Отраслевой дорожный методический документ ОДМ 218.4.4.002-2020 "Методические рекомендации по использованию существующих насыпей из слабых и обводненных грунтов при реконструкции автомобильных дорог" (рекомендован распоряжением Федерального дорожного агентства от 10 февраля 2021 г. N 449-р)

Отраслевой дорожный методический документ ОДМ 218.4.4.002-2020
"Методические рекомендации по использованию существующих насыпей из слабых и обводненных грунтов при реконструкции автомобильных дорог"
(рекомендован распоряжением Федерального дорожного агентства от 10 февраля 2021 г. N 449-р)

Предисловие

1 Разработан: Обществом с ограниченной ответственностью "Центром стратегических автодорожных исследований" (д.т.н. В.А. Кретов, к.т.н. И.В. Лейтланд, к.в.н. Г.Ф. Меркулов, инж. А.А. Белозеров) и Российским университетом транспорта (МИИТ) (д.т.н. Э.К. Кузахметова, к.т.н. Н.А. Лушников)

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

3 Принят и введен в действие на основании распоряжения Федерального дорожного агентства (Росавтодор) от 10.02.2021 г. N 449-р

4 Носит рекомендательный характер

5 Введен впервые

1 Область применения

1.1 Настоящий методический документ предназначен для использования при реконструкции автомобильных дорог, построенных на слабых грунтах и при уширения насыпей из местных глинистых переувлажненных грунтов.

1.2 Настоящий методический документ содержит рекомендации по расчету устойчивости и осадки дорожной конструкции, по выбору конструктивных и технологических решений при реконструкции автомобильных дорог в сложных условиях, основанных на требованиях Технического регламента "О безопасности зданий и сооружений", расчетах несущей способности слабых оснований и устойчивости насыпей под эксплуатационными нагрузками в соответствии с СП 34.13330.2012, СП 22.13330.2016 и Пособием к СНиП 2.05.02-85 [1].

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

2 Нормативные ссылки

В настоящем ОДМ использованы нормативные ссылки на следующие документы:

Федеральный закон от 08.11.2007 N 257-ФЗ "Об автомобильных дорогах и о дорожной деятельности в Российской Федерации и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации"

Федеральный закон от 30.12.2009 N 384-ФЗ "Технический регламент о безопасности зданий и сооружений"

ГОСТ 9179-2018 Известь строительная. Технические условия

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

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

ГОСТ 20276-2012 Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости

ГОСТ 20522-2012 Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний

ГОСТ 22733-2016 Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности

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

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

ГОСТ 32836-2014 Дороги автомобильные общего пользования. Изыскания автомобильных дорог. Общие требования

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 33100-2014 Дороги автомобильные общего пользования. Правила проектирования автомобильных дорог.

ГОСТ 33149-2014 Дороги автомобильные общего пользования. Правила проектирования автомобильных дорог в сложных условиях

ГОСТ 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

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

СП 22.13330.2016 Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*

СП 24.13330.2011 Свайные фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85

СП 34.13330.2012 Свод правил. Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 2.05.02-85*

СП 35.13330.2011 Мосты и трубы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.03-84*

СП 45.13330.2017 Земляные сооружения, основания и фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 3.02.01-87

СП 47.13330.2016 Свод правил. Инженерные изыскания для строительства. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 11-02-96

3 Термины и определения

В настоящем ОДМ 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 возникновение 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 .

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.

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 м 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 ввиду в данном документе): Прочностные и деформационные свойства грунтов в естественном и в уплотненном состоянии.

3.18 мокрые солончаки: Минеральные слабые грунты, характеризующийся 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 автомобильной дороги, либо влекущий за собой изменение границы полосы отвода автомобильной дороги.

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: Связные грунты, имеющие прочность на сдвиг в условиях природного залегания менее 0,075 МПа (при испытании прибором вращательного среза по ГОСТ 20276) или модуль осадки более 50 мм/м при нагрузке 0,25 МПа (модуль деформации ниже 5,0 МПа), определяемый по ГОСТ Р 54477.

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: Это 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 ОДМ 218.2.067-2016 [2]) 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 автодороги 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 использование 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 применительно к соответствующему 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 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 расчетными значениями физико-механических характеристик грунтов этих слоев, положением 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:

- на основе результатов инженерно-геологических обследований намечают расчетные участки и устанавливают расчетные параметры слабой толщи, с учётом характеристик слагающих ее грунтов;

- устанавливают параметры проектируемой автодороги, требуемую высоту насыпи на данном участке, руководствуясь условиями водно-теплового режима, снегозаносимости и исключения упругих колебаний;

- с учетом требуемой высоты наносят красную линию, 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;

- на основе технико-экономического сравнения определяют 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) или модулем осадки при нагрузке 0,25 МПа более 50 мм/м (модуль деформации ниже 5 МПа) по ГОСТ Р 54477. 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, [1]).

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 [1, 3].

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 следует относить к высокозольным (минерализованным). Значения показателей механических свойств торфяных грунтов ориентировочно можно установить по основным показателям их состава и состояния по таблице 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 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 сжатии (при компрессии). Коэффициент пористости составляет: для супесей и суглинков - >1; для глин - >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 сжатии.

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 их 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.

Таблица 1 - Общая классификация слабых грунтов

Группа по содержанию органических веществ	Вид по генетико-фациальным и петрографическим особенностям		Подвид по составу		Разновидность по состоянию
	Наименование	Определяющий признак	Наименование	Определяющий признак	Наименование	Определяющий признак
1	2	3	4	5	6	7
Органические (П>60%)	Торф малозольный		Волокнистый	Ф>75%	Сухой
			Маловолокнистый		Маловлажный	300 - 600%
	Торф средней зольности				Средней влажности	600 - 900%
	Торф высокозольный		Неволокнистый	Ф<60%	Избыточно влажный	1200 - 2500%
	Органосапропель	П>60%			Маловлажный
					Средней влажности	200 - 500%
					Очень влажный	500 - 1000%
					Избыточно влажный
Органо-минеральные	Органо-минеральный сапропель		-	-	Маловлажный
					Средней влажности	150 - 400%
					Очень влажный	400 - 900%
					Избыточно влажный
	Болотный мергель		-	-	Маловлажный
					Средней влажности	100 - 300%
					Очень влажный
	Торфянистые грунты		Супесь		А
	Сильно заторфованные		Суглинок		Б
					В
			Тощая глина		Г
	Заторфованный		Жирная глина	>27	Д
					Е
					Ж
Минеральные	Ил морской	-	-	-	А
	Ил озерный	-	-	-	Б
	Ил аллювиальный	Комплекс фациально-генетических и петрографических характеристик П<10	Супесь		В
	Мокрый солончак	-	Суглинок		Г
					Д
					Е
	Переувлажненный глинистый грунт	-	Глина		Ж
	Иольдиевая глина	-	-	-	А
					Б
					В
Примечания 1 Для отделения болотного мергеля от органо-минерального сапропеля необходимо определить содержание . 2 Наряду с указанным в гр. 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,%; Ф - степень волокнистости,%; - число пластичности; - природная влажность,%; - коэффициент консистенции; - относительная влажность; - влажность на границе текучести, %. 4 Степень волокнистости Ф вычисляется через степень разложения , определимую с помощью микроскопа по формуле: , %. При определении степени разложения весовым методом степень волокнистости следует устанавливать по формулам: при ; при . При определении используется сито 0,25 мм.

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 органики); подвид (по числу пластичности); разновидность (по показателю текучести). При этом целесообразно выделять три вида органоминеральных грунтов: торфянистый с содержанием органики от 60 до 30%; сильно заторфованный с содержанием органики от 30 до 20%; заторфованный с содержанием органики 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 , который определяется по формуле (1)

(1)

где - соответственно влажности природная, на границе раскатывания, 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 и уплотнения (СП 34.13330; [4]).

Коэффициент увлажнения рассчитывается по формуле (2)

(2)

где - фактическая влажность грунта, %; - оптимальная влажность по кривой стандартного уплотнения, %.

Коэффициент уплотнения рассчитывается по формуле (3)

, (3)

где - фактическая плотность сухого грунта, ; - максимальная плотность сухого грунта по кривой стандартного уплотнения, .

Оптимальная влажность и максимальная плотность сухого грунта определяются по ГОСТ 22733.

5.1.13 При использовании глинистых грунтов для возведения земляного полотна, их классифицируют (в соответствии с СП 34.13330) 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 грунты переувлажненные по различным классификациям. Применительно к грунтам слабого основания рассматриваются переувлажненные глинистые грунты естественного залегания, выделенные по показателю текучести (п. 5.1.11). Применительно к грунтам земляного полотна - грунты 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 грунта - в приложении Б.

Таблица 2 - Допустимый коэффициент увлажнения грунта

Грунт	Допустимый коэффициент увлажнения грунта при требуемом коэффициенте уплотнения
	более 1	1 - 0,98	0,95	0,9
Песок пылеватый, супесь легкая крупная	1,3	1,35	1,60	1,6
Супесь легкая и пылеватая	1,2	1,25	1,35	1,6
Супесь тяжелая пылеватая, суглинок легкий и легкий пылеватый	1,1	1,15	1,30	1,5
Суглинок тяжелый и тяжелый пылеватый, глина	1,0	1,05	1,20	1,3
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 1,3 , супесей пылеватых и суглинков легких - 1,2 , других связных грунтов - 1,1 ( - оптимальная влажность грунта).

В тех случаях, когда при проектировании и строительстве земляного полотна насыпей применяют индивидуальные решения, то согласно [11], допустимую влажность используемого в насыпи 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 (4)

, (4)

где - соответственно влажности природная и 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 дороги предопределена необходимостью учета особенностей, обусловленных состоянием существующей дороги, придорожной полосы и проходящих по ней коммуникациям.

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

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:

- при анализе исполнительной документации выявить отклонения от проектных решений, допускавшиеся в процессе строительства земляного полотна (при наличии), способные оказать влияние на работоспособность конструкции;

- при анализе результатов диагностики автодороги осуществить оценку изменения состояния автодороги во времени, в том числе земляного полотна, устроенного на слабом основании, и применявшихся ремонтных мероприятий;

- при визуальном обследовании устанавливить факторы, оказывающие влияние на принятие проектных решений, в т.ч. состояние: земляного полотна существующей автодороги 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, сжимаемость и скорость уплотнения грунта и 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) лабораторных работ не выполняют; на втором лабораторные исследования ограничиваются определением показателей состава и состояния грунтов в полевой (нестационарной) лаборатории; на третьем выполняют испытания в стационарной лаборатории для определения показателей механических свойств грунтов.

При пересечении существующей дорогой участков основания сложенных из слабых грунтов снимаются планы масштабом 1:2000 с сечением рельефа через 0,25 м - 0,5 м, продольные и поперечные профили через 100 м и выполняется 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 и рекомендациями, изложенными в [1, 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 5 - 7 скважин. Между ними поперечники считаются промежуточными и на них допустимо проходить по 3 скважины. Бурение рекомендуется 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 3 проб из каждого характерного слоя. Отбор, упаковку, транспортирование и хранение образцов грунта следует осуществлять в соответствии с требованиями ГОСТ 12071.

Если обследуемая слабая толща имеет незначительную мощность или экономически нецелесообразно использование механических буровых станков, то рекомендуется закладывать шурфы на всех характерных местах рельефа. Их рекомендованное количество - не менее 5 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 расстояния между выработками рекомендуется 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 или 50 м.

5.2.8 Монолиты рекомендуется отбирать с таким расчетом, чтобы их состав и состояние в возможно большей степени отвечали расчетным значениям влажности и плотности для выделенных расчетных слоев. Из каждого расчетного слоя рекомендуется 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 под уширением составляется расчетная модель (расчетная схема) насыпи и ее уширения на слабом основании (см. раздел 6).

После анализа имеющихся данных с учетом расчетной схемы насыпи назначаются геотехнические изыскания с целью получения недостающей информации для расчета конструкции уширения и мероприятий 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) и дополнительной информации по состоянию грунтов в основании и условий их работы, рекомендуется проводить расчеты конструкции, изложенные в разделе 6.

К условием 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 грунтов в условиях природного залегания грунтов 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, включающего:

- план участка с изолиниями мощности слабой толщи;

- план участка с изолиниями грунтовых карьеров;

- результаты лабораторных испытаний грунтов слабой толщи и грунтов, предназначенных для устройства уширения земляного полотна;

- пояснительную записку, включающую:

- 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, сведения о 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 указаны 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.

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

При меньших значениях толщины насыпи и ее уширения следует проводить динамический расчет в соответствии с методикой, изложенной в [1, 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;

- на основе результатов инженерно-геологических изысканий, проектируют продольный и поперечный профили реконструируемой насыпи с учетом уширения и грунтового основания под ним;

- на продольном профиле наносят 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 для ускорения осадки слабого основания (при необходимости);

- проводят технико-экономическое обоснование для 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.

6.1.7 Ширина уширения определяется в соответствии с нормами перевода дороги в более высокую категорию в по СП 34.13330, высота - рабочей отметкой продольного профиля реконструируемой дороги.

Геометрические параметры земляного полотна приведены в таблице 3.

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, 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.

а) двустороннее симметричное; б) 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

Таблица 3 - Ширина земляного полотна в зависимости от категории дороги

Категория дороги	IА	IБ	IВ	II	III	IV
Ширина земляного полотна	28,5 и более	27,5 и более	22,5 и более	15 и более	12	10

6.1.10 Определение показателей деформационных и прочностных свойств слабых грунтов следует проводить по методикам, изложенных в нормативных и нормативно-методических документах: ГОСТ Р 54477, ГОСТ 12248, ГОСТ Р 54476, [1, 3].

6.1.11 Расчеты устойчивости и осадки дорожной конструкции проводятся 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 с учетом 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 в [1, 3].

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

1. ширина конструкции уширения меньше проекции откоса существующей насыпи на подошву;

2. ширина конструкции уширения больше проекции откоса существующей насыпи на ее подошву.

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

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

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

6.2.1 При реконструкции автомобильных дорог IV, III и II технических категорий 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.

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

а) двустороннее симметричное; б) 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; , - мощность расчетных слоев слабого основания; , - глубина расположения середины расчетного слоя от подошвы насыпи; В" - ширина реконструированной насыпи поверху, В - ширина существующей насыпи; 2b" - ширина подошвы реконструированной насыпи; 2b - ширина подошвы существующей насыпи; а" - проекция откоса уширения

Рисунок 4 - Расчётная схема для определения нагрузки на слабую толщу от насыпи при реконструкции автомобильных дорог IV и III технических категорий

6.2.3 Порядок расчета устойчивости слабого основания сводится к следующему:

1) определяют расчетную нагрузка от веса грунта реконструируемой насыпи по формуле (5)

(5)

где - средневзвешенная плотность грунта насыпи ; - высота насыпи по оси с учетом существующей осадки (см. рисунок 4), см.

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

При высоте насыпи менее 3 м дополнительно должна учитываться нагрузка от воздействия транспорта путем условного увеличения высоты насыпи, рассчитанной по методике [4].

2) рассчитывают безопасную нагрузку по формуле (6)

, (6)

где - удельное сцепление слабого грунта в основании под существующей насыпью, МПа; - угол внутреннего трения, то же, град.; - плотность грунта слабой толщи, ; z - глубина расположения середины расчетного слоя в основании насыпи, см; - плотность (удельный вес) грунта расчетного слоя, ; - коэффициент, величина которого определяется по графикам, приведенным в приложении Г в соответствии с расчетной схемой на рисунке 4.

Значения показателей механических свойств слабых грунтов основания определяют по результатам опытов с полной консолидацией образцов или инженерно-геологических изысканий реконструкции дороги под существующей насыпью.

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

4) Условия устойчивости оцениваются для наиболее опасного горизонта в слабом основании, на котором действует наибольшая расчетная нагрузка, а грунт обладает минимальными прочностными свойствами, по формуле (7)

, (7)

где - безопасная нагрузка на основание, МПа; - нагрузка от веса реконструируемой насыпи, МПа.

5) При - устойчивость основания реконструируемой насыпи обеспечена.

При - устойчивость основания не обеспечена. Для обеспечения устойчивости насыпи необходимо назначить дополнительные конструктивно-технологические мероприятия.

6.2.4 Обязательным условием обеспечения устойчивости реконструируемой насыпи является проверочный расчёт 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 рассчитывается в пределах активной зоны сжатия при уплотнении под нагрузкой от веса грунта уширения и от транспорта методом послойного суммирования по формуле (8)

, (8)

где - модуль осадки грунта основания, определенный по компрессионной кривой образца, с горизонта , соответствующий расчетной нагрузке , мм/м; n - число расчетных слоев; - мощность расчетного слоя, м.

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

2) Для условий двухмерного сжатия - при соотношении , в качестве характеристики сжимаемости используется штамповый модуль, который определяется по результатам компрессионных испытаний, и рассчитывается конечная осадка по формуле (9).

, (9)

где Р - нагрузка от веса грунта реконструируемой насыпи, МПа; Н - мощность сжимаемой толщи, см; - средневзвешенный штамповый модуль деформации слабого основания, МПа, который определяется по формуле (10)

(10)

где и - мощность и штамповый модуль деформации i-го слоя.

Штамповый модуль деформации грунта слабого слоя рассчитывается по формуле (11)

, (11)

где - модуль деформации, определенный по результатам компрессионных испытаний по ГОСТ Р 54477, МПа; - коэффициент бокового расширения грунта (коэффициент Пуассона): супесь - 0,30; суглинок - 0,35; глина - 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 , построенной по результатам испытаний образцов грунта, в соответствии с ГОСТ Р 54477, определяют время достижения консолидации образца .

2) Ход осадки реального слоя слабого основания во времени определяют по формуле (12)

(12)

где - значение, принимаемое по результатам лабораторных испытаний образцов высотой под нагрузкой , мин; - путь фильтрации воды из образца, см: при одностороннем дренировании ; при двустороннем - ; - 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 .

4) По полученной кривой определяют интенсивность осадки на период времени, соответствующий началу устройства дорожной одежды по формуле (13)

(13)

где - отрезок прямолинейного участка кривой консолидации, где время достижения соответствует началу устройства дорожной одежды, см;

H - мощность слабой толщи, см;

- период времени, за который произошло изменение осадки от до , годы.

ГАРАНТ:

Нумерация подпунктов приводится в соответствии с источником

4) Полученное значение интенсивности осадки слабого основания на заданный период времени сравнивают с требуемой величиной на время начала устройства дорожной одежды.

За завершение интенсивной части осадки допускается принимать момент достижения интенсивности осадки не более 2,0 см/год при дорожных одеждах капитального типа и интенсивности осадки не более 5,0 см/год при дорожных одеждах облегченного типа.

Если , 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 [2].

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

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

В случае если предусмотрено увеличении 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.

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 нагрузка от веса грунта уширения по формуле (14)

(14)

где - средневзвешенная плотность грунта уширения ; - высота уширения насыпи по оси (см. рисунок 5), см.

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

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; - мощность слоев слабого основания; - глубина расположения середины расчетного слоя от подошвы насыпи; В - ширина насыпи; В" - ширина уширения поверху; 2b" - ширина подошвы уширения с учетом "условной" формы уширения; а'' - проекция откоса уширения

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

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 в природном состоянии в основании конструкции уширения.

Безопасная нагрузка уширения рассчитывается по формуле (15)

, (15)

где - сцепление слабого грунта в природном состоянии (под уширением), МПа; - угол внутреннего трения, то же, град.; - плотность грунта, ; z - глубина от подошвы уширения до середины расчетного слоя в основании уширения, см; - плотность (удельный вес) грунта расчетного слоя, ; - коэффициент, величина которого определяется по графикам, приведенным в приложении Г в соответствии с расчетной схемой на рисунке 5.

3) Из величин , рассчитанных по формуле (15) для нескольких расчетных слоев, устанавливают минимальное значение 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 (16)

, (16)

где: - минимальная безопасная нагрузка на слабое основание уширения, МПа; - расчетная нагрузка от веса уширения, МПа.

5) Устойчивость основания уширения обеспечена при .

В случае, если , для обеспечения устойчивости уширения насыпи, необходимо повторить расчет при условии медленной отсыпки уширения.

6.3.5 Медленную отсыпку, при которой в расчет принимается 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 (17)

, (17)

где - сцепление слабого уплотненного грунта под нагрузкой отсыпанных слоев, МПа; - угол внутреннего трения, то же, град.; - плотность грунта, ; z - глубина горизонта середины расчетного слоя основания уширения, см; - 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 определять указанные показатели по результатам инженерно-геологических изысканий реконструкции дороги под существующей насыпью.

6.3.7 Если при расчете при условии медленной отсыпки уширения , 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 [3].

Методики укрепления слабого основания методом глубинного смешивания различными растворами и способами изложены в [5], текстильно-песчаными сваями в [6].

6.3.9 Порядок расчета осадки слабого грунта основания от веса грунта уширения и от транспорта принимают по п. 6.2.6. Применительно к данному случаю:

P - нагрузка от веса грунта уширения, МПа; - штамповый модуль слабого грунта основания уширения, МПа.

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

6.3.15 Окончательное инженерное решение по конструкции уширения и дополнительным мероприятиям принимается по результатам технико-экономического обоснования [2].

6.3.16 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 пункте 5.9.

6.4.4 Условие общей устойчивости откосов земляного полотна определяется по формуле (18)

, (18)

где - расчетный коэффициент общей устойчивости откосов земляного полотна; - нормативный коэффициент устойчивости, определяемый по формуле (19)

, (19)

где - коэффициент запаса эксплуатационной надежности сооружения, принимаемый по уровню ответственности сооружения (ГОСТ 27751): , при повышенном (I) уровне ответственности; - при нормальном уровне ответственности (II); - коэффициент сочетания нагрузок ; - коэффициент перегрузки ; - коэффициент условий работы, принимаемый равным .

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 расчетных 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 основание;

- гидрогеологические данные;

- расчетные временные нагрузки.

6.4.6 Расчеты устойчивости основания насыпей, в соответствии с СП 34.13330, 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.

Рисунок 6 - Положение круглоцилиндрической поверхности скольжения по отношению к откосу а) через подошву откоса; б) глубже подошвы откоса

6.4.8 Для случая расчета устойчивости откоса насыпи на слабом основании координаты центра вращения (О) и величина радиуса (R) определяются так, чтобы отразить в расчете наиболее невыгодное положение центра (О) для определения наименьшего из возможных для данного откоса значения коэффициента запаса устойчивости . 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 [7]. Алгоритм определения положения центра наиболее опасной поверхности скольжения способом последовательного приближения приведен в приложении Е.

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

1) Определяют центр опасной поверхности скольжения () 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 транспорта (рисунок 7).

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

3) Расчетный коэффициент запаса устойчивости откоса по схеме обрушения откоса по круглоцилиндрической поверхности скольжения рассчитывают по формуле (20)

, (20)

где - момент удерживающих сил выделенного отсека в откосе, кН; - момент сдвигающих сил, кН.

4) Расчетный отсек обрушения разбивают на отдельные блоки шириной от 2 м 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 (см. рисунок 8):

- силу , приложенную в центре тяжести блока, равную собственному весу блока и эквивалентной транспортной нагрузке;

- реакцию грунта на поверхности скольжения, которая состоит из силы трения
, прямо пропорциональной нормальному давлению, и силы сцепления ,

где - угол внутреннего трения грунта блока в отсеке обрушения, включая его часть в слабом основании, град;

- удельное сцепление грунта в пределах отрезка поверхности скольжения для данного блока, МПа;

- длина отрезка дуги скольжения в пределах данного блока, м;

- нормальная составляющая веса блока ;

- угол наклона поверхности скольжения i-го блока к горизонту, град;

- сдвигающую силу:

Рисунок 8 - Действующие на блок грунта силы

ГАРАНТ:

Нумерация подпунктов приводится в соответствии с источником

5) Определяют удерживающий и сдвигающий моменты в отсеке обрушения откоса соответственно по формулам (21) и (22)

, (21)

(22)

6) Определяют коэффициент устойчивости откоса для принятой поверхности скольжения по формуле (20)

7) Расчет повторяют при нескольких положениях центра вращения и определяют минимальный расчетный коэффициент запаса из всех возможных значений.

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

В этом случае применяют дополнительные конструктивно-технические решения по усилению основания откосов и откосной части уширения. Расчет устойчивости откосов в этих случаях проводят по методикам, изложенным в специальных нормативно-методических документах [5, 6, 9].

ГАРАНТ:

Нумерация пунктов приводится в соответствии с источником

6.4.8 Величина эквивалентной нагрузки от транспортных средств назначается в соответствии с положениями ГОСТ Р 52748.

При расчетах устойчивости откоса временная нагрузка от транспортных средств приводится к эквивалентному слою грунта земляного полотна толщиной , по формуле (23)

(23)

где K - класс нагрузки, который для расчетов земляного полотна автомобильных дорог всех категорий принимается равным 8,3 кН; С - ширина колеи нормативной нагрузки, равная 2,7 м; D - база нормативной нагрузки, равная 3,6 м.

Расчетная нагрузка от веса слоя грунта 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 автодорог на слабых основаниях, рекомендуется комплекс организационных, конструктивных и технологических решений (Рисунок 9).

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

а) подготовку полосы отвода для уширения земляного полотна, в т.ч. 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 двухстороннем расположении коммуникаций возможны варианты: двухстороннего симметричного (см. рисунок 9 (Б)); двухстороннего несимметричного уширения (см. рисунок 9 (В)) (в зависимости от местоположения коммуникаций);

3) двухстороннее или одностороннее уширение (в зависимости от состояния полосы отвода) со следующими 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 (см.рисунок 9 (Г-1));

- при значительном застое воды на полосе уширения - отжатие воды (в поперечном или продольном направлении) путем отсыпки грунта и устройства берм (см.рисунок 9 (Г-2)): общее выравнивание и профилирование полосы отвода с приданием уклона от уширяемой насыпи.

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 автотранспорта при реконструкции существующей автодороги, которые могут быть организованы путем:

1) устройства временной объездной дороги с переходным типом покрытия;

2) реализации комплекса мер, позволяющих обеспечить поочередный пропуск автотранспорта по разным половинам реконструируемой автодороги;

3) организации реверсивного движения по проезжей части реконструируемой автодороги.

г) организацию опережающей реконструкции имеющихся искусственных сооружений;

А - при наличии в полосе отвода факторов, позволяющих произвести только одностороннее уширение (без дополнительных затрат). Б - при имеющейся в полосе отвода возможности 2х стороннего симметричного уширения насыпи (без дополнительных затрат); В - при наличии в полосе отвода факторов позволяющих произвести 2х стороннее несимметричное уширение (без дополнительных затрат); Г - 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:

- вариант Г-1 (при незначительном обводнении) засыпку заниженных мест обводнения грунтом и устройство водоотводных канав;

- вариант Г-2 (при значительном обводнении) отжатие воды грунтом от насыпи, на ширину необходимую для устройства уширения, с последующим устройством на подготовленном основании уширения насыпи с бермой.

где: 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.

д) перенос коммуникаций или реализация 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 автодорог;

- грунтово-геологических и гидрогеологических условий зоны, в которых выполняется реконструкция автодороги;

- необходимости обеспечения надежности работы критических зон реконструированной дороги (стык существующей и вновь устраиваемой части насыпи; рабочая зона полотна под дорожной одеждой; сопряжения земляного полотна с обводненной местностью и т.д.);

- применения эффективных дорожно-строительных материалов;

- ограниченных сроков выполнения работ по реконструкции автодорог;

- 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 автодорог, в т.ч.:

- 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

Назначение конструктивно-технологических решений	Определяющий результат		Рекомендуемые решения
			Технологические	Конструктивные
Повышение устойчивости основания	- Уменьшение нагрузки		-	3; 9; 14
	- Улучшение напряженного состояния		-	4; 10; 5; 11
	- Увеличение сопротивляемости сдвигу грунта основания		1	5; 7
Ускорение достижения допустимой интенсивности осадки	Уменьшение конечной осадки
	- Уменьшение нагрузки		-	3; 9; 14
	- Улучшение напряженно-деформированного состояния		1	5; 11
	- Уменьшение мощности сжимаемой толщи в активной зоне		-	6
	- Уменьшение сжимаемости грунта		12	7; 8; 13
	- Ускорение процесса консолидации		2	-
	- Увеличение уплотняющей нагрузки
	- Улучшение условий удаления поровой воды		-	6; 7; 8; 13
Уменьшение влияния динамического воздействия от транспортной нагрузки	Снижение напряжений от транспортной нагрузки		-	11; 15
	Повышение динамической устойчивости основания насыпи		-	5; 6; 7
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 внесения каких-либо изменений в ранее намеченные параметры насыпи, то крутизну откосов и водоотводные канавы принимаются 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.

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.

В - ширина насыпи поверху; - высота насыпи; h - толщины насыпи с учетом ее осадки; Н - мощность слабой толщи

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

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 для устройства на ней таких уширений.

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.

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 обработкой; интенсивным виброуплотнением; 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 [4].

А - с частичной засыпкой значительно заниженной обводненной полосы отвода и устройством бермы; Б - 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

7.2.2.3 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 (21)

ГАРАНТ:

Нумерация формул приводится в соответствии с источником

, (21)

где - начальная влажность грунта из резерва или выемки;

- требуемая влажность грунта после просушивания;

- изменение влажности грунта за время его просушивания, ;

- приращение влажности от атмосферных осадков;

- снижение влажности вследствие испарения.

Влажность выражается в долях единицы.

Изменение влажности в сутки для заданного периода времени определяют по формуле (22)

, (22)

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

Т - время поступления или испарения воды, сут.;

V - объем рассматриваемой части слоя грунта, ;

- плотность грунта при влажности , .

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 использовании метода естественного просушивания грунта толщину технологических слоев при влажности более допустимой и время их просушивания до допустимой влажности ориентировочно можно принимать по таблице 6.

ГАРАНТ:

По-видимому, в тексте предыдущего абзаца допущена опечатка. Вместо слов "по таблице 6" следует читать "по таблице 5"

Таблица 5 - Время просушивания грунта до допустимой влажности

Вид грунта	Толщина рыхлого слоя h (см)	Время просушивания грунта при температуре воздуха 15 - 20°С и влажности 60 - 80% (сут.)
Супеси легкие	35	2
Супесь пылеватая, суглинок легкий	30	3
Супесь тяжелая пылеватая, суглинок легкий пылеватый, суглинок тяжелый, глина песчаная	23	5
Суглинок тяжелый пылеватый, глина пылеватая	17	7

7.2.2.10 При организации ежедневного перепахивания слоя грунта рыхлителем или плугом время просушивания сокращается в 1,5 раза, при выпадении осадков оно соответственно увеличивается. Если до начала дождя вся поверхность насыпи будет уплотнена и спрофилирована с уклонами (4-5%), коэффициент стока значительно возрастет и переувлажнению с разуплотнением подвергнется лишь верхний слой толщиной 5 - 10 см.

В связи с чем рекомендуется 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 должна быть меньше оптимальной влажности получаемой смеси с исходным грунтом влажностью .

Требуемое отношение массы сухих добавок к массе влажного грунта n определяют по формуле (23)

, (23)

где - 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. п. 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 вывозка 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 суток после распределения смеси.

Второй способ заключается в распределении грунта повышенной влажности и сухого грунта чередующимися слоями, суммарная масса которых устанавливается с помощью формулы (23), 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 приведены на рисунке 12 Б.

А - с устройством откосов с переменным заложением; Б - 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 геотектстиля.

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 осушении активными вяжущими пригодны пылеватые и легкие супеси, имеющие в пределах от единицы до 1,7 - 1,5, а также тяжелые и пылеватые суглинки и глины с , 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 применять 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 МgO менее 25 - 30% применять экономически нецелесообразно.

7.2.2.17 При осушении грунтов цементами наибольший эффект дают цементы с повышенным содержанием CaO. Применение цементов марок ниже 50 рекомендуется.

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 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

Грунт	Количество извести в пересчете на чистый CaO и MgO, %				Количество портландцемента марки 300, %
	Коэффициент переувлажнения
	1,2	1,4	1,6	1,8	1,2	1,4	1,6	1,8
Пылеватые супеси и пески (с коэффициентом фильтрации менее 0,1 м/сут.)	-	0,5	1,0	2,0	-	1,5	1,5	2,5
Суглинки легкие	-	0,5	1,5	-	0,5	1,5	3,0	-
Суглинки тяжелые и пылеватые	0,5	1,5	3,0	-	1,0	3,0	5,0	-
Глины песчанистые и пылеватые	1,5	2,5	-	-	3,0	5,0	-	-
Примечание - При применении цементов низких марок рекомендуемое количество их должно быть соответственно 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 [8]. 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 разравнивание его;

- 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 Применение частичного удаления 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.

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

- необходимости жесткого ограничения отметки проезжей части, когда соблюдение условия прочности требует устройства 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 необходимо учитывать заглубление подошвы насыпи относительно поверхности грунта.

Расчет глубины замены слабого грунта из условия ускорения осадки выполняют по формуле (24)

А - с частичной заменой слабого основания; Б - с устройсвом 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

, (24)

где H - полная толщина сжимаемого слоя; - требуемый срок достижения осадки допускаемой интенсивности; - расчетный срок достижения полной осадки без замены слабого грунта.

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).

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 автодорог из II технической категории в I техническую категорию 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 Пригрузку в виде дополнительного слоя насыпи на всю ширину уширяемой части земляного полотна толщиной пригрузочного слоя принимают 0,2 - 1 от проектной толщины насыпи в зависимости от несущей способности основания и требуемого срока ускорения осадки (обычно 1 - 2 м).

А - с устройством над уширенной частью насыпи пригруза; Б - 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 с устройством временной пригрузки при реконструкции дороги II технической категории в I техническую категорию

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 , обеспечивающая возможность достижения реальным слоем заданной осадки за требуемое время , устанавливается по формуле (25)

, (25)

где и - консолидационные параметры, устанавливаемые в соответствии [4]; - расчетная (проектная) нагрузка насыпи на основание, МПа.

7.2.4.4 Толщина слоя временной пригрузки устанавливается по формуле (26)

(26)

где - средневзвешенный удельный вес грунта пригрузки.

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, рассчитываемое по формуле (27)

(27)

где - 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 (28)

, (28)

где - безопасная нагрузка при медленной отсыпке слоя временной пригрузки, МПа.

При этом, если , то режим отсыпки самой насыпи не ограничивается, устанавливаются только время начала и режим отсыпки временной пригрузки. Если , 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 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.

Толщину 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 рассчитываеют по формуле (29)

, (29)

где D - эффективный диаметр дренирования (принимается равным расстоянию между дренами), см; - удельный вес воды в порах, ; - начальный градиент фильтрации грунта с учетом уплотнения весом насыпи (при отсутствии лабораторных данных принимают для торфа ; для ила и глины ); - нагрузка на основание от насыпи проектного сечения, МПа; - удельный вес грунта, используемого для пригрузки, .

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 м до 4,5 м.

7.2.5.5 Предварительную оценку влияния дрен на срок стабилизации осадки можно провести по формуле (30)

, (30)

где и - сроки стабилизации осадки для слабого слоя соответственно без дрен и с дренами, сут.; - расчетный путь фильтрации воды, отжимаемой из уплотняемого слоя при отсутствии дрен, принимаемый равным фактической мощности слабой толщи (при ее одностороннем дренировании) или половине этой мощности (при двухстороннем дренировании), м; 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, в соответствии [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 повышения прочности грунта слабого слоя при уплотнении его давлением насыпи. Требуемый режим возведения насыпи определяется исходя из условия , 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.

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 , устанавливают по формуле (31)

, (31)

где и - соответственно начальная и конечная (т.е. эквивалентная заданной нагрузке) влажность грунта, %; - осадка за любой отрезок времени, м; - расчетная (полная) осадка при данной нагрузке, м.

Примечание - Формула применима при .

1, 2, 3, 4 - слои уширения, обеспечивающие постепенное загружение слабого основания; 1.0, 2.0, 3.0, 4.0 - линия осадки основания от постепенного загружения слоями уширения, соответственно - 1-м, 2-м, 3-м, 4-м; 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

7.2.6.3 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 ее 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 устройство 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 определяется по формуле (32)

, (32)

где с - сцепление слабого грунта, МПа; - удельный вес грунта, ; - угол внутреннего трения грунта, град.; - величина функции , отвечающая самой опасной точке в основании, расположенной на горизонте - нагрузка от бермы, МПа.

Эффект применения берм можно рассматривать как снижение расчетной величины действующей нагрузки , рассчитанной по формуле (33)

, (33)

Требуемая толщина берм определяется по формуле (34)

, (34)

где - проектная нагрузка на основание насыпи, МПа; - безопасная нагрузка для проектируемой насыпи без берм, МПа; - средневзвешенный удельный вес грунта берм.

Толщина берм ограничивается условием обеспечения устойчивости основания под нагрузкой от самих берм. Допускаемая нагрузка от берм на основание ориентировочно может быть определена по формуле (35)

, (35)

где с - сцепление грунта, МПа;

- функция угла внутреннего трения грунта, определяемая по формуле (36)

, (36)

Максимальная толщина берм определяется по формуле (37)

, (37)

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 ширина бермы должна быть не менее величины, установленной по формуле (38)

, (38)

При ширина бермы должна быть не менее величины, установленной по формуле (39)

, (39)

где - полуширина проектной насыпи (без берм) по средней линии.

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 рисунке 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 11 (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 геотехнических 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;

- уменьшения 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 удовлетворяют геотекстиль толщиной в ненагруженном состоянии не менее 3,5 - 4 мм. Толщину геотекстиля под расчетной нагрузкой устанавливают предварительно путем лабораторных испытаний геотекстиля 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, определяемую по формуле (40)

, (40)

где S - расчетная осадка, см.

Конструкцию с дренирующей прослойкой из геотекстиля рекомендуется применять в случае, если уширяемая часть насыпь 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.

При использовании прослойки из геотекстиля для ускорения и снижения неравномерности осадки основания расчетную степень консолидации основания , при достижении которой разрешается устраивать покрытие, можно снизить на величину понижающего коэффициента по сравнению с требуемой нормами величиной в соответствии с условием

, (41)

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 приведен 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 путем введения дополнительного удерживающего усилия, возникающего при перерезании прослойки геотекстиля поверхностью скольжения, по формуле (42)

, (42)

где - удерживающие силы без учета прослойки; n - количество прослоек, перерезаемых поверхностью скольжения; - прочность 1 см ширины полосы геотекстиля; - сдвигающие силы.

Армирующий эффект прослойки проявляется только при защемлении ее в грунте (при исключении проскальзывания). Для этого полотно должно быть защемлено в грунте на длину , определяемую из условия

, (43)

где - удельный вес насыпного грунта, ; - глубина заложения прослойки от верха насыпи, см; - 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.

7.2.8.8 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 применение геоматериалов приведены на рисунках 12-А, 16-А, 17.

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

8.1 Технологическая последовательность работ по 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. Реконструкцию 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;

1 - объемная георешетка; 2 - стальной Т-образный анкер; 3 - геотекстиль; 4 - заполнитель ячеек (щебень фр. 20-40); 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

8.1.2. Подготовительные работы включают:

- создание геодезической основы и разбивку от реконструируемой дороги;

- расчистку и выравнивание полосы уширения;

- водоотведение и временное водопонижение;

- вынос инженерных сетей и коммуникаций;

- устройство временных автодорог 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 возводится послойно (слоями 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 метра 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 либо увеличить ширину уступов, либо увеличить ширину уширения, чтобы колеса техники проходили не ближе 0,7 м от бровки слоя.

8.3.2 Уширение насыпи следует возводить с опережением (заделом) обеспечивающим устойчивость насыпи и достижении требуемой интенсивности осадки слабого основания.

8.3.3 При несоблюдении этих условий следует обеспечить 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;

- контроль за толщиной отсыпаемых слоев и режимом их отсыпки;

- контроль за величиной осадки и интенсивностью ее прохождения нестабильного слоя и слабого основания;

- контроль за деформациями уширения и нарушениями устойчивости откосов;

- контроль за 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 - три месяца еженедельно, затем, до сдачи дороги в эксплуатацию - 2 раза в месяц, далее в первый год эксплуатации - раз в 1 -2 месяца.

8.4.3. Контроль качества всех видов строительных работ и сдача объекта после реконструкции проводится в соответствии с СП 45.13330.2017, [10, 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 прописаны в Федеральном законе N 384 "Технический регламент о безопасности зданий и сооружений" [12].

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 8.

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. Отсутствием стабилизации изменений контролируемых параметров считается превышение их величин более, чем на величину точности оценки того или иного параметра.

9.1.5 Подход к геотехническому мониторингу предопределяется проектными решениями. При этом могут быть учтены рекомендательные документы [2, 6, 13].

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

Таблица 7 - Комплекс задач геотехнического мониторинга реконструкции земельного полотна на слабом основании и его эксплуатации в первый год

Геотехнический мониторинг при реконструкции земляного полотна на слабых основаниях		Геотехнический мониторинг при реконструкции земляного полотна с использованием в уширении переувлажненных глинистых грунтов
1	Контроль за соблюдением технологий и качеством строительства уширения насыпи.	1	Контроль качества просушивания переувлажненных глинистых грунтов
2	Контроль за деформациями возводимого уширения	2	Контроль технологии устройства уширения из переувлажненных глинистых грунтов
3	Контроль за соблюдением технологий устройства конструкций обеспечивающих устойчивость и ускорение осадки слабого основания	3	Контроль за технологиями устройства специальных конструкций обеспечивающих надежность работы уширения из высушенных переувлажненных грунтов
4	Контроль за деформациями в зоне сопряжения существующей насыпи и уширения.	4	Контроль за деформациями в зоне сопряжения существующей насыпи и уширения.
5	Контроль за состоянием существующей насыпи	5	Прогнозирование и предупреждение появления недопустимых деформаций
Геотехнический мониторинг реконструированной насыпи в процессе ее эксплуатации в первый год		Геотехнический мониторинг реконструированной насыпи в процессе ее эксплуатации в первый год
1	Контроль за состоянием грунтов в существующей насыпи, уширении и слабом основании	1	Контроль за состоянием грунтов уширения
2	Контроль за величиной, равномерностью и интенсивностью деформаций уширения и слабого основания	2	Контроль за состоянием конструкций обеспечивающих устойчивость и ускорение осадки слабого основания
3	Контроль за состоянием конструкций обеспечивающих устойчивость и ускорение осадки слабого основания	3	Контроль за величиной, равномерностью и интенсивностью деформаций уширения и слабого основания
4	Прогнозирование и предупреждение появления недопустимых деформаций	4	Прогнозирование и предупреждение появления недопустимых деформаций

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 включает комплекс работ по контролю:

- контроль качества используемых грунтов, материалов и конструкции;

- контроль режима отсыпки и уплотнения слоев уширения;

- контроль качества строительства всех элементов уширения;

- контроль 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 включает комплекс работ по:

а) прогнозу, развития выявленных недопустимых деформаций уширения и его основания;

б) 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;

в) разработке предложений по наблюдениям за осуществлением дополнительных мероприятий.

9.2.6 В указанных случаях геотехнический мониторинг включает в себя комплекс наблюдений, показанных на рисунке 19.

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

9.2.7 Выше перечисленные 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.

Все выше перечисленные виды работ должны быть указаны в программе геотехнического мониторинга с учетом ГОСТ 33388, ГОСТ Р 31937 и рекомендательных документов [14, 15, 16, 17].

Библиография

[1] Пособием по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах (к СНиП 2.05.02-85)
[2] ОДМ 218.2.067-2016	Методические рекомендации по выбору рациональных конструкций земляного полотна на слабых основаниях и их технико-экономическому обоснованию
[3] Пособие по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах. - М., Информавтодор. 2004
[4] Методические рекомендации по разработке выемок в глинистых грунтах влажностью выше оптимальной и использованию этих грунтов для возведения насыпей автомобильных дорог во II и III дорожно-климатических зонах. М., Союздорнии, 1988
[5] ОДМ 218.2.063-2015	Рекомендации по применению технологии глубинного смешивания для укрепления слабых грунтов оснований земляного полотна
[6] ОДМ 218.2.054-2015	Рекомендации по применению текстильно-песчаных свай при строительстве автомобильных дорог на слабых грунтах основания
[7] Предложения по расчету устойчивости откосов высоких насыпей и глубоких выемок". М, Союздорнии, 1966
[8] ОДН 218.046-01	Проектирование нежестких дорожных одежд
[9] ОДМ 218.5.003-2010	Рекомендации по применению геосинтетических материалов при строительстве и ремонте автомобильных дорог
[10] ОДМ 218.4.002-2008	Руководство по проведению мониторинга состояния эксплуатируемых мостовых сооружений
[11] ОДМ 218.4.031-2016	Рекомендации по организации и проведению ведомственного контроля (мониторинга) качества при выполнении дорожных работ на автомобильных дорогах общего пользования федерального значения
[12] Федеральный закон N 384	Технический регламент и безопасность зданий и сооружений
[13] ОДМ 218.2.026-2012	Методические рекомендации по расчету и проектированию свайно-анкерных сооружений инженерной защиты автомобильных дорог
[14] ОДМ 218.4.002-2008	Руководство по проведению мониторинга состояния эксплуатируемых мостовых сооружений
[15] ОДМ 218.2.091-2017	Геотехнический мониторинг сооружений инженерной защиты автомобильных дорог
[16] ОДМ 218.3.008-2011	Рекомендации по мониторингу и обследованию подпорных стен и удерживающих сооружений на оползневых участках автомобильных дорог
[17] ОДМ 218.3.075-2016	Рекомендации по контролю качества выполнения дорожно-строительных работ методом георадиолокации

Руководитель организации разработчика ООО "Центр стратегических автодорожных Исследований" (ООО "ЦАДИ") Генеральный директор, д.т.н.

В.А. Кретов