Отраслевой дорожный методический документ ОДМ 218.3.1.007-2022 "Методические рекомендации по устройству виброуплотняемых свай из неорганических сыпучих материалов в основании земляного полотна автомобильных дорог" (рекомендован распоряжением Федерального дорожного агентства от 30 декабря 2022 г. N 4542-р)

1 Область применения

Настоящий отраслевой дорожный методический документ распространяется на проектирование, строительство, реконструкцию, капитальный ремонт автомобильных дорог всех категорий в различных дорожно-климатических зонах и содержит положения по применению виброуплотняемых свай из неорганических сыпучих материалов в сложных инженерно-геологических условиях распространения специфических грунтов.

Настоящий методический документ содержит рекомендации по инженерно-геологическим изысканиям, проектированию, технологии строительства и к выбору материалов виброуплотняемых свай.

Рекомендации направлены на обеспечение безопасности автомобильных дорог за счёт повышения несущей способности основания и устойчивости земляного полотна.

Настоящие рекомендации не распространяются на строительство в условиях распространения вечномерзлых грунтов.

Вопросы сейсмического воздействия и их учет в настоящем методическом документе не рассматриваются.

2 Нормативные ссылки

В настоящем отраслевом дорожном методическом документе использованы нормативные ссылки на следующие документы:

ГОСТ 12.1.004-91. Межгосударственный стандарт. Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность. Общие требования

ГОСТ 12.1.046-2014. Межгосударственный стандарт. Система стандартов безопасности труда. Строительство. Нормы освещения строительных площадок

ГОСТ 17.4.3.02-85 (СТ СЭВ 4471-84). Государственный стандарт Союза ССР. Охрана природы. Почвы. Требования к охране плодородного слоя почвы при производстве земляных работ

ГОСТ 17.5.3.05-84. Государственный стандарт Союза ССР. Охрана природы. Рекультивация земель. Общие требования к землеванию

ГОСТ 5180-2015. Межгосударственный стандарт. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик

ГОСТ 8267-93. Межгосударственный стандарт. Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия

ГОСТ 8736-2014. Межгосударственный стандарт. Песок для строительных работ. Технические условия

ГОСТ 12248.1-2020. Межгосударственный стандарт. Грунты. Определение характеристик прочности методом одноплоскостного среза

ГОСТ 12248.4-2020. Межгосударственный стандарт. Грунты. Определение характеристик деформируемости методом компрессионного сжатия

ГОСТ 19912-2012. Межгосударственный стандарт. Грунты. Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием

ГОСТ 20276.1-2020. Межгосударственный стандарт. Грунты. Метод испытания штампом

ГОСТ 23735-2014. Межгосударственный стандарт. Смеси песчано-гравийные для строительных работ. Технические условия

ГОСТ 25100-2020. Межгосударственный стандарт. Грунты. Классификация

ГОСТ 25584-2016. Межгосударственный стандарт. Грунты. Методы лабораторного определения коэффициента фильтрации

ГОСТ 31357-2007. Межгосударственный стандарт. Смеси сухие строительные на цементном вяжущем. Общие технические условия

ГОСТ 32703-2014. Межгосударственный стандарт. Дороги автомобильные общего пользования. Щебень и гравий из горных пород. Технические требования

ГОСТ 32730-2014. Межгосударственный стандарт. Дороги автомобильные общего пользования. Песок дробленый. Технические требования

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

ГОСТ 32824-2014. Межгосударственный стандарт. Дороги автомобильные общего пользования. Песок природный. Технические требования

ГОСТ 32826-2014. Межгосударственный стандарт. Дороги автомобильные общего пользования. Щебень и песок шлаковые. Технические требования

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

ГОСТ 32847-2014. Межгосударственный стандарт. Дороги автомобильные общего пользования. Требования к проведению экологических изысканий

ГОСТ 32867-2014. Межгосударственный стандарт. Дороги автомобильные общего пользования. Организация строительства. Общие требования

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

ГОСТ 32869-2014. Межгосударственный стандарт. Дороги автомобильные общего пользования. Требования к проведению топографо-геодезических изысканий

ГОСТ 32960-2014. Межгосударственный стандарт. Дороги автомобильные общего пользования. Нормативные нагрузки, расчетные схемы нагружения

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

ГОСТ 33177-2014. Межгосударственный стандарт. Дороги автомобильные общего пользования. Требования к проведению инженерно-гидрологических изысканий

ГОСТ Р 54476-2011. Национальный стандарт Российской Федерации. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик сопротивляемости сдвигу грунтов в дорожном строительстве

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

ГОСТ Р 58326-2018. Национальный стандарт Российской Федерации. Грунты. Метод лабораторного определения параметров переуплотнения

ГОСТ Р 58350-2019. Национальный стандарт Российской Федерации. Дороги автомобильные общего пользования. Технические средства организации дорожного движения в местах производства работ. Технические требования. Правила применения

ГОСТ Р 58397-2019. Национальный стандарт Российской Федерации. Дороги автомобильные общего пользования. Правила производства работ. Оценка соответствия

ГОСТ Р 58770-2019. Национальный стандарт Российской Федерации. Дороги автомобильные общего пользования. Смеси щебеночно-песчаные шлаковые. Технические условия

ГОСТ Р 58770-2019. Национальный стандарт Российской Федерации. Дороги автомобильные общего пользования. Смеси щебеночно-песчаные шлаковые. Технические условия

ГОСТ Р 59205-2021. Национальный стандарт Российской Федерации. Дороги автомобильные общего пользования. Охрана окружающей среды. Технические требования

СП 11-102-97. Инженерно-экологические изыскания для строительства

СП 11-103-97 Инженерно-гидрометеорологисекие изыскания для строительства

СП 11-104-97 Инженерно-геодезические изыскания для строительства

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

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

СП 24.13330.2021. Свод правил. Свайные фундаменты. СНиП 2.02.03-85

СП 34.13330.2021. Свод правил. Автомобильные дороги. СНиП 2.05.02-85*

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

СП 448.1325800.2019. Свод правил. Инженерные изыскания для строительства в районах распространения просадочных грунтов. Общие требования

СП 449.1325800.2019. Свод правил. Инженерные изыскания для строительства в районах распространения набухающих грунтов. Общие требования

Примечание - При пользовании настоящим документом целесообразно проверить действия ссылочных стандартов и сводов правил - на официальном сайте национального органа Российской Федерации по стандартизации в сети Интернет или ежегодно издаваемому информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Действие сводов правил можно проверить в Федеральном информационном фонде технических регламентов и стандартов. Если ссылочный документ заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться замененным (измененным) документом. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем отраслевом дорожном методическом документе применяются следующие термины с соответствующими определениями:

3.1

слабый грунт: Связный грунт, имеющий прочность на сдвиг в условиях природного залегания менее 0,075 МПа (при испытании прибором вращательного среза) или модуль осадки более 50 мм/м при нагрузке 0,25 МПа (модуль деформации ниже 5,0 МПа). [ГОСТ 33149 - 2014 пункт 3.35]

3.2

специфические грунты: Грунты, изменяющие свою структуру и свойства в результате замачивания, динамических нагрузок и других внешних воздействий, обладающие неоднородностью и анизотропией, склонные к длительным изменениям структуры и свойств во времени. [ГОСТ 33149 - 2014 пункт 3.36]

3.3

просадочный грунт: Грунт, который под действием внешней нагрузки и/или собственного веса при замачивании водой имеет относительную деформацию просадочности . [ГОСТ 25100-2020 пункт 3.33]

3.4 виброуплотняемые сваи из неорганических сыпучих материалов (ВСНСМ): Вертикальные конструкции из сваеобразующего материала, устраиваемые в специфических грунтах путем вытеснения грунта вибропогружением и последующим виброуплотнением.

3.5 сваеобразующий материал (СМ): Неорганические сыпучие материалы (щебень, гравий, песок, а также их смеси и песчано-цементные смеси), используемые для устройства ВСНСМ.

3.6

свайное поле: Большая группа свай, объединенных общим ростверком, передающая нагрузку на основание от системы колонн или опор. [СП 24.13330.2021, статья 3.11]

3.7

ростверк: Распределительная балка или плита, объединяющая головы свай и перераспределяющая на них нагрузку от вышерасположенных конструкций. [СП 24.13330,2021 статья 3.11]

3.8 гибкий ростверк: Часть свайного фундамента, объединяющая головные участки свай и служащая опорной конструкцией для возводимых элементов сооружения, выполненная из геосинтетического материала.

4 Обозначения и сокращения

В настоящем методическом документе применяются следующие обозначения и сокращения:

ВСНСМ: виброуплотняемые сваи из неорганических сыпучих материалов.

СМ: сваеобразующий материал.

ИГИ: инженерно-геологические изыскания.

ПД: проектная документация.

ППР: проект производства работ.

РД: рабочая документация.

5 Общие положения

5.1 ВСНСМ рекомендуется применять на слабых грунтах согласно ГОСТ 33149.

5.2 Применение ВСНСМ допускается на просадочных, набухающих и засоленных грунтах при учете специфики грунтов с проведением соответствующих дополнительных расчетов.

5.3 К числу слабых грунтов следует относить такие разновидности дисперсных связных грунтов, как органические (торфы, органосапропели), органоминеральные (органоминеральные сапропели, болотный мергель, заторфованные грунты) и минеральные (илы, мокрые солончаки, переувлажненные глинистые грунты, иольдиевые глины). При отсутствии данных испытаний к слабым грунтам следует относить торф и заторфованные грунты, илы, сапропели, глинистые грунты с коэффициентом консистенции свыше 0,5, иольдиевые глины, мокрые солончаки.

5.4 ВСНСМ предназначены для:

- повышения устойчивости основания;

- ускорения достижения допустимой интенсивности осадки за счет уменьшения сжимаемости ускорения консолидации;

- передачи действующей нагрузки на слои грунта, обладающие высокими физико-механическими показателями;

- уменьшения влияния динамического воздействия от транспортной нагрузки;

- понижения уровня грунтовых вод.

5.5 ВСНСМ по способу заглубления в грунт являются набивными, устраиваемыми путем вытеснения специфического грунта с заполнением образованной скважины СМ и одновременным послойным виброуплотнением.

5.6 ВСНСМ устраиваются с использованием способа глубинного объемного вибрационного воздействия на уплотняемый СМ на проектную глубину до слабодеформируемых грунтов виброуплотняющим оборудованием в виде направляющей колонны с заостренным концом.

5.7 Основной принцип усиления основания ВСНСМ заключается в снижении деформативности грунтов в околосвайном пространстве, в результате формирования композитной системы грунт/СМ с повышенной несущей способностью и улучшенными деформационными характеристиками.

5.8 ВСНСМ на слабых грунтах обеспечивают уплотнение межсвайного пространства; вертикальный дренаж по глубине свай и ускорение процесса консолидации основания. ВСНСМ ускоряют рассеивание избыточного порового давления, возникающего при загружении основания.

5.9 Для передачи нагрузки на укрепленный грунтовый массив в основании насыпи необходимо предусмотреть устройство гибкого ростверка из геосинтетических материалов согласно [1], [2], а при необходимости - жесткого ростверка в виде монолитной бетонной или железобетонной плиты в соответствии с СП 24.13330.

5.10 Параметры ВСНСМ и свайного поля определяются расчетом согласно разделу 8 настоящих рекомендаций с учетом характеристик специфических грунтов, СМ и высоты насыпи.

5.11 На слабых грунтах для обеспечения производства работ и безопасного размещения машин рекомендуется предусматривать технологический слой не менее 0,5 м, в том числе путем замены грунта.

5.12 Решение по устройству ВСНСМ должно приниматься на основе предпроектного технико-экономического сравнения альтернативных подходов замены слоя специфического грунта и усиления слабых оснований путем оценки несущей способности грунта под воздействием эксплуатационной нагрузки.

5.13 При устройстве ВСНСМ в охранной зоне инженерных коммуникаций в пределах трассы или площадки проектируемого сооружения рекомендуются провести дополнительную оценку возможности производства работ.

6 Рекомендации по инженерным изысканиям

6.1 При выполнении инженерных изысканий следует руководствоваться положениями ГОСТ 32836, ГОСТ 32847, ГОСТ 32868, ГОСТ 32869, ГОСТ 33177, СП 47.13330, СП 11-102, СП 11-103, СП 11-104, СП 11-105, СП 448.1325800, СП 449.1325800, которые регламентируют их проведение в сложных инженерно-геологических условиях.

6.2 Особое внимание необходимо обратить на проведение ИГИ в сложных инженерно-геологических условиях, представленных специфическими грунтами, указанными в 5.1, 5.2.

6.3 На стадии разработки предпроектных решений необходимо проводить работы по инженерно-геологическим выработкам на полную мощность слабого грунта с заглублением в нижележащие прочные грунты на глубину не менее 1 м. Мощность исследуемых грунтов должна превышать сжимаемую толщу (активную зону).

6.4 Полевые исследования просадочных грунтов следует выполнять посредством статического зондирования, штамповых испытаний. Для исследования набухающих грунтов следует проводить статическое зондирование для выделения в толще отдельных слоев набухающих грунтов, характеризующихся различной прочностью и плотностью, и для оценки пространственной изменчивости свойств.

6.5 На стадии рабочей документации рекомендуется продолжать наблюдения за динамикой опасных геологических процессов и режимом подземных вод, при необходимости следует развивать (сокращать) наблюдательную сеть, изменять частоту наблюдений, оценивать необходимость их продолжения в период строительства и по его окончании, обосновывая рекомендации в отчете об изысканиях.

6.6 При реконструкции и капитальном ремонте в процессе ИГИ следует устанавливать проявление подтопления, заболачивания, осадок земляного полотна и другие факторы, обусловливающие изменения геологической среды или являющиеся их следствием.

6.7 Результаты инженерных изысканий должны содержать данные, необходимые для оценки влияния технологических процессов на расчетные нагрузки, передаваемые на ВСНСМ и грунты межсвайной зоны, с учетом прогноза возможных изменений (в процессе строительства) инженерно-геологических и гидрогеологических условий площадки строительства.

6.8 Лабораторные испытания грунтов проводятся с учетом требований ГОСТ 12248.4, ГОСТ Р 54477, ГОСТ Р 54476.

6.9 Компрессионные испытания выполняются с разгрузкой для получения данных по второй ветви компрессионной кривой. Определение давления предварительного уплотнения производится в соответствии с ГОСТ Р 58326.

6.10 Консолидационные испытания грунта выполняются под расчетной нагрузкой после первой ступени при бытовом давлении. Испытания проводятся отдельно от компрессионных испытаний по определению модуля деформации. Коэффициент консолидации определяется для вертикально- и горизонтально-ориентированного положения образца.

6.11 Компрессионно-фильтрационные испытания производятся для двух состояний образца: при бытовом давлении и давлении от расчетной нагрузки в соответствии с ГОСТ 25584. При отсутствии данных о расчетной нагрузке или переменном ее значении выполняются испытания для нескольких вариантов нагрузки. Допускается определение коэффициента фильтрации в трехосных приборах.

6.12 Характеристики грунтов, непосредственно входящие в расчет, рекомендуется определять в соответствии с методами, указанными в таблице 1. При отсутствии или недостаточном количестве данных непосредственных испытаний, допускается, для предварительных расчетов, использовать значения нормативных и расчетных прочностных и деформационных характеристик по классификационным таблицам с учетом коэффициентов надежности по грунтам.

Таблица 1 - Перечень физико-механических характеристик грунтов основания для устройства ВСНСМ

Условные обозначения	Наименование характеристики	Единицы измерения	Метод определения
E	Модуль деформации	кПа	ГОСТ 20276.1
	Угол внутреннего трения	град.	ГОСТ 12248.1
c	Сцепление	кПа	ГОСТ 12248.1
	Плотность грунта		ГОСТ 5180
	Удельный вес грунта		ГОСТ 5180
W	Влажность грунта	%	ГОСТ 5180
S	Коэффициент водонасыщенности (степень влажности)		ГОСТ 25100
e	Коэффициент пористости		ГОСТ 25100
	Число пластичности	%	ГОСТ 25100
	Показатель текучести		ГОСТ 25100
	Начальный градиент напора		ГОСТ 25584
	Коэффициент фильтрации	м/сут	ГОСТ 25584
	Коэффициент консолидации при вертикальной фильтрации		ГОСТ 12248.4
	Коэффициент консолидации при горизонтальной фильтрации		ГОСТ 12248.4
	Коэффициент вторичной консолидации		ГОСТ 12248.4

7 Рекомендации по выбору материалов

7.1 Материалом для устройства ВСНСМ является сваеобразующий материал - щебень и гравий из горных пород, песок дробленый и природный, песчано-гравийная смесь, песчано-цементная смесь.

7.2 СМ должны соответствовать следующим требованиям:

- щебень должен соответствовать требованиям ГОСТ 32703, ГОСТ 32826. Размер фракций щебня должен быть до 45 мм.;

- песок должен соответствовать требованиям ГОСТ 32824, ГОСТ 32730 и ГОСТ 32826. Рекомендуется использоваться песок, относящийся к группе очень крупный, повышенной крупности, крупный и средний с наличием пылеватых и глинистых частиц не более 5%;

- смеси с применением песка, щебня и гравия (щебеночно-песчаная смесь, гравийно-песчаная смесь, песчано-гравийная смесь, щебеночно-гравийно-песчаная смесь) должны соответствовать ГОСТ Р 58770;

- песчано-цементная смесь должна соответствовать требованиям ГОСТ 31357. В составе песчано-цементной смеси рекомендуется применять песок c полимерно-минеральной добавкой на цементном вяжущем согласно требованиям предприятия-изготовителя.

- модуль деформации СМ должен более, чем в 10 раз превосходить компрессионный модуль грунта слабого основания;

- коэффициент фильтрации СМ должен составлять не менее 6 м/сут.

7.3 Геосинтетический материал гибкого ростверка должен соответствовать требованиям [2].

7.4 В качестве материала технологического слоя и для засыпки гибкого ростверка следует использовать гравий и щебень по ГОСТ 32703, ГОСТ 32826, песок - по ГОСТ 32824, ГОСТ 32826 с коэффициентом фильтрации не менее 3 м/сут.

8 Рекомендации по проектированию ВСНСМ

8.1 Основные положения

8.1.1 При проектировании ВСНСМ необходимо обеспечить их совместную работу с массивом грунта, а также равномерную передачу нагрузок от насыпи на основание.

8.1.2 Основными параметрами ВСНСМ являются: шаг, схема расстановки, длина, диаметр.

8.1.3 Значения диаметра ВСНСМ устанавливают в диапазоне от 0,8 до 1,5 м по расчету в соответствии с 8.1.12.

8.1.4 В прослойках слабых грунтов допускается выполнять ВСНСМ переменного сечения с увеличением диаметра.

8.1.5 Длина ВСНСМ определяется исходя из мощности слоя специфических грунтов. Как правило, ВСНСМ должны проходить толщу специфических грунтов с опиранием на более прочные грунты.

8.1.6 При отсутствии во вскрытых скважинах слоев пригодных для опирания, либо при расположении данных слоев на значительной глубине, следует принимать длину ВСНСМ из расчета глубины сжимаемой толщи от проектных нагрузок. Проектная длина ВСНСМ должна превышать глубину сжимаемой толщи не менее чем на 1,5 м.

8.1.7 Шаг ВСНМС устанавливается по расчету в диапазоне от 1,5 м до 3,5 м для обеспечения совместной работы с укрепляемым грунтовым массивом. Применяют треугольную и прямоугольную схему расстановки ВСНСМ (рисунок 1).

а) треугольная схема расстановки; б) прямоугольная схема расстановки

Рисунок 1 - Схема расстановки ВСНСМ

8.1.8 Площадь влияния представляет собой зону, в которой происходит усиление физико-механических характеристик грунта. За площадь влияния принимается площадь круга, равновеликого по площади квадратному или шестиугольному элементу сетки. При расположении свай по прямоугольной схеме расстановке эффективный диаметр равен 1,13, а по треугольной схеме расстановке -1,05 шага свай.

8.1.9 Расчетная ширина усиления грунтового массива (рисунок 3), по формуле (2) включает в себя зону приложения нагрузок вышележащих конструкций и зону усиления, которая не подвержена действию вертикальных нагрузок , предварительно определяемую по формуле (1):

(1)

где k - коэффициент, зависящий от крутизны откоса насыпи (1:m):

до 1:4 ° k=0,05

от 1:4 до 1:3 k=0,08

от 1:2 до 1:1,5 k=0,15

от 1:1,5 до 1:1 k=0,2

Н - высота насыпи, м.

B - расчетная ширина приложения нагрузки;

- расчетная ширина усиления ВСНСМ;

- зона усиления, не подверженная действию вертикальных нагрузок

Рисунок 2 - Расчетная ширина усиления грунтового массива

(2)

где B - расчетная ширина приложения нагрузки, определяемая как ширина насыпи понизу, м

8.1.10 Окончательное значение расчетной ширины усиления грунтового массива определяется по результатам расчета исходя из обеспечения необходимого коэффициента устойчивости.

8.1.11 Проектная документация должна содержать:

- план расстановки с нумерацией и привязкой ВСНСМ;

- характерные поперечные разрезы с указанием инженерно-геологических элементов, зоны укрепления грунта ВСНСМ, проектные отметки верха и низа ВСНСМ, проектные отметки рабочей платформы и ростверка, габариты насыпи;

- обоснование проектных параметров: диаметра, шага и длины ВСНСМ, границы укрепляемого грунтового массива;

- расчетное обоснование, которое включает в себя расчет устойчивости основания под воздействием эксплуатационной нагрузки, расчет величины конечной осадки, времени консолидации основания и расчет устойчивости откосов насыпи;

- характеристики укрепленного основания (прочностные и деформационные);

- спецификации, включающие характеристики и общее количество ВСНСМ с объемом СМ;

- технологическую часть, включающую основные параметры машин и оборудования, описание последовательности производства работ, требования к параметрам уплотнения, методам контроля качества и порядок испытаний укрепленного основания.

8.1.12 Расчетное обоснование выполняют аналитическими методами в соответствии с 8.2 - 8.5 с учетом [3], [4] или численными методами с использованием специализированных программных комплексов. Приоритетным является расчет численными методами.

8.1.13 Границы расчетной схемы не должны оказывать влияния на результаты расчетов устойчивости и должны учитывать области пластических деформаций. Нижнюю границу расчетной схемы допускается принимать не менее половины ширины насыпи понизу.

8.1.14 Расчет насыпей автомобильных дорог на слабых грунтах основания рекомендуется производить с учетом требований [5].

8.1.15 Пример расчетного обоснования параметров ВСНСМ методом конечных элементов, выполненного с применением специализированного программного комплекса представлен в приложении А. Пример расчетного обоснования аналитическим методом представлен в приложении Б.

8.2 Расчет устойчивости основания

8.2.1 Расчет устойчивости основания включает оценку прочности грунта основания на сдвиг с определением возможной степени развития в основании областей пластических деформаций и бокового выдавливания.

8.2.2 При выполнении первоначального расчета рекомендуется задаться минимальными значениями диаметра (0,8 м), и максимальными значениями шага (3,5 м) ВСНСМ. В случае если полученные расчетные значения ниже требуемых, необходимо откорректировать диаметр и шаг ВСНСМ.

8.2.3 Устойчивость основания с ВСНСМ оценивается коэффициентом стабильности , определяемым для осевого сечения в соответствии с расчетной схемой (рисунок 3) по формуле (3):

d - диаметр ВСНСМ, H - длина ВСНСМ, l - расстояние между ВСНСМ, - напряжения от воздействия насыпи, - горизонтальные напряжения от бокового обжатия слабого грунта сваями в ходе осадки основания, - горизонтальные напряжения от бокового обжатия слабого грунта сваями в ходе осадки основания, кПа

Рисунок 3 - Расчетная схема ВСНСМ

(3)

где: с - сцепление грунта межсвайного пространства при расчетной плотности-влажности, кПа;

- угол внутреннего трения грунта межсвайного пространства при расчетной плотности-влажности, град.;

- вертикальные напряжения в грунте межсвайного пространства, кПа;

- горизонтальные напряжения от бокового обжатия слабого грунта сваями в ходе осадки основания, кПа;

Р'- предварительное обжатие слабого грунта, возникающее при внедрении свай, кПа.

8.2.4 Расчет производится непосредственно для грунтов основания насыпи земляного полотна. Для расчета без учета ВСНСМ необходимо исключить из формулы Р', так как оно возникает непосредственно при устройстве ВСНСМ.

8.2.5 Устойчивость считается обеспеченной при .

8.2.6 Величины предварительного обжатия Р' определяют по компрессионной кривой при ИГИ в соответствии с ГОСТ 12248.4, как напряжение необходимые для уменьшения коэффициента пористости грунта в природном залегании от величины до величины , отвечающей пористости грунта, уплотненного в результате устройства ВСНСМ, и определяется по формуле (4):

(4)

где: - коэффициент пористости уплотненного при устройстве ВСНСМ грунта;

- коэффициент пористости грунта в природном залегании;

m - сближение свай, определяемое по формуле (5)

(5)

где: d - диаметр ВСНСМ, м;

l - шаг сетки ВСНСМ, м.

8.2.7 Вертикальные и горизонтальные напряжения в основании со сваями определяют в соответствии с [3], [4] и с учетом требований СП 22.13330.

8.2.8 При возможном нарушении устойчивости основания по фиксированной поверхности скольжения рекомендуется выполнять расчет сопротивления сдвигу в соответствии с [3], [4].

8.3 Расчет величины конечной осадки

8.3.1 Конечная осадка основания земляного полотна под эксплуатационной нагрузкой рассчитывается методом послойного суммирования в активной зоне основания с учетом конечных значений прочностных характеристик грунтов и приведенного модуля деформации каждого слоя армированного основания по формуле (6):

, (6)

где: - коэффициент, равный 0,8;

- среднее значение вертикального нормального напряжения от внешней нагрузки в i-м слое по вертикали, проходящей через центр подошвы основания, кПа;

- среднее значение вертикального напряжения в i-м слое грунта по вертикали, проходящей через центр подошвы основания, от собственного веса выбранного при отрывке котлована грунта, кПа;

- толщина i-го слоя грунта, см, принимаемая не более 0,4 ширины основания;

- модуль деформации i-го слоя грунта по ветви первичного нагружения, кПа;

- модуль деформации i-го слоя грунта по ветви вторичного нагружения, кПа.

n - число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.

8.3.2 Конечная осадка должна определяться для каждого характерного поперечного разреза основания, определяемых по данным ИГИ, на проектируемом участке автомобильной дороги.

8.3.3 Допустимая суммарная осадка основания в период эксплуатации и интенсивность осадки определяется с учетом требований СП 34.13330.

8.3.4 В случае превышения допустимой осадки, полученной в расчетах, необходимо увеличить модуль деформации укрепленного массива за счет увеличения диаметра ВСНСМ и/или уменьшения их шага.

8.4 Расчет времени консолидации

8.4.1 Прогноз хода осадки на участке первичной фильтрационной консолидации выполняют по формуле (7):

, (7)

где: - время достижения заданной степени консолидации , сут;

- коэффициент, зависящий от степени консолидации и устанавливаемой по таблице 2;

- путь фильтрации воды из слоя, м;

- коэффициент консолидации, определяемый непосредственно по консолидационным испытаниям (при отсутствии данных принимать U=50% от фильтрационной консолидации по формуле (8)), :

(8)

где: - время дофильтрационной консолидации, определяемое по формуле (9), сут.:

(9)

Таблица 2 - Значения коэффициента в зависимости от степени консолидации U

U, %		U, %
20	0,03	70	0,40
30	0,07	80	0,57
40	0,12	85	0,69
50	0,20	90	0,85
60	0,29	95	1,13

8.4.2 Пути фильтрации воды в горизонтальном направлении при расчёте времени консолидации принимаются как расстояния между сваями в свету.

8.4.3 Степень консолидации основания с ВСНСМ определяют по формуле (10):

(10)

где: - то же при горизонтальной фильтрации воды (к сваям);

- степень консолидации основания при вертикальной фильтрации воды из основания;

Величины и устанавливают по графикам (рисунок 4).

Величину фактора времени, необходимую для определения , рассчитывают по формуле (11):

(11)

где: - коэффициент консолидации при вертикальной фильтрации;

T - требуемый срок консолидации, сут.;

(степень консолидации больше 90%);

(степень консолидации меньше 1%).

8.4.4 Фактор времени, необходимый для определения , определяют по формуле (12):

(12)

где: - коэффициент консолидации грунта при горизонтальной фильтрации.

а) вертикальная консолидация б) горизонтальна консолидация

n - отношение расстояния между ВСНСМ в свету к их диаметру

Рисунок 4 - Графики зависимости степени консолидации от времени

8.4.5 На участке вторичной фильтрационной консолидации прогноз осадки во времени осуществляют по формуле (13):

(13)

где: - время завершения заданной степени консолидации соответственно слоя и образца, сут.;

- время завершения дофильтрационной консолидации образца, сут.;

- путь фильтрации воды из образца, м.;

n - показатель консолидации, изменяющейся от 2 до 0, определяемый по рисунку 5 в зависимости от числа пластичности и консистенции грунта или по результатам испытаний образцов с разными условиями фильтрации

Рисунок 5 - Зависимость показателя консолидации от числа пластичности грунта и его консистенции

8.4.6 В случае превышения времени консолидации, допустимой проектом, необходимо увеличить количество свай или обеспечить дополнительный пригруз проектируемой насыпи на время производства строительных работ.

8.5 Расчёт устойчивости откосов земляного полотна

8.5.1 Расчет устойчивости откосов насыпей земляного полотна под воздействием эксплуатационной нагрузки выполняется в два этапа:

- первый этап - прогноз устойчивости до начала строительства;

- второй этап - прогноз устойчивости с учетом повышения устойчивости слабого основания за счет его упрочнения ВСНСМ.

8.5.2 Устойчивость откосов следует оценивать по схеме круглоцилиндрических поверхностей скольжения с расчетом коэффициента устойчивости при наиболее опасной призме обрушения.

8.5.3 Расчет устойчивости откосов, основанный по схеме круглоцилиндрических поверхностей скольжения, 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 подвижной нагрузкой по формуле (14):

(14)

где: - нормальная составляющая от веса блока, кН;

- угол внутреннего трения грунта в каждом блоке, град.;

- сила сцепления, ;

- тангенциальные силы соответственно удерживающая и сдвигающая составляющие от веса блока, кН;

- угол наклона поверхности скольжения блока к горизонту, град.

8.5.4 Требуемый коэффициент устойчивости откосов насыпи устанавливается в соответствии с СП 34.13330 не менее 1,3.

8.5.5 В случае недостаточного коэффициента устойчивости проектируемой насыпи необходимо увеличить ширину усиления массива грунта ВСНСМ, либо увеличить характеристики укрепляемого грунта основания за счет увеличения диаметра и уменьшения шага ВСНСМ, а также дополнительного армирования геосинтетическими материалами.

8.6 Расчет физико-механических характеристик усиленного грунта, необходимых для контроля качества строительно-монтажных работ

8.6.1 Расчетный модуль деформации определяется для каждого характерного поперечного разреза основания на проектируемом участке автомобильной дороги как параметр, необходимый для контроля качества при проведении строительно-монтажных работ.

8.6.2 Расчетный модуль деформации определяется по формуле (15):

(15)

где: - модуль деформации свайного материала, МПа.;

Е - модуль деформации грунта основания, МПа;

m' - пропорциональный параметр, определяемый по формуле (16)

(16)

где: - коэффициент усиления, определяемый по формуле (17):

(17)

где: - площадь поперечного сечения ВСНСМ, ;

A - площадь влияния ВСНСМ (эффективный диаметр), ;

- коэффициент активного давления ВСНСМ, определяемый по формуле (18):

(18)

где: - угол внутреннего трения свайного материала, град.;

8.6.3 Сцепление усиленного массива грунта определяется по формуле (19):

(19)

где: - сцепление усиленного массива, кПа;

- удельный вес грунта основания, ;

(20)

где: - угол внутненнего трения усиленного грунта, град.;

- угол внутреннего трения грунта основания

8.6.4 Коэффициент фильтрации после внедрения ВСНСМ определяется по формуле (21):

(21)

где: - коэффициент фильтрации после внедрения ВСНСМ, м/сут.;

- коэффициент фильтрации грунта в природном залегании, м/сут.;

e - пористость грунта в природном залегании;

- пористость грунта после внедрения ВСНСМ;

- коэффициент, учитывающий изменение фильтрационных свойств грунта в процессе сжатия - определяется в соответствии с ГОСТ 25584.

9 Технология производства работ по устройству ВСНСМ

9.1 Подготовительные работы

9.1.1 Подготовка к строительству должна обеспечить возможность планового развертывания и выполнения строительных работ.

9.1.2 При выполнении работ по устройству ВСНСМ следует соблюдать требования проектной документации и документов стандартизации, в том числе по технике безопасности и производственной санитарии.

9.1.3 Организация и производство работ должны соответствовать требованиям ГОСТ 32867, ГОСТ Р 58350.

9.1.4 При производстве работ круглосуточно, если это предусмотрено ПД и ППР, необходимо обеспечить среднюю освещенность на строительной площадке и участке работ в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.046.

9.1.5 При производстве работ в зимнее время, если это предусмотрено ПД и ППР, работы необходимо выполнять в соответствии с приложением Л СП 45.13330.2017.

9.1.6 Перед началом работ при строительстве следует выполнить следующие подготовительные работы:

- установка временных технических средств организации дорожного движения согласно ГОСТ Р 58350;

- расчистка строительной площадки от растительности (деревья, пни, кустарник и т.п.) и складирование, в места определенные проектом;

- снятие толщи слабого слоя (если это предусмотрено ПД и ППР);

- устройство временных подъездных дорог;

- формирование рабочей платформы;

- устройство технологического заезда;

- доставка виброуплотняющего оборудования;

- геодезические разбивочные, по закреплению в натуре границ траншеи выторфовки (при необходимости);

- устройство технологического слоя;

- устройство приобъектных площадок для складирования СМ;

- разметка сетки устройства свай;

- подготовка всех участвующих в технологическом процессе машин и механизмов.

9.1.7 Технологический слой устраивают в соответствии с ПД и ППР. Технологический слой должен обеспечивать безопасную работу технологического оборудования по устройству ВСНСМ.

9.1.8 Для пропуска машин и оборудования большой массы при устройстве ВСНСМ в ПД и ППР может быть предусмотрено устройство подъездных и внутриплощадочных дорог из сборных железобетонных плит или полимерных композитных плит.

9.1.9 Необходимо предусмотреть выполнение опытных работ. На основе изготовления ВСНСМ на опытных участках определяются требуемые показатели технического оборудования, при которых сваи достигают слабодеформируемые слои грунта в соответствии с РД.

9.1.10 Для подтверждения деформационных и прочностных физико-механических характеристик усиленного грунтового массива на опытном участке необходимо провести штамповые испытания по ГОСТ 20276.1 и статическое зондирование по ГОСТ 19912.

9.1.11 Опытный участок следует располагать в пределах основания возводимой насыпи, а при невозможности - в специально отведённом месте.

9.1.12 Ширина рабочей площадки должна соответствовать расчетной ширины усиления ВСНСМ. Работы по устройству рабочей площадки выполняются по технологическим схемам, принятым при сооружении насыпей на слабых грунтах. Поверхности рабочей площадки придается поперечный уклон от оси 20-40 %о.

9.1.13 Работы по устройству ВСНСМ следует выполнять после контроля прочности основания для восприятия нагрузки строительно-монтажной техники. При недостаточной несущей способности слабых грунтов по технологическому слою следует последовательно перемещать временную дорогу согласно ГОСТ Р 59201.

9.1.14 Устройство ВСНСМ при реконструкции и капитальном ремонте автомобильных дорог выполняется с существующей насыпи после демонтажа дорожной одежды и при необходимости полного или частичного демонтажа земляного полотна с подготовкой рабочей площадки для проведения работ по усилению основания.

9.2 Формирование состава звена машин и механизмов

9.2.1 Организация производства работ по устройству ВСНСМ должна обеспечивать наиболее рациональное и эффективное использование материально-технических средств производства, рабочего времени, учитывать профессиональное мастерство и квалификацию рабочих.

9.2.2 В зависимости от длины и диаметра ВСНСМ, в качестве базовой машины может применяться кран на гусеничном хо