Утверждено распоряжением

Минтранса России

№ ИС-666-р от 01.08.2003

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ
ГЕОСИНТЕТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И РЕМОНТЕ
АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЛУЖБА ДОРОЖНОГО ХОЗЯЙСТВА
(РОСАВТОДОР)

Москва 2003

1. РАЗРАБОТАНЫ Государственным предприятием «РОСДОРНИИ» и ФГУП «Союздорнии».

ВНЕСЕНЫ Управлением инноваций и технического нормирования в дорожном хозяйстве Государственной службы дорожного хозяйства Министерства транспорта Российской Федерации.

2. ПРИНЯТЫ И ВВЕДЕНЫ в действие распоряжением Государственной службы дорожного хозяйства Министерства транспорта Российской Федерации от 01.08.2003 г. № ИС-666-р.

3. ВЗАМЕН ВСН 49-86.

Введение

Документ содержит правила применения геосинтетических материалов, в том числе геотекстильных нетканых и тканых материалов, георешеток, геокомпозитов, геооболочек для основных областей применения в дорожном строительстве - при выполнении земляных работ, устройстве и ремонте дорожных одежд, дренажей, сооружений, поверхностного водоотвода, для обеспечения устойчивости откосов. В документе приводятся требования к геосинтетическим материалам, методам контроля их свойств, общие конструктивные решения, особенности назначения и расчетного обоснования конструктивных решений, а также технологии производства работ, необходимый справочный материал. Он применяется при проектировании вновь строящихся, реконструируемых и ремонтируемых автомобильных дорог, назначении технологии производства работ, разработке альбомов типовых конструкций, технологических карт. Документ также может использоваться производителями геосинтетических материалов при разработке, производстве, контроле качества материалов и разработке документов соответствия.

Документ предназначен для работников системы дорожного хозяйства, а в части требований к геосинтетическим материалам - также и для работников предприятий-изготовителей материалов. При подготовке Рекомендаций учитывались положения ранее разработанных на основе исследований Росдорнии, Союздорнии, Гипродорнии, МАДИ, НИИоснований, Хабаровского политехнического института, Хабаровского центра Росдорнии методических, нормативных документов по применению геосинтетических материалов при различных видах дорожных работ и опыт дорожных организаций по использованию геосинтетических материалов при строительстве и ремонте автомобильных дорог.

Документ разработан ГП «РОСДОРНИИ» (ведущая организация-исполнитель) канд. техн. наук Ю.Р. Перковым, А.П. Фоминым, инж. О.Б. Коренковым, Е.В. Никанычевой, О.В. Труфановой, Ю.И. Косаревым при участии канд. техн. наук А.Е. Мерзликина (п. 5.2, 5.3), ФГУП «Союздорнии» (соисполнитель) - д-ром техн. наук В.Д. Казарновским, инж. Ю.М. Львовичем (раздел 4, прил. 5), канд. техн. наук Б.П. Брантманом (раздел 4, прил. 5).

ТЕРМИНЫ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ, УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Геосинтетические материалы - класс строительных материалов, как правило, синтетических, а также из другого сырья (минерального, стекло- или базальтовые волокна и др.), поставляемых в сложенном компактном виде (рулоны, блоки, плиты и др.), предназначенных для создания дополнительных слоев (прослоек) различного назначения (армирующих, дренирующих, защитных, фильтрующих, гидроизолирующих, теплоизолирующих) в строительстве (транспортном, гражданском, гидротехническом) и включающий следующие группы материалов: геотекстильные материалы, георешетки, геокомпозиты, геооболочки, геомембраны, геоплиты и геоэлементы.

Геотекстильный материал - поставляемое в рулонах сплошное водопроницаемое тонкое гибкое нетканое, тканое, трикотажное полотно, получаемое путем скрепления волокон или нитей механическим (плетение, иглопробивание), химическим (склеивание), термическим (сплавление) способами или их комбинацией.

Георешетка - плоский рулонный материал с ячейками линейных размеров от 1 см (геосетка), выполняющий преимущественно армирующие функции, или объемный материал с ячейками высотой от 3 см, поставляемый в виде блоков слоев со сложенными ячейками (пространственная георешетка), выполняющий преимущественно защитные функции по отношению к заполнителю ячеек (грунту, крупнопористым минеральным материалам - щебню, гравию, шлаку, материалам, обработанным вяжущим и др.).

Геокомпозит - поставляемый в рулонах или блоках материал из 2-х или более слоев, создаваемый из различных геотекстильных материалов, геотекстильных материалов и геосеток для более эффективного выполнения отдельных функций, например, геосетки, объединенные с полотном из нетканого геотекстильного материала для усиления покрытий (армогеокомпозит) или фильтр из тонкого нетканого геотекстильного материала, объединенный с создающим объем нетканым высокопористым геотекстильным материалом для дренирования дорожных конструкций (геодрена).

Геооболочка - геотекстильный материал или геосетка, образующие объемные оболочки для заполнения их другими строительными материалами, как правило, на месте производства работ, например, мешки-контейнеры из геотекстильного материала, заполненные песком (геоматы для укрепления откосов), сборные контейнеры из геосеток с заполнением крупнофракционным материалом (габионы).

Геомембрана - сплошное водонепроницаемое рулонное полотно из геотекстильного, обработанного вяжущим, в том числе на месте производства работ, материала или рулонный пленочный материал для создания гидроизолирующих прослоек. В некоторых случаях геомембраны поставляют с заполнителем, например, геооболочка из нетканого геотекстильного материала с заполнителем - порошком из бентонитовой глины.

Геоплита - сплошной теплоизоляционный материал в виде плиты, например, пенопласт.

Геоэлемент - отдельные элементы, не образующие сплошного полотна в виде волокон, тросов, узких лент, выполняющие, как правило, функции армирования, в том числе дискретного.

Основные показатели свойств геосинтетических материалов, их условные обозначения.

Показатели физических и водно-физических свойств:

©_гм - поверхностная плотность или масса 1 м² полотна, г/м² (ГОСТ Р 50277-92*), ГОСТ 6943.16-94*⁾);

δ - толщина полотна, мм (ГОСТ Р 50276 - 92*⁾);

в_гм и l_гм - линейные размеры полотна, секции модуля, элемента (ширина и длина), м (ГОСТ 3811*), ГОСТ 6943.17 - 94*⁾);

^*) Для отдельных разновидностей материалов определение параметров возможно по иным стандартам.

Тд - максимальная температура, при которой допустимо применение ГМ;

О₉₀ - фильтрующая способность - показатель способности ГМ выполнять функции фильтра, связанный с размером пор, микроны (приложение 2Д);

Кфв₍₂₎ и Кфг₍₂₎ - коэффициент фильтрации в направлениях - нормальном плоскости полотна и в плоскости полотна, м/сут. Индекс (2) (или иной) показывает величину обжатия в кПа (например 2 кПа), при которой определены значения Кф (п. 3.3.7).

Показатели механических свойств:

 и  - прочность при растяжении (кратковременном, одноосном) в продольном и поперечном направлениях, Н/см или кН/м (п. 3.3.3);

 и  - относительная деформация при растяжении (кратковременном, одноосном) в продольном и поперечном направлениях, % (п. 3.3.3 и 3.3.5). Индекс «р» соответствует нагрузке, при которой фиксируется деформация, выраженной в Н/см или в долях от R_р (значения р = 0 и р = max соответствуют относительной деформации при разрыве - ε_ов, ε_оп и при максимальной нагрузке ε_{max в}, ε_{max п}). Индекс «в» в верхней части соответствует ширине образца, см (в = 0 соответствует испытанию одного элемента, например, ровинга геосетки);

 и  - условный модуль деформации при растяжении (кратковременном, одноосном) в продольном и поперечном направлениях, кН/м (п. 3.3.3, 3.3.5). Значение индексов «р», «в» (верхняя часть) - как для  и ; при отсутствии расшифровки индекса «р» значения  и  определены при нагрузке р = 0,3 R_p, но не менее 25 Н/см;

Е_рсф - условный модуль деформации при сферическом растяжении в условиях сложного напряженного состояния, кН/м (приложение 2А).

Р_р - усилие продавливания, Н (приложение 2Б);

Д_к - условный показатель сопротивляемости ГМ местным повреждениям - диаметр отверстия в образце ГМ после падения конуса, мм (п. 3.3.6);

Р_к - показатель сопротивляемости ГМ местным повреждениям - снижение прочности при укладке ГМ на контакте с крупнофракционным материалом, % к значениям R_р^в (R_р^п) (приложение 2Г);

R^в_ε - усилие при продольном растяжении (кратковременном, одноосном), требуемое для достижения определенной величины относительной деформации ε, кН/м.

ε_р - относительная деформация при растяжении (кратковременном, одноосном), достигаемая при определенной величине усилия при растяжении Р в долях от R_р, %;

R^тдл - длительная прочность ГМ с учетом срока службы Т лет, кН/м (по приложению 2В);

Δδ_гм - относительная деформация сжатия ГМ - изменение толщины ГМ в % к первоначальной под действием сжимающей нагрузки определенной величины.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящие Рекомендации предназначены для нормативного обеспечения применения геосинтетических материалов (ГМ) при строительстве, реконструкции и ремонте автомобильных дорог общего пользования. Они могут быть также использованы при назначении конструктивно-технологических решений по другим объектам транспортного строительства, в частности, автомобильным дорогам промышленных и сельскохозяйственных предприятий, временным автомобильным дорогам, подъездным путям, площадкам для остановки и стоянки автомобилей и т.д. Положения разделов 2, 3 Рекомендаций должны быть учтены также производителями ГМ.

1.2. Рекомендации регламентируют применение группы геосинтетических материалов, прежде всего, геотекстильных, а в части отдельных апробированных конструктивно-технологических решений - также георешеток, геокомпозитов, геооболочек, геомембран. Не рассматриваются относящиеся к числу геосинтетических материалов:

- геоплиты, поскольку дорожные конструкции с теплоизолирующими слоями из таких материалов проектируются в соответствии с другими документами (ОДН 218.046-01, для зоны вечной мерзлоты - специальными региональными нормативно-техническими документами).

- геоволокна (полимерные, стекловолокна), поскольку технология дискретного армирования покрытий или грунтов разработана для опытного применения.

1.3. Рекомендации направлены на решение задач:

- назначения оптимальных конструктивных решений при создании дополнительных слоев (прослоек) из геосинтетических материалов различного назначения в основании земляного полотна, в земляном полотне, на откосах, в дорожной одежде, а также в дренажных устройствах и сооружениях поверхностного водоотвода;

- назначения оптимальной технологии производства работ;

- обоснованного выбора конкретного геосинтетического материала.

1.4. Основная цель применения ГМ - обеспечение надежного функционирования автомобильной дороги или отдельных ее элементов в сложных условиях строительства и эксплуатации, а также при наличии технических или экономических преимуществ по отношению к традиционным решениям. Устройство дополнительных слоев из ГМ позволяет повысить эксплуатационную надежность и сроки службы дорожной конструкции или отдельных ее элементов, качество работ, упростить технологию строительства, сократить сроки строительства, уменьшить расход традиционных дорожно-строительных материалов, объемы земляных работ, материалоемкость дорожной конструкции.

1.5. Эффективность конструктивно-технологических решений с созданием дополнительных слоев (прослоек) на основе ГМ определяется возможностью выполнения ими избирательно или в комплексе следующих функций:

- армирование - усиление дорожных конструкций насыпей (в том числе откосов), оснований в результате перераспределения ГМ напряжений, возникающих в грунтовом массиве, дорожной одежде при действии нагрузок от транспортных средств и собственного веса (рис. 1.1а);

- защита - предотвращение или замедление процесса эрозии грунтов, предотвращение взаимопроникания материалов контактирующих слоев (рис. 1.1б);

- фильтрование - предотвращение (замедление) процесса проникания грунтовых частиц в дренажи (фильтр) или их выноса (обратный фильтр) - (рис. 1.1в);

- дренирование - ускорение отвода воды (рис. 1.1г);

- гидроизоляция - уменьшение или исключение притока воды в грунты рабочего слоя земляного полотна (рис. 1.1д).

Рис. 1.1. Основные функции геосинтетических материалов в дорожных конструкциях

1.6. Эффективность и возможность выполнения ГМ перечисленных в п. 1.5 функций определяется их видом, показателями свойств (п. 2), соответствием показателей свойств требованиям (п. 3 настоящих Рекомендаций). Выбор конкретной марки ГМ из числа возможных при реализации принятого конструктивно-технологического решения выполняют на основе сопоставления показателей свойств и стоимости различных марок ГМ. Перечень показателей свойств ГМ, методики их определения могут быть уточнены по отношению к приведенным в п. 3 при введении соответствующих государственных стандартов.

1.7. Помимо показателей свойств, определяемых и контролируемых производителем ГМ в соответствии с действующими государственными стандартами, настоящие Рекомендации вводят дополнительно показатели свойств, требуемые для полной характеристики ГМ, предназначенных для применения в транспортном строительстве. Их определение является обязательным при постановке продукции на производство. Показатели свойств ГМ, определяемые при контроле качества, дифференцированы в зависимости от вида контроля (п. 3).

1.8. При проектировании дорожных конструкций должно быть учтено изменение (ухудшение) исходных значений показателей свойств ГМ в процессе эксплуатации в отношении основных для рассматриваемого решения показателей свойств. В разделах 4 - 7 настоящих Рекомендаций такое изменение учитывается введением понижающих коэффициентов, обоснованных экспериментально. В отношении прочности ГМ - показателя свойств, подлежащего регламентации практически во всех случаях, - методика учета снижения в процессе эксплуатации представлена в п. 3.2.4 Рекомендаций.

При выполнении расчетов и окончательном выборе ГМ следует принимать расчетные значения характеристик ГМ, учитывающие условия работы ГМ в дорожных конструкциях, особенности методик определения свойств ГМ, устанавливаемые в технических документах соответствия допуски по показателям свойств. В частности, следует учитывать однородность по поверхностной плотности (п. 3.3.2), гарантируемую поставщиком при оценке показателей свойств ГМ.

1.9. Назначение конструктивно-технологических решений дорожных конструкций с дополнительными слоями (прослойками) из ГМ выполняют в соответствии с действующими нормативными документами и положениями настоящих Рекомендаций, дополняющих эти документы с учетом особенностей таких прослоек. Выбор решения выполняют на основе технико-экономического сопоставления вариантов. При этом следует учитывать возникающий в сопоставлении с традиционными решениями технический эффект, связанный с повышением надежности дорожных конструкций, качества строительства, долговечности, что не всегда может быть точно оценено количественно. При строительстве, реконструкции и ремонте автомобильных дорог, особенно высоких технических категорий, а также в сложных погодно-климатических и грунтово-гидрологических условиях наличие такого эффекта при его надлежащем техническом обосновании может оказаться более существенным с точки зрения работоспособности, транспортно-эксплуатационных качеств дорожной конструкции, чем получение единовременной экономии средств по другим из сопоставляемых вариантов.

1.10. Общая характеристика основных из рассматриваемых в настоящих Рекомендациях областей применения ГМ в части получаемого эффекта, схемы применения, основных функций ГМ представлена в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Общая характеристика основных областей применения геосинтетических материалов

Примечание. 1 - геосинтетический материал; 2 - дорожная одежда; 3 - песчаный дренирующий слой; 4 - пространственная георешетка

2. КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ГЕОСИНТЕТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

2.1. Геосинтетические материалы представляют собой класс строительных материалов, различающихся по структуре, технологии производства, показателям свойств, составу сырья. Их объединяет удобная форма поставки (рулоны, блоки, плиты), возможность обеспечения высокого качества ГМ в условиях заводского изготовления, то есть возможность создания дополнительных слоев (прослоек) гарантированного качества при минимальных трудозатратах на месте производства работ и минимальных относительных транспортных расходах. Их назначение, области применения, выполняемые функции различаются. Для упрощения возможного предварительного выбора ГМ на рис. 2.1 представлена классификация геосинтетических материалов по структуре-технологии производства, достаточная для регламентации их применения в названной области (п.п. 1.1, 1.2 настоящих Рекомендаций).

2.2. Область, эффективность и целесообразность применения синтетических рулонных материалов определяются их свойствами, которые зависят от состава сырья, технологии производства и структуры.

2.3. Общая характеристика ГМ по наиболее распространенному сырью изготовления (полиамид, полиэфир и полипропилен) приведена в табл. 2.1.

2.4. Предпочтительным видом сырья для изготовления ГМ дорожного назначения является полиэфир. Следует ограничивать применение полиамидных ГМ в кислотных средах (рН < 5,0), полипропиленовых - в условиях длительного действия значительной по величине нагрузки, полиэфирных - на контакте со слоями, содержащими известь, цемент, в других щелочных средах с рН ≥ 9.

Следует также предъявлять более жесткие требования по транспортировке и укладке полипропиленовых и полиамидных ГМ с точки зрения светового воздействия или использовать разновидности ГМ из сырья, стабилизированного по отношению к воздействию ультрафиолетового излучения. ГМ из вторичного сырья, в том числе содержащего несинтетические компоненты, могут быть использованы только в качестве временной прослойки, например, для защиты откосов на период формирования биологического типа укрепления. Требуемые минимальные значения показателей свойств по п. 3 настоящих Рекомендаций должны при этом соблюдаться.

2.5. Наиболее распространенная группа материалов из состава геосинтетических - геотекстильные, прежде всего, нетканые, а также тканые и прочие - трикотажные (вязаные), плетеные нитепрошивные, биотекстили из несинтетического сырья.

Тканые материалы имеют регулярную структуру, повышенную прочность, высокий модуль упругости, но не обладают достаточной водопроницаемостью в плоскости полотна. Такие материалы целесообразно применять в случаях, когда прослойки должны выполнять функции армирования, защиты, но не дренирования. Различают одноосные тканые ГМ (усиленные в одном, обычно продольном, направлении) и двухосные, имеющие близкие значения механических характеристик в продольном и поперечном направлениях.

Свойства нетканых геотекстильных материалов, представляющих собой хаотичное переплетение коротких или длинных волокон, зависят от способа упрочнения (соединения волокон). Нетканые геотекстильные материалы упрочняют механическим, термическим или химическим способами. Механические упрочненные (иглопробивные) нетканые материалы отличаются достаточной прочностью, высокой деформативностью, защитными свойствами, водопроницаемостью в плоскости полотна и направлении, ей нормальном. Их основные функции - дренирование и защита, в отдельных случаях при возникновении больших деформаций - армирование (например, при укладке в основание тонкой насыпи временной дороги). Термически упрочненные нетканые материалы имеют небольшую деформативность, применимы для выполнения функций зашиты, в отдельных случаях армирования, но не дренирования. При химическом упрочнении (склеивании) свойства получаемых полотен определяются видом связующего. Такие материалы могут быть подвержены быстрому старению в условиях эксплуатации, в связи с чем срок их службы должен быть технически обоснован. При комбинированном упрочнении сочетают обычно механический и термический способ упрочнения, что дает возможность улучшить механические характеристики при некотором ухудшении водно-физических свойств по отношению к механически упрочненным нетканым материалам.

Рис. 2.1. Строительная классификация геосинтетических материалов по структуре-технологии производства (группы и подгруппы ГМ) (в скобках справочно приведены принятые международные обозначения)

Таблица 2.1

2.6. Плоские георешетки (геосетки) отличаются высокими механическими характеристиками и применяются для создания армирующих прослоек. Полимерными геосетками армируют основания дорожных одежд из крупнофракционных материалов, откосы насыпей, геосетками из стекло- или базальтового волокна - верхние слои дорожных одежд из разного вида асфальтобетонов. Геосетки обычно имеют ячейки с линейными размерами 5 - 40 мм. Наличие и размер ячеек, толщина элементов определяют механические характеристики материалов и степень их связи с материалами контактирующих слоев.

Геосетки из стекло- или базальтового волокна имеют более высокие механические характеристики, однако их свойства менее стабильны в сравнении с полимерными геосетками по отношению к возможным агрессивным воздействиям в процессе эксплуатации. Они должны иметь специальную обработку - пропитку, обеспечивающую необходимый срок службы.

Различают одноосные и двухосные георешетки (аналогично тканым ГМ).

2.7. Пространственные георешетки имеют сотовую структуру при размере ячеек в плане 200 - 400 мм и высоте 50 - 200 мм. Они поставляются в блоках в сложенном виде, в разложенном виде размеры в плане обычно 2,5×(6 - 15) м. Применяются для укрепления откосов в сочетании с различным заполнением ячеек, армирования нижних слоев дорожных одежд, насыпей. Стенки ячеек могут иметь рифление, отверстия по отдельным стенкам для пропуска полимерных тросов с последующим созданием анкерного удерживающего крепления на поверхности откоса и для пропуска воды.

2.8. Геокомпозиты в виде геодрен - многослойные рулонные или блочные материалы, обладающие высокой водопропускной способностью в плоскости полотна. Используются как дренирующий слой при создании плоскостного дренажа в дорожной конструкции, перехватывающего дренажа в обводненных выемках и др. Основная разновидность - два слоя фильтра из нетканого геотекстильного материала с жестким каркасом между ними из полимерной геосетки или менее жестким из высокопористого нетканого материала толщиной обычно 10 - 30 мм. Имеются разновидности с заменой слоя (слоев) фильтра на геомембрану (перехватывающий дренаж) с устройством фильтра только по одной плоскости материала.

2.9. Геокомпозиты из нетканого геотекстильного полотна и объединенной с ним геосетки из стекло- или базальтового волокна применяются для армирования покрытий (армогеокомпозиты). Наличие нетканого полотна обеспечивает лучшие условия по контакту с материалами окружающих слоев и лучшее выполнение функций по исключению (снижению) процесса проявления «отраженных» трещин, наличие геосетки обеспечивает армирование вышележащего слоя асфальтобетонного покрытия.

2.10. Геооболочки в виде геоматов - объемные из нерегулярно сплавленных волокон или объединенные в отдельных местах два слоя нетканых геотекстильных материалов с образованием открытых с одной стороны емкостей для заполнителя. Заполнение геоматов выполняется, как правило, на месте производства работ. Основное назначение - укрепление откосов.

2.11. Геооболочки габионов - плоские геосетки, поставляемые в виде многослойных блоков, собираемых на месте производства работ в объемные элементы с линейными размерами, как правило, 2×3÷6 м, толщиной 0,4 - 1,0 м, разделенные на секции с линейными размерами 0,5 - 1,0 м. Геооболочки габионов заполняются на месте производства работ минеральным заполнителем и служат для повышения общей и местной устойчивости откосов. Имеются различные разновидности, в частности, обеспечивающие заделку габиона в тело насыпи.

2.12. Геомембраны - гидроизоляционные материалы на основе пленочных или обрабатываемых вяжущим, как правило, на месте производства работ, нетканых ГМ. Последние отличаются большей надежностью вследствие, прежде всего, повышенной стойкости к возможным местным повреждениям в процессе строительства и эксплуатации. Кроме того, геомембраны на основе нетканых геотекстильных материалов имеют более широкую область применения - помимо создания гидроизолирующих прослоек для снижения притока воды в рабочий слой земляного полотна применимы также для укрепления сооружений поверхностного водоотвода.

Разновидность геомембран - нетканые геотекстильные материалы, выпускаемые с заполнителем в виде порошка бентонитовой глины, образующей при увлажнении водонепроницаемый слой.

2.13. Справочные данные по основным отечественным маркам геосинтетических материалов представлены в приложении 1.

3. ТРЕБОВАНИЯ К ГЕОСИНТЕТИЧЕСКИМ МАТЕРИАЛАМ

3.1. Общие требования

3.1.1. Геосинтетические материалы должны отвечать требованиям по наличию технической документации (п.п. 3.1.2, 3.1.3), форме поставки (п.п. 3.1.4, 3.1.5), показателям свойств (п.п. 3.1.6, 3.2) и методам их определения и контроля (п. 3.3). Настоящие Рекомендации вводят такие требования в минимальном объеме. В зависимости от целей применения требования к ГМ могут быть дополнены по их отдельным группам.

3.1.2. Применение ГМ возможно при наличии:

- технических условий, согласованных организациями, представляющими отрасль предприятий-потребителей. Технические условия должны содержать технические требования по составу сырья, основным контролируемым производителем физико-механическим показателям свойств, форме поставки, упаковке, маркировке, требования по безопасности, правилам приемки, методам контроля и испытаний, транспортированию и хранению, гарантии изготовителя. Рекомендуется сопровождать технические условия справочным приложением по дополнительным показателям свойств (п.п. 3.2, 3.3), определяемым при постановке продукции на производство;

- гигиенических сертификатов;

- документов, регламентирующих область применения геосинтетических материалов, разработанных или согласованных организациями, представляющими отрасль предприятий-потребителей (Избирательно - Заключение, Регламент применения, Рекомендации по применению или другой документ);

- сертификатов соответствия, выданных на основе Заключений по результатам испытаний ГМ с определением как основных, так и дополнительных показателей свойств (п.п. 3.2, 3.3).

3.1.3. Условное обозначение (наименование) геосинтетического материала в названных в п. 3.1.2 документах рекомендуется принимать согласно представленной в разделе 2 настоящих Рекомендаций Классификации. Форму условного обозначения (наименования) рекомендуется согласовывать с системой классификации ГМ, представленной в приложении 3.

3.1.4. Форма поставки ГМ должна быть удобной с точки зрения погрузоразгрузочных и других строительных работ. Для рулонных ГМ рекомендуется поставка в рулонах массой до 80 кг, предпочтительно с длиной полотна в рулоне не менее 40 м и шириной не менее 2,0 м. Упаковка рулонов должна обеспечивать их транспортировку и хранение без увлажнения и воздействия света.

3.1.5. ГМ не должны иметь разрывов, вырывов и других нарушений сплошности. Максимальные отклонения по ширине полотна, ровности кромок не должны превышать 5 см, по массе рулона - 5 кг, по длине рулона (в сторону уменьшения) - 10 см.

3.1.6. Определяемые показатели свойств ГМ должны в полной мере характеризовать его физико-механические свойства с точки зрения:

- возможности и эффективности выполнения требуемых функций в определенной области применения;

- учета специфических структурно-технологических особенностей каждой из групп ГМ (раздел 2);

- возможности выбора ГМ;

- возможности назначения расчетных параметров свойств ГМ на основе исходных значений;

- возможности применения той или иной технологии производства работ в период строительства.

В зависимости от перечисленных факторов выделяются основные и дополнительные показатели свойств, нормируются их минимальные значения (п. 3.2), назначается методика определения показателей свойств (п. 3.3) и методика их контроля (п. 3.3).

3.2. Требования к физико-механическим показателям свойств геосинтетических материалов

3.2.1. Применяемые при строительстве и ремонте дорог геосинтетические материалы должны отвечать требованиям по следующим физико-механическим свойствам:

- поверхностная плотность;

- толщина;

- прочность при растяжении;

- деформативность;

- однородность;

- сопротивляемость местным повреждениям;

- водопроницаемость (кроме георешеток);

- фильтрующая способность (кроме георешеток, геомембран);

- стойкость к агрессивным воздействиям.

3.2.2. В зависимости от выполняемых ГМ функций, его структурно-технологических особенностей, стадии контроля качества, прочность ГМ при растяжении и деформативность могут оцениваться различными показателями свойств (по п. 3.3.3 - 3.3.5).

3.2.3. В отдельных случаях следует в дополнение к перечисленным, регламентировать и другие показатели свойств, в частности:

- при выполнении ГМ функций армирования грунта - сопротивление сдвигу на контакте с грунтом (п. 3.3.12);

- при выполнении ГМ функций армирования в условиях длительно действующих нагрузок - длительная прочность (п. 3.3.4);

- при применении ГМ в слоях покрытий - стойкость к воздействию температуры, относительная деформация сжатия (п. 3.3.13);

- при применении пространственных георешеток, геооболочек - прочность швов (п. 3.3.4);

- при применении георешеток, геооболочек - размеры ячеек.

3.2.4. Стойкость к агрессивным воздействиям для ГМ, выпускаемых из полиэфира, полипропилена, полиамида (исключая нетканые химически упрочненные материалы), может не оцениваться:

- при ограниченном (до года) сроке службы;

- при введении ограничений по применению в соответствии с п. 2.4 настоящих Рекомендаций, что должно быть отражено в документах по п. 3.1.2. В этом случае изменение прочности ГМ в процессе эксплуатации за период Т (лет) в средних грунтовых условиях может быть ориентировочно оценено путем умножения начального его значения на поправочный коэффициент, принимаемый по табл. п. 4.1 приложения 4 или рассчитываемый по формуле

,                                                                 (3.1)

где a, b - параметры, зависящие от вида сырья ГМ (при изготовлении ГМ на основе полиэфира и полипропилена а = 0,09, b = 0,5; полиамида а = 0,4, b = 1).

3.2.5. В зависимости от выполняемых ГМ функций и области применения перечисленные физико-механические свойства могут:

- жестко ограничиваться по минимальным значениям, определять возможность и эффективность применения (основные свойства для данной функции - области применения ГМ);

- влиять на эффективность применения (дополнительные свойства для данной функции - области применения ГМ);

- не оказывать существенного влияния (не регламентироваться для данной функции - области применения ГМ).

В табл. 3.1 представлено разграничение свойств ГМ в зависимости от основных функций - областей применения. Свойства, отнесенные к основным (+) и дополнительным (±), должны быть определены и отражены в документах соответствия ГМ, но по-разному контролируются (п.п. 3.3, 3.4). Регламентация свойств, отмеченных знаком (-), не является обязательной.

3.2.6. В табл. 3.2 представлены требуемые значения отдельных показателей свойств, снижение которых для выполнения указанных функций не допускается. Окончательный выбор ГМ для данной области применения осуществляется с помощью расчетов, приведенных в соответствующих пунктах Рекомендаций и с учетом всех представленных в табл. 3.1 основных и дополнительных показателей.

При выборе ГМ следует также учитывать вид отсыпаемых непосредственно на ГМ материалов (грунтов), условия выполнения строительных работ. Показатели, характеризующие сопротивляемость местным повреждениям ГМ (п. 3.3.6 - Р_к, Д_к - см. условные обозначения), должны отвечать следующим минимальным требованиям в зависимости от вида материала, отсыпаемого непосредственно на них:

- при отсыпке дисперсных немерзлых грунтов, если возможно наличие в них отдельных включений из крупнофракционных материалов (в количестве до 5 %), - Р_к ≤ 15 %;

- при отсыпке песчано-гравийных смесей - Р_к £ 10 %;

- при отсыпке щебеночных и других крупнопористых материалов - Р_к ≤ 8 %, Д_к ≤ 23;

- при отсыпке крупнообломочных материалов с включениями размером > 70 мм - Р_к ≤ 5 %, Д_к ≤ 20 мм.

Таблица 3.1

Основные (+), дополнительные (±) и не регламентируемые (-) показатели свойств геосинтетических материалов

Примечания: ¹⁾ Регламентация для нетканых геотекстильных материалов с точки зрения косвенной оценки «совместимости» с вяжущим. ²⁾ Для геотекстильных материалов. ³⁾ Для обратных фильтров на контакте с крупнофракционным материалом, в том числе, под габионной конструкцией с заполнителем из такого материала - основной показатель свойств. ⁴⁾ Регламентируется для косвенной оценки других факторов - возможности прорастания семян трав, вымывания грунтовых частиц и т.д. ⁵⁾ Дополнительно - адгезия к битуму, регламентация температурной стойкости, для геосеток - размер ячеек, для геотекстильных ГМ - относительная деформация сжатия. ⁶⁾ Дополнительно - сопротивление сдвигу по контакту с грунтом. ⁷⁾ Для георешеток, габионов - дополнительно размеры ячеек. ⁸⁾ Оценивается по отдельно разрабатываемым методикам с учетом вида ГМ и материала покрытия. ⁹⁾ Учитывается во всех случаях для оценки расчетных значений прочности. ¹⁰⁾ Дополнительно для геотекстильных ГМ - регламентация температурной стойкости.

Таблица 3.2

Примечания: 1) В таблице приведены показатели свойств геосинтетических материалов (ГМ) на момент их производства (обозначения - по разделу Термины, определения, условные обозначения). Значение R_p - для полиэфирных и полипропиленовых, в скобках - для полиамидных ГМ. 2) Показатели, отмеченные знаком *, представляют собой наиболее приемлемые значения и строго не нормируются; знак (-) обозначает, что показатель не нормируется. 3) Пункты 4 - 7 Рекомендаций содержат дополнительные требования к ГМ. 4) При необходимости выполнения ГМ нескольких из перечисленных в графе 2 функций следует руководствоваться максимальными значениями показателей. 5) Значения показателей по графам 3 - 5 даны для испытаний ГМ по методике одноосного растяжения (см. п. 3.3.3). Их отклонение в меньшую сторону у анизотропных ГМ допускается только для случая применения последних при армировании откосов и в направлении, нормальном действию растягивающих напряжений. 6) Подчеркнуты показатели, определяющие, главным образом, эффективность применения.

3.3. Методы контроля и определения показателей свойств геосинтетических материалов

3.3.1. Показатели свойств рулонных геосинтетических материалов определяются на основе лабораторных испытаний образцов, отобранных в соответствии с ГОСТ Р 50275, для геосеток из стекло- или базальтового волокна - в соответствии с ГОСТ 6943.

3.3.2. Поверхностную плотность рулонных ГМ определяют по ГОСТ Р 50277, толщину - по ГОСТ Р 50276, для геосеток из стекло- или базальтового волокна - по ГОСТ 6943.16. Данные производителя должны характеризовать однородность показателя поверхностной плотности (допуски по значениям, гарантируемые производителем). С учетом этих допусков должны назначаться расчетные значения основных показателей свойств.

3.3.3. Показатели механических свойств рулонных ГМ (исключая геосетки) - прочность при растяжении R_р и деформативность (относительное удлинение ε и условный модуль деформации Е_р) - определяют по ГОСТ 15902.3 путем одноосного растяжения образцов размерами 50×200 мм (100 мм - деформируемая часть) со следующими изменениями:

- в процессе испытаний фиксируют величину относительного удлинения при нагрузке 0,3R_р(ε_0,3Rp), но не менее 25 Н/см (ε₂₅) или при другой специально оговариваемой нагрузке Р;

- определяют условный модуль деформации Е_р по формуле

                                                             (3.2)

или

;

- в процессе испытаний фиксируют величину относительного удлинения (ε_mах) при максимальной нагрузке Р = R_p (до начала ее падения);

- определяют модуль деформации при максимальной нагрузке E_Rp по формуле

;                                                          (3.3)

- в процессе испытаний определяют однородность ГМ по прочности A_R (отношение прочности в продольном направлении к прочности в поперечном направлении), деформативности А_ε (отношение деформации при разрыве ε_о в продольном направлении к деформации при разрыве в поперечном направлении), жесткости А_Е (отношение значений Е_р в продольном и поперечном направлении).

Значения ε выражают в относительных единицах, значения R_p, E_p, P выражают в Н/см (кН/м).

Для полимерных геосеток, тканых и прочих геотекстильных ГМ возможны изменения в отношении методики ГОСТ 15902.3 в части размеров образцов, режима нагружения, определяемых параметров, если это отражено в Технических условиях, согласованных с организацией, представляющей отрасль-потребитель продукции.

Для геосеток из стекло- или базальтового волокна показатели механических свойств определяют по ГОСТ 6943.10 с учетом изменений, вносимых в Технические условия по согласованию с организацией, представляющей отрасль-потребитель продукции. Определяемые в этом случае показатели механических свойств геосеток могут рассматриваться в качестве основы для определения расчетных только после их корректировки (с учетом проводимых периодически испытаний в соответствии с п. 3.3.5).

3.3.4. Поскольку условия деформирования образцов в приведенных выше испытаниях не соответствуют в ряде случаев условиям деформирования ГМ в дорожной конструкции, полученные результаты применимы, прежде всего, для сопоставления ГМ различных видов, предварительного их выбора и примерной оценки области применения. Такие испытания также применимы для оценки характеристик ГМ, если последние не воспринимают значительных усилий в дорожной конструкции (фильтры дренажных устройств, обратные фильтры, защитные прослойки для повышения местной устойчивости откосов). В других же случаях они должны быть дополнены испытаниями, отражающими особенности работы прослоек из ГМ в реальных условиях, а именно:

- при усилении верхней части дорожных конструкций, обочин, армировании слабых оснований насыпей - методом сферического растяжения по приложению 2А (возможно применение других аналогичных методов, предусматривающих испытание ГМ в условиях сложного напряженного состояния) с определением модуля деформации Е_{р сф};

- в тех же случаях - методом продавливания с определением прочности (усилия) при продавливании (приложение 2Б);

- при армировании откосов с целью повышения их общей устойчивости - методом длительного растяжения по приложению 2В.

3.3.5. Для объективного сопоставления ГМ с зарубежными аналогами рекомендуется дополнительно определять механические характеристики по методике, отличающейся от применяемой по п. 3.3.3 размером образцов и режимом нагружения (приложение 1, примечание 4).

3.3.6. В случае возможности возникновения в отдельных точках ГМ значительных локальных усилий (укладка ГМ на контакте с крупнофракционными материалами, например, под слой гравийного или щебеночного основания дорожной одежды) должна быть оценена сопротивляемость ГМ местным повреждениям в соответствии с приложением 2Г. Рекомендуется для сопоставления ГМ с зарубежными аналогами также оценивать сопротивляемость местным повреждениям нагружением падающим конусом.

3.3.7. Водопроницаемость ГМ, выполняющих функции дренирующих прослоек, оценивают по значениям коэффициентов фильтрации в плоскости полотна и нормальном ей направлении. В первом случае испытания проводят, пропуская воду порциями 30 см³ вдоль блока из 2 - 4 образцов ГМ, обжатых давлением 2 кПа, 20 кПа и 200 кПа, с фиксацией времени истечения. Во втором - испытания проводят по методике, принятой для песка, заменяя его на блок из 20 - 30 образцов ГМ. Коэффициенты фильтрации К_ф определяют по формуле

,                                                         (3.4)

где Q - расход воды, м³;

t - время истечения, с;

I - градиент фильтрации;

F - площадь сечения образцов, см²;

Δt - температурная поправка (аналогично испытаниям грунтов).

3.3.8. Фильтрующую способность ГМ определяют в соответствии с приложением 2Д.

3.3.9. Для геокомпозитов, геооболочек, пространственных георешеток оценку показателей физико-механических свойств выполняют, как правило, на основе перечисленных методик, испытывая отдельные слои (элементы) этих материалов. Специфика испытаний таких материалов должна быть отражена в Технических условиях по п. 3.1.2.

3.3.10. Показатели свойств по п.п. 3.3.2, 3.3.3 (в части значений ε_о, R_р, A_R, А_ε) являются обязательными для определения независимо от функций областей применения ГМ. Они должны постоянно контролироваться предприятиями-производителями и в ходе экспертного контроля. Это относится также к геометрическим характеристикам ГМ (ширина, длина в рулоне, размеры ячеек). Показатели по п. 3.3.3 (в части значений Е_р, А_Е), п.п. 3.3.4 - 3.3.8 определяют в случаях, когда они являются основными или дополнительными для выполняемой функции и области применения (табл. 3.1). Определение показателей по п.п. 3.3.4, 3.3.5, 3.3.6, 3.3.8 выполняют на стадии постановки продукции на производство, впоследствии - при изменении технологии производства, состава сырья и при экспертном контроле. Определение показателей по п.п. 3.3.3 (в части значения Е_р, А_Е), 3.3.7 выполняют на стадии постановки продукции на производство, впоследствии - при изменении технологии производства, состава сырья, но не реже одного раза в год, при экспертном контроле.

3.3.11. Стойкость ГМ к агрессивным воздействиям определяет срок их службы и оценивается специальными испытаниями, проводимыми предприятиями-поставщиками или разработчиками гМ, в отдельных случаях - при экспертной оценке. Испытания заключаются в воздействии на образцы ГМ водной среды, растворов химически активных веществ реально возможных концентраций (рН 2 - 11), биологических и температурных факторов с оценкой изменения механических характеристик образцов. Испытания проводятся на основе ГОСТ 9.022-74, ГОСТ 9.060-75, ГОСТ 12012-72 или на основе методик других документов, учитывающих особенности ГМ и условия их эксплуатации. Стойкость ГМ к агрессивным воздействиям может не оцениваться в случаях, оговоренных в п. 3.2.4.

3.3.12. Сопротивление сдвигу ГМ на контакте с окружающим грунтом определяют в соответствии с приложением 2Е во всех случаях, когда в результате внешних воздействий возможен сдвиг ГМ и контактирующего с ним грунта относительно друг друга, например, при армировании откосов. Этот показатель не относится к числу определяемых производителем и оценивается по результатам специальных экспертных испытаний, в отдельных случаях - назначением с учетом п. 7.2 настоящих Рекомендаций.

3.3.13. Относительную величину сжатия - изменение толщины ГМ в % к первоначальной под действием сжимающих нагрузок - оценивают по результатам специальных экспертных испытаний при использовании геотекстильных материалов как дополнительных прослоек в слоях покрытия или нетканых геотекстильных материалов, геодрен как дренирующих прослоек.

4 ПРИМЕНЕНИЕ ГЕОСИНТЕТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ

4.1. Общие конструктивные решения

4.1.1. Дополнительные слои (прослойки) из геосинтетических материалов (ГМ) при выполнении земляных работ используют в качестве:

- защитных и армирующих прослоек для обеспечения местной и общей устойчивости откосов (раздел 7);

- защитных, армирующих и дренирующих прослоек при сооружении насыпей на слабых основаниях (п.п. 4.1.2 - 4.1.6);

- защитно-армирующих прослоек при уширении насыпей (п. 4.1.7);

- капилляропрерывающих дренирующих или гидроизолирующих прослоек для предотвращения увлажнения рабочего слоя земляного полотна грунтовыми или поверхностными водами (п. 4.1.8);

- дренирующих и защитно-армирующих прослоек при возведении земляного полотна из грунтов повышенной влажности (п. 4.1.9).

В зависимости от выполняемых функций предъявляются общие требования к показателям свойств ГМ по п.п. 3.2, 3.3 и дополнительные требования по п.п. 4.1.2 - 4.1.9.

4.1.2. Геосинтетические материалы применяют при строительстве насыпей на слабом основании, сложенном органическими, минеральными или органо-минеральными грунтами, в качестве:

- преимущественно защитных прослоек, укладываемых на подготовленную поверхность слабого основания, при обеспеченной устойчивости всей дорожной конструкции (отсутствии формоизменяемости в процессе эксплуатации и строительства);

- армирующих прослоек для обеспечения устойчивости насыпей на слабых основаниях. Эти прослойки одновременно служат в качестве защитных;

- защитно-армирующих прослоек при строительстве временных дорог на слабых основаниях;

- вертикальных дренирующих элементов для ускорения консолидации грунтов слабого основания.

Основные конструктивные решения представлены на рис. 4.1, 4.2.

Рис. 4.1. Основные конструктивные решения при применении защитных (а, б) и защитно-армирующих (в, г) прослоек из ГМ при строительстве насыпей на слабом основании.

1 - ГМ; 2 - насыпь; 3 - слабое основание; 4 - местный грунт (торф)

Рис. 4.2. Схемы конструкций временных дорог на слабых грунтах с геотекстильной прослойкой:

1 - насыпь; 2 - геотекстиль; 3 - слабый грунт; 4 - нижняя часть насыпи из торфа; 5 - глинистый грунт; 6 - лежневый настил

4.1.3. Устройство преимущественно защитных (разделительных и технологических) прослоек исключает (уменьшает) взаимопроникновение материала насыпи и грунта основания, улучшает условия отсыпки и уплотнения насыпи, что облегчает технологию производства работ, сокращает потери материала насыпи. Для создания защитных прослоек применяют, как правило, нетканые иглопробивные, иглопробивные дополнительно термоупрочненные или термоупрочненные материалы, отвечающие требованиям п.п. 3.2, 3.3. В зависимости от характера разделяемых грунтовых сред следует учитывать значения поверхностной плотности ГМ:

- при разделении глинистых грунтов (в том числе повышенной влажности или переувлажненных) с нижними слоями насыпей из крупнообломочных грунтов рекомендуются нетканые материалы с плотностью 350 - 400 г/м² (в зависимости от вида крупнообломочного грунта, генезиса пород его образующих) или термоупрочненные с плотностью 250 - 300 г/м²;

- при разделении грунтов нижних слоев отсыпаемых насыпей и торфяных грунтов на болотах первого и второго типов, в зависимости от типа болота и мощности торфа рекомендуются нетканые материалы с плотностью не менее 250 г/м² или нетканые термоупрочненные с плотностью не менее 160 г/м².

При создании защитных прослоек из нетканых иглопробивных ГМ толщиной более 3,5 мм (толщина под нагрузкой от веса насыпи не менее 2 мм), плотностью 350 г/м² и выше, отвечающих требованиям по водопроницаемости, дополнительно улучшаются условия консолидации грунтов основания насыпи. Создание защитных и одновременно дренирующих прослоек из таких ГМ рекомендуется при невысоких значениях коэффициента фильтрации песка нижней части насыпи (0,5 - 1 м/сут). Расчетную степень консолидации основания, по достижении которой допустимо устройство покрытия, в этом случае можно снизить до 0,95 от требуемой нормами для дорог не выше III категории.

Защитные прослойки на подготовленном слабом основании устраивают по всей его ширине с запасом не менее 0,5 м в каждую сторону по рис. 4.1а. В этом случае возможна как поперечная, так и продольная относительно оси насыпи укладка отдельных прослоек с перекрытием соседних полотен на 0,5 м. При продольной укладке величина перекрытия «b» должна быть скорректирована с учетом прогнозируемой осадки насыпи «s» (b = 0,15 + 0,2 s), рассчитанной в соответствии с действующими нормативными документами (для предварительных расчетов величина осадки насыпей высотой 2 - 3 м, возводимых на болотах глубиной до 8 м, может быть принята по табл. 4.1).

Таблица 4.1

Защитные прослойки в насыпях на слабых основаниях могут быть устроены и по рис. 4.1 (в, г) с заключением нижней части насыпи в «обойму» для защиты откосных частей насыпи и достижения дополнительно армирующего эффекта (повышение жесткости нижней части насыпи, равномерности осадки). В этом случае выполняют поперечную относительно оси насыпи укладку полотен ГМ, предъявляя к ГМ дополнительные требования в части показателей механических свойств (п.п. 3.2, 3.3); рекомендуется применение нетканых иглопробивных дополнительно термоупрочненных ГМ или термоупрочненных ГМ.

Конструкции по рис. 4.1 (а, в, г) применяют на дорогах II - V категорий на болотах I, II типов, а для дорог I категории с асфальтобетонным покрытием на болотах I типа. Минимальную высоту насыпи назначают из условий снегозаносимости, возвышения низа дорожной одежды над уровнем поверхностных вод и исключения упругих колебаний от проходящего транспорта.

Нетканые ГМ целесообразно применять в качестве защитных прослоек при возведении нижней части насыпи из местных грунтов, в частности, в следующих случаях:

- на дорогах III - V категорий на болотах I, II типов. Местный грунт связный с K_w ≤ 1,2 (K_w - коэффициент переувлажнения, отношение фактической влажности к оптимальной). ГМ укладывают на поверхность местного грунта (см. рис. 4.1б);

- на дорогах IV - V категорий на болотах I, II типов. Местный грунт связный с K_w > 1,2 или торф сильноразложившийся влажностью до 400 - 500 %. Местный грунт заключают в замкнутую «обойму» (см. рис. 4.1в).

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

4.1.4. Армирующие прослойки для обеспечения устойчивости насыпей на слабых основаниях применяют в случае, если по выполненной в соответствии с действующими нормативными документами оценке устойчивость на стадии строительства или после завершения консолидации не обеспечена. Армирующие прослойки компенсируют дефицит удерживающих сил, а эффективность их применения зависит от механических свойств, прежде всего, расчетных значений длительной прочности, определяемых с учетом срока службы прослоек из ГМ, который равен или периоду консолидации, если в конечном (консолидированном) состоянии устойчивость обеспечена, или сроку службы дорожной конструкции.

Для создания армирующих прослоек рекомендуется применять высокопрочные ГМ - тканые геотекстильные или георешетки (геосетки), как правило, на основе полиэфира. При использовании георешеток (геосеток) целесообразно создавать под ними защитные прослойки из нетканых ГМ по п. 4.1.3 и песчаный выравнивающий слой толщиной от 10 см. Общие конструктивные решения приведены на рис. 4.1 (а, в, г). Для обеспечения равнопрочности устраиваемой армирующей прослойки в поперечном направлении относительно оси насыпи полотна укладывают в поперечном направлении с перекрытием соседних полотен на 0,5 м или меньшим, если предусмотрено их соединение.

Для повышения устойчивости насыпи на слабом основании с учетом вовлечения сил трения на контакте «армоэлемент - грунт насыпи и грунт основания» необходимо выполнение следующих условий:

·       геосинтетический материал укладывается на выравнивающий слой из песка;

·       угол внутреннего трения песка для нижнего слоя насыпи и выравнивающего слоя должен быть не менее 30°;

·       коэффициент трения ГМ по песку должен составлять не менее 0,85 - 0,9 от коэффициента трения песка.

Назначение конструктивных решений с использованием армирующих прослоек выполняют в соответствии с расчетом по п.п. 4.2.1 - 4.2.4. Армирование оснований объемными георешетками выполняют на основе индивидуальных решений с выполнением специальных расчетов и технико-экономических обоснований.

4.1.5. Применение защитно-армирующих прослоек из ГМ по п. 4.1.3 в основании насыпи при строительстве временных дорог или дорог низких категорий на слабых грунтах осуществляют для снижения неравномерности осадки, а также с целью уменьшения толщины насыпного слоя низких насыпей. При этом снижается колейность от движения транспорта в случае низких насыпей и создаются благоприятные условия уплотнения нижних слоев насыпей высотой более 2 м. При сооружении временных автомобильных дорог, подъездов, площадок, построечных дорог с низшими типами покрытий, использование геотекстильных материалов в качестве армирующей и одновременно защитной (разделительной) прослойки на границе между насыпным и подстилающим грунтом позволяет улучшить условия движения транспортных и уплотняющих средств. Защитные (разделительные) прослойки из геотекстильных материалов рекомендуется применять также в тех случаях, когда нижняя часть насыпи возводится из торфа или глинистого грунта повышенной влажности. При этом разделительные прослойки размещают на границе контакта грунтов различного состава, что обеспечивает повышение несущей способности земляного полотна. При устройстве временных автомобильных дорог, подъездов, обеспечении проезда на период строительства в сложных грунтово-гидрологических условиях используются конструкции по рис. 4.2. При этом:

- насыпь по рис. 4.2 (а, в, г) устраивают на болотах I, II типов глубиной до 4 м, сложенных плотным торфом, на минеральных грунтах повышенной влажности, если толщина по условию проезда превышает осадку насыпи за период эксплуатации не менее, чем на 0,2 м (на подтопляемых участках - не менее высоты до уровня поверхностных вод);

- насыпь по рис. 4.2б сооружают на глубоких болотах I и II типов, сложенных торфами малой и средней влажности, когда условие превышения толщины насыпи над осадкой за период эксплуатации не соблюдается. Нижняя часть насыпи может быть отсыпана из местного торфа с его уплотнением;

- насыпь по рис. 4.2д устраивают на болотах II, III типов, заполненных сильносжимаемым слаборазложившимся торфом, а также на болотах сплавинного типа.

Минимальную толщину насыпи назначают по расчету (п. 4.2.6) или ориентировочно по табл. 4.2.

Таблица 4.2

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

Возможное снижение величины осадки насыпи на слабом основании за счет уменьшения ее неравномерности определяют в соответствии с п. 4.2.3.

4.1.6. Вертикальные дренирующие элементы из ГМ применяют для ускорения консолидации грунтов слабого основания при обеспеченной устойчивости основания под нагрузкой от веса насыпи. Дренирующие элементы представляют собой ленты из нетканого иглопробивного геотекстильного материала или ленты более сложной многослойной структуры. Геотекстильные нетканые иглопробивные материалы, предназначенные для устройства простейших дренирующих элементов, должны отвечать следующим требованиям:

- поверхностная плотность не менее 500 г/м²;

- отклонение поверхностной плотности от среднего значения по площади полотна не более 20 %;

- ширина полотна и ширина вырезанной из него дрены должны соответствовать конструкции установки для погружения дрен и проектной длине дрен;

- толщина полотна - не менее 5 мм, толщина при обжатии нагрузкой 0,05 МПа - не менее 3 мм;

- прочность при растяжении - не менее 30 Н/см;

- относительная деформация при разрыве - 30 ÷ 150 %;

- коэффициент фильтрации в плоскости полотна при обжатии нагрузкой 0,05 МПа - не менее 30 м/сут.

Вертикальные ленточные дрены из ГМ должны, как правило, достигать прочных слоев грунта под слабыми водонасыщенными грунтами - биогенными (торф, сапропель, заторфованные грунты) или минеральными (илы, глинистые грунты, мелкие пески). В плане дрены располагают по квадратной или ромбической (с углом 60°) сетке. Общее конструктивное решение представлено на рис. 4.3.

Вертикальные ленточные дрены из ГМ целесообразно устраивать:

- при мощности слабого слоя более 3 м на водоупоре и более 5 м на водопроницаемом основании;

- при степени влажности слабых грунтов 0,8 ÷ 1, коэффициенте фильтрации не ниже 10^-5 м/сут;

- при соблюдении требований по критическому значению напора Н_к (п. 4.2.4).

4.1.7. Защитно-армирующие прослойки из ГМ применяют при выполнении работ по уширению земляного полотна в сложных условиях: слабые основания, стесненные условия строительства. В зависимости от ставящихся целей, применяют геотекстильные материалы или георешетки (пространственные и геосетки). Общие конструктивные решения представлены на рис. 4.4. Выбор ГМ, конструктивных решений выполняют на основе расчетов, аналогичных представленным в п.п. 4.2, 7.2. Проектирование выполняют на основе индивидуальных решений.

4.1.8. Прослойки из ГМ применяют для ограничения или предотвращения увлажнения грунтов рабочего слоя земляного полотна. Ограничение или предотвращение увлажнения грунтов достигают за счет:

- использования дренирующих прослоек и фильтров из ГМ в конструкциях водоотводных сооружений по п. 5.1.2, разделу 6 настоящих Рекомендаций;

- использования гидроизолирующих прослоек из ГМ в конструкциях дорожных одежд по п. 5.1.3 или укрепления обочин по п. 5.1.6 настоящих Правил;

- использования специальных мероприятий по регулированию водно-теплового режима земляного полотна с устройством гидроизоляционных или капилляропрерывающих прослоек из ГМ.

Специальные мероприятия по регулированию водно-теплового режима земляного полотна могут предусматривать:

- полную гидроизоляцию рабочего слоя земляного полотна с сохранением близких к оптимальным значений влажности грунта за счет заключения его в обойму из обработанного вяжущим нетканого геотекстильного материала;

- предотвращение дополнительного увлажнения грунтов рабочего слоя земляного полотна в результате притока грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод за счет устройства в нижней части земляного полотна прослойки из обработанного вяжущим нетканого геотекстильного ГМ;

- создание капилляропрерывающего слоя из минеральных материалов с защитной прослойкой из нетканого геотекстильного ГМ под этим слоем;

- создание в нижней части земляного полотна капилляропрерывающего слоя из геокомпозита (два слоя геотекстильного фильтра с высокопористым полимерным заполнителем между ними).

Назначение мероприятий по регулированию водно-теплового режима выполняют на основе специальных расчетов^*).

^*) См. Пособие по проектированию методов регулирования водно-теплового режима верхней части земляного полотна (к СНиП 2.05.02-85). М.: Стройиздат, 1989.

Рис. 4.3. Вертикальные ленточные дрены из ГМ для ускорения консолидации грунтов слабого основания:

1 - ленточные дрены; 2 - песчаный слой; 3 - насыпь; 4 - слабое основание

Рис. 4.4. Применение геотекстильных материалов при уширении насыпей:

а - уширение насыпи на слабом основании; б - уширение насыпи в стесненных условиях;

1 - прослойки из геотекстильных материалов; 2 - уширяемая насыпь; 3 - слабое основание; 4 - грунт уширения; 5 - граница уширяемой насыпи; 6 - уступы

Рис. 4.5. Применение ГМ при возведении земляного полотна из грунтов повышенной влажности:

1 - ГМ; 2 - песчаные дренирующие слои; 3 - песчаные технологические прослойки

4.1.9. Прослойки из геосинтетических материалов при возведении земляного полотна из грунтов повышенной влажности используют в качестве:

- защитно-дренирующих на контакте песчаного дренирующего слоя с рабочим слоем земляного полотна по п. 5.1.2;

- защитно-армирующих прослоек на контакте слоя основания или дополнительного слоя основания с рабочим слоем земляного полотна по п. 5.1.3;

- защитно-армирующих прослоек, повышающих устойчивость откосов насыпей по разделу 7;

- защитно-дренирующих прослоек в сочетании с песчаными дренирующими слоями в нижней части насыпи.

Прослойки из ГМ в сочетании с песчаными дренирующими слоями в нижней части земляного полотна устраивают для защиты от перемешивания грунта и материала дренирующего слоя на период строительства (см. рис. 4.5а). Для этого используют нетканые ГМ толщиной не менее 1,5 мм, отвечающие требованиям табл. 3.2. Толщина дренирующих слоев при применении таких ГМ может быть уменьшена до 20 %. Расстояние между дренирующими слоями должно составлять не более 2 м для суглинков и 1,5 м для тяжелых суглинков и глин. Верхний слой должен размещаться на расстоянии не менее Н´ от поверхности земляного полотна в условиях, указанных в табл. 4.3.

Таблица 4.3

Примечание. К_w - коэффициент переувлажнения грунтов земляного полотна (отношение фактической влажности к оптимальной).

Нетканые иглопробивные ГМ толщиной не менее 3,5 мм при соблюдении требований по водопроницаемости (табл. 3.2.А) могут в таких случаях выполнять функции самостоятельных дренирующих элементов, заменяющих песчаные слои в нижней части земляного полотна. Прослойки из ГМ устраивают на всю ширину насыпи с поперечным уклоном 40 ‰ и выводом краев полотен на откос. Для снижения степени их заиления над и под прослойкой из ГМ следует создавать песчаный защитный слой минимальной толщины (см. рис. 4.5б).

В качестве самостоятельных дренирующих элементов при специальном технико-экономическом обосновании в этом случае возможно применение также геокомпозитов (геодрен).

Выбор конструкций производят на основании специальных расчетов с учетом устойчивости насыпи, времени консолидации. В любом случае состояние (влажность) грунтов должно обеспечивать достижение коэффициента уплотнения ниже отметки рабочего слоя 0,93 или выше (влажность грунтов, как правило, не более 1,25W_o для суглинков тяжелых, 1,35W_о для суглинков легких и супесей тяжелых пылеватых, 1,4W_o для супесей легких и пылеватых; W_o - оптимальная влажность).

4.2. Назначение конструктивных решений

4.2.1. Для расчета устойчивости насыпи на слабом основании с использованием армирующих прослоек из геосинтетических материалов необходимо предварительно выполнить оценку устойчивости без армирования в рамках двух расчетных схем - для стадии строительства и в конечном состоянии, когда процесс консолидации завершен. В этой связи при проектировании конструкций необходимо иметь информацию как о прочности грунта основания при быстром сдвиге, так и прочностные характеристики грунта в конечном состоянии, т.е. после завершения процесса консолидации. Для оценки устойчивости на этой стадии необходимы данные, определяемые при консолидированном сдвиге.

В случае, если по исходным первичным расчетам устойчивость не обеспечивается, следует предусмотреть использование геосинтетических армирующих прослоек для повышения устойчивости насыпи на слабом основании за счет их прочности на растяжение и сил трения по контакту с окружающим грунтом.

При выполнении расчетов следует использовать расчетные значения прочности ГМ R^т_рр, определяемые с учетом срока службы, значений длительной прочности (R^т_дл по Приложению 2В), условий работы ГМ при строительстве и эксплуатации. За срок службы ГМ принимают срок службы сооружения или только срок консолидации грунтов слабого основания, если на период завершения консолидации устойчивость основания обеспечена. При отсутствии данных испытаний ГМ по методу длительного растяжения возможно назначение расчетного значения прочности ГМ R^т_рр по прочности при кратковременном одноосном растяжении R_р по зависимости

R^т_pр = R_p · A₁ · A₂ · A₃ · A₄ / γ_b,                                                  (4.1)

где A₁ - коэффициент учета ползучести (коэффициент перехода от прочности на растяжение к длительной прочности), принимаемый по п. 7.2.5 или по гарантированным производителем данным, отраженным в технической документации;

А₂ - коэффициент учета повреждения ГМ при транспортировке, монтаже и уплотнении грунта, принимаемый равным 0,95;

А₃ - коэффициент учета стыковки, взаимного перекрытия и соединения полотен ГМ, принимаемый равным 0,8;

А₄ - коэффициент учета влияния окружающей среды, принимаемый равным 0,9;

γ_b - коэффициент запаса для ГМ, принимаемый равным 1,25.

При проверке прочности ГМ методом обратного расчета также используют зависимость (4.1) в следующем измененном виде:

R_p ≥ T_max · γ_b / (А₁ · А₂ · А₃ · А₄),                                               (4.2)

где T_max - максимальная погонная нагрузка, воспринимаемая ГМ (п. 4.2.2).

В случае ограничения срока службы ГМ только периодом консолидации (срок службы в пределах 2 лет) значения коэффициентов А₄, γ_b принимают равными 1,0.

Для определения необходимости армирования слабого основания и последующего определения расчетной величины прочности на растяжение ГМ следует

- определить степень устойчивости неармированной насыпи на слабом основании и коэффициент устойчивости (К_у). Если фактическое значение К_у < K_у^треб (принимается K_у^треб = 1,3), то выполняют расчет требуемой прочности ГМ в виде армирующей прослойки.

В качестве исходных расчетных данных принимают: геометрические параметры насыпи (высота; ширина поверху); нагрузку от транспорта q = 30 кН/пог. м; показатель крутизны откосов - m; плотность грунта насыпи - ρ; φ - угол внутреннего трения и удельное сцепление С; мощность слоёв грунта слабого основания, их плотность ρ (объёмный вес).

Расчёт выполняют путём разбивки предполагаемого отсека обрушения на отдельные блоки, для каждого из которых находят удерживающие и сдвигающие силы от собственного веса блока в сумме с нагрузкой q (рис. 4.6).

Коэффициент устойчивости неармированной насыпи определяется как отношение удерживающих сил к сдвигающим силам по формуле

,                                                     (4.3)

где σ_ni = (Q_i, + q_i) ∙ cos β_i - нормальная составляющая веса блока Q_i и q;

q_i - нагрузка на поверхности насыпи от транспорта;

β_i - угол наклона поверхности скольжения i-го блока к горизонту;

φ_i - угол внутреннего трения грунта блока в отсеке обрушения, включая его часть в слабом основании;

С_i - удельное сцепление грунта в пределах отрезка поверхности скольжения для данного блока.

T_i = (Q_i + q_i) ∙ sin β_i - тангенциальная составляющая веса блока с нагрузкой.

Координаты центра критической поверхности скольжения (х₀, y₀) при ручном счёте можно определить по графику Н. Янбу (см. рис. 7.7) в зависимости от величины λ и средней крутизны откоса (в данном случае определяют безразмерные координаты x_0, y₀ критической поверхности скольжения). Абсолютные значения координат получают, умножая значения х₀, y₀ на высоту насыпи (H). Величину λ вычисляют по формуле

.                                                              (4.4)

Особенности расчета устойчивости армированной насыпи состоят в следующем:

- для получения расчётного отсека обрушения, соответствующего критической поверхности скольжения и К_у = К_min, в пределах каждого блока (до горизонта установки армоэлемента из геосинтетического материала) определяют дефицит удерживающих сил Е_i как разность между удерживающими и сдвигающими силами. Их накопленную величину ∑E_i до горизонта установки армоэлемента должна воспринимать геосинтетическая прослойка;

- расчётную прочность армоэлемента определяют по формуле 4.2, учитывая, что Т_max (максимальная погонная нагрузка) должна соответствовать накопленной величине дефицита удерживающих сил на предполагаемом горизонте расположения армоэлемента;

- расчет устойчивости с учетом расчетной прочности ГМ R^т_pр выполняют по формуле

,                                                  (4.5)

При этом, если К_у > 1,3, то целесообразно уменьшить значение R_р ориентировочно на 25 % и выполнить расчет заново, обеспечив коэффициент запаса, равный 1,3 (или иное требуемое значение для конкретных условий строительства и эксплуатации).

Пример расчета представлен в приложении 5.

Рис. 4.6. Схема к расчету насыпи на слабом основании с учетом прослойки из ГМ

4.2.2. При строительстве временных дорог или дорог низких категорий снижение величины осадки насыпи на слабом основании за счет уменьшения ее неравномерности при использовании геотекстильной прослойки определяют в следующем порядке:

- приводят трапецеидальную нагрузку от веса насыпи к эквивалентной равномерно распределенной нагрузке Р_о и определяют реактивную силу Т, возникающую в прослойке при ее растяжении

,                                                 (4.6)

где Е_р - условный модуль деформации прослойки из ГМ;

b - полуширина эквивалентной равномерно распределенной нагрузки;

 - конечная осадка насыпи без прослойки;

Н_сл - мощность слабого основания;

Е_сл - модуль деформации грунта основания;

Р_о - равномерно распределенная нагрузка;

- определяют необходимую ширину краевых зон нижних слоев насыпи d для обеспечения защемления армирующей прослойки в грунте

,                                                   (4.7)

где φ - угол внутреннего трения грунта насыпи;

;

- устанавливают расчетную нагрузку Р_j на основание от насыпи с армирующей прослойкой

,                                    (4.8)

- определяют величину конечной осадки насыпи S_г прослойкой в основании

,                                                        (4.9)

Различие в абсолютных величинах осадки неармированной S и армированной насыпи S_г (т.е. с прослойкой и без нее) составит Δ = S - S_г (м) и снижение объема грунта ниже дневной поверхности за счет уменьшения ее осадки и снижения неравномерности определяют по формуле

,                                               (4.10)

где l - длина участка насыпи (м).

4.2.3. При расчете конструкции насыпи временной дороги на слабых грунтах реализуется армирующий эффект прослойки из геотекстиля, работающей на растяжение при образовании колей. По условию движения глубина колей ограничивается максимально допустимой величиной, составляющей 0,1 диаметра отпечатка колеса автомобиля. Колея образуется либо в результате пластических деформаций сдвига под колесом, либо вследствие уплотнения слабого грунта в колее. Соответственно расчет выполняют, исходя из двух условий:

- по условию возникновения колеи выдавливания, связанному с потерей несущей способности;

- по допустимой глубине колеи в результате уплотнения грунта.

В качестве окончательного принимается значение большей толщины насыпного слоя (h_н) над геосинтетической прослойкой, уложенной поверх слабого основания.

Расчет выполняется для нагрузки от одиночного колеса Р_о с диаметром площади отпечатка D_о на поверхности насыпного слоя толщиной h_н, подстилаемого слабым грунтом, на который уложена геотекстильная прослойка. Распределение напряжений в насыпном слое принимается в соответствии со схемой, приведенной на рис. 4.7. Расчет сводится к проверке условия:

Р_z ≤ P_z^kp + к · Р_гм,                                                          (4.11)

где P_z - нагрузка, действующая на поверхность слабого грунта от колеса на поверхности насыпи Р_о, и ее собственного веса q.

Суммарная нагрузка Р_z определяется по формуле

P_z = P_o · к + q                                                               (4.12)

Критическая нагрузка на слабый грунт P_z^кp определяется по формуле

P_z^кp = M₁ · D_z · ρ_сл + M₂ · ρ_н · h_н + M₃ · c.                                         (4.13)

Нагрузка Р_гм, воспринимаемая прослойкой при допустимой величине глубины колеи, определяется из выражения 4.14 при условии S = S_доп;

Р_гм - величина внешней дополнительной удельной нагрузки, при допустимой осадке S, вызывающая растягивающее усилие в геосинтетической прослойке R_s. Таким образом, формула (4.14) определяет величину допустимой дополнительной нагрузки при заданной деформации (в данном случае глубины колеи), не вызывающей еще нарушения устойчивости

,                                  (4.14)

D_o - диаметр отпечатка колеса на поверхности насыпного слоя.

к - коэффициент распределения напряжений. Определяется по рис. 4.8;

q - собственный вес насыпного слоя над геосинтетической прослойкой;

М₁, М₂, М₃ - функции угла внутреннего трения φ, определяемые по графику на рис. 4.9;

ρ_сл, С - средний удельный вес и сцепление слабого грунта под прослойкой;

D_z - диаметр загруженной площадки на уровне поверхности слабой толщи;

ρ_н, h_н - соответственно удельный вес и толщина насыпного слоя.

Величина осадки (глубина колеи) S определяется по зависимости

,                                       (4.15)

где R_s - растягивающее усилие в прослойке при осадке колес S, Н/см;

f_н - коэффициент трения нижней поверхности прослойки по подстилающему слабому грунту;

f_cр - средний коэффициент трения прослойки по грунту сверху и снизу

.

Здесь φ_о, φ_н - углы внутреннего трения соответственно грунта слабого основания (в данном случае для торфяных грунтов) и насыпного слоя.

Соблюдение условия (4.11) должно гарантировать от образования колеи выдавливания глубиной более S_доп, т.е. от потери несущей способности. Но недопустимая колея может образовываться и за счет уплотнения слабого грунта, что характерно для торфов.

Расчет по допустимой глубине колеи, образующейся в результате уплотнения грунта, сводится к проверке условия

S_расч ≤ S_доп,                                                              (4.16)

где S_расч - расчетная глубина колеи, определяемая по формуле (4.17);

S_доп - допустимая глубина колеи, принимаемая равной 0,1 от диаметра колеса D_к

,                                                         (4.17)

где Е_сл - штамповый модуль деформации слабого грунта; допускается принимать по табл. 4.4;

Р_z - расчетная величина действующих на грунт под прослойкой напряжений

P_z = (Р_о-Р_гм)×k,                                                        (4.18)

u_k < 1 - коэффициент, учитывающий реальную степень консолидации слабого грунта от воздействия подвижной нагрузки, которая может быть достигнута за срок службы конструкции (для болот I - II типа u_k может быть принят равным 0,6).

Таблица 4.4

Примечание. Тип слабого грунта в данном случае соответствует типу болот согласно СНиП 2.05.02-85.

Общий порядок расчета на колею выдавливания сводится к следующему:

- задавшись h_н в пределах D_o ÷ 2D_o, определяем величину к по графику (рис. 4.8);

- используя зависимости (4.14, 4.15), определяем при допустимой величине S и по принятой величине h_н значение Р_гм;

- вычисляем P_z по формуле 4.18;

- проверяем условие (4.11) и в случае его неудовлетворения задаемся другим значением h_н и повторяем расчет.

Расчет на колею уплотнения по условию (4.16) осуществляется в такой последовательности:

- задавшись h_н в пределах D_o ÷ 2D_o, определяем величину «к» по графику (рис. 4.8);

- задавшись допустимой осадкой S_доп и используя зависимости (4.14, 4.15), определяем для принятой величины h_н значение Р_гм;

- по формуле (4.18) определяем значение расчетных напряжений P_z;

- по формуле (4.17) определяем расчетную осадку S_расч и проверяем условие (4.16). В случае его неудовлетворения, задаемся другим значением h_н и повторяем расчет.

Рис. 4.7. Исходная (а) и приведенная (б) расчетные схемы:

1 - песчаная насыпь; 2 - геотекстильная прослойка; 3 - основание из слабого грунта

Рис. 4.8. Зависимость коэффициента распределения напряжений К от относительной глубины

Рис. 4.9. Зависимость коэффициентов М₁, М₂, М₃ от угла внутреннего трения грунта слабого основания

В качестве окончательного значения требуемой толщины насыпного слоя следует принять большее из расчетов по несущей способности и уплотнению грунта.

Для ускорения определения толщины насыпного слоя, обеспечивающего проезд, можно использовать полученные обобщенные зависимости, связывающие толщину насыпного слоя с одним из параметров слабого грунта, определение которого было бы достаточно простым.

Для торфяных грунтов, залегающих в основании, толщина насыпного слоя, обеспечивающего проезд, может быть определена в зависимости от сопротивляемости этих грунтов сдвигу по крыльчатке (рис. 4.10).

Для глинистых фунтов, кроме того, в качестве характеристики механических свойств может использоваться коэффициент консистенции, связанный с расчетными показателями φ и С (рис. 4.10).

4.2.4. Необходимым условием применения вертикальных геотекстильных дрен в грунтах с начальным градиентом фильтрации J_o является достаточная величина напора, возникающего в основании под весом насыпи. Критическое значение напора Н_к (м) определяется из условия

H_к > 0,5 · d_e · J_o^u,                                                         (4.19)

где d_e - эффективный диаметр дрены (диаметр зоны дренирования), м;

J_o^u - начальный градиент фильтрации с учетом его изменения в процессе уплотнения слоя до степени консолидации u.

Рис. 4.10. Графики для определения h_н для использования геотекстиля при расчетных параметрах нагрузки D_о = 35 см и Р = 0,6 МПа:

а - в зависимости от коэффициента консистенции В; б - в зависимости от сопротивления сдвигу по крыльчатке С

Для ускорения консолидации, проведения предварительного уплотнения, а также для достижения уплотнения грунта при высоте насыпи и давлении, не обеспечивающих преодоление начального градиента, вертикальное дренирование целесообразно сочетать с устройством временной пригрузки, например, в виде дополнительного слоя грунта. Минимальная толщина пригрузки h_пp (см) определяется из условия

,                                                  (4.20)

где ρ_s, ρ_в - плотность влажного грунта и воды;

h_н - проектная высота насыпи, м.

Величину временной пригрузки назначают в зависимости от требуемого срока консолидации насыпи (по условию устройства монолитных слоев дорожной одежды) и ограничивают по условию устойчивости основания. Для насыпей автомобильных дорог II категории и ниже максимальная толщина слоя пригрузки составляет 2 м.

Эффективный диаметр дрены d_e в зависимости от расстояния между дренами l следует принимать для квадратной сетки d_е = 1,13 · l, для ромбической d_e = 1,05 · l.

4.3. Технология производства работ

4.3.1. При устройстве прослоек из ГМ в применяемые технологии дополнительно вводятся операции:

- подготовка подстилающего прослойку грунта;

- транспортировка, распределение по участку рулонов ГМ, их укладка и при необходимости соединение;

- отсыпка на ГМ материала вышележащего слоя, его распределение и уплотнение.

Общая технологическая схема устройства прослоек из ГМ приведена на рис. 4.11.

4.3.2. Подготовка подстилающего ГМ грунта состоит в профилировании его поверхности и уплотнении. Коэффициент уплотнения грунта должен соответствовать нормативным требованиям, поверхность не должна иметь колей, ям и других неровностей глубиной более 5 см.

При устройстве прослойки из ГМ в основании насыпи, сложенном слабыми грунтами, подготовка может не выполняться, если отсутствует опасность повреждения ГМ. При наличии глубокой колеи или ям их засыпают грунтом и планируют автогрейдером или бульдозером. Кустарник, деревья вырубают и спиливают в одном уровне с поверхностью. В этом случае корчевка пней может не проводиться. Если в момент производства работ на участке имеются поверхностные воды, то отсыпают выравнивающий песчаный слой.

Рис. 4.11. Общая технологическая схема устройства прослоек из ГМ:

а - продольная укладка ГМ; б - поперечная укладка; 1 - 9 - рулоны (полотна) ГМ; 10 - установка для соединения ГМ; 11 - бульдозер; 12 - автомобиль-самосвал

4.3.3. Рулоны ГМ транспортируют к месту производства работ непосредственно перед укладкой и распределяют по длине участка работ через расстояние, соответствующее длине полотна в рулоне. Если доступ к стройплощадке затруднен из-за условий движения транспорта, должны быть предприняты специальные меры по организации на период строительства временных подъездных путей. В удобном месте, близко к объекту проведения работ, должны быть устроены рабочая площадка и площадка складирования, на которых осуществляются хранение и подготовка ГМ к укладке.

4.3.4. Укладку полотен выполняют в продольном или поперечном направлении относительно оси насыпи. Продольная укладка более удобна технологически, но не обеспечивает равнопрочности полотен по ширине насыпи, что является обязательным при устройстве армирующих прослоек на слабом основании.

4.3.5. При укладке полотен для создания защитных прослоек вдоль земляного полотна (рис. 4.11а) выполняют раскатку рулонов вручную звеном из трех дорожных рабочих. После раскатки первых метров краевую часть (по ширине) полотна прижимают к грунту двумя-тремя анкерами (стержни диаметром 3 - 5 мм) длиной 15 - 20 см с отогнутым верхним и заостренным нижним концами (рис. 4.12а). При дальнейшей раскатке производят периодическое разравнивание полотна с небольшим продольным его натяжением и креплением к грунту анкерами (или другим способом) через 10 - 15 м (через 1,5 - 2,0 м при устройстве прослойки из ГМ на слабом основании). Крепление выполняют во избежание смещения полотна при действии ветровой нагрузки, укладке вышележащего слоя, а также для сохранения небольшого предварительного натяжения ГМ. Полотна укладывают с перекрытием не менее 0,3 м и при необходимости дополнительно соединяют. При устройстве прослойки из ГМ в основании насыпи, сложенном слабыми грунтами, величину перекрытия назначают в соответствии с п. 4.1.3, но не менее 0,5 м.

4.3.6. При укладке полотен для создания защитно-армирующих прослоек (в поперечном направлении - рис. 4.11б) величина перекрытия при отсутствии соединения должна быть не менее 0,5 м. Полотна крепят к фунту анкерами, устанавливаемыми на ширине перекрытия через 1,5 - 2,0 м.

Соединение полотен позволяет снизить величину их перекрытия. Предпочтительным видом соединения полотен является их сшивание с применением портативных швейных машинок.

4.3.7. При производстве работ в сложных грунтово-гидрологических условиях (например, наличие грунтов повышенной влажности) для облегчения выполнения работ, улучшения их качества целесообразно соединение полотен частично или полностью производить за пределами участка строительства (на производственной базе строительной организации, предприятия-изготовителя). В этом случае выполняют укладку полотен увеличенной ширины. Раскатывают одно полотно поверх другого с соединением по краю с последующим свертыванием в рулон, транспортировкой и раскладкой полученного блока полотен на месте производства работ (рис. 4.12б).

Рис. 4.12. Способы укладки ГМ (а, б) и отсыпка на поверхность ГМ материала (в):

1 и 2 - рулон и полотно ГМ; 3 - перекрытие полотен; 4 - анкера; 5 - соединение (сшивание) полотен по краю

4.3.8. Производительность работ по укладке полотен может быть определена исходя из следующих данных: скорость раскатывания рулонов при их ширине 1,5 - 2,0 м составляет 1500 - 2000 м²/ч; потери времени на выравнивание и анкеровку полотен составляют в среднем 0,18 - 0,20 ч на одно полотно при его длине 80 - 100 м. В зависимости от условий выполнения работ, ширины полотна ГМ в рулоне производительность колеблется от 1000 (грунты повышенной влажности, ширина полотна 2,0 м) до 10000 м²/смену (ширина полотна 4,5 м, продольная укладка).

4.3.9. Перед отсыпкой грунта проверяют качество уложенной прослойки путем визуального осмотра и фиксации сплошности, величины перекрытия, качества стыковки полотен. Также визуально оценивают качество самого ГМ. По результатам осмотра составляют акт на скрытые работы, где приводят результаты осмотра, данные о поставщике и характеристики ГМ, указанные в паспорте на партию или на этикетках рулонов, а также данные, полученные при приемке ГМ (прежде всего массу 1 м² и толщину). В случае несоответствия фактических данных приведенным в паспорте, на этикетке или общим требованиям (п. 3.2 Рекомендаций), производство работ следует приостановить и провести контрольные испытания образцов ГМ (п. 3.3 Рекомендаций).

4.3.10. Отсыпку на ГМ материала вышележащего слоя необходимо вести с таким расчетом, чтобы ГМ находился под действием дневного света не более 5 ч. Для ГМ на основе полиамидного или полипропиленового сырья, нестабилизированного к действию света, этот период ограничивается 3 ч.

Отсыпку материала на ГМ ведут по способу «от себя» без заезда занятых на строительстве машин на открытое полотно. Толщина отсыпаемого слоя в плотном теле должна быть не менее 15 см, а при устройстве прослойки из ГМ на слабом основании - не менее 20 см при разовом пропуске транспорта и не менее величин, указанных в табл. 4.2 при регулярном проезде автомобилей. Разравнивание отсыпаемого непосредственно на ГМ материала ведут бульдозером с последовательной срезкой и надвижкой его не менее чем за три прохода (рис. 4.12в).

4.3.11. Технология устройства ленточных дрен включает несколько операций:

- расчистку поверхности основания от кустарника и деревьев на ширину полосы отвода;

- отсыпку рабочей платформы;

- разметку сетки дрен;

- погружение дрен;

- досыпку насыпи до проектных отметок.

Перед дренированием слабого основания следует отсыпать рабочую платформу из песка, сквозь которую погружают дрены. Для рабочей платформы используют песок с коэффициентом фильтрации не менее 2 м/сут при ширине насыпного слоя до 20 м и не менее 3 м/сут при ширине свыше 20 м. Минимальная толщина платформы h_пл должна обеспечивать проезд и работу машин. Она составляет не менее 1 м на органических грунтах, 0,5 м - на минеральных и должна удовлетворять условию

,                                                           (4.21)

где δ - толщина геотекстильного материала;

К_фг и К_фп - коэффициенты фильтрации соответственно геотекстильного материала (с учетом нагрузки от веса насыпи) и песка.

4.3.12. Толщина рабочей платформы может быть снижена в 1,5 раза при укладке полотна ГМ сплошным слоем на всю ширину подошвы насыпи. Обсадную трубу в этом случае погружают через геосинтетический материал.

Процесс погружения дрен состоит из следующих операций:

- заправки дрен в обсадную трубу;

- погружения и извлечения обсадной трубы, обрезки дрены;

- переезда на новую точку, смены катушки с дреной;

- стыковка дрен с разных катушек.

4.3.13. Заправку дрены в обсадную трубу выполняют один раз для всего участка с помощью проволоки, продеваемой в трубу. Дрену зацепляют за конец проволоки и протягивают сквозь трубу. Конец дрены оборачивают вокруг якоря и вновь заправляют в трубу.

4.3.14. Погружение обсадной трубы ведется равномерно. Подъемы, даже кратковременные, не допустимы. По достижении заданной отметки начинают извлечение трубы из грунта, контролируя визуально сматывание дрены с катушки. После полного выхода трубу поднимают над уровнем земли на 30 см, обрезают дрену ножницами, оставляя конец около 20 см. Выходящий из трубы отрезок дрены стопорят якорем, заправляют в трубу и перемещают на новую точку.

После того, как дренажная лента на катушке кончилась, последнюю снимают и заменяют новой. Конец ленты соединяют с началом ленты на второй катушке. Соединение осуществляется внахлест сшивкой нитками, проволокой или скобками.

4.3.15. Ход работ по погружению дрен фиксируют в журнале производства работ с указанием места, глубины погружения, характеристики материала, шага дрен.

5. ПРИМЕНЕНИЕ ГЕОСИНТЕТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ УСТРОЙСТВЕ И РЕМОНТЕ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД, УКРЕПЛЕНИИ ОБОЧИН

5.1. Общие конструктивные решения

5.1.1. В зависимости от конкретных условий и ставящихся целей дополнительные слои (прослойки) из ГМ устраивают на поверхности земляного полотна под дополнительным слоем основания, под нижним слоем несущего основания дорожной одежды, в верхних слоях основания или в слоях покрытия из различных видов асфальтобетонов, под слоем основания (покрытия) из сборных железобетонных плит, на обочинах. ГМ выполняют в этих случаях одну или несколько функций (армирование, защита, дренирование, гидроизоляция). В зависимости от выполняемых функций к показателям свойств ГМ предъявляются требования по п.п. 3.2, 3.3 и дополнительные требования по п.п. 5.1.2 - 5.1.5. Основные конструктивные решения представлены на рис. 5.1 - 5.4.

5.1.2. Защитно-дренирующие слои (прослойки) из ГМ на контакте между дополнительным слоем основания из песка и грунтом земляного полотна устраивают по всей ширине земляного полотна при строительстве (рис. 5.1а) или в зоне уширения при реконструкции (рис. 5.2а). Для создания прослоек применяют, как правило, нетканые геотекстильные иглопробивные материалы толщиной не менее 3,5 мм. В отдельных случаях, когда технически затруднены иные решения (например, при невозможности обеспечения требований СНиП 2.05.02-85 по возвышению поверхности покрытия над уровнем грунтовых или поверхностных вод в процессе реконструкции, при большом притоке воды q в дренирующий слой - q > 0,007 м/сут на 1 м² площади), допустимо применение геокомпозитов из двух слоев фильтров с высокопористым полимерным заполнителем между ними. Такое индивидуальное решение должно быть обосновано специальными расчетами с определением требуемой толщины геокомпозита и последующим технико-экономическим анализом.

Создание защитно-дренирующих слоев (прослоек) по рис. 5.1а и рис. 5.2а позволяет ускорить отвод воды за счет ее пропуска по ГМ, имеющему на порядок более высокий коэффициент фильтрации, чем песок и за счет замедления (исключения) процесса взаимопроникания материалов дренирующего дополнительного слоя основания дорожной одежды и грунта земляного полотна (заиления дренирующего слоя). Расчет дренирующего слоя выполняют в этом случае по п. 5.2.4, вводя в отдельных случаях корректировку расчетных характеристик грунтов земляного полотна, используемых при расчете дорожных одежд на прочность, (см. п. 5.2.5).

Наиболее целесообразные условия применения защитно-дренирующих слоев (прослоек) из ГМ в дорожной одежде:

- при устройстве дренирующего слоя из мелких песков с коэффициентом фильтрации 1 - 2 м/сут, толщина которого определена из условия своевременного отвода воды;

- при земляном полотне, сложенном из пылеватых грунтов при 2, 3 типах местности по условиям увлажнения во II - III дорожно-климатических зонах при высокой интенсивности движения (дороги I - III категорий);

- при выполнении строительных работ в условиях повышенной влажности грунтов земляного полотна, когда невозможно исключить проезд транспортных средств, занятых при строительстве, по устраиваемому песчаному дренирующему слою;

- при уширении дороги с уширением дорожной одежды, когда большая часть прослойки располагается в пределах существующего земляного полотна в условиях переувлажнения рабочего слоя;

- при уширении, когда технологически сложно или технически невозможно (низкие насыпи) увеличить толщину песчаного слоя с заглублением его подошвы ниже поверхности существующего земляного полотна.

5.1.3. Защитно-армирующие прослойки из ГМ под несущим слоем основания дорожной одежды, прежде всего, основания из крупнопористых материалов (щебеня, гравия, шлака) устраивают по всей ширине основания при строительстве (рис. 5.1б, г) или в пределах уширяемой части основания при реконструкции (рис. 5.2б, в). Для создания прослоек применяют, как правило, геотекстильные материалы, к которым предъявляются повышенные требования с точки зрения показателей механических свойств - прочности при растяжении, стойкости к локальным воздействиям, а при выполнении функций армирования - также и модуля деформации. В отдельных случаях для армирования основания из крупнопористых материалов могут быть применены полимерные геосетки или пространственные георешетки. Такое индивидуальное решение должно быть обосновано специальными расчетами и последующим технико-экономическим анализом применительно к конкретному объекту. Создание защитно-армирующих прослоек позволяет предотвратить (сократить) проникновение крупнопористого материала основания в нижележащий грунтовый слой как в процессе строительства, так и в процессе эксплуатации. При достаточной жесткости (модуль деформации) ГМ за счет перераспределения действующих напряжений от временной нагрузки достигается повышение прочности.

Защитно-армирующие прослойки из геотекстильных материалов могут быть выведены за пределы слоя основания по рис. 5.1в и рис. 5.2г с обработкой части ГМ вне слоя основания органическим вяжущим. В этом случае помимо защитно-армирующих они выполняют функции гидроизоляции, предотвращая приток воды со стороны обочины в рабочий слой земляного полотна. Назначение и расчетное обоснование конструктивного решения с защитно-армирующими прослойками выполняют в соответствии с п.п. 5.2.6 - 5.2.8. Для решений по рис. 5.1в, 5.2г корректировку расчетных характеристик грунтов выполняют согласно п. 5.2.7 расчета на прочность. Наиболее целесообразные условия применения защитно-армирующих слоев (прослоек) из ГМ в дорожной конструкции под нижним слоем несущего основания:

- при устройстве основания из крупнопористого материала непосредственно на грунте земляного полотна (отсутствие дополнительного слоя основания);

- при устройстве дополнительного слоя основания из однородного песка;

- при сложных условиях эксплуатации - дороги с тяжелым и интенсивным движением;

- при сложных условиях строительства - грунты земляного полотна повышенной влажности, использование слоя основания для движения построечного транспорта и значительный период от устройства основания до его перекрытия вышележащими слоями дорожной одежды, стадийное строительство или ремонт (реконструкция) дороги, когда по основанию необходим пропуск движения значительной интенсивности.

С целью экономии на дорогах IV и V категории при расчетной интенсивности движения до 350 ед./сут прослойки ГМ могут укладываться только в зоне полос наката по рис. 5.1д, е. Решение целесообразно для 2- и 3-го типов местности по условиям и характеру увлажнения во II - V дорожно-климатических зонах при земляном полотне, сложенном несвязными или малосвязными грунтами (для 1 типа местности - независимо от вида слагающих земляное полотно грунтов).

Рис. 5.1. Основные конструктивные решения при применении защитно-дренирующих (а), защитно-армирующих (б, г) прослоек, в том числе защитно-армирующих при выполнении ими функций гидроизоляции в пределах ширины обочины (в), в том числе защитно-армирующих дорог IV (д) и V (е) категорий с интенсивностью движения до 350 авт./сут:

1 - покрытие; 2 - основание из крупнопористого материала (щебень, гравий, шлак); 3 - дополнительный слой основания из песка; 4 - ГМ; 5 - грунт рабочего слоя земляного полотна; 6 - участок обработки ГМ битумом

Рис. 5.2. Основные конструктивные решения при уширении дорожных одежд устройством защитно-дренирующих (а), защитно-армирующих или защитных прослоек (б, в, г):

В уширения - ширина дорожной одежды в пределах уширения; обозначения 1 - 6 - по рис. 5.1; 7 - контур существующего до уширения откоса

Рис. 5.3. Основные конструктивные решения по устройству защитно-армирующих прослоек из ГМ в слоях асфальтобетонного (а - г) и под сборным железобетонным покрытием (д):

1, 2 - вновь устраиваемые асфальтобетонные слои усиления; 3 - трещинопрерывающая прослойка из ГМ; 4 - блочное асфальтобетонное основание (старое покрытие); 5 - основание дорожной одежды; 6 - песчаный подстилающий слой; 7 - земляное полотно; 8 - температурная трещина; 9 - слой дорожной одежды, содержащий неорганические вяжущие (цементогрунт, обработанный цементом щебень и др.); 10 - сборное железобетонное покрытие; l_т - расстояние между трещинами; b_гм - ширина ГМ

Рис. 5.4. Основные конструкции укрепления обочин:

I - краевая укрепительная полоса шириной B₁; II - остановочная полоса; III - прибровочная полоса; 1 - ГМ; 2 - конструкция укрепления; 3 - проезжая часть

5.1.4. Прослойки в верхних слоях основания или в слоях покрытия из различных видов асфальтобетонов устраивают по всей их ширине (рис. 5.3а, б, в) или в отдельных зонах (рис. 5.3г), из нетканых геотекстильных материалов и геосеток.

Основная цель применения прослоек из нетканых геотекстильных материалов - повышение температурной трещиностойкости асфальтобетонных покрытий, а на этой основе - и срока их службы в случае, когда дорожная одежда разрушена трещинами температурного характера. Названная цель реализуется за счет создания высокодеформативной водонепроницаемой прослойки между блочным основанием и вновь устраиваемыми при ремонте (реконструкции) слоями усиления. Прослойка меняет условия на контакте слоев, препятствует образованию отраженных трещин, возникающих от температурной деформации основания во вновь устраиваемом покрытии, ограничивает приток воды в нижележащие слои в случае возникновения дефектов покрытия.

Для создания трещинопрерывающей прослойки применяют нетканые иглопробивные и термоупрочненные материалы толщиной до 2 мм при поверхностной плотности до 200 г/м², сохраняющие свои свойства при температуре до 165 °С и имеющие незначительную относительную деформацию сжатия.

Область применения конструктивного решения - ремонт асфальтобетонных покрытий в случае, когда прочность дорожной конструкции в целом обеспечена и отсутствуют значительные сдвигающие нагрузки от транспортных средств. Решение может быть применено также при строительстве, если предусмотрено укрепление неорганическим вяжущим материалом одного из слоев дорожной одежды (щебня, гравия, песчано-гравийной смеси, грунта). Следует исключить применение решения при продольных уклонах более 30 ‰, в местах изменения скорости транспортных средств (регулируемые перекрестки, автобусные остановки), а также при коэффициенте прочности дорожной одежды по результатам оценки состояния ниже 0,75. В последнем случае следует выполнить предварительно мероприятия, направленные на усиление дорожной одежды, а при необходимости - и по регулированию водно-теплового режима земляного полотна.

Основной вариант конструктивного решения (рис. 5.3а) - устройство трещинопрерывающей прослойки из ГМ непосредственно на блочном основании по всей площади с предварительной его подготовкой (очисткой, выполнением основных мероприятий по ремонту) и розливом битума. Такой вариант целесообразен при наличии на основании (старом асфальтобетонном покрытии) частых трещин с расстоянием между ними 4 м и менее, сетки трещин площадью до 20 %, от площади ремонтируемого трещиноватого участка. Он может быть применен также при строительстве, если нежесткая дорожная одежда имеет слои, укрепленные неорганическим вяжущим (рис. 5.3б). В случае, когда дефекты старого покрытия настолько велики, что выполнение мероприятий по ремонту нецелесообразно (наличие сетки трещин при занимаемой ею площади более 20 %, колейности, просадок или проломов), трещинопрерывающую прослойку из ГМ с предварительным розливом битума следует устраивать между новыми слоями асфальтобетона (рис. 5.3в). При наличии на существующем покрытии температурных трещин с расстоянием между ними не менее 8 м трещинопрерывающая прослойка может быть устроена только в месте расположения трещин непосредственно над ними (рис. 5.3г). Ширина создаваемой прослойки должна быть не менее 1,6 м, а ее устройство необходимо выполнять после заделки трещины и розлива битума.

Назначение и расчетное обоснование конструктивного решения с трещинопрерывающими прослойками выполняют в соответствии с п. 5.2.9.

Основная цель применения прослоек из геосеток - армирование асфальтобетонных слоев за счет повышения сопротивления покрытия растягивающим температурным напряжениям и сопротивления растяжению при изгибе, изменения условий контакта в зоне трещины, а на основе этого - увеличение срока службы.

Для армирования применяют, как правило, геосетки из стекловолокна или базальтового волокна, имеющего специальную обработку - пропитку, предъявляя к ним повышенные требования по механическим характеристикам, их изменению в процессе эксплуатации, а также дополнительные требования по размеру ячеек^*), стойкости к воздействию температур до +165 °С (в том числе и применительно к материалу обработки - пропитки). Для улучшения характеристики армирующей прослойки, условий ее создания могут быть применены геокомпозиты из тонкого нетканого полотна и скрепленной с ним геосетки.

^*) Считающийся оптимальным размер в настоящее время 25×25 мм, (зависит от гранулометрического состава минеральной части расположенного на геосетке слоя).

Применение для армирования полимерных геосеток должно быть обосновано в части получаемого эффекта, требований к их деформативности (по отношению к геосеткам из стекловолокна или базальта полимерные геосетки имеют повышенную деформативность).

Основная область применения таких решений - ремонт асфальтобетонных покрытий с созданием слоев усиления на блочном основании, строительство при наличии в дорожной одежде слоев, содержащих неорганическое вяжущее.

Рекомендуется два варианта конструктивных решений:

- укладка геосетки между верхним и нижележащим асфальтобетонными слоями для повышения сопротивления преимущественно температурным воздействиям;

- укладка геосетки между блочным основанием и вышележащими асфальтобетонными слоями (слоем) для повышения сопротивления преимущественно воздействию временной нагрузки.

Назначение и расчетное обоснование конструктивного решения с армирующими прослойками выполняют в соответствии с п. 5.2.10.

5.1.5. Прослойки из нетканых иглопробивных и термоупрочннных ГМ применяют под швами сборных железобетонных плит с целью исключения выплесков из-под них песка при нарушении его динамической устойчивости, предотвращения размыва песка под швами и кромками покрытия (рис. 5.3д). Полотна ГМ шириной не менее половины ширины плиты укладывают как под продольные, так и поперечные швы, причем в последнем случае их выводят на откосную часть. Следует применять нетканые ГМ толщиной более 3,5 мм с коэффициентом фильтрации более 50 м/сут и прочностью более 70 Н/см.

Область применения - замена монтажного слоя из минеральных материалов для дорог не выше IV технической категории при обеспеченной морозоустойчивости дорожной конструкции или на первой стадии двухстадийного строительства дорог любых категорий при прогнозировании тяжелого и интенсивного движения на этой стадии строительства. Для применения решения в других областях требуется специальное техническое обоснование.

5.1.6. Защитно-армирующие прослойки из нетканых геосинтетических материалов, выполняющие в отдельных случаях также функции водоотвода (гидроизоляции), применяют при укреплении обочин с целью снижения расхода других строительных материалов, усиления конструкции укрепления, защиты его от водной эрозии, а рабочего слоя земляного полотна - от дополнительного увлажнения поверхностными водами, усиления прикромочной зоны дорожной одежды.

Основные варианты конструктивных решений представлены на рис. 5.4:

- если ГМ имеют небольшую водопроницаемость (соизмеримую с водопроницаемостью песчаных грунтов) или нет необходимости в выполнении ими функций дренирующего (гидроизолирующего) и защитного от водной эрозии слоя, целесообразно укладывать ГМ лишь в пределах краевой укрепительной полосы с небольшим запасом (ширина укладки ГМ В_см = В₁ + 0,2 м) - рис. 5.4а;

- если ГМ выполняют функцию дренирующего слоя, а земляное полотно представлено связными грунтами, которые подвергаются повышенному увлажнению и имеют высокую деформативность в отдельные периоды года, ГМ укладывают непосредственно на поверхность земляного полотна по всей ширине обочины с выводом его на откос (рис. 5.4б). Также укладывают ГМ и в качестве водонепроницаемых экранов при необходимости дополнительной гидроизоляции грунтов земляного полотна, если покрытие укрепления обочины водопроницаемо;

- если возможна водная эрозия укрепления обочины или ее части (остановочная полоса), с которой, как правило, начинается размыв откоса, ГМ укладывают на всю ширину обочины с выводом на откос, в том числе и на всю его плоскость (рис. 5.4в) с отсыпкой на его поверхность растительного грунта или соответствующего материала. В этом случае возможна укладка ГМ с уклоном в сторону проезжей части и выводом на поверхность обочины у бровки откоса (рис. 5.4г), если это не будет способствовать дополнительному увлажнению земляного полотна (под ГМ расположен дренирующий грунт).

При необходимости применяют различные комбинации размещения ГМ в пределах обочины (рис. 5.4д).

5.2. Назначение конструктивных решений

5.2.1. Назначение и расчетное обоснование конструктивных решений дорожных одежд с прослойками ГМ в нижних слоях выполняют в следующем порядке:

- предварительно выполняют расчет и назначение дорожной одежды в соответствии с требованиями действующих нормативных документов (ОДН 218.046-01 и др.);

- в зависимости от ставящихся целей с учетом рекомендаций по условиям применения (п. 5.1 настоящих Рекомендаций), назначают конструктивное решение, включающее дополнительный слой (прослойку) из ГМ в предварительно назначенную дорожную одежду;

- с учетом функций, которые должна выполнять прослойка из ГМ в данном решении, в соответствии с требованиями к ГМ (раздел 3 и дополнительные требования п.п. 5.1.2 - 5.1.5) предварительно подбирают конкретную марку ГМ, используя справочные данные, в том числе данные приложения 1 настоящих Рекомендаций;

- проводят проверку прочности предварительно подобранной марки ГМ (п. 5.2.2);

- уточняют конструктивное решение (п. 5.2.3).

5.2.2. Оценку (проверку) прочности ГМ выполняют на действие эксплуатационной нагрузки с учетом потери прочности в процессе эксплуатации и на действие строительной нагрузки. Оценку (проверку) прочности выполняют в соответствии с критерием

,                                                (5.1)

где Р_о - удельное давление от колеса расчетного автомобиля, МПа;

Е_р - условный модуль деформации ГМ, Н/см;

Е_о6щГМ - модуль упругости лежащих под ГМ грунтовых слоев, МПа;

 - безразмерный параметр (приложение 4, табл. П.4.2);

R_p - прочность ГМ при растяжении, Н/см;

К_р = К / m, где m = 1,2 (вводится при укладке ГМ на контакте крупнофракционный материал - грунт), К - коэффициент снижения прочности ГМ в процессе эксплуатации, принимаемый по опытным данным или при их отсутствии по зависимости (3.1). При оценке прочности на строительные нагрузки принимают К = 1,0.

5.2.3. Уточнение предварительно принятого конструктивного решения выполняют:

- в части применяемой марки ГМ - по результатам оценки (проверки) прочности ГМ; при несоблюдении условия 5.1 необходимо использовать ГМ большей прочности или из иного сырья;

- в части конструкции и толщин слоев дорожной одежды: для защитно-дренирующих прослоек по п.п. 5.2.4 - 5.2.5; для защитно-армирующих прослоек по п.п. 5.2.6 - 5.2.8; для трещинопрерывающих прослоек по п. 5.2.9; для армирующих прослоек в слоях асфальтобетона по п. 5.2.10.

5.2.4. При применении общего конструктивного решения по п. 5.1.2 (защитно-дренирующие прослойки из нетканых иглопробивных материалов) расчет дренирующего слоя, исходя из варианта его работы на поглощение, выполняют по п. 5.13 ОДН 218.046-01, исходя из варианта его работы на осушение, - в соответствии с настоящими Рекомендациями в следующем порядке:

- определяют в соответствии с п. 5.12 ОДН 218.046-01 расчетную величину притока воды в дренирующий слой q_р, принимая при этом значение коэффициента гидрологического запаса К_г = 1;

- определяют по номограмме рис. 5.5а, б расчетную глубину фильтрационного потока h_p в зависимости от величины q_р, длины пути фильтрации l_ф, поперечного уклона земляного полотна i, коэффициента фильтрации песка дренирующего слоя К_фп и расчетного значения коэффициента фильтрации ГМ К^р_фг;

- определяют по номограмме рис. 5.6а степень увлажнения С_у в зависимости от значений i и h_р / l_ф;

- определяют толщину слоя, полностью насыщенного водой, h_нас по номограмме рис. 5.6б и вычисляют толщину песчаного дренирующего слоя h_д для случая устройства под ним защитно-дренирующей прослойки из ГМ

h_д = h_нас + h_зап,                                                              (5.2)

где h_зап - 0,18 м для мелких песков, 0,14 м для песков средней крупности, 0,10 м для крупных песков.

За расчетное значение коэффициента фильтрации ГМ К^р_фг принимают коэффициент фильтрации в плоскости полотна ГМ с учетом его снижения в период эксплуатации. Порядок определения К^р_фг следующий:

- по номограмме рис. 5.7 определяют величину вертикальных нормальных напряжений σ_n от расчетной транспортной нагрузки на уровне земляного полотна;

- по табл. п. 4.4 приложения 4 в зависимости от σ_n и i оценивают значение коэффициента фильтрации ГМ на начало периода стабилизации заиления К^с_фг;

- по табл. п. 4.7 приложения 4 принимают значение времени работы дренажа в расчетный период t_г;

- вычисляют общее число приложений транспортной нагрузки N_общ за требуемый период эксплуатации Т, годы

N_общ = N_р t_г T,                                                               (5.3)

где N_р - величина приведенной интенсивности по п. 3.22 ОДН 218.046-01;

- по табл. п. 4.5 приложения 4 определяют число нагружений на момент стабилизации заиления N_c;

- вычисляют значение К^р_фг;

К^р_фг = К^с_фг е^{-b(Nобщ - Nс)},                                                       (5.4)

где b - коэффициент, учитывающий интенсивность протекания процесса заиления в период его стабилизации (рис. 5.8). Значение е^{-b(Nобщ - Nс)} может быть найдено по табл. п. 4.6 приложения 4.

Значение К^р_фг должно быть не менее 20 м/сут. Если данное условие не соблюдается, следует применять ГМ с большей водопроницаемостью или предусмотреть устройство под ГМ технологического песчаного слоя минимальной толщины.

5.2.5. Если определяющим при расчете дренирующего слоя из песка с коэффициентом фильтрации 1 - 2 м/сут является вариант его работы на осушение, значение расчетной влажности грунтов рабочего слоя земляного полотна при устройстве защитно-дренирующих прослоек из ГМ может быть уменьшено на 0,03w_т для суглинков и на 0,06w_t для супесей с соответствующим повышением механических характеристик грунтов и последующим уточнением конструкции по результатам расчета дорожной одежды на прочность.

5.2.6. При устройстве защитно-армирующих (защитных) прослоек под нижним слоем основания дорожной одежды (общее конструктивное решение по п. 5.1.3) в зависимости от параметров предварительно назначенной дорожной одежды (п. 5.2.1) и исходных данных, на основе которых выполнено назначение, расчетное уточнение параметров дорожной одежды:

- не выполняют или выполняют частично, уточняя расчетное значение влажности грунтов рабочего слоя земляного полотна (п. 5.2.7);

- выполняют с корректировкой толщин слоев дорожной одежды или без корректировки (п. 5.2.8).

Рис. 5.5. Номограмма по расчету по п. 5.2.4 (определение hp):

а - при l_ф = 3,5 м; б - при l_ф = 7,0 м;  - при К^р_ф = 1; --- - при К^р_ф = 3 м/сут

Рис 5.6. Номограмма к расчету дренирующего слоя по п. 5.2.4 (определение h_нас и С):

 - пески средней крупности; ------ - пески мелкие

Рис. 5.7. Номограмма к определению вертикальных нормальных напряжений σ_п на уровне земляного полотна

Рис. 5.8. Графики к расчету по п. 5.2.4 (определение коэффициента b); q_n - содержание песчаных частиц по весу

5.2.7. Защитные прослойки из нетканых геотекстильных материалов, отвечающих требованиям п. 3.2 настоящих Рекомендаций, назначают конструктивно, без корректировки расчетов дорожной одежды на прочность, выполненных в соответствии с ОДН 218.046-01, в случаях:

- их устройства над дополнительным слоем основания из однородного песка взамен требуемого в этом случае защитного слоя из минеральных материалов (гравийно-песчаных, щебеночно-песчаных смесей, укрепленного цементом песка, крупного песка) толщиной 10 см при степени неоднородности песка (по ГОСТ 25100) 2 - 3 и 15 - 20 см при степени неоднородности песка менее 2;

- их устройства между слоем несущего основания из крупнопористого материала (щебня, гравия, шлака) и дополнительным слоем основания из песка капитальных дорожных одежд на дорогах I - III категорий с тяжелым и интенсивным движением или при повышенном увлажнении грунтов рабочего слоя земляного полотна (значение расчетной влажности грунта W_р превышает значение оптимальной влажности W_o более, чем на 0,1 - 0,15W_т);

- их устройства между слоем основания из крупнопористого материала и грунтом рабочего слоя земляного полотна капитальных дорожных одежд на дорогах I - III категорий;

- их устройства между слоем основания из крупнопористого материала и грунтом рабочего слоя земляного полотна облегченных дорожных одежд на дорогах не ниже IV категории при повышенном увлажнении грунтов рабочего слоя земляного полотна (W_p - W_o ≥ 0,l - 0,15).

Частичное расчетное уточнение параметров дорожной одежды в этих случаях необходимо при использовании общего конструктивного решения по рис. 5.1в и рис. 5.2г. Его выполняют в условиях 1 - 2 схем увлажнения во II и III дорожно-климатических зонах, снижая значение W_р на 0,04W_т, и, соответственно, увеличивая показатели механических свойств грунтов, используемых в расчетах на прочность.

Возможны другие случаи конструктивного назначения защитных прослоек из нетканых геотекстильных ГМ, отраженные в действующих нормативно-технических документах или обоснованные технически для конкретного проектного решения с учетом положений п. 1.9 настоящих Рекомендаций.

5.2.8. При применении в основании дорожных одежд защитно-армирующих прослоек из геотекстильных материалов, отвечающих требованиям п. 3.2, результаты расчетного уточнения выражаются в изменении (снижении) толщин отдельных слоев дорожной одежды или увеличении срока службы дорожной одежды. Изменение (снижение) толщин отдельных слоев дорожной одежды возможно для дорожных одежд с покрытиями переходного типа или для дорожных одежд облегченного типа с усовершенствованными покрытиями (из черного щебня, из щебня, обработанного вяжущим по способу пропитки, из крупнообломочных материалов, из обработанных комплексным вяжущим песчаных и супесчаных грунтов) на дорогах IV категории, при стадийном строительстве - на дорогах III категории.

Для примерной оценки на стадии предварительного назначения конструктивных решений могут быть использованы данные табл. 5.1 по относительному снижению Δh толщины слоя щебеночного основания, назначенной на основе проектирования дорожной одежды облегченного и переходного типов по ОДН 218.046-01 за счет его армирования ГМ.

Таблица 5.1

Примечания: 1. Большие значения - для дорожных одежд переходного типа при армировании ГМ с условным модулем деформации Е_р ≥ 300 Н/см, меньшие - для облегченных дорожных одежд при армировании ГМ с Е_р ≥ 600 Н/см. 2. Н - суммарная толщина слоев дорожной одежды над ГМ.

Окончательно корректировку толщины слоя основания (других слоев дорожной одежды) выполняют на основе расчетов прочности по критериям ОДН 218.046-01 с введением в них за счет прослойки ГМ, коэффициентов усиления α, назначенных по приложению 4, табл. п. 4.3 в зависимости от общей толщины слоев дорожной одежды над прослойкой Н, значения их средневзвешенного модуля упругости Е_ср и общего модуля упругости на поверхности грунтовых слоев под ГМ Е_о = Е_общГМ. С учетом коэффициента α указанные критерии принимают в следующем виде (обозначения даны по ОДН 218.046-01, условия 3.9, 3.11, 3.15).

При расчете по допускаемому упругому прогибу

Е_об / Е_min К^тр_пр α.                                                         (5.5)

При расчете по сдвигоустойчивости

Т ≤ Т´_пр К^тр_пр.                                                          (5.6)

При расчете монолитных слоев на растяжение при изгибе

σ´_r < R_N / К^тр_пр.                                                          (5.7)

Определение Т´_пр выполняют аналогично определению предельных активных напряжений сдвига Т_пр (п. 3.3.5 ОДН218.046-01) с учетом следующих положений:

- величину коэффициента К_а (в обозначении п. 3.35 ОДН 218.046-01) принимают по п. 3.35 ОДН 218.046-01 при укладке на границе «основание - песчаный слой» защитно-армирующей прослойки из геотекстильного материала, отвечающего требованиям п.п. 3.2, 3.3 настоящих Рекомендаций;

- величину коэффициента К_α при расчете сопротивления сдвигу в грунте земляного полотна принимают равным 1,5 при укладке на границе «дополнительный слой основания - земляное полотно» защитной прослойки из нетканого иглопробивного материала, отвечающего требованиям п. A3 (п. А2 для защитной и одновременно дренирующей прослойки) и имеющую толщину не менее 3,5 мм.

При определении σ´_r в качестве Е_об.осн (в обозначении рис. 3.4 ОДН 218.046-01) используют его повышенное значение Е_{о6.осн.ГМ}, получаемое перерасчетом конструкции сверху-вниз при модуле упругости на поверхности конструкции Е_общ.а = Е_общ / α.

Независимо от результатов расчетов толщины слоев дорожной одежды должны быть не менее величин, указанных в СНиП 2.05-02-85 п. 7.24 (для случая устройства армированного щебеночного основания на песчаном слое минимальная толщина слоя основания может быть принята равной 12 см).

При использовании защитно-армирующих прослоек для усиления дорожной одежды без изменения толщин ее слоев соответствующее увеличенное значение срока службы (межремонтного срока) Т_ГМ по сравнению с нормативным Т определяют по зависимости

,                                                (5.8)

где m - коэффициент, зависящий от типа покрытия (0,833 - для усовершенствованных капитальных, 0,676 - для облегченных и 0,585 - для переходных);

q - коэффициент роста интенсивности движения;

N_p - приведенная расчетная интенсивность движения, соответствующая проектному модулю упругости Е_общ;

N_рГМ - приведенная возможная интенсивность движения (N_рГМ > N_p).

Значения N_pГM и N_p определяют по п. 3.2.2 ОДН 218.046-01.

Уточнение параметров дорожных одежд с нижними слоями, армированными георешетками, выполняют на основе специальных методик в рамках индивидуального проектирования.

5.2.9. При применении трещинопрерывающих прослоек из нетканых геотекстильных ГМ для случая ремонта (реконструкции) существующей дорожной одежды, покрытия которой имеют повреждения (разрушения) температурного характера (общее конструктивное решение по п. 5.1.4), независимо от расчетов усиления в соответствии с ВСН 52-89, минимальную толщину асфальтобетонного слоя (слоев) на блочном основании (имеющемся асфальтобетонном покрытии) рекомендуется назначать в соответствии с табл. 5.2 настоящих Рекомендаций. Эти же минимальные значения могут быть приняты для случая строительства, если предусмотрен верхний слой основания из материалов, укрепленных цементом. Корректировка минимальных значений толщин асфальтобетонного слоя (слоев) допустима на основании специальных расчетов на температурную трещиностойкость других действующих документов.

При расчете лежащих над трещинопрерывающей прослойкой из ГМ монолитных слоев на растяжение при изгибе необходимо учитывать возможное увеличение растягивающих напряжений при изгибе. Такое увеличение связано с дополнительным прогибом лежащих над ГМ монолитных слоев вследствие сжатия самого геотекстильного материала. Расчет в этом случае ведут по ОДН 218.046-01 (см. п.п. 3.38 - 3.43), но полное растягивающее напряжение σ´_r принимают равным

σ´_r = σ_r К_ГМ,                                                                 (5.9)

где К_ГМ - коэффициент, зависящий от компрессионных характеристик ГМ, обработанного битумом. При отсутствии обоснованных экспериментально данных для нетканых ГМ толщиной 1,5 - 2 мм и поверхностной плотностью 150 - 200 г/м² значение К_ГМ может быть принято равным 1,3, при меньших значениях толщины и поверхностной плотности К_ГМ = 1,15.

5.2.10. При применении армирующих прослоек на основе геосеток из стекло- (базальтового) волокна для случая ремонта (реконструкции) существующей дорожной одежды, покрытия которой имеют повреждения (разрушения) температурного характера (общее конструктивное решение по п. 5.1.4), независимо от расчетов усиления минимальную толщину асфальтобетонного слоя (слоев) на блочном основании (имеющемся асфальтобетонном покрытии) рекомендуется назначать в соответствии с табл. 5.2 настоящих Рекомендаций. Корректировка минимальных значений толщин асфальтобетонного слоя (слоев) допустима на основании специальных расчетов на температурную трещиностойкость других действующих документов.

Выбор конструктивного решения (геосетка под верхним слоем покрытия или геосетка на блочном основании под слоями покрытия) следует осуществлять в зависимости от климатических условий района строительства и конструктивных особенностей дорожной одежды (соотношения толщин блочного основания h_б и толщин слоев устраиваемого над ними покрытия ∑h). Решение с укладкой арматуры под верхний слой покрытия целесообразно при соотношениях ∑h/ h_б < 1, < 0,9 и <0,8 в условиях соответственно дорожно-климатических зон (подзон) I (II₁), II₂, III.

При устройстве армирующей прослойки из геосетки непосредственно на блочном основании методика проверки слоев покрытия на сопротивление растяжению при изгибе от действия транспортной нагрузки ОДН 218.046-01 должна быть скорректирована.^*)

^*) Рекомендации по расчету и технологии устройства оптимальных конструкций дорожных одежд с армирующими прослойками при строительстве, реконструкции и ремонте дорог с асфальтобетонными покрытиями. ГП Росдорнии. - М: Информавтодор, 1993.

5.3. Технология производства работ

5.3.1. Введение в слои дорожной одежды прослоек из геосинтетических материалов не вносит существенных изменений в обычную технологию производства работ. Определенные особенности связаны лишь с устройством слоев, непосредственно контактирующих с прослойкой и введением дополнительной операции по укладке ГМ. Последняя операция ввиду технологичности ГМ, удобной формой их поставки обычно не сдерживает строительный поток (см п. 4.3.8.). В связи с этим принимаемая длина захватки не связана обычно с укладкой ГМ, но желательно соблюдать кратность длины захватки длине материала в рулоне.

5.3.2. Общие технологические схемы выполнения работ приведены на рис. 5.9 применительно к устройству защитно-дренирующих прослоек под песчаным дренирующим слоем, на рис. 5.10 - к устройству защитно-армирующих или защитных прослоек под нижним слоем основания и на рис. 5.11, 5.12 - к устройству трещинопрерывающих прослоек в слоях асфальтобетонного покрытия.

5.3.3. Операции, связанные с устройством прослоек из ГМ в нижних слоях дорожной одежды, включают в себя:

- подготовку грунтового основания под укладку;

- укладку и крепление ГМ;

- отсыпку вышележащего слоя.

Остальные операции следует вести по типовым технологиям, в соответствии с положениями СНиП 3.06.03-85 и других нормативных документов. Грунтовое основание (поверхность земляного полотна или песчаного дренирующего слоя) перед укладкой ГМ должно быть надлежащим образом уплотнено и спрофилировано. Особое внимание следует обратить на придание грунтовому основанию двускатного поперечного профиля с поперечным уклоном 30 - 40 ‰ в случае, когда для устройства прослойки используют гидроизоляционный материал.

Таблица 5.2.

Примечания:

1 Уточнение дорожно-климатических подзон представлено в приложении 4, табл. п. 4.8.

2. Значения рекомендуемых минимальных толщин могут быть уменьшены в 1,08 раза при расстоянии между температурными трещинами 8 м и более.

3. При использовании в составе асфальтобетона ПБВ значения рекомендуемых минимальных толщин могут быть уменьшены:

в 1,3 раза - для подзоны II₁;

в 1,2 раза - для подзоны I₃ (южная часть) и зоны III;

в 1,15 раза - для остальных подзон зон I и III.

Таблица 5.3