ОТРАСЛЕВОЙ ДОРОЖНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ

 

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАСЧЕТУ УСТОЙЧИВОСТИ

ОПОЛЗНЕОПАСНЫХ СКЛОНОВ (ОТКОСОВ) И ОПРЕДЕЛЕНИЮ

ОПОЛЗНЕВЫХ ДАВЛЕНИЙ НА ИНЖЕНЕРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ

АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

 

ОДМ 218.2.006-2010

 

ПРЕДИСЛОВИЕ

 

1. Разработан обществом с ограниченной ответственностью "ГеоПроект" (ООО "ГеоПроект"). Руководитель работ - Маций С.И., доктор техн. наук, профессор. Документ разработан кандидатами техн. наук Деревенцом Ф.Н. и Безугловой Е.В. с учетом замечаний и предложений кандидата техн. наук, доцента Ещенко О.Ю.

2. Внесен Управлением строительства и проектирования автомобильных дорог Федерального дорожного агентства (РОСАВТОДОР).

3. Издан на основании ______________.

4. Имеет рекомендательный характер.

5. Вводится впервые.

 

1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

 

Отраслевой дорожный методический документ "Рекомендации по расчету устойчивости оползнеопасных склонов (откосов) и определению оползневых давлений на инженерные сооружения автомобильных дорог" (далее - методический документ) является актом рекомендательного характера.

Настоящий методический документ распространяется на расчеты устойчивости оползневых и оползнеопасных склонов, а также расчеты оползневых давлений на инженерные сооружения автомобильных дорог с учетом многоярусного расположения конструкций, инженерно-геологических особенностей региона Северного Кавказа, а также высокой сейсмичности силой до 10 баллов.

В методическом документе приведены указания по выбору исходных данных, методике и оценке результатов расчетов устойчивости и оползневых давлений.

Методический документ предназначен для применения в области проектирования, обследования и экспертной оценки устойчивости оползневых и оползнеопасных откосов и склонов, а также оползневых давлений на существующие и проектируемые конструкции инженерной защиты автодорог.

 

2. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

 

В настоящем методическом документе применяются следующие термины с соответствующими определениями, обозначениями и сокращениями:

Склон - наклонный участок поверхности земли, сформированный в результате действия рельефообразующих процессов или инженерно-хозяйственной деятельности человека.

Откос - вертикальный или круто-наклонный участок поверхности земли, сформированный в результате рельефообразующих процессов или инженерно-хозяйственной деятельности человека.

Оползневой склон - склон, на котором происходят или происходили в недавнем прошлом оползневые деформации пород.

Оползнеопасный (потенциально оползневой) склон - склон, на котором оползневые деформации на момент обследования отсутствуют и отсутствовали в прошлом, но могут проявиться под воздействием естественных или техногенных факторов.

Однородный склон - склон, сложенный однородной грунтовой толщей или состоящий из одного инженерно-геологического элемента.

Неоднородный склон - склон, сложенный несколькими слоями различных по свойствам грунтов или состоящий из нескольких инженерно-геологических элементов.

Инженерно-геологический элемент - некоторый объем грунта одного и того же происхождения и вида при условии, что значения характеристик грунта изменяются в пределах элемента случайно (незакономерно), либо наблюдающаяся закономерность такова, что ею можно пренебречь.

Опасные инженерно-геологические процессы - геологические и инженерно-геологические процессы, представляющие опасность для объектов хозяйственной деятельности и жизни человека (оплывины, оползни, осыпи, обвалы, линейная и поверхностная эрозия склонов, сейсмические явления и т.д.).

Оползень - масса горных пород, сползшая или сползающая вниз по склону или откосу под влиянием гравитационных сил, гидродинамического давления, а также в результате дополнительных силовых воздействий (сейсмические ускорения, пригрузка склона или бровки откоса и т.п.).

Голова оползня - верхняя по склону часть оползневого грунтового массива.

Язык оползня - нижняя по склону часть оползневого грунтового массива.

Поверхность скольжения - поверхность, по которой смещается оползневой грунтовый массив.

Предоползневая стадия - стадия подготовки оползня, накапливание условий, достаточных для свершения оползневой подвижки образующих склон пород.

Оползневая стадия - стадия активного смещения пород склона (откоса) и постепенного затухания подвижек.

Временная стабилизация - стадия приостановки оползневых смещений в результате вновь приобретенной устойчивости оползневого склона.

Коэффициент устойчивости (запаса устойчивости) - числовая величина, отражающая степень устойчивости склона. Если коэффициент больше единицы, склон (откос) считается устойчивым. Величина коэффициента меньше единицы соответствует нарушению устойчивого состояния склона и наступлению оползневой стадии. Коэффициент приблизительно равный единице означает состояние предельного равновесия грунтового массива, как правило, предшествующего оползневой стадии.

Нормативный коэффициент устойчивости (требуемый, допустимый) - минимальный допустимый коэффициент устойчивости склона (откоса) с учетом всех возможных погрешностей исходных данных и средств математической их обработки для оценки степени устойчивости склонов.

Оползневое давление - результирующая сила давления грунтов (распределенного по глубине оползневого или оползнеопасного массива) на удерживающее сооружение, определяемая как погонная нагрузка по ширине оползня (кН/пог. м).

Поровое давление - гидростатическое давление подземных вод в порах грунта в условиях его полного дренирования.

Метод "обратных" расчетов - способ уточнения или получения характеристик грунтов на основе предполагаемой величины степени устойчивости откоса или склона.

Противооползневые мероприятия - комплекс мер по повышению степени устойчивости и защите склонов и расположенных на них объектов от существующих и/или прогнозируемых оползневых явлений, включающий следующие сооружения и работы:

- регулирование баланса земляных масс на склоне;

- регулирование поверхностного и подземного стока посредством устройства водоотводных и дренажных и противофильтрующих конструкций;

- устройство противоэрозионных конструкций;

- возведение удерживающих сооружений глубокого заложения, подпорных и подпорно-планировочных стен и др.

Удерживающие сооружения (конструкции) глубокого заложения - свайные, свайно-анкерные и анкерные сооружения, предназначенные для компенсации недостатка удерживающих и/или избытка сдвигающих усилий в оползневом массиве с учетом всех существующих и прогнозируемых неблагоприятных условий и их сочетаний.

Подпорные стены - стены, предназначенные для удержания вертикальных или незначительно наклонных уступов на склоне.

Противооползневые подпорные стены - подпорные стены, предназначенные для восприятия откосного и незначительного оползневого давления. Применяются, как правило, в сочетании с другими видами удерживающих сооружений.

Подпорно-планировочные стены - подпорные стены, преимущественно предназначенные для защиты поверхности уступов на склоне от выветривания и осыпания и/или архитектурного оформления.

Противоэрозионные мероприятия - материалы, конструкции и работы, направленные на защиту грунтов склона от поверхностной (смыв и размыв грунта, образование промоин) и глубинной эрозии.

 

3. НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

 

В настоящем методическом документе использованы ссылки на следующие документы:

1. ГОСТ Р 52748-2007. Дороги автомобильные общего пользования. Нормативные нагрузки, расчетные схемы, габариты приближения. - Введ. 2007-09-24 - М.: Стандартинформ, 2008. - 10 с.

2. СНиП II-7-81*. Строительство в сейсмических районах. - М.: Госстрой России, 2000

3. СНиП 11-02-96. Инженерные изыскания для строительства. Основные положения. - М.: Минстрой России, 1996

4. СНиП 22-02-2003. Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения. - М.: Росстрой, 2004

5. СНиП 2.05.03-84*. Мосты и трубы. - М.: Минстрой России, 1996

6. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. - М.: Минстрой России, 1996

7. СП 11-105-97. Инженерно-геологические изыскания для строительства. - Часть II. Правила производства работ в районах развития опасных геологических и инженерно-геологических процессов

8. Инструкция по проектированию защиты от оползней населенных пунктов, зданий и сооружений/Министерство ЖКХ РСФСР. - М.: 1976

9. Методические рекомендации по проектированию и строительству поддерживающих сооружений земляного полотна автомобильных дорог в оползневых районах на базе буронабивных свай и анкерных креплений/СоюзДорНИИ. - М.: 1988 - 72 с. - УДК 624.159.2.001.24:624.21 (083.171)

10. Рекомендации по выбору методов расчета коэффициента устойчивости склона и оползневого давления/Министерство монтажных и специальных строительных работ УССР. - М.: Центральное бюро научно-технической информации, 1986

11. Рекомендации по количественной оценке устойчивости оползневых склонов/ПНИИИС Госстроя СССР. - М.: Стройиздат, 1984

12. Krahn, J. Stability modeling with Slope/W. An engineering methodology. First Edition. Revision 1/J. Krahn//Calgary, Alta: Geo-Slope International Ltd., 2004.

 

4. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

 

4.1. Основные рекомендации

 

4.1.1. Анализ устойчивости оползневого склона с привлечением расчетных методов должен выполняеться как составной элемент комплексной инженерно-геологической оценки и прогноза устойчивости оползневого склона в естественных условиях и с учетом намечаемого его использования.

4.1.2. При недостаточной инженерно-геологической обоснованности расчетных схем и без исчерпывающего предоставления о достоверности использованных в расчете величин расчетных параметров прочностных и деформационных свойств грунтов, выполнять расчеты устойчивости оползневого склона не следует.

4.1.3. Оценка устойчивости склона (откоса), а также защищаемых объектов на склоне или в его среде должна включать:

- сбор исходных данных;

- выбор расчетных створов;

- составление расчетной схемы;

- определение (уточнение) расчетных параметров грунтов;

- выбор метода расчета в соответствии с зафиксированным (предполагаемым) механизмом оползня, природными и техногенными условиями;

- выполнение и анализ результатов расчетов устойчивости;

- определение и построение эпюр оползневого давления;

- рекомендации по мероприятиям инженерной защиты.

 

4.2. Требования к составу, объему и качеству изысканий

 

4.2.1. Объем, содержание и сроки инженерных изысканий зависят от стадии проектирования, сложности природных условий, категории дороги.

4.2.2. Инженерные изыскания выполняются с соблюдением требований СНиП 11-02-96 "Инженерные изыскания для строительства. Основные положения"; СП 11-105-97 "Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть II. Правила производства работ в районах развития опасных геологических и инженерно-геологических процессов".

4.2.3. Основные виды инженерных изысканий включают: инженерно-геодезические, инженерно-геологические, инженерно-гидрометеорологические.

4.2.4. Инженерно-геодезические изыскания должен содержать:

- топографические планы;

- продольные и поперечные профили проектируемых и существующих трасс автомобильных дорог; направление поперечников должно совпадать с направлением наибольшего падения уклона рельефа местности.

Рекомендуемые параметры инженерно-геодезических работ приведены в таблице 1.

 

Таблица 1

 

Основные значения параметров по видам изыскательских работ

 

Вид изыска-  тельских     работ	Стадия проектирования
	Обоснование   инвестиций (ОИ)				Проектная     документация (ПД)			Рабочая документация           (РД)
	Категория дороги				Категория дороги			Категория дороги
	IA ... IB, II	III -    IV		V	IA ... IB, II	III -    IV	V	IA ... IB, II	III -       IV		V
1	2				3			4
Масштаб      топографичес- кой съемки	1:1000				1:500			1:200	1:500		1:500
Количество   створов вдоль направления  смещения     оползня	На наиболее     характерных     формах рельефа  оползня и за его пределами				1 по оси оползня			3 - по оси    оползня, вдоль правого и     левого бортов; или с         расстоянием   между створами 30 - 50 м			1 - по  оси     оползня, 1 - по  борту   оползня
Поперечные   створы       (по ширине   оползня):    количество   на оползне	-				-			1 - 3 - в     головной,     средней       и языковой    частях оползня			-
Количество   выработок    в створе	По СНиП 11-02-96				Не менее одного   на каждом крупном (более 30 м)      элементе оползне- вого рельефа      (оползневых       ступенях, пониже- ниях и т.п.),     включая устойчивые части - выше      бровки срыва и    ниже языка оползня			1 - 2 на каждом крупном (более 30 м) элементе  оползневого рельефа    (оползневых ступенях,  понижениях и т.п.),    включая устойчивые     части - выше бровки    срыва и ниже языка     оползня
Глубина      выработок    для определе- ния мощности оползня	По СНиП 11-02-96				Не менее, чем на  5 м глубже мощнос- ти оползневых     накоплений или    оползнеопасных    пород			Глубже не менее, чем на 3/4 мощности оползневых накоплений             (оползнеопасных         (выветрелых) пород)
Преимущест-  венный вид   исследования (в порядке   предпочтения)	1) архивные     материалы;      2) геофизические исследования;   3) полевые      исследования;   4) лабораторные испытания       отдельных       монолитов				1) полевые        исследования;     2) архивные       материалы;        3) геофизические  исследования;     4) лабораторные   испытания грунтов			1) полевые             исследования;          2) лабораторные        испытания грунтов;     3) архивные материалы; 4) геофизические       исследования
Величины     нагрузок при испытаниях   на срез	По СНиП 11-02-96				Бытовое давление  +/- 0,5 кг/см2			Бытовое давление       +/- 0,5 кг/см2
Метод        исследований свойств в    зависимости  от преобла-  дающего типа грунта       (получение   механических показателей)	Глинистые грунты - на срез: неконсолидированный при        водонасыщении образцов, по подготовленной и смоченной      поверхности ("плашка по плашке"); при необходимости - метод шариковой пробы с получением параметров длительной         прочности; с учетом изменений температурно-влажностного    режима; трехосные (стабилометрические) испытания.          Песчаные грунты - статическое и динамическое зондирование. Крупнообломочные грунты с пылеватым и глинистым заполни-   телем и пылеватые и глинистые грунты с крупнообломочными   включениями - методика, разработанная в Дальневосточном    научно-исследовательском институте по строительству        (ДальНИИС).                                                Скальные и полускальные грунты - геофизические методы,     позволяющие выделить в толще зоны различной степени        трещиноватости и выветрелости.                              Участки активных оползневых процессов - обратные расчеты   устойчивости
Количество   определений  физико-      механических свойств      грунтов	По СНиП 11-02-96		Не менее 6 для      каждого ИГЭ				10 - 20 для   каждого ИГЭ			Не менее 6 для каждого ИГЭ

 

4.2.5. Инженерно-геологические изыскания должны содержать:

- анализ архивных материалов с целью рассмотрения вариантов прокладки трассы (обход существующих оползневых зон, возможность строительства тоннелей, галерей, эстакад), а также учета опыта эксплуатации автомобильных дорог в аналогичных инженерно-геологических условиях;

- оценку геоморфологических условий территории с отображением отличительных особенностей оползней, форм микрорельефа, морфоэлементов внеоползневой зоны рельефа на морфологических картах; данные о наличии и типе растительности, положении стволов деревьев ("пьяный лес") и других признаков наличия оползней;

- определение геологического строения территории с выделением инженерно-геологических элементов;

- оценку гидрогеологических условий - строительство автомобильных дорог ведется с созданием искусственных насыпей и срезок, следствием чего является нарушение естественного режима стока поверхностных и подземных вод; в связи с этим необходимо выявлять источники замачивания (природные и техногенные) грунтов склона и основания земляного полотна, места выхода струйных течений, наличие водоносных горизонтов (включая "верховодку"), источники и режимы их питания, прогнозируемый уровень грунтовых вод (УГВ); для склонов - модуль стока для расчетов эрозионной площади; при наличии в подножии откоса водотока - скорость боковой и глубинной эрозии (фактическую и прогнозную); агрессивность к бетонам;

- определение физико-механических свойств грунтов (в соответствии с ГОСТ 12248-96, ГОСТ 20522-96): удельного веса (кН/м3), сцепления (кПа), угла внутреннего трения (град), а также предела прочности на одноосное сжатие и растяжения (МПа) (для полускальных и скальных пород); так как большая протяженность дорог предполагает прокладку по территориям с самыми различными инженерно-геологическими условиями необходимо производить статистическую обработку данных с определением показателей, характеризующих изменчивость свойств грунтов (среднеарифметическое, наибольшее и наименьшее значения, среднее квадратическое отклонение, коэффициент вариации, асимметрию, эксцесс); прогнозирование изменения прочностных показателей по мере выветривания полускальных пород; выявление чувствительности грунтов к динамическим нагрузкам; определение диапазона колебаний влажности и плотности для набухающих грунтов;

- выявление неблагоприятных инженерно-геологических процессов: области распространения, размеров, мощности, активности, причин, факторов и повода их развития; определение сейсмичности участка;

- оценку состояния (эффективности работы) существующих сооружений, включая защитные;

- оценку оползневой опасности и оползневого риска на основе качественного, полуколичественного и количественного подходов, в зависимости от стадийности проектирования и объема исходных данных;

- районирование (картирование) территории по степени проявления опасных склоновых процессов; классификация участков по очередности проведения мероприятий инженерной защиты;

- разработку рекомендаций по инженерной защите трассы.

Рекомендуемые параметры для оценки инженерно-геологических условий принимать по таблице 1.

4.2.6. Инженерно-гидрометеорологические должны содержать анализ климатических условий территории, включая таблицу с распределением средних месячных осадков и испарения за годы 5%, 50% и 95% обеспеченности.

 

4.3. Рекомендации к объему и составу расчетов

устойчивости склонов и оползневых давлений

 

4.3.1. Объем расчетов устойчивости и оползневых давлений должен определяеться с учетом стадии разработки проекта инженерной защиты территорий:

- "Обоснование инвестиций". Расчетные створы следует располагать выборочно на наиболее типичных по природным условиям участках, преимущественно в местах возможного возникновения крупных оползней.

- "Проектная документация". В пределах защищаемой территории рекомендуется выполнять типизацию склонов по инженерно-геологическим условиям развития оползней. Расчетные створы следует предусматривать минимум по одному для каждого типа склонов и не менее одного на каждом из участков защищаемых (существующих и проектируемых) сооружений.

- "Рабочая документация". Расчетные створы, как правило, следует предусматривать в пределах всех существующих и прогнозируемых оползней, а также на участках защищаемых (существующих и проектируемых) сооружений.

4.3.2. Состав расчетов устойчивости должен включаеть анализ фактического состояния склонов на защищаемой территории, а также прогнозного его состояния с учетом всех реально возможных неблагоприятных факторов и изменений инженерно-геологической обстановки:

- изменение рельефа в процессе освоения (реорганизации) склона;

- изменение гидрогеологических условий (поверхностного и подземного стока);

- изменение прочностных и деформационных характеристик горных пород;

- изменение и появление дополнительных внешних нагрузок и воздействий;

- активизацию и развитие опасных инженерно-геологических процессов (эрозии и оползней);

- развитие зон выветривания горных пород;

- активизацию сейсмических воздействий и др.

4.3.3. Прогноз устойчивости склонов в условиях изменения инженерно-геологической обстановки должен учитывать влияние намечаемой проектом инженерно-хозяйственной деятельности в период эксплуатации склона, а также результаты продолжающегося воздействия природных экзогенных геодинамических процессов (эрозионных, абразионных, оползневых, выветривания и др.) на рассматриваемый склон.

4.3.4. Прогноз устойчивости склонов должен выполняться на весь срок эксплуатации сооружений, имеющихся и проектируемых на склоне, а также на период временного изменения инженерно-геологических условий, внешних воздействий и нагрузок в течение строительных и земляных работ по осуществлению проекта хозяйственного освоения склона.

4.3.5. Объем расчетов оползневых давлений должен обеспечивать анализ давлений на проектируемые удерживающие сооружения с учетом всех вариантов их конструкции, а также всех сочетаний наиболее неблагоприятных условий их работы.

 

4.4. Классификация методов расчета

устойчивости (оползневых давлений)

 

4.4.1. В настоящем методическом документе приведены классификация и описание наиболее распространенных в геотехнической области методов расчета устойчивости склонов (откосов) и оползневых давлений.

4.4.2. Вместе с тем, документ не исключает использование иных методик расчета при соответствующем и достаточном теоретическом и практическом обосновании. С целью использования методик, не приведенных в настоящем методическом документе, следует обратиться к соответствующим геотехническим научным источникам.

4.4.3. Наиболее распространенные в инженерной практике методы расчета устойчивости и оползневых давлений делятся на три основных группы:

- методы предельного (пластического) равновесия (см. п. 5.2);

- методы конечных элементов (см. п. 5.3);

- комбинированные методы (см. п. 5.4).

 

5. РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ СКЛОНОВ

 

5.1. Основные предпосылки

 

5.1.1. Степень устойчивости склона (откоса) оценивается величиной коэффициента устойчивости (запаса устойчивости, безопасности).

Склон, откос или его морфологический элемент считается устойчивым, если его коэффициент устойчивости выше единицы (K > 1). Величина коэффициента устойчивости склона (откоса) приблизительно равная единице (K = 1) соответствует состоянию предельного равновесия, наблюдающемуся в моменты начала и завершения оползневого смещения.

5.1.2. С учетом теоретических допусков применяемых методов расчета и практических погрешностей получения исходных данных посредством инженерно-геодезических, инженерно-геологических и геофизических изысканий, расчетные величины коэффициентов устойчивости и задаваемых коэффициентов запаса устойчивости откосов и склонов должны отвечать условию: