"ОДМ 218.3.1.006-2021. Отраслевой дорожный методический документ. Методические рекомендации по проектированию легких насыпей на слабых основаниях с применением легких геокомпозиционных материалов"
(издан на основании Распоряжения Росавтодора от 22.03.2021 N 1047-р)

1 РАЗРАБОТАН обществом с ограниченной ответственностью "ДорТехИнвест" (ООО "ДорТехИнвест").

Коллектив авторов: д-р техн. наук Н.Е. Кокодеева, д-р техн. наук А.А. Артеменко, канд. техн. наук И.А. Чижиков, канд. техн. наук В.И. Ермолаев, канд. техн. наук Л.В. Янковский, канд. техн. наук И.Г. Шашков, канд. техн. наук Ш.Н. Валиев.

2 ВНЕСЕН Управлением строительства и эксплуатации автомобильных дорог Федерального дорожного агентства.

3 ИЗДАН на основании распоряжения Федерального дорожного агентства от 22.03.2021 N 1047-р.

4 ИМЕЕТ РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ ХАРАКТЕР.

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ.

1.1 Настоящий отраслевой дорожный методический документ (далее - методический документ) затрагивает вопросы проектирования легких насыпей на слабых основаниях с применением легких геокомпозиционных материалов, в том числе из экспандированных пенополистирольных (EPS) блоков.

1.2 Данный методический документ рассчитан на инженерно-технических работников дорожного хозяйства и предназначается для практического использования организациями, осуществляющими устройство легких насыпей во всех дорожно-климатических зонах.

1.3 Этот методический документ предполагает постоянное совершенствование методов проектирования легких насыпей на слабых основаниях с применением легких геокомпозиционных материалов, может являться основой для создания новых методических документов.

В настоящем методическом документе использованы нормативные ссылки на следующие документы:

Технический регламент Таможенного союза "Безопасность автомобильных дорог" (ТР ТС 014/2011)

ГОСТ 9.708-83 (СТ СЭВ 3758-82) Единая система защиты от коррозии и старения. Пластмассы. Методы испытаний на старение при воздействии естественных и искусственных климатических факторов

ГОСТ 12.0.004-2015 Система стандартов безопасности труда. Организация обучения безопасности труда. Общие положения

ГОСТ 12.3.020-80* Система стандартов безопасности труда. Процессы перемещения грузов на предприятиях. Общие требования безопасности

ГОСТ 12.4.011-89 Система стандартов безопасности труда. Средства защиты работающих. Общие требования и классификация

ГОСТ 17.4.3.02-85 (СТ СЭВ 4471-84) Охрана природы. Почвы. Требования к охране плодородного слоя почвы при производстве земляных работ

ГОСТ 4647-2015 Пластмассы. Методы определения ударной вязкости по Шарпи

ГОСТ 4648-71 Пластмассы. Методы испытания на статический изгиб

ГОСТ 8736-2014 Песок для строительных работ. Технические условия

ГОСТ 9550-81 Пластмассы. Методы определения модуля упругости при растяжении, сжатии и изгибе

ГОСТ 11262-2017 (ISO 527-2:2012) Пластмассы. Методы испытания на растяжение

ГОСТ 12020-2018 (ISO 175:2010) Пластмассы. Методы определения стойкости к действию химических сред

ГОСТ 12248.3-2020 Грунты. Определение характеристик прочности и деформируемости методом трехосного сжатия

ГОСТ 15173-70* (СТ СЭВ 2899-81) Пластмассы. Методы определения среднего коэффициента линейного теплового расширения

ГОСТ 15588-2014 Плиты пенополистирольные теплоизоляционные. Технические условия

ГОСТ 16783-2017 Пластмассы. Метод определения температуры хрупкости при сдавливании образца, сложенного петлей

ГОСТ 22733-2016 Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности

ГОСТ 23558-94 Смеси щебеночно-гравийно-песчаные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими материалами, для дорожного и аэродромного строительства

ГОСТ 25100-2020 Грунты. Классификация

ГОСТ 27751-2014 Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения

ГОСТ Р 52748-2007 Дороги автомобильные общего пользования. Нормативные нагрузки, расчетные схемы нагружения и габариты приближения

ГОСТ Р 52785-2007 (ИСО 8764-1:2004) Отвертки слесарно-монтажные для винтов и шурупов с крестообразным шлицем. Рабочая часть. Размеры

ГОСТ Р 56148-2014 (ЕН 13163:2009) Изделия из пенополистирола ППС (EPS) теплоизоляционные, применяемые в строительстве. Технические условия

СП 34.13330.2021 Автомобильные дороги (актуализированная редакция СНиП 2.05.02-85*)

Примечание - При пользовании настоящим методическим документом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячным информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании данным методическим документом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

В настоящем методическом документе применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 геокомпозиционный материал: Материал из синтетических или природных полимеров или композитов, контактирующий с грунтом или другими средами при использовании в строительстве.

3.2 EPS-блоки: Блоки из вспененного (экспандированного) полистирола прямоугольной формы и сечения толщиной от 0,5 до 1,0 м, шириной от 1,0 до 1,2 м, длиной от 2,0 до 5,0 м.

3.3 EPS-массив: Строительная конструкция, состоящая из EPS-блоков.

3.4 композиционный материал: Искусственно созданный неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов с четкой границей раздела между ними.

3.5 легкая насыпь: Облегченное искусственное возвышение из грунта, сыпучих отходов производства и других материалов.

3.6 полиуретан: Класс синтетических эластомеров с устанавливаемыми характеристиками, состоит из изоцианата и полиола, при их смешивании образуется реакционноспособная смесь. Свойства полиуретана регулируют, получая жесткий, мягкий, интегральный, ячеистый (вспененный) или монолитный материал.

3.7 пенополиуретан: Газонаполненная пластмасса на основе полиуретана.

3.8 расчетная ситуация: Учитываемый в расчете комплекс возможных условий, определяющих расчетные требования к строительным конструкциям, системам инженерно-технического обеспечения и частям указанных конструкций и систем.

3.9 технико-экономическое сравнение вариантов дорожных одежд: Определение дисконтированных показателей, характеризующих эффективность вложения средств в строительство и эксплуатацию дорожных одежд, а также учитывающих затраты и потери пользователей за срок сравнения вариантов дорожных одежд.

3.10 экспандированный полистирол (EPS - expandiertes polystyrol): Жесткий теплоизоляционный материал, изготовленный из вспененного полистирола или одного из его сополимеров, имеющий закрытую заполненную воздухом ячеистую структуру.

4.1 При проектировании легких насыпей с применением легких геокомпозиционных материалов выделяют два подхода: применение расчетных методов и дальнейшее совершенствование отработанных типовых конструкций с учетом ГОСТ Р 52748-2007, ГОСТ 27751-2014, рекомендаций [1, 2].

4.2 На рисунках 1 и 2 представлены основные проектируемые конструктивные элементы легких насыпей на слабых основаниях:

1) грунтовое основание, которое в случае необходимости укрепляется еще до возведения EPS-массива;

2) EPS-массив, состоящий из EPS-блоков. Допускается между грунтовым основанием и поверхностью нижних EPS-блоков отсыпать дополнительный грунтовый слой. При проектировании легкой насыпи с трапецеидальными откосами последние укрепляют грунтом, а с вертикальными откосами - облицовкой конструкционных материалов;

3) конструкция дорожной одежды, слои которой устраиваются из укрепленных и неукрепленных материалов и которая размещается над EPS-блоками. Дорожная одежда проектируется жесткой и нежесткой. На съездах допускается устраивать гравийное или щебеночное покрытие;

4) элементы обустройства.

4.3 Материал EPS-блоков имеет плотность 1% - 2% от плотности почвы, среды "грунт-жидкость", горной породы или цементного бетона; меньше плотности вспененного цементобетона, измельченного древесного волокна и их аналогов.

4.4 Материал EPS-блоков имеет высокий коэффициент прочности по отношению к плотности и способен поддерживать сжимающие напряжения до 100 кПа. Это сопоставимо с прочностными характеристиками многих почв.

4.5 Экспандированный полистирол является твердым сплошным (монолитным) материалом с однородными свойствами серийного промышленного производства.

4.6 EPS-блоки поступают на объект строительства необходимого размера и формы и готовыми к применению. Возможно применение конкретных типовых размеров блоков по стандартам организации, также можно заказать блоки с заданными размерами с учетом привязки их размеров к высоте и ширине земляного полотна объекта строительства.

4.7 Строительство может быть произведено практически при любой температуре или погодных условиях.

4.8 Прочность EPS-блоков не изменяется при их нахождении в среде "грунт-жидкость" в отличие от других типов геосинтетических материалов. Конструкции из EPS-блоков рекомендуется использовать на участках небольшой протяженности при высокой стоимости других материалов, применяемых для обеспечения устойчивости и ускорения осадки (консолидации).

4.9 Основные области применения облегченных насыпей из EPS-блоков:

- линейные участки автомобильных дорог на слабом основании;

- подходы к мостовым сооружениям на слабом основании;

- уширение насыпей на слабом основании;

- строительство автомобильных дорог на участках возможных оползней;

- устройство заполнения за подпорными стенками.

4.10 EPS-блоки имеют геотехническое назначение:

- восприятие статических и динамических нагрузок;

- восприятие сейсмических нагрузок;

- обеспечение однородности среды;

- монолитное заполнение конструктивных объемов;

- дренаж;

- легкий вес;

- шум и вибрация пониженной амплитуды;

- структурное разделение сред;

- тепловая изоляция;

- демпфирующие свойства.

4.11 Специфическими особенностями строительства, учитываемыми при проектировании легких насыпей на слабых основаниях, являются рельеф местности, минимальный срок службы дорожной одежды (определяет заказчик); критерии дефектов (например, глубины колеи), конструкции дорожных одежд (определяет заказчик); требования к водоотводу с покрытия; требования к заглубленному дренажу дорожной одежды, кабельным подводкам к опорам наружного освещения и дорожным знакам и требования к подземным коммуникациям, которые могут пересекать полосу отвода или придорожную полосу.

4.12 В расчетных моделях легких насыпей на слабых основаниях отражают условия работы в реальной ситуации. В моделях учитывают:

- факторы, определяющие напряженно-деформированное состояние;

- особенности взаимодействия элементов конструкции насыпи между собой, с основанием и покрытием;

- пространственную работу элементов конструкции;

- геометрическую и физическую нелинейность;

- пластические и реологические свойства материалов и грунтов;

- возможность образования трещин;

- возможные отклонения геометрических параметров от их номинальных значений.

4.13 При выполнении требований механической безопасности учитывают следующие расчетные ситуации:

- установившаяся ситуация с продолжительностью того же порядка, что и срок эксплуатации легкой насыпи, в том числе между двумя капитальными ремонтами или изменениями технологического процесса;

- переходная ситуация, имеющая небольшую по сравнению со сроком эксплуатации легкой насыпи продолжительность, в том числе строительство, реконструкция, капитальный ремонт.

4.14 Использование вспененного пенополистирола в качестве легкого наполнителя при проектировании легких насыпей не исключает применения методов укрепления грунтов и конструкций с использованием геосинтетических материалов.

4.15 Применение легких насыпей, в том числе с вертикальными боковыми поверхностями (вертикальные насыпи), минимизирует необходимость переноса подземных инженерных коммуникаций, пересекающих насыпь, и уменьшает влияние на другие сооружения.

4.16 Рекомендации для компоновки и укладки EPS-блоков: все блоки должны плотно располагаться против смежных блоков на всех сторонах; блоки должны быть ориентированы вертикально, стороной с меньшим измерением (толщина); ниже дорожного покрытия выполняется не менее двух слоев блоков. Блоки должны быть помещены так, чтобы было обеспечено выравнивание всех блоков в пределах данного слоя в продольном направлении; смещение концов смежных линий блоков; выравнивание блоков в пределах верхнего слоя, поперечного к продольной оси дороги.

4.17 Типовое блочное расположение EPS-блоков в легкой насыпи представлено на рисунке 3.

4.18 EPS-блоки укладывают до слоя дренажа, который помещен за границей так, чтобы минимизировать нагрузку и облегчить строительство.

4.19 При выборе требований и технических характеристик EPS-блоков руководствуются ГОСТ 9.708-83, ГОСТ 4647-2015, ГОСТ 4648-71, ГОСТ 9550-81, ГОСТ 11262-2017, ГОСТ 12020-2018, ГОСТ 15173-70*, ГОСТ 15588-2014, ГОСТ 16783-2017, ГОСТ Р 52785-2007 и ГОСТ Р 56148-2014.

4.20 При установлении показателей грунтов используют ГОСТ 12248.3-2020, ГОСТ 22733-2016, ГОСТ 23558-94.

4.21 Для грунтов заполнения или засыпки откосов рекомендуется использовать однородные (с одинаковыми по средним величинам и вариативности) по характеристикам грунты с однородными показателями уплотнения.

4.22 Песок применяют согласно ГОСТ 8736-2014.

4.23 При проектировании легких насыпей путем применения и дальнейшего совершенствования типовых конструкций рекомендуется использовать геосинтетические материалы.

5.1 Легкие насыпи на слабых основаниях с применением легких геокомпозиционных материалов проектируют с учетом пособия [3] и рекомендаций [4]. Требования к грунтам верхней части насыпи, а также необходимое минимальное возвышение низа дорожной одежды над расчетным уровнем поверхностных и грунтовых вод определены в СП 34.13330.2021 применительно к 3-му типу местности по характеру и условиям увлажнения. При назначении высоты насыпи, сооружаемой на торфяном основании, кроме обычных требований, связанных с водно-тепловым режимом и снегозаносимостью, учитывают требования подраздела 1.9 рекомендаций [4]. Часть насыпи, располагающуюся ниже уровня поверхности земли, устраивают из дренирующих грунтов с коэффициентом фильтрации не менее 1 м/сут.

5.2 К легким насыпям на слабых основаниях, сооружаемых с использованием слабых грунтов в основании насыпи, кроме общих требований предъявляются дополнительные:

- должна быть исключена возможность выдавливания оставляемого слабого грунта из-под насыпи в процессе ее возведения и эксплуатации (обеспечена устойчивость основания);

- период интенсивной осадки должен завершиться до сооружения покрытия (обеспечена стабильность конструкции);

- упругие деформации насыпи, возникающие при наличии торфяных грунтов в основании насыпи, не должны превышать величину, допустимую для принятого типа покрытия.

5.3 В случаях когда невозможно или нецелесообразно обеспечить требуемую толщину насыпи, допускается предусматривать насыпь меньшей толщины. При этом необходимо выполнить проверочный расчет дорожной одежды на динамическую устойчивость и при необходимости изменить (усилить) в соответствии с его результатами конструкцию дорожной одежды.

5.4 При расчете дорожной одежды по пособию [5] величину расчетного эквивалентного модуля упругости E_экв на поверхности легкой насыпи на слабом основании определяют по формуле

где E_сл - модуль упругости слабого грунта в его расчетном состоянии под насыпью;

h_н - толщина насыпи;

H_сл - мощность слабой толщи;

D - расчетный диаметр отпечатка колеса;

E_н - модуль упругости грунта насыпи.

5.5 Устройство легких насыпей на слабых основаниях с применением легких геокомпозиционных материалов рекомендуется применять для обеспечения устойчивости основания, снижения осадки и ускорения достижения ее допустимой величины.

5.6 Согласно ГОСТ 25100-2020 к слабым грунтам следует относить: торф и заторфованные грунты, илы, сапропели, глинистые грунты с коэффициентом консистенции более 0,5, иольдиевые глины, грунты мокрых солончаков.

5.7 Основания насыпи, в которых в пределах активной зоны имеются слои слабых грунтов мощностью более 0,5 м, относят к слабым основаниям. Для предварительной оценки глубина активной зоны сжатия может быть принята равной полуширине насыпи по низу. В зависимости от состояния и свойств грунтов слабые основания делятся на типы по устойчивости.

5.8 Проектное решение по конструкции легкой насыпи выбирается на основе технико-экономического сравнения вариантов с учетом:

- категории автомобильной дороги и типа дорожной одежды;

- требуемой высоты насыпи;

- протяженности участка со слабыми грунтами;

- вида и особенностей свойств слабых грунтов, залегающих на участке, и особенностей строения слабой толщи;

- условий производства работ, в том числе сроков завершения строительства, климата района, времени года, в которое будут выполняться земляные работы, дальности возки грунта, возможностей строительной организации.

5.9 Легкую насыпь на слабых основаниях в общем случае проектируют в следующем порядке:

- на основе результатов инженерно-геологических обследований намечают расчетные участки и устанавливают расчетные параметры насыпи;

- определяют минимально допустимую высоту насыпи на данном участке, руководствуясь условиями водно-теплового режима, снегозаносимости и исключения упругих колебаний;

- с учетом минимально допустимой высоты наносят красную линию, устанавливают расчетную высоту насыпи на различных поперечниках и намечают расчетные поперечники;

- определяют расчетом величину осадки на расчетных поперечниках;

- проверяют устойчивость основания на расчетных поперечниках;

- прогнозируют длительность завершения осадки;

- намечают варианты конструктивно-технологических решений, обеспечивающих в случае необходимости повышение устойчивости, ускорение осадки или снижение ее величины;

- выполняют расчеты по этим вариантам и выбирают оптимальный;

- дают рекомендации по наиболее рациональной технологии, механизации и организации работ;

- выполняют наблюдения в процессе строительства и в случае необходимости вносят коррективы в расчеты по фактическим данным с целью уточнения объемов земляных работ, режима возведения насыпи, сроков устройства дорожной одежды и т.д.

5.10 Для выбора конструкции легкой насыпи на слабых основаниях проект должен содержать:

- материалы подробного инженерно-геологического обследования грунтовой толщи на участках залегания слабых грунтов, включая данные по мощности и расположению их в плане, мощности слоев и значениям физико-механических характеристик грунтов, положению уровня грунтовых вод;

- исходные данные по проектируемой насыпи: высота и другие ее геометрические параметры, свойства грунтов, укладываемых в насыпь, расчетные условия движения транспортных средств;

- результаты инженерных расчетов, обосновывающие принятую конструкцию легкой насыпи;

- указания по порядку сооружения запроектированной легкой насыпи и осуществлению дополнительных мероприятий.

Окончательно конструкция легкой насыпи на слабых основаниях на участках распространения слабых грунтов должна приниматься на основе технико-экономических расчетов альтернативных вариантов.

5.11 Геотехнический подход к проектированию легких насыпей на слабом грунтовом основании включает этапы работ с учетом допустимых критериев на основе результатов проектирования аналогичных дорожных конструкций. Принимается, что прочность всей конструкции зависит от прочности наиболее слабого звена.

5.12 Слабое грунтовое основание, на котором возводят легкие насыпи, представляет собой основание из сжимаемого грунта с относительно низкой прочностью на сдвиг. Устойчивость конструкции и ограничение осадки до допустимого уровня обеспечивают к моменту сдачи легкой насыпи в эксплуатацию. Эго позволяет предотвратить преждевременное разрушение конструкции при потере прочности и устойчивости. Разрушение может наступить из-за неравномерной осадки насыпи. Основными деформациями будет появление на поверхности дорожного покрытия неровностей и трещин. Разрушение конструкции может быть частичным и полным. Оно связано с устойчивостью откосов или с боковым расширением и потерей несущей способности слабого грунта основания.

5.13 При проектировании и расчете легких насыпей необходимо руководствоваться основными критериями для предельных состояний:

сопротивление разрушению легкой насыпи должно быть больше нагрузки, которая может вызывать разрушение, это характеризует уровень надежности и позволяет определить коэффициент запаса как отношение суммы сил сопротивления разрушению к сумме нагрузок, вызывающих разрушение. В расчете по допустимым напряжениям учитываются действующие нагрузки, а коэффициент запаса отражает механизм разрушения при предельном состоянии по потере прочности или устойчивости. Ожидаемая деформация легкой насыпи должна быть меньше, чем максимально допустимая деформация;

уровень безопасности можно определить и с использованием частных коэффициентов запаса, которые характеризуют повышение действующих нагрузок и снижение значения прочности материала;

оценка предельного состояния по несоответствию нормальной эксплуатации основывается на действующих нагрузках.

5.14 Мероприятия, направленные на снижение вероятности возникновения преждевременного разрушения легкой насыпи на слабых основаниях, включают следующие этапы

1 Расчет общей устойчивости, базирующийся на взаимодействии EPS-массива насыпи и дорожного покрытия с существующим грунтом основания, в котором учитываются факторы, влияющие на пригодность конструкции в период ее эксплуатации (предельное состояние SLS), например полная и неравномерная осадка, а также факторы, влияющие на потерю прочности и устойчивости конструкции (предельное состояние ULS), например несущая способность, устойчивость откосов при различных сочетаниях нагрузок (гравитационных, сейсмических, ветровых и гидростатических). Тип поперечного профиля проектируется с учетом указанных факторов, а также границы полосы отвода, снижения влияния на нижележащие конструкции, срока строительства легкой насыпи и ее стоимости. Рекомендуется уменьшать объем используемых EPS-блоков, так как стоимость при использовании обычного грунта в насыпи ниже.

2 Расчет внутренней устойчивости EPS-массива в целом. Исследуются характеристики EPS-блоков с целью недопущения образования долговременных деформаций сжатия, вызывающих большие просадки на поверхности дорожной одежды (предельное состояние SLS).

3 Расчет конструкции дорожной одежды, уложенной на основание из EPS-блоков. Учитывается возможность предотвращения разрушений дорожной одежды (образования колеи, одиночных трещин и сетки трещин), предупреждения образования дефектов, характеризующих недостаточную эксплуатационную пригодность легкой насыпи (предельное состояние SLS). При проектировании поперечного профиля учитывают надежность элементов обустройства и их закрепление.

5.15 В таблице 1 обобщены этапы проектирования насыпи с учетом возможных разрушений по предельным состояниям ULS или SLS.

--------------------------------

<*> Дополнительные напряжения определяются как напряжения от постоянных нагрузок (веса системы дорожной и (или) массива насыпи), которые могут снизить коэффициент запаса при данном механизме разрушения.

5.16 Методика расчета заключается в следующем.

1 При использовании в легкой насыпи на слабом основании EPS-блоков учитывают взаимодействие основных конструктивных элементов: грунтового основания, EPS-массива и дорожной одежды - и производят по ним взаимосвязанные расчеты. В процессе проектирования необходимо вносить коррективы.

2 При проектировании легкой насыпи выполняют технико-экономическое обоснование. Рекомендуется применять метод последовательных приближений. Для уменьшения количества итераций предлагается использовать алгоритм, основанный на проектировании дорожной одежды с минимально требуемой толщиной насыпи и EPS-массива, а также блоки с минимальной плотностью.

3 При проектировании трапецеидальной и вертикальной насыпей осуществляют расчет на сейсмическую устойчивость вертикальной насыпи при условии вероятности ее опрокидывания в целом под действием горизонтальных сил по отношению к поверхности контакта EPS-блоков с грунтом основания. Также следует учесть возможность смещения насыпи при наличии гидростатических и ветровых нагрузок.

4 Основной задачей первого этапа проектирования является получение и детальный анализ исходных данных, таких как грунтовые условия участка строительства автомобильной дороги, оценка действующих нагрузок на насыпь и обоснование геометрических элементов насыпи.

5 Задачей второго этапа является конструирование дорожной одежды и выбор типа EPS-блоков. Для снижения неравномерного обледенения и влияния солнечных лучей рекомендуется принять толщину дорожной одежды больше 60 см со средней плотностью 20 кг/м³. В расчет дорожной одежды входит условие создания ее наименьших напряжений на поверхности EPS-массива с целью обеспечения требований внешней и внутренней устойчивости.

6 Основной задачей третьего этапа является достижение наиболее экономичного проектного решения по устройству насыпи с учетом требований внешней и внутренней устойчивости. Расчет насыпи оптимизируют так, чтобы сократить объем EPS-блоков, учитывая критерии осадки и устойчивости.

Такие разрушения, как осадка, несущая способность слабого грунта, устойчивость откосов и сейсмическая устойчивость определяют максимально допустимое напряжение, которое может воспринять грунт слабого основания, и минимально необходимую толщину массива EPS-блоков.

7 Дорожная одежда укладывается в насыпи на двухслойные EPS-блоки, в связи с тем что один слой не обеспечит сдвигоустойчивость от действия транспортной нагрузки и спровоцирует преждевременное разрушение насыпи.

8 Толщина стандартных EPS-блоков колеблется в диапазоне от 0,6 до 1,0 м. При использовании двух слоев блоков и более толщина конструкции насыпи должна быть не менее 1,2 м.

9 Высота грунтовой части легкой насыпи определяется как общая высота насыпи за вычетом толщины дорожной одежды и толщины EPS-блоков. На основании данных по расчетной нагрузке, грунтовым условиям, геометрии насыпи, выбору типа EPS-блоков и определению конструкции EPS-массива выполняются этапы по оценке внешней и внутренней устойчивости, а также расчет дорожной одежды.

10 При расчете легкой насыпи на слабом основании учитываются минимальный коэффициент запаса, а также максимально допустимая осадка. Осадка от 0,3 до 0,6 м после строительства считается допустимой, если она равномерна, протекает медленно и не происходит вблизи сооружения на свайном основании. При этом любое повреждение покрытия при медленной осадке устраняется при ремонте. Дорожная одежда нежесткого типа не применяется, если есть сомнения в равномерности осадки. Конструкция дорожной одежды нежесткого типа используется при осадке 0,15 м.

11 На подходных насыпях к мостовому сооружению приемлемая осадка легкой насыпи зависит от типа конструкции мостового сооружения, расположения, состояния основания, эксплуатационных критериев и т.д.

12 Рекомендуется с целью определения оптимально-технического решения разрабатывать расчетные графики.

5.17 Укрупненная блок-схема проектирования легких насыпей на слабых основаниях представлена на рисунке 4.

5.18 Нагрузка на слабый грунт основания, создаваемая дорожной одеждой и массивом EPS-блогов, может снижать устойчивость при осадке, вызывать недостаточную несущую способность, сейсмическую устойчивость, устойчивость откосов и повышать устойчивость при других механизмах внешнего разрушения, например при гидростатическом всплытии, ветровом сдвиге. Расчеты легкой насыпи позволяют оценить несущую способность, осадку, определить механизмы разрушения насыпи, мероприятия по предотвращению разрушений, технологические корректировки.

5.19 Специфические расчетные задачи проектирования легких насыпей на слабых основаниях представлены на рисунке 5.

5.20 При решении этих задач рекомендуется использовать следующие документы [1, 3, 5].

5.21 Прогноз осадки основания легкой насыпи включает вычисление расчетной нагрузки; прогноз конечной величины осадки; прогноз осадки во времени.

5.22 Надежность конструкции легкой насыпи повышается при укладке в нижней части насыпи армирующей прослойки из геосинтетических волокнистых материалов.

5.23 Следует учитывать возможности применения геосинтетических материалов и изделий, в частности георешеток: высокую технологичность и низкую материалоемкость решений; высокую универсальность решений за счет использования различных сочетаний типов геосинтетических материалов, вариантов их заполнения, в том числе с применением местных грунтов и материалов; повышение надежности, работоспособности решений, качества выполняемых работ за счет использования в качестве основы элемента заводского изготовления.

5.24 Для нахождения расчетных значений характеристик грунтов целесообразно применять вероятностно-статистические методы определения расчетных характеристик, назначая надежность расчетных показателей (доверительную вероятность) в зависимости от категории автомобильной дороги.

5.25 Чтобы вычислить боковые давления грунта на сооружение, предполагают, что давление возникает из двух направлений: вес EPS-блоков и горизонтальное давление со стороны грунта.

5.26 Расчетами обоснованы устойчивость по напряжениям (стабильности) и осадки насыпи, сопротивление гидростатическому всплытию. Рекомендуется учитывать, что типовой расчет для насыпи с высотой 6 м позволяет получить минимальную величину коэффициента стабильности - 1,12, конечную осадку - 5,5 см, продолжительность периода стабилизации осадки (в годах) при условии, что скорость осадки составляет менее 2 см/год - 0,17.

5.27 Типовые проекты дорожных конструкций с использованием EPS-блоков в легких насыпях на слабом основании используются при предварительном расчете в случае критических или некритических условий, а также для окончательного расчета преимущественно в некритических условиях (таблица 2).

5.28 Анализ исходных данных сопровождается необходимостью дополнительных исследований и решением технических, организационных и юридических вопросов.

1 Транспортное проектирование заключается в оценке:

- генерального плана;

- транспортных проблем, а именно в обосновании ремонта или уширения существующей дороги, строительства новой или реконструкции существующей дороги, в проектировании плана и продольного профиля дороги, в анализе транспортной нагрузки (стандартная или нестандартная), в установлении проектного срока службы земляного полотна и дорожной одежды, в ограничении скорости и количества полос движения;

- факторов, влияющих на проектирование и строительство, таких как вертикальная, горизонтальная и поперечная геометрия поверхности дороги; ограничения скорости движения транспортных средств;

- максимальной транспортной нагрузки; годовой интенсивности движения; требований к обустройству автомобильной дороги (ограждения и барьеры, наружное освещение, дорожные знаки и табло);

- специфических местных условий строительства.

2 Выполняется оценка условий района проектирования автомобильной дороги. При этом изучаются вопросы климатических, инженерных и технических ограничений, таких как:

- максимальная продолжительность и сезонность строительства, календарные дни строительства с вычетом выходных или праздничных дней, времени в течение суток для строительства, анализ подъездных дорог с запрещенным движением технологического транспорта;

- размещение постоянных или временных сооружений в пределах границы полосы отвода, например площадок для временного складирования материалов и размещения дорожной техники;

- установление мест размещения наземных и подземных сооружений (зданий, инженерных сетей и т.д.), в том числе чувствительных к осадке (например, газопроводы, нефтепроводы) и влияющих на результаты проектирования;

- наличие высоких препятствий, таких как "жестких" (провода линий электропередач) и "нежестких" (глиссады самолетов на подлете к аэропорту), которые могут влиять на проектирование или строительство.

3 Гидротехническое проектирование проводится в случае расположения строительной площадки рядом с водными источниками. Опасность риска причинения вреда состоит в возможном повышении уровня воды при стихийных бедствиях в период строительства и эксплуатации легкой насыпи. Задача заключается в установлении расчетного подъема уровня воды при таких экстремальных ситуациях в течение эксплуатации легкой насыпи.

4 При проектировании легкой насыпи из EPS-блоков на примыкании к мостовому устою необходимо проанализировать вопросы по типу пролетного строения мостового сооружения, характеристике переходной плиты (если применяется) и специальных геотехнических требований, относящихся к осадкам моста или переходной плиты, а также расчетной скорости ураганного ветра.

5 Геотехническое проектирование легкой насыпи заключается в анализе участка строительства, расчетных критериев и разработке альтернативных решений:

- анализ свойств и геометрических характеристик слоев грунта и скальной породы;

- установление величины изменения напряжений по глубине, сжимаемости и сдвиговой прочности слоев нескального грунта;

- анализ пьезометрического профиля всех слоев грунта, в том числе возможных сезонных и прочих изменений уровня грунтовых вод;

- оценка расчетных сейсмических параметров с учетом требований заказчика и (или) выбранных методологий;

- изучение свойств и концентрации загрязняющих веществ в грунтовой воде, выделяемых из отвалов грунта и системы осушения, которые могут повлиять на долговечность EPS-блоков, в случае проектирования земляного полотна в выемке при близком расположении уровня грунтовых вод и возможности его повышения.

6 Расчетные геотехнические критерии для легкой насыпи устанавливаются с учетом максимально допустимой величины полной осадки и коэффициента запаса устойчивости откосов конструкции (при расчете по допустимым напряжениям). При этом анализируют все прилегающие сооружения, инженерные сети и транспортные сооружения, на которые могут повлиять нагрузки на грунт от насыпи.

7 Изучаются ползучесть, влияние сейсмических воздействий на изменение реологических свойств существующего слабого грунта, а также длительное разложение и сопутствующая осадка подстилающих слоев, содержащих отходы негрунтовой природы. Выявляются возможности укрепления грунта.

8 Анализируются альтернативные проекты, типичные варианты которых включают:

- отсыпку насыпи из традиционного грунта с обязательным укреплением грунта основания. Учитываются прямые и косвенные затраты времени для различных вариантов укрепления грунтов, предварительной перегрузки, поэтапного строительства, а также стоимость используемой аппаратуры для проведения мониторинга и определения объема укрепления грунта;

- отсыпку насыпи из других альтернативных легких материалов с учетом сжимаемости, воздействия на окружающую среду, возможности их применения при неблагоприятных погодных условиях;

- строительство мостовых сооружений на фундаментах глубокого заложения и др.

Альтернативные проекты подвергают экономическому сравнению по стоимости строительства.

5.29 Расчетные нагрузки легкой насыпи на слабом основании следующие.

1 При проектировании легкой насыпи на слабом основании производят расчеты на гравитационные, транспортные, сейсмические, гидростатические и ветровые нагрузки. В методике расчета по предельному состоянию по потере прочности (устойчивости) насыпи учитывают значения максимальных прогнозируемых нагрузок.

2 В методике расчета по предельному состоянию по непригодности к нормальной эксплуатации принимают типичные или средние значения прогнозируемых нагрузок.

При расчете гидростатического всплытия, гидростатического сдвига и сейсмической устойчивости принимают значение максимальной прогнозируемой постоянной нагрузки, определяемое из средней плотности EPS-массива в сухом состоянии. Максимальное значение прогнозируемой постоянной нагрузки, устанавливаемое из средней плотности EPS-массива в водонасыщенном состоянии, особенно в случаях, когда EPS-блоки постоянно находятся в воде, учитывают в расчетах потери несущей способности основания и EPS-блоков, устойчивости откосов.

3 При расчете внешней и внутренней устойчивости насыпи учитывают гравитационные нагрузки от элементов насыпи, показанных на рисунке 1 и включающих в себя:

- вес дорожной одежды (см. позицию "A" на рисунке 1) с учетом веса цементобетонной плиты, укладываемой под дорожной одеждой на поверхность EPS-массива;

- вес грунтового покрытия на откосах насыпи (см. позицию "B" на рисунке 1) или вес элементов облицовки у вертикальных насыпей;

- эффективный вес грунта (нетто), который укладывается на существующее грунтовое основание непосредственно под EPS-блоками (см. позицию "C" на рисунке 1).

Примерная величина гравитационных нагрузок определяется по проектируемому поперечному сечению насыпи с учетом веса дорожной одежды и материала покрытия на боковых поверхностях насыпи.

Предварительно назначают толщину дорожной одежды, равную или большую 610 мм, со средней плотностью всех составляющих слоев 20 кг/м³ с целью снижения эффекта неравномерного обледенения и солнечного нагрева. При расчете дорожной одежды необходимо стремиться к созданию наименьшего напряжения на поверхности EPS-массива с целью выдержать требования к внешней и внутренней устойчивости.

Плотность используемых в облегченных насыпях сухих EPS-блоков около 20 кг/м³, что соответствует примерно 1% от плотности грунта. Вес массива EPS-блоков незначителен и можно в расчете внутренней устойчивости им пренебречь или при необходимости учесть. Расчет гравитационных напряжений сводится к вычислению средней плотности, учитывающей длительную абсорбцию воды EPS-блоками, постоянно погруженными в воду. Тогда для таких блоков принимается средняя плотность 100 кг/м³.

4 В качестве составной части гидростатических нагрузок рассматриваются такие факторы воздействия воды, как всплытие при неожиданном подъеме уровня грунтовых вод, горизонтальный сдвиг из-за несбалансированного гидростатического давления с боковых сторон насыпи. В случае расположения EPS-блоков ниже существующей поверхности грунта (в предварительно отрытом котловане) наблюдается уменьшение нагрузки, что необходимо учесть в соответствующих расчетах.

5 Транспортную нагрузку следует учитывать в расчете внутренней устойчивости легкой насыпи и дорожной одежды. При расчете полной осадки и общей устойчивости можно пренебречь величиной несущественной транспортной нагрузки по сравнению с собственным весом дорожной одежды. При необходимости транспортная нагрузка в расчетах учитывается при определении величины эквивалентного, равномерно распределенного напряжения, путем деления веса расчетного транспортного средства на опорную площадь. Вес расчетного транспортного средства и опорная площадь устанавливаются в соответствии с заданием заказчика или по справочнику.

6 Легкие насыпи на слабых основаниях проектируют на участках с высоким залеганием уровней грунтовых вод, расположенным вблизи дневной поверхности или выходящим на нее, а также вблизи водоемов (рек с периодическим подъемом уровня воды при штормах и наводнениях (при стихийных бедствиях)). Методика расчета должна включать нормальный уровень воды и экстремальный, т.е. максимальный уровень подъема воды, зарегистрированный за столетний период. Расчетный уровень подъема воды в экстремальных условиях устанавливается с учетом прогнозирования по этим данным наблюдений.

7 При взаимодействии насыпи с EPS-блоками учитываются возможное увеличение общей средней плотности EPS-блока при длительном поглощении воды; возможность всплытия при неожиданном повышении нормального уровня воды; горизонтальный сдвиг в поперечном сечении насыпи вследствие несбалансированного давления воды.

5.30 EPS-блок представляет собой пену с замкнутыми порами, в которых содержится около 98% воздуха и которые заблокированы от проникания воды. Погруженные в воду EPS-блоки характеризуются плавучестью, эффект от нее должен учитываться в расчетах вертикальных напряжений.

5.31 При вероятности сильного дождя с целью предотвращения гидростатического всплытия при подъеме уровня грунтовой воды и скапливания поверхностной воды у насыпи следует проектировать временный водоотвод.

5.32 Рекомендуется производить оценку сезонных колебаний и вероятности возникновения временного подъема уровня воды при стихийных бедствиях (урагане или наводнении).

5.33 На каждый метр погружения в воду EPS-блоков необходим пригруз их верха слоем грунта (дорожной одежды) толщиной не менее 0,5 м. В условиях существенного подъема уровня воды в течение проектного срока службы конструкции использование легких насыпей нецелесообразно, так как пригруз может спровоцировать возникновение осадки и (или) потерю устойчивости.

5.34 В сложных природных условиях рассматривается использование в нижней части насыщаемой водой насыпи других легких материалов, которые не обладают плавучестью EPS-блоков (материалы с открытой структурой, абсорбирующие воду). Также могут быть применены сверхлегкие пористые структуры (ULCS), сечения которых похожи на пчелиные соты, а блоки имеют открытую пористую структуру, которая может заполняться водой и опорожняться, не всплывая.

5.35 Скрепление EPS-массива осуществляется пассивными (изначально не напряженными) вертикальными грунтовыми анкерами. Анкер закрепляется в грунте основания и, проходя через EPS-блоки, крепится вверху в бетонной плите, которая укладывается на EPS-блоки. На участках примыкания легкой насыпи к водным объектам она выполняет роль плотины при наводнении. Помимо возможного всплытия насыпи возникает угроза ее смещения (горизонтальный сдвиг) по причине несбалансированной поперечной силы, вызванной несбалансированным уровнем воды по бокам насыпи.

5.36 Геотехнической проблемой при проектировании легкой насыпи с EPS-блоками является краткосрочная сейсмическая нагрузка, влияющая на внешнюю и внутреннюю устойчивость легкой насыпи.

5.37 Принципы расчета статической и сейсмической внешней устойчивости для легких насыпей такие же, как и для насыпей из обычных грунтов. Они основаны на механизмах разрушения, напрямую не зависящих от материала насыпи (сейсмическая осадка насыпи и разжижение грунта основания), а зависящих только от сейсмичности района строительства, природы и толщины залегания естественного грунта, покрывающего подстилающую скальную породу.

5.38 При оценке внешней сейсмической устойчивости легкой насыпи может быть использован метод псевдостатического расчета устойчивости откоса Терцаги с учетом критической поверхности разрушения, полученной при расчете статической устойчивости. Этот метод позволяет моделировать сейсмическое сотрясение горизонтальной статической силой, действующей в сторону откоса. Основное отличие при расчете внешней устойчивости откоса определяется различием между псевдостатическим и статическим методами, которое заключается в том, что горизонтальная сила, действующая в направлении откоса, прикладывается к центру тяжести критической сдвигающейся массы.

5.39 Также рекомендуется к применению метод расчета устойчивости с разделением сдвигающейся массы на тонкие вертикальные слои; при этом горизонтальная сила, имитирующая инерционную силу, вызванную горизонтальным сейсмическим сотрясением, прикладывается к центру тяжести каждого тонкого слоя. Эта горизонтальная сила (F) равна произведению сдвигающейся массы или массы вертикального слоя (т) на сейсмическое ускорение (a): F = тa. Сейсмическое ускорение вычисляется умножением сейсмического коэффициента (к) на ускорение свободного падения.

5.40 При расчете трапецеидальной насыпи кроме гравитационных нагрузок от веса дорожной одежды и грунтового покрытия откосов, а также временных транспортных нагрузок в расчетах внутренней устойчивости должны учитываться сейсмические нагрузки.

5.41 Внутренняя сейсмическая реакция происходит по более сложной схеме, нежели общая внешняя реакция, что связано с работой EPS-массива как гибкой конструкции и вероятностью возникновения относительного сдвига между блоками. Сдвиг может вызвать на поверхности контакта между блоками дополнительную нагрузку, не учтенную в расчетах внешней устойчивости, так как прочность EPS-блока на сдвиг считается незначительной.

5.42 Внутреннее трение, которое возникает между EPS-блоками, недостаточно, чтобы при землетрясении предотвратить возникновение поперечного смещения между блоками. Силу трения можно компенсировать установкой между блоками механических соединительных элементов (коннекторов - зазубренных металлических пластин, дополняющих сцепление по поверхности контакта EPS-блоков).

5.43 Может быть использован консервативный метод, при котором EPS-насыпь, рассчитанная на сейсмические нагрузки, должна включать в свою конструкцию механические соединительные элементы во всех горизонтальных плоскостях между блоками, а прочность на сдвиг у EPS-массива по этим плоскостям должна определяться в лабораторных условиях без установки соединительных элементов.

5.44 Анализ внутренней сейсмической устойчивости выполняется при условии возникновения сдвига только внутри EPS-массива, это является главным различием между расчетами внутренней и внешней сейсмической устойчивости.

5.45 Ветровые нагрузки рекомендуется оценивать факультативно с учетом прикладных программ аэродинамического моделирования, например Solid Works 2012.

5.46 Следует применять не только расчетные формулы, но методы, основанные на конечных элементах.

5.47 При проектировании легких насыпей на слабых основаниях по результатам предварительно выполненных прогнозов устойчивости основания, величины и длительности осадки, с учетом особенностей проектируемой дороги, местных условий и технических возможностей строительной организации прорабатывают несколько конкурентоспособных вариантов, каждый из которых удовлетворяет требованиям обеспечения устойчивости, стабильности и динамической прочности.

5.48 Наиболее предпочтительный вариант выбирают путем технико-экономического сравнения.

6.1 Типовая расчетная схема конструкции насыпи, в которой использованы EPS-блоки, приведена на рисунке 6.

6.2 Расчет конструкции легкой насыпи для обеспечения устойчивости, снижения и ускорения осадки основания сводится к определению требуемого уменьшения средневзвешенной величины удельного веса насыпи.

6.3 При применении легкой насыпи для повышения устойчивости основания исходят из обеспечения и равенства действующей расчетной P_о и безопасной нагрузки:

6.4 Требуемая доля m материала EPS-блоков в единице объема насыпи устанавливается по формуле

где - удельный вес грунтовой части насыпи;

- средневзвешенный удельный вес насыпи;

- разность между удельными весами грунта и легкого материала, используемых в насыпи.

6.5 Величина определяется по формуле

где h_r - расчетная высота насыпи.

6.6 При применении легкой насыпи с целью снижения и ускорения осадки расчетную осадку S₀ на квазиоднородной сжимаемой толще мощностью H приближенно определяют по формуле

где E₀ - средневзвешенный компрессионный модуль деформации слабой толщи.

6.7 Для снижения осадки до допустимой величины S_доп необходимо снизить величину удельного веса насыпи до , при которой осадка будет равна допустимой.

6.8 Требуемый для выполнения этого условия средневзвешенный удельный вес насыпи определяют по выражению

где .

6.9 При этом требуемая объемная доля легкого материала может быть определена по формуле (6).

6.10 При проектировании внешней устойчивости для поперечной геометрии легкой насыпи определяется, будет ли насыпь отклоняться от проектного положения. Это достигается меньшими размерами легкой насыпи и ограничениями для состава, интенсивности и скорости транспортного потока.

6.11 Продольная геометрия легких насыпей из EPS-блоков заполнения вдоль дорожного покрытия и выравнивающего слоя выполняется ступенчатым образом, так как это показано на рисунке 7, чтобы минимизировать появление повреждений и потерю устойчивости. Расчетный градиент устойчивости в зоне перехода не должен быть меньше 1/200 (отношение вертикальных размеров к горизонтальным).

6.12 Для опор мостовых сооружений при применении EPS-блоков рекомендуется использовать геокомпозитный листовой дренаж.

6.13 При проектировании легких насыпей учитывается, что их боковые стороны из EPS-блоков должны покрываться грунтом. В легких насыпях с традиционным трапециевидным поперечным сечением, как правило, используют относительно тонкий слой грунта (почвы), распределяемого по выступающим краям EPS-блоков. Эта почва может засеваться при строительстве травами для защиты поверхности насыпи от эрозии. Минимальная толщина грунтового покрытия должна быть в диапазоне от 0,3 до 0,5 м. Вертикальное напряжение, реализованное этим слоем грунта, должно быть включено в процедуру оценки внешней устойчивости.

6.14 Учитывается, что грунт размещается непосредственно на горизонтальных и вертикальных поверхностях EPS-блоков. В засушливых или полузасушливых регионах, где трудно поддерживать рост растений, используются геосинтетические материалы, например геосетки или георешетки. Ячейки геосинтетического материала могут быть заполнены грунтом, щебнем или цементобетоном.

6.15 Проектирование стен легких насыпей проводится с учетом того, является ли поверхностный слой независимым или физически приложенным к EPS-блокам. Не должны быть нарушены условия устойчивости насыпи из EPS-блоков, зависящих от вида покрытия. Вертикальное напряжение из-за веса дорожного покрытия должно быть включено в расчет для обеспечения устойчивости легкой насыпи.

6.16 Расчетные нагрузки проектируются с учетом того, что силы тяжести вычисляются на предварительно принятом поперечном сечении легкой насыпи, включая дорожное покрытие. Толщина покрытия выбирается от 0,6 до 1,5 м. У различных составляющих слоев дорожного покрытия в расчетах может быть принят полный вес для влажного состояния.

6.17 Состояние грунта, где используются EPS-блоки, определяется также грунтовыми водами. Нормальные и чрезвычайные изменения уровня воды в реке учитываются при проектировании и разработке соответствующих предупредительных мероприятий. В водной среде EPS-блоки будут плавать. Для каждых 100 мм погружения EPS-блока должно быть 50 мм почвы или дорожного покрытия выше EPS-блоков, чтобы противодействовать эффектам плавучести. В качестве альтернативы можно выполнять сборку EPS-блоков с помощью закрепляемых в грунте анкеров.

6.18 Для сейсмических исследований легкую насыпь из EPS-блоков рассматривают как традиционную насыпь, используя определение сейсмических коэффициентов ускорения.

6.19 Ветровые нагрузки из-за низкой плотности EPS-блоков рассматривают с учетом вероятности горизонтального смещения всей легкой насыпи. Горизонтальные нагрузки от воздействия ветра вычисляют на основе эмпирических уравнений, учитывающих квадрат скорости ветра.

6.20 Оценка основного типа отказа SLS (эксплуатационная надежность) делается на основе учета комбинации силы тяжести элементов конструкции легкой насыпи и движения грунтовых вод. Получающиеся вертикальные эффективные нагрузки применены к поверхности слабого основания как гибкой нагруженной области, вычисления проводят обычным способом, подобно типовым легким насыпям.

6.21 Рекомендуется использовать три категории механизмов окончательного отказа (типа ULS): нисходящее вертикальное перемещение всей легкой насыпи в слабое основание, отказ устойчивости вдоль края насыпи, отказ допустимой нагрузки для всей насыпи или боковое сжатие со стороны грунта в горизонтальной плоскости; восходящее вертикальное перемещение всей легкой насыпи из EPS-блоков из-за повышения уровня грунтовых вод; горизонтальное скольжение всей легкой насыпи из-за чрезвычайного ветрового или водного воздействия.

Рекомендуется учитывать, что у материалов легкой насыпи есть нулевое значение для вертикальной силы. Легкая насыпь может быть спроектирована и рассчитана на основе вертикального напряжения. Исследования для наклонной устойчивости выполняются как для типовых легких насыпей.

6.22 Низкие запасы прочности (отношение сил сопротивления вдоль между основанием EPS-блоков к полной горизонтальной движущей силе) могут быть приемлемы для низкой вероятности возникновения отказа легкой насыпи при условии анализа рисков.

6.23 При проектировании внутренней устойчивости легкой насыпи учитывают следующее:

- отдельные EPS-блоки должны быть сцеплены вертикально и горизонтально так, чтобы они вместе представляли собой единое тело;

- дорожное покрытие не должно смещаться горизонтально относительно верхней поверхности EPS-блоков, в случае если легкая насыпь подвергается сейсмической нагрузке (отказ типа ULS);

- сжимающие усилия в пределах слоя EPS-блоков должны быть ниже усилий упругого предела, представленных в таблице 3 (отказ типа SLS).

6.24 Использование блочного расположения EPS-блоков гарантирует устойчивую блокировку в вертикальном направлении.

6.25 Если расчетные силы сопротивления недостаточны, чтобы сопротивляться движущим силам, требуется межблочное сцепление с использованием колючих металлических пластин вдоль горизонтальных слоев EPS-блоков.

6.26 Основная проблема внутренней стабильности - отношение веса EPS-блоков при вертикальном сжатии. Определяют вертикальные нормальные усилия на различных уровнях и в горизонтальных положениях в пределах массы EPS-блоков (взаимодействие между блоками и дорожным покрытием), выбирают плотность EPS-блоков так, чтобы максимальные вертикальные усилия были меньше предела упругости.

6.27 Параметры состава и интенсивности транспортного потока при проектировании являются главными критериями для оценки внутренней устойчивости легких насыпей. Величину и след шины транспортного средства выбирают из технической литературы. Изменение вертикальных усилий ниже поверхности дорожного покрытия оценивают на основе соотношения 2:1 (вертикальные:горизонтальные).

6.28 Полные расчетные вертикальные усилия будут снижаться с глубиной в пределах массы EPS-блоков, поэтому используют уменьшение плотности блоков в направлении вниз и (или) в боковую сторону. Это позволяет сократить экономические затраты. Рекомендуется, чтобы в проекте было не больше двух различных плотностей EPS-блоков.

6.29 Использование EPS40 для главной части легкой насыпи на нижних слоях не рекомендуется.

6.30 Проект базовой конструкции должен оценить систему дорожного покрытия с минимальной толщиной, которая обеспечит условия интенсивности и состава транспортного потока.

6.31 При проектировании дорожного покрытия систему EPS-блоков можно рассматривать как эквивалентный слой грунта со свойствами, сопоставимыми с жесткой глиной средней плотности. В таблице 4 даны рекомендуемые эквивалентные показатели для использования их при вычислениях плотности EPS-блоков.

6.32 Рекомендуется в качестве базового варианта исследовать эффективность использования материала EPS100 для верхнего слоя блоков в горизонтальном сечении. Это обеспечит более жесткий слой блоков и более жесткую рабочую поверхность во время строительства, что может дать дополнительную защиту во время потенциально разрушительной для EPS-блоков строительной фазы.

6.33 Следует размещать слой геосинтетического материала (нетканый геотекстиль) между верхним слоем EPS-блоков и дорожным покрытием. Этот слой служит для боковой фиксации дорожного покрытия и жесткого замыкания с EPS-блоками, чтобы предотвратить проникновение посторонних частиц, воды и других негативно влияющих жидкостей, особенно горючего и масел.

6.34 Для предотвращения обледенения (ночного формирования инея или льда на поверхности дорожного покрытия) рекомендуется устанавливать для дорожного покрытия минимальную толщину от 0,4 до 0,8 мм.

6.35 Проектирование дорожной одежды проводится с учетом задания на проектирование согласно действующему нормативно-техническому обеспечению и особенностей взаимодействия с EPS-массивом.

6.36 Проектируются также элементы обустройства, в том числе дренажные слои, водоотводные лотки и трубы, декоративные облицовочные элементы.

6.37 Открытые поверхности EPS-блоков должны быть покрыты защитным слоем, чтобы предотвратить поверхностные деградации из-за воздействия ультрафиолета и физических повреждений различной природы, а также чтобы обеспечить архитектурно законченный вид.

7.1 Чтобы проверить эффективность применения EPS-массива, рекомендуется проводить сравнительный анализ между двумя проектными решениями для легких насыпей на слабых основаниях: EPS-массив и обычный естественный материал (песок).

7.2 Следует рассмотреть дорожное покрытие из плотных асфальтобетонных смесей толщиной 40 мм и нижний слой толщиной 60 мм и (или) бетонную плиту для распределения вертикальной нагрузки и защиты блоков. Размеры EPS-блоков в общем ортогональном параллелепипеде принимаются равными 2,0 x 1,0 x 0,5 или 3,0 x 1,0 x 0,5 м (минимальное значение толщины 0,5 м). Исследуются математические ожидания и коэффициент вариации изменения напряжения.

7.3 Рекомендуется использовать специализированные расчетные программы. Распределение напряжений и деформаций рассчитывается на основе метода конечных элементов.

7.4 В математической модели дорожную конструкцию следует представлять как линейно-упругую многослойную систему, для которой могут быть оценены напряжение и деформации смещения. В дополнение к статическому весу, произведенному весом дорожного покрытия, расположенного выше EPS-блоков, рекомендуется исследовать стандартную нагрузку 80 кН, реализованную на 0,3 м в диаметре.

В таблице 5 приведены рекомендуемые для расчета механические характеристики материалов, которые использовались в качестве входных данных для вычисления.

7.5 Математический анализ обычно показывает, что уровни напряжения на земляном основании при применении легкой насыпи из EPS-блоков невелики по сравнению с конструкцией из песка, а также что происходит уменьшение вертикального напряжения на 80%.

7.6 Коэффициент трения между блоками принимают равным 0,5. Проверка осуществляется по методу Кулона.

7.7 Учитывая низкую плотность EPS-блоков, необходимо также оценить возможность всплытия блоков в условиях, где происходит взаимодействие с водным несущим пластом (рисунок 8).

7.8 При принятии решения о достоверности результатов расчета рекомендуется сравнивать результаты расчета для различных вариантов проектирования и результаты расчета одних и тех же вариантов с использованием различных программных комплексов.

7.9 Проектирование трех- и многослойных конструкций отличается от проектирования двухслойных конструкций дополнительной проверкой на устойчивость.

8.1 Геосинтетические материалы применяют при строительстве легких насыпей на слабом основании в качестве разделительных и технологических прослоек, укладываемых на подготовленную поверхность слабого основания, при обеспеченной устойчивости всей конструкции (отсутствии изменения формы и размеров в процессе эксплуатации и строительства); армирующих прослоек для обеспечения устойчивости насыпей, которые служат в качестве разделительных или технологических прослоек; вертикальных дренирующих элементов для ускорения фильтрационной осадки толщи слабых грунтов; в целях повышения равномерности осадки; совместно с другими конструкциями согласно рекомендациям [2].

8.2 Технологические и разделительные прослойки при обеспеченной устойчивости слабого основания под действием объемных нагрузок от веса легкой насыпи и транспортной нагрузки устраивают, как правило, из нетканых материалов (иглопробивных) с приведенной плотностью не менее 250 г/м² или термоскрепленных с плотностью не менее 110 г/м².

8.3 Для указанных целей рекомендуется применять тканые сплошные или решетчатые материалы, как правило, на основе полиэфира. Рекомендуется повышать прочность армирующих прослоек на растяжение, а также силы трения материала с нижними слоями насыпи.

При использовании решетчатых материалов в качестве армоэлементов следует их применять в комплексе с разделительными прослойками из нетканых материалов по выравнивающему слою песка толщиной не менее 10 см для исключения перемешивания грунтов различного состава и состояния.

8.4 При расчете легких насыпей на слабых основаниях с использованием армоэлементов из геосинтетических материалов рекомендуется выполнить оценку устойчивости легкой насыпи без армирования в рамках двух расчетных схем - для стадии строительства и в конечном состоянии, когда завершен процесс консолидации. Необходимо иметь информацию о прочности грунта основания при быстром сдвиге и его прочностные характеристики в конечном состоянии после завершения процесса консолидации.

8.5 Если по исходным первичным расчетам устойчивость не обеспечивается, предусматривают использование геосинтетических армоэлементов, предусматривающих необходимое повышение устойчивости насыпи на слабом основании за счет прочности на растяжение и сил трения.

Если устойчивость в конечном (консолидированном) состоянии соответствует требуемым значениям, то срок службы армоэлементов из геосинтетических материалов должен соответствовать времени консолидации. Армоэлементы из геосинтетических материалов должны рассчитываться как временный элемент. Срок службы такого временного элемента (время, в течение которого гарантирована регламентированная прочность) должен быть равен времени консолидации.

8.6 Если по результатам оценки устойчивость неармированной насыпи в конечном (консолидированном) состоянии слабого основания не может быть обеспечена, период эксплуатации назначаемой при этом геосинтетической арматуры должен соответствовать сроку службы сооружения (дорожной конструкции).

В этом случае материал для армирования следует подбирать так, чтобы устойчивость насыпи на слабом основании была обеспечена на стадии строительства и под действием растягивающих напряжений, реализующихся в течение всего срока эксплуатации сооружения.

8.7 На основе результатов оценки устойчивости легкой насыпи на слабом основании выполняют расчеты устойчивости насыпей с армирующей прослойкой в основании.

8.8 Для подтверждения устойчивости насыпи с армирующей прослойкой необходимо рассмотреть два предельных состояния: по несущей способности и "эксплуатационное" предельное состояние, т.е. с учетом консолидации слабого грунта в основании. Оценка устойчивости должна включать также следующие отдельные расчеты:

- для подтверждения исключения скольжения откосных частей в зонах выше арматуры без ее разрыва;

- для подтверждения скольжения откосных частей в зонах ниже арматуры без ее разрыва;

- по схеме "обрушение со срезом и вращением" с использованием метода круглоцилиндрических поверхностей скольжения:

- по схеме "выдавливания" без разрыва арматуры;

- на недопущение вырывания армоэлементов из тела легкой насыпи на контакте со слабым основанием.

8.9 Проверка прочности армоэлементов выполняется методом обратного расчета. Определяется предел прочности армирующего геосинтетического материала F_k при растяжении

где F_d - требуемая прочность на растяжение арматуры из геосинтетических материалов;

A₁ - коэффициент учета ползучести (коэффициент перехода от прочности на растяжение к длительной прочности); A₁ = 0,5 - 0,8;

A₂ - коэффициент учета повреждения материала при транспортировке, монтаже и уплотнении грунта; A₂ = 0,95;

A₃ - коэффициент учета стыковки, взаимного перекрытия и соединения армоэлементов; A₃ = 0,8;

A₄ - коэффициент учета влияния окружающей среды; A₄ = 0,9;

- коэффициент запаса для гибких армоэлементов; .

Геосинтетические армоэлементы выбирают так, чтобы их прочность на растяжение была равна параметру F_k, рассчитанному по формуле (7).

8.10 Применение геосинтетических прослоек в основании легкой насыпи на слабых основаниях осуществляют для снижения неравномерности осадки, а также с целью уменьшения толщины насыпного слоя низких насыпей. При этом предотвращается колейность от движения технологического транспорта в случае низких насыпей и создаются благоприятные условия для уплотнения нижних слоев насыпей высотой более 2 м.

8.11 Возможность снижения величины осадки легкой насыпи на слабом основании с использованием геосинтетического материала (нетканого геотекстиля) в основании за счет уменьшения ее неравномерности определяют в следующем порядке:

1) приводят трапецеидальную нагрузку от веса насыпи к эквивалентной равномерно распределенной нагрузке P₀ и определяют реактивную силу T, возникающую в прослойке при ее растяжении, по формуле

где E₁ - модуль деформации прослойки из геосинтетического материала;

b - полуширина эквивалентной равномерно распределенной нагрузки:

S - конечная осадка насыпи без прослойки

H_сл - мощность слабого основания;

E_сл - модуль деформации грунта основания;

2) определяют необходимую ширину краевых зон нижних слоев насыпи d для обеспечения защемления армирующей прослойки в грунте по формуле

где - угол внутреннего трения грунта насыпи;

Затем устанавливают расчетную нагрузку P_j на основание от насыпи с армирующей прослойкой по формуле

3) определяют величину конечной осадки насыпи S_г с прослойкой в основании по формуле

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

где - длина участка насыпи.

8.13 Разделительные прослойки из геосинтетических материалов рекомендуется применять также в случаях, когда нижняя часть насыпи возводится из торфа или глинистого грунта повышенной влажности. Их размещают на границе контакта грунтов различного состава, что обеспечивает повышение несущей способности насыпи. Прослойки укладывают с поперечным уклоном в обе стороны от оси легкой насыпи не менее для исключения застоя воды в теле насыпи.

8.14 В ряде случаев при необходимости использования грунтов повышенной влажности при сооружении легких насыпей для обеспечения устойчивости и ускорения осадки отсыпают дренирующие прослойки из песка. Для исключения перемешивания дренирующих и глинистых грунтов используют разделительные прослойки из нетканых материалов или армирующие прослойки из тканых материалов в основании этих слоев, что позволяет сократить толщину дренирующего слоя на 20% - 30%.

8.15 Образующиеся зазоры, прилегающие к объектам дорожного строительства или возникающие во время эксплуатации, рекомендуется заполнять вспененным пенополиуретаном.

8.16 На пучиноопасных участках для предотвращения недопустимых деформаций легких насыпей предусматривают теплоизолирующие слои из специальных материалов для частичного или полного исключения промерзания земляного полотна. Для устройства теплоизолирующих слоев в неблагоприятных грунтово-гидрологических условиях следует рассмотреть вариант применения сшитых пенопластов.

9.1 Соответствие проектных значений параметров и других проектных характеристик легкой насыпи на слабом основании требованиям безопасности, а также проектируемые мероприятия по обеспечению безопасности должны быть обоснованы требованиями ТР ТС 014/2011 и Федерального закона [6], стандартов и сводов правил, включенных в части 1 и 7 статьи 6 указанного закона, ГОСТ 27751-2014.

9.2 В проектной документации на проектирование легкой насыпи на слабом основании содержится следующая информация:

- идентификационные признаки сооружения в соответствии с частью 1 статьи 4 Федерального закона [6];

- срок эксплуатации легкой насыпи и ее частей;

- показатели энергетической эффективности сооружения;

- степень огнестойкости.

9.3 В проектной документации предусматривают:

возможность безопасной эксплуатации сооружения и требования к способам проведения мероприятий по техническому обслуживанию, при выполнении которых отсутствует угроза нарушения безопасности строительных конструкций, сетей и систем инженерно-технического обеспечения или недопустимого ухудшения параметров среды обитания людей;

минимальную периодичность осуществления проверок, осмотров и освидетельствований состояния строительных конструкций, основания, сетей и систем инженерно-технического обеспечения здания или сооружения и (или) необходимость проведения мониторинга компонентов окружающей среды, состояния основания, строительных конструкций и систем инженерно-технического обеспечения в процессе эксплуатации здания или сооружения;

сведения для пользователей и эксплуатационных служб о значениях эксплуатационных нагрузок на строительные конструкции, сети и системы инженерно-технического обеспечения, которые недопустимо превышать в процессе эксплуатации сооружения;

сведения о размещении скрытых электрических проводок, трубопроводов и иных устройств, повреждение которых может привести к угрозе причинения вреда жизни и здоровью людей, имуществу физических или юридических лиц, государственному или муниципальному имуществу, окружающей среде, жизни и здоровью животных и растений.

9.4 Обязательная оценка соответствия легкой насыпи, а также процессов проектирования (включая изыскания) осуществляется лицом, подготовившим проектную документацию, путем составления заверения о том, что проектная документация разработана в соответствии с заданием на проектирование и требованиями Федерального закона [6].

9.5 В проектной документации учитывают требования Федерального закона [6], ТР ТС 014/2011. Основные положения и требования приводятся в приложении А.

10.1 Материал EPS-блоков является экологически чистым и безопасным во время производства, строительства и при нахождении в грунте. Помещенные в грунт EPS-блоки не выделяют газы, вредные для озонового слоя Земли. У EPS-блоков не происходит химических изменений или реакций в грунте (насыпи), самовозгорания или образования токсичных веществ.

10.2 При производстве работ не происходит возникновения шума, пыли или специфического запаха, которые могут быть напрямую связаны с использованием EPS-блоков.

10.3 Мероприятия по охране окружающей среды, предусмотренные в проектной документации сооружения в соответствии с федеральными законами и другими нормативными правовыми актами Российской Федерации, должны обеспечивать предотвращение или минимизацию оказания негативного воздействия на окружающую среду.

10.4 При выполнении мероприятий охраны окружающей среды руководствуются ГОСТ 17.4.3.02-85.

11.1 Общие требования к безопасности проведения работ отражены в ГОСТ 12.0.004-2015, ГОСТ 12.3.020-80*, ГОСТ 12.4.011-89.

11.2 Необходим постоянный учет и мониторинг разрушительного влияния отходов производств и нефтепродуктов на вспененный полистирол EPS-блоков на этапах строительства и эксплуатации легких насыпей.

Анализ основных положений Федерального закона N 384-ФЗ [6] дает возможность отнести к сооружениям автомобильную дорогу, возводимую из легких насыпей на слабых основаниях с применением легких геокомпозиционных материалов, как результат строительства, представляющий собой линейную строительную систему, имеющую наземную часть, состоящую из несущих, а в отдельных случаях и ограждающих строительных конструкций и предназначенную для перемещения людей и грузов.

Этот закон распространяется на все этапы жизненного цикла сооружения. Он устанавливает минимально необходимые требования к сооружениям, а также к связанным с ними процессам проектирования (включая изыскания), строительства, монтажа, наладки, эксплуатации и утилизации (сноса), в том числе требования:

- механической безопасности;

- пожарной безопасности;

- безопасности при опасных природных процессах и явлениях и (или) техногенных воздействиях;

- безопасных для здоровья человека условий проживания и пребывания в сооружениях;

- безопасности для пользователей сооружениями;

- доступности сооружений для инвалидов и других групп населения с ограниченными возможностями передвижения;

- энергетической эффективности сооружений;

- безопасного уровня воздействия сооружений на окружающую среду.

В результате идентификации сооружение должно быть отнесено к одному из уровней ответственности, под которым понимают характеристику сооружения, определяемую в соответствии с объемом экономических, социальных и экологических последствий его разрушения: повышенный, нормальный, пониженный.

Безопасность сооружений, а также связанных с ними процессов проектирования, строительства, монтажа, наладки, эксплуатации и утилизации обеспечивается посредством установления соответствующих требованиям безопасности проектных значений параметров сооружений и качественных характеристик в течение всего жизненного цикла сооружения, реализации указанных значений и характеристик в процессе строительства, реконструкции, капитального ремонта и поддержания состояния таких параметров и характеристик на требуемом уровне в процессе эксплуатации, консервации и сноса сооружений.

Строительные конструкции и основание сооружения должны обладать такой прочностью и устойчивостью, чтобы в процессе строительства и эксплуатации не возникало угрозы причинения вреда жизни или здоровью людей, имуществу физических или юридических лиц, государственному или муниципальному имуществу, окружающей среде, жизни и здоровью животных и растений в результате:

- разрушения отдельных несущих строительных конструкций или их частей;

- разрушения всего сооружения или его части;

- деформации недопустимой величины строительных конструкций, основания сооружения и геологических массивов прилегающей территории;

- повреждения части сооружения, сетей или систем инженерно-технического обеспечения в результате деформации, перемещений либо потери устойчивости несущих строительных конструкций, в том числе отклонений от вертикальности.

Сооружение должно быть спроектировано и построено таким образом, чтобы при нахождении человека поблизости от сооружения не возникало вредного воздействия на человека в результате физических, биологических, химических, радиационных и иных воздействий. Сооружения должны быть спроектированы таким образом, чтобы в процессе их строительства и эксплуатации не возникало угрозы оказания негативного воздействия на окружающую среду.

Соответствие проектных значений параметров и других проектных характеристик сооружения требованиям безопасности, а также проектируемые мероприятия по обеспечению его безопасности должны быть обоснованы ссылками на требования закона, стандартов и сводов правил или специальных технических условий. В случае отсутствия указанных требований соответствие проектных значений и характеристик сооружения требованиям безопасности, а также проектируемые мероприятия по обеспечению его безопасности должны быть обоснованы одним или несколькими способами из следующих:

- результаты исследований;

- расчеты и (или) испытания, выполненные по сертифицированным или апробированным иным способом методикам;

- моделирование сценариев возникновения опасных природных процессов и явлений и (или) техногенных воздействий, в том числе при неблагоприятном сочетании опасных природных процессов и явлений и (или) техногенных воздействий;

- оценка риска возникновения опасных природных процессов и явлений и (или) техногенных воздействий.

За предельное состояние строительных конструкций и основания по прочности и устойчивости должно быть принято состояние, характеризующееся:

- разрушением любого характера;

- потерей устойчивости формы;

- потерей устойчивости положения;

- нарушением эксплуатационной пригодности и иными явлениями, связанными с угрозой причинения вреда жизни и здоровью людей, имуществу физических или юридических лиц, государственному или муниципальному имуществу, окружающей среде, жизни и здоровью животных и растений.

В расчетах строительных конструкций и основания должны быть учтены все виды нагрузок, соответствующих функциональному назначению и конструктивному решению сооружения, климатические, а в необходимых случаях технологические воздействия, а также усилия, вызываемые деформацией строительных конструкций и основания.

Расчетные модели (в том числе расчетные схемы, основные предпосылки расчета) строительных конструкций и основания должны отражать действительные условия работы сооружения, отвечающие рассматриваемой расчетной ситуации. При этом должны быть учтены:

- факторы, определяющие напряженно-деформированное состояние;

- особенности взаимодействия элементов строительных конструкций между собой и с основанием;

- пространственная работа строительных конструкций;

- геометрическая и физическая нелинейность;

- пластические и реологические свойства материалов и грунтов;

- возможность образования трещин;

- возможные отклонения геометрических параметров от их номинальных значений.

Расчеты, обосновывающие безопасность принятых конструктивных решений сооружения, должны быть проведены с учетом уровня ответственности проектируемого сооружения. С этой целью расчетные значения усилий в элементах строительных конструкций и основании сооружения должны быть определены с учетом коэффициента надежности по ответственности.

Обязательная оценка соответствия зданий и сооружений, а также связанных с сооружениями процессов эксплуатации требованиям закона и требованиям, установленным в проектной документации, осуществляется в форме эксплуатационного контроля и государственного контроля (надзора).

Технический регламент ТР ТС 014/2011 с учетом степени риска причинения вреда устанавливает минимально необходимые требования к автомобильным дорогам, выполнение которых достигается в процессе изысканий, проектирования, строительства, реконструкции, капитального ремонта и эксплуатации.

В соответствии с ТР ТС 014/2011 земляное полотно как конструктивный элемент, служащий основанием для размещения дорожной одежды, а также технических средств организации дорожного движения и обустройства автомобильной дороги, представленное в виде насыпей, и в частности легких насыпей на слабых основаниях, является объектом технического регулирования на вновь строящихся, реконструируемых, капитально ремонтируемых и эксплуатируемых автомобильных дорогах общего пользования. При установлении и соблюдении соответствующих требований безопасности проектных значений параметров легких насыпей на слабых основаниях с применением легких геокомпозиционных материалов, в том числе допустимых весовых и габаритных параметров транспортных средств, а также показателей прочности, надежности и устойчивости элементов в течение всего срока службы, будет обеспечиваться безопасность автомобильных дорог и дорожных сооружений на них, а также связанных с ними процессов проектирования (включая изыскания), строительства, реконструкции, капитального ремонта и эксплуатации.

Материалы топографо-геодезических, инженерно-геологических, гидрологических, экологических, а при необходимости и других видов изыскательских работ должны содержать все необходимые данные, в том числе и для проведения расчетов прочности и устойчивости легких насыпей на слабых основаниях с применением легких геокомпозиционных материалов, дорожной одежды и других конструктивных элементов, а также для разработки иных мероприятий, связанных с безопасностью автомобильной дороги на стадиях ее проектирования, строительства, реконструкции, капитального ремонта и эксплуатации.

Должны предусматриваться удерживающие дорожные ограждения в потенциально опасных местах возможного возникновения дорожно-транспортных происшествий на участках автомобильной дороги, с высокими легкими насыпями и (или) крутыми (вертикальными) откосами легких насыпей на слабом основании с применением легких геокомпозиционных материалов.