпи на ее подошву.

Первый вариант уширения соответствует уширению насыпи при реконструкции автомобильных дорог категорий III, IV, а также при двустороннем уширении реконструируемой насыпи автомобильной дороги категории II.

Второй вариант уширения, как правило, соответствует одностороннему уширению насыпи, в том числе и при переводе реконструируемой автомобильной дороги из категории I в категорию II.

6.2 Методы расчета устойчивости и прогноза осадки уширения насыпи при первом варианте геометрических размеров уширения

6.2.1 При реконструкции автомобильных дорог категорий II — IV и переводе их в более высокую категорию вес грунта уширения не превышает 15% — 25% от общего веса реконструируемой насыпи. При этом уширение практически полностью опирается на существующую насыпь. Поэтому определение устойчивости основания реконструируемой насыпи следует проводить по методу, используемому для расчета насыпи для нового строительства с учетом новых геометрических параметров реконструируемой насыпи. В этом случае значения показателей механических свойств грунтов уплотненного слабого основания определяют по результатам опытов с полной консолидацией образцов или инженерно-геологических изысканий реконструкции дороги под существующей насыпью.

6.2.2 Расчетная схема насыпи с уширением на слабом основании автомобильных дорог указанных категорий приведена на рисунке 4.

а — двустороннее симметричное уширение; б — то же, одностороннее; 1 — существующая насыпь; 2 — уширение насыпи; 3 — уплотненное слабое основание под существующей насыпью; 3» — неуплотненное слабое основание под уширением; 4 — откос уширения; 5 — ось существующей насыпи; 5» — ось реконструированной насыпи; H1, H2 — мощность расчетных слоев слабого основания; hнас — высота насыпи по оси с учетом существующей осадки; z1, z2 — глубина расположения середины расчетного слоя от подошвы насыпи; B» — ширина реконструированной насыпи поверху; B — ширина существующей насыпи; Bу — ширина уширения; 2b» — ширина подошвы реконструированной насыпи; 2b — ширина подошвы существующей насыпи; a» — проекция откоса уширения

Рисунок 4 — Расчетная схема для определения нагрузки на слабую толщу от насыпи при реконструкции автомобильных дорог категорий III и IV

6.2.3 Порядок расчета устойчивости слабого основания сводится к следующему:

1. определяют расчетную нагрузку от веса грунта, кПа (т/м2), реконструируемой насыпи по формуле

P_{\text{расч}} = \rho_{\text{ср}}h_{\text{нас}}, (5)

где \rho_{\text{ср}} — средневзвешенная плотность грунта насыпи, кН/м3 (т/м3).

При высоте насыпи менее 3 м дополнительно должна учитываться нагрузка от воздействия транспортных средств путем условного увеличения высоты насыпи, рассчитанной по рекомендациям [6];

2. рассчитывают безопасную нагрузку, кПа (т/м2), на уплотненное слабое основание реконструируемой насыпи по формуле

P_{\text{без}} = \frac{\text{с}_{\text{упл}} + 0,1\rho ztg\varphi_{\text{упл}}}{\beta} , (6)

где cупл — удельное сцепление слабого грунта расчетного слоя в уплотненном основании под существующей насыпью, кПа (т/м2);

\varphi_{\text{упл}} _ угол внутреннего трения слабого грунта расчетного слоя в уплотненном основании под существующей насыпью, град.;

\rho — плотность грунта расчетного слоя толщи, кН/м3 (т/м3);

z — глубина расположения середины расчетного слоя в основании насыпи, м;

\beta — коэффициент, величина которого определяется по графикам, приведенным в приложении Г в соответствии с расчетной схемой на рисунке 4;

3. устанавливается минимальное значение Pбез.мин из величин Pбез, рассчитанных по формуле (6) для нескольких расчетных слоев, с целью оценки общей устойчивости слабого основания под нагрузкой от веса реконструируемой насыпи с уширением;

4. оцениваются условия устойчивости для наиболее опасного горизонта уплотненной толщи слабого основания, где грунт обладает минимальными прочностными свойствами, по формуле

\text{К}_{\text{без}} = \frac{P_{\text{без}.\text{мин}}}{\text{Р}_{\text{расч}}} ; (7)

5. при Кбез >= 1 устойчивость основания реконструируемой насыпи обеспечена.

При Кбез < 1 устойчивость основания не обеспечена. Для достижения устойчивости насыпи необходимо назначить дополнительные конструктивно-технологические мероприятия.

6.2.4 Обязательным условием обеспечения устойчивости реконструируемой насыпи является проверочный расчет устойчивости откосов по методу круглоцилиндрических поверхностей скольжения с заходом кривой скольжения в основание насыпи.

6.2.5 Все приведенные выше расчеты проводятся в пределах активной зоны сжатия.

6.2.6 Порядок расчета осадки слабого основания сводится к следующему:

1. для условий одномерного сжатия, а именно при соотношении мощности толщи к ширине подошвы, конечная осадка слабого грунта, мм, рассчитывается в пределах активной зоны сжатия при уплотнении под нагрузкой от веса грунта уширения и транспортных средств методом послойного суммирования по формуле

S = 0,001 \sum_{1}^{n} e_{pz_{i}}H_{i}, (8)

где e_{pz_{i}} — модуль осадки грунта основания, определенный по компрессионной кривой образца с горизонта zi, соответствующий расчетной нагрузке Pрасч, мм/м;

n — число расчетных слоев;

Hi — мощность расчетного слоя, м.

Нагрузка от транспортных средств, приведенная к эквивалентному слою грунта земляного полотна, определяется в соответствии с ГОСТ Р 52748-2007;

2. для условий двухмерного сжатия при соотношении \frac{H}{2b"} >0,5 в качестве характеристики сжимаемости используется штамповый модуль, который определяется по результатам компрессионных испытаний, и рассчитывается конечная осадка по формуле

S = \frac{PH}{E_{\text{шт}}^{\text{ср}}} , (9)

где P — нагрузка от веса грунта реконструируемой насыпи, МПа;

H — мощность сжимаемой толщи, см;

E_{\text{шт}}^{\text{ср}} — средневзвешенный штамповый модуль деформации слабого основания, МПа,

E_{\text{шт}}^{\text{ср}} = \frac{\sum H_{i}}{\sum \frac{H_{i}}{E_{\text{шт}.i}}} , (10)

где Hi — мощность i-го слоя, см;

Eшт.i — штамповый модуль деформации i-го слоя, МПа,

E_{\text{шт}.i} = \frac{E_{i}}{1 - \mu} , (11)

где Ei — модуль деформации, определенный по результатам компрессионных испытаний по ГОСТ Р 54477-2011, МПа;

\mu — коэффициент бокового расширения грунта (коэффициент Пуассона): для супеси — 0,30; суглинка — 0,35; глины — 0,42;

3. конечная величина осадки должна учитываться в проектной отметке уширения (запас на осадку по красной линии).

6.2.7 Порядок расчета прогноза хода осадки во времени сводится к следующему:

1. в лабораторных условиях по кривой консолидации \lambda_{i} = f(t_{i}) , построенной по результатам испытаний образцов грунта в соответствии с ГОСТ Р 54477-2011, определяют время достижения консолидации образца ti;

2. ход осадки реального слоя слабого основания во времени определяют по формуле

T_{i} = t_{i}(\frac{H_{\text{ф}}}{h_{\text{ф}}})^{n}, (12)

где ti — значение, принимаемое по результатам лабораторных испытаний образцов высотой hобр под нагрузкой Pрасч, мин;

hф — путь фильтрации воды из образца, см: при одностороннем дренировании hф = hобр, при двустороннем hф = 0,5hобр;

Hф — расчетный путь фильтрации воды, отжимаемой из слоя, принимаемый равным мощности слоя при одностороннем дренировании и половине мощности при двустороннем дренировании, см;

n — показатель степени консолидации, который принимается: для торфяных грунтов — 2, для глинистых — по графику приложения Д (чтобы воспользоваться данным графиком, необходимо определить число пластичности и показатель консистенции грунта расчетного слоя);

3. по полученным значениям строят криволинейный график осадки слоя слабого основания во времени \lambda_{i} = f(T_{i}) ;

4. по полученной кривой \lambda_{i} = f(T_{i}) определяют интенсивность осадки на период времени, см/год, соответствующий началу устройства дорожной одежды, по формуле

v = \frac{\Delta\lambda H}{\Delta T} , (13)

где \Delta\lambda = \lambda 2 - \lambda 1 — отрезок прямолинейного участка кривой консолидации, время достижения соответствует началу устройства дорожной одежды, см;

H — мощность слабой толщи, см;

\Delta T — период времени, за который произошло изменение осадки от \lambda 1 до \lambda 2 , годы;

5. полученное значение интенсивности осадки слабого основания v на заданный период времени сравнивают с требуемой величиной vтр на время начала устройства дорожной одежды.

За завершение интенсивной части осадки допускается принимать момент достижения интенсивности осадки vтр не более 2 см/год при дорожных одеждах капитального типа и интенсивности осадки не более 5 см/год при дорожных одеждах облегченного типа.

Если v > vтр, то назначаются мероприятия для ускорения осадки слабого основания (временная пригрузка, частичная замена слабого грунта, вертикальные дрены).

6.2.8 Окончательное инженерное решение по конструкции уширения и дополнительным мероприятиям принимается по результатам технико-экономического обоснования в соответствии с рекомендациями [4].

6.3 Методы расчета устойчивости и прогноза осадки уширения насыпи при втором варианте геометрических размеров уширения

6.3.1 При реконструкции автомобильных дорог категории II с односторонним уширением устойчивость основания конструкции уширения рассчитывается независимо от существующей насыпи.

В случае если предусмотрено увеличение высоты реконструируемой насыпи, необходимо дополнительно проверять устойчивость существующей насыпи по формуле (7).

6.3.2 Расчетная схема реконструируемой насыпи представлена на рисунке 5. Для этого геометрия уширения принимается в «условной» форме, которая получается путем построения «условного откоса» от бровки существующего земляного полотна в тело земляного полотна (с таким же заложением, как откос уширения). Увеличение размеров уширения понизу идет в запас расчетов.

1 — существующая насыпь; 2 — уширение насыпи; 2» — «условная» форма уширения; 3 — уплотненное слабое основание под существующей насыпью; 3» — неуплотненное слабое основание под уширением; 4 — откос уширения; 4» — «условный откос» уширения; 5 — ось существующей насыпи; 5» — ось уширения насыпи; H1, H2 — мощность слоев слабого основания; z1, z2 — глубина расположения середины расчетного слоя от подошвы насыпи; B — ширина насыпи; B» — ширина уширения поверху; 2b» — ширина подошвы уширения с учетом «условной» формы уширения; a» — проекция откоса уширения

Рисунок 5 — Расчетная схема одностороннего уширения насыпи на слабом основании при реконструкции автомобильных дорог категории II

6.3.3 Введение «условной» формы уширения позволяет с помощью существующего расчетного аппарата рассчитать напряжения, возникающие от веса грунта уширения (приведенного к трапецеидальной форме) в слабом основании по оси уширения.

6.3.4 Порядок расчета устойчивости слабого основания уширения сводится к следующему:

1. определяют расчетную нагрузку от веса грунта уширения, МПа, по формуле

P_{\text{расч}}^{\text{у}} = \rho_{\text{ср}}h_{\text{у}}, (14)

где \rho_{\text{ср}} — средневзвешенная плотность грунта уширения, кН/м3 (т/м3);

hу — высота уширения насыпи по оси (см. рисунок 5), м;

Примечание - Плотность грунта обозначена, поскольку единицы массы должны быть переведены в единицу веса.

2. рассчитывают безопасную нагрузку по условию быстрого приложения нагрузки, т.е. быстрой отсыпке уширения, при которой в расчет принимаются значения сцепления и угла внутреннего трения грунта при его природной плотности-влажности в основании конструкции уширения.

Безопасная нагрузка уширения, МПа, рассчитывается по формуле

P_{\text{без}} = \frac{\text{с}_{\text{пр}} + 0,1\rho ztg\varphi_{\text{пр}}}{\beta} , (15)

где cпр — сцепление слабого грунта основания под уширением (в природном состоянии), кПа (т/м2);

\varphi_{\text{пр}} — угол внутреннего трения слабого грунта основания под уширением (в природном состоянии), град.;

z — глубина от подошвы уширения до середины расчетного слоя в основании уширения, м;

\rho — плотность грунта расчетного слоя, кН/м3 (т/м3);

\beta — коэффициент, величина которого определяется по графикам, приведенным в приложении Г, в соответствии с расчетной схемой, показанной на рисунке 5;

3. из величин Pбез, рассчитанных по формуле (15) для нескольких расчетных слоев, устанавливают минимальное значение Pбез.мин с целью оценки общей устойчивости слабого основания под нагрузкой от веса запроектированного уширения насыпи;

4. условие устойчивости уширения оценивается для наиболее опасного горизонта в основании уширения, на котором грунт обладает минимальными прочностными свойствами, по формуле

\text{Ќ}_{\text{б}}\prime_{\text{ез}} = \frac{\text{Р}_{\text{без}.\text{мин}}}{\text{Р}_{\text{расч}}^{\text{у}}} , (16)

где Pбез.мин — минимальная безопасная нагрузка на слабое основание уширения, МПа;

5. устойчивость основания уширения обеспечена при \text{Ќ}_{\text{б}}\prime_{\text{ез}} \geq 1 .

В случае если \text{Ќ}_{\text{б}}\prime_{\text{ез}}<1 , для обеспечения устойчивости уширения насыпи необходимо повторить расчет при условии медленной отсыпки уширения.

6.3.5 Медленную отсыпку, при которой в расчет принимаются прочностные характеристики грунта в уплотненном состоянии, рационально применять при условии, когда сроки достижения допустимой интенсивности осадки не превышают сроки реконструкции. За время достижения интенсивности допустимой осадки основания прочностные характеристики грунта увеличиваются по сравнению с природными.

6.3.6 Условия устойчивости основания при медленной отсыпке уширения оцениваются по формуле (16), где безопасная нагрузка уширения рассчитывается по формуле

\text{Р}_{\text{без}.\text{мин}} = \frac{c\prime_{\text{упл}} + 0,1\rho ztg\varphi_{\text{у}}\prime_{\text{пл}}}{\beta} , (17)

где c\prime_{\text{упл}} — условное сцепление слабого грунта, получаемое при консолидированно-дренированных испытаниях на сдвиг под нагрузкой отсыпанных слоев, кПа (т/м2);

\varphi_{\text{у}}\prime_{\text{пл}} — угол внутреннего трения, град.;

\rho — плотность грунта, кН/м3 (т/м3);

z — глубина горизонта середины расчетного слоя основания уширения, м;

\beta — коэффициент, величина которого определяется по графикам, приведенным в приложении Г.

При проектировании реконструкции без увеличения высоты насыпи в формуле (17) значения показателей механических свойств слабых грунтов основания следует определять по результатам опытов с полной консолидацией образцов. Допускается находить указанные показатели по результатам инженерно-геологических изысканий реконструкции дороги под существующей насыпью.

6.3.7 Если при расчете при условии медленной отсыпки уширения \text{Ќ}_{\text{б}}\prime_{\text{ез}}<1 , то для обеспечения устойчивости уширения насыпи необходимо рассмотреть дополнительные конструктивно-технологические мероприятия (упрочнение грунтов основания инъектированием, устройство свай, частичная замена слабого грунта и т.п.).

6.3.8 Основы методики расчета грунтовых свай и частичной замены слабого грунта могут быть приняты по пособию [3].

Методики укрепления слабого основания методом глубинного смешивания различными растворами и способами изложены в рекомендациях [7], текстильно-песчаными сваями — в рекомендациях [8].

6.3.9 Порядок расчета осадки слабого грунта основания от веса грунта уширения и транспортных средств принимают по пункту 6.2.6.

6.3.10 Прогноз хода осадки во времени следует осуществлять на основе построения графика в соответствии с пунктом 6.2.7.

6.3.11 Окончательное инженерное решение по конструкции уширения и дополнительным мероприятиям принимается по результатам технико-экономического обоснования в соответствии с рекомендациями [4].

6.3.12 При необеспеченной устойчивости слабого основания и необходимости ускорения осадки может быть рассмотрен комплексный вариант — например, устройство свай-дрен (при соответствующем технико-экономическом обосновании).

6.4 Основные методы расчета устойчивости откосов уширения насыпи

6.4.1 Различают общую и местную устойчивость откосов земляного полотна.

6.4.2 Нарушение местной устойчивости откоса происходит в небольших объемах грунта в откосной части, подверженной воздействию погодно-климатических факторов, и сопровождается нарушением сплошности.

6.4.3 В результате нарушения общей устойчивости откоса происходит смещение значительных по размерам масс грунта и нарушение его сплошности. Наиболее часто возникающие формы обрушения откосов уширения представлены в подразделе 5.9.

6.4.4 Условие общей устойчивости откосов земляного полотна определяется по формуле

Кзап >= Ктреб, (18)

где Кзап — расчетный коэффициент общей устойчивости откосов земляного полотна;

Ктреб — нормативный коэффициент устойчивости

\text{К}_{\text{треб}} = \frac{f_{n}n_{c}n_{o}}{m_{o}} ; (19)

где fn — коэффициент запаса эксплуатационной надежности сооружения, принимаемый по уровню ответственности сооружения (ГОСТ 27751-2014): fn = 1,1 при повышенном (I) уровне ответственности; fn = 1,0 при нормальном уровне ответственности (II);

nc — коэффициент сочетания нагрузок (nc = 0,95);

no — коэффициент перегрузки (no = 1,2);

mo — коэффициент условий работы, принимаемый равным 0,85.

6.4.5 Расчет устойчивости откоса в каждом конкретном случае должен проводиться на основе детального изучения инженерно-геологической обстановки района и участка трассы, а также конкретных особенностей условий работы земляного полотна на данном участке. Расчеты устойчивости откосов насыпей необходимо проводить для расчетных поперечников, в качестве которых принимаются поперечники с наиболее неблагоприятным сочетанием различных факторов, таких как высота и крутизна откоса, величина сдвиговых характеристик грунтов, мощность и расположение слабых прослоек, наклон слоев, наличие выклинивающихся грунтовых вод или подтоплений и т.п.

Для проведения расчета необходимы:

• данные по общим инженерно-геологическим условиям района строительства;
• заданное очертание откоса;
• геотехнический разрез по расчетному поперечнику;
• расчетные значения физико-механических характеристик грунтов, уширения и его основания;
• гидрогеологические данные;
• расчетные временные нагрузки.

6.4.6 Расчеты устойчивости основания насыпей в соответствии с СП 34.13330.2021 могут быть основаны на использовании методов, обеспечивающих возможность оценивать устойчивость основания при определении наиболее вероятной опасной поверхности скольжения. Для насыпей на слабых основаниях устойчивость откосов рекомендуется оценивать по схеме круглоцилиндрических поверхностей скольжения (КЦПС) с расчетом коэффициента устойчивости при наиболее опасной призме обрушения.

6.4.7 Наиболее опасная поверхность скольжения может проходить через подошву откоса или располагаться глубже подошвы (рисунок 6). Вероятность прохождения опасной дуги скольжения через подошву откоса повышается с увеличением его крутизны и понижением значений сдвиговых характеристик грунтов основания откоса. При практических расчетах следует рассматривать оба возможных варианта прохождения поверхности скольжения.

а — поверхность откоса проходит через подошву откоса; б — то же, глубже подошвы откоса

Рисунок 6 — Положение круглоцилиндрической поверхности скольжения по отношению к откосу

6.4.8 Для случая расчета устойчивости откоса насыпи на слабом основании координаты центра вращения O и величина радиуса R определяются так, чтобы отразить в расчете наиболее невыгодное положение центра O для определения наименьшего из возможных для данного откоса значения коэффициента запаса устойчивости Кзап (рисунок 7). Поэтому положение центра устанавливают подбором — способом последовательного приближения, т.е. путем проведения серии расчетов для определения наиболее опасных для данного случая положения и вида поверхности скольжения. Алгоритм определения положения центра наиболее опасной поверхности скольжения способом последовательного приближения приведен в приложении Е.

hэкв — толщина слоя грунта, эквивалентная временной нагрузке от транспортных средств; l_{i} — длина отрезка дуги скольжения в пределах i-го блока; bi — ширина i-го блока; hнас — высота насыпи

Рисунок 7 — Схема к расчету устойчивости откоса насыпи на слабом основании

6.4.9 В общем виде алгоритм расчета по одной кривой скольжения сводится к следующему:

1. определяют центр опасной поверхности скольжения Oi и строят отсек обрушения откоса, ограниченный кривой скольжения. Наиболее опасная поверхность скольжения может проходить через подошву откоса или глубже откоса, заходя в основание;

2. расчет выполняют путем разбивки предполагаемого отсека обрушения на отдельные блоки, для каждого из которых находят удерживающие и сдвигающие силы от собственного веса блока в сумме с эквивалентной нагрузкой от транспортных средств (см. рисунок 7). Расчет производится на 1 пог. м в плоскости, перпендикулярной чертежу;

3. расчетный коэффициент запаса устойчивости откоса по схеме обрушения откоса по круглоцилиндрической поверхности скольжения рассчитывают по формуле

\text{К}_{\text{расч}} = \frac{\text{М}_{\text{уд}}}{\text{М}_{\text{сдв}}} , (20)

где Муд — момент удерживающих сил выделенного отсека в откосе, кН;

Мсдв — момент сдвигающих сил, кН;

4. расчетный отсек обрушения разбивают на отдельные блоки шириной от 2 до 3 м. Границы блоков назначают в местах перелома линии откоса, в местах пересечения границ различных слоев откоса с поверхностью скольжения и т.п.;

5. определяют силы, действующие на каждый блок (рисунок 8):

• силу Qi, приложенную в центре тяжести блока, равную собственному весу блока и эквивалентной транспортной нагрузке, кН (т);
• реакцию грунта на поверхности скольжения, которая состоит из силы трения N_{i}tg\varphi_{i} , прямо пропорциональной нормальному давлению, и силы сцепления c_{i}l_{i} ,

где \varphi_{i} — угол внутреннего трения грунта блока в отсеке обрушения, включая его часть в слабом основании, град.;

ci — удельное сцепление грунта в пределах отрезка поверхности скольжения для данного блока, кПа (т/м2);

N_{i} = Q_{i}cos\delta_{i} — нормальная составляющая веса блока Qi;

\delta_{i} — угол наклона поверхности скольжения i-го блока к горизонту, град.;

• сдвигающую силу T_{\text{сдв},i} = Q_{i}sin\delta_{i} ;

6. определяют удерживающий и сдвигающий моменты в отсеке обрушения откоса соответственно по формулам

\text{М}_{\text{уд}} = R(\sum N_{i}tg\varphi_{i} + \sum c_{i}l_{i}) = R(\sum Q_{i}cos\delta_{i}tg\varphi_{i} + \sum c_{i}l_{i}), (21)

\text{М}_{\text{сдв}} = R(\sum Q_{i}sin\delta_{i}), (22)

где R — радиус кривой скольжения, м;

7. определяют коэффициент устойчивости откоса для принятой поверхности скольжения по формуле (20);

8. расчет повторяют при нескольких положениях центра вращения и определяют минимальный расчетный коэффициент запаса Кзап из всех возможных значений;

9. если в результате одного из расчетов определено, что условие формулы (18) не выполняется, то устойчивость откосов насыпи не обеспечена.

Tуд,i _ удерживающая сила

Рисунок 8 — Действующие на блок грунта силы

В этом случае применяют дополнительные конструктивно-технические решения по усилению основания откосов и откосной части уширения. Расчет устойчивости откосов при этом проводят по методикам, изложенным в рекомендациях [5, 8, 9].

6.4.10 Величина эквивалентной нагрузки от транспортных средств назначается в соответствии с положениями ГОСТ Р 52748-2007.

При расчетах устойчивости откоса временная нагрузка от транспортных средств приводится к эквивалентному слою грунта земляного полотна толщиной, м, по формуле

h_{\text{экв}} = \frac{4 \times 18\text{К}}{(D + 0,2)(C + 0,8)\rho_{\text{гр}}} , (23)

где К — класс нагрузки, который для расчетов земляного полотна автомобильных дорог всех категорий принимается равным 8,3 кН;

C — ширина колеи нормативной нагрузки, равная 2,7 м;

D — база нормативной нагрузки, равная 3,6 м;

\rho_{\text{гр}} — плотность грунта, кН/м3 (т/м3).

Расчетная нагрузка от веса слоя грунта hэкв, заменяющая воздействие транспортных средств, составляет 44,9 кН.

7 Особенности организационных, конструктивных и технологических мероприятий при реконструкции автомобильных дорог на слабых грунтах и при использовании местных глинистых грунтов с влажностью выше допустимой

7.1 Общие положения

7.1.1 В качестве основных мероприятий, обеспечивающих эффективное решение сложной проблемы реконструкции автомобильных дорог на слабых основаниях, рекомендуется комплекс организационных, конструктивных и технологических решений (рисунок 9).

а — схема уширения при наличии в полосе отвода факторов, позволяющих произвести только одностороннее уширение (без дополнительных затрат); б — то же, при имеющейся в полосе отвода возможности двустороннего симметричного уширения насыпи (без дополнительных затрат); в — то же, при наличии в полосе отвода факторов, позволяющих произвести двустороннее несимметричное уширение (без дополнительных затрат); г — то же, при наличии в полосе отвода факторов в виде заниженной и обводненной полосы отвода (необходимой для уширения существующей насыпи), позволяющих произвести уширение только после реализации мер, включающих: при незначительном обводнении засыпку заниженных мест обводнения грунтом и устройство водоотводных канав; при значительном обводнении отжатие воды грунтом от насыпи на ширину, необходимую для устройства уширения, с последующим устройством на подготовленном основании уширения насыпи с бермой; 1 — существующая насыпь; 2 — симметрично уширяемая часть земляного полотна; 3 — коммуникации, расположенные в полосе отвода; 4 — уширение с меньшей шириной; 5 — уширение с большей шириной; 6 — одностороннее уширение; 7 — обводненная полоса отвода; 8 — засыпка обводненной полосы отвода; 9 — водоотводная канава; 10 — берма

Рисунок 9 — Схемы уширения существующей насыпи при реконструкции автомобильных дорог в зависимости от состояния полосы отвода

7.1.2 Организационные решения базируются на специфике выполнения подготовительных работ для реконструкции автомобильных дорог и включают:

а) подготовку полосы отвода для уширения земляного полотна, в том числе перенос имеющихся в полосе отвода и попадающих под уширение насыпи коммуникаций. При этом в зависимости от расположения коммуникаций возможны следующие решения:

1. при одностороннем расположении коммуникаций — одностороннее уширение насыпи (со стороны, не имеющей ограничений) (см. рисунок 9 а);

2. при двустороннем расположении коммуникаций возможны варианты двустороннего симметричного (см. рисунок 9 б); двустороннего несимметричного уширения (см. рисунок 9 в) (в зависимости от местоположения коммуникаций);

3. двустороннее или одностороннее уширение (в зависимости от состояния полосы отвода) с различными вариантами ликвидации заниженных мест на полосе отвода (возникших при возведении земляного полотна существующей дороги из боковых резервов). При этом возможны следующие решения:

• при отсутствии застоя воды на полосе уширения — просушка грунта основания путем разрыхления или вспашки с последующим, после просыхания, разравниванием, уплотнением и профилированием (с приданием уклона 4% — 5%);
• при наличии застоя воды на полосе уширения — водоотвод (при наличии уклонов на местности) и далее просушка, засыпка, разравнивание, уплотнение и профилирование полосы отвода с приданием уклона от уширяемой насыпи (см. рисунок 9 г при незначительном обводнении);
• при значительном застое воды на полосе уширения — отжатие воды (в поперечном или продольном направлении) путем отсыпки грунта и устройства берм (см. рисунок 9 г при значительном обводнении).

При наличии в полосе отвода коммуникаций и невозможности или экономической нецелесообразности реализации рассмотренных решений по уширению насыпи осуществляется их перенос или переустройство;

б) подготовку грунтовых карьеров для устройства уширения существующего земляного полотна, включая:

1. устройство водоотвода от карьеров;

2. просушку переувлажненного грунта путем его разрыхления, естественной просушки и складирования в штабеля (в случае, если грунт в карьере переувлажненный);

в) устройство объездных путей для пропуска транспортных средств при реконструкции существующей автомобильной дороги, которые могут быть организованы путем:

1. устройства временной объездной дороги с переходным типом покрытия;

2. реализации комплекса мер, позволяющих обеспечить поочередный пропуск транспортных средств по разным половинам реконструируемой автомобильной дороги;

3. организации реверсивного движения по проезжей части реконструируемой автомобильной дороги;

г) организацию опережающей реконструкции имеющихся искусственных сооружений;

д) перенос коммуникаций или реализацию комплекса мер по их пересечению (ЛЭП, связь, газо- и нефтепроводы и т.д.).

7.1.3 Конструктивные решения базируются на специфике реконструкции насыпей, устраиваемых на слабых основаниях и с применением переувлажненных грунтов, и предусматривают учет:

• геометрических параметров реконструируемых и проектируемых автомобильных дорог;
• грунтово-геологических и гидрогеологических условий зоны, в которых выполняется реконструкция автомобильной дороги;
• необходимости обеспечения надежности работы критических зон реконструированной дороги (стык существующей и вновь устраиваемой части насыпи; рабочая зона земляного полотна под дорожной одеждой; сопряжения земляного полотна с обводненной местностью и т.д.);
• применения эффективных дорожно-строительных материалов;
• ограниченных сроков выполнения работ по реконструкции дорог;
• наличия и качества грунтов, необходимых для устройства уширения;
• состояния полосы отвода;
• наличия в полосе уширения земляного полотна коммуникаций.

7.1.4 Технологические решения определяются спецификой организационных и конструктивных решений реконструкции автомобильных дорог, в том числе:

• нормативными сроками выполнения работ;
• необходимостью обеспечения надежности работы реконструируемой дороги;
• применением эффективных дорожно-строительных машин, механизмов и материалов;
• природно-климатическими условиями региона, в котором осуществляется производство работ;
• наличием и качеством местных дорожно-строительных материалов.

7.2 Организационные и конструктивно-технологические рекомендации по реконструкции земляного полотна на слабых основаниях и из переувлажненных грунтов

7.2.1 Основные мероприятия

7.2.1.1 При проектировании насыпи на слабых грунтах по результатам выполненного прогноза устойчивости и осадки слабого основания при необходимости прорабатываются варианты дополнительных мероприятий по обеспечению несущей способности слабых грунтов и ускорению их осадки (с учетом особенностей проектируемой дороги, местных условий).

7.2.1.2 При выборе решений следует руководствоваться рекомендациями таблицы 4. Наиболее оптимальный вариант технологических или конструктивных мероприятий принимается с учетом технико-экономического обоснования.

Таблица 4

Конструктивно-технологические решения, обеспечивающие возможность использования слабых грунтов в основании насыпи и условия их применения

Примечание - Конструктивные и технологические решения: 1 — предварительная консолидация; 2 — временная пригрузка; 3 — снижение высоты насыпи; 4 — уположение откосов; 5 — свайная конструкция; 6 — частичная замена слабых грунтов; 7 — песчаные сваи-дрены; 8 — вертикальные дрены; 9 — насыпи из легких материалов; 10 — боковые пригрузочные призмы; 11 — распределительные плиты; 12 — предварительное осушение; 13 — дренажные прорези; 14 — несжимаемые сваи; 15 — увеличение высоты насыпи.

7.2.1.3 В тех случаях когда дополнительные мероприятия не обеспечивают устойчивость основания насыпи и ускорение его осадки в заданный срок строительства, допускается стадийный метод устройства покрытия.

7.2.1.4 Независимо от вида дополнительных мероприятий при определении расчетной высоты насыпи следует учитывать погружение ее подошвы на величину осадки.

7.2.1.5 Если дополнительными мероприятиями не предусмотрено внесение каких-либо изменений в ранее намеченные параметры насыпи, то крутизну откосов и водоотводные канавы принимают по нормам проектирования в обычных условиях.

7.2.1.6 При выборе конструктивно-технологических решений, предусматривающих применение переувлажненных глинистых грунтов в уширенной части насыпи, необходимо реализовать комплекс мер, обеспечивающих возможность просушки такого грунта либо в карьере, либо непосредственно в теле насыпи с использованием различных технологических решений.

7.2.1.7 Независимо от наличия и вида мероприятий, направленных на повышение устойчивости, стабильности и прочности, при определении толщины насыпи, возведенной на слабом грунте, следует учитывать погружение ее подошвы, т.е. осадку. Схема конструкции земляного полотна, возведенного на поверхности слабой толщи, показана на рисунке 10.

B — ширина насыпи поверху; hнач — высота насыпи; h — толщина насыпи с учетом ее осадки; H — мощность слабой толщи; hо — осадка насыпи

Рисунок 10 — Типовая схема земляного полотна, возведенного на поверхности слабой толщи

7.2.1.8 Для уширяемых частей реконструируемых насыпей, сооружаемых на слабых грунтах, следует, как правило, применять дренирующие грунты. Недренирующие грунты допускается использовать для дорог с облегченными, переходными и низшими типами покрытий при условии обеспечения устойчивости и прочности конструкции.

7.2.1.9 К числу обязательных, требующих первоочередного решения при уширении насыпей, устраиваемых на слабых грунтах и обводненных территориях, относятся меры по осушению и подготовке полосы отвода.

7.2.1.10 К числу таких мер относятся:

• обеспечение водоотвода;
• засыпка грунтом, выравнивание, уплотнение и профилирование с уклоном от насыпи участков полосы отвода, на которой должно устраиваться уширение;
• при невозможности водоотвода отжатие грунтом воды от полосы отвода, на которой планируется устройство уширения на ширину, обеспечивающую устройство уширения насыпи с уположением откосов или с бермами, предотвращающими доступ воды к основной несущей части земляного полотна.

Примеры таких конструктивно-технологических решений приведены на рисунке 11.

А — уширение с частичной засыпкой значительно заниженной обводненной полосы отвода и устройством бермы; Б — то же, с полной засыпкой незначительно заниженной полосы отвода и устройством водоотводной канавы; 1 — уширение из просушенного в карьере глинистого грунта; 2 — тело насыпи существующей дороги; 3 — выравнивающий слой на заниженной полосе отвода; 4 — берма; 5 — водоотводная канава; 6 — обводненная зона полосы отвода после реализации мероприятий

Рисунок 11 — Уширение насыпи на слабом основании с обводненной полосой отвода

7.2.2 Особенности конструктивных и технологических мероприятий, связанных с выполнением подготовительных работ

7.2.2.1 Одним из основных организационно-технологических решений, направленных на применение местных переувлажненных глинистых грунтов при уширении существующего земляного полотна, является снижение влажности таких грунтов просушиванием.

7.2.2.2 Снижение влажности глинистых грунтов может быть достигнуто различными способами: естественного испарения; термической обработки; интенсивного виброуплотнения; а также физико-химическим связыванием части свободной воды инертными или активными добавками; путем отжатия свободной поровой воды под действием гидравлического градиента в процессе консолидации насыпи или ее основания [6].

7.2.2.3 Снижение влажности грунтов механическими воздействиями требует значительных энергетических затрат.

Способы уплотнения грунтов повышенной влажности глубинным вибрированием, вибровакуумированием, гидровиброуплотнением эффективны лишь для песчаных грунтов с содержанием глинистых частиц не более 3% — 5%.

7.2.2.4 Термическое высушивание также требует высоких энергозатрат.

7.2.2.5 Наиболее экономически эффективным является естественное просушивание грунта, в результате которого происходит испарение части свободной воды, заполняющей поры грунта. В результате влажность грунта может быть снижена до допустимых пределов, что обеспечивает возможность технологического применения глинистых грунтов. Естественное просушивание возможно только в сухую погоду.

7.2.2.6 Необходимым условием естественного просушивания грунта в слое толщиной h является наличие отрицательного водного баланса, который определяется по формуле

W_{\text{н}} \pm \Delta W \leq W_{\text{тр}}, (24)

где Wн — начальная влажность грунта из резерва или выемки;

Wтр — требуемая влажность грунта после просушивания;

\Delta W — изменение влажности грунта за время его просушивания

\Delta W = W_{\text{ос}} - W_{\text{исп}};

Wос — приращение влажности от атмосферных осадков;

Wисп — снижение влажности вследствие испарения.

Примечание - Влажность выражается в долях единицы.

Изменение влажности \Delta W в сутки для заданного периода времени определяют по формуле

\Delta W = \pm \frac{0,1Q(1 + W_{\text{н}})}{V\rho_{\text{н}}} T, (25)

где Q — масса поступившей (знак +) или испарившейся (знак -) воды, г;

T — время поступления или испарения воды, сут;

V — объем рассматриваемой части слоя грунта, см3;

\rho_{\text{н}} — плотность грунта при влажности Wн, г/см3.

7.2.2.7 При составлении проекта производства работ количество осадков в планируемый период выполнения земляных работ принимают по усредненным метеорологическим данным.

7.2.2.8 При использовании метода естественного просушивания в конструкции уширяемой части земляного полотна следует предусматривать устройство дренирующего слоя или капилляропрерывающей прослойки для предотвращения притока воды из основания, а также мероприятия, предупреждающие возможность дополнительного увлажнения земляного полотна от осадков и поверхностного стока воды.

7.2.2.9 При применении метода естественного просушивания грунта толщину технологических слоев при влажности более допустимой и время их просушивания до допустимой влажности ориентировочно можно принимать по таблице 5.

Таблица 5

Время просушивания грунта до допустимой влажности

7.2.2.10 При организации ежедневного перепахивания слоя грунта рыхлителем или плугом время просушивания сокращается в 1,5 раза, при выпадении осадков увеличивается. Если до начала дождя вся поверхность насыпи будет уплотнена и спрофилирована с уклоном 4% — 5%, коэффициент стока значительно возрастет и переувлажнению с разуплотнением подвергнется лишь верхний слой толщиной 5 — 10 см. В связи с чем необходимо при просушке грунта иметь постоянную информацию о погодных условиях.

7.2.2.11 При разработке супесей и легких пылеватых суглинков в карьерах и резервах, располагаемых ниже уровня грунтовых вод или в зоне капиллярного водонасыщения, рекомендуется способ естественного просушивания грунта в призмах. Для лучшего просушивания грунта летом и меньшей заносимости снегом зимой призмы грунта располагают большей стороной по направлению господствующих ветров. Откосы призм должны быть тщательно спланированы. Время просушивания грунта в призмах составляет 6 — 12 месяцев (включая зимний период года).

7.2.2.12 При устройстве земляного полотна из грунтов повышенной влажности для их осушения могут быть применены в качестве неактивных добавок топливные золы, шлаки, отходы горнорудной промышленности. При этом влажность добавок Wдоб должна быть меньше оптимальной влажности получаемой смеси Wопт с исходным грунтом влажностью Wпр.

Требуемое отношение массы сухих добавок к массе влажного грунта n определяют по формуле

n = \text{К}_{\text{с}} \frac{(W_{\text{опт}} - W_{\text{доб}})(W_{\text{пр}} + 1)}{(W_{\text{пр}} - W_{\text{опт}})(W_{\text{доб}} + 1)} , (26)

где Кс — коэффициент, учитывающий однородность смеси, равный для песков и легких супесей 1,1; для пылеватых и тяжелых супесей, легких суглинков — 1,3; тяжелых суглинков и глин — 1,5.

В случае дополнительного увлажнения смеси атмосферными осадками до ее укладки и уплотнения необходимо вносить соответствующую поправку на увеличение влажности (см. подпункт 7.2.2.7).

7.2.2.13 Осушение грунтов повышенной влажности сухими материалами возможно проводить двумя способами: смешением и распределением слоев. При первом способе вывоз грунта в насыпь ведется одновременно из двух источников (влажного и сухого) с соблюдением установленного соотношения в пересчете на объем в рыхлом виде. Смешение грунтов производится при распределении слоя бульдозером, перепахивании фрезой. Уплотнение слоя выполняют через 1 — 2 сут после распределения смеси.

Второй способ заключается в распределении грунта повышенной влажности и сухого грунта чередующимися слоями, суммарная масса которых устанавливается с помощью формулы (26), а толщина каждого слоя по данным опытной укатки — исходя из общих технологических требований. При тщательном выполнении планировки второй способ обеспечивает равномерность уплотнения.

Во всех случаях укладка новых слоев ведется по спланированной поверхности полностью уплотненного нижнего слоя, причем влажность его не должна превышать допустимую.

Пример конструктивно-технологического решения, предусматривающий применение просушенных переувлажненных глинистых грунтов в уширении насыпи, приведен на рисунке 12 Б.

А — уширение с устройством откосов с переменным заложением; Б — то же, с устройством уширения с применением переувлажненного глинистого грунта; 1 — уширяемая часть насыпи; 2 — насыпь существующей дороги; 3 — уположенный откос уширения; 4 — укрепление откоса георешеткой с засыпкой грунтом и посевом трав; 5 — дренирующие слои из песчаного грунта; 6 — слои из легкого суглинка повышенной влажности; 7 — слои из перемешанного легкого суглинка повышенной влажности с сухим песком; 8 — укрепление откоса геотекстилем с засыпкой растительным грунтом и засевом трав; 9 — дренирующие прослойки из геотекстиля

Рисунок 12 — Уширение насыпи на слабом основании

7.2.2.14 Наиболее интенсивное осушение грунта происходит при обработке его активными добавками (известью, цементом, золой уноса, гипсом, безводной кристаллической фосфорной кислотой и др.) и особенно негашеной известью.

7.2.2.15 Для осушения активными вяжущими пригодны пылеватые и легкие супеси, имеющие Кw в пределах от 1,0 до 1,5 — 1,7, а также тяжелые и пылеватые суглинки и глины с Кw, равными соответственно 1,6 и 1,4. При указанной влажности грунта для смешения можно применять землеройно-транспортные и смесительные машины.

7.2.2.16 Для обработки грунта повышенной влажности рекомендуется использовать молотую гидрофобизированную негашеную известь с содержанием CaO и MgO не менее 50% — 60% по ГОСТ 9179-2018. Перед употреблением следует проверять ее активность, особенно после длительного хранения (30 — 40 дней после помола). Негашеную известь с содержанием CaO и MgO менее 25% — 30% применять экономически нецелесообразно.

7.2.2.17 При осушении грунтов цементами наибольший эффект дают цементы с повышенным содержанием CaO. Использование цементов марок ниже 50 не допускается.

7.2.2.18 Грунты повышенной влажности можно обрабатывать также активными золами уноса сухого отбора, получаемыми при сгорании в котлах ТЭС различных видов твердого топлива (бурого и каменного угля, торфа, горючих сланцев) с удельной поверхностью не менее 1600 см2/г и количеством свободной окиси кальция не менее 8%.

7.2.2.19 Требуемое количество негашеной извести или золы уноса (в пересчете на чистые CaO и MgO), цемента (портландцемент марки 300) приведено в таблице 6.

Таблица 6

Требуемое количество активного вяжущего для осушения глинистого грунта

Примечание - При применении цементов низких марок рекомендуемое их количество должно быть увеличено в 1,1 — 1,3 раза.

7.2.2.20 Работы по осушению грунтов активными добавками допускается производить до наступления устойчивых отрицательных температур.

7.2.2.21 Прочностные показатели грунтов повышенной влажности, обработанных рекомендуемым количеством добавок, должны соответствовать аналогичным показателям грунтов оптимальной влажности и отвечать требованиям норм [10]. Слой из грунта, обработанного активными добавками, может заменять переходный слой из привозного грунта.

7.2.2.22 Работы по устройству уширенной части насыпей из грунта повышенной влажности, с обработкой его активными добавками, выполняют в следующем порядке:

• подготовка основания под насыпь;
• отсыпка слоя грунта и его разравнивание;
• рыхление грунта;
• распределение добавок;
• смешение грунта с добавками, разравнивание и профилирование смеси;
• уплотнение слоя.

7.2.2.23 Толщину отсыпаемого слоя грунта назначают исходя из возможной глубины проработки слоя существующими смесительными и уплотняющими машинами.

7.2.3 Методы частичного и полного удаления слабого грунта основания

7.2.3.1 Удаление верхней части слабой толщи с заполнением траншеи дренирующим грунтом дает комплексный эффект повышения прочности и ускорения достижения стабильности основания.

7.2.3.2 Частичное удаление слабого грунта основания при уширении насыпи применяется при условии, что такое конструктивно-технологическое решение было использовано при устройстве насыпи реконструируемой дороги. Пример конструктивно-технологического решения, представляющего частичное удаление слабого грунта, приведен на рисунке 13 А.

А — уширение с частичной заменой слабого основания; Б — то же, с устройством вертикальных свай-дрен; 1 — уширяемая часть насыпи из просушенного суглинка; 2 — частичная выторфовка под уширенной частью насыпи; 3 — частичная выторфовка под существующей насыпью; 4 — песчаные дрены под существующей насыпью; 5 — песчаные дрены под уширенной насыпью; 6 — насыпь существующей дороги; 7 — торфяное основание; 8 — дренажный слой из песчаного грунта; 9 — дренирующая прослойка из геотекстильного материала

Рисунок 13 — Уширение насыпи на слабом основании

7.2.3.3 Частичное удаление слабого грунта из основания под уширением насыпи целесообразно в следующих случаях:

• при необходимости жесткого ограничения отметки проезжей части, когда для соблюдения условия прочности требуется устройство массивной насыпи определенной толщины;
• если верхние слои слабой толщи имеют значительно меньшую прочность, чем нижние;
• для ускорения стабилизации осадки, если по каким-либо причинам нецелесообразно применение временной пригрузки или вертикального дренирования.

7.2.3.4 При расчете устойчивости следует учитывать заглубление подошвы насыпи относительно поверхности грунта.

Расчет глубины замены hзам, см, слабого грунта из условия ускорения осадки выполняют по формуле

h_{\text{зам}} = h(1 - \sqrt{\frac{t_{\text{тр}}}{t_{\text{расч}}}}), (27)

где h — полная толщина сжимаемого слоя, см;

tтр — требуемый срок достижения осадки допускаемой интенсивности, сут;

tрасч — расчетный срок достижения полной осадки без замены слабого грунта, сут.

7.2.3.5 Полное удаление слабого грунта основания при уширении насыпи применяется при условии, что такое конструктивно-технологическое решение было использовано при устройстве насыпи существующей дороги. Пример устройства уширения насыпи с применением полного удаления слабого грунта приведен на рисунке 14 Б.

А — уширение с устройством над уширенной частью насыпи пригруза; Б — то же, с полной заменой грунта слабого основания; 1 — уширенная часть насыпи из просушенного в карьере суглинка; 2 — тело существующей насыпи; 3 — пригруз; 4 — армирующие прослойки; 5 — дренирующий слой; 6 — основание из слабого грунта; 7 — участок полной замены грунта слабого основания под уширением; 8 — участок полной замены грунта слабого основания под существующей насыпью

Рисунок 14 — Уширение насыпи на слабом основании с полным удалением слабого грунта и устройством временной пригрузки при реконструкции дороги категории II с переводом в категорию I

7.2.4 Метод временной пригрузки

7.2.4.1 Наиболее простым и достаточно эффективным методом ускорения осадки насыпей на основании I типа при реконструкции автомобильной дороги с переводом ее из категории II в категорию I является метод обжатия слабого слоя с помощью временной пригрузки. При увеличении давления на основание осадка заданной величины может быть достигнута за более короткий срок. Возможный вариант временной пригрузки показан на рисунке 14 А.

7.2.4.2 Толщину пригрузки в виде дополнительного слоя насыпи на всю ширину уширяемой части земляного полотна принимают 0,2 — 1,0 от проектной толщины насыпи в зависимости от несущей способности основания и требуемого срока ускорения осадки (обычно 1 — 2 м).

Уплотнение грунта в пригрузочном слое предусматривают только при необходимости обеспечения временного проезда. После окончания расчетного срока консолидации пригрузочный слой снимают и грунт перемещают на следующие участки дороги или используют в других элементах реконструируемой дороги в соответствии с проектом.

7.2.4.3 Требуемая величина временной пригрузки Pприг, кПа (т/м2), обеспечивающая возможность достижения реальным слоем заданной осадки за требуемое время tтр, сут, устанавливается по формуле

P_{\text{приг}} = \frac{\text{а}_{\lambda} + b_{\lambda}H_{\text{ф}}^{2}}{t_{\text{тр}}} + p_{\lambda} - P_{\text{расч}}, (28)

где b_{\lambda} и p_{\lambda} — консолидационные параметры, устанавливаемые в соответствии с рекомендациями [6];

Pрасч — расчетная (проектная) нагрузка насыпи на основание, кПа (т/м2);

Hф — расчетный путь фильтрации воды, отжимаемой из уплотняемого слоя, принимаемый равным фактической мощности слабой толщи (при ее одностороннем дренировании) или половине этой мощности (при двустороннем дренировании), м.

7.2.4.4 Толщина слоя временной пригрузки hприг, м, устанавливается по формуле

h_{\text{приг}} = \frac{P_{\text{приг}}}{\rho_{cp.\text{приг}}} , (29)

где \rho_{cp.\text{приг}} — средневзвешенная плотность грунта пригрузки, кН/м3 (т/м3).

7.2.4.5 Для обеспечения устойчивости основания необходимо соблюдать условие: суммарная величина проектной нагрузки и требуемой временной пригрузки не должна превышать величину безопасной нагрузки, которое рассчитывается по формуле

P_{\text{приг}} + P_{\text{расч}}<P_{\text{без}}^{\text{нач}}, (30)

где P_{\text{без}}^{\text{нач}} — безопасная нагрузка, вычисленная по условию быстрой отсыпки слоя временной пригрузки применительно к степени консолидации основания, достигнутой к моменту приложения временной пригрузки, МПа.

Условие сохранения устойчивости основания только путем ограничения режима отсыпки временной пригрузки обеспечивается при условии

P_{\text{без}}^{\text{нач}}<P_{\text{приг}} + P_{\text{расч}}<P_{\text{без}}^{\text{кон}}, (31)

где P_{\text{без}}^{\text{кон}} — безопасная нагрузка при медленной отсыпке слоя временной пригрузки, МПа.

При этом если P_{\text{расч}}<P_{\text{без}}^{\text{нач}} , то режим отсыпки самой насыпи не ограничивается, устанавливаются только время начала и режим отсыпки временной пригрузки. Если P_{\text{приг}} + P_{\text{расч}}>P_{\text{без}}^{\text{кон}} , то временная пригрузка может быть осуществлена лишь с принятием специальных конструктивных мер по обеспечению устойчивости основания (уположение откосов, устройство боковых берм, свай и т.д.).

7.2.5 Метод вертикального дренирования

7.2.5.1 Вертикальные дрены устраивают в слабых водонасыщенных грунтах с целью ускорения консолидации основания за счет сокращения пути фильтрации воды, отжимаемой из слабой толщи при консолидации. Вертикальные дрены способствуют ускорению уплотнения слабого грунта с соответствующим повышением его сопротивляемости сдвигу, поэтому их можно устраивать также в целях повышения устойчивости основания.

Возможный вариант уширения земляного полотна на слабом основании (торфе) с применением вертикальных дрен приведен на рисунке 13 Б.

7.2.5.2 Вертикальные дрены эффективны в водонасыщенных органических и минеральных сильносжимаемых грунтах мощностью не менее 4 м с коэффициентом фильтрации не менее 1 x 10-4 м/сут. Устраивать вертикальные дрены в плотных глинистых грунтах, а также в малоразложившемся неуплотненном слое торфа нецелесообразно.

Эффективность дрен повышается в случаях, когда дренируемая толща имеет более высокую горизонтальную проницаемость, например вследствие наличия прослоек дренирующего грунта.

7.2.5.3 Вертикальные дрены, как правило, следует совмещать с временной пригрузкой, обеспечивающей необходимый гидравлический градиент для полного сжатия заданной нагрузкой.

Толщина пригрузочного слоя (при обеспеченной устойчивости основания) в этом случае определяется требованием создания напора в поровой воде, величина которого по всей дренируемой толще в любой момент расчетного времени консолидации должна быть выше начального градиента фильтрации грунта. Она рассчитывается по формуле

h_{\text{приг}}>(0,5D\rho_{\text{в}}I_{0} - P_{\text{расч}}) \frac{1}{\rho_{\text{приг}}} , (32)

где D — эффективный диаметр дренирования (принимается равным расстоянию между дренами), м;

\rho_{\text{в}} — плотность воды в порах, кН/м3 (т/м3);

I0 — начальный градиент фильтрации грунта с учетом уплотнения весом насыпи (при отсутствии лабораторных данных принимают для торфа I0 = 2; для ила и глины I0 = 5);

\rho_{\text{приг}} — плотность грунта, используемого для пригрузки, кН/м3 (т/м3).

7.2.5.4 Вертикальные дрены выполняют в виде скважин, заполняемых песком. Диаметр скважин должен быть от 40 до 60 см с учетом технических параметров применяемого оборудования. Для заполнения вертикальных дрен применяют песок с коэффициентом фильтрации не менее 6 м/сут.

Эффективность вертикальных дрен значительно повышается при добавке к материалу заполнения 5% — 18% по массе извести. При применении вертикальных дрен насыпь или ее нижнюю часть толщиной не менее 50 см следует устраивать из дренирующих грунтов с коэффициентом фильтрации не менее 3 м/сут.

В зависимости от водопроницаемости грунта и требуемого срока стабилизации осадки расстояние между дренами изменяется от 2 до 4,5 м.

7.2.5.5 Предварительную оценку влияния дрен на срок стабилизации осадки можно провести по формуле

\frac{t_{0}}{t_{\text{др}}} = \frac{H_{\text{ф}}^{2}}{(\frac{l}{2})2} , (33)

где t0 и tдр — сроки стабилизации осадки для слабого слоя соответственно без дрен и с дренами, сут;

l — расстояние между дренами, м.

7.2.5.6 В особо сложных грунтово-геологических условиях, при высокой влажности и значительной глубине залегания слабых грунтов наиболее эффективным может быть метод устройства уширения насыпи на слабом основании с применением текстильно-песчаных свай [9].

7.2.5.7 Упрощенной разновидностью вертикального дренирования являются продольные дренажные прорези. Их устройство целесообразно при мощности слабого слоя до 4 м и возможности сохранения в слабом грунте вертикальных откосов в течение времени, необходимого для заполнения прорези дренирующим грунтом.

Расстояние между дренажными прорезями ориентировочно назначают в пределах 1,5 — 3 м и проверяют расчетом. Ширина прорезей назначается в зависимости от параметров рабочего органа применяемого оборудования и составляет обычно 0,6 — 1 м.

Для заполнения прорезей используют песок с коэффициентом фильтрации не менее 3 м/сут.

7.2.6 Метод предварительной консолидации

7.2.6.1 При наличии необходимого времени на реконструкцию насыпи наиболее простым и достаточно эффективным методом повышения устойчивости уширяемой части насыпи на слабом основании является метод постепенного загружения (предварительной консолидации).

Постепенное загружение применяется на основаниях II типа, а также на основаниях I типа при использовании временной пригрузки в случаях, когда устойчивость слабой толщи в природном состоянии недостаточна для восприятия прикладываемой нагрузки.

Принцип метода постепенного загружения заключается в назначении определенного режима возведения насыпи, соответствующего повышению прочности грунта слабого слоя при уплотнении его давлением насыпи. Требуемый режим возведения насыпи определяется исходя из условия Pфакт < Pбез, которое должно соблюдаться в любой момент сооружения насыпи.

При этом применение метода постепенного загружения будет тем эффективнее, чем интенсивнее упрочняется слабый грунт. В этом отношении наиболее благоприятными являются торфяные грунты.

Схема возможного уширения земляного полотна на слабом основании методом постепенного загружения приведена на рисунке 15.

1, 2, 3, 4 — слои уширения, обеспечивающие постепенное загружение слабого основания; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0 — линии осадки основания от постепенного загружения слоями уширения, соответственно первым, вторым, третьим, четвертым; 5 — насыпь существующей дороги; 6 — уширение насыпи; 7 — линия осадки основания под существующей насыпью

Рисунок 15 — Схема уширения насыпи на слабом основании методом постепенного загружения

7.2.6.2 Расчет режима постепенного загружения производят на основе учета взаимосвязи показателей влажности, прочности и осадки слабой толщи. При этом расчетную влажность толщи, %, соответствующую той или иной величине осадки St, устанавливают по формуле

W_{t} = W_{\text{нач}} - (1,57 \frac{S_{t}}{S_{\text{кон}}} - 0,57)(W_{\text{нач}} - W_{\text{кон}}), (34)

где Wнач и Wкон — соответственно начальная и конечная (т.е. эквивалентная заданной нагрузке) влажность грунта, %;

St — осадка за любой отрезок времени, м;

Sкон — расчетная (полная) осадка при данной нагрузке, м.

Примечание - Формула применима при St/Sкон >= 0,4.

7.2.6.3 Используя график реального режима отсыпки и построенные графики консолидации, строят график осадки во времени с учетом режима нагружения. График дает возможность получить искомую зависимость режима нагружения в зависимости от времени. Эту зависимость можно перестроить непосредственно в технологический график зависимости толщины насыпного слоя от времени.

При расчете методом предварительной консолидации ее величина определяется без детального учета вторичной консолидации.

7.2.6.4 При слоистой толще расчет осложняется, однако принцип сохраняется такой же. В этом случае необходимо учитывать то, что на разных этапах консолидации опасным может быть не один и тот же слой.

7.2.6.5 Для упрощения практических расчетов целесообразно выполнять их в обратном порядке: задавшись режимом нагружения, наиболее реальным для конкретных условий производства работ, проверяют возможность его осуществления, определив величины безопасной нагрузки на несколько моментов времени и сравнив их с фактической нагрузкой в эти моменты. Если безопасная нагрузка окажется в какой-либо момент меньше действующей, то необходимо изменить режим отсыпки и вновь выполнить проверку.

Величины ступеней нагружения следует принимать кратными толщинам слоев, принимаемым по условиям технологии послойного уплотнения насыпи.

7.2.7 Метод устройства боковых берм и уположения откосов

7.2.7.1 При наличии обводненной полосы отвода и отсутствии возможности обеспечения отвода воды на местности эффективным способом обеспечения устойчивости основания и уширяемой части насыпи является устройство берм и уположение откосов.

7.2.7.2 Для реализации таких мероприятий пригодны любые грунты за исключением переувлажненных. Ширина берм для удобства планировочных работ должна быть в пределах 3 — 4 м. Поверхность берм должна иметь поперечный уклон 20‰ - 30‰ .

При проектировании берм расчетом определяют их высоту и ширину.

Возможный вариант уширения земляного полотна на слабых основаниях с устройством бермы приведен на рисунке 11 А.

7.2.7.3 Эффективность устройства берм и уположенных откосов определяется предотвращением доступа воды из полосы отвода в тело насыпи и возможностью повышения безопасной нагрузки. При достаточно большой ширине берм и основания уположенных откосов их можно рассматривать как бесконечную боковую пригрузку, при наличии которой безопасная нагрузка, МПа, определяется по формуле

\text{Р}_{\text{без}} = \frac{\text{с} + 0,1\rho z_{\text{оп}}tg\varphi}{\beta_{\text{оп}}} + \text{Р}_{\text{б}}, (35)

где c — сцепление слабого грунта, кПа (т/м2);

\rho — плотность грунта, кН/м3 (т/м3);

\varphi — угол внутреннего трения грунта, град.;

\beta_{\text{оп}} — величина функции \beta , отвечающая самой опасной точке в основании, расположенной на горизонте zоп;

Pб — нагрузка от бермы, МПа.

Эффект применения берм можно рассматривать как снижение расчетной величины действующей нагрузки, МПа, рассчитанной по формуле

Pрасч = Pо — Pб. (36)

Требуемая толщина берм, м, определяется по формуле

h_{\text{пр}}^{\text{тр}} = \frac{\text{Р}_{\text{о}} - \text{Р}_{\text{без}}}{\rho_{\text{пр}}} , (37)

где Pо — проектная нагрузка на основание насыпи, кПа (т/м2);

Pбез — безопасная нагрузка для проектируемой насыпи без берм, кПа (т/м2);

\rho_{\text{пр}} — средневзвешенная плотность грунта бермы, кН/м3 (т/м3).

7.2.7.4 Толщина берм ограничивается условием обеспечения устойчивости основания под нагрузкой от самих берм. Допускаемая нагрузка от берм на основание ориентировочно может быть определена по формуле

P_{\text{доп}} = M_{\varphi}c, (38)

где M_{\varphi} — функция угла внутреннего трения грунта

M_{\varphi} = \frac{\pi}{tg\varphi(ctg\varphi - \frac{\pi}{2} + \pi)} . (39)

Максимальная толщина берм, м, определяется по формуле

h_{\text{б}}^{max} = M_{\varphi} \frac{c}{\rho_{\text{пр}}} . (40)

Необходимая ширина берм устанавливается из условия активного воздействия в точках и зонах, в которых напряженное состояние от веса самой насыпи оказывается наиболее опасным по условию нарушения прочности.

При мощности слабой толщи H > Hmax ширина бермы, м, должна быть не менее величины, установленной по формуле

l = b_{cp}[\frac{(1 + 0,8cos\alpha)}{0,6sin\alpha} - 1], (41)

где bср — полуширина проектной насыпи (без берм) по средней линии, м.

При H < Hmax ширина бермы должна быть не менее величины, установленной по формуле

l = \sqrt{b_{cp}^{2} + \frac{2b_{cp}H}{tg\alpha} - H^{2}} - b_{cp} + 1,3H. (42)

7.2.7.5 Достаточно эффективным решением, направленным на повышение устойчивости уширяемой части насыпи на слабом и обводненном основании, является устройство уположенных откосов и откосов с переменным заложением. Примеры таких конструктивно-технологических решений приведены на рисунках 12 А и 16 Б.

7.2.7.6 При незначительном обводнении отдельных зон полосы отвода к близкорасположенным карьерам может быть эффективным применение засыпки заниженных мест грунтом с устройством организованного отвода воды. Такое конструктивно-технологическое решение приведено на рисунке 16 Б.

А — устройство нижних слоев уширения в обоймах из геосинтетических материалов; Б — устройство насыпи с уположенными откосами с армированием слоев из глинистых грунтов геосинтетическим материалом; 1 — существующая насыпь; 2 — нижний слой насыпи из дренирующего грунта; 3 — просушенный в карьере глинистый грунт в обойме или полуобойме из геосинтетического материала; 4 — уширяемая часть насыпи; 5 — армирующие прослойки из геосинтетических материалов; 6 — укрепление откоса георешеткой с засевом трав; 7 — укрепление подтопляемых в весенний период откосов георешеткой, заполненной щебнем

Рисунок 16 — Уширение высокой насыпи на слабом основании из просушенных грунтов

7.2.8 Применение геосинтетических материалов при уширении насыпей на слабых основаниях

7.2.8.1 При реконструкции автомобильных дорог на участках залегания слабых грунтов прослойки из геотекстиля целесообразно укладывать для следующих целей:

• приближения сроков устройства покрытия за счет ускорения осадки уширяемой части насыпи и снижения ее неравномерности;
• повышения устойчивости уширенной части насыпи;
• улучшения условий отсыпки и уплотнения уширенной части насыпи;
• разделения слоев различных грунтов в теле уширенной части насыпи.

7.2.8.2 Прослойка из геотекстиля в дорожной конструкции выполняет роль:

• фильтра, препятствующего перемешиванию слоев несвязных и связных грунтов между собой при динамических воздействиях и задерживающего взвешенные в воде грунтовые частицы;
• дрены, способствующей отводу воды из окружающего грунта с малым коэффициентом фильтрации, снижению порового давления и повышению плотности и прочности грунта;
• армирующего элемента, перераспределяющего возникающие в грунтовом массиве напряжения и частично воспринимающего растягивающие напряжения.

7.2.8.3 При проектировании уширенной части дорожных конструкций с прослойками из геотекстиля необходимо учитывать, что они одновременно могут выполнять несколько функций. Так, прослойка в основании насыпи может быть применена как технологическая мера — для улучшения условий проезда построечного транспорта и уплотнения грунта в нижней части насыпи, одновременно выполнять роль дрены, способствующей ускорению осадки слабого грунта в основании насыпи, и армирующего элемента, повышающего устойчивость насыпи.

7.2.8.4 Сроки консолидации уширенной части насыпей могут быть ускорены с помощью прослойки из геотекстиля, предназначенной для:

• снижения порового давления в любом слое путем ускоренного отвода воды из основания;
• улучшения условий сброса отжатой из основания воды в поперечном направлении за пределами насыпи;
• перераспределения осадки по поперечному сечению насыпи с уменьшением ее по оси;
• снижения неравномерности осадок основания насыпи, связанной с переменной глубиной болота;
• вывода воды из тела насыпи, сооружаемой из переувлажненного грунта.

Одновременно с этим прослойка из геотекстиля может улучшать условия отсыпки и уплотнения насыпи.

Толщина прослойки из геотекстиля, используемой в качестве дрены, под расчетной нагрузкой от вышележащих слоев должна быть не меньше 2 мм. В большинстве случаев этому условию удовлетворяет геотекстиль толщиной в ненагруженном состоянии не менее 3,5 — 4 мм. Толщину геотекстиля под расчетной нагрузкой устанавливают предварительно путем его лабораторных испытаний на сжимаемость.

7.2.8.5 При использовании для ускорения осадки основания дренирующие прослойки из геотекстиля укладывают непосредственно на естественный слабый грунт на ширину подошвы уширяемой части насыпи с запасом по 0,5 м в каждую сторону. Полотна сшивают между собой либо укладывают внахлестку с перекрытием соседних полотен на величину b, см, определяемую по формуле

b = 15 + 0,2S, (43)

где S — расчетная осадка, см.

Конструкцию с дренирующей прослойкой из геотекстиля рекомендуется применять в случае, если уширяемая часть насыпи или ее нижняя часть отсыпаны из грунта с коэффициентом фильтрации менее 1 м/сут.

Прослойка из геотекстиля в этом случае может также выполнять роль фильтра, предотвращающего заиление песка в нижней части насыпи и обеспечивающего сохранение его фильтрационной способности на протяжении всего периода консолидации.

7.2.8.6 Армирующие прослойки в основании уширенной части насыпи повышают устойчивость последней за счет увеличения жесткости нижней части насыпи и соответствующего снижения напряжений в основании. Прослойки укладывают в одном или двух уровнях, причем нижнюю прослойку укладывают непосредственно на естественное основание, а вторую — на 50 — 100 см выше. В некоторых случаях обе прослойки объединяют в одну конструкцию — обойму, плотно охватывающую нижний слой насыпи. Различают замкнутую и разомкнутую обоймы. Разомкнутая обойма представляет собой однослойное армирование основания насыпи с усиленной анкеровкой полотен и двойным армированием откосных частей.

Варианты применения геотекстиля при армировании уширяемой части насыпи приведены на рисунках 12 Б и 16.

7.2.8.7 Конструкция уширяемой части насыпи с обоймой эффективна при условии тщательного выполнения — высококачественного уплотнения грунта и плотного прилегания геотекстиля к грунту. При устройстве обоймы необходимо обеспечить равнопрочность полотна в поперечном направлении по всей ширине обоймы, что может быть достигнуто при поперечной раскатке рулонов геотекстиля с соединением полотен сшивкой или склеиванием.

7.2.8.8 Армирующий эффект прослойки из геотекстиля, предназначенной для повышения устойчивости откосов, учитывается увеличением коэффициента запаса устойчивости Кз путем введения дополнительного удерживающего усилия, возникающего при перерезании прослойки геотекстиля поверхностью скольжения, по формуле

\text{К}_{\text{з}} = \frac{\sum \text{Р}_{\text{у}} + 100nP_{p}}{\sum \text{Т}_{\text{сдв}}} , (44)

где \sum P_{\text{у}} — удерживающие силы без учета прослойки, кПа (т/м2);

n — количество прослоек, перерезаемых поверхностью скольжения;

Pp — прочность полосы геотекстиля шириной 1 см, кПа (т/м2);

\sum \text{Т}_{\text{сдв}} — сдвигающие силы, кПа (т/м2).

Армирующий эффект прослойки проявляется только при защемлении ее в грунте (при исключении проскальзывания). Для этого полотно должно быть защемлено в грунте на длину l_{\text{з}} , м, определяемую из условия

l_{\text{з}} \geq \frac{\text{Р}_{\text{р}}}{2\rho_{\text{н}}h_{\text{н}}tg\varphi} , (45)

где \rho_{\text{н}} — плотность насыпного грунта, кН/м3 (т/м3);

hн — глубина заложения прослойки от верха насыпи, м;

\varphi — угол внутреннего трения насыпного грунта, град.

Если прослойка уложена на контакте двух видов грунта, то в расчет принимают полусумму их углов внутреннего трения.

При устройстве армирующих прослоек должны быть обеспечены сплошность и равнопрочность полотна на ширине дороги в пределах защемленной полосы, т.е. не должно быть ослабляющих прослойку стыков полотен.

7.2.8.9 Для повышения надежности работы поверхности откосов реконструированных насыпей и, соответственно, самих насыпей необходимо их надежное укрепление, предотвращающее возможность переувлажнения и размыва использованных при уширении просушенных (ранее переувлажненных) глинистых грунтов. Применение геоматериалов (геотекстиля, георешеток, геоматов) в сочетании с местными материалами (торфом, торфопесчаными смесями и т.д.) и засевом трав обеспечивает решение этой проблемы. Примеры комплексного укрепления откосов с использованием геоматериалов приведены на рисунках 12 А, 16 А, 17.

1 — объемная георешетка; 2 — стальной Т-образный анкер; 3 — геотекстиль; 4 — заполнитель ячеек (щебень размером зерен 20 — 40 мм); 5 — заполнитель ячеек (растительный грунт); 6 — грунт существующей насыпи; 7 — грунт уширения

Рисунок 17 — Укрепление откоса уширенной просушенным глинистым грунтом насыпи с использованием геосинтетических материалов

8 Технологические регламенты устройства земляного полотна при реконструкции автомобильных дорог на слабых грунтах

8.1 Технологическая последовательность работ при реконструкции земляного полотна с сохранением существующего земляного полотна на слабых грунтах

8.1.1 Основные виды работ при реконструкции автомобильной дороги на слабых грунтах с сохранением существующего земляного полотна следующие.

1 Подготовительные работы.

2 Устройство дренажной системы.

3 Реконструкция искусственных сооружений.

4 Возведение уширения насыпи.

Все виды перечисленных работ осуществляются при постоянном:

• контроле качества всех видов строительных работ при реконструкции дороги;
• наблюдении за деформациями уширения насыпи и ее основания;
• принятии решений по корректировке и технологии выполняемых работ в случае проявления недопустимой деформации насыпи и ее уширения.

8.1.2 Подготовительные работы включают:

• создание геодезической основы;
• расчистку и выравнивание полосы уширения;
• водоотведение и временное водопонижение;
• вынос инженерных сетей и коммуникаций;
• устройство временных автомобильных дорог и объездов;
• подготовку карьеров и резервов.

8.1.3 Возведение уширения с сохранением существующей насыпи на слабом основании включает:

• разбивку элементов дороги;
• подготовку основания насыпи;
• устройство уступов в откосах (или откосе) существующей насыпи;
• послойную отсыпку уширения с устройством уступов в откосах существующей насыпи;
• послойное уплотнение уширения;
• реализацию мер по обеспечению устойчивости и ускорению осадки слабого основания.

8.2 Технологические регламенты реконструкции земляного полотна с использованием существующего земляного полотна при использовании глинистых грунтов с влажностью выше допустимой

8.2.1 При возведении уширения насыпи необходимо соблюдать следующие правила и технологические регламенты:

• уступы следует устраивать в откосной части существующей части насыпи при высоте уширения более 2 м;
• нарезка уступов производится снизу откоса, высотой до 0,5 м, шириной до 1 — 2 м, с уклоном 50%;
• при высоте уширения менее 2 м достаточно рыхления грунта откоса существующей насыпи на глубину 0,2 — 0,25 м;
• уширение осуществляется послойно (слоями толщиной 50 — 70 см) с запасом на осадку;
• уплотнение слоев должно вестись на основе пробного уплотнения грунта, в процессе которого устанавливается режим укатки для достижения требуемого коэффициента уплотнения (толщина слоя, число проходов катка по одному следу).

8.2.2 При устройстве уширения необходимо соблюдать следующие требования к используемым грунтам:

• однородность грунта в отсыпаемых слоях уширения и в существующей насыпи;
• применяемые глинистые грунты должны быть просушены до требуемой влажности;
• нижняя часть насыпи должна отсыпаться из дренирующего грунта, толщина слоя которого назначается с таким расчетом, чтобы его поверхность превышала на 0,5 м дневную поверхность.

8.3 Технические и технологические особенности реконструкции земляного полотна

8.3.1 При уширении насыпи на величину меньше необходимой для прохода строительной техники следует увеличить либо ширину уступов, либо ширину уширения, чтобы колеса этой техники проходили не ближе 0,7 м от бровки слоя.

8.3.2 Уширение насыпи рекомендуется возводить с опережением (заделом), обеспечивающим устойчивость насыпи и достижение требуемой интенсивности осадки слабого основания.

8.3.3 При несоблюдении этих условий следует устраивать технологический перерыв между окончанием возведения уширения и устройством дорожной одежды, который устанавливается расчетом.

8.3.4 Время технологического перерыва рассчитывается из условия времени достижения допустимой интенсивности осадки 2 см/год для дорожных одежд капитального типа и 5 см/год для дорожных одежд переходного типа.

8.4 Постановка наблюдений за поведением дорожной конструкции

8.4.1 При возведении уширения насыпи на слабых грунтах и использовании глинистых грунтов с влажностью выше допустимой необходимы специальные наблюдения за деформациями уширения и его основания.

Основными задачами наблюдений является контроль:

• за просушиванием глинистого грунта;
• толщиной отсыпаемых слоев и режимом их отсыпки;
• величиной осадки и интенсивностью ее прохождения нестабильного слоя и слабого основания;
• деформациями уширения и нарушениями устойчивости откосов;
• деформациями слабого основания.

8.4.2 Наблюдения следует выполнять в процессе геотехнического мониторинга реконструкции автомобильной дороги. Примерная периодичность наблюдений: в процессе возведения уширения — ежедневно, после возведения уширения — в течение трех месяцев еженедельно, затем, до сдачи дороги в эксплуатацию, — два раза в месяц, далее в первый год эксплуатации — один раз в один-два месяца.

8.4.3 Контроль качества всех видов строительных работ и сдача объекта после реконструкции проводятся в соответствии с СП 45.13330.2017, рекомендациями [11].

9 Основные положения проведения геотехнического мониторинга реконструкции земляного полотна и его эксплуатации в первый год

9.1 Общие положения

9.1.1 Необходимость проведения мониторинга существующих и реконструируемых объектов прописана в Федеральном законе [1].

9.1.2 Применительно к реконструкции автомобильной дороги геотехнический мониторинг — это комплекс непрерывных наблюдений и контроля за состоянием и поведением сооружения и его основания, а также сравнение полученных показателей с критериальными для оценки надежности системы «сооружение — техногенное состояние», правильности проектных решений и разработки мер по их своевременному уточнению.

9.1.3 Основные задачи геотехнического мониторинга реконструкции земляного полотна на слабом основании и с применением переувлажненных глинистых грунтов приведены в таблице 7.

Таблица 7

Комплекс задач геотехнического мониторинга реконструкции земляного полотна на слабом основании и его эксплуатации в первый год

9.1.4 Все виды работ по геотехническому мониторингу следует проводить в сроки, согласованные со сроками выполнения работ по календарному плану и обязательно до момента стабилизации изменений контролируемых параметров, при отсутствии которой считается наличие превышения их величин более чем на величину точности оценки того или иного параметра.

9.1.5 При выполнении геотехнического мониторинга должны соблюдаться требования к охране окружающей среды и по технике безопасности работ, отмеченные в программе геотехнического мониторинга.

9.2 Состав геотехнического мониторинга реконструкции земляного полотна автомобильных дорог

9.2.1 Состав геотехнического мониторинга реконструкции земляного полотна в виде блок-схемы представлен на рисунке 18.

Рисунок 18 — Блок-схема геотехнического мониторинга реконструкции земляного полотна

9.2.2 Визуально-инструментальный блок включает системы:

• визуального обследования элементов конструкции уширения насыпи;
• инструментальных наблюдений за деформациями уширения;
• инструментальных наблюдений за деформациями грунтового основания;
• инструментальных наблюдений за деформацией в зоне стыка в уширении;
• определения состава, состояния и свойств грунтов в уширении и в основании.

9.2.3 Контрольный блок содержит комплекс работ по контролю:

• качества используемых грунтов, материалов и конструкции;
• режима отсыпки и уплотнения слоев уширения;
• качества строительства всех элементов уширения;
• сроков достижения допустимой интенсивности осадки слабого основания.

9.2.4 Аналитический блок включает системы:

• оценки визуального обследования конструкции уширения;
• оценки инструментального обследования всех элементов уширения;
• анализа и подготовки предложений по срочным мероприятиям, необходимость которых выявлена в процессе геотехнического мониторинга.

9.2.5 Проектно-конструкторский блок содержит комплекс работ:

\cdot по прогнозу, развитию выявленных недопустимых деформаций уширения и его основания;

\cdot назначению (при необходимости) дополнительных мероприятий в целях:

• предотвращения недопустимых деформаций уширения насыпи,
• исключения недопустимых деформаций основания уширения по величине и интенсивности,
• исключения недопустимых деформаций по неравномерности в зоне стыка уширения с существующим земляным полотном;

\cdot разработке предложений с целью наблюдения за осуществлением дополнительных мероприятий.

9.2.6 В указанных случаях геотехнический мониторинг состоит из комплекса наблюдений, показанных на рисунке 19.

             ┌──────────────────────────────────────────────┐
             │Виды наблюдений при выполнении геотехнического│
<pre class="legal-pre">         ┌───┤  мониторинга реконструкции земляного полотна ├──┐
         │   │              и его эксплуатации              │  │
         │   └──────────────────────────────────────────────┘  │
     ┌───┴────────┐                     ┌──────────────────────┴────┐
     │ Визуальные │                     │        Геодезические      │
     │ (выявление │<───────────────────>│  (замер осадок смещений,  │
     │  дефектов  │                     │    деформаций постоянно)  │
     │ постоянно) │                     │                           │
     └───┬────────┘                     └──────────────────────┬────┘</pre>
         └───────────────────────────┬─────────────────────────┘
         ┌────────────────┬──────────┴───────┬──────────────────┐
┌────────┴──────┐ ┌───────┴───────┐ ┌────────┴───────┐ ┌────────┴─────────┐
│Гидрологические│ │ Геофизические │ │Тензометрические│ │ Виброметрические │
<pre class="legal-pre">│   (по мере    │ │    (по мере   │ │   (по мере     │ │     (по мере     │
│необходимости) │ │необходимости) │ │необходимости)  │ │  необходимости)  │</pre>
└───────────────┘ └───────────────┘ └────────────────┘ └──────────────────┘

Рисунок 19 — Схема наблюдений за реконструкцией и в дальнейшем за эксплуатацией земляного полотна при осуществлении геотехнического мониторинга

9.2.7 Вышеперечисленные виды работ геотехнического мониторинга реконструкции земляного полотна должны быть отражены в проекте реконструкции дороги.

9.2.8 Организация геотехнического мониторинга выполняется по проекту, его проведение — по программе геотехнического мониторинга.

Все вышеперечисленные виды работ должны быть указаны в программе геотехнического мониторинга с учетом ГОСТ 33388-2015, ГОСТ 31937-2011 и рекомендаций [11, 12, 13].

Приложение А

ЧАСТНЫЕ КЛАССИФИКАЦИИ И СВОЙСТВА СЛАБЫХ ГРУНТОВ

Классификация и свойства различных слабых грунтов приведены в таблицах А.1 - А.8.

Таблица А.1

Значения показателей механических свойств торфяных грунтов

Примечания

1 В скобках даны средние значения модулей осадки, без скобок — максимальные.

2 мз — малозольный торф (потери при прокаливании >= 95%), сз — торф средней зольности (95% > П >= 80%).

3 Величины показателей механических свойств при промежуточных значениях влажности определяются интерполяцией.

Таблица А.2

Значения показателей механических свойств сапропелевых грунтов

Примечание - Величины показателей механических свойств при промежуточных значениях влажности определяются интерполяцией.

Таблица А.3

Значения показателей механических свойств болотного мергеля

Таблица А.4

Значения показателей механических свойств илов

Таблица А.5

Значения показателей механических свойств иольдиевых глин

Таблица А.6

Значения показателей механических свойств мокрых солончаков

Примечание - К супесчаному грунту относятся грунты при 1 <= Ip < 7, к суглинистому — при 7 <= Ip < 17; Ip — число пластичности.

Таблица А.7

Значения показателей механических свойств органоминеральных грунтов в зависимости от разновидности по коэффициенту консистенции

Примечание - Разновидности грунта соответствуют следующим значениям коэффициента консистенции: А — 0,5 — 075; Б — 0,75 — 1; В — 1 - 1,5; Г — 1,5 — 2.

Таблица А.8

Значения показателей механических свойств переувлажненных глинистых грунтов

Приложение Б

ТРЕБУЕМАЯ СТЕПЕНЬ УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТА ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

Таблица Б.1

Требуемая степень уплотнения грунта земляного полотна

Примечания

1 Большие значения коэффициента уплотнения грунта следует принимать при цементобетонных покрытиях и цементогрунтовых основаниях, а также при 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 в графах для II и III дорожно-климатических зон.

3 Для земляного полотна, сооружаемого в районах распространения островной высокотемпературной вечной мерзлоты, коэффициенты уплотнения следует принимать такими же, как для II дорожно-климатической зоны.

Приложение В

ДОПУСТИМАЯ МИНИМАЛЬНАЯ ТОЛЩИНА НАСЫПИ И ЕЕ УШИРЕНИЯ ДЛЯ ИСКЛЮЧЕНИЯ НЕДОПУСТИМЫХ УПРУГИХ КОЛЕБАНИЙ ДОРОЖНОЙ КОНСТРУКЦИИ

Таблица В.1

Минимальная высота насыпи на торфяных грунтах в зависимости от типа дорожной одежды

Приложение Г

ГРАФИКИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФУНКЦИИ \beta

а — при \varphi = 0^{\circ} ; б — при \varphi = 5^{\circ} ; в — при \varphi = 10^{\circ} ; г — при \varphi = 15^{\circ} ; д — при \varphi = 20^{\circ} ; е — при \varphi = 30^{\circ} ; 1 — при 2a/B = 10; 2 — при 2a/B = 3,0; 3 — при 2a/B = 1,0; 4 — при 2a/B = 0,6; 5 — при 2a/B = 0,2

Рисунок Г.1 — Графики для определения функции \beta

Приложение Д

ГРАФИК ЗАВИСИМОСТИ ПОКАЗАТЕЛЯ КОНСОЛИДАЦИИ ГРУНТА ОТ ЕГО ЧИСЛА ПЛАСТИЧНОСТИ И КОНСИСТЕНЦИИ

1 — текучая консистенция IL = 0,88; 2 — мягкопластичная консистенция IL = 0,62; 3 — тугопластичная консистенция IL = 0,37; 4 — полутвердая консистенция IL = 0,12; 5 — твердая консистенция IL = 0,08

Рисунок Д.1 — График зависимости показателя консолидации грунта от его числа пластичности и консистенции

Приложение Е

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ЦЕНТРА НАИБОЛЕЕ ОПАСНОЙ ПОВЕРХНОСТИ СКОЛЬЖЕНИЯ СПОСОБОМ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ПРИБЛИЖЕНИЯ

Е.1 Центр критической дуги скольжения, проходящей через подошву откоса насыпи, находят следующим образом.

Предварительно находят точку O1 пересечения двух прямых AO и CB. Прямую AO проводят под углом 25° к средней поверхности откоса (рисунок Е.1). Прямую CB проводят через бровку откоса и точку B, отстоящую от поверхности насыпи на глубину 2hнас и от подошвы откоса на расстоянии b 4,5hнас.

Рисунок Е.1 — Определение местоположения центра критической поверхности скольжения, проходящей через подошву откоса, способом последовательного приближения

В первом приближении точка O1 принимается за центр критической кривой скольжения. Проведя из этого центра кривую скольжения, определяют коэффициент запаса для полученного отсека. Далее на прямой CB выбирают еще несколько точек в качестве центров кривых скольжения на расстоянии примерно 0,25hнас друг от друга и повторяют эти расчеты до тех пор, пока не будет определено положение точки, отвечающей минимальному коэффициенту устойчивости.

Е.2 После нахождения на прямой CB центра наиболее опасной дуги скольжения, которой соответствует минимальный коэффициент запаса устойчивости, необходимо путем ряда аналогичных попыток найти центр наиболее опасной кривой скольжения по прямой DE вправо и влево от центра критической кривой, расположенного на прямой CB.

Е.3 Окончательно за расчетную принимают наиболее опасную кривую скольжения с центром на прямой DE, которой соответствует минимальный коэффициент запаса устойчивости.

Е.4 Центр критической кривой скольжения, проходящей через основание откоса, располагается в зоне между вертикалью и нормалью, проведенными из середины поверхности откоса средней крутизны (рисунок Е.2). Верхняя точка выхода кривой скольжения первоначально принимается на основе предшествующих расчетов, выполненных в пунктах Е.1 - Е.3.

Рисунок Е.2 — Определение местоположения центра критической поверхности скольжения, проходящей через основание откоса, способом последовательного приближения

Е.5 В первом приближении этот центр назначают на биссектрисе угла \delta на расстоянии hнас от точки M. На продолжении линии O1M через 0,25hнас откладывают центры для последующих этапов нахождения критической кривой скольжения. Через центр критической кривой скольжения, соответствующей наиболее опасной кривой скольжения, перпендикулярно проводят линию DE, где также через 0,25hнас откладывают центры возможных критических кривых скольжения для проверочных расчетов.

За расчетный принимают наименьший коэффициент запаса устойчивости, соответствующий критической кривой скольжения, проведенной из центра, расположенного на прямой DE.

БИБЛИОГРАФИЯ

Руководитель организации-разработчика ООО «ЦАДИ» Генеральный директор В. А. Кретов