ВСН 49-86 сторінка 3 з 11

ВСН 49-86. Указания по повышению несущей способности земляного полотна и дорожных одежд с применением синтетических материалов

3.1.10. При строительстве постоянных и временных дорог в районах распространения слабых грунтов (торф, переувлажненные минеральные грунты) целесообразно применение прослоек из СМ в качестве армирующих, дренирующих и защитных элементов в нижней части (основания) насыпей, параметры которых выбираются согласно положениям действующих документов. Их устройство позволяет снизить объемы земляных работ (исключение в ряде случаев необходимости удаления слабых грунтов, сокращение расхода привозных грунтов), обеспечить устойчивость основания и откосов насыпей, сократить сроки консолидации основания дорог. Устройство прослоек также исключает (уменьшает) взаимопроникновение материалов насыпи и грунта основания, улучшает условия отсыпки и уплотнения насыпи, что облегчает технологию производства работ, сокращает потери материала насыпи.

Рис. 2. Прослойки из CM в нижней части и основании насыпи постоянных (а, б) и временных (в, г, д) дорог:

1 - СМ; 2 - насыпь; 3 - слабое основание; 4 - местный грунт (торф); 5 - лежневой настил

3.1.11. При устройстве насыпей постоянных дорог для решения задачи ускорения консолидации грунтов (уменьшения сроков до устройства покрытия) применяют нетканые иглопробивные СМ толщиной более 3,5 мм (толщина под нагрузкой от веса насыпи не менее 2 мм), отвечающие требованиям по водопроницаемости. Прослойку из СМ устраивают непосредственно на слабом грунте - по всей ширине подошвы насыпи с запасом не менее 1,0 м в каждую сторону (рис. 2, а). Полотна СМ укладывают с перекрытием в, назначаемым с учетом осадки насыпи (в = 0,15+0,2S, м), рассчитанной в соответствии с действующими нормативными документами. Ориентировочные значения осадок S (м) для насыпей высотой 2 - 3 м, возводимых на болотах глубиной до 8 м приведены в табл. 3.1.

Подобное решение рекомендуется применять, если коэффициент фильтрации песка нижней части насыпи менее 1 м/сут. Расчетную степень консолидации основания, по достижении которой допустимо устройство покрытия, можно в этом случае снизить до 0,95 от требуемой нормами для дорог не выше III категории.

Таблица 3.1

Глубина болота, м

Материал основания

Плотные торфы (коэффициент пористости до 15)

Высокопористые торфы (коэффициент пористости более 15)

0,5

0,9

1,0

1,5

2,0

2,5

3.1.12. Обеспечение устойчивости основания и откосов постоянных дорог достигается путем увеличения жесткости нижней части насыпи. В этом случае должна быть обеспечена равнопрочность устраиваемой прослойки из СМ в поперечном направлении (п. 3.3.4). СМ укладывают в один или в два слоя, объединяя их в обойму (рис. 2, б). Устойчивость откосов оценивают по методике п. 3.2.7.

3.1.13. Конструкции по рис. 2, а, б применяют на дорогах II - V категорий на болотах I, II типов, а для дорог I категории с асфальтобетонным покрытием на болотах I типа. Минимальную высоту насыпи назначают из условий снегозаносимости, возвышения низа дорожной одежды над уровнем поверхностных вод и исключения упругих колебаний от проходящего транспорта.

Нижняя часть насыпи постоянных дорог может быть возведена при применении СМ из местных грунтов в следующих случаях:

на дорогах III - V категории на болотах I, II типов. Местный грунт связный с К_w£1,2 (К_w - коэффициент переувлажнения, отношение фактической влажности к оптимальной). СМ укладывают на поверхность местного грунта (аналогично рис. 2, г);

на дорогах IV-V категорий на болотах I, II типов. Местный грунт связный с К_w>1,2 или торф сильноразложившийся влажностью до 400 - 500%. Местный грунт заключают в замкнутую обойму (см. рис. 2, б).

Толщину верхней части насыпи назначают в этих случаях расчетом исходя из исключения упругих колебаний от проходящего транспорта, но не менее 1,0 м для дорог с асфальтобетонным и 1,2 м с цементобетонным покрытием. Толщину нижней части насыпи назначают из условия возвышения низа дорожной одежды над уровнем поверхностных вод или поверхности слабого основания с учетом осадки насыпи.

3.1.14. При устройстве временных автомобильных дорог, подъездов, обеспечении проезда на период строительства в сложных грунтово-гидрологических условиях СМ укладывают непосредственно на основание (рис. 2, в), в нижней части насыпи (см. рис. 2, г) или на лежневой настил, фашинную выстилку (рис. 2, д). При этом:

насыпь по рис. 2, в устраивают на болотах I типа глубиной до 4 м, сложенных плотным торфом, на минеральных грунтах повышенной влажности, если толщина насыпи по условию обеспечения проезда (п. 3.1.15) превышает осадку насыпи за период эксплуатации не менее чем на 0,2 м (на подтопляемых участках - не менее чем на глубину поверхностных вод +0,2 м). При возможности подтопления целесообразно отгибать край СМ на откос с анкеровкой его в теле насыпи;

насыпь на рис. 2, г устраивают на глубоких болотах I типа, сложенных торфом малой и средней влажности, на болотах II типа и в перечисленных выше случаях, когда условие превышения толщины насыпи над осадкой за период эксплуатации не соблюдается. Нижняя часть насыпи может быть отсыпана из местного торфяного грунта с обязательным его уплотнением;

насыпь толщиной 0,6 - 0,7 м по рис. 2, д устраивают на болотах II - III типов, сложенных сильносжимаемым слаборазложившимся торфом и на болотах сплавинного типа.

Минимальную толщину насыпей (см. рис. 2, в, г) по условию обеспечения проезда (h_п) назначают по расчету или ориентировочно по табл. 3.2.

Таблица 3.2

Среднемесячная интенсивность движения в одном направлении, авт/сут

Минимальная толщина насыпей h_п, см, при грунтах основания

Осушенный торф (W<300 %)

Маловлажный торф (W=300¸600 %)

Глинистый грунт (W<0,9W_т)

Заторфованный или глинистый грунт (W>0,9 W_т)

Одиночные автомобили

40 - 60

50 - 70

25 - 40

40 - 60

До 50

50 - 80

60 - 90

40 - 60

50 - 80

Свыше 50

60 - 90

70 - 100

50 - 80

60 - 90

Сверхтяжелые нагрузки (разовый проезд)

60 - 80

60 - 90

40 - 60

60 - 90

Примечание. Общая продолжительность периодов эксплуатации дороги с названной интенсивностью до одного года; меньшие значения толщин принимают для насыпей из песчано-гравийных смесей оптимального состава, большие - для насыпей из мелких непылеватых песков.

3.1.15. Параметры конструкций по пп. 3.1.13 и 3.1.14 принимаются согласно рекомендаций ¹ и настоящих Указаний.

¹ Методические рекомендации по применению нетканых синтетических материалов при строительстве автомобильных дорог на слабых грунтах. Союздорнии, М., 1981.

3.2. Методика расчета 3.2.1. Расчет дорожных конструкций с армирующими и защитными прослойками из CM в верхней части (активная зона земляного полотна, нижние конструктивные слои дорожной одежды, обочины) проводят в два этапа. На первом этапе рассчитывают конструкцию без прослоек. При этом:

дорожную одежду проезжей части дороги рассчитывают в соответствии с Инструкцией по проектированию дорожных одежд нежесткого типа BCН 46-83 Минтрансстроя СССР. М.: Транспорт, 1985, с учетом п. 3.1.9 Указаний;

конструкции укрепления обочин рассчитывают по Техническим указаниям по укреплению обочин автомобильных дорог BCН 39-79 Минавтодора РСФСР. М.: Транспорт, 1980.

На втором этапе после назначения вида материалов, количества и толщин слоев проводят корректировку (уменьшение) толщин, соответствующую усилению конструкции и результате применения СМ (пп. 3.2.2 - 3.2.5 Указаний). При этом:

оценивают по пп. 3.2.2 и 3.2.3 соответствие применяемого СМ требованиям по деформативности;

выполняют расчеты по п. 3.2.3 (защитные прослойки) и по п. 3.2.4 (армирующие прослойки - перерасчет толщин слоев);

оценивают по п. 3.2.5 соответствие прочности СМ действующим в конструкции напряжениям.

При уменьшении толщин слоев проводят также повторный расчет дорожной одежды, по сопротивлению сдвигу в грунтах, слабосвязных материалах и сопротивлению растяжению при изгибе монолитных слоев в соответствии с ВСН 46-83, причем при расчете дорожной одежды по сопротивлению сдвигу (п. 3.36 и 3.42 ВСН 46-83) величину активных напряжений сдвига в грунте, расположенном непосредственно под армирующей или защитной прослойкой из СМ (грунт земляного полотна, песок подстилающего слоя), уменьшают в 1,2 раза. Предварительно проводят расчет дренирующего слоя с СМ из условия осушения по п. 5.2, если СМ выполняют функцию дренирования.

3.2.2. Корректировку толщин и количества слоев дорожной одежды, проводят по п. 3.2.4, если СМ выполняют функции армирующих прослоек при условии, что Е_см не менее 350 Н/см и удовлетворяется неравенство

, (3.1)

где 0,01 - коэффициент приведения размерностей; f - коэффициент, зависящий от методики определения Е_см (f = 2 - для методики приложения 1А, f = 1 - для методики приложения 1Б и других методик, предусматривающих проведение испытаний в условиях сложного напряженного состояния); Е_см - условный модуль упругости СМ, принимаемый по результатам испытаний или приложению 5, Н/см; d - толщина синтетического материала, см; Е₀ - модуль упругости на поверхности лежащих под СМ грунтовых слоев (см. п. 3.2.4), МПа.

3.2.3. Если 150£Е_см<350 Н/см и прослойку из СМ укладывают на контакте «крупнофракционный материал (щебень, гравий) - грунт», модуль упругости на поверхности грунта без расчета повышают в 1,2 раза. Корректировку толщин в этом случае не выполняют, а конечный эффект от применения СМ выражают в увеличении межремонтных сроков службы (п. 7.6).

3.2.4. Корректировку толщин проводят следующим образом:

приводят к двухслойной назначенную согласно ВСН 46-83 конструкцию дорожной одежды (рис. 3, а), границей между слоями которой является прослойка СМ (рис. 3, б). Верхний слой имеет параметры (обозначения по рис. 3):

; (3.2)

Рис. 3. Схемы к расчету по п. 3.2

Рис. 4. Номограмма к расчету по п. 3.2

Нижний слой имеет модуль упругости Е₀, равный модулю упругости на поверхности лежащих под СМ грунтовых слоев. Значение Е₀ находят по номограмме (рис. 4). При укладке СМ непосредственно на поверхность земляного полотна Е₀ равен модулю упругости грунта земляного полотна;

определяют общий модуль упругости на поверхности покрытия дорожной одежды: Е^а_общ = Е_общ/a₁₍₂₎ где a₁₍₂₎ - коэффициент усиления, принимаемый по табл. 3 приложения 2 при известных значениях Е_ср, Н, Е_см, Е₀, D (D = 37 см);

уменьшают толщину одного из слоев дорожной одежды до соблюдения условия Е^а_общ = Е_тр, так как Е^а_общ > Е_общ ³ Е_тр. Для этого исходя из нового значения модуля упругости на поверхности покрытия Е^а_общ последовательно сверху вниз с использованием номограммы (см. рис. 4) определяют значения модулей упругости на поверхности каждого слоя дорожной одежды вплоть до слоя, толщину которого предполагается уменьшить. По той же номограмме находят его условную толщину h^¢_i при найденном новом (увеличенном) значении модуля упругости на поверхности этого слоя и скорректированное значение этой толщины h_i^a из выражения

. (3.3)

Последовательность расчета показана в приложении 3А.

3.2.5. Проверку прочности прослойки СМ проводят во всех случаях (независимо от величины Е_см и выполняемых СМ функций) на действие строительных и эксплуатационных нагрузок в соответствии с критерием

, (3.4)

где s_а, R_расч - соответственно напряжения, возникающие в СМ от действия колесной нагрузки, и расчетное значение прочности СМ, МПа; 0,01 - коэффициент приведения размерностей; 1,9 - коэффициент, зависящий от соотношения коэффициентов Пуассона грунта m₀ и СМ m_см (принято m₀ = m_см = 0,3); Р - удельное давление от колеса расчетного автомобиля, МПа;, Е₀ - см. п. 3.2.2; - безразмерный параметр (табл. 2 приложения 2); К_р - коэффициент, определяемый из выражения К_p = Кn/m при значении К по п. 2.2.4; n = 0,7 для полиамидных и полиэфирных, n = 0,4 для полипропиленовых СМ (вводится, если СМ выполняют функции армирующей прослойки); m = 1,2 (вводится при укладке СМ на контакте крупнофракционный материал-грунт); R_p - прочность СМ по результатам испытаний (приложение 1А, Б), Н/см, d - толщина прослоек СМ.

При проверке прочности на действие строительных нагрузок принимают К = 1, а параметры Н_а и Е^а_ср (см. сноску к табл. 2 приложения 2) - равными параметрам отсыпаемого непосредственно на СМ слоя.

3.2.6. Расчет насыпей на слабом основании с прослойкой из СМ на контакте «насыпь - слабое основание» выполняют в соответствии с действующими нормативными документами, руководствуясь также дополнительными положениями:

при расчете дорожных одежд - расчетное значение относительной влажности слабого грунта основания может быть уменьшено на 5 - 10 %;

расчетную степень консолидации основания назначают с учетом п. 3.1.11;

при применении СМ для обеспечения устойчивости основания и откосов (п. 3.1.12) расчет устойчивости откосов проводят с учетом армирующего действия СМ (пп. 3.2.7, 3.2.8, 4.2) и оценивают соответствие механических характеристик СМ условиям его применения (пп. 3.2.9, 3.2.10).

3.2.7. Коэффициент запаса устойчивости откосов насыпи с прослойкой СМ на слабом основании насыпи рассчитывают по формуле

, (3.5)

где s_pi - предельное значение растягивающих напряжений для грунта (п. 4.2.3); n, d - количество и толщина прослоек СМ; R_дл - длительная прочность СМ (п. 3.2.8); Pi = g_iF_iB - вес каждого из блоков, на которые разбивается откос над поверхностью скольжения; F_i, В, g_i, L_i - соответственно площадь, толщина, удельный вес грунта блоков и длина поверхности скольжения в их пределах; b_i - угол наклона поверхности скольжения в пределах i-го блока.

Если прослойки СМ расположены также в теле насыпи, расчет выполняют по п. 4.2 Указаний, заменяя s_p на R_дл для прослойки, расположенной в основании насыпи.

3.2.8. Значения длительной прочности СМ R_дл (по п. 3.2.7) назначают по результатам испытаний (см. приложение 1В). При использовании данных приложения 5 за R_дл принимают: для нетканых иглопробивных CM - 1,2s_д, для остальных - s_д. Для СМ, не пошедших в таблицу приложения 5, можно ориентировочно принимать:

для тканых материалов, жестких сеток из полиамидного, полиэфирного сырья R_дл = 0,7/R_р/d, полипропиленового R_дл = 0,4/R_р/d;

дли нетканых иглопробивных СМ из полиамидного, полиэфирного сырья R_дл = 0,5/R_р/d, полипропиленового R_дл = 0,2/R_р/d, R_р - предел прочности СМ, определяемый по приложению 1А.

В любом случае величина R_дл не должна превышать значения КR_р/d (см. п. 2.2.4).

3.2.9. Приближенную оценку соответствия механических характеристик СМ, отвечающих требованиям табл. 2.2, условиям применения для нетканых иглопробивных и других сильно деформируемых материалов (e₀³30 %) выполняют в соответствии с выражением

, (3.6)

где f - см. п. 3.2.2, m₁, H - соответственно заложение откоса и высота насыпи, S - осадка насыпи, определяемая по действующим нормативным документам; e₀ - общее относительное удлинение СМ при разрыве (назначается после испытаний по методике приложения 1А или по паспортным данным).

В случае применения жестких СМ с e₀<30% для армирования основании (п. 3.1.12) такую оценку выполняют исходя из условий восприятия ими всего усилия, соответствующего растягивающим напряжениям s_х в нижней части насыпи

, (3.7)

где H - высота насыпи; g, j - удельный вес и угол внутреннего трения грунта насыпи; остальные обозначения по п. 3.2.8, т.е. величина s_х не должна превышать значения R_дл (R_дл - см. п. 3.2.8).