ОТРАСЛЕВОЙ ДОРОЖНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ

РОСПВТОПОР

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАСЧЕТАМ ГИБКОГО РОСТВЕРКА С ПРИМЕНЕНИЕМ ГЕОСИНТЕТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТОВ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ДОРОЖНОЕ АГЕНТСТВО (РОСА ВТО ДОР)

МОСКВА 2020

I РАЗРАБОТАН: Обществом с ограниченной ответственностью «НЮ-ПРОЕКТ». Руководитель работ - канд. воен. наук Артемьев М.Ю. Документ разработан канд. гео л.-минерал. наук Федоренко Е.В., канд. техн. наук Устяном Н.А., канд. техн. наук Мариненко Д.В., инж. Есаулковым Г А. В соответствии с государственным контрактом от 18.02.2019 № ФДА 47/10

2    ВНЕСЕН:    Управлением    научно-технических    исследований    и

информационного обеспечения Федеральною дорожного агентства.

3    ИЗДАН на основании распоряжения Федерального дорожного агентства от «13» августа 2020 г. № 2521-р

4    ИМЕЕТ РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ ХАРАКТЕР

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Рисунок 1 - Общая конструктивная схема насыпи на свайном фундаменте

4.5 Для эффективного использования геосшггстичсских материалов в качестве армирующего элемента в составе гибкою ростверка на свайных фундаментах и применения метода расчета, представленного в настоящем документе, следует обеспечивать условия п.п. 4.5.1,4.5.2.

4.5.1 Соотношение жесткостей элементов свайною фундамента должно удовлетворять условию, определяемому' но формуле (1):

(1)

где    k_{s p}    осевая жесткость сваи, кН/м, определяемая по формуле (2):

(2)

s_v - осадка сваи от единичной силы (1 к!1), м, определяемая в соответствии с требованиями Cl I 24.13330.2011. k_sk - жесткость грунтовою межсвайного пространства иод гибким ростверком, к11/м, вычисляемая в пределах грунтов, расположашых выше нижнею конца свай, представленнмх на рисунке 2, по формуле

(3):

(3)

где Е₀ - модуль общей деформации грунта, MI 1а;

t_s толщина инженерно-геологическою элемента, м.

Примечание* при соответствующем обосновании, для вычисления жесткое тных napaMcipou k_Sv и k_sjc. допускается применение иных аналитических или численных методов.

	Отметка нижнего конца свай
Рисунок 2 - Схема к определению жесткости фунтового межсвайного пространства под гибким ростверком

4.5.2 Соотношение параметров ростверка и свайного поля следует назначать из условий (4-10):

V > (s - d);    (4)

h/(s - d) < 0,8 - для высоких насыпей(> 6 м), h/(s - d) > 0,8 д;ш низких насыпей (< 6 м),

(5)

d/s > 0,15; bi/s > 0,15;

0,5 < h/{s - d) < 4,0;    (6)

s - d < 3,0 м, и s - b_t < 3,0 м - для высоких насыпей(> 6 м),    (7)

s - d <2,5м,И5-Ь| < 2,5 м для низких насыпей (< 6 м);    (8)

z < 0,15 м - для однорядного армирования, z < 0,20 м - для двухрядного армирования.

где /Г толщина фунтового ростверка, м;

И - толщина дорожной насыпи, м;

s расстоянием между осями свай, м (см. Рис. 3);

s_x - расстоянием между осями свай в продольном, относительно

дорожною полотна, направлении, м (рисунки 1,7);

s_y - расстоянием между осями свай в поперечном, относительно

дорожною полотна, направлении, м (рисунки 1,7);

d - диаметр круглого оголовка сваи, или d = уЧЛч/тг в случае

применения оголовков иной формы, м;

bi - ширина балочною ростверка, м;

A_s - площадь опорной поверхности оюловка сваи или балочною ростверка, м²;

z толщина защитною слоя, м;

A_l грузовая площадь сваи, м² (см. Рис. 3).

Геометрические обозначения в формулах (4-8) представлены на рисунке 3.

4.7    В качестве несущего слоя в грунтовом ростверке следует использовать песчаные и граве.шстые фунты со значениями угла внутреннего (р'_к > 30°. Для несущего слоя толщиной Л“ > 0,66(5 - d) следует использовать фунты со значениями угла внутреннего <р'_к > 35°.

4.8    Высотное положение фунтового ростверка следует назначать таким образом, чтобы прогнозируемый уровень фунтовых вод в процессе строительства и эксплуатации залетал ниже оголовков свай.

4.9    В качестве армирующих элементов применяются одноосно и двухосноориентированные геосинтетические материалы в виде тканого геополотна и георешеток.

4.10    Прочность геоматериала при растяжении, используемого в качестве армирующего элемента гибкого ростверка, в рабочем направлении должна быть не менее 30 к11/м (определяется расчетом).

4.11    При конструировании оголовков свай следует избегать острых углов и кромок, во избежание повреждений армирующего элемента при укладке и эксплуатации.

5 Основные расчетные положения

5.1 В качестве критерия д.ы оценки надежности, безопасности и эксплуатационной пригодности гибкого ростверка является проверка несущей способности армирующего элемента по материалу, в соответствии разделом 6, с учетом стадийности приложения внешней нафузки и реологических свойств геосинтетического материала. В соответствии с разделом 7 производится определение минимально допустимых конструктивных параметров сооружения (длины анкеровки армирующего элемента) для обеспечения несущей способности фунта насыпи земляного полотна автомобильной дороги. Расчет выполняется по первой фуинс предельных состояний, в соответствии с ГОСТ 16

27751 с учетом нормативных нагрузок автотранспортных средств по ГОСТ 32960.

5.2    13    ходе    расчетов    гибких    ростверков    но    первой    rpyiuie    предельных

состояний, как правило, рассматриваются расчетные состояния, описание которых приведено в табл. 1.

Таблица 1 - Расчетные состояния

Расчетное состояние	Описание	Действующие нагрузки (р^)
1а	Строительный период (10 часов**) с высотой отсыпанной насыпи до 0.45 м.	Расчетная нагрузка от строительной техники и работ по уплотнению. pq*. принимается равной 30 кИ'м2**.
16	Строительный период (500 часов**) с насыпью, отсыпанной на полную высоту.	Расчетная нафузка от строительной техники и работ по уплотнению, pq*. принимается равной 30 кН м2**.
1в	Эксплуатационный период (1 000 000 часов. 110 лет**) с учетом отпора грунтов в межсвайном пространстве.	Расчет ная фанспоргная нафузка. Pc+q.k- принимался по ГОСТ 32960**.
1г*	Эксплуатационный период (1 000 ООО часов. 110 лет**) без учета отпора грунтов в межсвайном пространстве.	Расчетная фанспортиая нафузка. Pc+Q.k- принимается по ГОСТ 32960**.
Примечания * состояние 1г рассматривается для случаев, когда специальными исследованиями установлена вероятность понижения уровня грунтовых вод в процессе эксплуатации и строительства. при соответствующем обосновании допускается принимать иные параметры расчетных состояний, в том числе значения строительных периодов, эксплуатационных периодов, нафулок отстроительной техники и paooi но унлошению. а также транспортной нагрузки.

6 Проверка несущей способности армирующего элемента по материалу

6.1    Несущая способность армирующего элемента обеспечивается проверкой по условию прочности (11).

6.2    Условие прочности армирующего элемента проверяется исходя из условия (11)

E_d<T,    (

11)

г E_d расчетное усилие от постоянных и переменных нагрузок в де армирующем элементе» к11/м, принимаемое в соответствии с н. 6.4;

Т - прочность геоматериала после воздействия различных факторов, кН/м, принимаемая в соответствии с п. 6.3

6.3    Прочность геоматериала после воздействия различных факторов определяется по формуле (12)

j, _ ^нор    (

^общ    12)

^г 7*нор прочность геоматериала при растяжении. кН/м, определяемая Де по ГОСТ Р 55030-2012;

к^щ = kik₂... к₀ - общий коэффициент, учитывающий влияние факторов ухудшения свойств, определяется в виде произведения отдельных коэффициентов, принимаемых в соответствии с указаниями ПНСТ 318-2018;

6.4    Расчетное усилие в армирующем элементе от постоянных и переменных нагрузок определяется по формуле (13)

Ed =    EcjcYg + \Eg+qjc ~ Ecm)Yq    >    (

13)

Е_ск- расчетное усилие в армирующем элементе от постоянных де нагрузок, кН/м, принимаемое в соответствии с п. 6.5;

E(;+qm~ расчетное усилие в армирующем элементе от постоянных и переменных нагрузок, кН/м, принимаемое в соответствии с п. 6.5; у с, - коэффициент надежности для постоянных нагрузок, принимаемый равным 1,15, согласно СП 20.13330.2016;

уq - коэффициент надежности для переменных (транспортных) нагрузок, принимаемый равным 1,2, согласно СП 20.13330.2016

Примечание при со направленном двухрядном расположении армирующих элементов общие значения горизонтальных и мембранных усилий следует уменьшать в два раза.

6.5 Расчетное усилие в армирующем элементе определяется но формуле (14,15)

Е_с* ⁼ E_ah.c,,k + Е.ч,с,,_к>    (14)

Ec+QJc ⁼ Eah'C+Qjc + ;+Qjt,    (15)

где    E_ah.c,,k> Eah.c+Q* усилие в армирующем элементе при боковом сдвиге,

кН/м, принимаемое в соответствии с п. 6.10;

Е_мск, Emjt.+q*» - мембранное усилие в армирующем элементе, кН/м, принимаемое в соответствии с п. 6.6

6.6 Мембранное усилие в армирующем элементе с учетом ползучести материала в продольном и поперечном направлении определяется по формуле (16,17)

Ем,с,* — ^Ес.,к ’ Jk    (16)

Em.G+QJc ^{= E}G+Q,k 'Jk    (17)

где £c,jc>^Ec.+Q,k относительная деформация армирующего элемента от

постояш1ых и переменных нагрузок, кН/м, принимаемая по графику рис. 5,6;

J_k - осевая жесткость армирующею элемента, к! 1/м, определяемая по диахраммс деформирования юоматсриала в процессе нагружения в течении расчетного периода;

В зависимости о*!' соотношения жесткостей межсвайного основания и армирующего элемента, а также в зависимости от действующих усилий, для определения значений относительной деформации е (^£c,k>^£c+Q,k) используются графики, представленные на рисунках 5,6.

/ - прогиб армирующего элемента, м. определяемый по формуле / = Lwj3ek/8. Lw - свободный пролет армирующего элемента, м. определяемый по формуле Lw = sxy — bErs: bErs - ширина опорной зоны. м. Для круглых оголовков свай определяется по формуле burs = 0,Sd>/n. в остальных случаях принимае1ея ранной стороне квадратного оголовка сваи либо ширине балочного ростверка: Fk мембранное усилие в армирующем элементе без учета ползучести материала. кН/м, принимаемое в соответствии с п. 5.7.

Рисунок 5 График для определения относительной деформации армирующего эдема па

Содержание

1    Область применения................................................................................................4

2    Нормативные ссылки...............................................................................................4

3    Термины и определения..........................................................................................5

4    Основные положения...............................................................................................9

5    Основные расчетные положения..........................................................................16

6    Проверка несущей способности армирующего элемента по материалу'..........18

7    Определение конструктивных параметров армирующего элемента с целью

обеспечения несущей способности по грунту........................................................26

8    Определение нагрузок на оголовок сваи.............................................................27

Приложение А Г рафики для проверки мембранных напряжений в

армирующем элементе...............................................................................................28

Приложение Б Особенности расчета гибкою ростверка при помощи

численных методов....................................................................................................32

Приложение В Пример расчета гибкого ростверка................................................35

Библиография.............................................................................................................48

/ - прогиб армирующего элемента, м, определяемый по формуле / = L_wyj 3£_к/8.

L_w - свободный пролет армирующего элемента, м, определяемый но формуле L_w = s_xy —

Ьеп'*

h_Ers - ширина опорной зоны, м. Для круглых оголовков свай определяется по формуле b_Ers — O.Sdy/n. в остальных случаях принимается равной стороне квадратного оголовка сваи либо ширине балочного ростверка:

F_k - мембранное усилие в армирующем элементе бе г учета ползучести материала, кН м. принимаемое в соответствии с и. 6.7;

Рисунок 6 Фрагмент графика для определения относительной деформации армирующего элемента (значения по вертикальной оси до 0,5)

Примечание значение относительной деформации. е_к. армирующею элемента, дня определения величины относительною прогиба f/Lyv является неизвестной величиной, определение которой следует вес ж итерационным способом. Для этого задаются начальной величиной Е_к = 2,5% и в процессе приближений (увеличения или уменьшения начальной величины) находят такое значение начальной £_к которое бы отличалось от расчетного t (по графикам, рис. 3.4,5), в соотношении, нс более чем на 15%.

ОТРАСЛЕВОЙ ДОРОЖНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАСЧЕТАМ РОСТВЕРКА С ПРИМЕНЕНИЕМ ГЕОСИНТЕТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТОВ

1 Область применения

1.1    Отраслевой дорожный методический документ (далее ОДМ) «Методические рекомендации по расчетам гибкого ростверка с применением геосинтетических материалов. Основные положения расчетов» является актом рекомендательною характера в дорожном хозяйстве.

1.2    ОДМ содержит рекомендации по методике расчетов гибких армогрунтовых ростверков из юосинтстических материалов на свайном фундаменте для возведения земляного полотна автомобильных дорог общего пользования на слабых фунтах (за исключением вечномерзлых фунтов).

1.3    Настоящий ОДМ предназначен для использования органами управления автомобильных дорог и организациями, выполняющими работы по проектированию и возведению земляною полотна автомобильных дорог.

2 Нормативные ссылки

В настоящем ОДМ использованы нормативные ссылки на следующие документы:

ГОСТ 32960 2014 Дороги автомобильные общего пользования. Нормативные нагрузки, расчетные схемы иафужения

ГОСТ Р 55030 2012 Дороги автомобильные общего пользования. Материалы геосинтетические для дорожною строительства. Метод определения прочности при растяжении

ГОСТ 27751-2014 Надежность строительных конструкций и оснований.

СП 22.13330.2016 Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*

СП 24.13330.2011 Свайные фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85

ПНСТ 318-2018 Дороги автомобильные общего пользования. Материалы геосингетическис. Методы испытаний на долговечность

3 Термины и определения

В настоящем ОДМ применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1    армирующий элемент: Составная часть армированного грунта, обеспечивающею восприятие повышенных сжимающих и (или) растягивающих напряжений;

3.2 балочный ростверк: Стальная или железобетонная балка, укладываемая вдоль рядов свай, и служащая в качестве жесткой опоры для гибких ростверков.

3.3    геосинтетичсскпи материал (гсоматсриал):    Материал    из

синтетических или природных полимеров, неорганических веществ, контактирующий с грунтом или другими средами, применяемый в дорожном строительстве.

3.4    геосиитетическнй материал    одноосноориеитированный:

Материал, имеющий повышенные показатели механических свойств в одном направлении - продольном (направлении раскатки рулона).

3.5    геосинтетический материал двухосноериентнрованный:

Материал, имеющий равнопрочные механические свойства в продольном и поперечном направление.

3.6    гибкий ростверк: Часть свайного фундамента, объединяющая головные участки свай и служащая опорной конструкцией для возводимых элементов сооружения, выполненная из геосинтетического материала.

3.7    граничные условия:    Система    связей в расчетной модели,

закрепляющих область с узлами по заданным степеням свободы.

3.8    грунтовый ростверк: Грунтовая насыпь или ее часть, укладываемая на основание из гибкого ростверка по сваям, в которой под нагрузкой формируются области сводообразования, перераспределяющие нагрузки на армирующий элемент и сваи.

3.9    давление на оголовок сваи, (T_zsk: Сжимающие напряжения, ограниченные площадью оголовка сваи, возникающие под действием внешней нагрузки и распределяющейся через грунтовый ростверк непосредственно на оголовок сваи.

3.10    деформационные расчеты: Задачи, решаемые в геометрически нелинейной постановке, учитывающей искажение формы конструкции в процессе иа1ружения внешним воздействием, и соответствующее изменение внутренних усилий и напряжений в элементах.

3.11    жесткость армирующего элемента, }_к: Способность армирующего элемента сопротивляться деформации в условиях продольного растяжения.

3.12    изгнбная жесткость:    Способность конструктивного элемента

сопротивляться деформации при внешнем силовом воздействии в условиях поперечного изгиба, при котором в сечениях элемента возникают внутренние изгибающие моменты и поперечные силы.

3.13    мембранное усилие, F_k:    Усилие, равнодействующее

растягивающим нормальным мембранным напряжениям, возникающим в армирующем элементе, в межсвайном пространстве под нагрузкой.

3.14    мембранное напряжение, о₂₀у. Напряжение, возникающее в армирующем элементе под воздействием внешних нагрузок в области межсвайного пространства.

3.15    межевайное основание (пространство): Массив фунта в основании гибкою ростверка, ограниченный боковыми гранями свай, оголовков и балок.

3.16    несущая способность армирующего элемента: Максимальный эффект воздействия, реализуемый в армирующем элементе без превышения предельного состояния первой группы.

3.17    относительная деформация, е: Относительное удлинение при растяжении, выраженное в процентах, полученное геоматериалом под нагрузкой.

3.18    относительный прогиб, f/L_w: Величина, выражаемая отношением прогиба определенного армирующего элемента в меж свайном пространстве к его свободному пролету.

3.19    первая группа предельных состояний: Состояние армирующего, превышение которого ведет к потере прочности материала или груша и возникновению аварийной расчетной ситуации.

3.20    прочность геоматериала после воздействия различных факторов, Т: Прочность учитывающая условия монтажа и эксплуатации геоматериала.

3.21    прочность геоматернала при растяжении, Т_иор: Максимальная нагрузка на единицу ширины геоматериала, наблюдаемая во время испытания, при котором образец растягивается до разрыва.

3.22    продольное направление: Направление в плоскости армирующею элемента, параллельное относительно дорожного полотна.

3.23    расчетное состояние:    Набор    геометрических и физико-

механических параметров, рассматриваемого сооружения, а также факторов внешнего воздействия на момент проведения расчетов.

3.24    расчетное усилие, E_d: Усилие в геоматериале при продольном растяжении, требуемое для достижения определенной величины относительной деформации, £ под воздействием постоянных и переменных нагрузок.

3.25    сетка конечных элементов: Набор узлов и элементов в расчетной модели, соединенных между собой, и образующих общую сеть.

3.26    свайный фундамент: Комплекс свай, объединенных в единую конструкцию, передающую нагрузку на основание.

3.27    свободный пролет армирующего элемента, L_w: Расстояние между оголовками свай или балками ростверка в свету.

3.28    струйная цементация: Метод создания фунтоцементного массива материала, обладающего определенными прочностными и деформационными характерис гика ми.

3.29    фиктивные связи: Связи малой жесткости (~ 0,01 кН/м), закрепляющие узлы конечно-элементной модели, расположенные в противоположном направлении относительно действующих внешних сил, позволяют тем самым, не обладающим параметрами изгибной жесткости элементам, в условиях поперечного изгиба, получить начальную деформацию и в ходе дальнейших расчетов и сопротивляться ее дальнейшему развитию в геометрически нелинейном состоянии.

3.30    ширина опорной зоны, b_Ers: Сторона квадратною оголовка сваи, приведенная сторона круглого, или ширина балки ростверка.

4 Основные но.южснии

4.1    В настоящем ОДМ изложены рекомендации по расчетам гибких армогрунтовых ростверков из геосинтетических материалов на свайном фундаменте для возведения земляного полотна автомобильных дорог общего пользования на слабых фунтах (за исключением вечномерзлых грунтов). Расчеты свай следует выполнять с учетом требований [I], в соответствии с СП 24.13330 и СП 22.13330.2016. При выполнении расчетов с помощью прикладных программных комплексов, программное обеспечение, используемое для автоматизации процедуры вычисления должно осуществлять все основные вычислительные операции, изложенные в ОДМ, а также выполнять построение графических зависимостей, и иметь сертификат соответствия установленного образца.

4.2    Для свайных фундаментов рекомендуется использовать сваи буровые текстильно-песчаные, фунтоцементные сваи погружаемые по технологии струйной цементации, буронабивные, а гак же стальные и железобетонные сваи, пофужаемые забивным способом.

4.3    Конструктивными решениями свайного фундамент с применением гибкою ростверка, в соответствии с рисунком 1, следует предусматривать:

д.тя фундаментов на отдельно-стоящих сваях - один или два слоя двухосноорисш ированиого    геоматериала или два слоя

дноос!юориеIггироваiпюго геоматериала, уложенных перпендикулярно друг другу;

для свайного фундамента с жестким балочным линейным ростверком -один или два слоя одноосноориентированного гео материала,    уложенных

перпендикулярно оси поддерживающих элементов.

4.4 Эффективность работы свайного фундамсга с гибким ростверком достигается на основании результатов расчетов при выполнении следующих условий:

-    снижение расстояния между сваями;

-    уменьшение расстояния между армирующими слоями;

-    увеличение соотношения размеров оголовков свай к расстоянию между

ними;

повышение прочности и жесткости армирующих элементов;

-    повышение прочностных характеристик фунтового ростверка, при использовании геосинтетических материалов с учетом требовании ОДМ 218.2.046-2014, а также более высокими прочностными и деформационными свойствами.