Проектирование армогрунтовых подпорных стен

ОДМ 218.2.027-2012 Методические рекомендации по расчету и проектированию армогрунтовых подпорных стен на автомобильных дорогах

ОТРАСЛЕВОЙ ДОРОЖНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАСЧЕТУ
И ПРОЕКТИРОВАНИЮ АРМОГРУНТОВЫХ
ПОДПОРНЫХ СТЕН НА АВТОМОБИЛЬНЫХ
ДОРОГАХ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ДОРОЖНОЕ АГЕНТСТВО
(РОСАВТОДОР)

1 РАЗРАБОТАН обществом с ограниченной ответственностью «НТЦ ГеоПроект» (ООО «НТЦ ГеоПроект»).

Коллектив авторов: д-р техн. наук, проф. С.И. Маций (руководитель работ), канд. техн. наук, доц. О.Ю. Ещенко, канд. техн. наук, доц. Е.В. Безуглова, канд. техн. наук, доц. Д.В. Волик, инж. И.В. Болгов, инж. P.O. Выходцев, инж. Н.А. Кликун, инж. Д.В. Плешаков, инж. А.К. Рябухин, инж. М.В. Силков, инж. Д.А. Чернявский, инж. М.В. Чумак, инж. С.А. Шелестов, инж. М.А. Шенгур.

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

3 ИЗДАН на основании распоряжения Федерального дорожного агентства от 26.11.2012 № 890-р.

4 ИМЕЕТ РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ ХАРАКТЕР.

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ.

ОТРАСЛЕВОЙ ДОРОЖНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ

Рекомендации по расчету и проектированию
армогрунтовых подпорных стен
на автомобильных дорогах

1. Область применения

1.1 Настоящий отраслевой методический документ (далее — методический документ) предназначен для использования органами управления автомобильных дорог и организациями, выполняющими работы по расчету, проектированию, строительству и содержанию армогрунтовых насыпей и сооружений на автомобильных дорогах.

1.2 Рекомендации методического документа распространяются на проектирование насыпей и подпорных стен, механически армированных гибкими армоэлементами (преимущественно синтетическими геосетками и георешетками) в процессе возведения земляных сооружений. Они могут использоваться при строительстве сооружений на автомобильных дорогах в районах с сейсмичностью до 9 баллов включительно по шкале ИФЗ-64 (MSK-64).

1.3 Рекомендации методического документа не распространяются на районы вечной мерзлоты и карста, на проектирование гидротехнических сооружений, специальных сооружений гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций, а также на усиление существующих откосов и склонов грунтовыми нагелями.

1.4 Методический документ содержит материалы, которые предназначены как для информирования специалистов, так и для практической деятельности, причем эти материалы дают возможность разрабатывать специализированные рекомендации для конкретных технологий армирования грунта. При этом вопрос о целесообразности использования рекомендаций должен решаться в каждом конкретном случае индивидуально квалифицированными специалистами. Основные подходы и классификации методического документа гармонизированы с Европейскими нормами и прежде всего с Британским стандартом BS 8006.

2 Нормативные ссылки

В настоящем методическом документе использованы нормативные ссылки на следующие документы:

2.1 ГОСТ 2678-94 Материалы рулонные кровельные и гидроизоляционные. Методы испытаний

2.2 ГОСТ 7502-98 Рулетки измерительные металлические. Технические условия

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

2.4 ГОСТ 14192-96 Маркировка грузов

2.5 ГОСТ 23161-78 Метод лабораторного определения характеристик просадочности

2.6 ГОСТ 23740-79 Грунты. Методы лабораторного определения содержания органических веществ

2.7 ГОСТ Р 52748-2007 Дороги автомобильные общего пользования

2.8 ГОСТ Р 54257-2010 Надежность строительных конструкций и оснований

2.9 СП 14.13330.2011 Строительство в сейсмических районах (с картами) (актуализированная редакция СНиП II-7-81*).

2.10 СП 22.13330.2011 Основания зданий и сооружений (актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*)

2.11 СП 28.13330.2012 Защита строительных конструкций от коррозии (актуализированная редакция СНиП 2.03.11-85)

3 Термины и определения

В настоящем методическом документе применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 армированный грунт: Массив грунта, в котором размещены армирующие элементы, обеспечивающие устойчивость массива за счет деформирования этих элементов, сил трения по поверхности их взаимодействия с грунтом, а также за счет других механизмов взаимодействия с грунтом.

3.2 армирующий элемент: Составная часть армированного грунта, обеспечивающего восприятие повышенных сжимающих и (или) растягивающих напряжений.

3.3 геоматрац: Интегральная объемная структура, сформированная из соединенных между собой георешеток в виде открытых сот.

3.4 геосинтетнческие материалы (геосинтетики): Общий термин, характеризующий материалы, один из компонентов которых изготовлен из синтетического или натурального полимера в виде полотна, полоски или трехмерной структуры, используемой в контакте с грунтом и (или) другими материалами; материалы используются в геотехнических и гражданских строительных сооружениях.

3.5 георешетки: Плоская структура в виде регулярной решетки, изготовленная надежным соединением (экструзией, спайкой или сплетением) в одно целое прочных к растяжению продольных и поперечных элементов, размер отверстий которой больше размера элементов.

3.6 геотекстильный материал (водопроницаемый): Нетканый, тканый, трикотаж, другие изделия плоской формы, характерные для искусственных полимерных материалов.

3.7 геосетки или аналогичные композиции: Плетеные, вязаные и уложенные геосетки (т.е. сформированные на месте производства работ), ленты и стержневидные элементы, комплексные материалы, не имеющие надежной фиксации продольных и поперечных нитей (лент и т.д.) в узлах их пересечений.

3.8 когезионно-фрикционная засыпка: Засыпка, содержащая более 15 % материала, проходящего через сито с размером ячеек 63 мкм.

3.9 наполнитель: Материал в армогрунтовой конструкции, находящийся в контакте с армирующими элементами, соединениями и облицовочными элементами, включая материал засыпки и любой дренирующий материал.

3.10 облицовка: Внешняя часть подпорной стенки из армированного грунта.

3.11 предел эксплуатационной надежности: Деформация свыше допустимых пределов, другие формы разрушений или незначительные повреждения, которые нарушают нормальную эксплуатацию сооружения и требуют непредвиденного обслуживания или сокращают срок эксплуатации сооружения.

3.12 полимерная арматура: Термин, который охватывает материалы геосинтетического типа, используемые в целях армирования грунта в геотехнических конструкциях, например, геотекстиль и георешетки.

3.13 потеря местной устойчивости: Разрыв, смещение отдельных участков или элементов сооружения, деформация локального характера сверх допустимой величины.

3.14 потеря общей устойчивости: Невозможность сооружения противостоять действию сил, стремящихся вывести его из состояния равновесия, потеря формы, перемещения или деформация всего сооружения сверх допустимой величины.

3.15 предельное состояние разрушения: Разрушение или серьезное повреждение сооружения.

3.16 предельное состояние армогрунтового сооружения: Состояние сооружения, при котором оно перестает удовлетворять эксплуатационным требованиям, т.е. либо теряет способность сопротивляться внешним воздействиям, либо получает недопустимую деформацию или местное повреждение.

3.17 стартер: Короткий выпуск георешетки из облицовочного блока или камня.

3.18 сжимаемые грунты (условно сжимаемые грунты): Грунты с модулем общей деформации менее 30 МПа.

3.19 укрепленный грунт: Тип армированного грунта, сформированный установкой армоэлементов в массив грунта ненарушенной структуры на месте производства работ.

3.20 фрикционная засыпка: Засыпка, содержащая менее 15 % материала, проходящего через сито с размером ячеек 0,05 мм.

4 Общие положения

4.1 Основной концепцией, заложенной в основу методического документа, является требование к проектированию с целью недопущения достижения предельного состояния сооружения в процессе эксплуатации. Такой подход реализуется при обеспечении полного соответствия с другими стандартами, руководящими документами и рекомендациями.

4.2 Проектирование армогрунтового сооружения является комбинацией конструкторской и геотехнической разработок. Практика проектирования армогрунтовых сооружений должна основываться на основном расчете конструкции исходя из предельного состояния разрушения и проверочном расчете исходя из предела эксплуатационной надежности.

4.3 При расчете армогрунтовых сооружений некоторые из упомянутых предельных состояний могут быть оценены на основе общих подходов механики грунтов (например, расчете осадки). Воспринимаемые сооружением нагрузки способны привести к чрезмерной деформации армоэлементов, а практика проектирования должна гарантировать обеспечение адекватного запаса применительно ко всем элементам армогрунтового сооружения, включая также и армоэлементы. Это требует использования специфических подходов и расчетных схем для разных типов армогрунтовых сооружений.

4.4 В методическом документе изложены только самые общие положения и методические подходы, приемлемые для всех видов армогрунтовых сооружений. Подробные инструкции для расчета и конструирования отдельных видов армогрунтовых сооружений должны разрабатываться на основе детального изучения их свойств на лабораторных моделях и натурных объектах.

5 Изыскания

5.1 При выполнении инженерно-геологических изысканий для проектирования оснований сооружений из армированного грунта следует пользоваться нормами [1], а при определении физико-механических свойств грунтов засыпки, кроме того, следует руководствоваться рекомендациями данного методического документа.

5.2 Определение физико-механических свойств грунтов основания рекомендуется выполнять по оси облицовки сооружения из армированного грунта.

5.3 На сжимаемых грунтах глубину выработок следует назначать не менее высоты насыпи. Допускается изменять глубину выработок в соответствии с высотой насыпи, но принимать не менее:

— 1 м ниже подошвы насыпных грунтов, ожидаемого техногенного нарушения или основания погребенного сооружения;

— 1 м ниже подошвы слабых грунтов (Е

5.4 При изысканиях в условиях городской застройки следует обращать особое внимание на наличие участков с резко отличающимися деформационными и прочностными свойствами: погребенные фундаменты, утерянные коммуникации, рыхлые зоны, насыпные толщи, подземные полости и т.д. Сведения об этом должны отражаться в графических и текстовых материалах по изысканиям [2].

5.5 При строительстве армогрунтовых сооружений на слабом основании необходимо получить подробную информацию об изменении физико-механических характеристик фунта основания под действием длительных нагрузок. Конкретная программа изысканий должна быть уточнена в задании на проектирование.

5.6 Коэффициент трения (зацепления) между арматурой и грунтом f _тр допускается определять с помощью испытаний на срезных приборах (ГОСТ 12248-2010), а при отсутствии опытных данных его минимальное значение необходимо принимать по таблице 1.

Таблица 1 — Коэффициенты трения (зацепления) арматуры по грунту

Коэффициент трения (зацепления) между арматурой и грунтом f_тр

Угол внутреннего трения грунта φ_гр, град.

Мелкий песок маловлажный

Мелкий песок влажный

Крупный песок маловлажный

Крупный песок влажный

Примечани е — Для шероховатой поверхности арматуры значения коэффициента f_тр могут быть увеличены на 10 %.

5.7 Определение прочностных характеристик грунтов засыпки рекомендуется выполнять на искусственных образцах в стабилометрах и приборах одноплоскостного среза по схеме консолидировано-дренированного испытания согласно ГОСТ 12248-2010. При этом следует контролировать, чтобы гранулометрический состав образцов соответствовал паспортным данным грунта, а степень уплотнения — нормативным требованиям.

5.8 Эффективный угол внутреннего трения φ‘_тр и эффективное сцепление с’ рекомендуется определять при помощи приборов для испытаний на сдвиг или испытаниями на трехосное сжатие [3]. Сдвиг должен начинаться после того, как образец грунта полностью консолидирован при каждом приложении нормальных напряжений. Консистенция образца должна соответствовать условиям дренирования в засыпке.

6 Материалы

6.1 Армоэлементы

6.1.1 При строительстве армогрунтовых сооружений необходимо использовать армирующие элементы, выполненные из материалов, сохраняющих прочностные характеристики в условиях постоянного контактирования с грунтом [3, 4]. Арматура может иметь форму листов, сеток, решеток, лент (полос), стержней, и т.д., которые способны воспринимать растягивающие усилия и деформации, возникающие в засыпке. Механизм работы армоэлемента при армировании грунта в подпорных стенах и откосах показан на рисунке 1.

β_S — угол наклона откоса к горизонту (больше чем угол внутреннего трения грунта); L_aj, L_ej — единичный участок с арматурой соответственно в активной зоне и в зоне сопротивления

Рисунок 1 — Механизм армирования подпорных стен и откосов

6.1.2 Арматура также может быть комбинированной из сочетания различных материалов и их форм (листов и полос, сеток и полос или полосы и анкеров) в зависимости от потребностей (рисунок 2).

а — лента; б — лист; в — сетка; г — анкер; д — стержень; T_R — суммарное растягивающее усилие; σ_v — вертикальное напряжение; 1 — продольные элементы; 2 — поперечные элементы

Рисунок 2 — Виды (а, б, в, г, д) армирующих элементов

6.1.3 В качестве армирующих элементов рекомендуется использовать полосы шириной от 50 до 100 мм и толщиной от 3 до 5 мм из металла, полимеров или пластика, усиленного стекловолокном [5]. Они могут быть гладкими или имеющими шероховатость, образуемую ребрами или насечками для повышения трения (зацепления) между арматурой и засыпкой.

6.1.4 Георешетки должны быть, как правило, целыми, не имеющими механических повреждений и следов химических или термических повреждений. Как исключение, по согласованию с проектной организацией и производителем георешеток, допускается применять георешетки, имеющие не более 0,1 % дефектных связей в любом направлении, случайно распределенных по площади георешетки. Запрещается использовать георешетки, если дефекты сосредоточены в пределах локального участка стены.

6.1.5 Все армоэлементы должны быть изготовлены на заводе и доставлены к месту строительства в готовом для проведения монтажа виде [3].

6.1.6 Металлические компоненты, контактирующие с грунтом, должны быть выполнены из электролитически совместимого материала. В случаях, когда это не представляется возможным, между деталями из разных материалов необходимо размещать электрическую изоляцию с долговечностью, равной сроку службы сооружения.

6.2 Облицовка

6.2.1 Для облицовки армогрунтовых сооружений рекомендуется использовать бетон, стальной лист, стальные сетки или решетки, древесину, а также любые комбинации этих материалов.

6.2.2 Допускается изготавливать облицовки из различных материалов в сборном или сборно-монолитном исполнении (таблица 2) [5]. Вид применяемого материала определяется проектной документацией в зависимости от физико-механических характеристик основания, размеров и формы сооружения, срока эксплуатации, интенсивности загрузки, а также от архитектурного решения.

Таблица 2 — Характеристики основных материалов облицовки

Кирпичная или каменная кладка

Распространенный материал в строительстве; долговечен

Образуется жесткая облицовка, что непригодно для слабых оснований или при возможности неравномерных осадок

Для небольших сооружений

Плиты и блоки из сборного железобетона

Возможность заводского изготовления; хорошая отделка

Требуются специальные технологические мероприятия по обеспечению продолжительного срока эксплуатации; стоимость элемента зависит от массовости изготовления

Наиболее распространенный вид облицовки; оправдано их применение при большом объеме работ

Монолитный бетон и железобетон

Доступность материала; долговечность

Требуется установка опалубки; сложность крепления петель к элементу и образования в нем отверстий

Минимальная толщина облицовки при высокой прочности

Требуется специальное оборудование

Сложно получить качественный эстетический вид

Плиты и блоки из прессованного бетона

Долговечность и качество; масса элементов находится в пределах возможности подъема одним человеком

Требуется специальное оборудование; форма элементов определяется методом их производства

Предварительно напряженный бетон

Возможность использования существующих конструктивных элементов; удобен в транспортировании и монтаже; эстетичен, долговечен

Относительно высокая стоимость по сравнению с другими типами облицовок

Пригоден для высоких и протяженных сооружений

Используются для временных сооружений

Пластик, армированный стекловолокном

Легок, долговечен и прочен; устойчив к ударным воздействиям; легко обрабатывается

Окраска меняется под воздействием ультрафиолетовых лучей; способен разрушаться при

Используется при проведении ремонтных работ

Относительно недорогая, транспортабельна, высокопроизводительна

Применяется в условиях индустриальной архитектуры

Легкодоступна, особенно пригодна для сооружений с коротким сроком службы

Подвержена разрушению под воздействием экзогенных процессов

Для временных сооружений

6.2.3 Облицовочные плиты и блоки следует выполнять из тяжелого бетона класса по прочности не ниже В20, по водопроницаемости — не ниже W4, по морозостойкости — не ниже F200. Бетон для облицовочных камней и блоков следует приготавливать на сульфатостойком портландцементе с заполнителем из щебня твердых пород фракций не более 20 мм [6].

6.2.4 В камнях и блоках допускается устройство технологических отверстий, не ослабляющих прочности изделия, при условии, что общий размер пустот по любому направлению не будет превышать 20 % от размера изделия в этом направлении, а общий объем пустот — 10 % от объема блока [6].

6.2.5 Для перекрытия швов на тыльной поверхности облицовки в качестве изолирующих материалов рекомендуется использовать фильтрующие ленты (полосы) из геотекстиля, нефильтрующие пенополиуретановые ленты (полосы) или заполнять швы монтажной пеной с замкнутыми полостями.

6.2.6 Металлическую облицовку рекомендуется собирать из горизонтальных секций гнутых профилей (рисунок 3), обращенных выпуклостью наружу. Облицовка может быть изготовлена из оцинкованной или нержавеющей стали, алюминиевых сплавов. Слой цинка для антикоррозийной защиты стальных профилей должен быть не менее 30 мкм [5].

а — конструкция; б — процесс возведения; 1 — соединение секций внахлест; 2 — металлический элемент облицовки; 3 — гибкие анкеры; 4 — грунт

Рисунок 3 — Армированный грунт со сборной металлической облицовкой

6.2.7 Металлические закладные детали, соединительные болты, подкладные шайбы, гайки и полосы необходимо защищать от коррозии в соответствии со СНиП 21.03.11-85 (СП 28.13330.2012).

6.2.8 Для соединения между собой арматуры и облицовки необходимо использовать детали в форме скоб, штырей, стержней, винтов, анкеров и т.д. В качестве материала для соединительных деталей могут использоваться:

— металлопрокат с полимерным покрытием;

— материал облицовки и (или) арматуры.

6.2.9 При выборе материала необходимо принимать во внимание, что долговечность соединительных деталей должна соответствовать расчетному сроку службы сооружения.

6.3 Грунты и засыпки

Грунты, используемые в качестве обратной засыпки насыпей и подпорных стен транспортных сооружений, должны отвечать требованиям, приведенным в таблице 3 [6].

Таблица 3 — Требования к грунтам засыпки

Грунт засыпки является основанием дорожного полотна

Грунт засыпки не является основанием дорожного полотна *

Угол внутреннего трения перемятого грунта в водонасыщенном состоянии, град.

Число пластичности 1р

Коэффициент неоднородности гранулометрического состава

Содержание частиц размером менее 0,1 мм, % по массе

* Возможность использования глинистых грунтов в качестве обратной засыпки следует обосновать расчетом, учитывая допустимые величины деформаций для данного вида сооружений.

6.3.2 Применение грунтов, содержащих гравелистые включения размером более 50 мм, не допускается. Величина удельного сцепления грунта С для целей проектирования, как правило, принимается равной нулю. При наличии специальных исследований на длительную прочность и ползучесть водонасыщенного грунта допускается увеличивать удельное сцепление до 5 кПа. Применение грунтов, обладающих неблагоприятными строительными свойствами и изменяющих свои характеристики под воздействием внешних факторов (просадочных (ГОСТ 23161-78), набухающих (ГОСТ 12248-2010), засоленных и имеющих биологические остатки (ГОСТ 23740-79) и т.д.), в качестве обратной засыпки, как правило, не допускается. Возможность их использования должна быть подтверждена компетентной специализированной организацией.

6.3.3 В качества засыпки может быть использован известняк с водонасышением до 29 % и естественной влажностью до 23 % [3].

6.3.4 В тех частях сооружения, которые подвержены динамическим воздействиям, не следует укладывать грунты, обладающие тиксотропными свойствами [ 5 ].

6.3.5 Не рекомендуется использовать когезионную засыпку при строительстве армогрунтовых конструкций с длительным периодом эксплуатации [3].

6.3.6 При подборе грунта армогрунтового сооружения следует руководствоваться данными таблицы 4 [3].

Таблица 4 — Классификация засыпок для подпорных стен и насыпей

Известняк со степенью заполнения пор водой:

Глинистая засыпка (местный грунт)

7 Расчет армогрунтовых сооружений

7.1 Общие положения

7.1.1 Индивидуальный расчет и проектирование армогрунтовых подпорных стен и насыпей рекомендуется производить для участков автомобильных дорог I, II и III категорий согласно норм [7]. Для участков дорог IV и V категорий рекомендуется использовать, в основном, временные сооружения и типовые решения.

7.2 Основные расчетные принципы

7.2.1 При проектировании армогрунтовых сооружений необходимо учитывать, что предельное состояние будет достигнуто при наступлении одного из следующих явлений:

а) полного разрушения или серьезного повреждения;

б) деформации свыше допустимых пределов без разрушения отдельных частей сооружения;

в) других форм разрушений или незначительных повреждений, которые нарушают нормальную эксплуатацию сооружения и требуют непредвиденного обслуживания или сокращают срок эксплуатации сооружения.

Состояние, определенное в пункте а) — это предельное состояние разрушения, а в пунктах б) и в) — предел эксплуатационной надежности.

7.2.2 Расчетная модель должна адекватно описывать предполагаемое поведение армированного грунта. Расчетная методика может основываться на любой из следующих моделей: аналитической; полуэмпирической; численной. Любая расчетная модель должна иметь допустимую погрешность и может включать в себя упрощения [8].

7.2.3 Разрушающую силу, которая используется при расчете, следует принимать такой, чтобы она не превышала предела прочности арматуры при разрыве в конце выбранного расчетного срока службы сооружения. При этом следует учитывать снижение площади сечения арматуры за счет коррозии [3].

7.2.4 При вычислении таких сил необходимо принимать во внимание параметры сопротивления грунта срезу с учетом величины порового давления [3].

7.2.5 При расчете армогрунтового сооружения для полосовой арматуры из сеток, решеток и геотекстильного материала необходимо устанавливать нагрузку на единицу ширины полосы, а для узких полос необходимо устанавливать нагрузку на всю полосу [3].

7.2.6 При расчете рабочего усилия в полимерной арматуре должна быть принята меньшая из характеристик:

— предела текучести при растяжении;

— предельно допустимой деформации при растяжении.

7.2.7 Из-за чувствительности полимерных материалов к изменению температуры расчет при проектировании должен быть проведен для максимальной эксплуатационной температуры в грунте, характерной для площадки строительства [3].

7.2.8 При расчете армогрунтового сооружения необходимо учесть два механизма взаимодействия арматуры с грунтом:

— механизм, при котором потенциальная поверхность разрушения пересекает армоэлементы и прочность связи армоэлементов с грунтом определяется сопротивлением их вырывания (выдергивания) из грунта;

— механизм, при котором потенциальная поверхность разрушения совпадает с поверхностью по меньшей мере одного армоэлемента и прочность связи армоэлементов с грунтом определяется прочностью фрикционной связи [3].

7.2.9 При расчете армогрунтовых сооружений рекомендуется использовать четыре коэффициента запаса [3]:

f_f, f_fs — коэффициенты нагрузки, учитывающие массу грунта;

f_q — коэффициент запаса, относящийся к внешним динамическим нагрузкам;

f_m, f_ms — коэффициенты запаса, учитывающие характеристики материалов;

f_n — коэффициент запаса, учитывающий экономические потери от нарушения эксплуатационной надежности конструкции.

7.2.10 Величину коэффициента f_n рекомендуется принимать по таблице 5 [3].

7.2.11 Примеры сооружений 1-й, 2-й, 3-й категорий приведены соответственно на рисунках 4, 5, 6, примеры армирования основания — на рисунке 7.

Таблица 5 — Коэффициенты запаса эксплуатационной надежности сооружений

Уровень ответственности сооружений (ГОСТ Р 54257-2010)

Коэффициент запаса f_n

I (повышенный) или II (нормальный)

Опорные конструкции, например, насыпи автострад, магистральных путей или фундаменты гражданских сооружений, дамбы, стенки набережных и откосы для регулирования речного русла

Насыпи и конструкции, у которых отказ сопровождается умеренными повреждениями и потерей работоспособности

II (нормальный) или III (пониженный)

Временные сооружения, подпорные стенки и насыпи высотой менее 1,5 м, у которых отказ сопровождается минимальными последствиями

а, г — автомагистраль; б — жилое здание; в — дорога по дамбе; д — дорога по набережной или вдоль стенки канала (включая откос); е — дамба или другое водоудерживающее сооружение; ж — второстепенная или главная дорога; Н — высота сооружения;

Рисунок 4 — Примеры сооружений 1-й категории

а — второстепенная дорога; б, д — автомагистраль; в — жилое здание на откосе; г — набережная; е — второстепенная дорога; ж — второстепенная или главная дорога

Рисунок 5 — Примеры сооружений 2-й категории

7.2.12 При проектировании армогрунтовых сооружений по методу предельных состояний необходимо учитывать влияние массы грунта и внешних нагрузок с применением соответствующих коэффициентов, посредством которых вводятся коррективы на изменение напряженного состояния и физико-механических характеристик как грунта, так и материала армоэлементов в процессе эксплуатации. Значения таких коэффициентов приведены в таблице 6 [3].

а — насыпь или дамба; б — подпорная стенка; в — новый или восстановленный откос; г — главная дорога или автомагистраль; 1 — арматура основания; 2 — арматура

Рисунок 6 — Примеры сооружений 3-й категории

а — общее армирование основания; б — армирование основания насыпи матрацем; в — армирование основания насыпи сваями; 1 — арматура основания; 2 — насыпь; 3 — слабое основание; 4 — мягкий слой; 5 — жесткий слой; 6 — свая; 7 — оголовок сваи

Рисунок 7 — Примеры армирования основания

Таблица 6 — Рекомендуемые величины коэффициентов запаса армогрунтовых сооружений

Предельное состояние армогрунтовых сооружений

по эксплуатационной надежности

Гомогенный грунт, например, засыпка откоса

Внешние постоянные нагрузки, например, линейные или сосредоточенные нагрузки

Внешние динамические нагрузки, например, нагрузки от дорожного движения (ГОСТ Р 52748-2007)

Коэффициенты для грунта

Применительно к tg φ’_p

Применительно к с’

Коэффициенты для армоэлементов

Применительно к эксплуатационной нагрузке на армоэлемент

Значения коэффициентов зависят от типа используемой арматуры и расчетного фока ее службы (таблица 7)

Коэффициенты взаимодействия в системе «арматура-грунт»

Проскальзывание перпендикулярно поверхности армоэлемента

Выдергивание армоэлемента из грунта

Особые коэффициенты запаса

Применительно к проскальзыванию по основанию или любой поверхности, где имеется контакт «грунт-грунт»

Примечани е — f_s, f_p — соответственно коэффициенты проскальзывания перпендикулярно поверхности армоэлемента и выдергивания армоэлемента из грунта в системе «арматура-грунт»;

φ‘_p — критический угол сдвига при условиях фактического напряженного состояния;

с’ — общее сцепление (когезия) грунта в условиях фактического напряженного состояния;

с’_u— сдвиговая прочность грунта в неосушенном состоянии.

7.2.13 При расчете арматуры рекомендуется использовать два основных коэффициента запаса, касающихся свойств материалов f_{m 1} и f_{m 2} . Коэффициент f_{m 1} связан непосредственно с внутренними свойствами материалов, а коэффициент f_{m 2} — учитывает влияние технологии сооружения и окружающей среды. Каждый из этих коэффициентов состоит, в свою очередь, из нескольких коэффициентов (таблица 7) [3].

Таблица 7 — Разложение на составляющие коэффициентов запаса свойств материалов арматуры

Учитывает возможное понижение качества материала в целом по сравнению со значениями, полученными из образцов, и возможные неточности в оценке сопротивления армоэлемента нагрузкам и деформациям, связанные с переходом от модели к реальной конструкции

Учитывает экстраполяцию результатов испытания и принимает во внимание доверительность оценки применительно к выбранному сроку службы; может изменяться при изменении заданной долговечности сооружения

Учитывает восприимчивость к повреждениям, возникающим в процессе строительства

Учитывает влияние окружающей среды, т.е. принимает во внимание различные внешние факторы, влияющие на долговечность материала

7.2.14 При расчете армогрунтовых сооружений допустимый предел прочности для полимерных элементов должен быть равен

где Т _D — расчетная предельная нагрузка на армоэлемент;

f_m — коэффициент запаса материала для данной арматуры (f_m £ 1,5)

T_U — предел прочности арматуры на растяжение.

7.2.15 Расчетная нагрузка в зависимости от вида определяется по формуле [3]

где F_d — расчетная нагрузка;

F_k — неразлагаемая на составляющие сила, эквивалентная самой опасной из возможных приложенных нагрузок;

f_fs — коэффициент нагрузки, характеризующий массу грунта;

f_f — коэффициент нагрузки, относящийся к внешним постоянным нагрузкам;

f_q — коэффициент запаса, относящийся к внешним динамическим нагрузкам.

7.2.16 Для крепежей и соединительных элементов облицовки армогрунтовых сооружений следует использовать такие же коэффициенты запаса, как и для основных армоэлементов сооружения [3].

7.2.17 При проектировании необходимо рассмотреть наиболее неблагоприятные вероятные комбинации нагрузок, воспринимаемых сооружением. Проектировщик должен гарантировать, что все возможные нагрузки будут рассмотрены в процессе проектирования. Подход для коэффициентов нагрузки должен применяться к каждой компоненте комбинации нагрузок. Удельные коэффициенты, которые нужно применить к каждой компоненте различных комбинаций нагрузок, приведены в таблице 8 [3].

Таблица 8 — Коэффициенты нагрузок и их различные комбинации

Масса армированного грунта

Масса грунта над армоэлементами

Давление грунта, расположенного за подпорной стеной

Давление от транспортных средств на блок армогрунтового сооружения

Давление от транспортных средств за блоком армогрунтового сооружения

Примечани е — Для того, чтобы гарантировать проведение анализа самой критической ситуации, должны быть проверены все комбинации нагрузок для каждого слоя арматуры.

7.2.18 Комбинация А предусматривает предельные значения всех нагрузок и поэтому обычно обеспечивает максимальные напряжения на армоэлементах и максимальное давление на основание.

Комбинация В предусматривает максимум опрокидывающей нагрузки при минимуме самой массы армированного грунта и дополнительных нагрузок от транспортных средств. Эта комбинация обычно регламентирует выбор армоэлементов исходя из требований по вырыванию, причем обычно рассматривается самый плохой вариант для скольжения по основанию.

Комбинация С предусматривает постоянные нагрузки без удельных коэффициентов перегрузки. Она используется для определения осадки основания, а также для анализа напряженного состояния арматуры с целью проверки предела эксплуатационной надежности.

7.2.19 Комбинации статических нагрузок на армогрунтовое основание сооружений необходимо рассматривать в следующем сочетании, приведенном на рисунке 8 [3].

а, б, в — сочетания нагрузок соответственно по комбинациям А, В, С

Рисунок 8 — Расчетные сочетания нагрузок и соответствующие коэффициенты запаса

7.2.20 При оценке общей устойчивости склона, откоса или сооружения рекомендуется сопоставлять расчетные значения показателей устойчивости с их нормативными значениями. Общую устойчивость можно считать обеспеченной при соблюдении условия

, (5)

где — расчетное значение показателя устойчивости склона, откоса, сооружения;

— нормативный показатель общей устойчивости склона, откоса, сооружения

К₁ — коэффициент, учитывающий надежность данных о прочностных и деформационных характеристиках грунтов рассматриваемого массива (таблица 9) при малом числе исследованных образцов, когда расчетные параметры грунта получены с использованием коэффициентов, понижающих (ухудшающих) фактические значения рассматриваемых характеристик; целесообразно принимать К₁ = 1;

К₂ — коэффициент, учитывающий категорию дороги, для которой проектируется данный объект (таблица 10);

К₃ — коэффициент, учитывающий класс (ответственность) проектируемого объекта (таблица 11 );

К₄ — коэффициент, учитывающий соответствие расчетной схемы естественным инженерно-геологическим условиям (таблица 12);

К₅ — коэффициент, учитывающий вид грунта и его местонахождение (таблица 13);

К_м — коэффициент, учитывающий особенности метода расчета; его величину рекомендуется принимать по таблице 14 на основе имеющихся фактических материалов по учету степени устойчивости возведенных сооружений и результатов расчета этих сооружений на стадии проектирования в пределах от 0,8 до 1,1; в случае применения метода Терцаги-Крея рекомендуется принимать К_м = 1.

Таблица 9 — Величина коэффициента К₁

Величина коэффициента к ₁

Отличная — грунт исследован большим количеством опытов; изучена работа аналогичных сооружений, построенных с использованием данного вида грунта и сохраняющих устойчивость не менее 10 лет

Хорошая — количество исследованных образцов грунта не менее пяти; в природных условиях грунт изучен мало; имеются отдельные сведения о нормальном состоянии сооружений, построенных с использованием данного грунта

Удовлетворительная — количество исследованных образцов грунта не менее трех; о работе сооружений в аналогичных условиях сведений не имеется

Таблица 10 — Величина коэффициента К₂

Величина коэффициента К₂

Таблица 11 — Величина коэффициента К₃

Величина коэффициента К₃

Таблица 12 — Величина коэффициента К₄

Величина коэффициента к ₄

Полное — плоскости ослабления грунтового массива явно выражены, грунт однородный

Приближенное — достаточного обоснования для выбора расчетной схемы не имеется, задача решается методом итераций

Таблица 13 — Величина коэффициента К ₅

Величина коэффициента К₅

Таблица 14 — Величина коэффициента К_м

Величина коэффициента К_м

Примечани е — , — расчетные величины коэффициентов устойчивости рассматриваемого объекта.

7.2.21 В случае, если подпорная стена или насыпь в плане образуют внешний угол (рисунок 9), то для расчетной нагрузки следует применять повышающий коэффициент запаса f_ce = 1,2.

L — протяженность сооружения; R — радиус поворота сооружения

Рисунок 9 — Формы сооружения в плане, образующие внешний угол

7.2.22 В случае, если подпорная стена имеет форму внутреннего угла (рисунок 10) или примыкает к существующим условно неподвижным сооружением (рисунки 11, 12), опорным частям мостовых конструкций и т.п., то для расчетной нагрузки допускается применять понижающий коэффициент f_ci = 0,9.

Рисунок 10 — Форма внутреннего угла армогрунтового сооружения

Рисунок 11 — Примыкание к существующему сооружению

Рисунок 12 — Возведение сооружения между двумя существующими сооружениями

7.2.23 Сооружениям из армированного грунта рекомендуется придавать в плане форму прямой линии или гладкой кривой. Рекомендуется избегать устройства внешних углов и зигзагов (таблица 15).

Таблица 15 — Формы армогрунтовых сооружений в плане

7.2.24 При необходимости устройства острых внешних углов дефицит длины анкеровки арматуры допускается компенсировать за счет цементации грунта засыпки или другого способа повышения связности грунта. В этом случае следует проверять совместность деформаций укрепленного и неукрепленного участков и конструктивно обеспечивать плавное изменение жесткости грунтового массива.

7.3. Расчет армогрунтовых стен

7.3.1 При расчете армогрунтовых стен следует производить оценку обшей и местной устойчивости [3]. Устойчивость должна быть оценена как с точки зрения работоспособности основания, так и с точки зрения соскальзывания по критической (плоской или криволинейной) поверхности скольжения, проходящей как через сооружение, так и за его пределами (рисунок 13). При расчете осадок и кренов необходимо учитывать деформации, возникающие как за счет сжимаемости основания, так и за счет деформаций грунта сооружения (рисунок 14).

а — опрокидывание; б — горизонтальный сдвиг; в — скольжение по криволинейной поверхности; г — поверхность скольжения, пересекающая сооружение (стрелками показано направление смещения сооружения)

Рисунок 13 — Примеры предельных состояний устойчивости армогрунтовых стен

а — осадка основания; б — деформация стены (стрелками показано направление смещения сооружения)

Рисунок 14 — Примеры состояния предела эксплуатационной надежности, нарушения общей и местной устойчивости армогрунтовых стен

7.3.2 В случае, если армогрунтовое сооружение возводится в непосредственной близости от другого сооружения, то следует рассмотреть взаимное влияние сооружений на их устойчивость. Такую оценку следует, как правило, выполнять с учетом этапности строительства обоих сооружений. При невозможности учета этапности строительства допускается проведение соответствующего объединения сооружений с представлением комплекса в виде единого сооружения, состоящего по меньшей мере из двух отдельных конструкций.

7.3.3 Устойчивость против скольжения любой части армированной стены по любой горизонтальной плоскости следует рассматривать для тех поверхностей раздела, где использованы:

— засыпка по засыпке в пределах любого слоя;

— пленочные армоэлементы в любом слое засыпки;

— армоэлементы и засыпка в любом слое засыпки.

7.3.4 При оценке местной устойчивости каждый армоэлемент слоя должен быть оценен с точки зрения его прочности на разрыв и на выдергивание арматуры из грунта как на этапе строительства, так и на этапе эксплуатации для всех расчетных сочетаний нагрузки.

7.3.5 При назначении допустимой величины осадки следует учитывать как тип проектируемого сооружения, так и любое смежное сооружение или конструкцию, чувствительную к перемещениям основания. Расчет осадки основания армогрунтовых сооружений проводят согласно требований СНиП 2.02.01-83* (СП 22.13330.2011) или других апробированных методик.

7.3.6 Предельные допуски на неравномерные осадки армогрунтовых сооружений следует назначать в соответствии с данными, приведенными в таблице 16.

Таблица 16 — Предельные допуски на неравномерность осадки армогрунтового сооружения

Особо важные сооружения, назначенные заказчиком из числа объектов 1 уровня ответственности по ГОСТ Р 54257-2010

Полновысотные панельные бетонные облицовки

Сооружения со сборными облицовочными неполновысотными бетонными панелями

Полуэллиптические стальные элементы облицовки

7.3.7 Деформации на фасадах и верхней поверхности сооружения не должны выходить за предписанные пределы. Такие пределы могут быть обусловлены следующими факторами:

— лицевая поверхность стены должна иметь визуально приемлемый вид и не иметь выпуклостей, локальных выпоров и аналогичных дефектов;

— фасады должны быть образованы плавными криволинейными или плоскими поверхностями;

— лицевая поверхность стены не должна терять вышеуказанной формы и являться причиной повреждения материала облицовки; в случае применения для облицовки бетона или природного камня к подобным повреждениям можно отнести расхождение швов и образование трещин.

7.3.8 Для каждой из типичных точек а, b, с, d и т.д. (расположенных через каждые два ряда георешетки) должна быть проведена оценка потенциальных плоскостей скольжения (рисунок 15).

1 — зона пересечения верхней части армогрунтового сооружения потенциальными поверхностями скольжения в местах приложения удельной нагрузки; 2 — потенциальные поверхности скольжения; 3 — поверхности скольжения

Рисунок 15 — Оценка потенциальных поверхностей скольжения (а, б)

7.3.9 Удерживающее усилие отдельного слоя армоэлементов должно быть выбрано как минимальное из:

— сил трения на поверхностях взаимодействия грунта с армоэлементами;

— сопротивлений слоя армоэлементов разрыву.

7.3.10 Для конечного предельного состояния и для состояния предела эксплуатационной надежности коэффициент грунтового давления должен быть принят равным К_о и линейно уменьшаться по высоте сооружения до значения активного давления грунта К _a на высоте 6 м ниже верха сооружения (рисунок 16). Расчеты как по конечному предельному состоянию, так и состоянию предела эксплуатационной надежности следует выполнять на величину К _a . Коэффициент уплотнения грунта для j -го слоя элементов необходимо рассчитывать по формулам

где К — коэффициент уплотнения грунта;

К_о — коэффициент статического давления грунта;

К_а — коэффициент активного давления грунта;

z_o — глубина залегания арматуры, измеренная от верхнего горизонта сооружения Н.

Рисунок 16 — Зависимость грунтового давления от высоты армогрунтового сооружения по методу обобщенных сил

7.3.11 При наличии полосовой нагрузки на поверхности сооружения следует проверять напряжения в арматуре:

— в месте соединения с облицовкой;

— в месте пересечения армирующего элемента с расчетной поверхностью обрушения, проходящей через центр полосовой нагрузки (линия 1 на рисунке 17);

— в месте пересечения армирующего элемента с расчетной поверхностью обрушения, проходящей через край полосовой нагрузки (линия 2 на рисунке 17);

— в уровне грунтовых вод (УГВ) как внутри сооружения, так и в стоячей воде снаружи;

— в уровне изменения типа армирующего материала.

Рисунок 17 — Линии максимальных напряжений (1, 2) для сооружений с полосовой нагрузкой

7.3.12 В случае, если сооружение имеет сложную геометрию или воспринимает дополнительные сосредоточенные нагрузки, следует производить проверку общей устойчивости всего комплекса сооружений. Примеры сооружений, применительно к которым следует проводить подобную оценку, представлены на рисунке 18 [3].

Рисунок 18 — Примеры сооружений (а, б, в), требующих анализа общей устойчивости

7.3.13 Облицовки должны быть выполнены таким образом, чтобы воспринимать следующие нагрузки:

— горизонтальное грунтовое давление и соответствующую реакцию арматуры, возникающие при взаимодействии арматуры с облицовкой;

— монтажные усилия, возникающие при установке облицовочных элементов;

— вертикальные силы сдвига, возникающие в результате относительного перемещения облицовки и засыпки, вместе с любыми дополнительными нагрузками, вызывающими деформацию растяжения;

— прочие внешние нагрузки (временные или постоянные), предусмотренные техническим заданием.

7.3.14 При вычислении допустимой нагрузки на металлическом соединительном элементе необходимо учесть эффекты коррозии (за исключением участков, где обеспечена надежная защита от коррозии на весь срок службы соединения) следующим образом [3]:

— толщина прокорродировавшего слоя, устанавливаемая в соответствии с таблицей 17, должна быть вычтена из первоначальной толщины всех деталей соединительного элемента, контактирующих с грунтом;

— толщина слоя, прокорродировавшего за половину проектного срока эксплуатации (см. таблицу 17), должна быть вычтена из общей толщины деталей соединения со стороны внутренней поверхности последних в случае контактирования с другими металлическими деталями.

Таблица 17 — Толщина слоя, который может быть уничтожен на любой поверхности армоэлемента за счет коррозии

Толщина корродируемого слоя армоэлемента, мм, находящегося

вне зоны контакта с водой

в зоне контакта с водой

Примечани е — Ч — черная сталь (без электролитического покрытия); Э — сталь с электролитическим покрытием; Н — нержавеющая сталь.

7.3.15 Все прочностные характеристики деталей соединения должны рассчитываться исходя из размеров сечений, полученных с учетом уменьшения сечения в результате коррозии.

7.3.16 В деталях, воспринимающих осевую растягивающую нагрузку, растягивающее напряжение определяется по формуле

(8)

где σ _с — растягивающая нагрузка;

Т _c — максимальное растягивающее усилие, приложенное к детали;

а _c — площадь сечения, воспринимающая растягивающее напряжение;

σ_t — предел прочности на разрыв;

f_m — коэффициент запаса материала, учитывающий характеристики материала;

f_n — коэффициент запаса, учитывающий экономические потери от нарушения эксплуатационной надежности конструкции.

7.3.17 Соединительные элементы, воспринимающие изгибающие нагрузки, должны быть рассчитаны таким образом, чтобы полностью исключалось боковое выпучивание облицовки, ограничивающей грунтовую массу, и имелась возможность рассматривать грунтовый массив как тело, полностью воспринимающее боковое давление [3].

7.3.18 При расчетах устойчивости армогрунтовых сооружений в районах с повышенной сейсмичностью сейсмические силы допускается считать приложенными квазистатически. При этом величину сейсмического воздействия рекомендуется принять равной 0,025; 0,05 и 0,1 g соответственно при 7, 8 и 9 баллах, а направление воздействия — наихудшим для расчетного сочетания нагрузок.

7.3.19 Если армогрунтовое сооружение является основанием для другого сооружения, то величину расчетного сейсмического воздействия на последнее следует определять по СНиП II-7-81* (СП 14.13330.2011).

7.4 Расчет армогрунтовых насыпей

7.4.1 При оценке общей и местной устойчивости армогрунтового сооружения следует учитывать, что по мере изменения угла откоса сооружения может существенно меняться форма и положение критической поверхности обрушения (рисунок 19).

а — пологие откосы с углом менее или равным 45°; б — крутые откосы с углом более 45°

Рисунок 19 — Типичные формы критических поверхностей обрушения

7.4.2 К конечным предельным состояниям, которые следует рассмотреть при проектировании армогрунтовых насыпей, относятся:

● внешняя (общая) устойчивость:

— проседание пяты откоса (рисунок 20, а);

— горизонтальное смещение (рисунок 20, б);

— опрокидывание всего блока армированного грунта (рисунок 20, в);

— разрушение при разрыве отдельных армоэлементов (рисунок 21, а);

— разрушение при разрыве соединительных элементов (рисунок 21, б);

● общая внутренняя устойчивость:

— разрушение при разрыве отдельных армоэлементов (рисунок 22, а);

— разрушение при растяжении соединительных элементов (рисунок 22, б).

а — проседание пяты откоса; б — горизонтальное смещение; в — опрокидывание армированного грунтового блока (стрелками показано направление смещения армогрунтового сооружения)

Рисунок 20 — Примеры предельных состояний внешней (общей) устойчивости армогрунтовых насыпей

а — разрушение при разрыве отдельных армоэлементов; б — разрушение при разрыве соединительных армоэлементов

Рисунок 21 — Примеры предельных состояний внутренней местной устойчивости армогрунтовых насыпей армоэлементов

а — разрушение при разрыве отдельных армоэлементов; б — разрушение при растяжении соединительных армоэлементов

Рисунок 22 — Примеры предельных состояний общей внутренней устойчивости армогрунтовых насыпей

7.4.3 При проектировании армогрунтовых насыпей следует рассматривать состояние предела эксплуатационной надежности, которое включает:

— осадку основания откоса (рисунок 23, а);

— деформацию армоэлементов при эксплуатации после завершения строительства (рисунок 23, б);

— деформацию ползучести в процессе эксплуатации, обусловленную смещением мелких частиц грунта в условиях изменившегося водонасыщения грунта (рисунок 23, в).

а — осадка основания откоса; б — деформация армоэлементов; в — деформация ползучести под влиянием мелких частиц засыпки

Рисунок 23 — Примеры состояний предела общей эксплуатационной надежности армогрунтовых насыпей

7.5 Расчет армогрунтовых насыпей на слабых грунтах

7.5.1 При расчете армогрунтовых насыпей на слабых грунтах необходимо использовать коэффициенты корректировки, приведенные в таблице 18.

Таблица 18 — Коэффициенты, используемые для расчета армогрунтовых насыпей на слабых грунтах

Предельное состояние армогрунтовых насыпей

по эксплуатационной надежности

Гомогенный грунт, например, засыпка откоса

Внешние постоянные нагрузки, например, линейные или сосредоточенные нагрузки

Внешние динамические нагрузки, например, нагрузка от дорожного движения (ГОСТ Р 52748-2007)

Коэффициенты для грунта

Применительно к tgφ’_cv

Применительно к с’

Коэффициенты для армоэлементов

Применительно к эксплуатационной нагрузке на армоэлемент

Значения коэффициента зависят от типа используемой арматуры и расчетного срока ее службы (см. таблицу 7)

Коэффициенты взаимодействия в системе «арматура-грунт»

Проскальзывание перпендикулярно поверхности ар мо элемента

Выдергивание армоэлемента из грунта

7.5.2 При расчете армогрунтовых насыпей на слабом и очень слабом основании необходимо использовать следующие методы.

● Методы, где арматура используется для повышения устойчивости насыпей, не преследующие целей изменения осадки сооружений (рисунок 24).

а — армирование основания под насыпью; б — армирование основания матрацами; в — армирование основания с вертикальными дренами; 1 — арматура основания; 2 — насыпь; 3 — основание из пластичной глины; 4 — каменный матрац; 5 -пластичная глина; 6 — плоский дренаж; 7 — вертикальный дренаж

Рисунок 24 — Армирование основания для повышения устойчивости насыпи с начального момента строительства

● Методы, где арматура используется в качестве элементов системы стабилизации основания, повышающей устойчивость сооружения и предотвращающей осадку насыпи (рисунок 25).

1 — арматура основания; 2 — насыпь; 3 — пластичная глина; 4 — свая; 5 — оголовок сваи

Рисунок 25 — Насыпь на свайном основании с армированием низа насыпи

7.5.3 К конечным предельным состояниям, которые следует рассмотреть при проектировании армогрунтовых насыпей на слабых грунтах, относятся:

— разрушение свай из-за превышения их несущей способности (рисунок 26, а);

— обрушение за пределами свай (рисунок 26, б);

— превышение допустимой вертикальной нагрузки на оголовки свай (рисунок 26, в);

— потеря боковой устойчивости засыпки насыпи (рисунок 26, г);

— потеря общей устойчивости насыпи на сваях (рисунок 26, д).

а — разрушение свай; б — обрушение за пределами свайного основания; в — превышение допустимой вертикальной нагрузки на оголовки свай; г — потеря общей устойчивости; д — потеря общей устойчивости насыпи на сваях; 1 — арматура основания; 2 — насыпь; 3 — пластичная глина; 4 — свая; 5 — оголовок сваи; 6 — обрушение откоса; 7 — вертикальная нагрузка; 8 — горизонтальные перемещения засыпки (стрелками показано направление обрушения откосов)

Рисунок 26 — Конечные предельные состояния насыпей на свайном основании

7.5.4 Состояние предела эксплуатационной надежности армогрунтовых насыпей достигается в случаях черезмерной деформации арматуры из-за:

— продавливания между элементами усиления основания (рисунок 27, а);

— неравномерных или больших осадок элементов усиления основания (рисунок 27, б).

а — растяжение арматуры; б — осадка основания; 1 — арматура основания; 2 — насыпь; 3 — пластичная глина; 4 — свая; 5 — оголовок сваи

Рисунок 27 — Состояния предела эксплуатационной надежности армогрунтовых насыпей

8 Проектирование арматурных сооружений

8.1 Общие положения

При разработке конструкций армогрунтовых сооружений рекомендуется пользоваться следующими общими принципами:

— равнопрочности — сооружение рекомендуется конструировать так, чтобы запасы прочности в отдельных узлах и деталях примерно соответствовали общим запасам целого сооружения, но были больше его;

— технологичности — разрабатываемая конструкция должна соответствовать как общим технологическим подходам армогрунтовых сооружений, так и специфическим особенностям данной конструкции;

— экологичности — сооружение не должно существенно нарушать естественный ландшафт территории, изменять направление и интенсивность водных потоков и содержать материалы, не совместимые с геологической и биологической средой;

— энергоэффективности — конструкция сооружения должна быть такой, чтобы общие затраты энергоресурсов на строительство и эксплуатацию были бы минимальными или рационально обоснованными; для этого рекомендуется, например, максимально использовать местные грунты в обратной засыпке (при условии их соответствия всем требованиям).

8.2 Принципы проектирования армогрунтовых сооружений

8.2.1 Проектирование армогрунтовых сооружений рекомендуется выполнять в соответствии с блок-схемой, приведенной на рисунке 28.

Рисунок 28 — Блок-схема проектирования армогрунтовых сооружений

8.2.2 Перед началом конструирования рекомендуется проанализировать следующие факторы, влияющие на выбор конструкции армогрунтовых сооружений [ 9 ]:

— геологические условия и характер рельефа;

— условия окружающей среды;

— размер и характер конструкции;

— наличие местных материалов;

— опыт работы с конкретными системами;

8.2.3 При разработке конструкций армогрунтовых сооружений следует учитывать ряд факторов, влияющих на работоспособность сооружений (таблица 19).

Таблица 19 — Факторы, влияющие на работоспособность армогрунтового сооружения

Размер и форма частиц

Расстояние между слоями

Расположение в плане и по высоте

8.2.4 Перед конструированием армогрунтового сооружения, определением необходимого количества и размеров арматуры или армирующих элементов, целесообразного их размещения, расчетом несущей способности и деформируемости, выбором оптимальных способов производства работ с учетом требований экономичности, надежности и экологической безопасности принятого конструктивного решения необходимо уточнить следующие исходные данные [5]:

— генплан участка с контурами и отметками заложения существующих и возводимых зданий, сооружений и коммуникаций;

— конструкции и габариты фундаментов и подземных конструкций, примыкающих к возводимому объекту;

— назначение, класс, габариты проектируемого геомассива и нагрузки на него (рисунок 29);

— характер и величины передаваемых нагрузок на основание до или в процессе возведения и при эксплуатации сооружения с использованием армированного грунта;

— отчет по инженерно-геологическим и гидрогеологическим изысканиям строительной площадки;

— результаты испытаний (если таковые проводились) армирующих элементов или армированных конструкций в грунтовых условиях строительной площадки;

— сведения о предполагаемой подрядной и субподрядной организациях, производящих работы по армированию грунта на объекте, с оценкой их возможностей и технического вооружения.

8.2.5 При проектировании армогрунтовых сооружений обязательным этапом является оценка долговечности. В таблице 20 представлена рекомендуемая классификация долговечности армогрунтовых сооружений различного назначения [3].

Таблица 20 — Классификация долговечности армогрунтовых сооружений

Срок службы, год

Назначение армогрунтовых сооружений

Спецсооружения на строительной площадке

Малый срок службы

Спецсооружения на строительной площадке. Армированные основания малоценных объектов и технологических дорог

Средний срок службы

Основания и сооружения на дорогах к шахтам, карьерам, промыслам и другим объектам с ограниченным сроком эксплуатации

Длительный срок службы

Прибрежные сооружения и насыпи на автомобильных дорогах

Подпорные стены на автомобильных дорогах и устоях мостов

а — ступенчатая стена; б — армогрунтовая стена; в — трапецеидальная стена; г — полноразмерная стена; д — низовая подпорная стена; е — дамба; ж — двусторонняя стена; з — многоярусная стена; и — стена на склоне; к — экологичная стена; л — двусторонняя контактирующая стена; м — комбинированное сооружение; 1 — облицовка; 2 — арматура; 3 — задняя стенка; 4 — арматурная засыпка; 5 — ограждение; 6 — проезжая часть; 7 — верх арматурной конструкции

Рисунок 29 — Основные типы армогрунтовых стен

При выборе категории сооружения по долговечности необходимо принимать во внимание:

— результаты инженерно-геологических изысканий;

— схему нагружения и условия окружающей среды;

— требования в отношении обработки, хранения и размещения элементов армогрунтовой конструкции;

— степень контроля качества строительства;

— необходимость согласования используемых коэффициентов безопасности с категорией сооружения;

— допускаются ли какие-либо повреждения в течение срока службы.

8.2.6 При прогнозировании долговечности армогрунтового сооружения следует рассмотреть возможность проявления в процессе его эксплуатации:

— агрессивных биологических или химических факторов;

8.2.7 При определении категории армогрунтового сооружения по долговечности следует учитывать специфику перевозимых по дороге грузов и возможность повреждения сооружения уже в процессе его эксплуатации. Причинами появления таких повреждений могут быть протечки или потери перевозимых грузов, разрывы геотекстильного материала и георешеток вандалами, пожаром или наводнением. При установлении возможности проявления таких событий за время эксплуатации сооружения следует предусматривать соответствующие защитные или компенсационные мероприятия.

8.2.8 Для армогрунтовых сооружений с длительным сроком службы и высокими требованиями надежности рекомендуется предусматривать возможность доступа к засыпанным грунтом армоэлементам после достаточно длительной эксплуатации сооружений с целью получения информации о развитии коррозии металлов или деструктуризации полимеров.

8.2.9 В случае использования ленточной арматуры в виде широких лент (полос) армоэлементы в сооружении необходимо раскатывать на полную ширину [3].

8.2.10 Соединения полимерных решеток или сеток в тех случаях, когда такие соединения должны обеспечивать передачу усилия, необходимо производить с частичным накладыванием армоэлементов друг на друга. Такое соединение рекомендуется выполнять стержнем, пропускаемым через ячейки сетки.

8.2.11 При проектировании армогрунтового сооружения целесообразно располагать гибкие армоэлементы горизонтально, причем положение таких армоэлементов в подпорных стенах, откосах и основаниях насыпей должно совпадать с направлением наибольшей деформации растяжения в пределах массы неармированного грунта.

8.2.12 Для предотвращения увеличения порового давления воды в засыпке армированных подпорных стен и откосов необходимо предусматривать дренаж [3].

8.2.13 Для предотвращения бокового выдавливания и сопутствующего разрушения армогрунтовой насыпи необходимо укладывать горизонтальные армоэлементы на поверхности раздела засыпки насыпи и грунта основания [3].

8.2.14 Для уплотнения швов в облицовках из плит следует применять прокладки в виде пенополиуретановых полос, которые способствуют более равномерному распределению напряжений и уменьшают вероятность повреждения плит при чрезмерных давлениях по торцам. Во время строительства необходимо расклинивать и выравнивать все ряды плит. Металлические закладные детали, соединительные болты, подкладные шайбы, гайки и полосы необходимо защищать от коррозии. Для предотвращения взаимных перемещений плит нижняя и верхняя анкерные полосы соседних плит одного ряда должны располагаться на одном уровне [5].

8.2.15 При проектировании сооружения с использованием полимерной арматуры следует принимать во внимание ползучесть материала [3].

8.3 Проектирование армогрунтовых стен

8.3.1 При проектировании армогрунтовых стен должны быть проанализированы все потенциальные поверхности разрушения, включая выходящие за пределы сооружения (рисунок 30) [3]. В случае наличия поверхности разрушения, по которой может происходить недопустимое смещение сооружения, целесообразно предусмотреть использование армоэлементов, пересекающих эту поверхность разрушения. Если возможно появление постстроительных поверхностей сдвига, необходимо строго регламентировать характеристики грунта.

Рисунок 30 — Поверхность скольжения за пределами армогрунтового сооружения

8.3.2 Геометрия и расположение армоэлементов должны быть выбраны таким образом, чтобы гарантировать устойчивость сооружения и обеспечивать соблюдение требований к размеру, форме и сплошности облицовки [3]. В первом приближении расположение армоэлементов можно применять равномерно по всей высоте стены. Однако может оказаться экономически целесообразным разделить высоту стены на несколько зон и проектировать соответствующие армоэлементы для каждой зоны (рисунок 31).

а — стенка на часть высоты откоса; б — дамба; в, г — трапецеидальные стены; д — стена для охраны окружающей среды; е — двусторонняя стена; ж — стена прямоугольного поперечного сечения; з — трапецеидальное поперечное сечение; и — ступенчатое поперечное сечение; к — стена с парапетом; Н — расчетная высота; H₁ — высота облицовки; Н_t — общая высота; ΔН — разность высот ступений; L — длина армирования; D_m — заглубление сооружения; ΔL — разность длин армирования для ступеней высотой Z₁, Z₂, Z₃; L₁, L₂, L₃ — длина армирования ступеней; α — угол наклона откоса армогрунтового сооружения

Рисунок 31 — Начальный выбор размеров сооружений

8.3.3 Армогрунтовые подпорные стены должны быть спроектированы с соблюдением допусков, приведенных в таблице 21 [3].

Таблица 21 — Допуск отклонений размеров лицевой поверхности армогрунтовых стен

Источник