Єврокод 7. Геотехнічне проектування. Частина 1. Загальні правила

Розділ 9. Утримуючі споруди

9.1 Загальні положення

9.1.1 Сфера застосування

(1)Р Положення цього розділу застосовуються до споруд, які утримують грунт, що включає нескельні, скельні породи або засипку і воду. Матеріал утримується, якщо він тримається на укосі крутішому, ніж той, на якому він лежав би, якщо б споруди не було. утримуючі споруди включають всі типи стін і підтримуючих систем, в яких структурні елементи мають сили, протистояти утримуваним матеріалам.

(2)Р тиск для зернистих матеріалів, що зберігаються в силосах, повинен визначатися використовуючи EN 1991-4.

9.1.2 Визначення

(1) Проектування утримуючих споруд включає наступні три основних типа, які необхідно розрізняти:

9.1.2.1

гравітаційні стіни

стіни з каменя, бетону або залізобетону, що мають плиту в основі з чобітком або без нього, виступ або контрфорс. Вага самої стіни, до складу якої інколи включена стабілізуюча маса скельного, нескельного або насипного ґрунту, грає важливу роль в утриманні матеріалу. прикладами таких стін можуть служити бетонні гравітаційні стіни постійної або змінної товщини, залізобетонні стіни з плитою, контрфорсні стіни.

9.1.2.2

вбудовані стіни

відносно тонкі сталеві, залізобетонні або дерев'яні споруди, що утримуються анкерами, розпірками

і/або пасивним тиском ґрунту. Допустимий згин цих стін грає важливу роль в утриманні зберігаємого матеріалу, тоді як роль ваги стіни не суттєва. прикладами таких утримуючих споруд можуть служити консольні сталеві шпунтові (пальові) стіни, анкерні або розпірні сталеві або бетонні шпунтові стіни і перемички (діафрагмові стіни).

9.1.2.3

комбіновані утримуючі споруди

стіни, що включають елементи з двох типів стіни. Існує дуже велика різноманітність таких стін і приклади включають подвійні шпунтові стіни перемички (кесони), земляні споруди, посилені анкерами, геотекстилем або ін'єктуванням і споруди з декількома рядами ґрунтових анкерів або ґрунтових цвяхів (нагелів).

9.2 Граничні стани

(1)Р Повинен бути складений перелік граничних станів для розгляду. Як мінімум наступні граничні стани повинні бути розглянуті для всіх типів утримуючих споруд:

- втрата загальної стійкості;

- руйнування конструктивних елементів, таких як стіна або діафрагма, анкер, кріплення або розпірки, або руйнування з'єднання між такими елементами;

- комбіноване руйнування ґрунту і елементів конструкції;

- руйнування від гідравлічного підйому або суфозії;

- переміщення утримуючої споруди, які можуть привести до руйнування, погіршити зовнішній вигляд або вплинути на роботу споруди, а також сусідніх будівель і мереж;

- недопустимі витоки через стіну або діафрагму або під ними;

- недопустимі зміни стоку ґрунтових вод.

(2)Р Крім того, мають бути враховані наступні граничні стани:

- для гравітаційних і комбінованих стін:

- недостатня несуча здатність ґрунту під спорудою;

- руйнування, викликане ковзанням по підошві стіни;

- руйнування, обумовлене перекиданням;

- для утримуючих діафрагм:

- руйнування діафрагми або її частин від кутового або поступального зсуву;

- руйнування, пов'язане з порушенням вертикальної рівноваги.

(3)Р Для всіх типів утримуючих споруд слід враховувати поєднання вказаних вище граничних станів.

(4) При розрахунку гравітаційних стін часто зустрічаються ті ж проблеми, що і для фундаментів неглибокого закладання, насипів і укосів. Тому при аналізі граничних станів гравітаційних стін слід застосовувати принципи, викладені в розділі 6. Особлива увага повинна приділятися питанню руйнування, викликаного недостатньою несучою здатністю ґрунту основи стіни навантаженнями, що діють під великим кутом, і навантаженнями з сильним ексцентриситетом (дивись 6.5.4).

9.3 Дії, геометричні дані і проектні ситуації

9.3.1 Дії

9.3.1.1 Базові дії

(1) Необхідно розглядати дії, перераховані в 2.4.2(4).

9.3.1.2 Вага матеріалу засипки

(1)Р Проектні величини об'ємної ваги матеріалу засипки повинні визначатися залежно від вивченості матеріалів, придатних для відсипання. У звіті з геотехнічного проектування мають бути вказані види контролю, що виконується під час виробництва робіт, щоб реальні величини були не гірші закладених в проекті.

9.3.1.3 Пригрузки

(1)Р При визначенні проектних величин тимчасових навантажень необхідно враховувати наявність на укріплюваній ділянці або поряд з нею будівель, стаціонарного або рухомого транспорту або кранів, складів матеріалів, вантажів, контейнерів.

(2) Особлива увага має бути приділена періодичним навантаженням на поверхню, наприклад, навантаженням від доріг кранів, розташованих на причальній стінці. Тиск, що виникає при цих тимчасових діях, може значно перевищувати величини первинної пригрузки або прикладеного статичного навантаження тієї ж інтенсивності.

9.3.1.4 Вага води

(1)Р Проектні величини об'ємної ваги води повинні призначатися залежно від того, яка це вода – прісна, солона, з вмістом хімічних або забруднюючих речовин, що може привести до значних коливань в порівнянні з нормативною величиною.

9.3.1.5 Хвилеві і льодові сили

(1)Р Проектні величини зусиль, обумовлені хвилевими або льодовими діями, беруться на підставі інформації, що є для даного регіону, відносно кліматичних і гідрологічних умов ділянки.

(2)Р При виборі проектних величин статичних зусиль, обумовлених льодовим покривом, необхідно враховувати наступні моменти:

- вихідну температуру льоду перед початком потепління;

- швидкість підвищення температури;

- товщину льодового покриву.

9.3.1.6 Фільтраційні сили

(1)Р Потрібно враховувати фільтраційні сили, обумовлені різницею рівнів води попереду і ззаду утримуючої споруди, оскільки вони можуть змінювати тиск ґрунтів за спорудою і зменшувати міцність ґрунту перед стіною.

9.3.1.7 Сили зіткнення

(1) При визначенні проектних величин сил зіткнення, наприклад, при ударі хвиль, плаваючих глиб льоду або транспорту, можна врахувати енергію, поглинену масою, що зіткнулася, і утримуючою спорудою, наприклад, захисною і (або) направляючою спорудою.

(2) При бічних ударах на споруди, що захищають, необхідно враховувати зростання жорсткості утримуваного ґрунту.

(3) Для діафрагм необхідно враховувати небезпеку розрідження під впливом бічних ударів.

(4)Р Навантаження на утримуючу споруду від зіткнення з плаваючою глибою льоду розраховується з врахуванням опору стискуванню льоду і товщини льодової глиби. При розрахунку опору стискуванню потрібно враховувати мінералізацію і однорідність льоду.

9.3.1.8 Вплив температури

(1)Р При призначенні розмірів утримуючих споруд необхідно враховувати дію аномальних коливань температури в часі і в просторі.

(2) Дія коливань температури має бути врахована, зокрема, при розрахунку навантажень в розпірках і кріпленнях.

(3) Розглядаючи питання Проектування пожаронебезпеки Споруд, слід звертатися до протипожежних розділів Єврокодів, що відносяться до відповідних матеріалів.

(4)Р Мають бути передбачені спеціальні заходи, наприклад, підбір відповідного матеріалу для засипки, укладання дренажу або влаштування системи ізоляції, для недопущення утворення лінз льоду в ґрунті, що знаходиться за утримуючою спорудою.

9.3.2 Геометричні дані

9.3.2.1 Основні дані

(1)Р Проектні величини геометричних даних встановлюються відповідно до принципів, викладених в 2.4.6.3.

9.3.2.2 Поверхня ґрунту

(1)Р Проектні величини геометричних даних, що стосуються засипки за утримуючою спорудою, беруться з врахуванням змінності реальних величин на місці залягання. У проектних величинах мають бути також враховані плановані відкопування і можливе осідання ґрунту перед утримуючою спорудою.

(2) При розрахунках граничних станів за втратою несучої здатності, в яких стійкість утримуючої споруди залежить від опору ґрунту перед конструкцією, рівень землі, що забезпечує опір, має бути зменшений на величину ∆а в порівнянні з реальною. Величина ∆а вибирається з врахуванням міри контролю за рівнем поверхні землі. За звичайних умов контролю застосовуються наступні правила:

- для затисненої діафрагми ∆а береться рівною 10% висоти діафрагми вище за рівень відкопування, але не більше 0,5 м;

- для діафрагми з розпірками або анкерами ∆а береться рівною 10% відстаней між самою нижньою опорою і рівнем відкопування, але не більше 0,5 м.

(3) Допускається брати менші по величині значення ∆а, включаючи нуль, за умови забезпечення надійного контролю рівня поверхні протягом всього періоду виробництва робіт.

(4) Великі по величині значення ∆а потрібно брати, коли рівень поверхні сумнівний.

9.3.2.3 Рівні води

(1)Р Вибір проектних або характерних величин відміток дзеркала вільної води і ґрунтових вод виконується на підставі даних про гідрологічні і гідрогеологічні умови ділянки.

(2)Р Слід враховувати вплив змін коефіцієнта фільтрації на режим ґрунтових вод.

(3)Р Слід враховувати вірогідність несприятливих умов тиску води, обумовлених наявністю зваженого або напірного горизонту ґрунтових вод.

9.3.3 Проектні ситуації

(1)Р Необхідно розглянути наступні моменти:

- зміни властивостей ґрунтів, рівнів води і порового тиску в просторі;

- намічені зміни властивостей ґрунтів, рівнів води і порового тиску в часі;

- зміни дій і способу їх комбінацій;

- виїмку, осідання або ерозію ґрунту перед утримуючою спорудою;

- вплив ущільнення матеріалу насипу за утримуючою спорудою;

- вплив майбутніх споруд, намічених навантажень і розвантажень утримуваного матеріалу або поряд з ним;

- намічені переміщення ґрунту, обумовлені осіданням або дією морозу.

(2) Для берегових конструкцій льодові і хвилеві сили необов'язково мають бути прикладені в одній і тій же точці.

9.4 Питання проектування і будівництва

9.4.1 Загальні положення

(1)Р Приведені в 2.4.7 і 2.4.8 схем застосовні в рівній мірі як до граничних станів за втратою несучої здатності, так і до граничних станів за непридатністю до експлуатації.

(2)Р Необхідно довести, що вертикальна рівновага для даного розподілу прикладеного до споруди напруження і дій може бути забезпечене.

(3) Перевірка вертикальної рівноваги може бути виконана, зменшуючи параметри тертя об стіну.

(4) В міру можливості утримуючі споруди повинні проектуватися так, щоб були видимі ознаки настання граничного стану за втратою несучої здатності. Проектована конструкція має бути застрахована від можливого крихкого руйнування, тобто миттєвого обвалення без попередніх помітних деформацій.

(5) Для багатьох утримуючих споруд потрібно рахувати критичний граничний стан, при якому переміщення стіни або діафрагми виявляться достатніми, щоб викликати пошкодження сусідніх конструкцій або мереж. Хоча стіна не обов'язково обрушиться, рівень пошкодження може значно перевищити рівень граничного стану за непридатністю до експлуатації в утримуваній конструкції.

(6) Проектні методи і величини окремих коефіцієнтів, що рекомендуються в цій нормі, як правило, є достатніми, щоб попередити граничні стани за втратою несучої здатності в сусідніх конструкціях за умови, що ґрунти мають як мінімум середню щільність або тверду консистенцію, а технологія і порядок будівництва вибрані правильно. В той же час потрібно особливо уважно відноситися до деяких сильно переущільнених глин, в яких підвищене початкове горизонтальне напруження може викликати значні переміщення на великій відстані від котловану.

(7) Інколи через складності взаємодії між ґрунтом і утримуючою спорудою буває важко виконати детальний розрахунок споруди до початку виробництва робіт. В цьому випадку для проекту потрібно скористатися методом спостережень (дивись 2.7).

(8)Р При призначенні розмірів утримуючих споруд необхідно враховувати наступні моменти:

- вплив виробництва робіт, включаючи:

- влаштування тимчасового кріплення в бортах виїмки;

- зміни напруження і відповідних переміщень ґрунту, пов'язаних з влаштуванням і зведенням утримуючої споруди;

- перемішування ґрунту в результаті операцій вбивання або буріння;

- необхідність влаштування під'їздів до будівельного майданчика;

- вимоги, пов'язані із захистом від води закінченої стіни або діафрагми;

- можливість зведення стіни або діафрагми, яка досягає глибокого шару з низьким коефіцієнтом фільтрації, і створює таким чином водонепроникну завісу. Має бути вивчена проблема постійного стоку підземних вод при цій новій конфігурації;

- можливість влаштування анкерів на сусідніх ділянках;

- можливість виконання екскаваторних робіт між розпірками утримуючих споруд;

- здатність стіни або діафрагми витримувати вертикальні навантаження;

- здібність до розтягування складників конструкції;

- забезпечення доступу для догляду за стіною або діафрагмою, а також за їх дренажною системою;

- зовнішній вигляд і термін служби стіни або діафрагми і анкерів;

- для шпунтових стінок: наявність досить жорсткого перетину, щоб при зануренні шпунтів не було порушено їх зчеплення;

- стійкість пробурених під захистом бурового розчину свердловин або відкопаних траншей, поки вони залишаються відкритими;

- для засипки: тип місцевих матеріалів і механізми для їх ущільнення у відповідності з 5.3.

9.4.2 Дренажні системи

(1)Р Якщо безпека і придатність до експлуатації проектованої споруди залежать від нормального стану дренажної системи, слід розглянути наслідки її руйнування як з врахуванням безпеки, так з точки зору вартості ремонтних робіт. Повинна виконуватися одна з наступних умов (або комбінації цих умов):

- має бути складена програма догляду за дренажною системою, а в конструкції споруди слід передбачити доступ для виконання поточних ремонтів;

- потрібно довести або на підставі досвіду, або розрахунками пропускної спроможності, що дренажна система може нормально працювати без поточного ремонту.

(2) Необхідно брати до уваги об'єми, тиск і хімічні характеристики дренованих вод.

9.5 Визначення тиску ґрунту

9.5.1 Загальні положення

(1)Р При визначенні величин тиску ґрунту необхідно враховувати допустимі форми і амплітуди переміщень і деформацій, які можуть статися в утримуючій споруді при даному граничному стані.

(2) У наступному вираження "тиск ґрунту" буде також використовуватись для загального тиску від слабких і вивітрених скельних порід і включає тиск ґрунтових вод.

(3)Р При розрахунку тиску ґрунту і напряму дії сил, обумовлених цим тиском, також потрібно враховувати:

- тимчасове навантаження на поверхню землі і кут нахилу;

- кут нахилу стіни або діафрагми по відношенню до вертикалі;

- ґрунтові води і фільтраційні сили в ґрунті;

- амплітуду і напрям відносного переміщення стіни або діафрагми по відношенню до ґрунту;

- горизонтальну або вертикальну рівновагу всієї утримуючої споруди;

- опір зрушенню і об'ємну вагу ґрунту;

- жорсткість стіни або діафрагми і опорних частин конструкції;

- шорсткість стіни.

(4) Необхідно розглянути величину тертя і зчеплення, які розвиваються на контакті стіни або діафрагми і залежать від:

- характеристик опору ґрунту;

- властивостей тертя на інтерфейсі стіни/діафрагми і ґрунту;

- напрями і амплітуди переміщень стіни або діафрагми по відношенню до ґрунту;

- здібності стіни або діафрагми сприймати вертикальні зусилля, обумовлені тертям і зчепленням на контакті із стіною.

(5) Слід визначити величину напруження зрушення, яка може розвиватися на інтерфейсі ґрунту і стіни/діафрагми залежно від параметра інтерфейсу δ.

(6) Можна допустити, що для споруди з бетону або металевих шпунтів, яка тримає піщаний або гравелистий ґрунт, проектна величина параметра інтерфейсу утримуючої споруди і ґрунту рівна

δ_d= k·φ_cv;d.. k не повинна перевищувати 2/3 для збірного бетону і металевих шпунтів.

(7) Для монолітного бетону можна прийняти величину k = 1,0.

(8) Для стіни з металевих шпунтів, зведеної в глині, для недренованих умов безпосередньо після забивання слід допустити, що зчеплення і опір від тертя відсутні. З часом ці величини можуть підвищуватися.

(9)Р Величини тиску ґрунту і напрям дії результуючих сил повинні визначатися відповідно до прийнятого визначуваного наближення (дивись 2.4.7.3) і з врахуванням даного граничного стану.

(10) Тиск ґрунту в граничному стані за втратою несучої здатності зазвичай відрізняється від тиску в граничному стані за придатністю до експлуатації. Ці величини визначаються двома принципово різними визначеннями. Тому якщо тиск ґрунту розглядається як дія, то він може мати не одну, а декілька характеристичних величин.

(11)Р В разі утримуючих споруд для скельних масивів розрахунки тиску ґрунту повинні враховувати вплив тріщин і розривів, при цьому особлива увага має бути звернене на їх орієнтацію, відстань між ними, розкриття і механічні властивості матеріалу заповнення при його наявності.

(12)Р При необхідності, розраховуючи тиск на утримуючу споруду, необхідно враховувати потенціал спучення ґрунту.

9.5.2 Величини тиску ґрунту в спокою

(1)Р За відсутності будь-якого переміщення стіни відносно ґрунту тиск ґрунту повинен визначатися з напруження у стані спокою. Визначення стану напруження спокою повинне брати до уваги історію напруження ґрунту.

(2) Як правило, для нормально консолідованих ґрунтів слід допустити, що ґрунт за утримуючою спорудою знаходиться в стані так званого спокою, коли переміщення споруди менше ніж 5х10^-4х h.

(3) Для ґрунту з горизонтальною поверхнею коефіцієнт тиску ґрунту в стані спокою К₀ визначається з:

K₀ = (1− sinφ' )∙√ OCR

формула не може бути використовувана для дуже високих величин OCR

(4) Коли ґрунт нахилений вгору від стіни або діафрагми під кутом до горизонталі, рівним β ≤ φ' , горизонтальна складова ефективного тиску ґрунту σ'_h;0 може бути пов'язана з вертикальним ефективним тиском ґрунтів q' відношенням K_0;β, де:

K_0;β= K₀ (1+ sin β)

У такому разі потрібно допустити, що напрям результуючої сили буде паралельним поверхні ґрунту.

9.5.3 Граничні величини тиску ґрунту

(1)Р Граничні величини тиску ґрунту повинні визначатися з врахуванням відносного переміщення ґрунту і утримуючої споруди при руйнуванні і відповідної форми поверхні руйнування.

(2) При високих значеннях кута внутрішнього тертя і параметра інтерфейсу між спорудою і ґрунтом δ граничні величини тиску ґрунту, отримані з використанням плоских поверхонь руйнування, можуть значно відрізнятися від величин, отриманих з використанням кривих поверхонь руйнування, і давати результати нижче безпечних.

ПРИМІТКА Інформація про відносні переміщення, які ведуть до граничних величин тиску ґрунту, надана в додатку С.

(3) Коли переміщення утримуючої споруди обмежуються розпірками, анкерами і іншими елементами, потрібно вважати, що граничні величини активного і пасивного тиску і їх розподіл можуть не бути набільш не сприятливими.

9.5.4 Проміжні величини тиску ґрунтів

(1)Р Проміжні величини тиску ґрунту можуть з'явитися, коли переміщення стіни недостатні, щоб викликати граничні величини. Визначення проміжних величин тиску ґрунту повинне враховувати величину переміщення стіни, а також напрям по відношенню до ґрунту.

ПРИМІТКА У додатку С, рисунок С.3 дається графік, що дозволяє визначити величини виниклого пасивного тиску.

(2) Проміжні величини тиску ґрунту можуть визначатися з використанням, різних емпіричних правил, наприклад, згідно моделі модуля реакції або кінцевих елементів.

9.5.5 Вплив ущільнення

(1)Р При визначенні тиску ґрунту за утримуючою спорудою слід враховувати додатковий тиск, що створюється відсипанням ґрунту і прийнятими схемами його ущільнення.

ПРИМІТКА Виміри показують, що величини додаткового тиску залежать від прикладеної енергії ущільнення, товщини ущільнюваних шарів і траєкторії ущільнюючого механізму. Може статися, що горизонтальний тиск на стіну або діафрагму в одному шарі зменшуватиметься при відсипанні і ущільненні наступного шару. Коли відсипання закінчене, переущільнення, як правило, діятиме лише на верхню частину стіни.

(2)Р Найбільш відповідні схеми ущільнення мають бути чітко визначені, щоб уникнути надмірних величин тиск ґрунту, який може викликати недопустимі переміщення споруди.

9.6 Тиск води

(1)Р При визначенні характеристичних і проектних величин тиску води необхідно враховувати рівні води вище за ґрунт і в ґрунті.

(2)Р При перевірці граничних станів за втратою несучої здатності і придатності до експлуатації тиск води має бути врахований в поєднаннях дій відповідно до 2.4.5.3 і 2.4.6.1 і з врахуванням потенційних ризиків, приведених в 9.4.1(5).

(3)Р Для споруд, які утримують ґрунт з середніми або низькими коефіцієнтами фільтрації, слід допустити, що тиск води діє за стіною. За винятком випадків, коли влаштована надійна система дренажу (9.4.2(1) Р) або виконані протифільтраційні заходи, потрібно прийняти, що величини тиску води відповідають водоносному горизонту, покрівля якого розташовується на поверхні утримуваного масиву.

(4)Р При можливих різких коливаннях рівня вільної зовнішньої води слід розглянути як змінну умову, що виникає безпосередньо після зміни рівня води, так і умову кінцевої рівноваги.

(5)Р Якщо спеціальні заходи для дренування або обмеження фільтрації не були прийняті, потрібно розглянути вплив заповнення водою усадкових тріщин і тріщин розтягування.

9.7 Проектування за крайнім граничним станом (за втратою несучої здатності)

9.7.1 Загальні положення

(1)Р Розміри утримуючих споруд мають бути перевірені за граничним станом за втратою несучої здатності для всіх відповідних цьому стану проектних ситуацій згідно вимог 9.3.3, застосовуючи проектні величини дій, результатів дій і проектних опорів.

(2)Р Мають бути розглянуті всі форми граничного стану. Як мінімум, необхідно врахувати всі форми, приведені на рисунках 9.1 – 9.6 для найпоширеніших утримуючих споруд.

(3)Р Визначенням граничного стану за втратою несучої здатності повинно бути встановлено, що рівновага може бути досягнута, використовуючи проектні величини дій або результатів дій, а також міцностей і характеристик опору матеріалів, як вказано в 2.4. При оцінці проектних значень характеристик опору або міцностей слід враховувати сумісність деформацій різних матеріалів.

(4) Р Для характеристик опору або міцності ґрунту береться найбільш несприятлива з максимальної або мінімальної проектних величин.

(5) Можна застосувати методи визначення, які перерозподіляють тиск ґрунту залежно від відносних переміщень і величин жорсткості ґрунту і елементів конструкції.

(6)Р Для тонкозернистих ґрунтів необхідно враховувати короткостроковий і довгостроковий стан.

(7)Р Для стін, на які діє нерівномірний тиск води, повинна проводитися перевірка безпеки відносно руйнування, викликаного гідравлічним підйомом і суфозією.

9.7.2 Загальна стійкість

(1)Р Принципи розділу 11 повинні застосовуватися у кожному конкретному випадку для доказу того, що порушення загальної стійкості не станеться, а відповідні деформації надзвичайно малі.

(2) Як мінімум, мають бути враховані граничні форми, проілюстровані на рисунку 9.1, враховуючи при цьому ризики поступового руйнування і розрідження.

9.7.3 Руйнування фундаменту (основи) гравітаційних стін

(1)Р Принципи розділу 6 повинні застосовуватися у кожному конкретному випадку для доказу того, що умови руйнування ґрунту прийняті з достатнім запасом, а відповідні деформації при цьому залишаються невеликими. Також слід розглянути втрату несучої здатності унаслідок ковзання стіни.

(2) Як мінімум, слід розглянути граничні форми, проілюстровані на рисунку 9.2.

9.7.4 Руйнування від повороту утримуючих стін

(1)Р Визначеннями рівноваги повинно бути доведено, що утримуючі стіни достатньо заглиблені в ґрунт, щоб не допустити руйнування від повороту.

(2) Як мінімум, необхідно розглянути граничні моделі, проілюстровані на рисунку 9.3.

Рисунок 9.1 - Приклади граничних форм загальної стійкоті утримуючих споруд

Рисунок 9.2 - Приклади граничних форм руйнування фундаменту (основи) гравітаційних стін

Рисунок 9.3 - Приклади граничних форм руйнування від повороту закладених стін

(3)Р Проектна інтенсивність і напрям напруження зрушення між ґрунтом і стіною мають бути сумісні з вертикальним відносним переміщенням, яке, можливо, станеться в даній проектній ситуації.

9.7.5 Вертикальне руйнування утримуючих стін

(1)Р Має бути доведено, що вертикальна рівновага може бути отримана, використовуючи Проектні значення міцності або характеристик опору ґрунтів і вертикальних сил, що діють на діафрагму.

(2) Потрібно, як мінімум, враховувати граничну форму, проілюстровану на рисунку 9.4.

Рисунок 9.4 - Приклад граничної форми вертикального руйнування закладених стін

(3)Р Щоб врахувати переміщення стіни вниз, потрібно узяти максимальні проектні величини сил попереднього напруження, наприклад, анкерів, які мають вертикальну складову направлену вниз.

(4)Р Розрахункова амплітуда і напрям напруження зрушення між ґрунтом і стіною повинні відповідати тим величинам, які були узяті для перевірки вертикальної і обертальної рівноваги.

(5)Р Коли діафрагма служить фундаментом для конструкції, її вертикальна рівновага має бути перевіреназгідно з принципами розділу .

9.7.6 Проектування конструкції утримуючих споруд

(1)Р Утримуючі споруди і несучі елементи конструкції, такі як анкери і розпірки, мають бути перевірені на руйнування елементів конструкції у відповідності з 2.4 і EN 1992, EN 1993, EN 1995 і EN 1996.

2. Як мінімум, мають бути враховані граничні форми, проілюстровані на рисунку 9.5.

Рисунок 9.5 - Приклади граничних форм руйнування конструкції утримуючих споруд

(3)Р Для кожного граничного стану за втратою несучої здатності повинно бути доведено, що необхідна міцність може бути мобілізована при сумісних деформаціях ґрунту і споруди.

(4) Для елементів конструкції необхідно враховувати зменшення міцності залежно від деформації, обумовленої такими причинами, як поява тріщин в слабких перетинах, великих поворотів у пластичних шарнірах або втрата стійкості при локальному подовжньому вигині сталевих елементів у відповіднсті з EN 1992 – EN 1996 і EN 1999.

9.7.7 Руйнування при висмикуванні анкерів

(1)Р Має бути доведено, що рівновага може бути отримана без руйнування, викликаного висмикуванням з ґрунту анкерів.

(2)Р Анкери повинні проектуватись у відповідності з розділом 8.

(3) Як мінімум, необхідно, розглянути форми руйнування, проілюстровані на рисунку 9.6 (а,b).

(4) Для жорстких анкерів необхідно враховувати форму руйнування, проілюстровану на рисунку 9.6(с).

Рисунок 9.6 - Приклади граничних форм руйнування від висмикування анкерів

9.8 Проектування за граничним станом за придатністю до експлуатації

9.8.1 Загальні положення

(1)Р Розміри утримуючої споруди повинні бути перевірені за граничними станами за придатністю до експлуатації, використовуючи проектні ситуації, визначені в 9.3.3.

(2)Р Проектні величини тиску ґрунту в граничному стані за придатностю до експлуатації визначаються з використанням характеристичних значень всіх параметрів ґрунтів.

(3)Р Необхідно застосовувати величини, рівні характеристичним значенням постійних додаткових дій за утримуючою спорудою.

(4) Для оцінки проектних величин тиску ґрунту необхідно врахувати початкове напруження, жорсткість і міцність ґрунту, а також жорсткість елементів конструкції.

(5) Необхідно встановити проектні величини тиску ґрунту з врахуванням допустимої деформації конструкції в граничному стані за придатністю до експлуатації. Ці тиски не обов'язково будуть граничними величинами.

9.8.2 Переміщення

(1)Р Граничні величини допустимих переміщень для утримуючої споруди і прилеглого ґрунту встановлюються у відповідності з 2.4.8, з врахуванням допусків по деформаціях для споруд і комунікацій, які діють на цю споруду.

(2)Р Обережна оцінка викривлення і переміщення утримуючих споруд і їх впливу наспоруди і комунікації, які вони тримають, завжди виконується на основі співставлюваного досвіду. Ця оцінка повинна враховувати вплив будівельних робіт. Розміри можуть бути обґрунтовані шляхом перевірки очікуваних переміщень, які не повинні перевищувати граничних величин.

(3)Р Якщо обережна початкова оцінка переміщень дає перевищення граничних величин, обґрунтування розмірів повинно виконуватися детальнішим опрацюванням, що включає визначення переміщень.

(4)Р Необхідно розглянути, якою мірою змінні дії, такі як вібрації, обумовлені навантаженнями від транспорту, впливають на переміщення утримуючої споруди.

(5)Р детальніше вивчення, що включає визначення переміщень, може бути виконане в наступних випадках:

- коли сусідні споруди і комунікації неадекватно або погано реагують на переміщення;

- коли немає переконливих прикладів виконання подібних робіт і споруд.

(6) Крім того, слід передбачити виконання визначень переміщень в наступних випадках:

- коли стіна тримає більше 6 метрів зв'язкового слабко пластичного ґрунту;

- коли стіна тримаює більше 3 метрів слабко пластичного ґрунту;

- коли стіна лежить на м'яких глинах або на контакті з м'якими глинами.

(7)Р Визначення переміщення повинні враховувати жорсткість ґрунту і елементів конструкції споруди, а також етапи виробництва робіт.

(8) Стан матеріалів, прийнятих для визначень переміщень, повинен перевірятися співставлюваним досвідом подібних робіт і споруд і із застосуванням тієї ж визначувальної моделі. Допускаючи лінійну поведінку, величини жорсткості для ґрунту і матеріалів конструкції повинні призначатися відповідними розрахунковим рівням деформації. Можна також використовувати комплексні моделі поведінки для матеріалів.

(9)Р Вплив вібрацій на переміщення повинен розглядатися у відповідності з 6.6.4.

Розділ 10. Гідравлічне руйнування

10.1 Загальні положення

(1)Р Положення цього розділу застосовні до чотирьох форм руйнування ґрунту, викликаного тиском або фільтрацією порової води, які мають бути перевірені у відповідних ситуаціях, а саме:

- руйнування від гідравлічного підйому (сплиття);

- руйнування від підняття;

- руйнування від ерозії;

- руйнування від суфозії.

ПРИМІТКА 1 Сплиття відбувається тоді, коли тиск води під конструкцією або шаром ґрунту низької водопроникності стає більше середнього вертикального напруження (обумовленого конструкцією і (або) вищерозміщеними шарами ґрунту).

ПРИМІТКА 2 Цей вид руйнування відбувається тоді, коли направлені вгору фільтраційні сили протидіють вазі ґрунту, зменшуючи до нуля ефективне вертикальне напруження. В цьому випадку частки виносяться вгору струмом води і відбувається руйнування (спучування) .

ПРИМІТКА 3 Руйнування унаслідок ерозії відбувається через перенесення часток ґрунту всередину шарую чи в інтерфейс між двома шарами або в інтерфейс між шаром іспорудою. Це може трансформуватися в регресивну ерозію, що приведе до руйнування структури ґрунту.

ПРИМІТКА 4 Руйнування унаслідок промоїн при суфозії це особлива форма руйнування, наприклад, в резервуарі ерозія починається з поверхні, потім положення погіршується до тих пір, поки в масі ґрунту або між ґрунтом і фундаментом, або в інтерфейсі між шарами зв'язного і незв'язного ґрунту не утворюється тунель у вигляді труби. Руйнування станеться, як тільки розташований вгорі кінець ерозійного тунелю досягне дна резервуару.

ПРИМІТКА 5 Умови гідравлічного руйнування в ґрунті можуть бути виражені через загальне напруження і поровий тиск або через ефективне напруження і гідравлічний градієнт. Аналіз загального напруження застосовується до руйнуванні при гідравлічному підйомі. Для руйнування в результаті усунення ефективного вертикального напруження застосовуються наближення по загальному напруженню і ефективному напруженню. Для контролю ерозії і суфозії гідравлічному градієнту задаються певні умови.

(2) У ситуаціях, коли поровий тиск є гідростатичним (гідравлічний градієнт нікчемно малий), іншої перевірки окрім загального гідравлічного піднімання, не вимагається.

(3)Р При визначенні гідравлічних градієнтів, порового тиску або фільтраційних сил потрібно враховувати:

- зміни коефіцієнта фільтрації ґрунту в просторі і в часі;

- зміни рівнів води і порового тиску з часом;

- можливі зміни пограничних станів (наприклад, при відкопуванні ґрунту за спорудою).

(4) Необхідно врахувати, що ділення ґрунту на шари для різних механізмів руйнування може бути різним.

(5)Р Коли гідравлічний підйом, суфозія або ерозія представляють серйозну небезпеку для цілісності геотехнічної споруди, мають бути прийняті заходи для зменшення гідравлічного градієнта.

(6) Найчастіше для зменшення ерозії або усунення небезпеки гідравлічного руйнування, застосовуються наступні способи:

- подовження шляху дренування (фільтрації) за допомогою діафрагм (екранів) або водовідводів;

- модифікація проекту, для протидії тиску або градієнтам;

- контроль фільтрації;

- захисні фільтри;

- боротьба з дисперсією глин за допомогою спеціальних фільтрів;

- захист укосів;

- зворотні фільтри;

- дренажні колодязі;

- зменшення гідравлічних градієнтів.

10.2 Руйнування від гідравлічного підйому

(1)Р Перевірка стійкості споруди або шару ґрунту з низькою водопроникністю на гідравлічне руйнування, повинна виконуватися шляхом порівняння постійних стабілізуючих дій (наприклад, ваги, бічного тертя) з постійними і змінними дестабілізуючими діями, обумовленими водою або іншими причинами. Приклади ситуацій, коли потрібна перевірка стійкості по критерію гідравлічного піднімання, наведені на рисунках 7.1 і 10.1.

(2)Р проект повинен перевірятись на руйнування від гідравлічного піднімання застосовучи нерівність (2.8) 2.4.7.4. У цій нерівності проектною величиною вертикальної складової постійної стабілізуючої дії (G_stb;d)можлива, наприклад, вага споруди і шарів ґрунту, а проектний опір (R_d) може бути сумою, наприклад, сил тертя (T_d), і анкерних сил (P). Опір підніманню, обумовлений тертям або анкерними силами також може розглядатися, як постійна вертикальна стабілізуюча дія (G_stb;d). Проектна величина вертикальної складової постійних і змінних дестабілізуючих дій V_dsb;d це сума сили, обумовленої тиском води, що діє під спорудою (постійні і змінні частини), і інших сил, направлених вгору.

(3) У простих випадках перевірку рівняння 2.8 під силу можна замінити перевіркою по загальному напруженню і поровому тиску.

а) Гідростатичний підйом заглибленої пустотілої споруди

1 рівень (грунтової) води

2 водонепроникна поверхня

b) Гідростатичний підйом легковагої дамби під час паводку

1 рівень (грунтової) води

2 водонепроникна поверхня

3 матеріал легковагої дамби

c) Гідростатичний підйом дна виїмки

4 початкова поверхня землі

5 пісок

6 глина

7 гравій

d) Влаштування плити нижче рівня води

1 рівень (ґрунтової) води

2 водонепроникна поверхня

5 пісок

6 пісок

8 ін'ектований пісок

е) заанкерена споруда проти гідравлічного підйому

1 рівень (ґрунтової) води

5 пісок

9 анкер

Рисунок10.1 - Приклади ситуацій, коли гідравлічне підняття може буде критичним

(4) Найчастіше для захисту від руйнування в результаті піднімання застосовуються наступні способи:

- збільшення ваги споруди;

- зменшення тиску води під спорудою за допомогою дренажу;

- заглиблення споруди в шари, що пролягають нижче.

(5)Р Коли для захисту від руйнування в результаті піднімання застосовуються палі або анкери, їх розміри можна перевірити відповідно до правил, викладених в 7.6.3 або 8.5 відповідно, із застосуванням окремих коефіцієнтів, приведених в 2.4.7.4.

10.3 Руйнування від гідравлічного зважування

(1)Р Для перевірки стійкості ґрунту до руйнування від гідравлічного зважування, для кожної ґрунтової колонки використовується або рівняння (2.9а), або рівняння (2.9b). Рівняння (2.9а) виражає умову стійкості з врахуванням загального напруження і порового тиску. Рівняння (2.9b) виражає ту ж умову з врахуванням ефективного напруження і порового тиску. Ситуація, коли потрібно перевіряти стійкість від гідравлічного зважування, приведена на рисунку 10.2.

1 рівень виїмки (зліва); рівень води (справа);

2 вода

3 пісок

Рисунок 10.2 - Приклад ситуації, коли гідравлічне зважування буде критичним

(2)Р При визначенні характерної величини порового тиску необхідно враховувати всі можливі несприятливі умови, а саме:

- тонкі шари слабопроникного ґрунту;

- просторовий вплив вузьких, круглих або прямокутних виїмок під водою.

ПРИМІТКА 1 Коли ґрунт має велике зчеплення, форма руйнування в результаті усунення ефективного напруження переходить у форму руйнування обумовлену гідравлічним зважуванням. Тоді стійкість перевіряється використовуючи положення 10.2, коли до ваги можуть бути додані додаткові сили опору.

ПРИМІТКА 2 Стійкість до усунення ефективної вертикального напруження не обов'язково гарантує захист від ероозії, яка повинна перевірятися окремо, коли це потрібно.

(3) Найчастіше як захист від руйнування в результаті усунення ефективного вертикального напруження застосовують наступні способи:

- зменшення тиску води під ґрунтовим масивом, де є небезпека цієї форми руйнування;

- збільшення ваги, яке перешкоджає руйнуванню.

10.4 Ерозія

(1)Р Щоб обмежити небезпеку винесення часток, викликаного ероозією, слід забезпечити роботу фільтру.

(2)Р Якщо граничний стан за втратою несучої здатності, може бути досягнутий через ерозію, на вільній поверхні ґрунту влаштовується захист за допомогою фільтрів.

(3) Зазвичай захист за допомогою фільтрів виконується з використанням природного незв'язного ґрунту з відповідними властивостями, яким повинен задовольняти матеріал фільтру. В деяких випадках потрібно укласти декілька шарів фільтру з різним гранулометричним складом, щоб забезпечити відповідний захист як для ґрунту, так і для інших шарів фільтру.

(4) Як альтернатива можуть застосовуватися штучні матеріали, що фільтрують, наприклад, геотекстиль, за умови, що вони досить ефективні, щоб перешкоджати винесенню дрібних часток.

(5)Р Якщо критерій фільтрування не задовольняється, потрібно переконатися, що розрахунковий гідравлічний градієнт набагато менше градієнта, при якому починається перенесення часток ґрунту.

(6)Р Критичний гідравлічний градієнт для ерозії встановлюється з врахуванням за меншою мірою наступних моментів

- напрям стоку;

- гранулометричний склад і форма часток;

- нашарування ґрунту.

10.5 Руйнування від суфозії

(1)Р Коли гідравлічні і ґрунтові умови можуть привести до розвитку механізму суфозії (дивись рисунок 10.3), яка у свою чергу ставить під сумнів стійкість або придатність до експлуатації гідротехнічної споруди, мають бути прийняті заходи, що передбачаються в контрактній документації. Це може бути або укладання фільтру, або конструкція для контролю і запобігання стоку води в грунті.

1 Зовнішній рівень ґрунтових вод

2 П'єзометричний рівень у водопроникному підстилаючому шарі

3 Ґрунт з низькою водопроникністю

4 Підстилаючий водопроникний шар

5 Можлива точка початку відступаючої ерозії

6 Тунель можливої відступаючої ерозії

Рисунок 10.3 - Приклад умов, які можуть викликати суфозію

ПРИМІТКА До конструктивних рішень можна віднести:

- влаштування берм з боку землі насипу, що утримуючих дамб; берма утримуватиме воду, віддаляючи від споруди точку можливого початку суфозії і зменшуючи гідравлічний градієнт у цій точці;

- влаштування під основою гідротехнічної споруди водонепроникного екрану, який блокує стік води або збільшує довжину шляху дренування, зменшуючи гідравлічний градієнт до безпечної величини.

(2)Р В період надзвичайний несприятливих водних умов, таких як паводки, ділянки, де може виникнути суфозія, повинні регулярно обстежуватися для негайного вживання відповідних заходів захисту. Матеріали, необхідні для цих заходів, повинні зберігатися недалеко від небезпечних ділянок.

(3)Р Руйнування унаслідок суфозії можна уникнути, створюючи надійний захист від суфозії на тих ділянках, де вода може витікати з ґрунту.

(4) Таке руйнування можна попередити, забезпечуючи:

- достатню міру безпеки від руйнування при підйомі, коли ґрунт горизонтальний;

- достатню міру стійкості поверхневих шарів в разі ґрунтів, лежачих на схилі (локальна стійкість укосу).

(5)Р При визначенні умов витікання води з ґрунту, щоб перевірити стійкість до руйнування в результаті усунення ефективного вертикального напруження або в результаті локальної нестійкості укосу, необхідно врахувати, що переважними дорогами для дренування можуть бути шви або інтерфейси між спорудою і ґрунтом.

Розділ 11. Загальна стійкість

11.1 Загальні положення

(1)Р Положення цього розділу застосовуються до загальної стійкості природних і насипних ґрунтів, засипок фундаментів, утримуючих споруд, природних укосів, насипів і виїмок.

(2) Необхідно враховувати вимоги, що стосуються загальної стійкості типів споруд, які розглянуті в Розділах 6 – 10 і 12.

11.2 Граничні стани

(1)Р Мають бути розглянуті всі можливі граничні стани даного ґрунту, щоб були задоволені принципові вимоги по стійкості, зменшенню деформацій, довговічності і обмеженню переміщень сусідніх будівель і мереж.

(2) Нижче приведені деякі можливі граничні стани:

- втрата загальної рівноваги ґрунту і пов'язаних з ним споруд ;

- недопустимі переміщення ґрунту унаслідок деформацій зрушення, осідань, вібрацій або піднімання;

- пошкодження або втрата експлуатаційних якостей будь яких сусідніхспоруд, доріг або інженерних мереж, викликані переміщеннями ґрунту.

11.3 дії і проектні ситуації

(1) При виборі дій для визначення граничних станів необхідно враховувати перелік, приведений в 2.4.2(4).

(2)Р У кожному конкретному випадку необхідно аналізувати вплив таких обставин як:

- процес будівництва;

- нові укоси або конструкції на ділянці або поряд з ним;

- старі або нові переміщення ґрунту, викликані різними причинами;

- вібрації;

- зміни клімату, включаючи зміни температури (мороз і відлига), засухи і зливи;

- рослинність і її видалення;

- явища, пов'язані з життєдіяльністю людини або тварин;

- зміни вологості або порового тиску;

- хвилева дія.

(3)Р В граничних станах за втратою несучої здатності проектні рівні мас вільної води і ґрунтових вод беруться з врахуванням гідрологічних даних і результатів польових спостережень, мають бути визначені найбільш несприятливі умови, які можуть мати місце в даній проектній ситуації. Має бути розглянута вірогідність руйнування дренажу, фільтрів і протифільтраційних пристроїв.

(4) Також необхідно розглянути можливість спорожнення каналу або резервуару для проведення ремонтно-профілактичних робіт. Для граничних станів за непридатністю до експлуатації можна брати типовіші і менш строгі вимоги по рівнях води і поровому тиску.

(5) Для укосів, дотичних з водою, найбільш несприятливими водними умовами зазвичай є безперервна течія при найвищому рівні води в ґрунті і швидке пониження рівня вільної води.

(6)Р Встановлюючи проектний розподіл порового тиску, потрібно враховувати області можливих змін анізотропії, водопроникності і мінливості ґрунту.

11.4 Питання проектування і конструюванням

(1)Р Загальна стійкість ділянки і переміщення ґрунтів природного або техногенного характеру перевіряється з врахуванням співставлюваного досвіду відповідно до 1.5.2.2.

(2)Р Загальна стійкість і переміщення ґрунтів мають бути розглянуті там, де є існуючі будівлі, нові споруди, схили і виїмки.

(3) Там, де надійна перевірка стійкості ділянки до проектування споруди не може бути виконана, необхідно передбачити додаткові дослідження, виміри і лабораторні роботи у відповідності до вимог 11.7.

(4) Перелік типових споруд, для яких потрібний аналіз загальної стійкості, приведений нижче.

- утримуючі споруди;

- виїмки, укоси і насипи;

- фундаменти, що влаштовуються на укосах, природних схилах і в насипних ґрунтах;

- фундаменти, розташовані поряд з виїмкою, траншеєю, підземною спорудою або берегом.

ПРИМІТКА Проблеми стійкості або переміщення, пов'язані з повзучістю виникають частіше в зв'язних ґрунтах з похилою поверхнею. Проте нестійкими можуть також виявитися нескельні ґрунти без зчеплення і скельні тріщинуваті ґрунти в схилах, крутість яких може визначатися ерозією і бути близькою до величини кута внутрішнього тертя. Зростання переміщень часто спостерігається при підвищеному поровому тиску або близько до поверхні ґрунту при циклічному промерзанні і відтаванні.

(5)Р Якщо стійкість ділянки не може бути легко перевірена або якщо переміщення виявляються недопустимими з точки зору її майбутнього використання, то таку ділянку без заходів щодо зміцнення потрібно вважати непридатною.

(6)Р Розрахунок повинен гарантувати, що всі будівельні заходи на ділянці можна планувати і виконувати так, щоб граничний стан за втратою несучої здатності або придатності до експлуатації був практично виключений.

(7)Р При необхідності поверхні укосів, схильні до ерозії, мають бути захищені, щоб забезпечити необхідний рівень безпеки.

(8) Укоси потрібно осушувати, засаджувати рослинами або укріплювати штучними способами. Для укосів з бермами необхідно передбачити можливість влаштування дренажу в бермі.

(9)Р Процес будівництва повинен враховуватися в тій мірі, в якій він може вплинути на загальну стійкість або діапазон переміщень.

(10)Р До способів зміцнення потенційно нестійких укосів відносяться наступні:

- бетонне покриття з анкерами або без них;

- габіоновий контрфорс з дротяними або геотекстильными каркасами;

- армування ґрунту нагелями;

- рослинність;

- дренажна система;

- поєднання цих методів.

(11) Проект повинен відповідати основним принципам розділів 8 і 9.

11.5 проектування за граничним станом за втратою несучої здатності

11.5.1 Аналіз стійкості укосів

(1)Р Перевірка загальної стійкості укосів з включенням існуючих, доторканих і запланованих споруд, виконується за граничними станами за втратою несучої здатності (типа GEO і STR) з використанням проектних величин дій, міцнісних властивостей і характеристик опору матеріалів, а також окремих коефіцієнтів, які визначені в А.3.1(1) Р, А.3.1(1) Р і А.3.3.6(1) Р.

ПРИМІТКА Величини окремих коефіцієнтів можуть бути надані в національному додатку. рекомендовані значення для постійних і проміжних ситуацій приведені в таблицях А.3, А.4 і А.14.

(2)Р При аналізі загальної стійкості ґрунту, нескельних і скельних порід необхідно розглянути всі можливі форми руйнування.

(3) При виборі методу визначення потрібно враховувати наступне:

- шаруватість ґрунту;

- наявність і кут нахилу порушень;

- фільтрацію і розподіл порового тиску;

- короткострокову і довгострокову стійкість;

- деформаціїповзучості, обумовлена зрушенням;

- тип руйнування (кругова або некругова поверхня; обвал; текучість);

- вживання числових методів.

(4) Як правило, масив нескельного або скельного ґрунту, обмежений поверхнею руйнування, необхідно розглядати, як тверде тіло або декілька твердих тіл, які рухаються одночасно. Поверхні руйнування або інтерфейси між твердими тілами можуть мати різні форми пласкуі кругові або складніші. Стійкість можна також перевірити за допомогою граничного аналізу або методом кінцевих елементів.

(5) Якщо ґрунт або матеріал насипу відносно однорідний і ізотропний, як правило, можна допустити кругові поверхні руйнування.

(6) Для укосів в шаруватих ґрунтах, характеристики опору яких сильно відрізняються залежно від шару, особлива увага має бути приділене шарам з найменшою міцністю. Для цього може потребуватись проведення аналізу некругових поверхонь руйнування.

(7) Для матеріалів з тріщинами і швами, зокрема, для твердих скельних ґрунтів і шаруватих або тріщинуватих нескельних ґрунтів форма поверхні руйнування може повністю або частково залежати від цих порушень. В цьому випадку аналіз стійкості, як правило, виконується тривимірними блоками.

(8) Для укосів, які раніше піддавалися руйнуванню і де є небезпека повторних руйнувань, аналіз проводиться, розглядаючи кругові і некругові поверхні руйнування. Інколи окремі коефіцієнти, які зазвичай застосовуються для аналізу загальної стійкості, можуть не підійти для конкретних випадків.

(9) При неможливості прийняття гіпотези двомірної поверхні руйнування приймаються тривимірні поверхні руйнування.

(10) Потрібно, щоб аналіз стійкості включав перевірку стійкості при кутовому і вертикальному зсуві ковзаючого масиву. Якщо горизонтальна рівновага не перевіряється, слід передбачити, що сили між відсіками горизонтальні.

(11)Р В тих випадках, коли може статися комбіноване руйнування частин конструкції і ґрунту, взаємодія в системі ґрунт – конструкція повинна розглядатися з врахуванням їх відносної жорсткості. Ці ситуації зустрічаються, коли поверхні руйнування розрізають такі елементи конструкції, як палі або стіни.

ПРИМІТКА При аналізі природних укосів є велика перевага можливості виконати попередній розрахунок з використанням характеристичних значень, що дає приблизне уявлення про величину загального коефіцієнта надійності до початку проектування .

(12) Оскільки при пошуку найбільш несприятливої поверхні ковзання навантаження сили тяжіння неможливо розділити на сприятливе і несприятливе, то погрішності відносно об'ємної ваги ґрунту повинні враховуватися введенням його найбільших і найменших характеристичних значень.

(13)Р Проект повинен показати, що деформація ґрунту при проектній дії, обумовленій повзучістю або локальними осіданнями, не приведе до недопустимих пошкоджень конструкцій і підземних споруд, розташованих на ділянці або поряд з нею.

11.5.2 укоси і виїмки у скельних масивах

(1)Р Стійкість укосів і виїмок у скельних масивах повинна перевірятися на руйнування при поступальному і поворотному русі блоків або об'ємних частин скельного масиву, а також на обвал блоків. Особлива увага повинна бути приділена тиску води, замикненої в швах і тріщинах.

2)Р В основу визначень стійкості мають бути покладені надійні дані про розподіл швів і тріщин, що розрізають скельний масив, і міцності на зрушення як міцної скелі, так і порушеної частини.

(3) Потрібно враховувати, що руйнування укосів і виїмок в масивах твердої скелі з добре вивченою мережею порушень, як правило, обумовлено наступними моментами:

- ковзанням блоків або скельних клинів;

- перекиданням блоків або плит;

- перекиданням у поєднанні з ковзанням в залежності від орієнтації передньої поверхні укосу по відношенню до порушення цілісності.

(4) Потрібно вважати, що руйнування укосів і виїмок в масивах сильно тріщинуватих скельних ґрунтів, в слабких скельних і зцементованих нескельних ґрунтів може розвиватися по кругових або квазікругових поверхнях ковзання, що проходять через ділянки непорушеної скелі.

(5) Зазвичай щоб уникнути ковзання окремих блоків і клинів, рекомендується зменшувати закладання укосу, уладнуючи берми, встановлюючи анкери, болти і виконуючи внутрішній дренаж. У укосах виїмки для запобігання ковзанню рекомендується вибирати такий напрям і закладання укосу, щоб переміщення окремих блоків було кінематично неможливим.

(6) Щоб не допустити руйнування перекиданням, зазвичай рекомендується застосовувати анкери, кріпити болтами або уладнувати внутрішній дренаж.

(7) При аналізі довгострокової стійкості укосів і виїмок необхідно враховувати, що рослинність і забруднюючі речовини негативно впливають на міцність при зрушенні порушеної частини, а також на міцність непорушеного скельного ґрунту.

(8) В разі сильно тріщинуватих скельних масивів, крутих укосів і схилів, схильних до перекидання, розшарування, руйнування захисного шару і каменепадів, слід завжди виконувати аналіз вірогідності падіння блоків.

(9) Якщо немає можливості провести надійні заходи щодо запобігання падінню скельних блоків, необхідно встановити сітки, обгороджування і пастки для падаючих блоків.

(10) Розрахунок пристроїв затримання скельних блоків і каменів, падаючих уздовж укосу, має бути заснований на детальному аналізі можливої траєкторії їх падіння.

11.5.3 Стійкість виїмок

(1)Р Загальна стійкість ґрунтів поряд з виїмкою, повинна перевірятися з врахуванням вийнятих ґрунтів, а також існуючих споруд, доріг і інженерних мереж (дивись розділ 9).

(2)Р Стійкість дна виїмки повинна перевірятися з врахуванням проектного порового тиску в ґрунті. Для аналізів гідравлічних руйнувань (дивись раздел 10).

(3)Р Необхідно розглядати підняття дна глибоких виїмок, обумовлене розвантаженням.

11.6 Проектування за граничним станом за придатністю до експлуатації

(1)Р Проект повинен забезпечувати, щоб деформація ґрунту не призвели до граничного стану за придатністю до експлуатації в конструкціях і комунікаціях на забудовуваній території і поряд з нею.

(2) Необхідно розглянути вірогідність просідання ґрунту, викликаного наступними причинами:

- зміною стану ґрунтових вод і порового тиску;

- довгостроковою повзучістю в дренованих умовах;

- втратою об'єму глибоких розчинних шарів;

- підземними виробками і тому подібніими роботами, наприклад видобутком газу.

(3) Аналітичні і числові методи, що існують в даний час, як правило, не дають надійних прогнозів деформації природних схилів. Тому потрібно прагнути не допускати граничних станів за придатністю до експлуатації, застосовуючи один з наступних методів:

- обмежувати опір зрушенню, що розвивається;

- спостерігати за переміщеннями і при необхідності передбачати заходи щодо їх зменшення або припинення.

11.7 Моніторинг

(1)Р Моніторинг на ділянці проводяться в наступних випадках якщо:

- визначенням або передбаченими в контрактній документації способами не можна довести що настання граничних станів, вказаних в 11.2, повністю виключається;

- у основу прийнятих для визначення гіпотез були закладені ненадійні дані.

(2) Моніторинг повинен плануватись для встановлення:

- рівнів ґрунтових вод і порових тисків в ґрунті з метою проведення аналізу по ефективній напрузі або їх перевірки;

- бічних і вертикальних переміщень ґрунту з метою запобігання майбутнім деформаціям;

- глибини і форми поверхні ковзання активного зсуву з метою встановлення характеристик опору ґрунту і визначення об'ємів ремонтних робіт;

- швидкості переміщення з метою запобігання неминучої небезпеки; для цих цілей може бути застосована цифрова система прочитування і дистанційного сповіщення.

Розділ 12. Насипи

12.1 Загальні відомості

(1)Р Положення цього розділу застосовні до насипів для невеликих гребель (дамб) і інфраструктури.

(2) Відносно укладання і ущільнення матеріалів насипу слід керуватися положеннями розділу 5.

12.2 Граничні стани

(1)Р Необхідно мати перелік граничних станів, які мають бути перевірені при проектуванні насипу.

(2) Потрібно перевіряти наступні граничні стани:

- втрата загальної стійкості ділянки;

- руйнування в укосі або на гребені насипу;

- руйнування, викликане ерозією;

- руйнування, викликане поверхневою ерозією або розмивом;

- деформації насипу, що роблять його непридатним до експлуатації, наприклад, недопустимі осідання або тріщини;

- осідання або зміщення через повзучість, що викликає пошкодження або втрату експлуатаційних якостей будь яких сусідніх споруд і мереж;

- недопустимі деформації в перехідних зонах, наприклад, в насипу, що забезпечує підхід до берегової опори моста;

- втрата експлуатаційної надійності ділянок для руху транспорту, викликаних кліматичними явищами такими, як мороз, відлига або надмірна жара;

- оповзання укосів при промерзанні і подальшій відлизі;

- руйнування матеріалів штучної основи доріг через великі транспортні навантаження.

- деформації, пов'язані згідравлічними діями;

- зміни умов довкілля, наприклад забруднення поверхневих або підземних вод, шум, вібрації.

12.3 дії і проектні іситуації

(1) При виборі дій для визначення граничних станів потрібно керуватися переліком указаним у 2.4.2(4).

(2) При визначенні дій, якими насип впливає на сусідні конструкції або на укріплену частину ґрунту, необхідно враховувати різницю в жорсткості.

(3)Р Проектні ситуації повинні вибиратися у відповідності до 2.2.

(4)Р Крім того, при необхідності слід розглядати наступні особливі проектні ситуації:

- вплив етапів виробництва робіт, наприклад, виїмки ґрунту в безпосередній близькості від насипу, вібрації, обумовлені вибуховими роботами, забиванням паль або рухом важкої техніки;

- вплив конструкцій, які будуть зведені на насипу або поряд з ним;

- ерозійні ефекти перелив, льод, хвилі і дощі, що діють на укоси і гребінь;

- температурні ефекти, такі як усадка.

(5)Р Розрахунковий рівень вільної води на низовому укосі насипу і розрахунковий рівень води в ґрунті або їх комбінація слід встановлювати з наявних гідрологічних даних, щоб визначити найбільш несприятливі умови, які можна отримати в даній проектній ситуації. Необхідно враховувати вірогідність руйнування дрен, фільтрів і затворів (перемичок).

(6) Для берегових насипів потрібно розглядати найбільш несприятливі водні умови. Звичайно це безперервна течія при найвищому рівні ґрунтових вод і швидке пониження рівня вільної води.

(7)Р Встановлюючи проектні величини порового тиску, слід враховувати інтервал можливих змін анізотропії і неоднорідності ґрунту.

(8)Р При розрахунку осідань насипу має бути враховане зменшення ефективного напруження в ґрунті, пов'язане із зануренням у воду сухої кірки або насипу.

12.4 Питання проектування і конструювання

(1)Р Насип повинні проектуватись з врахуванням досвіду зведення насипів на таких же ґрунтах і з таких же матеріалів.

(2)Р При визначенні позначки основи насипу для кожного конкретного випадку потрібно враховувати наступні моменти:

- досягнення відповідного несучого шару або, коли це неможливо, проведення заходів щодо зміцнення;

- забезпечення надійного захисту від негативних кліматичних дій на несучу здатність ґрунту;

- рівень ґрунтових вод по відношенню до дренажу насипу;

- запобігання негативній дії на сусідні конструкції і мережі;

- досягнення шарів з досить низькою водопроникністю.

(3) Проект насипу повинен доводити, що:

- несуча здатність підстеляю чого ґрунту достатня;

- дренаж різних шарів насипу задовільний;

- водопроникність насипного матеріалу дамби в межах вимог;

- там де це необхідно, фільтри або геосинтетичні матеріали вдповідають необхідними критеріям фільтрації;

- матеріал насипу точно визначений відповідно до критеріїв в 5.3.2.

(4)Р Для насипів, які зводяться на сильно стискуваних ґрунтах, що мають невисоку міцність, порядок будівництва має бути визначений так, щоб не перевищити несучу здатність і уникнути недопустимих осідань або переміщень під час виробництва робіт (дивись 5.3.3(2) Р).

(5) При пошаровому зведенні насипу на стискуваних ґрунтах потрібно передбачити виконання п'єзометричних вимірів, які дозволяють переконатися, що перед укладанням кожного подальшого шару поровий тиск розсіявся.

(6)Р Для насипів, що утримують воду в різних рівнях, позначку основи слід вибирати з врахуванням коефіцієнта фільтрації ґрунту або передбачати заходи, що забезпечують водонепроникність конструкції.

(7) При плануванні поліпшення ґрунту його площа має бути таким, щоб не допустити шкідливих деформацій.

(8) Коли вага насипу визначається на основіі об'ємної ваги матеріалу відсипання (дивись 3.3.3), потрібно стежити за тим, щоб у випробуваннях щільності матеріалів брали участь частки, розміри яких більше 20 – 60 мм. Їх часто виключають і це може значно вплинути на величину об'ємної ваги.

(9)Р Поверхня укосів насипу, схильних до ерозії, має бути захищена. Якщо насип має банкети, в них слід передбачати систему дренажів.

(10) При зведенні насипу укоси рекомендується захищати, а після закінчення закріпити рослинністю, якщо це можливо.

(11) Насипи, по яких рухається транспорт, слід захищати від льоду на проїжджій частині. Теплоємність проїжджої частини на ізолюючому шарі або на легкому насипу може бути достатньо великою, щоб уникнути цього явища.

(12) Слід зменшувати до відповідного рівня можливість промерзання на гребені земляної греблі.

(13) В проекті укосів насипу потрібно враховувати явища повзучості, яка може мати місце в укосах в період промерзання і відтавання, незалежно від стійкості укосів в сухих умовах. Це особливо важливо для перехідних зон, наприклад на рівні берегових опор моста.

12.5 Проектування за граничним станом за втратою несучої здатності

1(Р) При аналізі стійкості насипу або його частини необхідно враховувати всі можливі форми руйнування, які вказані в розділі 11.

(2) Оскільки насипи часто зводяться у декілька етапів з різними умовами по навантаженнях, в звіті з геотехнічного проектування повинен бути виконаний аналіз і надані відповідні вказівки по кожному етапу.

(3)Р При використанні для насипів легких матеріалів, наприклад, полістирена, що розширюється, глини, що розширюється, або комірчастого бетону, потрібно враховувати можливість гідравлічного піднімання (дивись розділ 10).

(4)Р При будь-яких аналізах насипу, що складається з різних матеріалів, величини міцності повинні визначатись при співставлюваних деформаціях цих матеріалів.

(5) При пересічення насипу з дорогою або водним об'єктом потрібно приділити особливу увагу взаємодії різних конструктивних елементів.

(6) Коли аналізується стійкість покращуваного ґрунту, потрібно розглядати результати процесу поліпшення, наприклад, перемішування м'яких чутливих глин. Оскільки процес поліпшення вимагає часу, його вплив може бути врахований лише після досягнення стабільного стану.

(7)Р Для недопущення граничного стану за втратою несучої здатності, викликаного поверхневою ерозією, внутрішньою ерозією або гідравлічним тиском, повинні бути задоволені вимоги розділів 10 і 11.

12.6 Проектування за граничним станом за придатністю до експлуатації

(1)Р Розрахунок повинен показати, що деформація насипу не викличе граничного стану за придатністю до експлуатації в насипу або в спорудах, дорожніх або інженерних спорудах, розташованих на, усередині або поряд з насипом.

(2) Розрахунок осідання насипу, розташованого на стискуваних ґрунтах, повинен проводитися відповідно до принципів 6.6.1. Особливу увагу потрібно приділити розвитку осідань в часі під впливом ущільнення і вторинним осіданням.

(3) Потрібно брати до уваги можливість деформацій, обумовлених змінами режиму ґрунтових вод.

(4) У випадках, коли деформації важко передбачити, слід розглянути методи попередньої пригрузки або випробувань у натуральну величину, особливо у випадках, коли не допускається граничний стан за придатністю до експлуатації.

12.7 Спостереження і моніторинг

(1)Р Спостереження і моніторинг насипів повинні виконуватись відповідно до положень розділу 4.

(2) Моніторинг насипів повинен проводитись в одній чи більше наступних ситуацій:

- при використанні методу спостережень (дивись 2.7);

- коли стійкість насипу, що служить греблею, в значній мірі залежить від розподілу порового тиску в тілі і основі насипу;

- коли потрібно реєструвати забруднюючі ефекти насипу або транспорту;

- коли потрібно контролювати негативні дії на споруди або інженерні мережі;

- коли поверхнева ерозія представляє значну небезпеку.

(3)Р В тих випадках, коли потрібна програма спостережень імоніторингу, проектувальник повинен включити її в звіт з геотехнічного Проектування (дивись 2.8). У ньому повинно бути вказано, що за результатами спостережень повинен проводитися аналіз і при необхідності прийматися відповідні заходи.

(4) програма моніторингу для насипу повинна включати наступні записи:

- вимірів порового тиску в тілі і основи насипу;

- вимірів осідань усього або частин насипу і споруд в зоні впливу;

- вимірів горизонтальних переміщень;

- характеристик опору матеріалу насипу при будівництві;

- хімічні аналізи до, під час і після будівництва, якщо потрібний контроль забруднення;

- нагляд за захистом від ерозії;

- результатів контролю водопроникності матеріалу насипу і ґрунту в процесі будівництва;

- глибини промерзання гребеня насипу.

(5) Моніторинг і контроль насипів, які зводяться на слабких ґрунтах з малою водопроникністю виконуються шляхом вимірів порового тиску в шарах слабкого ґрунту, а також вимірів осідання насипу.

Section 9 Retaining structures

9.1 General

9.1.1 Scope

(1)P The provisions of this Section shall apply to structures, which retain ground comprising soil, rock or backfill and water. Material is retained if it is kept at a slope steeper than it would eventually adopt if no structure were present. Retaining structures include all types of wall and support systems in which structural elements have forces imposed by the retained material.

(2)P Pressure from granular material stored in silos shall be calculated using EN 1991-4.

9.1.2 Definitions

(1) In considering the design of retaining structures the following three main types should be distinguished:

9.1.2.1

gravity walls

walls of stone or plain or reinforced concrete having a base footing with or without a heel, ledge or buttress. The weight of the wall itself, sometimes including stabilising masses of soil, rock or backfill, plays a significant role in the support of the retained material. Examples of such walls include concrete gravity walls having constant or variable thickness, spread footing reinforced concrete walls and buttress walls.

9.1.2.2

embedded walls

relatively thin walls of steel, reinforced concrete or timber, supported by anchorages, struts and/or passive earth pressure. The bending capacity of such walls plays a significant role in the support of the retained material while the role of the weight of the wall is insignificant. Examples of such walls include cantilever steel sheet pile walls, anchored or strutted steel or concrete sheet pile walls and diaphragm walls.

9.1.2.3

composite retaining structures

walls composed of elements from the above two types of wall. A large variety of such walls exists and examples include double sheet pile wall cofferdams, earth structures reinforced by tendons, geotextiles or grouting and structures with multiple rows of ground anchorages or soil nails.

9.2 Limit states

(1)P A list shall be compiled of limit states to be considered. As a minimum the following limit states shall be considered for all types of retaining structure:

— loss of overall stability;

— failure of a structural element such as a wall, anchorage, wale or strut or failure of the connection between such elements;

— combined failure in the ground and in the structural element;

— failure by hydraulic heave and piping;

— movement of the retaining structure, which may cause collapse or affect the appearance or efficient use of the structure or nearby structures or services, which rely on it;

— unacceptable leakage through or beneath the wall;

— unacceptable transport of soil particles through or beneath the wall;

— unacceptable change in the ground-water regime.

(2)P In addition, the following limit states shall be considered for gravity walls and for composite retaining structures:

— bearing resistance failure of the soil below the base;

— failure by sliding at the base;

— failure by toppling;

and for embedded walls:

— failure by rotation or translation of the wall or parts thereof;

— failure by lack of vertical equilibrium.

(3)P For all types of retaining structure, combinations of the above mentioned limit states shall be taken into account, if relevant.

(4) Design of gravity walls often requires solution of the same types of problem encountered in the design of spread foundations and embankments and slopes. When considering the limit states, the principles of Section 6 should therefore be applied, as appropriate. Special care should be taken to account for bearing resistance failure of the ground below the base of the wall under loads with large eccentricities and inclinations (see 6.5.4).

9.3 Actions, geometrical data and design situations

9.3.1 Actions

9.3.1.1 Basic actions

(1) The actions listed in 2.4.2(4) should be considered.

9.3.1.2 Weight of backfill material

(1)P Design values for the weight density of backfill material shall be estimated from knowledge of available material. The Geotechnical Design Report shall specify the checks, which shall be made during the construction process to verify that the actual field values are no worse than those used in the design.

9.3.1.3 Surcharges

(1)P Determination of design values for surcharges shall take account of the presence, on or near the surface of the retained ground, of, for example, nearby buildings, parked or moving vehicles or cranes, stored material, goods and containers.

(2) Care should be taken in the case of repeated surcharge loading such as imposed by crane rails on a quay wall. The pressures induced by such surcharges can significantly exceed those due to the first loading or those resulting from static application of a load of equal magnitude.

9.3.1.4 Weight of water

(1)P Design values for the weight density of water shall reflect whether the water is fresh, saline or charged with chemicals or contaminants to an extent that the normal value needs amendment.

9.3.1.5 Wave and ice forces

(1)P Design values for forces imposed by reflected waves or by ice forces shall be selected on the basis of locally available data for the climatic and hydraulic conditions at the site.

(2)P When selecting design values for static forces imposed by a sheet of ice, the following shall be taken into account:

— the initial temperature of the ice before warming begins;

— the rate at which the temperature increases;

— the thickness of the ice sheet.

9.3.1.6 Seepage forces

(1)P Seepage forces due to different ground-water levels behind and in front of a retaining structure shall be considered as they may change the earth pressure behind the wall and reduce the earth resistance in front of the wall.

9.3.1.7 Collision forces

(1)The determination of design values for collision impact forces, caused by, for example, waves, ice floes or traffic, may take account of the energy absorbed by the colliding mass and by the retaining system, e.g. by fenders and/or guide structures.

(2) For lateral impacts on retaining walls, the increased stiffness exhibited by the retained ground should be considered.

(3) The risk of the occurrence of liquefaction due to lateral impact on embedded walls should be investigated.

(4)P The impact load of an ice floe colliding with a retaining structure shall be calculated on the basis of the compressive strength of the ice and the thickness of the ice floe. The salinity and homogeneity of the ice shall be considered in calculating the compressive strength.

9.3.1.8 Temperature effects

(1)P The design of retaining structures shall take into account the temporal and spatial effects of abnormal temperature changes.

(2) These effects should be considered particularly when determining the loads in struts and props.

(3) The Structural Fire Design Parts of the material related Eurocodes should be consulted when dealing with the effects of fire.

(4)P Special precautions, such as selection of suitable backfill material, drainage or insulation, shall be taken to prevent ice lenses forming in the ground behind retaining structures.

9.3.2 Geometrical data

9.3.2.1 Basic data

(1)P Design values for geometrical data shall be derived in accordance with the principles stated in 2.4.6.3.

9.3.2.2 Ground surfaces

(1)P Design values for the geometry of the retained material shall take account of the variation in the actual field values. The design values shall also take account of anticipated excavation or possible scour in front of the retaining structure.

(2) In ultimate limit state calculations in which the stability of a retaining wall depends on the ground resistance in front of the structure, the level of the resisting soil should be lowered below the nominally expected level by an amount ∆a. The value of ∆a should be selected taking into account the degree of site control over the level of the surface. With a normal degree of control, the following should be applied:

— for a cantilever wall, ∆a should equal 10 % of the wall height above excavation level, limited to a maximum of 0,5 m;

— for a supported wall, ∆a should equal 10 % of the distance between the lowest support and the excavation level, limited to a maximum of 0,5 m.

(3) Smaller values of ∆a, including 0, may be used when the surface level is specified to be controlled reliably throughout the appropriate execution period.

(4) Larger values of ∆a should be used where the surface level is particularly uncertain.

9.3.2.3 Water levels

(1)P The selection of design or characteristic values for the positions of free water and phreatic surfaces shall be made on the basis of data for the hydraulic and hydrogeological conditions at the site.

(2)P Account shall be taken of the effects of variation in permeability on the ground-water regime.

(3)P The possibility shall be considered of adverse water pressures due to the presence of perched or artesian water tables.

9.3.3 Design situations

(1)P The following items shall be considered:

— variations in soil properties, water levels and pore-water pressures in space;

— anticipated variations in soil properties, water levels and pore-water pressures in time;

— variation in actions and in the ways they are combined;

— excavation, scour or erosion in front of the retaining structure;

— the effects of compaction of the backfilling behind the retaining structure;

— the effects of anticipated future structures and surcharge loadings or unloadings on or close to the retained material;

— anticipated ground movements due, for example, to subsidence or frost action.

(2) For waterfront structures, ice and wave forces need not be applied simultaneously at the same point.

9.4 Design and construction considerations

9.4.1 General

(1)P Both ultimate and serviceability limit states shall be considered using the procedures described in 2.4.7 and 2.4.8.

(2)P It shall be demonstrated that vertical equilibrium can be achieved for the assumed pressure distributions and actions on the wall.

(3) The verification of vertical equilibrium may be achieved by reducing the wall friction parameters.

(4) As far as possible, retaining walls should be designed in such a way that there are visible signs of the approach of an ultimate limit state. The design should guard against the occurrence of brittle failure, e.g. sudden collapse without conspicuous preliminary deformations.

(5) For many earth retaining structures, a critical limit state should be considered to occur if the wall has displaced enough to cause damage to nearby structures or services. Although collapse of the wall may not be imminent, the degree of damage may considerably exceed a serviceability limit state in the supported structure.

(6) The design methods and partial factor values recommended by this standard are usually sufficient to prevent the occurrence of ultimate limit states in nearby structures, provided that the soils involved are of at least medium density or firm consistency and that adequate construction methods and sequences are adopted. Special care should be taken, however, with some highly over-consolidated clay deposits in which large at rest horizontal stresses may induce substantial movements in a wide area around excavations.

(7) The complexity of the interaction between the ground and the retaining structure sometimes makes it difficult to design a retaining structure in detail before the actual execution begins. In this case use of the observational method for the design (see 2.7) should be considered.

(8)P The design of retaining structures shall take account of the following items, where appropriate:

— the effects of constructing the wall, including:

— the provision of temporary support to the sides of excavations;

— the changes of in situ stresses and resulting ground movements caused both by the wall excavation and its construction;

— disturbance of the ground due to driving or boring operations;

— provision of access for construction;

— the required degree of water tightness of the finished wall;

— the practicability of constructing the wall to reach a stratum of low permeability, so forming a water cut-off. The resulting equilibrium ground-water flow problem shall be assessed;

— the practicability of forming ground anchorages in adjacent ground;

— the practicability of excavating between any propping of retaining walls;

— the ability of the wall to carry vertical load;

— the ductility of structural components;

— access for maintenance of the wall and any associated drainage measures;

— the appearance and durability of the wall and any anchorages;

— for sheet piling, the need for a section stiff enough to be driven to the design penetration without loss of interlock;

— the stability of borings or slurry trench panels while they are open;

— for fill, the nature of materials available and the means used to compact them adjacent to the wall, in accordance with 5.3.

9.4.2 Drainage systems

(1)P If the safety and serviceability of the designed structure depend on the successful performance of a drainage system, the consequences of its failure shall be considered, having regard for both safety and cost of repair. One of the following conditions (or a combination of them) shall apply:

— a maintenance programme for the drainage system shall be specified and the design shall allow access for this purpose;

— it shall be demonstrated both by comparable experience and by assessment of any water discharge, that the drainage system will operate adequately without maintenance.

(2) The quantities, pressures and eventual chemical content of any water discharge should be taken into account.

9.5 Determination of earth pressures

9.5.1 General

(1)P Determination of earth pressures shall take account of the acceptable mode and amount of any movement and strain, which may occur at the limit state under consideration.

(2) In the following context the words "earth pressure" should also be used for the total earth pressure from soft and weathered rocks and should include the pressure of ground-water.

(3)P Calculations of the magnitudes of earth pressures and directions of forces resulting from them shall take account of:

— the surcharge on and slope of the ground surface;

— the inclination of the wall to the vertical;

— the water tables and the seepage forces in the ground;

— the amount and direction of the movement of the wall relative to the ground;

— the horizontal as well as vertical equilibrium for the entire retaining structure;

— the shear strength and weight density of the ground;

— the rigidity of the wall and the supporting system;

— the wall roughness.

(4) The amount of mobilised wall friction and adhesion should be considered as a function of:

— the strength parameters of the ground;

— the friction properties of the wall-ground interface;

— the direction and amount of movement of the wall relative to the ground;

— the ability of the wall to support any vertical forces resulting from wall friction and adhesion.

(5) The amount of shear stress, which can be mobilised at the wall-ground interface should be determined by the wall-ground interface parameter δ

(6) A concrete wall or steel sheet pile wall supporting sand or gravel may be assumed to have a design wall ground interface parameter δ_d= k·φ_cv;d. k should not exceed 2/3 for precast concrete or steel sheet piling.

(7) For concrete cast against soil, a value of k = 1,0 may be assumed.

(8) For a steel sheet pile in clay under undrained conditions immediately after driving, no adhesive or frictional resistance should be assumed. Increases in these values may take place over a period of time.

(9)P The magnitudes of earth pressures and directions of resultant forces shall be calculated according to the selected design approach (see 2.4.7.3), and the limit state being considered.

(10) The value of an earth pressure at an ultimate limit state is generally different from its value at a serviceability limit state. These two values are determined from two fundamentally different calculations. Consequently, when expressed as an action, earth pressure cannot have a single characteristic value.

(11)P In the case of structures retaining rock masses, calculations of the ground pressures shall take account of the effects of discontinuities, with particular attention to their orientation, spacing, aperture, roughness and the mechanical characteristics of any joint filling material.

(12)P Account shall be taken of any swelling potential of the ground when calculating the pressures on the retaining structure.

9.5.2 At rest values of earth pressure

(1)P When no movement of the wall relative to the ground takes place, the earth pressure shall be calculated from the at rest state of stress. The determination of the at rest state shall take account of the stress history of the ground.

(2) For normally consolidated soil, at rest conditions should normally be assumed in the ground behind a retaining structure if the movement of the structure is less than 5х10^-4х h.

(3) For a horizontal ground surface, the at rest earth pressure coefficient, K₀, should be determined from:

(9.1)

The formula should not be used for very high values of OCR.

(4) If the ground slopes upwards from the wall at an angle β ≤ φ' to the horizontal, the horizontal component of the effective earth pressure σ'_h;0 may be related to the effective overburden pressure q' by the ratio K_0;β, where

(9.2)

The direction of the resulting force should then be assumed to be parallel to the ground surface.

9.5.3 Limiting values of earth pressure

(1)P Limiting values of earth pressures shall be determined taking account of the relative movement of the soil and the wall at failure and the corresponding shape of the failure surface.

(2) Limiting values of earth pressure assuming straight failure surfaces can significantly deviate from the values assuming curved failure surfaces for high angles of internal friction and wallground interface parameters δ, and so lead to unsafe results.

NOTE Annex C provides some data of relative movements that cause limiting values of earth pressures.

(3) In cases where struts, anchorages or similar elements impose restraints on movement ofthe retaining structure, it should be considered that the limiting active and passive values of earth pressure, and their distributions, may not be the most adverse ones.

9.5.4 Intermediate values of earth pressure

(1)P Intermediate values of earth pressure occur if the wall movements are insufficient to mobilise the limiting values. The determination of the intermediate values of earth pressure shall take account of the amount of wall movement and its direction relative to the ground.

NOTE Annex C, figure C.3, gives a diagram, which may be used for the determination of the mobilized passive earth pressure

(2) The intermediate values of earth pressures may be calculated using, for example, various empirical rules, spring constant methods or finite element methods.

9.5.5 Compaction effects

(1)P The determination of earth pressures acting behind the wall shall take account of the additional pressures generated by any placing of backfill and the procedures adopted for its compaction.

NOTE Measurements indicate that the additional pressures depend on the applied compactive energy,

the thickness of the compacted layers and the travel pattern of the compaction plant. Horizontal pressure

normal to the wall in a layer may reduce when the next layer is placed and compacted. When backfilling is complete, the additional pressure normally acts only on the upper part of the wall.

(2)P Appropriate compaction procedures shall be specified with the aim of avoiding excessive additional earth pressures, which may lead to unacceptable movements.

9.6 Water pressures

(1)P Determination of characteristic and design water pressures shall take account of water levels both above and in the ground.

(2)P When checking the ultimate and serviceability limit states, water pressures shall be accounted for in the combinations of actions in accordance with 2.4.5.3 and 2.4.6.1, considering the possible risks indicated in 9.4.1(5).

(3)P For structures retaining earth of medium or low permeability (silts and clays), water pressures shall be assumed to act behind the wall. Unless a reliable drainage system is installed (9.4.2(1)P), or infiltration is prevented, the values of water pressures shall correspond to a water table at the surface of the retained material.

(4)P Where sudden changes in a free water level may occur, both the non-steady condition occurring immediately after the change and the steady condition shall be examined.

(5)P Where no special drainage or flow prevention measures are taken, the possible effects of water-filled tension or shrinkage cracks shall be considered.

9.7 Ultimate limit state design

9.7.1 General

(1)P The design of retaining structures shall be checked at the ultimate limit state for the design situations appropriate to that state, as specified in 9.3.3, using the design actions or action effects and design resistances.

(2)P All relevant limit modes shall be considered. These will include, as a minimum, limit modes of the types illustrated in figures 9.1 to 9.6 for the most commonly used retaining structures.

(3)P Calculations for ultimate limit states shall establish that equilibrium can be achieved using the design actions or effects of actions and the design strengths or resistances, as specified in clause 2.4. Compatibility of deformations shall be considered in assessing design strengths or resistances.

(4)P Upper or lower design values, whichever are more adverse, shall be used for the strength or resistance of the ground.

(5) Calculation methods may be used, which redistribute earth pressure in accordance with the relative displacements and stiffnesses of ground and structural elements.

(6)P For fine grained soils, both short- and long-term behaviour shall be considered.

(7)P For walls subject to differential water pressures, safety against failure due to hydraulic heave and piping shall be checked.

9.7.2 Overall stability

(1)P The principles in Section 11 shall be used as appropriate to demonstrate that an overall stability failure will not occur and that the corresponding deformations are sufficiently small.

(2) As a minimum, limit modes of the types illustrated in figure 9.1 should be considered, taking

progressive failure and liquefaction into account as relevant.

9.7.3 Foundation failure of gravity walls

(1)P The principles of Section 6 shall be used as appropriate to demonstrate that a foundation failure is sufficiently remote and that deformations will be acceptable. Both bearing resistance and sliding shall be considered.

(2) As a minimum, limit modes of the types illustrated in Figure 9.2 should be considered

9.7.4 Rotational failure of embedded walls

(1)P It shall be demonstrated by equilibrium calculations that embedded walls have sufficient penetration into the ground to prevent rotational failure.

(2) As a minimum, limit modes of the types illustrated in Figure 9.3 should be considered

Figure 9.1 — Examples of limit modes for overall stability of retaining structures.

.

Figure 9.2 — Examples of limit modes for foundation failures of gravity walls

.

Figure 9.3 — Examples of limit modes for rotational failures of embedded walls

(3)P The design magnitude and direction of shear stress between the soil and the wall shall be consistent with the relative vertical displacement, which would occur in the design situation.

9.7.5 Vertical failure of embedded walls

(1)P It shall be demonstrated that vertical equilibrium can be achieved using the design soil

strengths or resistances and design vertical forces on the wall.

(2) As a minimum, the limit mode of the type illustrated in Figure 9.4 should be considered.

Figure 9.4 — Example of a limit mode for vertical failure of embedded walls

(3)P Where downward movement of the wall is considered, upper design values shall be used in the calculation of prestressing forces, such as those from ground anchorages, which have a vertical downward component.

(4)P The design magnitude and direction of shear stress between the soil and the wall shall be consistent with the check for vertical and rotational equilibrium.

(5)P If the wall acts as the foundation for a structure, vertical equilibrium shall be checked using the principles of Section 6.

9.7.6 Structural design of retaining structures

(1)P Retaining structures, including their supporting structural elements such as anchorages and props, shall be verified against structural failure in accordance with 2.4 and EN 1992, EN 1993, EN 1995 and EN 1996.

(2) As a minimum, limit modes of the types illustrated in Figure 9.5 should be considered.

Figure 9.5 — Examples of limit modes for structural failure of retaining structures

(3)P For each ultimate limit state, it shall be demonstrated that the required strengths can be mobilised, with compatible deformations in the ground and the structure.

(4) In structural elements, reduction in strength with deformation due to effects such as cracking of unreinforced sections, large rotations at plastic hinges or local buckling of steel sections should be considered in accordance with EN 1992 to EN 1996 and EN 1999.

9.7.7 Failure by pull-out of anchorages

(1)P It shall be demonstrated that equilibrium can be achieved without pull-out failure of ground anchorages.

(2)P Anchors shall be designed in accordance with Section 8.

(3) As a minimum, limit modes of the types illustrated in Figure 9.6 (a, b) should be considered.

(4) For deadman anchors, the failure mode illustrated in Figure 9.6 (c) should also be considered.

Figure 9.6 — Examples of limit modes for failure by pull-out of anchors.

9.8 Serviceability limit state design

9.8.1 General

(1)P The design of retaining structures shall be checked at the serviceability limit state using the appropriate design situations as specified in 9.3.3.

(2)P Design values of earth pressures for the serviceability limit state shall be derived using characteristic values of all soil parameters.

(3)P Permanent surcharge loads behind the retaining wall shall be derived using their characteristic values.

(4) The assessment of design values of earth pressures should take account of the initial stress, stiffness and strength of the ground and the stiffness of the structural elements.

(5) The design values of earth pressures should be derived taking account of the allowable deformation of the structure at its serviceability limit state. These pressures may not necessarily be limiting values.

9.8.2 Displacements

(1)P Limiting values for the allowable displacements of walls and the ground adjacent to them shall be established in accordance with 2.4.8, taking into account the tolerance to displacements of supported structures and services.

(2)P A cautious estimate of the distortion and displacement of retaining walls, and the effects on supported structures and services, shall always be made on the basis of comparable experience. This estimate shall include the effects of construction of the wall. The design may be justified by checking that the estimated displacements do not exceed the limiting values.

(3)P If the initial cautious estimate of displacement exceeds the limiting values, the design shall be justified by a more detailed investigation including displacement calculations.

(4)P It shall be considered to what extent variable actions, such as vibrations caused by traffic loads behind the retaining wall, contribute to the wall displacement.

(5)P A more detailed investigation, including displacement calculations, shall be undertaken in the following situations:

— where nearby structures and services are unusually sensitive to displacement;

— where comparable experience is not well established.

(6) Displacement calculations should also be considered in the following cases:

— where the wall retains more than 6 m of cohesive soil of low plasticity,

— where the wall retains more than 3 m of soils of high plasticity;

— where the wall is supported by soft clay within its height or beneath its base.

(7)P Displacement calculations shall take account of the stiffness of the ground and structural elements and the sequence of construction.

(8) The behaviour of materials assumed in displacement calculations should be calibrated by comparable experience with the same calculation model. If linear behaviour is assumed, the stiffnesses adopted for the ground and structural materials should be appropriate for the degree of deformation computed. Alternatively, complete stress-strain models of the materials may be adopted.

(9)P The effect of vibrations on displacements shall be considered with regard to 6.6.4.

Section 10 Hydraulic failure

10.1 General

(1)P The provisions of this Section apply to four modes of ground failure induced by pore-water pressure or pore-water seepage, which shall be checked, as relevant:

— failure by uplift (buoyancy);

— failure by heave;

— failure by internal erosion;

— failure by piping.

NOTE 1 Buoyancy occurs when pore-water pressure under a structure or a low permeability ground layer

becomes larger than the mean overburden pressure (due to the structure and/or the overlying ground layer).

NOTE 2 Failure by heave occurs when upwards seepage forces act against the weight of the soil, reducing the vertical effective stress to zero. Soil particles are then lifted away by the vertical water flow and failure occurs (boiling).

NOTE 3 Failure by internal erosion is produced by the transport of soil particles within a soil stratum, at the interface of soil strata, or at the interface between the soil and a structure. This may finally result in regressive erosion, leading to collapse of the soil structure.

NOTE 4 Failure by piping is a particular form of failure, for example of a reservoir, by internal erosion, where erosion begins at the surface, then regresses until a pipe-shaped discharge tunnel is formed in the soil mass or between the soil and a foundation or at the interface between cohesive and non-cohesive soil strata. Failure occurs as soon as the upstream end of the eroded tunnel reaches the bottom of the reservoir.

NOTE 5 The conditions for hydraulic failure of the ground can be expressed in terms of total stress and pore-water pressure or in terms of effective stresses and hydraulic gradient. Total stress analysis is applied to failure by uplift. For failure by heave, both total and effective stresses are applied. Conditions are put on hydraulic gradients in order to control internal erosion and piping.

(2) In situations where the pore-water pressure is hydrostatic (negligible hydraulic gradient) it is not required to check other than failure by uplift.

(3)P The determination of hydraulic gradients, pore-water pressures or seepage forces shall take account of:

— the variation of soil permeability in time and space;

— variations in water levels and pore-water pressure in time;

— any modification of the boundary conditions (e.g. downstream excavation).

(4) It should be considered that the relevant soil stratification may be different for different failure mechanisms.

(5)P When hydraulic heave, piping or internal erosion are significant dangers to the integrity of

a geotechnical structure, measures shall be taken to decrease the hydraulic gradient.

(6) The measures most commonly adopted to reduce erosion or to avoid hydraulic failure are:

— lengthening the seepage path by screens or shoulders;

— modifications of the project in order to resist the pressures or gradients;

— seepage control;

— protective filters;

— avoidance of dispersive clays without adequate filters;

— slope revetments;

— inverted filters;

— relief wells;

- reduction of hydraulic gradient.

10.2 Failure by uplift

(1)P The stability of a structure or of a low permeability ground layer against uplift shall be checked by comparing the permanent stabilising actions (for example, weight and side friction) to the permanent and variable destabilising actions from water and, possibly, other sources. Examples of situations where uplift stability shall be checked are given in Figure 7.1 and Figure 10.1.

(2)P The design shall be checked against failure by uplift using inequality (2.8) of 2.4.7.4. In this inequality, the design value of the vertical component of the stabilising permanent actions (G_stb;d) is, for example, the weight of the structure and of ground layers, the design resistance (R_d) is the sum of, for example, any friction forces, (T_d), and any anchor forces, (P). Resistance to uplift by friction or anchor forces may also be treated as a stabilising permanent vertical action (Gstb;d). The design value of the vertical component of the destabilising permanent and variable actions,(V_dst;d), is the sum of the water pressures applied under the structure (permanent and variable parts) and any other upwards forces.

(3) In simple cases, the check of equation (2.8) in terms of forces may be replaced by a check in terms of total stresses and pore-water pressures.

a) Uplift of a buried hollow structure

1 (ground)-water table

2 water tight surface

b) Uplift of a lightweight embankment during flood

1 (ground)-water table

2 water tight surface

3 light weight embankment material

c) Uplift of the bottom of an excavation

4 former ground surface

5 sand

6 clay

7 gravel

d) Execution of a slab below water level

1 (ground)-water table

2 water tight surface

5 sand

6 sand

8 injected sand

e) Structure anchored to resist uplift

1 (ground)-water table

5 sand

9 anchorage

Figure 10.1 — Examples of situations where uplift might be critical

(4) The measures most commonly adopted to resist failure by uplift are:

— increasing the weight of the structure;

— decreasing the water pressure below the structure by drainage;

— anchoring the structure in the underlying strata.

(5)P Where piles or anchorages are used to provide resistance against failure by uplift, the design shall be checked according to 7.6.3 or 8.5, respectively, using the partial factors given in 2.4.7.4.

10.3 Failure by heave

(1)P The stability of soil against heave shall be checked by verifying either equation (2.9a) or equation (2.9b) for every relevant soil column. Equation (2.9a) expresses the condition for stability in terms of pore-water pressures and total stresses. Equation (2.9b) expresses the same condition in terms of seepage forces and submerged weights. An example of situations where heave shall be checked is given in Figure 10.2.

1 excavation level (left); water table (right)

2 water

3 sand

Figure 10.2 — Example of situation where heave might be critical

(2)P The determination of the characteristic value of the pore-water pressure shall take into

account all possible unfavourable conditions, such as:

— thin layers of soil of low permeability;

— spatial effects such as narrow, circular or rectangular excavations below water level.

NOTE 1 Where the soil has a significant cohesive shear resistance, the mode of failure changes from failure by heave to failure by uplift. The stability is then checked by using the provisions of 10.2 where additional resisting forces may be added to the weight.

NOTE 2 Stability against heave will not necessarily prevent internal erosion, which should be checked independently, when relevant.

(3) The measures most commonly adopted to resist failure by heave are:

— decreasing the water pressure below the soil mass subjected to heave;

— increasing the resisting weight.

10.4 Internal erosion

(1)P Filter criteria shall be used to limit the danger of material transport by internal erosion.

(2)P Where an ultimate limit state due to internal erosion can occur, measures such as filter protection shall be applied at the free surface of the ground.

(3) Filter protection should generally be provided by use of natural non-cohesive soil that fulfils adequate design criteria for filter materials. In some cases, more than one filter layer may be

necessary to ensure that the particle size distribution changes in a stepwise fashion to obtain sufficient protection both for the soil and the filter layers.

(4) Alternatively, artificial filter sheets such as geotextiles may be used provided it can be established that they sufficiently prevent transport of fines.

(5)P If the filter criteria are not satisfied, it shall be verified that the critical hydraulic gradient is well below the design value of the gradient at which soil particles begin to move.

(6)P The critical hydraulic gradient for internal erosion shall be established taking into consideration at least the following aspects:

— direction of flow;

— grain size distribution and shape of grains;

— stratification of the soil.

10.5 Failure by piping

(1)P Where prevailing hydraulic and soil conditions can lead to the occurrence of piping (see figure 10.3), and where piping endangers the stability or serviceability of the hydraulic structure, prescriptive measures shall be taken to prevent the onset of the piping process, either by the application of filters or by taking structural measures to control or to block the ground-water flow.

1 free water table

2 piezometric level in the permeable subsoil

3 low permeability soil

4 permeable subsoil

5 possible well; starting point for pipe

6 possible pipe

Figure 10.3 — Example of conditions that may cause piping

NOTE Suitable structural measures are:

— application of berms on the land side of a retaining embankment, thus displacing the possible starting point of piping farther away from the structure and decreasing the hydraulic gradient at this point;

— application of impermeable screens below the base of the hydraulic structure by which the groundwater

flow is either blocked or the seepage path is increased, thereby decreasing the hydraulic gradient to a safe value.

(2)P During periods of extremely unfavourable hydraulic conditions such as floods, areas usceptible to piping shall be inspected regularly so that necessary mitigating measures can be taken without delay. Materials for such measures shall be stored in the vicinity.

(3)P Failure by piping shall be prevented by providing sufficient resistance against internal soil erosion in the areas where water outflow may occur.

(4) Such failure can be prevented by providing:

— sufficient safety against failure by heave where the ground surface is horizontal;

— sufficient stability of the surface layers in sloping ground (local slope stability).

(5)P When determining the outflow hydraulic conditions for the verification of failure by heave or of local slope stability, account shall be taken of the fact that joints or interfaces between the structure and the ground can become preferred seepage paths.

Section 11 Overall stability

11.1 General

(1)P The provisions in this Section shall apply to the overall stability of and movements in the ground, whether natural or fill, around foundations, retaining structures, natural slopes, embankments or excavations.

(2) Account should be taken of overall stability clauses, related to specific structures, in Sections 6 to 10 and 12.

11.2 Limit states

(1)P All possible limit states for the particular ground shall be considered in order to fulfil the fundamental requirements of stability, limited deformations, durability and limitations in movements of nearby structures or services.

(2) Some possible limit states are listed below:

— loss of overall stability of the ground and associated structures;

— excessive movements in the ground due to shear deformations, settlement, vibration or heave;

— damage or loss of serviceability in neighbouring structures, roads or services due t movements in the ground.

11.3 Actions and design situations

(1) The list in 2.4.2(4) should be taken into account when selecting the actions for calculation of limit states.

(2)P The effects of the following circumstances shall be taken into account, as appropriate:

— construction processes;

— new slopes or structures on or near the particular site;

— previous or continuing ground movements from different sources;

— vibrations;

— climatic variations, including temperature change (freezing and thawing), drought and heavy rain;

— vegetation or its removal;

— human or animal activities;

— variations in water content or pore-water pressure;

— wave action.

(3)P In ultimate limit states, design free water and ground-water levels, or their combination, shall be selected from available hydrological data and in situ observations to give the most unfavourable conditions that could occur in the design situation being considered. The possibility of failure of drains, filters or seals shall be considered.

(4) The possibility of emptying a canal or water reservoir for maintenance, or due to dam failure, should also be considered. For serviceability limit states, less severe, more typical water level or pore-water pressure may be used.

(5) For slopes along waterfronts, the most unfavourable hydraulic conditions are normally steady seepage for the highest possible ground-water level and rapid draw-down of the free water level.

(6)P In deriving design distributions of pore-water pressure, account shall be taken of the possible range of permeability anisotropy and variability of the ground.

11.4 Design and construction considerations

(1)P The overall stability of a site and movements of natural or made ground shall be checked taking into account comparable experience, according to 1.5.2.2.

(2)P The overall stability and movement of ground supporting existing buildings, new structures, slopes or excavations shall be considered.

(3) In cases where the stability of the ground cannot be clearly verified prior to design, additional investigations, monitoring and analysis should be specified according to the provisions of 11.7.

(4) Typical structures for which an analysis of overall stability should be performed are:

— ground retaining structures;

— excavations, slopes or embankments;

— foundations on sloping ground, natural slopes or embankments;

— foundations near an excavation, cut or buried structures, or shore.

NOTE Stability problems or creep movements occur primarily in cohesive soils with a sloping ground surface. However, instability can also occur in non-cohesive soils and fissured rocks in slopes where the inclination, which may be determined by erosion, is close to the angle of shearing resistance. Increased movements are often observed at elevated pore-water pressures or close to the ground surface during freezing and thawing cycles.

(5)P If the stability of a site cannot readily be verified or the movements are found to be not acceptable for the site's intended use, the site shall be judged to be unsuitable without stabilising measures.

(6)P The design shall ensure that all construction activities in and on the site can be planned and executed such that the occurrence of an ultimate or serviceability limit state is sufficiently improbable.

(7)P Slope surfaces exposed to potential erosion shall be protected if required, to ensure that the safety level is retained.

(8) Slopes should be sealed, planted or protected artificially. For slopes with berms, a drainage system within the berm should be considered.

(9)P Construction processes shall be taken into account as far as they might affect the overall stability or the magnitude of movement.

(10) Potentially unstable slopes may be stabilised by:

— a concrete cover with or without anchorage;

— an abutment of gabions, either of steel net or geotextile cages;

— ground nailing;

— vegetation;

— a drainage system;

— a combination of the above.

(11) The design should follow the general principles of Sections 8 and 9.

11.5 Ultimate limit state design

11.5.1 Stability analysis for slopes

(1)P The overall stability of slopes including existing, affected or planned structures shall be verified in ultimate limit states (GEO and STR) with design values of actions, resistances and strengths, where the partial factors defined in A.3.1(1)P, A.3.2(1)P and A.3.3.6(1)P shall be used.

NOTE The values of the partial factors may be set by the National annex. The recommended values for persistent and transient situations are given in Tables A.3, A.4 and A.14.

(2)P In analysing the overall stability of the ground, of soil or rock, all relevant modes of failure shall be taken into account.

(3) When choosing a calculation method, the following should be considered:

— soil layering;

— occurrence and inclination of discontinuities;

— seepage and pore-water pressure distribution;

— short- and long-term stability;

— creep deformations due to shear;

— type of failure (circular or non-circular surface; toppling; flow);

— use of numerical methods.

(4) The mass of soil or rock bounded by the failure surface should normally be treated as a rigid body or as several rigid bodies moving simultaneously. Failure surfaces or interfaces between rigid bodies may have a variety of shapes including planar, circular and more complicated shapes. Alternatively, stability may be checked by limit analysis or using the finite element method.

(5) Where ground or embankment material is relatively homogeneous and isotropic, circular failure surfaces should normally be assumed.

(6) For slopes in layered soils with considerable variations of shear strength, special attention should be paid to the layers with lower shear strength. This may require analysis of noncircular failure surfaces.

(7) In jointed materials, including hard rock and layered or fissured soils, the shape of the failure surface can partly or fully be governed by discontinuities. In this case analysis of threedimensional wedges should normally be made.

(8) Existing failed slopes, which can potentially be reactivated should be analysed, considering circular, as well as non-circular failure surfaces. Partial factors normally used for overall stability analyses then need not be appropriate.

(9) If the failure surface cannot be assumed to be two-dimensional, the use of threedimensional failure surfaces should be considered.

(10) A slope analysis should verify the overall moment and vertical stability of the sliding mass. If horizontal equilibrium is not checked, inter-slice forces should be assumed to be horizontal.

(11)P In cases where a combined failure of structural members and the ground could occur,

ground-structure interaction shall be considered by allowing for the difference in their relative stiffnesses. Such cases include failure surfaces intersecting structural members such as piles and flexible walls.

NOTE In analysing natural slopes, it is generally an advantage to make a first calculation using characteristic values, to get an idea of the global factor of safety, before starting a design. Experiences with comparable cases including investigation procedures should be applied.

(12) Since a distinction between favourable and unfavourable gravity loads is not possible in assessing the most adverse slip surface, any uncertainty about weight density of the ground should be considered by applying upper and lower characteristic values of it.

(13)P The design shall show that the deformation of the ground under design actions due to creep or regional settlements will not cause unacceptable damage to structures or infrastructure sited on, in or near the particular ground.

11.5.2 Slopes and cuts in rock masses

(1)P The stability of slopes and cuts in rock masses shall be checked against translational and rotational modes of failure involving isolated rock blocks or large portions of the rock mass, and also against rock falls. Particular attention shall be given to the pressure caused by blocked seepage water in joints and fissures.

(2)P Stability analyses shall be based on reliable knowledge of the pattern of discontinuities intersecting the rock mass and of the shear strength of the intact rock and of the discontinuities.

(3) Account should be taken of the fact that failure of slopes and cuts in hard rock masses, with a well defined pattern of discontinuities, will generally involve:

— sliding of blocks or rock wedges;

— toppling of blocks or slabs;

— a combination of toppling and sliding.

depending on the orientation of the slope face in relation to that of the discontinuities.

(4) It should be considered that failure of slopes and cuts in highly fissured rock masses and in soft rocks and cemented soils may develop along circular or almost circular slip surfaces passing through portions of intact rock.

(5) Sliding of isolated blocks and wedges should usually be prevented by reducing the inclination of the slope by providing berms, and installing anchors, bolts and internal drainage. In cutting slopes, sliding should be prevented by selecting the direction and orientation of the slope face so that movements of isolated blocks are kinematically impossible.

(6) To prevent toppling failures, anchoring or bolting and internal drainage should normally be applied.

(7) When considering the long-term stability of slopes and cuts, the detrimental effects of vegetation and environmental or polluting agents on the shear strength of discontinuities and on the strength of the intact rock should be taken into account.

(8) In highly fractured rock masses in steep slopes and slopes susceptible to toppling, spalling, ravelling and slumping, the possibility of rock falls should always be analysed.

(9) In cases where reliable provisions to prevent rock falls are not feasible, rock falls should be allowed to occur with the provision of nets, barriers or other suitable provision to trap the falling rock.

(10) The design of provisions to trap rock blocks and debris falling down a rock slope should be based on a thorough investigation of the possible trajectories of the falling material.

11.5.3 Stability of excavations

(1)P The overall stability of the ground close to an excavation, including excavation spoil and existing structures, roads and services shall be checked (see Section 9).

(2)P The stability of the bottom of an excavation shall be checked in relation to the design pore-water pressure in the ground. For the analysis of hydraulic failure (see Section 10).

(3)P Heave of the bottom of deep excavations due to unloading shall be considered.

11.6 Serviceability limit state design

(1)P The design shall show that the deformation of the ground will not cause a serviceability limit state in structures and infrastructure on or near the particular ground.

(2) Subsidence of the ground due to the following causes should be considered:

— change in ground-water conditions and corresponding pore-water pressures;

— long-term creep under drained conditions;

— volume loss of deep soluble strata;

— mining or similar works such as gas extraction.

(3) Since the analytical and numerical methods available at present do not usually provide reliable predictions of the deformation of a natural slope, the occurrence of serviceability limit states should be avoided by one of the following:

— limiting the mobilised shear strength;

— observing the movements and specifying actions to reduce or stop them, if necessary.

11.7 Monitoring

(1)P The ground shall be monitored using appropriate equipment if:

— it is not possible to prove by calculation or by prescriptive measures that the occurrence of the limit states given in 11.2 is sufficiently unlikely;

— the assumptions made in the calculations are not based on reliable data.

(2) Monitoring should be planned to provide knowledge of:

— ground-water levels or pore-water pressures in the ground, so that effective stress analyses can be carried out or checked;

— lateral and vertical ground movements, in order to predict further deformations;

— the depth and shape of the moving surface in a developed slide, in order to derive the ground strength parameters for the design of remedial works;

— rates of movement, in order to give warning of impending danger; in such cases a remote digital readout for the instruments or a remote alarm system may be appropriate.

Section 12 Embankments

12.1 General

(1)P The provisions of this Section shall apply to embankments for small dams and for infrastructure.

(2) For placement and compaction of fill the provisions in Section 5 should be applied.

12.2 Limit states

(1)P A list shall be compiled of limit states to be checked in the design of the embankment.

(2) The following limit states should be checked:

— loss of overall site stability;

— failure in the embankment slope or crest;

— failure caused by internal erosion;

— failure caused by surface erosion or scour;

— deformations in the embankment leading to loss of serviceability, e.g. excessive settlements or cracks;

— settlements and creep displacements leading to damages or loss of serviceability in nearby structures or utilities;

— excessive deformations in transition zones, e.g. the access embankment of a bridge abutment;

— loss of serviceability of traffic areas by climatic influences such as freezing and thawing or extreme drying;

— creep in slopes during the freezing and thawing period;

— degradation of base course material due to high traffic loads;

— deformations caused by hydraulic actions;

— changes of environmental conditions such as pollution of surface or ground-water, noise or vibrations.

12.3 Actions and design situations

(1) In selecting the actions for the calculation of limit states, the list in 2.4.2.(4) should be considered.

(2) When deriving the actions that embankments impose on adjacent structures or any reinforced parts of the ground, the differences in the stiffnesses should be considered.

(3)P Design situations shall be selected in accordance with 2.2.

(4)P In addition, the following special design situations shall be taken into account, if relevant:

— the effects of the construction process, such as excavations close to the embankment fill and vibrations caused by blasting, pile driving or heavy equipment;

— the effects of structures planned to be constructed on or close to the embankment;

— the erosion effects of overtopping, ice, waves and rain on the slopes and crest;

— temperature effects such as shrinkage.

(5)P The design free water level on the downstream embankment slope and the design ground-water level, or their combination, shall be based on available hydrological data to give the most unfavourable conditions that could occur in the design situation considered. The possibility of failure of drains, filters or seals shall be considered.

(6) For shore embankments, the most unfavourable hydraulic conditions should be considered.

These are normally steady seepage for the highest possible ground-water level and rapid draw-down of the free water level.

(7)P In deriving design distributions of pore-water pressure, account shall be taken of the possible range of anisotropy and heterogeneity of the soil.

(8)P When designing the embankment with respect to settlement, the effective stress decrease in the ground, due to submergence of the dry crust or the fill, shall be taken into account.

12.4 Design and construction considerations

(1)P Embankments shall be designed taking into account experience with embankments on similar ground and made of similar fill material.

(2)P When assessing the foundation level for an embankment, the following shall be considered, when applicable:

— reaching an adequate bearing stratum, or applying stabilising measures where this is not practicable;

— providing sufficient protection against adverse climatic effects on the bearing capacity of the ground;

— the ground-water level with respect to the drainage of the embankment;

— avoiding adverse effects on adjacent structures and utilities;

— reaching layers with adequately low permeability.

(3) Design of embankments should ensure that:

— the bearing capacity of the subsoil is satisfactory;

— the drainage of the various fill layers is satisfactory;

— the permeability of the fill material in dams is as low as required;

— filters or geosynthetics are specified where necessary to fulfil filter criteria;

— the fill material is specified according to the criteria in 5.3.2.

(4)P For embankments on ground with low strength and high compressibility, the construction process shall be specified so as to ensure that the bearing capacity is not exceeded and that excessive settlements or movements do not occur during construction (see 5.3.3(2)P).

(5) When an embankment on compressible ground is raised in layers, piezometer measurements should be specified to ensure that pore-water pressures have dissipated to acceptably low values before the next fill layer is placed.

(6)P For embankments retaining water at different levels, the foundation level shall be chosen with respect to the permeability of the ground or measures shall be taken to make the structure watertight.

(7) If ground improvement is specified, the volume of ground to be improved should be designed with sufficient areal extent to avoid harmful deformations.

(8) When determining the weight of the embankment from the weight density of fill (see 3.3.3), care should be taken to include fill particles of size > 20 mm to 60 mm in the density tests. They are often not included but can have a considerable effect on the weight density.

(9)P Embankment slope surfaces exposed to erosion shall be protected. If berms are designed, a drainage facility shall be specified for the berm.

(10) The slopes should be sealed during embankment construction and planted thereafter, where appropriate.

(11) For embankments carrying traffic, icing on the surface of the pavement should be avoided. The thermal capacity of a pavement on an insulation layer or a lightweight fill may be high enough to avoid this.

(12) Frost penetration on the crest of an earth dam should be restricted to an appropriate level.

(13) Design of the embankment slope should consider that creep movements may occur in slopes during freezing and thawing irrespective of the slope stability under dry conditions. This is especially important in transition zones, e.g. at bridge abutments.

12.5 Ultimate limit state design

(1)P In analysing the stability of part or all of an embankment, all possible failure modes shall be considered, as stated in Section 11.

(2) Since embankments are often constructed in different phases with different load conditions, the analysis should be done phase by phase and provisions specified accordingly in the Geotechnical Design Report.

(3)P Where lightweight fill materials such as expanded polystyrene, expanded clay or foamed concrete are used, the possibility of buoyancy effects shall be considered (see Section 10).

(4)P Any analysis of embankments containing different fill materials shall adopt strength values that have been determined at compatible strains in the materials.

(5) Where roads or watercourses cross an embankment, special attention should be paid to the spatial interaction of the various structural elements.

(6) When analysing the stability of improved ground, the effect of the improving process, e.g. the disturbance of soft sensitive clay, should be considered. As the effect of the improvement is time-dependent, it should not be taken into account until a steady state has been reached.

(7)P To avoid ultimate limit states caused by surface erosion, internal erosion or hydraulic pressure, the provisions in Sections 10 and 11 shall be fulfilled.

12.6 Serviceability limit state design

(1)P The design shall show that the deformation of the embankment will not cause a serviceability limit state in the embankment or in structures, roads or services sited on, in or near the embankment.

(2) The settlement of an embankment on compressible ground should be calculated using the principles of 6.6.1. Special attention should be paid to the time dependency of the settlements due to both consolidation and secondary effects.

(3) The possibility of deformations due to changes in the ground-water conditions should be taken into account.

(4) In cases where the deformations are difficult to predict, the methods of pre-loading or trial embankments should be considered, especially in cases where serviceability limit states shall be prevented.

12.7 Supervision and monitoring

(1)P Supervision and monitoring of embankments shall follow the provisions in Section 4.

(2) Monitoring should be applied to embankments in one or more of the following situations:

— when using the observational method (see 2.7);

— where the stability of an embankment acting as a dam to a large degree depends on the pore-water pressure distribution in and beneath the embankment;

— where records of pollution effects of fill or traffic are required;

— where control of adverse effects on structures or utilities is required;

— where surface erosion is a considerable risk.

(3)P In cases where a supervision and monitoring programme is required, the designer shall present it in the Geotechnical Design Report (see 2.8). It shall be specified that the monitoring records are to be evaluated and acted upon as necessary.

(4) A monitoring programme for an embankment should contain the following records:

— pore-water pressure measurements in and beneath the embankment;

— settlement measurements for the whole or parts of the embankment and influenced structures;

— measurements of horizontal displacements;

— checks on strength parameters of fill material during construction;

— chemical analyses before, during and after construction, if pollution control is required;

— observations of erosion protection;

— checks on permeability of fill material and of foundation soil during construction;

— depth of frost penetration in the crest of an embankment.

(5) The construction of embankments on soft soil with low permeability should be monitored and controlled by means of pore-water pressure measurements in the soft layers and settlement measurements of the fill.