"ОДМ 218.6.1.004-2020. Отраслевой дорожный методический документ. Методические рекомендации по определению кольматации (механического засорения) геосинтетических материалов для дорожного хозяйства в период эксплуатации"
(издан на основании Распоряжения Росавтодора от 17.02.2021 N 571-р)

1 РАЗРАБОТАН обществом с ограниченной ответственностью "Мегатех инжиниринг" (ООО "Мегатех инжиниринг") совместно с обществом с ограниченной ответственностью "ДорГеоТех", обществом с ограниченной ответственностью "Инновационный технический центр".

2 ВНЕСЕН Управлением научно-технических исследований и информационного обеспечения Федерального дорожного агентства.

3 ИЗДАН на основании распоряжения Федерального дорожного агентства от 17.02.2021 N 571-р.

4 ИМЕЕТ РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ ХАРАКТЕР.

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ.

Настоящий отраслевой дорожный методический документ (далее - методический документ) распространяется на геосинтетические материалы, выполняющие функции разделения, фильтрации и дренирования, подверженные кольматации, применяемые при строительстве, реконструкции, капитальном ремонте автомобильных дорог и сооружений на них, и устанавливает метод определения кольматации (механического засорения) геосинтетических материалов.

В настоящем методическом документе использованы нормативные ссылки на следующие документы:

ГОСТ 12.1.007-76 Система стандартов безопасности труда. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности

ГОСТ 12.4.131-83 Халаты женские. Технические условия

ГОСТ 12.4.132-83 Халаты мужские. Технические условия

ГОСТ 12.4.252-2013 Система стандартов безопасности труда. Средства индивидуальной защиты рук. Перчатки. Общие технические требования. Методы испытаний

ГОСТ 427-75 Линейки измерительные металлические. Технические условия

ГОСТ 1770-74 Посуда мерная лабораторная стеклянная. Цилиндры, мензурки, колбы, пробирки. Общие технические условия

ГОСТ 6139-2020 Песок для испытаний цемента. Технические условия

ГОСТ 9833-73 Кольца резиновые уплотнительные круглого сечения для гидравлических и пневматических устройств. Конструкция и размеры

ГОСТ 11109-90 Марля бытовая хлопчатобумажная. Общие технические условия

ГОСТ 22733-2016 Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности

ГОСТ 23732-2011 Вода для бетонов и строительных растворов. Технические условия

ГОСТ 25100-2020 Грунты. Классификация

ГОСТ 28498-90 Термометры жидкостные стеклянные. Общие технические требования. Методы испытаний

ГОСТ 28723-90 (СТ СЭВ 5981-87, СТ СЭВ 6273-88) Расходомеры скоростные, электромагнитные и вихревые. Общие технические требования и методы испытаний

ГОСТ ISO 9862-2014 Материалы геосинтетические. Порядок отбора и подготовки образцов для испытаний

ГОСТ Р 12.4.301-2018 Система стандартов безопасности труда. Средства индивидуальной защиты дерматологические. Общие технические условия

ГОСТ Р 51568-99 (ИСО 3310-1-90) Сита лабораторные из металлической проволочной сетки. Технические условия

ГОСТ Р 53228-2008 Весы неавтоматического действия. Часть 1. Метрологические и технические требования. Испытания

ГОСТ Р 55028-2012 Дороги автомобильные общего пользования. Материалы геосинтетические для дорожного строительства. Классификация, термины и определения

ГОСТ Р 59691-2021 Дороги автомобильные общего пользования. Материалы геосинтетические. Метод определения водопроницаемости

ГОСТ OIML R 111-1-2009 Государственная система обеспечения единства измерений. Гири классов E₁, E₂, F₁, F₂, M₁, M_1-2, M₂, M_2-3 и M₃. Часть 1. Метрологические и технические требования

В настоящем методическом документе применены термины по ГОСТ Р 55028-2012, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 кольматация: Процесс естественного проникновения мелких (главным образом коллоидных, глинистых и пылеватых) частиц в поры геосинтетических материалов с последующим их механическим засорением.

3.2 коэффициент фильтрации: Характеристика проницаемости системы "грунт - геосинтетический материал - грунт" по отношению к конкретной фильтрующейся воде; при линейном законе фильтрации равен скорости фильтрации воды при единичном градиенте напора.

3.3 образец для испытаний: Образец материала определенных размеров, вырезанный из пробы геосинтетического материала.

4.1 При проведении испытаний применяют следующее испытательное оборудование, средства измерений, вспомогательные устройства и материалы:

- установку для кольматации геосинтетического материала (рисунок 1);

- установку для определения коэффициента фильтрации системы "грунт - геосинтетический материал - грунт" по ГОСТ Р 59691-2021;

- весы неавтоматического действия по ГОСТ Р 53228-2008 с комплектом гирь к ним по ГОСТ OIML R 111-1-2009;

- термометр по ГОСТ 28498-90;

- секундомер с верхним пределом измерений не менее 9 ч с абсолютной допускаемой погрешностью не более +/- 1 с;

- линейку измерительную металлическую по ГОСТ 427-75;

- трамбовку по ГОСТ 22733-2016;

- монофракционный песок по ГОСТ 6139-2020 (далее - песок);

- набор сит с поддоном; сита с размером отверстий 1,0; 0,5; 0,25; 0,1 мм по ГОСТ Р 51568-99;

- шкаф сушильный;

- отсев грунта фракции менее 0,1 мм (далее - отсев);

- воду по ГОСТ 23732-2011;

- цилиндр мерный вместимостью 250 мл по ГОСТ 1770-74;

- марлю суровую по ГОСТ 11109-90.

4.2 Средства измерений и вспомогательное оборудование должны обеспечивать выполнение измерений следующих величин с погрешностью не более:

- температуры +/- 0,5 °C;

- времени +/- 0,1 с;

- высоты водяного столба (напора) +/- 1 мм;

- среднего объемного расхода жидкости +/- 2,0%.

5.1 Установка для кольматации геосинтетического материала должна отвечать следующим общим требованиям:

- поддерживать постоянный напор в течение проведения испытания;

- обеспечивать герметичность всех соединений;

- обеспечивать неизменность положения образца в процессе испытаний.

Соприкасающиеся с водой элементы установки должны быть изготовлены из коррозионно-стойкого материала.

5.2 В состав установки кольматации геосинтетического материала (см. рисунок 1) входят:

- шахта из металлической трубы с внутренним диаметром (100 +/- 3) мм;

- патрон для образцов грунта и геосинтетического материала (рисунок 2);

- опорная площадка с водопропускными отверстиями;

- насос производительностью не менее 10 л/мин, способный перекачивать воду, содержащую мелкие частицы;

- бак, выполненный из нержавеющей стали;

- подающие и сбросные патрубки и шланги диаметром не менее 1/2";

- пьезометры с мерной шкалой;

- электромагнитный клапан;

- датчик уровня воды в баке;

- микроконтроллер;

- блок реле;

- электромагнитные расходомеры по ГОСТ 28723-90 на подающем и сбросном патрубках.

5.3 В состав патрона для образцов грунта и геосинтетического материала (см. рисунок 2) входят:

- верхняя часть патрона, состоящая из трубы с внутренним диаметром (100 +/- 3) мм и высотой 100 мм, с обоих концов имеет фланцы для соединения с шахтой и нижней частью патрона;

- нижняя часть патрона, состоящая из трубы с внутренним диаметром (100 +/- 3) мм и высотой 100 мм, с обоих концов имеет фланцы для соединения с верхней частью патрона и нижним перфорированным диском;

- прижимное кольцо с внутренним диаметром (100 +/- 3) мм, высота кольца должна обеспечивать плотное прижатие геосинтетического материала к нижней части патрона;

- уплотнительное кольцо резиновое 122-130-46 по ГОСТ 9833-73;

- нижний перфорированный диск с равномерной перфорацией, составляющей не менее 40% от общей площади поверхности диска. Перфорация состоит из отверстий диаметром 1 мм.

5.4 Установка представляет собой замкнутую гидравлическую систему, позволяющую поддерживать необходимый напор (разницу воды в шахте и баке).

Необходимый напор поддерживается автоматически при помощи микроконтроллера и подключенных к нему датчиков уровня воды в баке, электромагнитных клапанов и блока реле для насоса.

Установка позволяет ускоренно моделировать эффект кольматации различных геосинтетических материалов.

5.5 Принцип работы установки заключается в непрерывном фильтровании воды с мелкими частицами грунта через образец геосинтетического материала, уложенный на монофракционный песок (ГОСТ 6139-2020), при постоянном напоре и градиенте.

При подготовке к проведению испытаний выполняют следующие последовательные действия и операции:

отбор и подготовку:

- проб геосинтетического материала,

- песка,

- отсева мелкой фракции;

подготовку испытательной установки.

6.2.1 Упаковочные единицы должны быть без дефектов и иметь упаковку. Из каждой отобранной упаковочной единицы берут не менее одной пробы материала минимальной площадью 3 м².

6.2.2 Отбор проб производится по ГОСТ ISO 9862-2014. Два первых слоя упаковочной единицы не следует использовать для изготовления образцов. Если испытуемый образец из пробы вырезают не сразу, то пробу хранят при температуре окружающей среды в сухом темном месте, защищенном от пыли, химического и физического воздействий.

6.2.3 Из каждой отобранной пробы должны быть вырезаны или вырублены три образца для испытаний по определению начального коэффициента фильтрации системы "грунт - геосинтетический материал - грунт" по ГОСТ Р 59691-2021 и три образца диаметром не менее 100 мм.

Образцы для испытаний должны быть подготовлены так, чтобы один образец не являлся непосредственным продолжением другого (рисунок 3).

При разметке проб первый образец вырезают на расстоянии от края пробы не менее 1/10 ее ширины. Взятые образцы должны полностью характеризовать пробу.

6.3.1 Пробу песка массой не менее 5000 г высушивают до постоянной массы. Определяют его оптимальную влажность по ГОСТ 22733-2016. Доведение грунта до оптимальной влажности необходимо для уплотнения в дальнейшем пробы грунта в патроне до максимальной плотности.

Из подготовленной пробы песка отбирают навеску массой не менее 450 г и увлажняют ее до оптимальной влажности. Необходимый для увлажнения объем воды Q, см³, определяют по формуле

где m - масса пробы грунта, г;

w₀ - оптимальная влажность грунта, доля ед. (определяется по ГОСТ 22733-2016);

w_g - гигроскопическая влажность грунта, доля ед.;

- плотность воды, принимаемая равной 1 г/см³.

6.3.2 Определяют массу песка m₁, г, необходимую для получения слоя высотой 100 мм в патроне после уплотнения по формуле

где V - объем грунта в патроне, равный 785 см³;

- максимальная плотность сухого грунта, установленная по ГОСТ 22733-2016, г/см³.

6.4.1 Гранулированный материал (грунт) отбирают массой не менее 5000 г. Доводят его до воздушно-сухого состояния. Затем его просеивают сквозь набор сит с размером отверстий 1,0; 0,5; 0,25; 0,1 мм с поддоном. В отсев идет фракция грунта, прошедшая в поддон.

6.4.2 Отсев должен быть неоднородным по гранулометрическому составу со степенью неоднородности C_U, определяемой по ГОСТ 25100-2020 и равной 3 <= C_U <= 20.

Взвешивают навеску сухого отсева. Результат взвешивания в граммах округляют до первой десятичной цифры. Масса навески должна составлять (5 +/- 0,1) г на 1 л воды в баке.

6.5.1 Патрон собирают отдельно от установки. В нижнюю часть патрона устанавливают перфорированный диск, на зону перфорации укладывают кусок марли диаметром 100 мм в один слой.

6.5.2 Навеску влажного песка массой m₁ делят на четыре равные порции.

6.5.3 Последовательно в патрон укладывают четыре порции и каждую уплотняют трамбовкой, проводя по 40 ударов. Перед укладкой второй порции поверхность предыдущей уплотненной порции взрыхляют ножом на глубину от 1 до 2 мм.

На уплотненный песок укладывают образец геосинтетического материала для испытаний.

Выполняют измерения высоты слоя песка с образцом геосинтетического материала с использованием линейки не менее чем в трех точках. В качестве результата принимают среднеарифметическое значение. Высота слоя песка должна составлять (100 +/- 1) мм.

С помощью прижимного кольца фиксируют образец геосинтетического материала и закрепляют болтовым соединением верхнюю часть патрона. Герметичность соединения обеспечивается при помощи уплотнительного резинового кольца.

6.5.4 Патрон размещают в установке и закрепляют болтовым соединением с шахтой и опорной площадкой. Болтовые соединения должны обеспечивать герметичность узлов.

6.5.5 Бак наполняют водой до тех пор, пока не сработает датчик уровня воды в баке. В бак с водой устанавливается насос, который подключается к блоку реле.

При проведении испытаний соблюдают следующие условия для помещений, в которых хранят и испытывают образцы:

- температура воздуха (20 +/- 5) °C;

- относительная влажность воздуха (60 +/- 20)%.

При проведении испытаний должно быть исключено воздействие на материал солнечных лучей, нагревательных приборов, а также химическое воздействие.

8.1 Методика испытаний заключается в принудительной кольматации (механическом засорении) геосинтетического материала и определении коэффициента фильтрации системы "грунт - геосинтетический материал - грунт" после завершения процесса кольматации.

8.2 В начале эксперимента определяют коэффициент фильтрации системы "грунт - геосинтетический материал - грунт" по ГОСТ Р 59691-2021.

Испытанию должны быть подвергнуты не менее трех образцов диаметром 50 мм, отобранных в случайном порядке, но не менее одного образца от каждой пробы.

8.3 После этого образцы диаметром 100 мм по очереди испытывают в установке для кольматации.

8.4 В испытаниях используется концентрация отсева 5 г/л воды. Концентрация пылеватых частиц в разных гидрологических условиях различна и изменяется в диапазоне от 0 до 5 г/л воды и более. При этом концентрация 5 г/л является избыточной для условий фильтрации геосинтетического материала.

8.5 Подготовленную навеску сухого отсева перемешивают в баке с водой и периодически размешивают для избегания оседания.

8.6 Запускают насос и ожидают поднятия напора в шахте до необходимой отметки, разница уровней в баке и шахте отслеживается по пьезометрам и должна составлять 100 мм. Затем при помощи системы шлангов и задвижек расход воды, подаваемый в шахту, регулируется для поддержания постоянного напора. Излишки смеси воды с отсевом, подаваемой насосом, возвращаются в бак.

8.7 После начала эксперимента каждые 12 ч снимаются показания с расходомеров на подающем и сбросном патрубках, разница этих расходов будет равна фильтрационному расходу Q_ф, м³/с, который определяется по формуле

где Q_п, Q_с - расход соответственно на подающем и сбросном патрубках, м³/с.

8.8 Испытания проводятся непрерывно при единичном градиенте и постоянном напоре воды.

8.9 Испытание считается завершенным, если изменение фильтрационного расхода за последние 24 ч не превышает 3%.

8.10 Испытанию должны быть подвергнуты не менее трех образцов, отобранных в случайном порядке, но не менее одного образца от каждой пробы.

8.11 После проведения испытаний установка разбирается в порядке, обратном указанному в подразделе 6.5. Каждый образец аккуратно извлекается с образовавшимся приграничным слоем грунта, который не прошел сквозь геосинтетический материал. Толщина образовавшегося приграничного слоя грунта измеряется в трех местах, толщину принимают средней из этих трех измерений.

8.12 Не дожидаясь высыхания каждого образца, прошедшего испытание, из его центральной части при помощи просекателя диаметром 58 мм вырубается проба геосинтетического материала для установки в прибор, чтобы определить коэффициент фильтрации системы "грунт - геосинтетический материал - грунт". Образовавшийся приграничный слой грунта не счищается.

8.13 Для измерения конечного коэффициента фильтрации системы "грунт - геосинтетический материал - грунт" отбирается навеска песка оптимальной влажности массой m₂, вычисленной по формуле (2), при этом объем V, м³, рассчитывается по следующей формуле:

где D - диаметр патрона, равный 5 см;

h_п - высота грунта в патроне установки для определения коэффициента фильтрации системы "грунт - геосинтетический материал - грунт", см;

h_о - толщина образовавшегося приграничного слоя грунта, см.

8.14 Измерение коэффициента фильтрации системы "грунт - геосинтетический материал - грунт" проводится по методике ГОСТ Р 59691-2021. Геосинтетический материал укладывается в установку вместе с приграничным слоем грунта, который образовался за время проведения испытания по кольматации.

9.1 При работе с геосинтетическими материалами используют защитную одежду по ГОСТ 12.4.131-83 или ГОСТ 12.4.132-83. Для защиты рук применяют перчатки по ГОСТ 12.4.252-2013. При работе с материалами, содержащими стекловолокно, дополнительно используют защитные дерматологические средства от пыли по ГОСТ Р 12.4.301-2018.

9.2 Испытанный материал утилизируют в качестве твердых строительных отходов, соответствующих классу опасности не выше IV по ГОСТ 12.1.007-76, если иное не указано изготовителем материала на его упаковке или в сопроводительных документах.

10.1 В ходе испытаний моделируется процесс кольматации (механического засорения) геосинтетических материалов в конструкциях автомобильных дорог.

10.2 Процесс кольматации со временем затухает вместе с падением скоростей фильтрации и транспортирующей способности воды в грунте.

10.3 После завершения процесса кольматации на установке коэффициент фильтрации геосинтетического материала определяется по ГОСТ Р 59691-2021. Полученный коэффициент фильтрации следует принимать в фильтрационных расчетах дорожных конструкций и сооружений в качестве предельного наименьшего значения.

Результаты испытаний оформляются в виде протокола, который должен содержать следующую информацию:

- название организации, проводившей испытания;

- дата проведения испытаний;

- вид геосинтетического материала;

- наименование марки геосинтетического материала;

- размеры образцов для испытаний из геосинтетического материала;

- температура воздуха в лаборатории, °C;

- время проведения испытания, ч;

- значение начального коэффициента фильтрации образца геосинтетического материала, м/сут;

- значение коэффициентов фильтрации после испытания в установке по кольматации, м/сут;

- фамилия, имя, отчество и подпись лица, проводившего испытания;

- фамилия, имя, отчество и подпись лица, ответственного за испытания.

12.1 Точность результатов испытаний обеспечивают:

- соблюдением требований настоящего методического документа;

- проведением периодической оценки метрологических характеристик средств измерений;

- проведением периодической аттестации оборудования.

12.2 Специалисты, проводящие испытания, должны быть ознакомлены с требованиями настоящего методического документа.

Руководитель организации-разработчика

ООО "Мегатех инжиниринг"

Генеральный директор ____________________ А.Н. Девятилов