ОТРАСЛЕВОЙ ДОРОЖНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ
М ЕТОДИЧЕСКИ Е РЕ КОМ ЕНДАЦИ11 ПО ПРИМЕНЕНИЮ ТРУБЧАТЫХ СВАРНЫХ ШПУНТОВ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ДОРОЖНОЕ АГЕНТСТВО (РОСАВТОДОР)
МОСКВА 2017
О ДМ 218. 2.090-2017
Предисловие
1 РАЗРАБОТАН ООО «Центр-Дорсервис»
2 ВНЕСЁН Управлением научно-технических исследований и информационного обеспечения и Управлением проектирования и строительства автомобильных дорог
3 ИЗДАН на основании распоряжения Федерального дорожного агентства от 25.09.2017 № 2678-р
4 ИМЕЕТ РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ ХАРАКТЕР
5 ВВЕДЁН ВПЕРВЫЕ
II
ОДМ 218. 2.090-2017
А,о, площадь сечения рабочей арматуры железобетона заполнения
внутренней полости труб (см2);
у удельный вес грунта (кН/м3);
(р угол внутреннего трения грунта (градус); с удельное сцепление грунта (кПа);
pv - вертикальное давление грунта за задней гранью подпорной стенки
(кПа);
Pzg - природное давление грунта основания со стороны передней грани подпорной стенки (кПа);
ра активное давление грунта на заднюю грань подпорной стенки (кПа); р„ - пассивное давление грунта на переднюю грань подпорной стенки
(кПа);
pz контактные давления шпунтовой стенки (сваи) и грунтового основания (кПа);
у2 совместные перемещения шпунтовой стенки (сваи) и грунтового основания (м);
С2 коэффициент постели, выражающий отношение контактных давлений и совместных перемещений шпунтовой стенки (сван) и грунтового основания (кН/м3);
К коэффициент пропорциональности с размерностью кН/м4, принимаемый в зависимости от вида грунта;
Zo координата длины стенки, отсчитываемая от поверхности основания
(м);
Р расчётная вертикальная нагрузка на 1 погонный метр трубошпунтовой подпорной стенки (кН/м);
N расчётная вертикальная нагрузка на трубу в составе трубошпунтовой подпорной стенки (кН).
Основные сокращения ИГЭ - инженерно-геологический элемент грунтового основания;
КЭ - конечный элемент;
7
ОДМ218. 2.090-2017
МКЭ - метод конечных элементов;
ПОС - проект организации строительства;
ППР - проект производства работ;
Г1С - предельное состояние;
СТО - стандарт организации;
ТУ - технические условия;
ШТС - шпунт трубчатый сварной.
5 Общие положении
5.1 Стальные трубчатые сварные шпунты (ШТС) состоят из стальной трубы и приваренных к ней замковых соединений. Внутренняя полость трубы заполняется песчано-цементной смесью, монолитным железобетоном или на части длины трубы в пределах основания сохраняется грунтовое ядро.
В Российской Федерации освоено производство ШТС в соответствии с национазьный стандартом ГОСТ Р 52664. Сортамент конструкций ШТС включает набор вариантов профилей, обеспечивающий эффективное использование их несущей способности и геометрической формы применительно к условиям различных проектов.
Конструкции ШТС обеспечивают экономичность и технологичность инженерных решений в связи с высокой эффективностью использования стали, высоким уровнем заводской готовности и антикоррозийной защиты, прочностью и простотой выполнения стыковых соединений, пригодностью к скоростному строительству и производству работ в стесненных условиях.
5.2 Настоящие Методические рекомендации предназначены для использования при применении ШТС в качестве элементов капитальных инженерных сооружений в составе автомобильных дорог, относящихся к классам сооружений КС-2, КС-1 в соответствии с ГОСТ 27751, 1-й и 2-й геотехнической категории сложности проектирования в соответствии с СП 22.13330, на территориях (площадках проектирования) с сейсмичностью до 9 базлов в соответствии с СП 14.13330.
8
ОДМ 218. 2.090-2017
Надёжность, безотказность, безопасная эксплуатация, долговечность дорожных инженерных сооружений с конструкциями из ШТС обеспечиваются следующими средствами:
- разработкой и математическим описанием расчётных схем, отражающих условия восприятия действующих нагрузок и силовых воздействий;
- видами и критериями предупреждаемых расчётами предельных состояний, отражающими формы разрушения и деформирования;
- применением коэффициентов надёжности, условий работы, сочетаний нагрузок в соответствии с действующими ГОСТами и сводами правил;
- соблюдением норм проектирования и конструктивных требований в соответствии с действующими ГОСТами и сводами правил;
- требованиями к прочности грунтов оснований, в которых допускается устройство фундаментных конструкций ШТС;
- техническими требованиями к конструкциям заводского изготовления, описаниями рекомендуемых конструктивно-технологических решений, антикоррозийной защиты, строительных технологий, системы наблюдений и содержания эксплуатируемых объектов.
6 Конструкции заводскою изготовления. Технические требования
6.1 Профили ШТС изготавливаются из стальных бесшовных горячекатаных труб по ГОСТ 8732 и электросварных прямошовных труб по ГОСТ 10704, ГОСТ 10706, ГОСТ 20295, к которым сварными соединениями крепят шпунтовые замки. Сортамент труб диаметром 530-1420 мм принимается в соответствии с ГОСТ 52664.
Применение электросварных спиральношовных труб в соответствии с ГОСТ 8696 и ГОСТ 20295 допускается в сортаменте в соответствии с ГОСТ 52664 для строительства дорожных подпорных стенок и подпорных стенок в составе устоев с раздельными функциями.
9
О ДМ 218. 2.090-2017
Маркировка шпунта состоит из следующих позиций: ШТС, D - диаметр в мм, 6 - толщина стенки в мм, марка замка, ГОСТ или Технические условия на изготовление трубошпунта. Например: ШТС-820* 10-ЗСГ1** ТУ 5264-017-13512256-2016.
Диаметры, толщины стенок и геометрические характеристики сечений труб представлены в таблице А1 приложения А.
Замковые соединения могут располагаться в соответствии со схемами на рисунке 1 в диаметральной плоскости или в радиальных плоскостях под требуемым углом.
Замковые соединения могут привариваться к трубам на части их длины.
|
а - положение замков при диаметральном расположении; б — положение замков в радиальных плоскостях;
1 - замок; 2 - труба; 0-0 - ось шпунтового ряда, у- угол поворота шпунтового ряда Рисунок 1 - Положение замков на обычном и угловом шпунтовых профилях |
6.2 Для изготовления труб в составе ШТС мостовых и дорожных сооружений допускается применение сталей марок, предусмотренных в ГОСТ 52664.
Для элементов замковых соединений следует применять стали марок предусмотренных в СП35.13330.
Тип исполнения стальных конструкций (обычное, северное А, северное Б) следует назначать в зависимости от минимальной расчетной температуры согласно п. 8.1 (таблица 8.1) СП 35.13330.
Прокат из стали всех марок, применяемых для изготовления конструкций ШТС, должен поставляться с гарантией свариваемости
Качество применяемых конструкций ШТС должно удостоверяться сертификатом (паспортом) предприятия-изготовителя.
ОДМ 218. 2.090-2017
6.3 Рекомендуемый сортамент замковых соединений для изготовления ШТС представлен в таблице Б1 приложения Б.
Допускается применение замковых соединений, не приведенных в приложении Б, при условии обеспечения несущей способности на разрыв не менее 1500 кН/м.
6.4 Величину разрывного усилия в замковых соединениях ШТС следует определять по результатам заводских испытаний. В замковых соединениях, соответствующих схеме на рисунке 2, допускается определять величину расчётного разрывного усилия Рр^р (кН) на участке длиной L = 1 м = 1000 мм по формуле, полученной из условия отгиба головок.
0,001 R±tir
где Rv, МПа расчётное сопротивление стали замкового соединения, Иг минимальная толщина концов головок профилей, образующих замковое соединение (Иг 12; 10; 8 мм), s, мм расстояние от линии действия силы,
|
Рисунок 2 - Схема к расчёту разрывного усилия замкового соединения |
Р '2 Рртрйо сечения толщиной Иг.
Сечения сварных швов, соединяющих трубы и замковые соединения, определяются по условию равенства их сопротивления срезу величине разрывною усилия в замке.
6.5 Отклонение размеров и формы шпунтовых профилей от номинальных значений не должны превышать предельных значений, указанных в ГОСГ Р 52664.
II
ОДМ218. 2.090-2017
6.6 Допускается использовать трубы и прокат для замков с поперечными стыками. Число поперечных стыков в трубе шпунтовой сваи не должно превышать:
- одного при длине профиля менее 12 м,
- двух при длине профиля от 12 до 24 м,
- четырех при длине от 24 до 42 м,
- пяти при длине от 42 до 48 м.
Минимальное расстояние от торца трубы до ближайшего к нему стыка 1 м. Расстояние между стыками должно быть не менее 3 м.
При наличии поперечного шва продольные швы стыкуемых частей прямошовных труб должны быть смещены один относительно другого в соответствии с ГОСТ 10706.
6.7 Для сооружения дорожных подпорных стен и подпорных стенок в составе устоев с раздельными функциями допускается использовать трубы по ГОСТ 10704, ГОСТ 10706, ГОСТ 8732, ГОСТ 20295, бывшие в употреблении и прошедшие входной контроль в соответствии с требованиями ГОСТ Р 52664 (п. п. 5.7,6.3,7.1).
6.8 Сварочные материалы, требования к качеству сварных соединений, методы и объем контроля сварных соединений при изготовлении шпунтовых замков и ШТС назначаются в соответствии с Ш-
6.9 Антикоррозионное покрытие конструкций ШТС выполняется в соответствии с указаниями раздела 8 настоящих Методических рекомендаций.
6.10 В рабочей документации (чертежи КМ) на конструкции ШТС должны содержаться следующие данные:
- полные длины, толщины стенок и участки труб по длине, на которых крепятся (привариваются) замковые соединения;
- конструкции замковых соединений, их длина и положение по высоте трубы и в радиальных плоскостях (рисунок 1);
- марки сталей труб и замковых соединений;
- категория и тип сварных швов по классификации [ 1 ];
ОДМ 218. 2.090-2017
Содержание
1 Область применения................................................................................................1
2 Нормативные ссылки...............................................................................................1
3 Термины и определения..........................................................................................4
4 Основные обозначения и сокращения...................................................................6
5 Общие положения....................................................................................................8
6 Конструкции заводского изготовления. Технические требования.....................9
7 Конструктивно-технологические решения.........................................................14
8 Долговечность и антикоррозийная защита.........................................................22
9 Расчеты конструкций из ШТС..............................................................................24
10 Возведение конструкций из ШТС. Строительные технологии, механизмы,
техническое оборудование.......................................................................................32
11 Эксплуатация и содержание ШТС в составе дорожных сооружений............44
Приложение А Сортамент и геометрические характеристики труб в составе трубошпунтовых стенок...........................................................................................49
Приложение Б Рекомендуемый сортамент замковых соединений.....................51
Приложение В Инженерный метод расчета конструкций из ШТС....................55
Приложение Г Указания к расчету дорожных инженерных сооружений из ШТС методом конечных элементов (МКЭ) с использованием упругопластической модели грунта........................................................................89
Библиография............................................................................................................93
III
ОДМ218. 2.090-2017
I Область применения
Отраслевой дорожный методический документ «Методические рекомендации по применению трубчатых сварных шпунтов при строительстве автомобильных дорог» (далее - методический документ) является актом рекомендательного характера.
Методический документ адресован специализированным организациям, участвующим в дорожной деятельности на территории Российской Федерации.
Методический документ применяется при проектировании, экспертизе проектов, строительстве, реконструкции и содержании инженерных сооружений из трубчатого сварного шпунта (ШТС) в составе автомобильных дорог, относящихся к классам сооружений КС-2, КС-1 нормального и пониженного уровней ответственности в соответствии с ГОСТ 27751: мостовых устоев, дорожных подпорных стенок, ограждающих и засыпных сооружений.
2 Нормативные ссылки
В настоящем методическом документе использованы нормативные ссылки на следующие документы:
Градостроительный кодекс Российской Федерации от 29 декабря 2004 г.
Федеральный закон «О техническом регулировании» № 184-ФЗ.
ГОСТ 9.402-2004 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия лакокрасочные. Подготовка металлических поверхностей к окрашиванию.
ГОСТ 12.3.009-76 Система стандартов безопасности труда. Работы погрузочно-разгрузочные. Общие требования безопасности.
ГОСТ 5264-80* Ру чная дуговая сварка. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры.
ГОСТ 5686-2012 Грунты. Методы полевых испытаний сваями.
ГОСТ 6713-91 Прокат низколегированный конструкционный для мостостроения. Технические условия.
1
О ДМ 218. 2.090-2017
ГОСТ 8696-74 Трубы стальные электросварные со спиральным швом общего назначения. Технические условия.
ГОСТ 8732-78* Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Сортамент.
ГОСТ 10704-91 Трубы стальные электросварные прямошовные. Соргамент. ГОСТ 10706-76 Трубы стальные электросварные прямошовные. Технические требования.
ГОСТ 12248-2010 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости.
ГОСТ 14098-2014 Соединения сварные арматуры и закладных изделий железобетонных конструкций. Типы, конструкции и размеры
ГОСТ 14771-76 Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные. Основные типы. Конструктивные элементы и размеры.
ГОСТ 15150-69 Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды.
ГОСТ 19281-2014 Прокат из стали повышенной прочности. Общие технические условия.
ГОСТ 20295-85 Трубы стальные сварные для магистральных газонефтепроводов. Технические условия.
ГОСТ 20522-2012 Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний.
ГОСТ 25100-2011 Грунты. Классификация.
ГОСТ 27751-2014 Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения.
ГОСТ 32960-2014 Дороги автомобильные общего пользования.
Нормативные нагрузки. Расчетные схемы нагружения.
ГОСТ 33178-2014 Дороги автомобильные общего пользования.
Классификация мостов.
ОДМ 218. 2.090-2017
ГОСТ 33384-2015 Дороги автомобильные общего пользования.
Проектирование мостовых сооружений. Общие требования.
ГОСТ 33390-2015 Дороги автомобильные общего пользования. Мосты. Нагрузки и воздействия
ГОСТ 33391-2015 Дороги автомобильные общего пользования.
Мостовые сооружения. Габариты приближения конструкций
ГОСТ Р 52664-2010 Шпунт трубчатый сварной. Технические условия. ГОСТ Р 55374-2012 Прокат из стали конструкционной легированной для мостостроения. Общие технические условия
СП 14.13330.2014 Строительство в сейсмических районах. Актуализированная редакция СНиП II-7-8I* (с изменением 1).
СП 16.13330.2011 Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП 11-23-81* (с изменением 1).
СП 22.13330.2011 Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83* (с изменением 1).
СП 24.13330.2011 Свайные фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85 (с изменением 1).
СП 28.13330.2012 Защита строительных конструкций от коррозии. Актуализированная редакция СНиП 2.03.11-85 (с изменением 1, 2).
СП 34.13330.2012 Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 2.05.02-85*.
СП 35.13330.2011 Мосты и трубы. Актуализированная редакция СНиП
2.05.03- 84* (с изменением 1).
СП 45.13330.2012 Земляные сооружения, основания и фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 3.02.01-87.
СП 46.13330.2012 Мосты и трубы. Актуализированная редакция СНиП
3.06.04- 91 (с изменением 1).
СП 48.13330.2011 Организация строительства. Актуализированная редакция СНиП 12-01-2004 (с изменением 1).
3
О ДМ 218. 2.090-2017
СП 63.13330.2012 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003. (с изменением 1,2)
СП 70.13330.2012 Несущие и ограждающие конструкции. Актуализированная редакция СНиП 3.03.01-87 (с изменением 1).
СНиП 3.01.04-87 Приемка в эксплуатацию законченных строительством объектов. Основные положения.
СНиП 12-03-2001 Безопасность труда в строительстве. Часть 1. Общие требования.
СНиП 12-04-2002 Безопасность труда в строительстве. Часть 2. Строительное производство.
3 Термины и определения
В настоящих Методических рекомендациях применены следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 активное и пассивное давление грунта на стенку: Виды давления грунта засыпки на стенку (в том числе подпорную стенку шпунтового типа), формирующиеся при перемещении стенки в сторону от засыпки (а. д.) и в сторону засыпки (п. д.). А. и п. д. соответствуют состоянию предельного равновесия грунтовой среды в соответствии законом Кулона и уравнением Мора-Кулона.
3.2 грунтовое ядро: Грунт, сохраняющийся или оставляемый во внутренней полости трубы трубчатой шпунтовой сваи во время или после ей погружения.
3.3 дисперсные грунты: Класс грунтов с физическими (водноколлоидными), физико-механическими и механическими (структурными) связями: пески, крупнообломочные, глинистые (супеси, суглинки, глины) грунты.
3.4 дорожная деятельность: Деятельность по проектированию, строительству, реконструкции, капитальному ремонту, ремонту' и содержанию автомобильных дорог.
4
ОДМ218. 2.090-2017
3.5 закон Кулона: Соотношение между касательным г и нормальным а напряжениями, действующими на площадках возможного начала скольжения. 3. К. записывается в виде: г a tg(p+c, где tg(p - коэффициент трения, (р - угол внутреннего трения, с - удельное сцепление.
3.6 континуальный конечный элемент: Термин из теории метода конечных элементов, фрагмент плоской или пространственной расчётной области в совокупности с заданными функциями, описывающими перемещения точек внутри и на внешних границах.
3.7 напряжённое состояние в точке: Совокупность нормальных и касательных напряжений, действующих по всем возможным площадкам, пересекающимся в этой точке.
3.8 подпорная стенка шпунтового типа: Разновидность стальных или железобетонных изгибаемых подпорных стенок, состоящих из воспринимающей горизонтальное давление грунта надземной части и заделанной в основание подземной (заглублённой) части.
3.9 сварной трубчатый шпунт: Шпунтовая стена, состоящая из стальных трубчатых сварных шпунтовых свай. Трубчатая сварная шпунтовая свая состоит из стальной трубы и приваренных к ней замковых соединений.
3.10 слабые глинистые грунты: Грунты с сопротивляемостью сдвигу менее 0,075 МПа или модулем деформации менее 5 МПа. К слабым грунтам относятся текучепластичные глины и суглинки, пластичные супеси с показателем текучести более 0,5.
3.11 структурно-неустойчивые грунты: Грунты, при приложении к которым даже незначительных по величине нагрузок происходит нарушение структурных связей с резким ухудшением механических свойств. К структурно-неустойчивым грунтам относятся илы, торфы, заторфованные грунты, техногенные отложения.
3.12 уравнение Мора-Кулона: Соотношение компонентов
напряжений, описывающее придельное напряжённое состояние в точке (элементарном объёме) грунтовой среды.
5
3.13 устои с совмещенными функциями: Устои мостовых
сооружений, совмещающие функции восприятия горизонтального давления грунта засыпки и опирания пролетного строения.
3.14 устои с раздельными функциями: Устои мостовых сооружений, состоящие из подпорной стенки, воспринимающей горизонтальное давление грунта, и опоры, на которую опирается пролетное строение.
Термины надёжность строительного объекта (безотказность), предельное состояние, срок службы строительного объекта применяются в соответствии с определениями, принятыми в ГОСТ 27751, термин долговечность - в соответствии с определением, принятым в ГОСТ 33178.
4 Основные обозначения и сокращения
Обозначения в разделе 8 «Долговечность и антикоррозийная защита»
6пр проектная толщина стенок стальных труб (мм);
Span расчётная толщина стенок стальных труб (мм);
So# уменьшение толщины стенок стальных труб в результате коррозии (мм).
Обозначения в разделе 9 «Расчёт конструкций из ШТС»
А, /, W - расчётные геометрические характеристики сечения, приведенные к 1-му погонному метру трубошпунта: площадь, момент инерции, момент сопротивления крайнего волокна (см2/м, см4/м, см7м);
Аоу Iо, Wd - геометрические характеристики сечений полых труб с учётом коррозионного износа (см2, см4, см3);
D- внешний диаметр трубы (мм);
а - расстояние в свету между трубами (мм);
Ared, /#*/- приведенные к стали площадь и момент инерции сечений труб, заполненных железобетоном (см2, см4);
Н% модуль упругости стали и арматуры (МПа);
Еь модуль упругости бетона заполнения внутренней полости труб
(МПа);
п%ь - отношение модулей упругости стали и бетона:
6