МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ВСЕСОЮЗНЫЙ ДОРОЖНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ (СОЮЗДОРНИИ)
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И СТРОИТЕЛЬСТВУ СВАЙНЫХ ПРОТИВООПОЛЗНЕВЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГАХ
Одобрен Минтрансстроем
Москва 1977
Даны область применения, конструкции, расчет, устройство и контроль качества свайных противооползневых сооружений. Приведены оценка длительной прочности глинистых грунтов и устойчивости оползневых склонов и определение величины оползневого давления с методиками и примерами расчета.
Предисловие
«Методические рекомендации по проектированию и строительству свайных противооползневых конструкций на автомобильных дорогах» разработаны на основе анализа результатов лабораторных и теоретических исследований, проведенных в Союздорнии в период 1974 - 1975 гг., и опыта проектирования и строительства свайных противооползневых конструкций, накопленного Киевским филиалом Союздорпроекта.
«Методические рекомендации» предназначены для проектных организаций в качестве методического пособия при проектировании свайных противооползневых конструкций, входящих в комплекс мероприятий по обеспечению устойчивости земляного полотна автомобильных дорог, сооружаемого на склонах с различной степенью устойчивости.
«Методические рекомендации» составили канд. техн. наук Э.М. Добров, инж. А.П. Аксенов при участии инженеров С.Н. Митурского и Л.В. Грицюка (Киевский филиал Союздорпроекта).
1. Общие положения
1.1. Настоящие «Методические рекомендации» распространяются на проектирование, строительство и приемку свайных противооползневых конструкций, применяемых для обеспечения устойчивости земляного полотна автомобильных дорог при сооружении их в сложных инженерно-геологических условиях оползневых районов территории СССР.
1.2. Свайные противооползневые конструкции следует проектировать, как правило, в две стадии: технический проект и рабочие чертежи.
На участках, где экономическая эффективность применения свайных конструкций не вызывает сомнений и установлен целесообразный тип этих конструкций, а также на аварийных участках дорог, где применение свайных конструкций оправдывается быстротой ликвидации аварийной ситуации, допускается проектировать противооползневые мероприятия в одну стадию с разработкой технорабочего проекта.
1.3. При проектировании свайных удерживающих конструкций следует соблюдать требования к проектно-изыскательским работам, соответствующие данной стадии проектирования (см. «Методические рекомендации по противооползневым мероприятиям на автомобильных дорогах в условиях Молдавской ССР». Союздорнии. М., 1975).
1.4. Объем инженерно-геологических изысканий для проектирования свайных противооползневых конструкций определяют стадией проектирования.
1.5. При проведении инженерно-геологических изысканий необходимо соблюдать требования СНиП II-А.В-69, «Рекомендаций по инженерно-геологическим изысканиям в районах развития оползней» (М., 1969) и «Методических рекомендаций по противооползневым мероприятиям на автомобильных дорогах в условиях Молдавской ССР».
1.6. Разведочные скважины следует заглублять ниже зоны скольжения оползня не менее чем на 3 - 5 м, а на участках предполагаемого строительства свайных удерживающих конструкций часть скважин должна быть заглублена в коренные или устойчивые породы на 10 - 15 м.
Глубоких скважин должно быть не менее 1/5 их общего числа. Глубокие скважины располагают с учетом проведения наиболее полного обследования коренных или устойчивых пород в зоне в целом и особенно в зоне предполагаемого размещения свайных конструкций.
В каждой пробуренной скважине должна быть четко зафиксирована поверхность скольжения. В пределах контура проектируемого ростверка должно быть пробурено не менее трех скважин по его оси.
1.7. На основе полевых и лабораторных исследований физико-механических свойств оползневых грунтов должно быть сформировано четкое представление: о зерновом составе грунта, его характерных влажностях, объемной массе и влажности при естественном залегании, прочностных характеристиках, особенно о длительной прочности грунта и реологических характеристиках.
1.8. При расчете свайных противооползневых конструкций на воздействие оползневого давления (по прочности материала свай), а также при определении глубины заделки свай в коренные несмещающиеся породы следует пользоваться методикой, изложенной в «Рекомендациях по расчету фундаментов глубокого заложения опор мостов» (ЦНИИС. М., 1970).
1.9. Расстояния между осями свай в рядах следует рассчитывать в соответствии с пп. 6.12 - 6.13 настоящих «Методических рекомендаций».
На основе проведенного расчета в соответствии с пп. 6.12 - 6.13 может быть установлена возможность применения свайных противооползневых конструкций в составе комплекса противооползневых мероприятий.
1.10. На период производства свайных работ и всего комплекса противооползневых мероприятий должен предусматриваться авторский надзор.
2. Область применения свайных противооползневых конструкций в дорожном строительстве
2.1. Свайные противооползневые конструкции следует применять в тех случаях, когда земляное полотно автомобильных дорог расположено на оползневых склонах с четко выраженной и определенной геологическим строением поверхностью скольжения. Этому условию соответствуют оползневые деформации типа скольжения и оползаниях).
х) По классификации проф. Н.Н. Маслова.
2.2. Особенно целесообразно применение свайных противооползневых конструкций в следующих инженерно-геологических условиях:
твердая и полутвердая консистенция оползневых накоплений;
наличие отдельных зон увлажнения у поверхности скольжения (струйчатый характер грунтовых вод);
присутствие в оползневых накоплениях включений крупных скальных обломков размером до 500 - 600 мм;
наличие в пределах оползневого склона несмещающихся массивов (например, выхода коренных пород неглубокого заложения), которые могут быть использованы для анкеровки удерживающей конструкции.
2.3. При закреплении оползней, развивающихся в прочных породах, например при скольжении полускальных или скальных пород по ослабленным прослойкам, рекомендуется применять сваи-шпоны, концы которых должны быть заведены на длину не менее 4 - 5 диаметров выше и ниже поверхности скольжения.
2.4. Свайные противооползневые конструкции позволяют обеспечить:
устойчивость оползневого склона, предотвращая просадки, отколы и значительные горизонтальные смещения насыпей автомобильных дорог в случаях, когда трасса автомобильной дороги пересекает оползневый участок в его верхней или средней части (рис. 1);
устойчивость верховой части оползневого склона в случае его подрезки при устройстве выемки или полувыемки - полунасыпи (рис. 2);
общую устойчивость откосов высоких насыпей;
возможность устройства глубоких совершенных дренажей под защитой «стены в грунте» из буронабивных свай (см. рис. 1, б);
снижение пригрузки оползневого склона от массы насыпи путем устройства низовых подпорных стен на свайном основании и сокращения объема насыпи (см. рис. 1, б);
Рис. 1. Обеспечение устойчивости земляного полотна в верхней (а) и средней (б) частях оползневого склона с помощью противооползневых конструкций из буронабивных свай:
1 - коренные породы; 2 - оползневый грунт; 3 - низовая подпорная стена; 4 - то же, верховая; 5 - буронабивные сваи; 6 - анкерная тяга; 7 - анкерные сваи; 8 - глубокий совершенный дренаж
Рис. 2. Укрепление верховой части оползневого склона в случае его подрезки:
1 - полувыемка - полунасыпь; 2 - контрфорс; 3 - оползневый грунт; 4 - коренные породы; 5 - буронабивные сваи
Рис. 3. Устройство эстакады на свайных фундаментах при пересечении оползневого участка:
1 - коренные породы; 2 - оползневый грунт; 3 - эстакада; 4 - ограждающая подпорная стена; 5 - верховая подпорная стена; 6 - буронабивные сваи
возможность строительства эстакад на свайных фундаментах при пересечении оползневых участков (рис. 3);
возможность устройства недеформируемого основания водоотводных лотков и труб;
передачу нагрузки от проезжей части и временной нагрузки коренным несмещающимся породам путем устройства под проезжей частью на всю ее ширину железобетонного свайного ростверка (рис. 4);
поярусное закрепление оползневого склона арочными (в плане) свайно-грунтовыми стенами, расположенными на террасах, используемых для устройства проездов, размещения каких-либо площадок и т.д.;
устойчивость возводимого на оползневом склоне здания или сооружения путем устройства обоймы из одно-, двухрядных свайных ростверков.
Рис. 4. Свайное поле с железобетонным ростверком под проезжей частью на всю ее ширину:
1 - оползневый грунт; 2 - железобетонный ростверк; 3 - консольный тротуар; 4 - разгрузка насыпи (сокращение объема); 5 - 1-й ряд свай, работающий как стена в грунте; 6 - поверхность скольжения; 7 - буронабивные сваи; 8 - коренные породы
2.5. Свайные противооползневые конструкции можно применять как для предупреждения оползней, так и для закрепления земляного полотна автомобильных дорог в ходе восстановительных работ.
2.6. Свайные противооползневые конструкции можно применять наряду с анкерными сваями-затяжками, железобетонными столбами шахтной проходки, сваями-шпонами различных конструкций.
Эти сооружения должны проектироваться в сочетании с водоотводными, осушительными мероприятиями, мероприятиями по разгрузке верховых частей склонов и пригрузке их в зоне выпора и т.д.
При значительном обводнении грунта закрепляемого земляного полотна до начала свайных работ следует выполнять мероприятия по мелиорации грунта (водопонижение, осушение верхней части сползающего массива продольными рассечками, заполняемыми щебнем, и др.).
2.7. Возможность применения свайных конструкций устанавливают на основе результатов технико-экономического сравнения вариантов комплекса противооползневых мероприятий с удерживающими конструкциями различных типов (подпорные стены, земляные и каменные контрбанкеты, контрфорсы и др.), а также вариантов расположения трассы за пределами оползня.
3. Оценка устойчивости оползневых склонов и определение величины оползневого давления
3.1. Степень устойчивости природных склонов (как с учетом земляного полотна, так и без него) следует оценивать уже на стадии технико-экономического обоснования при выборе наиболее экономически и технически оправданного варианта проложения трассы и обоснования противооползневых мероприятий.
3.2. Устойчивость природного склона следует рассчитывать, исходя прежде всего из наиболее вероятной формы нарушения его устойчивости (скол при просадке, срез с вращением, оползень-поток и т.п.), при этом устойчивость рассчитывают применительно ко всему природному склону, а не только к его локальной части, расположенной в зоне возведения земляного полотна,
В том случае, если природный склон оползневый, форма нарушения его устойчивости определяется по четким признакам (стенки срыва, трещины растяжения, локальная заболоченность, валы выпирания и т.п.), благодаря которым легко отличить оползневое тело от здоровой части склона.
В случае, если склон устойчивый или условно устойчивый и трудно заранее определить наиболее вероятную форму нарушения его устойчивости, следует исходить из предполагаемой в данном случае формы деформации, принимая во внимание особенности геологического строения толщи склона и факторы, связанные со строительством автомобильной дороги (подсечка, перегрузка, разгрузка и т.п.). При этом следует проводить проверочные расчеты нескольких возможных схем. Наиболее вероятной схемой будет та, которая дает минимальную величину коэффициента запаса устойчивости.
3.3. Устойчивость склонов следует рассчитывать по поперечнику, в котором наиболее неблагоприятно сочетаются такие факторы, как крутизна склона, наличие ослабленных зон, мощность смещающихся грунтов и т.п.
3.4. Расчет устойчивости склонов и откосов выполняют из условий плоской задачи:
а) по прочности (1-е предельное состояние);
б) по деформируемости (2-е предельное состояние).
3.5. Расчет устойчивости откосов и склонов по прочности сводится к определению той или иной величины коэффициента запаса Кзап и сравнению его с требуемой величиной.
При этом величина Кзап устойчивости определяется как отношение суммы сил, удерживающих откос или склон в устойчивом состоянии, к сумме сил, нарушающих это состояние.
Для расчета суммарного воздействия удерживающих сил при оценке величины Кзап используют прочностные характеристики грунта, а именно: его сопротивляемость сдвигу, определяемую силами внутреннего трения грунта jw и общего структурного сцепления Сw.
3.6. Устойчивость откосов и склонов по деформируемости следует рассчитывать, если обеспечена их устойчивость по прочности (Кзап > 1), но есть опасность развития длительных деформаций ползучести во времени.
В этом случае дополнительно в качестве исходных характеристик грунта следует оценивать коэффициент динамической вязкости η (приложение 1).
3.7. Устойчивость оползневых склонов по критериям деформируемости следует проверять особенно в тех случаях, когда угол внутреннего трения грунтов, слагающих склон, близок к нулю, а общее структурное сцепление обусловлено, главным образом, силами связности.
3.8. Для оценки степени устойчивости природных оползневых склонов с фиксированной поверхностью скольжения следует использовать метод горизонтальных сил (метод Маслова-Берера).
3.9. Степень устойчивости склона в этом случае оценивают по величине коэффициента запаса, определяемого по формуле
(1)
где
(2)
