Методические рекомендации по укреплению откосов земляного полотна в легковыветривающихся скальных породах (46143)

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ВСЕСОЮЗНЫЙ ДОРОЖНЫЙ НАУЧНО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ (СОЮЗДОРНИИ)

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО УКРЕПЛЕНИЮ ОТКОСОВ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА В ЛЕГКОВЫВЕТРИВАЮЩИХСЯ СКАЛЬНЫХ ПОРОДАХ

Одобрены Минтрансстроем

МОСКВА 1976

Приведены рациональные конструкции и технология укрепления откосов насыпей из легковыветривающихся скальных грунтов, а также выемок, разрабатываемых в таких породах.

Даны конструкции защитных покрытий на откосах, в том числе выполняемые методом пневмонабрызга материалов, таких, как торкрет, шприц-бетон, аэроцем, пневмобетон. Определены области их применения; даны специальные методики по определению требований к рекомендуемым материалам; предложены новые рациональные технологические схемы по производству укрепительных работ; разработаны основные схемы комплектации необходимых машин и оборудования, позволяющих полностью механизировать все технологические операции по укреплению откосов из скальных грунтов.

В работе использованы авторские свидетельства № 343708 («Бюллетень изобретений», 1972, № 21); № 390244 («Бюллетень изобретений», 1973, № 30); № 378748 («Бюллетень изобретений», 1973, № 19).

Предисловие

При строительстве и эксплуатации железных и автомобильных дорог возникают трудности с обеспечением устойчивости откосов, особенно их поверхностных слоев, которые под воздействием погодно-климатических факторов могут снижать свою прочность. Устранение образуемых при этом деформаций требует дополнительных затрат.

Для обеспечения устойчивости поверхностных слоев откосов земляного полотна из скальных легковыветривающихся пород Союздорнии и ЦНИИС разработаны конструкции и методы их укрепления.

Для откосов насыпей предложены защитные слои из морозостойких неусадочных грунтов, решетчатые конструкции, биологическая защита; для откосов выемок - биологическая защита, а также конструкции, выполняемые методом пневмонабрызга.

Союздорнии исследовал и опробовал конструкции укрепления методом пневмонабрызга на основе сухих смесей (торкрет и шприц-бетон), а ЦНИИС - конструкции на основе аэрированных цементопесчаных растворов (аэроцем). Было создано оборудование, разработана технология укрепительных работ и проведено обследование состояния защитных покрытий после нескольких лет эксплуатации.

«Методические рекомендации», разработанные на основе теоретических, экспериментальных и полевых исследований с использованием авторских свидетельств № 343709 («Бюллетень изобретений», 1972, № 21); № 390244 («Бюллетень изобретений, 1973, № 30), № 378748 («Бюллетень изобретений», 1973, № 19), могут быть полезны при проектировании и строительстве автомобильных и железных дорог в сложных инженерно-геологических условиях, в частности в условиях БАМ.

«Методические рекомендации» разработали инженеры Ю.М. Львович, И.А. Режко, канд. геол.-минерал. наук Н.С. Бирюков (Союздорнии), кандидаты технических наук Ф.Н. Целиков, А.И. Песов, Е.А. Яковлова и инж. Л.М. Бирюкова (ЦНИИС).

1. Общие положения

1.1. Настоящие «Методические рекомендации» предназначены для выбора и назначения рациональных защитных конструкций, а также технологии производства работ по укреплению откосов земляного полотна автомобильных и железных дорог при наличии выветрелых и легковыветривающихся скальных пород.

1.2. Степень выветрелости горных пород устанавливают в зависимости от показателя разуплотнения породы по классификации, приведенной в табл. 1 и приложении 1.

Таблица 1

1.3. К легковыветривающимся относятся горные породы различной степени выветрелости, физико-механические свойства которых быстро изменяются под воздействием погодно-климатических факторов.

1.4. Защитные конструкции на поверхности откосов необходимы для предотвращения процессов выветривания горных пород и нарушений местной устойчивости (табл. 2).

Таблица 2

1.5. Защитные покрытия откосов не являются несущими конструкциями, в связи с чем их следует применять только на тех откосах, общая устойчивость которых обеспечена.

1.6. Защитные конструкции и технологию их устройства необходимо назначать на основе данных инженерно-геологических изысканий, лабораторных исследований степени подверженности скальных пород выветриванию (см. приложение 1), оценки общей и местной устойчивости, способа возведения земляного полотна и технико-экономического сравнения вариантов укреплений.

1.7. При использовании настоящих «Методических рекомендаций» необходимо учитывать положения СНиП II-Д.5-72, СНиП III-Д.5-73, «Указаний по проектированию земляного полотна железных и автомобильных дорог» СН 449-72, а также «Методических указаний по проектированию земляного полотна в сложных инженерно-геологических условиях» (М., ЦНИИС, 1974).

2. Конструкции укрепления откосов земляного полотна в легковыветривающихся скальных грунтах

2.1. В зависимости от типа сооружения (насыпь, выемка) могут быть рекомендованы различные конструктивные решения по защите поверхности откосов от процессов выветривания (рис. 1).

Рис. 1. Конструкции укрепления откосов земляного полотна из скальных легковыветривающихся пород:

I - биологическая защита насыпи (выемки); II - защитные слои насыпи; III - решетчатые конструкции насыпей; IV - защитные покрытия выемки; 1 - погребенный экран

2.2. Для укрепления откосов насыпей из скальных легковыветривающихся грунтов целесообразны следующие конструкции:

биологическая защита (посев трав методом гидропосева, посадка деревьев и кустарников);

защитные слои из местных морозостойких, неусадочных связных грунтов;

защитные слои из скальных выветривающихся грунтов;

решетчатые конструкции с заполнением ячеек различными материалами, в том числе и посевом трав.

2.3. При биологической защите траву высевают методом гидропосева при достаточно плотном слое «мульчи» или обычным способом по слою растительного грунта толщиной не менее 20 см. Посев трав необходимо комбинировать с посадкой кустарника или деревьев, подбирая специальные виды растительности, образующие устойчивую дернину на естественных склонах.

При отсутствии или недостатке растительного грунта целесообразно плакировать поверхность откосов местным делювиальным грунтом вскрыши выемок. После прорастания травы определяют дефектные места для повторного посева с удвоенной нормой удобрения.

2.4. Защитные слои из местных морозостойких, неусадочных грунтов устраивают толщиной от 0,3 до 1 м (в плотном теле) с обязательным посевом трав методом гидропосева.

2.5. Для укрепления откосов выемок, разрабатываемых в скальных легковыветривающихся породах, применяют биологическую защиту и конструкции, выполняемые методом пневмонабрызга.

2.6. Пневмонабрызг - это процесс укладки цементогрунтовых или цементопесчаных, а также бетонных смесей с помощью сжатого воздуха на наклонные и вертикальные поверхности грунтовых и скальных откосов на любую высоту специальными машинами (табл. 3 и приложение 2), выполняющими транспортировку и уплотнение уложенных строительных смесей.

Таблица 3

Пневмонабрызг исключает применение опалубки, специальных машин и механизмов вибрационного действия для уплотнения строительных смесей.

2.7. Все конструкции, выполняемые методом пневмонабрызга, можно разделить на следующие типы: облегченные толщиной 25 мм; средние - 40 - 60 мм; усиленные - до 100 мм с металлической сеткой; мощные - 100 мм и более с металлической сеткой и анкерами.

Тип конструкции выбирают в зависимости от состояния поверхности скальной выемки, генезиса пород, степени выветрелости, подверженности выветриванию, а также характера ожидаемых деформаций и устраивают в один или несколько слоев из различных набрызг-материалов.

2.8. Принципиальная конструкция укрепления, выполняемая методом пневмонабрызга (рис. 2), состоит: из металлической сетки, монтажных анкеров, несущих анкеров, набрызг-материала.

Рис. 2. Конструктивная схема защитного покрытия из пневмонабрызга:

1 - планка для крепления края сетки; 2 - шайба анкера; 3 - монтажная сетка; 4 - слой материала пневмонабрызга; 5 - защитный слой на откосе; 6 - монтажный анкер; 7 - поверхность за бровкой откоса; 8 - опорный вкладыш; 9 - металлический стержень несущего анкера; 10 - скважина анкера; 11 - раствор

2.9. Металлическая сетка из мягкой проволоки диаметром до 3 мм должна иметь ячейки размером 50×50 ÷ 200×200 мм. При этом расход металла сетки не должен превышать 0,5 кг/м2. Целесообразно использовать гибкие сетки промышленного изготовления (в рулонах). В случае необходимости допускается плетение сетки по месту работы.

Сетка может быть расположена по всей поверхности откоса выемки либо в отдельных ее местах (рис. 3).

Рис. 3. Распределение монтажной сетки на поверхности скального откоса:

1 - монтажная сетка; 2 - анкер; 3 - проволока

2.10. Пространство между сетками заполняют монтажными анкерами с оплеткой из мягкой проволоки.

Монтажные анкеры изготовляют из арматуры периодического профиля диаметром не более 16 мм, длиной от 0,5 до 1 м. Монтажные анкеры могут быть Т-образной конфигурации или состоять из отдельных стержней и накладных шайб с затяжными гайками.

При этом величина заглубления анкера в прочную (невыветрелую) породу должна быть не менее 5 - 10 см.

Количество монтажных анкеров назначают из расчета 1 анкер на 1,5 - 2 м2 металлической сетки.

2.11. Несущие анкеры предназначены для закрепления отдельных неустойчивых блоков породы, а также металлической сетки за пределами верхней бровки выемки на расстоянии от нее не менее 2 м (см. рис. 2).

2.12. Элементы конструкции укрепления возле подошвы откоса приведены на рис. 4.

Рис. 4. Конструкция защитного покрытия у подошвы откоса при наличии кювета (а) и железобетонного лотка (б):

1 - сетка; 2 - вкладыш; 3 - материал пневмонабрызга; 4 - монтажный анкер; 5 - покрытие у подошвы; 6 - земляное полотно; 7 - лоток

2.13. Для всех типов защитных конструкций из материалов пневмонабрызга необходимо устраивать коптажи с дренажными окнами размером 10×10 см в шахматном порядке через 2 м для выпуска грунтовых вод, а для предотвращения попадания жидких атмосферных осадков или вод снеготаянии под слой покрытия - специальные козырьки.

3. Область применения защитных конструкций

3.1. Применение защитных конструкций необходимо в каждом случае устанавливать в зависимости от высоты и крутизны откоса, свойств скальных грунтов или пород, наличия местных строительных материалов, машин и оборудования.

3.2. Для укрепления откосов насыпей, возводимых из скальных грунтов различной степени выветрелости, но устойчивых против дальнейшего выветривания, следует применять посев трав методом гидропосева.

Защитные слои целесообразно устраивать на откосах насыпей высотой более 2 м в тех случаях, когда для их сооружения используют скальные грунты, неустойчивые к погодно-климатическим воздействиям (набуханию-высушиванию, промерзанию-оттаиванию).

Материал для защитных слоев выбирают на основе экономического сравнения с другими конструкциями с учетом дальности возки морозостойких, неусадочных грунтов, а также характера разработки и стоимости скальных легковыветривающихся пород.

Для насыпей высотой более 12 м защитные слои целесообразно устраивать комбинированного типа, максимально используя скальные грунты (путем уширения земляного полотна), укладывая привозные грунты только в верхней части защитной конструкции.