герб

ГОСТы

флаг

Справочник Справочная энциклопедия дорожника. Том I. Строительство и реконструкция автомобильных дорог

Справочная энциклопедия дорожника

I
ТОМ

Строительство и реконструкция автомобильных дорог

Под редакцией заслуженного деятеля науки и техники РСФСР, д-ра техн. наук, проф. А.П. Васильева

МОСКВА
2005

Содержание

Введение

РАЗДЕЛ I ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ И ОРГАНИЗАЦИИ СТРОИТЕЛЬСТВА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

ГЛАВА 1. Этапы развития и пути совершенствования сети автомобильных дорог и технологии их строительства

1.1. Основные этапы развития и совершенствования сети автомобильных дорог России

1.2. Роль ученых в создании научно-технической базы дорожного строительства

1.3. Развитие и совершенствование технологии и методов строительства автомобильных дорог

1.4. Обеспечение прочности и работоспособности дорожных конструкций

РАЗДЕЛ II ВОЗВЕДЕНИЕ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

ГЛАВА 2. Конструкции земляного полотна и требования к его возведению

2.1. Требования к конструкции земляного полотна

2.2. Требования к грунтам земляного полотна

2.3. Технология работ по сооружению земляного полотна

2.4. Основные принципы планирования и организации работ

2.5. Уплотнение грунтов

ГЛАВА 3. Подготовительные работы перед сооружением земляного полотна

3.1. Состав и назначение подготовительных работ

3.2. Снятие растительного грунта и подготовка основания земляного полотна

ГЛАВА 4. Строительство инженерных сооружений для регулирования водно-теплового режима земляного полотна

4.1. Виды сооружений и способы регулирования водно-теплового режима земляного полотна и дорожных одежд

4.2. Строительство водонепроницаемых и капилляропрерываюших слоев

Подготовка верхней части земляного полотна перед устройством дополнительных слоев оснований.

ГЛАВА 5. Возведение насыпей и разработка выемок в нескальных грунтах

5.1. Способы отсыпки насыпей и разработки выемок

5.2. Возведение насыпей из грунта выемок

5.3. Строительство насыпей из грунта боковых резервов

Глава 6. Возведение земляного полотна на косогорах. Планировка и укрепление откосов

6.1. Основные типы конструкций земляного полотна на косогорах и оползневых склонах

6.2. Особенности возведения земляного полотна на косогорах и оползневых склонах

6.3. Планировка земляного полотна насыпей и выемок, конусов и откосов

6.4. Укрепление конусов и откосов земляных сооружений

ГЛАВА 7. Возведение земляного полотна в горных условиях

7.1. Особенности возведения земляного полотна в горной местности

7.2. Буровые и взрывные работы. Техника безопасности

7.3. Расчет взрывных работ

7.4. Технология производства земляных работ в скальных грунтах. Контроль качества

7.5. Строительство противооползневых сооружений

ГЛАВА 8. Гидромеханизация земляных работ

8.1. Условия и эффективность применения гидромеханизации земляных работ

8.2. Транспортирование и укладка грунта. Общая организация работ

ГЛАВА 9. Сооружение земляного полотна в сложных инженерно-геологических условиях

9.1. Сооружение земляного полотна на слабых основаниях

9.2. Сооружение высоких насыпей и глубоких выемок

9.3. Сооружение земляного полотна в песчаных пустынях

9.4. Возведение земляного полотна на засоленных грунтах

9.5. Возведение земляного полотна в районах распространения вечномёрзлых грунтов

9.6. Сооружение земляного полотна из глинистых грунтов с влажностью более оптимальной

9.7. Строительство насыпей из техногенных грунтов

ГЛАВА 10. Строительство земляного полотна с использованием геосинтетических материалов

10.1. Понятие о геосинтетических материалах. Области их применения*

10.2. Краткая классификация геосинтетических материалов для дорожного строительства

10.3. Строительство земляного полотна с использованием геосинтетических материалов

ГЛАВА 11. Сооружение земляного полотна в зимний период

11.1. Особенности организации и технологии производства работ по сооружению земляного полотна в зимний период

11.2. Сооружение земляного полотна насыпей и выемок

11.3. Устройство дополнительных песчаных слоев оснований

11.4. Особенности строительства малых искусственных сооружений в зимний период

ГЛАВА 12. Реконструкция земляного полотна

12.1. Условия работы существующего земляного полотна и основные пути повышения его прочности и устойчивости

12.2. Подготовительные работы к реконструкции земляного полотна

12.3. Способы уширения насыпей и выемок.

Требования к выбору, размещению в слоях и уплотнению грунтов земляного полотна уширения

12.4. Исправление продольного профиля. Увеличение высоты насыпей и глубины выемок

12.5. Перестройка пучинистых участков

12.6. Повышение устойчивости откосов реконструируемого земляного полотна и совершенствование системы водоотвода

12.7. Перестройка и удлинение водопропускных труб

ГЛАВА 13. Организация работ по возведению земляного полотна

13.1. Общие положения

13.2. Определение составов специализированных отрядов и оптимальной длины захватки при выполнении подготовительных работ и работ по строительству водопропускных труб

13.3. Определение составов специализированных отрядов и оптимальной длины захватки при возведении земляного полотна

РАЗДЕЛ III СТРОИТЕЛЬСТВО ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД

Глава 14. Основы технологии строительства дорожных одежд

14.1. Технологическая классификация дорожных одежд, покрытий и оснований

14.2. Обеспечение надежности дорожных одежд

14.3. Основы технологии уплотнения слоев дорожных одежд

ГЛАВА 15. Строительство дорожных оснований и покрытий из необработанных каменных материалов и каменных материалов и грунтов, обработанных неорганическими вяжущими

15.1. Развитие методов применения грунтов и местных каменных материалов в слоях дорожных одежд

15.2. Строительство слоев из щебеночных материалов

15.3. Строительство слоев из щебеночно-песчаных и других смесей

15.4. Строительство слоев из активных отходов промышленности

15.5. Строительство слоев из материалов, обработанных цементом

15.6. Брусчатые, мозаичные и клинкерные мостовые

15.7. Основы технологии производства искусственного зернистого материала из глинистых грунтов с использованием электроплазменных устройств

15.8. Технология и эффективность применения зернистых керамических материалов при строительстве оснований дорожных одежд

ГЛАВА 16. Строительство дорожных оснований и покрытий из каменных материалов и грунтов, обработанных органическими вяжущими

16.1. Строительство щебеночных слоев способом пропитки

16.2. Строительство слоев из черного щебня

16.3. Строительство слоев из смесей каменных материалов с жидкими органическими вяжущими

16.4. Строительство слоев из смесей каменных материалов с вязкими органическими вяжущими

16.5. Строительство конструктивных слоев дорожных одежд из эмульсионно-минеральных смесей

16.6. Строительство слоев из грунтов, укрепленных органическими вяжущими

ГЛАВА 17. Строительство цементобетонных покрытий и оснований

17.1. Особенности строительства покрытий с применением минеральных вяжущих

17.2. Требования к материалам для строительства цементобетонных покрытий и проектирование состава дорожного бетона

17.3. Конструкции дорожных цементобетонных покрытий и оснований

17.4. Технология строительства цементобетонных покрытий

17.5. Строительство монолитных армобетонных и непрерывно армированных покрытий

17.6. Строительство предварительно напряжённых монолитных цементобетонных покрытий

17.7. Строительство оснований и покрытий из укатываемых бетонов

17.8. Особенности строительства цементобетонных покрытий при пониженной температуре воздуха

17.9. Строительство сборных и сборно-монолитных покрытий

17.10. Контроль качества строительства цементобетонных покрытий

ГЛАВА 18. Строительство асфальтобетонных покрытий и оснований

18.1. Общие положения технологии строительства асфальтобетонных покрытий

18.2. Конструкции дорожных одежд с асфальтобетонным покрытием

18.3. Проектирование состава асфальтобетонных смесей

18.4. Обеспечение требований к физико-механическим свойствам асфальтобетона

18.5. Технология строительства асфальтобетонных покрытий и оснований

18.6. Требования к составу технологических карт на строительство асфальтобетонных покрытий

ГЛАВА 19. Строительство асфальтобетонных покрытий из холодных и литых смесей и щебеночно-мастичного асфальтобетона

19.1. Строительство покрытий из холодных асфальтобетонных смесей

19.2. Строительство покрытий из литых асфальтобетонных смесей

19.3. Строительство покрытий из щебеночно-мастичного асфальтобетона

19.4. Строительство покрытий из асфальтобетонных смесей на основе полимерно-битумных вяжущих

19.5. Строительство асфальтобетонных покрытий при пониженной температуре воздуха

19.6. Охрана труда при строительстве асфальтобетонных покрытий

ГЛАВА 20. Строительство слоев износа, защитных шероховатых слоев

20.1. Назначение слоев износа, защитных и шероховатых слоев

20.2. Поверхностная обработка дорожных покрытий

20.3. Поверхностные обработки с полимерным вяжущим

20.4. Устройство шероховатого слоя износа методом втапливания щебня

20.5. Слои износа и защитные слои с применением эмульсионно-минеральных смесей

ГЛАВА 21. Строительство дорожных одежд с покрытиями простейшего типа

21.1. Назначение покрытий простейшего типа

21.2. Местные грунты как материал для покрытий простейшего типа

21.3. Технология строительства простейших покрытий из искусственно улучшенных грунтов

21.4. Технология профилирования грунтовых дорог

21.5. Строительство деревянных, сплошных и колейных покрытий (лежневых и бревенчатых)

21.6. Брусчатые, мозаиковые и клинкерные мостовые

ГЛАВА 22. Реконструкция дорожных одежд

22.1. Способы реконструкции дорожных одежд

22.2. Способы разборки слоев дорожных одежд для повторного использования их материалов

22.3. Способы регенерации дорожных одежд и покрытий

22.4. Уширение дорожной одежды

22.5. Усиление существующих дорожных одежд

22.6. Особенности реконструкции дорожных одежд с цементобетонными покрытиями

22.7. Устройство краевых полос и укрепление обочин при реконструкции дорог

22.8. Перестройка дорожных одежд переходного типа

РАЗДЕЛ IV МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДОРОЖНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

Глава 23. Предприятия по разработке горных пород

23.1. Разработка горных пород

23.2. Особенности разработки скальных пород

23.3. Особенности разработки обломочных пород

23.4. Переработка каменных материалов в притрассовых карьерах на передвижных дробильно-сортировочных установках

ГЛАВА 24. Камнедробильные заводы

24.1. Основные процессы работы камнедробильных заводов

24.2. Генеральный план КДЗ

24.3. Переработка гравийно-песчаных материалов

24.4. Приготовление дробленого песка

24.5. Производство минерального порошка для асфальтобетона

24.6. Особенности организации складов готовой продукции

24.7. Технологические процессы обогащения и улучшения каменных материалов

24.8. Контроль качества, приемка готовой продукции

ГЛАВА 25. Битумные и эмульсионные базы

25.1. Назначение и размещение баз и складов

25.2. Технологические процессы подготовки органических вяжущих

25.3. Эмульсионные базы и цехи. Технология производства битумных эмульсий

25.4. Установки для производства катионных битумных эмульсий

25.5. Автоматизация технологических процессов на эмульсионных базах и контроль качества эмульсий

ГЛАВА 26. Заводы для приготовления асфальтобетонных смесей

26.1. Классификация заводов и особенности их размещения

26.2. Генеральный план АБЗ

26.3. Технологические процессы. Выбор технологического оборудования

26.4 Асфальтосмесительные установки

26.5. Переработка старого асфальтобетона (регенерация) на АБЗ

26.6. Автоматизация технологических процессов асфальтобетонного завода и контроль качества

26.7. Базы и установки для обработки грунтов вяжущими

ГЛАВА 27. Заводы по производству цементобетонных смесей

27.1. Классификация заводов и особенности их размещения

27.2. Генеральный план ЦБЗ

27.3. Технологические процессы производства и оборудование

27.4. Особенности организации складов каменных материалов

27.5. Склады цемента и минерального порошка

27.6. Автоматизация технологических процессов и контроль качества продукции

27.7. Оборудование для транспортирования бетонных смесей

27.8. Особенности работы ЦБЗ зимой и в жарком климате

ГЛАВА 28. Заводы и полигоны для изготовления железобетонных изделий

28.1. Классификация заводов и полигонов и технология изготовления изделий

28.2. Способы производства железобетонных изделий

28.3. Контроль качества железобетонных изделий и особенности организации склада готовых изделий

ГЛАВА 29. Охрана труда и окружающей среды на производственных предприятиях дорожного хозяйства

29.1. Общие положения по охране труда и технике безопасности в строительном производстве

29.2. Охрана труда и техника безопасности на производственных предприятиях (базах) дорожного строительства

29.3. Охрана окружающей природной среды на производственных предприятиях дорожного строительства

РАЗДЕЛ V

ОРГАНИЗАЦИЯ ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ РАБОТ

Глава 30. Основные вопросы организации дорожно-строительных работ

30.1. Общие положения организации строительства автомобильной дороги

30.2. Особенности организации работ при реконструкции автомобильной дороги

30.3. Организационно-технические мероприятия по охране окружающей среды при строительстве (реконструкции) автомобильной дороги

30.4. Охрана труда и техника безопасности при строительстве автомобильных дорог

ГЛАВА 31. Организация производственной базы дорожного строительства

31.1. Организация материально-технического обеспечения дорожного строительства

31.2. Организация складского хозяйства на дорожном строительстве

31.3. Организация технического обслуживания и ремонта машин

31.4. Обеспечение производственной базы дорожного строительства электроэнергией, сжатым воздухом, паром, водой и технологической связью

ГЛАВА 32. Способы организации дорожно-строительных работ

32.1. Комплексно-механизированный поточный способ и его разновидности

32.2. Непоточные способы организации дорожно-строительных работ

ГЛАВА 33. Проектирование организации строительства и производства дорожно-строительных работ

33.1. Проект организации строительства и проект производства работ

33.2. Определение составов специализированных отрядов при устройстве дорожной одежды

33.3. Составление календарного, сетевого, почасовых графиков строительства автомобильной дороги и технологических карт

33.4. Определение потребности строительства в материально-технических ресурсах

33.5. Диспетчерское управление и автоматизация управления строительством

РАЗДЕЛ VI

ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ РАБОТ

ГЛАВА 34. Контроль и управление качеством дорожно-строительных работ

34.1. Система контроля и управления качеством дорожно-строительных работ

34.2. Организации и технология контроля качества дорожно-строительных работ

Глава 35. Производственный контроль качества дорожно-строительных работ

35.1. Контроль качества выполняемых работ при строительстве земляного полотна и правила их приемки

35.2. Операционный контроль в процессе выполнения и по завершении соответствующих операций

35.3. Скоростные методы контроля прочности и ровности дорожной одежды

35.4. Контролируемые параметры, средства контроля, допустимые отклонения и объем измерений при операционном и приемочном контроле

ГЛАВА 36. Статистический контроль и регулирование качества при строительстве автомобильных дорог

36.1. Актуальность статистических методов контроля в дорожном строительстве

36.2. Обоснование и развитие единого расчетного аппарата для статистического контроля качества в дорожном строительстве

36.3. Методическая основа оценки качества в дорожном строительстве

36.4. Методика определения объема и точек измерений при статистическом контроле

36.5. Обработка результатов статистического контроля и оценка качества

36.6. Настройка технологических процессов на стадии подготовки и в процессе строительства

36.7. Примеры организации и проведения статистического контроля, оценки качества и настройки технологических процессов

36.8. Основные выводы

РАЗДЕЛ VII

ПРОИЗВОДСТВЕННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ МАШИН И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И РЕКОНСТРУКЦИИ ДОРОГ

Глава 37. Выбор и определение основных производственно-технологических параметров дорожно-строительной техники

37.1. Основные тенденции развития дорожно-строительных машин и их производственно-технологические параметры

37.2. Основные технологические параметры по основным группам машин и оборудования и определение производительности

ГЛАВА 38. Машины и оборудование для возведения земляного полотна

38.1. Машины для подготовительных работ

38.2. Машины для разработки и транспортирования грунта

38.3. Машины для разравнивания грунта и планировки земляного полотна и слоев основания и откосов

38.4. Машины и оборудование для уплотнения грунтов

ГЛАВА 39. Машины и оборудование для строительства и реконструкции дорожных одежд

39.1. Машины для строительства слоев основания из грунтов и минеральных материалов, обработанных вяжущими

39.2. Машины для строительства слоев основания из щебня и гравия

39.3. Машины для строительства асфальтобетонных покрытий

39.4. Машины и оборудование для строительства цементобетонных покрытий

39.5. Машины и оборудование для строительства слоев износа (защитных слоев) покрытия

39.6. Машины для уплотнения слоев основания и покрытия

39.7. Машины для обустройства дорог

39.8. Машины и оборудование для реконструкции дорог

Список литературы

Васильев А.П. и др.

Строительство и реконструкция автомобильных дорог: Справочная энциклопедия дорожника (СЭД). Т. I / А.П. Васильев, Б.С. Марышев, В.В. Силкин и др.; Под ред. д-ра техн. наук, проф. А.П. Васильева. - М.: Информавтодор, 2005.

В настоящем I томе СЭД «Строительство и реконструкция автомобильных дорог» изложены этапы развития и совершенствования сети автомобильных дорог России и технологии их строительства. Подробно рассмотрены вопросы технологии возведения земляного полотна в различных природно-климатических условиях; технологии и организации работ по строительству дорожных одежд; особенностей технологии работ по реконструкции автомобильных дорог. Большое внимание уделено новым дорожно-строительным материалам и проблемам материально-технического обеспечения дорожного строительства, включая предприятия по разработке горных пород, битумные и эмульсионные базы, асфальтобетонные и цементобетонные заводы, полигоны изготовления железобетонных изделий, склады и т.д. Отдельные разделы посвящены методам организации и обеспечения качества дорожно-строительных работ, приведены производственно-технологические параметры машин и оборудования для строительства и реконструкции дорог.

Предлагаемый материал рассчитан на широкий круг инженерно-технических работников и специалистов дорожного хозяйства, научных работников, преподавателей и студентов автодорожных вузов, техникумов и колледжей.

Коллектив авторов: А.П. Васильев - предисловие, разд. 1.1, 1.2, главы 12, 20, 22, разд. 30.2; В.М. Азиев - разд. 13.2, 13.3, главы 30, 31, 32, 33; Н.В. Горелышев - главы 18, 19; В.Н. Ефименко - разд. 15.7, 15.8, 21.1-21.5; Е.В. Жустарева - разд. 35.3; B . C . Исаев - разд. 15.1-15.6, 21.6; М.С. Коганзон - разд. 1.3, 1.4, главы 7, 8, 14; Ю.М. Львович - главы 3, 4, 6, 9, 10, 11, разд. 7.5, 13.1, 35.1, 35.2; Д.Г. Мепуришвили - глава 36; Б.С. Марышев - главы 18, 19, 34, 37, 38, 39, разд. 35.4; В.П. Носов - главы 2, 5; И.А. Плотникова - глава 16; В.В. Силкин - главы 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29; В.В. Ушаков - глава 17; И.Н. Фролова - глава 34, разд. 29.1, 30.4, 33.1 (в части изложения соответствующих положений согласно новых нормативных документов); Ю.М. Яковлев - разд. 12.7.

Разделы, подготовленные совместно, повторены у каждого соавтора.

Рецензенты:

ОАО Центрдорстрой - генеральный директор В.С. Арутюнов;

Управление автомобильных дорог администрации Волгоградской области - зам. начальника управления, докт. техн. наук В.С. Боровик.

Координатор проекта ФГУП «ИНФОРМАВТОДОР»

Руководитель проекта Д.Г. Мепуришвили

Ответственный исполнитель по координации работ И.Н. Фролова

Введение

Настоящая «Справочная энциклопедия дорожника» состоит из 4-х томов, в каждом из которых представлены сведения по отдельным направлениям развития дорожного хозяйства: том I - Строительство и реконструкция автомобильных дорог, том II - Ремонт и содержание автомобильных дорог, том III - Дорожно-строительные материалы, том IV - Дорожная наука.

Перед составителями предлагаемой серии справочных материалов стояла сложная и трудноразрешимая задача, которая происходит уже из самого названия: справочная энциклопедия. Аналогов такого издания в дорожной литературе не имеется.

Слово «справочная», означает, что это издание должно иметь характер справочника, то есть содержать четкую и краткую информацию в виде таблиц, графиков, формул, предназначенных для использования в практической деятельности специалистами-дорожниками. Слово «энциклопедия» имеет смысл, во многом противоположный первой задаче издания. Оно означает широкое, всеохватывающее описание состояния и основных направлений развития дорожного хозяйства страны, понятное широкому кругу читателей, в том числе и не имеющим специального дорожного образования.

В предлагаемой работе предпринята попытка объединить две указанные задачи. В настоящем I томе «Строительство и реконструкция автомобильных дорог» в краткой форме описывается история развития технологии и организации строительства и реконструкции дорог с первого периода их появления именно как автомобильных до настоящего времени, отмечается роль ученых и специалистов в создании различных технологий, способов и методов строительства, в том числе устаревших и не применяющихся на практике. Но основное внимание уделено описанию современных технологий, методов и способов строительства и реконструкции автомобильных дорог, которые применяются в настоящее время на практике; получили отражение вопросы развития производственных баз для приготовления дорожно-строительных материалов, контроля качества работ; применяемых в технологических процессах машин и механизмов. Эти вопросы излагаются полно и подробно, в форме справочного пособия, содержащего не только описание, но и схемы, количественные данные, таблицы, графики и расчетные формулы. Эта информация может быть полезным практическим пособием работникам дорожно-строительного производства, проектировщикам дорог при выборе технологий, методов и способов производства работ, подборе составов материалов и контроле качества работ и т.д.

Авторы отдают себе отчет в том, что не все вопросы освещены одинаково детально и полно и с благодарностью примут замечания и пожелания по дальнейшему совершенствованию издания.

РАЗДЕЛ I
ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ И ОРГАНИЗАЦИИ СТРОИТЕЛЬСТВА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

ГЛАВА 1. Этапы развития и пути совершенствования сети автомобильных дорог и технологии их строительства

1.1. Основные этапы развития и совершенствования сети автомобильных дорог России

Первые автомобили появились в России в 1901 г. и вскоре возникла проблема приспособления существующей дорожной сети к одновременному пропуску гужевых повозок и автомобилей. Появился термин «автогужевые дороги». Объем строительства таких дорог до первой мировой войны был незначителен, преимущественно по стратегическим направлениям к границам и для занятия безработных из голодных губерний. Было построено так называвшееся «голодное шоссе» от Новороссийска до Батума. Протяженность дорог с твердыми покрытиями (булыжные мостовые, щебеночные и гравийные) не достигала 21 тыс. км; дорог с покрытиями капитального типа не было совсем. После окончания гражданской войны было построено много грунтовых дорог, названных населением «грейдерами». Однако оставленные без систематического надзора и ухода они быстро разрушались.

В 1928 году была разработана первая производственная инструкция по устройству покрытий с применением «битумных» вяжущих материалов при улучшении грунтовых дорог и дорог с щебеночными и гравийными покрытиями, которые обеспечивали нормальный проезд автомобилей. Более полное отражение особенности совмещенного автогужевого движения нашли в «Технических условиях, правилах и нормах для изысканий, проектирования, постройки, ремонта и содержания автогужевых дорог и мостовых сооружений на них» Цудортранса НКПС СССР 1931 г. Однако невысокие требования ТУ к транспортно-эксплуатационным характеристикам автогужевых дорог и отсутствие технических рекомендаций по использованию вяжущих материалов в конструкции дорожной одежды предопределили их недолгий срок действия. В 1934 г. были разработаны новые Технические условия (ТУ 1934 г.), в которых были уже учтены достижения дорожной науки и техники в части устройства дорожной одежды, включая усовершенствованный тип покрытия.

В 1928 г. был принят первый пятилетний план развития народного хозяйства, и во всех последующих пятилетках вплоть до 1990 г. программы по развитию дорожной сети страны являлись составной частью каждого пятилетнего плана.

В первой и второй пятилетках (1928-1938 гг.) около 87 % вновь строящихся дорог составляли грунтовые и грунтовые улучшенные и около 13 % дорог строилось с покрытием переходного и облегченного типа, главным образом из местных материалов. Только на наиболее напряженных участках дорог на подходах к железнодорожным станциям, пристаням и крупным городам устраивались усовершенствованные покрытия облегченного и капитального типа. Это были в основном тонкослойные покрытия, устраиваемые методом пропитки и поверхностной обработки, получает развитие технология смешения материалов на дороге или в установке. Началось строительство асфальтобетонных покрытий и строительство опытных участков цементобетонных покрытий.

Крупным шагом по пути технического прогресса в дорожном строительстве стала разработка под руководством проф. Г.Д. Дубелира «Технических условий на сооружение автомобильных дорог и мостов» утвержденных Гушосдором НКВД СССР в 1938 г. Новый нормативный документ принципиально отличался от всех предыдущих технических условий. В ТУ 1938 г. впервые была дана классификация автомобильных дорог на три технических класса, приведены технические нормативы основных элементов дорог для каждого класса, определены типы покрытий дорожных одежд и их применяемость в зависимости от класса дороги. Нормативно были установлены типы покрытий:

переходный тип (грунтово улучшенные, черные грунтовые, гравированные, щебеночные и шлаковые, гравийные и др.). Наибольшее распространение получили щебеночные и гравийные покрытия из гравия или щебня толщиной 18-20 см на песчаном подстилающем слое толщиной 10-20 см;

усовершенствованный тип (черные гравийные, черные щебеночные или шлаковые и покрытия из холодного асфальтобетона - все они назывались черными дорогами, а также клинкерные мостовые). Толщина чернощебеночных и черногравийных покрытий составляла 4-8 см, толщина щебеночного или гравийного основания 14-18 см и подстилающего слоя 10-20 см;

капитальный тип (асфальтобетон, цементобетон, а также брусчатые и мозаичные мостовые). Эти покрытия устраивались в основном на дорогах I и II классов при интенсивности движения 1000 авт./сут и более. Конструкция дорожной одежды с асфальтобетонным покрытием состояла из одного-двух слоев асфальтобетона общей толщиной 4-8 см, щебеночного или гравийного слоя толщиной 18-20 см и песчаного подстилающего слоя толщиной 10-20 см.

При этом потребовались определенные коррективы нормативных документов. Главдорупром при СНК РСФСР были приняты новые «Технические условия и правила проектирования и постройки автомобильных дорог и искусственных сооружений», в которые внесено несколько принципиальных изменений: по новой классификации устанавливалось, что автомобильные дороги подразделяются на пять технических классов; внесены дополнения в основные технические нормативы; установлены нормы ширины полосы отвода и др. ТУ 1939 г. действовали до 1955 г. Одновременно отечественными учеными и инженерами создаются новые технологии строительства дорог, промышленность строительных материалов, дорожных машин, в том числе асфальтобетонных установок конструкции инженера Гудмана.

Быстрое развитие автомобильного транспорта России в годы перед началом Второй мировой войны потребовало корректировки дорожной политики в сторону увеличения удельного веса строительства усовершенствованных гудронированных, асфальтобетонных и цементобетонных покрытий. Эта политика начала реализовываться в начале третьей пятилетки (1938-1942 г.г.), когда темпы развития сети дорог с твердым покрытием существенно возросли, широкое распространение получил метод народной стройки дорог.

В период Великой Отечественной войны дорожные организации были заняты в основном восстановлением разрушенных дорог и мостов в районах боевых действий и сохранением существующих дорог остальной территории России.

В первые годы после войны основные усилия были направлены на восстановление, ремонт и реконструкцию разрушенных дорог, а затем на строительство новых. Народное хозяйство начало восстанавливаться и уже в 1948 г. производство автомобилей превзошло довоенный уровень, а в 1950 г. превысило его в два раза. Получила свое развитие и дорожная сеть. Были построены и реконструированы крупные автомагистрали, возрастала доля усовершенствованных покрытий (асфальтобетонных, черногравийных и чернощебеночных) в общей протяженности строящихся дорог. Тем не менее, состояние дорожной сети не удовлетворяло требованиям народного хозяйства, поскольку доля дорог с твердым покрытием в РСФСР составляла всего около 13 %.

Крупным этапом развития технических основ строительства автомобильных дорог явились «Нормы и технические условия проектирования автомобильных дорог» (НиТУ 128-55) 1955 г., разработанные под руководством канд. техн. наук Н.Ф. Хорошилова. Принципиальным отличием этих норм являлось то, что с их выходом из технической литературы окончательно исчезло понятие «автогужевые дороги». Существенные изменения были внесены и в классификацию дорожных покрытий: усовершенствованные (капитальные и облегченные), переходные и низшие.

Характерной чертой этого периода явилось ускорение темпов строительства дорог с усовершенствованными, главным образом, облегченными типами покрытий и массовая замена небольших деревянных мостов на железобетонные трубы и мосты. Необходимость такого ускорения следовала из опыта эксплуатации ранее построенных дорог.

Однако, в конце 40-х - начале 50-х гг. с увеличением объемов строительства новых дорог были допущены некоторые послабления в требованиях к применявшимся материалам, конструкциям дорожных одежд, отметкам земляного полотна и качеству производства работ. В результате уже через 2-3 года на этих дорогах появились деформации и разрушения дорожной одежды. В целях устранения подобных явлений Союздорнии и его филиалы провели широкие обследования состояния дорог, на основании которых в 1956 г. в дополнение к НиТУ 128-55 были изданы «Основные указания по проектированию и строительству автомобильных дорог», в которых были повышены требования к прочности дорожной одежды.

В 1958 г. был принят Указ Президиума Верховного Совета СССР «Об участии колхозов, совхозов, промышленных, транспортных и других предприятий и хозяйственных организаций в строительстве и ремонте автомобильных дорог». Старый порядок трудового участия населения в дорожных работах был отменен. Это позволило заметно увеличить темпы развития дорог, прежде всего местного значения. Другим крупным решением стало постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР «О плане строительства автомобильных дорог на 1959-1965 годы», в котором впервые был установлен дополнительный источник финансирования в виде целевых отчислений на строительство дорог республиканского и областного значения в размере 2 % от доходов по эксплуатации автомобильного транспорта. Указанные решения создали базу для развития и совершенствования дорожной сети с начала семилетки и в последующие годы.

В 1961 г. была принята классификация работ по ремонту и содержанию дорог, в которой предусмотрено требование в процессе капитального ремонта доводить все параметры дорог до норм, соответствующих присвоенной технической категории с учетом перспективы развития движения на ремонтируемой дороге, что практически означало реконструкцию дороги. Классификация вошла в «Технические правила ремонта и содержания автомобильных дорог» ВСН 22-63, разработанные Союздорнии с участием МАДИ. В целом это прогрессивное решение в дальнейшем отрицательно отразилось на состоянии эксплуатируемой сети дорог, так как явилось основанием выделенные на ремонт и содержание средства направлять на реконструкцию и даже на строительство новых дорог в ущерб ремонту и содержанию существующих.

Недостатком в развитии дорог этого периода, который начал проявляться весьма заметно, явилось несоответствие прочности дорожных одежд построенных ранее дорог возрастающей нагрузке от автомобилей вследствие чего происходил быстрый износ и разрушение дорог. Во многом такое положение произошло потому, что нецентрализованные средства финансирования, получаемые по Указу, не обеспечивались материальными ресурсами и распылялись по множеству мелких объектов при строительстве местных дорог.

В конце 50-х гг. в дорожной политике наметилось стремление к исключению грунтовых дорог из сети дорог общего пользования, в результате чего протяженность последних начала сокращаться: с 1950 по 1960 г. сеть дорог общего пользования сократилась на 57 тыс. км. За период с 1960 по 1970 г. сократилась еще на 215,7 тыс. км.

С января 1964 г. вступил в действие СНиП II -Д.5-62 Нормы проектирования автомобильных дорог общей сети Союза ССР. В этих нормах было сохранено пять категорий автомобильных дорог, но увеличены пределы среднесуточной перспективной интенсивности движения, которая стала назначаться для проектирования элементов дороги и дорожной одежды.

Произошедшие изменения сфер применения различных типов покрытий существенно снизили требования к прочности дорожных одежд по сравнению с НиТУ 128-55. Так, если в нормах 1955 г. при интенсивности движения более 3000 авт./сут. требовалось устраивать только усовершенствованный капитальный тип покрытия, то в СНиП II -Д.5-62 при интенсивности 6000 авт./сут допускалось устраивать усовершенствованный облегченный тип покрытия. Если в старых нормах покрытия переходного типа допускалось устраивать только при интенсивности до 400 авт./сут, то в нормах 1962 г. их можно было устраивать даже на дорогах III категории при интенсивности движения до 3000 авт./сут, чем и стали широко пользоваться на практике.

Еще одним крупным недостатком СНиП II -Д.5-62 явилось включение в него ГОСТ 9314-59 «Весовые параметры и габариты автомобилей и автопоездов», в соответствии с которым все автомобили были разделены на две группы:

группа А - автомобили и автопоезда с осевой нагрузкой 10 т, предназначенные для эксплуатации на автомобильных дорогах I и II категорий, имеющих усовершенствованные капитальные типы покрытий;

группа Б - автомобили и автопоезда с осевой нагрузкой 6 т, предназначенные для эксплуатации на всех автомобильных дорогах общей сети.

Практически это означало, что только на дорогах I категории было обязательным устройство дорожных одежд, рассчитанных на пропуск автомобилей с осевой нагрузкой 10 т. Уже на дорогах II категории это было необязательным, а на дорогах IV категории, составляющих основную часть дорожной сети, - невозможным.

Если учесть, что по НиТУ 128-55 дорожные одежды всех дорог рассчитывались на пропуск автомобилей с осевой нагрузкой 9,1 т и при меньших интенсивностях требовалось устраивать более капитальные одежды, то станет ясно, что СНиП II -Д.5-62 заложил нормативную базу для значительного ухудшения транспортно-эксплуатационных качеств дорожных одежд и покрытий.

Такой подход был обусловлен необходимостью скорейшей ликвидации бездорожья, когда снижение требований к прочности дорожных одежд позволяло уменьшить их строительную стоимость и построить больше дорог с твердым покрытием, что и подтверждено увеличением темпов строительства дорог в VIII и IX пятилетках. Однако дальнейший опыт показал, что дороги с малопрочной дорожной одеждой быстро разрушаются под действием движения тяжелого транспорта, требуют все больше затрат на ремонт и содержание и в итоге перестраиваются - или разрушаются.

С 1 июля 1973 г. вступил в действие СНиП II -Д.5-72, в котором сохранены основные принципы и положения проектирования дорог, изложенные в СНиП II -Д.5-62.

В части дорожных одежд была расширена сфера применения покрытий усовершенствованного капитального и облегченного типов на дорогах II категории и ограничена возможность строительства переходного типа на дорогах III категории. Начиная с 1975 г. новые дороги I - II категорий начали строить с дорожной одеждой, рассчитанной на пропуск автомобилей с осевой нагрузкой 10 т, а все остальные дороги по-прежнему проектировались и строились в расчете на пропуск автомобилей с осевой нагрузкой 6 т, то есть хуже, чем по НиТУ 128-55.

Автомобильная промышленность взяла курс на увеличение грузоподъемности грузовых автомобилей за счет повышения осевых нагрузок до 8-10 т, несмотря на то, что основная часть существующих дорог имела дорожные одежды, рассчитанные на осевую нагрузку 6 т.

В 1975 г. был отменен ГОСТ 9314-59 на весовые параметры и габариты автомобилей и автопоездов, что открыло возможность бесконтрольно увеличивать осевую нагрузку грузовых автомобилей и их грузоподъемность. За период с 1960 по 1980 г. средняя грузоподъемность грузовых автомобилей возросла с 3,4 до 5,0 т. Заметно возросло число автомобилей грузоподъемностью выше 5 т: к 1980 г. их доля в транспортном потоке увеличилась в 4 раза, а к 1990 г. возросла в 6 раз по сравнению с 1970 г. (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Динамика изменения структуры парка грузовых автомобилей в период 1970-1990 гг.

Годы

Для автомобилей по грузоподъемности, %

до 2 т

2-5 т

всего

в том числе

5-8 т

8-10 т

10-15 т

15 т

1970

4,70

88,70

6,60

5,00

1,60

-

-

1975

11.25

73,75

15,00

2,11

6,73

2,92

3,24

1980

13,40

62,25

24,35

4,17

10,37

4,18

5,63

1985

18.65

49,90

31,45

5,51

11,96

4,30

9,68

1990

21,20

42,20

36,60

6,14

12,49

4,72

13,25

В условиях роста интенсивности движения и осевых нагрузок обострилась проблема повышения прочности и капитальности дорожной конструкции. Дорожные одежды начали рассчитывать по новому методу так, чтобы они могли обеспечивать достаточную прочность и работоспособность дорог I и II категории.

В десятой пятилетке (1976-1980 гг.) особое внимание было обращено на развитие сети внутрихозяйственных дорог с твердым покрытием. Было издано несколько постановлений правительства и разработана программа «Дороги Нечерноземья», которая предусматривала ускоренное развитие дорожной сети в этом регионе. При этом темпы роста сети дорог общего пользования оставались на прежнем уровне и даже несколько снизились. Эта тенденция сохранялась практически до конца 1990 г.

С января 1987 г. введен в действие СНиП 2.05.02-85 взамен СНиП II Д.5-72. В нем сделана попытка учесть отрицательный опыт эксплуатации дорожных одежд, рассчитанных на пропуск автомобилей с осевой нагрузкой 6 т. Этот опыт показал, что невозможно запретить движение в расчетный период по любым дорогам автомобилям и автобусам с осевой нагрузкой более 6 т, тем более, что проезд каждого большегрузного автомобиля не приводит сразу к разрушению дороги. Однако в результате повторных воздействий от проездов тяжелых автомобилей происходит накопление необратимых остаточных деформаций, следствием чего является быстрый износ и разрушение дорожных одежд. Исходя из этого, в СНиП 2.05.02-85 предусмотрено обязательное проектирование дорожных одежд для дорог I , II и III категорий под расчетную нагрузку 10 тс, а для дорог IV - V категорий под нагрузку 6 тс. Внесены изменения в классификацию типов дорожных одежд, которые стали называться одеждами капитального, облегченного, переходного и низшего типов. Таким образом, только с 1987 г. на всех дорогах III категории было узаконено строительство прочных дорожных одежд, отвечающих современным требованиям. На дорогах IV и V категорий по-прежнему устраивают тонкослойные малопрочные конструкции дорожных одежд.

Учитывая растущую долю тяжелых автомобилей, прогрессирующие темпы износа дорожных одежд и ухудшения состояния дорог под их действием, начиная с 80-х г. все большее внимание уделяется сооружению покрытий усовершенствованного капитального и облегченного типов (по классификации СНиП II -Д.5-72) или дорожных одежд капитального и облегченного типов (по классификации СНиП 2.05.02-85) как при строительстве новых, так и при ремонте конструкции существующих дорог.

В этот период продолжилась тенденция увеличения доли дорог с цементобетонными покрытиями в общей протяженности дорог с твердыми покрытиями и соответствующее уменьшение доли дорог с гравийными и щебеночными покрытиями, не обработанными вяжущими. В 1986 г. доля дорог с одеждой капитального и облегченного типов превысила половину протяженности всех дорог.

В период 1986-1990 гг. ежегодные объемы строительства и реконструкции дорог общего пользования составляли от 8 до 12 тыс. км. Это были наивысшие темпы дорожного строительства в России. В целом, доля дорог с твердым покрытием в сети дорог общего пользования возросла с 38,6 % в 1970 г. до 64,6 % в 1980 г. В то же время протяженность дорог общего пользования сократилась с 543,1 тыс. км до 497,8 тыс. км, или на 45,3 тыс. км в связи с исключением грунтовых дорог из сети дорог общего пользования.

Серьезное изменение дорожной политики произошло в период после 1991 г., когда был принят Закон РСФСР от 18.10.1991 г. «О дорожных фондах в РСФСР». Это внебюджетный фонд целевого назначения, формируемый за счет средств налогоплательщиков. Этим законом все автомобильные дороги общего пользования разделены по их принадлежности к собственности на федеральные и территориальные.

В условиях общего экономического кризиса того периода в стране принятие закона сыграло огромную роль в сохранении потенциала дорожных организаций, хотя и не обеспечило возможности сохранения, а тем более повышения темпов развития дорожной сети. Объемы строительства и реконструкции дорог общего пользования в 1991-1995 гг. снизились до 4-6 тыс. км в год, а объемы работ по ремонту и содержанию в 1,5-2 раза. Протяженность дорожной сети составила в 1990 г. 455,4 тыс. км, что почти в 2 раза меньше, чем в 1940 г.

Принципиально изменилась политика по отношению к внутрихозяйственным и ведомственным дорогам. Начиная с 1990 г. многие из этих дорог, имеющих твердое покрытие, стали переводиться в сеть дорог общего пользования с твердым покрытием, которая стала увеличиваться в основном за счет переда чи внутрихозяйственных дорог. Объем ежегодно передаваемых дорог составлял от 5 до 15 тыс. км и более. Вместе с этим в 1990 г. прекратилось сокращение протяженности сети дорог общего пользования и начался их прирост.

Задачи по развитию дорожной сети на период 1995-2000 гг. были определены в «Программе совершенствования и развития автомобильных дорог Российской Федерации «Дороги России», утвержденной постановлением Правительства Российской Федерации от 08.12.94 № 1310. Указом Президента Российской Федерации «О президентской программе «Дороги России» от 06.12.1995 г. № 1220 указанной программе был придан статус президентской. Было разработано два варианта программы дорожных работ на 1995-2000 г., один из которых исходил из пессимистического, а другой из оптимистического прогноза развития экономики (табл. 1.2).

Таблица 1.2

Объемы основных дорожных работ на период 1995-2000 гг., предусмотренные программной развития «Дороги России»

Работы

Единица измерения

Вариант 1

Вариант 2

Федеральные дороги

Территор. дороги

Всего

Федеральные дороги

Территор. дороги

Всего

Ремонт дорог с усовершенствованным покрытием

км

33300

143700

177000

33300

180700

214000

Ремонт дорог с переходным и низшим типом покрытия

км

5100

171200

176300

5100

195100

200200

Ремонт мостов

км

128,0

280,6

408,6

128,0

280,6

408,6

Строительство новых дорог

км

1185

23100

24285

1185

45300

46485

Реконструкция существующих дорог

км

2898

29000

31898

4283

35100

39383

Строительство мостов и путепроводов

км

38,7

25,7

64,4

38,7

25,7

64,4

В соответствии с программой «Дороги России» протяженность дорог общего пользования намечалось увеличить до следующих показателей:

Вариант 1

Вариант 2

Всего автомобильных дорог общего пользования, тыс. км

696,8

708,0

в том числе:

федеральных

42,8

44,0

территориальных

654,0

664,0

Фактически за время реализации президентской программы «Дороги России» в период 1995-2000 г. г. построено и реконструировано 33596 км автомобильных дорог общего пользования, в том числе 4318 км федеральных [1, 70].

Фактическая протяженность дорог общего пользования в России на 2000 г. составила 579,0 тыс. км, в том числе федеральных 46,4 тыс. км, территориальных 532,6 тыс. км. По протяженности дорог общего пользования Россия возвратилась к 1970 г. (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Показатели развития сети автомобильных дорог общего пользования России: 1 - общая протяженность; 2 - грунтовые дороги; 3 - дороги с твердым покрытием

Следует отметить, что достигнутый на конец XX века уровень развития дорожной сети России далеко не соответствует потребностям социально-экономического развития страны.

Расчеты показывают, что минимально необходимая протяженность дорог общего пользования с твердым покрытием составляет 1500 тыс. км (Васильев А.П. Состояние дорожной сети и концепция ее дальнейшего развития // Автомоб. дороги. - 1992. - № 3. - С. 1 - 4). За нижний порог насыщения территории России автомобильными дорогами следует принять 2000 тыс. км, при котором все населенные пункты будут связаны дорогами с твердым покрытием, а наиболее крупные населенные пункты на освоенной территории будут иметь в среднем по две и более надежно функционирующие транспортные связи.

Создание такой сети позволит считать, что с бездорожьем в России покончено, решена крупная социальная проблема транспортного обеспечения населения страны и создана транспортная инфраструктура для успешного экономического развития государства. Усилия дорожников России на многие годы вперед должны быть направлены на достижение этой цели.

Наряду со строительством новых дорог большие задачи заключаются в приведении существующих дорог в соответствие требованиям движения. Многие из них имеют малопрочную дорожную одежду, не позволяющую пропускать движение современных грузовых автомобилей. Другие исчерпали пропускную способность или имеют много опасных для движения мест.

Все они подлежат полной или частичной реконструкции.

За шесть лет реализации президентской программы «Дороги России» 1995-2000 гг. реконструировано 15029 км автомобильных дорог общего пользования, в том числе федеральных 2263 км и территориальных 12766 км (табл. 1.3).

Таблица 1.3

Значение дороги:

Протяженность реконструируемых дорог по годам, км

1995

1996

1997

1998

1999

2000

1995-2000

Всего

2700

2592

1805

2298

2601

3033

15029

В том числе: федеральные

273

222

99

557

568

544

2263

территориальные

2427

2370

1706

1741

2033

2589

12766

За этот же период в России построено 18567 км автомобильных дорог общего пользования, в том числе 2032 км федеральных и 16535 км территориальных. Таким образом, объемы работ по реконструкции сопоставимы с объемами работ по строительству новых дорог. Тем не менее, достигнутые темпы реконструкции дорог совершенно не удовлетворяют реальной потребности в этих работах.

При сложившихся годовых объемах ежегодно реконструируется 5-6 км из каждой тысячи километров существующих дорог, то есть средний срок от ввода дороги в эксплуатацию до реконструкции составит от 160 до 200 лет. Опыт показывает, что, как правило, реконструкция автомобильных дорог необходима после 3-4 капитальных ремонтов на дорогах с высокой интенсивностью и после 4-6 капитальных ремонтов на дорогах с низкой интенсивностью в зависимости от типа дорожной одежды, темпов роста интенсивности движения и своевременности выполнения капитального и других видов работ по ремонту и содержанию автомобильных дорог.

Ориентировочные объемы работ по реконструкции дорог можно получить, используя данные о протяженности дорог с разными типами дорожных одежд (табл. 1.4). Выполненные расчеты носят ориентировочный характер, поскольку методика расчета требуемого объема работ по реконструкции дорог отсутствует. Тем не менее, эти расчеты показывают, что ежегодные объемы работ по реконструкции дорог необходимо увеличить не менее чем в два раза.

Таблица 1.4

Расчет требуемого объема работ по реконструкции автомобильных дорог

Категория дороги

Тип дорожной одежды

Срок службы до капитального ремонта, лет

Расчетное количество капитальных ремонтов до реконструкции

Протяженность в составе дорожной сети, км и доля, подлежащая реконструкции

Ориентировочные годовые объемы реконструкции, км

I

капитальный

16

3

4000×0,85

70

II

капитальный

15

3

28000×0,85

530

III

капитальный

12

4

50000×0,75

780

III

облегченный

И

4

60000×0,5

680

IV

облегченный

9

5

200000×0,4

1780

IV - V

переходный

3

8

180000×0,3

2250

Итого

6090

Примечание . Доля дорог, подлежащая реконструкции, считается на период после расчетного количества капитальных ремонтов.

Другой важный вывод, вытекающий из выполненных расчетов, состоит в том, что наибольшие объемы работ предстоит выполнить на дорогах III - IV категорий с облегченным типом дорожных одежд и на дорогах IV - V категорий с переходным типом дорожных одежд. Таким образом, реконструкция существующих дорог в ближайший период будет занимать все большую долю в общих объемах дорожных работ России.

Особого внимания при строительстве новых и реконструкции существующих дорог требует проблема повышения капитальности дорожных покрытий, вызванная существенным увеличением осевых нагрузок тяжелых грузовых автомобилей и относительной доли их в составе транспортных потоков.

Отражением этих изменений явились повышенные требования к прочности дорожных одежд, предусмотренные в новых нормах ОДН 218.046-01 «Проектирование нежестких дорожных одежд», разработанных коллективом специалистов Союздорнии и его филиалов, МАДИ (ГТУ), СибАДИ, Росдорнии и других организаций под общим руководством проф. В.Д. Казарновского и канд. техн. наук В.М. Юмашева, [ 65].

1.2. Роль ученых в создании научно-технической базы дорожного строительства

С появлением автомобилей на дорогах возникла проблема создания научно-технической базы и подготовки специалистов для строительства автомобильных дорог. Известную роль в этом сыграла кафедра «Обыкновенных дорог» Петроградского института инженеров путей сообщения, возглавляемая видным ученым в области проектирования и изысканий шоссейных дорог профессором Г.Д. Дубелиром. В 1924 г. на четырех курсах Ленинградского и Московского институтов инженеров путей сообщения и несколько позднее в Московском высшем техническом училище им. Баумана вводится специализация в области местного транспорта. В Ленинградском институте к руководству кафедрой «Дорожное дело» был привлечен военный инженер, позднее профессор, Л.В. Новиков. С 1926 г. кроме курса дорожного дела вводятся курсы по грунтовым дорогам, усовершенствованным дорогам, дорожным машинам, автомобилям и т.д.

В Ленинградском институте инженеров путей сообщения к педагогической работе по специальности «Местный транспорт» привлекаются ассистенты Н.Н. Иванов (позднее докт. техн. наук, проф. Московского автомобильно-дорожного института, лауреат Государственных премий), А.И. Анохин (впоследствии докт. техн. наук, проф. Ленинградского, а затем Сибирского автомобильно-дорожных институтов) и В.В. Арнольд (впоследствии докт. техн. наук, проф.) и др. (Богомолов А.И. Развивалась сеть дорог, росли кадры дорожников // Автомоб. дороги. - 1967. - № 11. - С. 8-9).

Наряду с подготовкой инженеров в Москве организуется Высшая автодорожная школа, в задачу которой входила переподготовка специалистов для автомобильного транспорта и дорожного строительства. В конце 20-х г. г. отделения местного транспорта в Ленинградском и Московском институтах инженеров путей сообщения были преобразованы в автодорожные факультеты, а через некоторое время (в конце 1930 г.) на базе автодорожного факультета МИИТ и Высшей автодорожной школы был организован Московский автомобильно-дорожный институт. В 1931 г. на базе факультета организуется Ленинградский автомобильно-дорожный институт. Одновременно такие институты создаются в Харькове, Саратове и Омске. Так проходила организация автодорожных высших учебных заведений, подготовивших большое число специалистов высокой квалификации.

Великая Отечественная война нарушила планомерное развитие автодорожного образования. Был разрушен полностью Харьковский автомобильно-дорожный институт. Многие профессора, преподаватели, аспиранты и студенты вступили в ряды Советской Армии. В рядах армии были профессора и преподаватели Н.В. Орнатский, Ю.Н. Даденков, А.К. Бируля, Л.Л. Афанасьев, В.Ф. Бабков, А.П. Хмельницкий, С.М. Полосин-Никитин, Б.Г. Решетников, Ф.Н. Пантелеев, А.М. Антонов, К.Н. Прокофьев, B . C . Кириллов и многие другие.

По окончании войны в связи с дальнейшим развитием автодорожного хозяйства потребность в инженерных кадрах резко возросла. Создается Киевский автомобильно-дорожный институт, затем организуются факультеты по подготовке инженеров автомобильного транспорта и дорожного строительства в новых вузах союзных республик.

В организации автодорожного образования и воспитании высококвалифицированных дорожных кадров заложен большой труд профессоров П.В. Сахарова, П.Н. Шестакова, Н.В. Орнатского, А.А. Милашечкина, И.И. Прокофьева, Л.Л. Афанасьева, В.Ф. Бабкова, Г.И. Зеленкова, И.А. Романенко, М.И. Волкова, Ю.Н. Даденкова, В.Т. Федорова и др.

Первые исследовательские работы в области дорожного хозяйства были направлены на изучение грунтов как материала для строительства дорог. Во вновь созданных в 1930 г. автодорожных институтах, в Ленинградском и Московском университетах были организованы кафедры грунтоведения и механики грунтов.

Одной из первоочередных задач дорожников того времени было улучшение грунтовых дорог, состояние которых по мере роста автомобильного движения становилось все более неудовлетворительным. Для повышения эффективности использования грунта и других местных материалов, как, например, гравия были разработаны и теоретически обоснованы оптимальные смеси, получившие широкое применение для устройства проезжей части дорог. В успешном использовании грунтов в дорожном строительстве решающую роль сыграли труды профессоров Н.Н. Иванова, Н.В. Орнатского, М.М. Филатова, В.В. Охотина. В их монографиях и руководствах были изложены основные результаты многолетних исследований в этой области и даны практические рекомендации строителям (Н. Иванов, А. Бируля, А. Калерт, В. Михайлов, Н. Пузаков, Н. Хартута. За годы советской власти создана отечественная дорожная наука // Автомоб. дороги. - 1967. - №7. - С. 10-12).

С 1935 г. начались исследования по уплотнению грунтов в насыпях. В этих исследованиях приняли участие докт. техн. наук Н.Н. Иванов, канд. техн. наук М.Я. Телегин, а затем докт. техн. наук А.К. Бируля и канд. техн. наук В.И. Бируля. Вопросы уплотнения грунта и других материалов нашли свое дальнейшее развитие в работах докт. техн. наук И.Я. Хархуты и канд. техн. наук Ю.М. Васильева. После 1941 г. был издан учебник для автодорожных вузов «Грунтоведение и механика грунтов», составленный профессорами Н.В. Орнатским, В.Ф. Бабковым и др.

Изучение грунтов слабых оснований, выполненное под руководством Н.П. Кузнецовой, Н.Н. Иванова, А.А. Арсеньева, позволило получить ценные теоретические и практические выводы для постройки земляного полотна на болотах.

С целью повышения прочности и устойчивости земляного полотна, а также для разработки новых норм на его проектирование были использованы методические работы профессоров А.Ф. Лебедева, М.И. Сумгина (исследовательское бюро ЦУМТ), а также работы Н.А. Пузакова, начатые им в 30-х гг. в ЛАДИ под руководством проф. Г.Д. Дубелира. На основе наблюдений пучинных станций, организованных в 1936-1940 гг., опубликованы материалы Н.В. Орнатского, Н.А. Пузакова, А.Я. Тулаева, С.Л. Бастамова, Л.А. Преферансовой по исследованию пучинообразования на дорогах и регулированию водного режима дорожных оснований. В последующие годы были проведены крупномасштабные, в том числе региональные исследования водно-теплового режима земляного полотна и мер повышения его устойчивости. Крупными итоговыми работами в области теории влагонакопления в грунтах земляного полотна и рекомендаций по повышению его устойчивости явились докторские диссертации и монографии Н.А. Пузакова, И.А. Золотаря, В.М. Сиденко, А.Я. Тулаева, Э.М. Доброва, Н.Е. Евгеньева, Н.Я. Хархуты, Ю.М. Васильева, Э.К. Кузахметовой, В.Д. Казарновского, В.И. Рувимского, В.П. Носова, Е.И. Шелопаева, А.И. Ярмолинского, A . M . Кулижникова, А.В. Линцера.

При строительстве автомобильных дорог в районах, не обеспеченных каменными материалами, важное значение имеет широкое использование местных грунтов для устройства дорожных одежд. С первых дней существования Дорожно-исследовательского бюро ЦУМТа (1923-1925 г. г.) разработке различных методов укрепления грунтов уделялось много внимания. Значительный вклад в это дело внес М.М. Филатов. Его труд «Основы дорожного грунтоведения» был издан в 1936 г.

Способы укрепления грунтов, основанные на использовании различных местных вяжущих материалов и скелетных добавок для строительства временных дорог и аэродромов, нашли широкое применение особенно в годы войны. С 1956 г. получают распространение комплексные методы укрепления грунтов, разработанные Союздорнии и многими другими научно-исследовательскими коллективами. Эти методы сочетают в себе активное воздействие на грунт портландцемента, извести или битума, а также химических веществ, изменяющих коллоидно-химическую природу грунта и способствующих ускоренному формированию структуры укрепленного грунта.

Начавшееся практическое внедрение способов укрепления грунтов получило широкое признание и поддержку инженеров-производственников.

В разработку методов укрепления грунтов большой вклад внесли профессора В.М. Безрук, А.К. Бируля, Н.Н. Иванов, а также А.Н. Лысихина, Л.Н. Ястребова и многие другие. К важнейшим научным исследованиям, которые начали развивать более 70 лет тому назад, относятся работы по механике грунтов земляного полотна и теории прочности дорожных одежд Н.Н. Иванова, П.П. Пономарева и др. На основе лабораторных и производственных исследований, анализа зарубежных данных и наблюдений за эксплуатируемыми дорогами в Союздорнии разработан метод расчета дорожных одежд нежесткого типа, которым руководствовались все проектные организации Советского Союза. В этой работе участвовали профессора Г.И. Покровский, А.М. Кривисский, В.Ф. Бабков, М.Б. Корсунский, А.В. Герберт-Гейбович, А.К. Бируля и др.

Впоследствии метод расчета дорожных одежд нежесткого типа совершенствовался и развивался, а инструкция по проектированию таких одежд неоднократно перерабатывалась и переиздавалась с участием ученых Ю.М. Яковлева, В.Д. Казарновского, Ю.М. Васильева, А.П. Васильева, В.П. Носова, М.С. Коганзона, А.В. Смирнова, В.М. Сиденко, А.Я. Тулаева, Б.С. Радовского, В.К. Некрасова, Е.А. Золотаря, В.И. Рувимского и других специалистов.

По мере развития автомобильного транспорта и роста интенсивности движения все более остро выявлялась необходимость строительства дорог с усовершенствованными покрытиями, в которых каменные материалы прочно объединялись бы битумом, дегтем, эмульсией, цементом, известью. Уже в 1925 г. в Крыму были проведены первые опыты по устройству усовершенствованных покрытий с применением дегтя, а затем битума. Эти опыты в дальнейшем распространились по всей стране. С 1928 г. начато строительство асфальтобетонных, а с 1930 г. - цементобетонных покрытий.

Большой коллектив ученых и производственников, положивших начало строительству дорог с усовершенствованными черными покрытиями, - П.В. Сахаров, Н.Н. Иванов, А.Я. Тихонов, А.И. Мезерина, А. К. Бируля, А.А. Калерт, Б.А. Козловский, В.В.Михайлов, А.И. Лысихина, Ф.Н.Пантелеев, М.Г. Старицкий, В.А. Зинюхин, Г.А. Саркисьянц, И.Я. Птицин, С.Т. Сохранский - разработал теоретические основы строительства дорог с черными покрытиями, нормативные документы по технологии производства работ, требования на материалы, а также рекомендации по контролю качества.

В послевоенный период в связи с ростом строительства автомагистралей (Москва - Симферополь, Киев - Харьков - Ростов, Ростов - Орджоникидзе и др.), расширились исследования в области черных покрытий и пополнился состав исследователей (И.А. Рыбьев, Б.И. Ладыгин, М.И. Волков, М.А. Зелейщиков, Н.В. Горелышев, Е.Н. Козлова, Л.Б. Гезенцвей, М.Ф. Никишина, А.С. Колбановская, В.В. Молеванский, Г.К. Сюньи, В.М. Гоглидзе, З.С. Бицкинашвили и др.). Участие большого коллектива ученых и производственников позволило не только коренным образом, с учетом современных требований, переработать основные технические нормативные документы по устройству асфальтобетонных и других черных покрытий (ГОСТы, Инструкции, Указания), но и опубликовать крупные монографии и учебные пособия, которыми широко пользуются в нашей стране и за рубежом.

Над повышением прочности и долговечности черных покрытий, которые являются доминирующими на дорогах России, продолжали трудиться многие специалисты-дорожники. К наиболее крупным работам в этой области следует отнести исследования по теории асфальтобетона (Н.Н. Иванов, И.А. Рыбьев), позволившие научно обосновать ряд вопросов структурообразования этого материала, уточнить требования и предложить технологический процесс приготовления смеси и ее применения в дорожных покрытиях. К числу наиболее крупных обобщений и исследований в области асфальтобетона относятся работы Л.Б. Гезенцвея, Н.В. Горелышева, И.В. Королева, А.Н. Богуславского, А.В. Руденского, В.А. Золотарева, В.Н. Кононова, Б.И. Ладыгина, Я.В. Ковалева, В.Н. Яромко.

Большое значение для повышения качества и долговечности черных покрытий имеют исследования, связанные с улучшением свойств дорожных битумов и с применением поверхностно-активных веществ (В.В. Михайлов, А.С. Колбановская, Р.С. Ахметова). В этих исследованиях теоретически обоснованы и сформулированы требования к дорожным битумам, определена оптимальная их структура и даны предложения по технологии получения битумов оптимальной структуры с учетом природы перерабатываемой нефти. Исследования в области поверхностно-активных и модифицирующих веществ позволили научно обосновать механизм их действия на свойства битума и битумоминеральных материалов и показать их огромное влияние на повышение водоустойчивости, морозоустойчивости черных покрытий (В.В. Михайлов, И.М. Руденская, Л.М. Гохман, И.А. Плотникова и др.).

Используя эффект взаимодействия свежеобразованной поверхности минеральных материалов (при дроблении или обдирке) с органическими вяжущими материалами, Л.Б. Гезенцвей предложил способ активации минерального порошка для повышения качества асфальтобетона. С целью повышения сдвигоустойчивости и транспортно-эксплуатационных качеств (шероховатости) дорожных покрытий предложены и широко внедряются каркасные асфальтобетонные смеси, разработанные под руководством Н.В. Горелышева. Перечисленные работы в области теории асфальтобетона, структурообразования битумов и битумоминеральных материалов, технологии производства работ по строительству черных покрытий являются новым шагом в области повышения их прочности и долговечности.

Научные исследования по применению неорганических вяжущих материалов для устройства дорожных покрытий в СССР начались в 1930-1931 г. г. В это время И.П. Александрин в лаборатории Ленинградского института инженеров транспорта вел первые исследования физико-технических свойств дорожного цементного бетона. Тогда же были устроены первые участки цементобетонных покрытий на дорогах Белоруссии, а в 1935 г. - на дороге Москва - Горький. В 1937 г. Союздорнии и его Ленинградский филиал начали более широкие исследования дорожного бетона и разработали первые конструкции цементобетонных покрытий и технологию их устройства с применением комплексной механизации (И.П. Александрин, Ф.Т. Резник, А.Н. Защепин, Н.В. Чиняев). На основе экспериментальных работ, проведенных на опытном участке Союздорнии в 1937-1938 г. г. на автомагистрали Москва - Минск, были разработаны технические нормативы и технология устройства цементобетонных покрытий, а также технические требования к бетоноукладочным машинам.

Всесторонние исследования технологии дорожного бетона, методов проектирования и устройства бетонных покрытий были возобновлены после окончания Великой Отечественной войны. В этот период группа научных работников Союздорнии (А.Н. Защепин, Ф.М. Иванов, Т.Ю. Любимова, В.А. Шильников, М.С. Зельманович) под руководством С.В. Шестоперова и А.В. Саталкина провели исследования по структурообразованию, повышению долговечности и деформативных свойств дорожного бетона, разработали требования к портландцементам для дорожного бетона, исследовали свойства бетона с поверхностно-активными добавками. Совместно с цементной промышленностью был организован выпуск пластифицированного цемента.

Проведены исследования и производственный опыт дали возможность разработать технические правила по строительству дорог с бетонными покрытиями. В 1957 г. впервые в СССР был разработан ГОСТ на дорожный бетон. Исследования в области конструкций цементобетонных покрытий имели целью повышение их надежности и экономичности, а также изучение работы покрытия в комплексе с работой основания и земляного полотна. Развитию этих исследований посвящены работы С.В. Коновалова, В.А. Чернигова. A . M . Шейнина, Л.А. Феднера, В.В. Ушакова, В.И. Орловского, Э.Р. Пинуса и др.

Теоретические и экспериментальные исследования по технологии дорожного бетона, конструкциям бетонных покрытий и технологии их устройства обобщены в ряде нормативных документов (СНиП, ГОСТы, Инструкции), которые позволяют проектировать и строить дороги с бетонными покрытиями на современном научном уровне.

Большой вклад в развитие методов организации дорожных работ, внедрения новых технологий и средств механизации внесли А.А. Арсеньев, А.М. Антонов, М.И. Вейцман, B . C . Боровик, Б.Н. Гришаков, А.С. Еленович, Е.М. Зейгер, С.В.Коновалов, Е.Ф.Левицкий, Б.С. Марышев, В.М. Могилевич, Б.М. Орешкин, СМ. Полосин-Никитин, А.К. Петрушин, М.Н. Ритов, Г.А. Рамаданов и многие другие.

Сеть автомобильных дорог России создавалась в течение многих лет. В процессе эксплуатации дороги постепенно изнашиваются физически, устаревают морально и перестают отвечать возрастающим требованиям движения транспортных потоков. В настоящее время значительная часть существующих дорог требует реконструкции. Дорожная наука долгое время не уделяла этой проблеме должного внимания. В 1978 г. по инициативе проф. В.Ф. Бабкова вышла первая монография «Реконструкция автомобильных дорог», подготовленная коллективом ученых МАДИ (В.Ф. Бабков. В.М. Могилевич, В.К. Некрасов, Ю.М. Ситников, А.Я. Тулаев).

Исследования проблем реконструкции автомобильных дорог продолжаются в МАДИ (ГТУ) под руководством профессора А.П. Васильева. В 1998 г. издана книга «Реконструкция автомобильных дорог. Технология и организация работ» (авторы А.П. Васильев, Ю.М. Яковлев, М.С Коганзон, А.Я. Тулаев, П.П. Петрович, М.Г. Горячев). На основании обобщения результатов выполненных исследований разработаны первые нормы реконструкции автомобильных дорог.

Круг исследований по проблемам строительства и реконструкции дорог непрерывно расширяется. Появляются новые технологии, материалы, средства механизации и методы организации работ. Дорожная наука России продолжает развивать и совершенствовать научно-техническую базу дорожного хозяйства.

1.3. Развитие и совершенствование технологии и методов строительства автомобильных дорог

Основной целью строительства автомобильной дороги является создание комплекса ее инженерных сооружений с заданными потребительскими свойствами при минимальных затратах финансовых, материальных, трудовых ресурсов и при минимальных сроках строительства.

Технический уровень принятых проектных решений и технологические способы их осуществления в процессе строительства предопределяют транспортно-эксплуатационное состояние вновь построенной и вводимой в эксплуатацию автомобильной дороги; эффективность и качество дорожного строительства непосредственно зависят от применяемой технологии работ и ее соответствия проектным и нормативным требованиям к потребительским свойствам автомобильной дороги.

Технология дорожно-строительного производства - способы, приемы и последовательность изготовления дорожно-строительной продукции или выполнения строительно-монтажных и других видов работ (например, способы разработки грунта, способы и режимы приготовления бетонных смесей - непрерывным или периодическим процессом, принудительным или свободным перемешиванием и т.д.), обеспечивающие рациональное использование всех ресурсов (материалов, машин, энергии, трудовых затрат и др.).

Технология - составная часть строительного процесса, включающего заготовительные, транспортные (кроме технологического транспорта) и другие работы, а также энергетическое, водо- и теплотехническое обеспечение и т.д.

Технология дорожного строительства включает в себя физические (например, механические и др.), физико-химические (твердение бетона, извести и др.), а также иные механизированные, автоматизированные способы и процессы обработки и переработки материалов и полуфабрикатов, обработки и монтажа изделий, в результате осуществления которых создаются отдельные конструктивные элементы и автомобильная дорога в целом как комплекс инженерных сооружений с заданными потребительскими свойствами.

Перечисленные процессы носят название технологических. В состав современной технологии дорожного строительства входит также технический контроль качества выполняемых процессов, операций и готовой продукции.

В результате обобщения данных науки и практики по всем видам дорожно-строительных работ разработаны правила выполнения и описания технологических процессов в виде регламентов, технологических карт и других документов. Однако по целому ряду сложных вопросов технологические основы строительства автомобильных дорог продолжают формироваться. Среди них можно выделить, например, автоматизированное управление технологическими процессами, обеспечивающее с заданной вероятностью требуемые потребительские свойства дорожных сооружений.

Развитие технологии дорожного строительства происходило постепенно по мере развития конструктивных решений и расширения номенклатуры материалов и машин, применяемых для строительства дорог. Первоначально были механизированы отдельные технологические операции и процессы. Например, резание грунта, перемещение грунтов и других дорожно-строительных материалов, уплотнение грунтов и дорожно-строительных материалов.

Постепенно основные дорожно-строительные процессы стали выполнять с помощью комплексной механизации, что позволило сократить использование ручного труда на дорожных работах. Примерами комплексной механизации являются работы по возведению земляного полотна с помощью современных дорожно-строительных машин, устройство оснований из щебня с помощью автогрейдеров или щебнеукладчиков и самоходных катков, устройство асфальтобетонных и цементобетонных покрытий укладчиками не оборудованными следящими системами для обеспечения ровности и др.

Следующим этапом развития является частичная автоматизация отдельных технологических процессов, в частности, автоматизированный контроль поперечного уклона и обеспечение ровности при устройстве покрытий и оснований с помощью электронной следящей системы, автоматизированное соблюдение заданного состава смеси при ее приготовлении на автоматизированных асфальто- и цементобетонных заводах.

Технологические решения должны обеспечивать выполнение работ в заданные сроки, быть наиболее экономичными, энергосберегающими, обеспечивать высокое качество выполняемых работ при соблюдении требований охраны природы. Одним из основных направлений совершенствования методов строительства автомобильных дорог в настоящее время является автоматизация производственных процессов. Автоматизированы многие производственные предприятия (АБЗ, ЦБЗ и др.), линейная дорожная техника (укладчики, планировочные машины и др.), как правило, оборудована системами автоматического регулирования (САР).

Другим важным направлением развития технологии строительства автомобильных дорог является комплексная механизация и автоматизация основных технологических процессов за счет использования дорожно-строительных машин с рабочими органами, оснащенными САР. Такие машины могут обеспечивать высокие темпы и качество работ, что способствует повышению экономической эффективности дорожного строительства. Частичная и полная автоматизация дорожно-строительных машин необходима и эффективна в случаях, когда человек не может с требуемой точностью и в заданном режиме управлять машиной из-за предела его физиологических возможностей или в силу небезопасности такого управления. Важным резервом совершенствования дорожно-строительных машин является повышение их единичной мощности.

За счет изменения и развития технологии производства работ, в том числе за счет применения более совершенных машин, более эффективных материалов, использования более точных и производительных средств контроля качества можно обосновать выбор наиболее оптимального по стоимости варианта производства работ. Так, например, использование следящих систем позволяет в автоматизированном режиме с заданной вероятностью обеспечить требуемую ровность.

Снижение стоимости дорожного строительства достигается за счет широкого использования местных дорожно-строительных материалов, отходов промышленности, рациональной организации работ, продления строительного сезона с постепенным переходом к круглогодичной технологии работ, оптимальной стадийности строительства, применения новых высокоэффективных материалов и конструкций и т.д.

Технология работ отвечает на вопросы, как и какими средствами выполнять технологические операции и процессы. Организация работ отвечает на вопросы когда, где и кому из работающих выполнять технологические операции и процессы, представляет собой увязку используемых для строительства ресурсов во времени и пространстве. Специфическая трудность дорожного строительства состоит в том, что в обычных атмосферных условиях при переменных во времени температуре и влажности необходимо обеспечить формирование требуемых свойств дорожных сооружений и, в первую очередь, их прочности.

Критериями выбора оптимального варианта технологии работ в конкретных условиях строительства являются качество и стоимость сооружения. В общем случае качество автомобильной дороги охватывает ее транспортно-эксплуатационные, технологические, экологические, эргономические, эстетические и другие свойства, включая ожидаемый срок службы. Интегральным критерием уровня качества автомобильной дороги обычно является ее эффективность, оцениваемая как отношение полезного эффекта от эксплуатации к суммарным затратам на строительство и эксплуатацию дороги.

Дальнейшее совершенствование методов строительства автомобильных дорог связано с решением ряда крупных проблем, среди которых можно выделить как наиболее важные следующие проблемы:

развитие методов оценки строительно-технических свойств грунтов и разработка эффективных способов их укрепления вяжущими материалами и добавками поверхностно-активных, гидрофобизирующих и других химических веществ, применение различных геосинтетических материалов с целью армирования, дренирования, защиты грунтов от эрозии и т.п.;

изучение структуры, прочности, коррозионной стойкости минеральных материалов (щебня, гравия), побочных продуктов (шлака и др.) и отходов промышленности (хвосты, флюсы и др.), совершенствование способов их применения, использования и оценки свойств;

исследование свойств органических вяжущих (битумы, дегти, эмульсии, битумосодержащие горные породы) с добавками полимерных, поверхностно-активных, структурирующих и других химических веществ; совершенствование способов получения и применения органических вяжущих;

совершенствование технологии строительства асфальтобетонных покрытий из различных видов смесей с учетом их технологических особенностей, изучение особенностей поведения асфальтобетона в дорожных покрытиях в различных районах страны;

исследование неорганических вяжущих, химических добавок (противоморозных, пластифицирующих и др.), создание дорожных бетонов с высокими сроками службы в различных условиях эксплуатации;

разработка технологии строительства бесшовных непрерывно армированных цементобетонных покрытий и оснований, в том числе из укатываемого бетона;

разработка научных основ дорожного машиностроения, расширение номенклатуры и типоразмеров дорожных машин;

создание современных асфальтобетонных и цементобетонных заводов, битумных и эмульсионных баз, камнедробильных заводов на основе комплексной механизации, автоматизации и передовой технологии работ;

создание электронных высокоточных и производительных приборов для контроля качества дорожных работ.

1.4. Обеспечение прочности и работоспособности дорожных конструкций

Под работоспособностью автомобильной дороги понимают свойство обеспечивать в течение заданного периода эксплуатации до ее реконструкции расчётный объем автотранспортных перевозок и допустимый уровень обслуживания движения. Работоспособность автомобильной дороги, представляющей собой комплекс дорожных инженерных сооружений, зависит от работоспособности каждого из них. Одним из основных дорожных сооружений является система «дорожная одежда - земляное полотно», которую принято называть дорожной конструкцией.

Длительное время под работоспособностью дорожной одежды подразумевали технико-экономический показатель, характеризующий полезную работу дороги за время ее службы. Он определялся массой грузов и транспортных средств (массой брутто), пропущенной через данное сечение автомобильной дороги, в результате чего она приходила в предельное состояние, при котором необходим ее ремонт. Работоспособность за период от сдачи дороги в эксплуатацию до капитального ремонта или между капитальными ремонтами называлась полной, за период от сдачи ее в эксплуатацию до среднего ремонта или между средними ремонтами - частичной. В настоящее время в связи с радикальными изменениями состава движения на автомобильных дорогах указанный технико-экономический показатель нуждается в уточнениях.

Под работоспособностью дорожной одежды понимают свойство обеспечивать в течение заданного периода эксплуатации до ее капитального ремонта расчетный объем автотранспортной работы и допустимый уровень обслуживания движения. Заданный период эксплуатации дорожной конструкции (дорожной одежды и рабочей зоны земляного полотна) обычно равен периоду времени от ввода автомобильной дороги до ее реконструкции или между двумя последовательными реконструкциями. В течение этого периода дорожная конструкция должна обладать показателями и характеристиками, обеспечивающими требуемый уровень потребительских свойств автомобильной дороги, в том числе:

геометрические элементы, соответствующие требуемой пропускной способности, скорости, безопасности и удобству движения;

прочность дорожной конструкции;

ровность дорожного покрытия;

сцепные свойства покрытия проезжей части.

Фактический срок службы дорожной одежды оценивают по изменению во времени основных показателей ее эксплуатационного состояния - прочности и ровности. Исследования привели к выводу, что изменение ровности дорожного покрытия во времени, в свою очередь, зависит от прочности дорожной одежды в целом и суммарного размера пропущенного движения. В связи с этим обеспечение прочности дорожной конструкции и ее основного элемента - дорожной одежды - является важнейшим условием обеспечения работоспособности автомобильной дороги и одной из главных ее задач.

Чтобы обеспечить требуемые потребительские свойства автомобильной дороги, в процессе ее строительства необходимо выполнить ряд условий:

обеспечить требуемую прочность и устойчивость земляного полотна;

обеспечить прочность дорожной одежды, в том числе в зонах контакта между ее конструктивными слоями;

обеспечить начальную (строительную) и эксплутационную ровность проезжей части.

Прочность и устойчивость грунта земляного полотна в рабочем слое оценивают по величине коэффициента прочности по сопротивлению сдвигу, то есть активным касательным напряжениям от действия расчетной транспортной нагрузки. Прочность монолитных слоев дорожной одежды оценивают по величине коэффициента прочности по сопротивлению растяжению при изгибе от действия расчетной транспортной нагрузки. Прочность дорожной конструкции в целом оценивают по величине коэффициента прочности по общему модулю упругости (сопротивлению вертикальному упругому перемещению под действием расчетной транспортной нагрузки).

Для обеспечения прочности и устойчивости земляного полотна при строительстве дорожной конструкции требуется обеспечивать в допустимых пределах однородность (то есть уменьшить по возможности величину коэффициентов вариации) строительно-технических свойств грунтов по слоям их разработки и отсыпки в земляном полотне; однородность влажности и толщины слоев грунта при их уплотнении; водоотвод в карьерах и на месте строительства; оптимальную влажность и максимальную плотность используемых грунтов; требуемую ровность отсыпаемых слоев грунта земляного полотна.

При строительстве конструктивных слоев из песка, щебеночных и гравийных материалов необходимо контролировать и обеспечивать в допустимых пределах однородность материалов по составу и строительно-техническим свойствам в местах их заготовки и укладки; однородность влажности и толщины слоев при их уплотнении; требуемые влажность, близкую к оптимальной, плотность и ровность конструктивных слоев из указанных материалов; исключение движения автомобилей по неуплотненным слоям из щебеночного и гравийного материалов.

При строительстве конструктивных слоев из материалов, обработанных органическими вяжущими, следует обеспечивать чистоту, ровность и прочность нижележащего слоя; однородность слоя по составу, физико-механическим свойствам и температуре при укладке; требуемую среднюю температуру смеси при уплотнении, плотность, толщину и ровность слоя.

При строительстве конструктивных слоев дорожной одежды из материалов, обработанных неорганическими вяжущими (цемент и др.) необходимо обеспечивать однородность состава и физико-механических (в том числе прочностных) свойств исходных для бетона материалов; однородность состава, подвижность (удобоукладываемость) и физико-механические свойства цементобетонной смеси; стабильность технологических режимов работы комплекта бетоноукладочных машин; требуемый средний уровень подвижности смеси; толщину укладываемого слоя и его ровность при уплотнении; стабильность влажности бетона в процессе его твердения; исключение движения автомобилей по бетону в начальный период его твердения.

При строительстве дорожных одежд необходимо создать условия для того, чтобы исключить или уменьшить в ходе строительства деструктивные процессы (процессы разрушения) и способствовать по возможности процессу структурообразования. Например, не допускать раскалывания щебенок и округление их углов (перекат) при уплотнении; не допускать возникновения температурно-усадочных трещин посредством эффективного ухода за бетоном; замедлять процессы старения битума. Целесообразно повышать в пределах имеющихся возможностей начальные эксплуатационные качества (повышать средние значения и снижать коэффициенты вариации показателей прочности, ровности, шероховатости) верхнего слоя покрытия, осуществлять оперативный контроль качества выполнения технологических операций с корректировкой по результатам контроля параметров технологических процессов с целью поддержания стабильного оптимального технологического режима работы машин.

Для повышения качества дорожного строительства целесообразно использовать отдельные положения теории надежности технических систем. Под надежностью автомобильной дороги понимают вероятность того, что дорога в течение заданного периода эксплуатации обеспечит требуемый объем транспортной работы с установленными эксплуатационными показателями движения. В наибольшей степени отдельные положения теории надежности развиты применительно к обеспечению прочности дорожных одежд.

В теории надежности технических систем различают безотказность (в том числе начальную), ремонтопригодность, долговечность (или наработку на отказ), сохраняемость.

Под безотказностью автомобильной дороги понимают вероятность того, что фактические значения показателей потребительских свойств дороги будут соответствовать их требуемым значениям. Под начальной безотказностью автомобильной дороги понимают вероятность того, что в момент окончания строительства и сдачи дороги в эксплуатацию фактические значения показателей потребительских свойств дороги соответствовали их требуемым значениям. Для определения вероятности отказа по тому или иному показателю необходимо установить закон и параметры закона распределения случайной величины, характеризующей изменчивость этого показателя. Под отказом понимают событие, заключающееся в полной или частичной утрате работоспособности автомобильной дороги.

Под ремонтопригодностью автомобильной дороги понимают ее свойство восстанавливать свою работоспособность в результате проведения соответствующих ремонтных работ. Под долговечностью автомобильной дороги понимают период времени, в течение которого она сохраняет работоспособное состояние, то есть обеспечивает транспортную работу с установленными эксплуатационными показателями движения в течение периода времени от сдачи дороги в эксплуатацию до ее реконструкции или между двумя последовательными реконструкциями.

Отказы автомобильных дорог возникают, как правило, вследствие влияния существенных дефектов дорожных сооружений. Отказы могут быть внезапными и постепенными, полными и частичными, очевидными и скрытыми. Отказы дорожной одежды обычно имеют постепенный характер. Отказ дорожной одежды по прочности физически характеризуется образованием неровностей поверхности дорожной одежды в продольном и поперечном направлении, связанных с прочностью конструкции (продольные неровности, колея, усталостные трещины), с последующим развитием других видов деформаций и разрушений (частые трещины, сетка трещин, выбоины, просадки, проломы и т.д.). Номенклатура дефектов и методика их количественной оценки определяются специальными нормами, используемыми при эксплуатации дорог.

В качестве количественного показателя отказа дорожной одежды как элемента инженерного сооружения линейного характера используют предельный коэффициент разрушения , представляющий собой отношение суммарной протяженности (или суммарной площади) участков дороги, требующих ремонта из-за недостаточной прочности дорожной одежды, к общей протяженности (или суммарной площади) участков дороги или к общей протяженности (или общей площади) дороги между корреспондирующими пунктами. Значения на последний год службы в зависимости от капитальности дорожной одежды и категории дороги принимают в соответствии с отраслевыми дорожными нормами [ 4].

В табл. 1.5 приведены экспериментальные данные, характеризующие зависимость величины предельного коэффициента разрушения дорожной одежды от уровня ее надежности по прочности и от коэффициента ее прочности (по модулю упругости).

Таблица 1.5

Предельный коэффициент разрушения

Уровень надежности

Коэффициент прочности

0,002

0,998

1,40

0,01

0,99

1,27

0,02

0,98

1,21

0,03

0,97

1,17

0,04

0,96

1,14

0,05

0,95

1,11

0,06

0,94

1,09

0,08

0,92

1,05

0,10

0,90

1,02

0,15

0,85

0,96

0,20

0,80

0,91

0,30

0,70

0,83

0,40

0,60

0,76

Математически эта зависимость может быть выражена следующим образом:

 где                                                                     (1.1)

                                                                             (1.2)

F р - вероятная площадь дорожной одежды с разрушениями;

F - общая площадь дорожной одежды на данном участке;

Р - вероятность (обеспеченность), численно равная отношению площади одежды, не подверженной разрушениям, к общей площади одежды на данном участке; эту вероятность принято называть надежностью дорожной одежды по прочности, ее численное значение определяют по формуле:

Р = 0,5 + Ф( u ),                                                                       (1.3)

                                                                              (1.4)

                                               (1.5)

Ф (- u )= - Ф( u ), где                                                                  (1.6)

К пр - текущее (случайное) значение коэффициента прочности дорожной одежды по модулю упругости

Еф - фактическое среднее значение модуля упругости дорожной одежды, МПа;

Е min - минимально допустимое значение требуемого модуля упругости дорожной одежды, МПа;

  - среднеквадратичное отклонение модуля упругости дорожной одежды, МПа; для эмпирических данных, приведенных в табл. 1.1,  = 0,249;

 - математическое ожидание (среднее значение) коэффициента прочности дорожной одежды, имеющей разрушения; для данных, приведенных в табл. 1.5:

                                                               (1.7)

Ф ( u ) - интегральная функция, зависящая от изменения верхнего предела интегрирования u ; Ф( u ) является нечетной функцией, что выражено в формуле (1.6); функция Ф( u ) табулирована (табл. 1.6) [ 47]:

Таблица 1.6

u

Ф ( u )

0,00

0,0000

0,50

0,1915

1,00

0,3413

1,50

0,4332

2,0

0,4772

2,50

0,4938

3,00

0,49865

Для практических целей удобнее пользоваться формулой, аппроксимирующей данные табл. 1.6:

                               (1.8)

При заданном уровне надежности дорожной одежды можно определить требуемый коэффициент прочности по модулю упругости

                                (1.9)

Формулы (1.8) и (1.9) получены на основе результатов исследований проф. Ю.М. Яковлева.

Для того чтобы уменьшить отрицательное влияние неизбежной изменчивости прочностных свойств дорожной одежды, а также условий строительства, необходимо обосновать при проектировании и обеспечить при строительстве рациональный запас прочности. Как показали данные опыта строительства и эксплуатации автомобильных дорог и результаты исследований, большинство показателей, характеризующих прочностные свойства дорожной конструкции (модули упругости материалов конструктивных слоев и грунтов, прочность на растяжение при изгибе, сопротивление сдвигу, толщина, плотность, влажность, сцепление слоев и др.), подчиняются, как правило, нормальному закону распределения случайных величин (закону Гаусса). Частным случаем применения этого закона являются формулы ( 1.3- 1.6). Данный закон характерен для случайной величины, зависящей от ряда факторов, каждый из которых вносит относительно небольшой вклад в ее общую изменчивость. Нормальный закон выражается дифференциальной функцией распределения плотности вероятности

                                                        (1.10)

и интегральной функцией

F ( u ) = 0,5 + Ф( u ), где                                                             (1.11)

σ - среднеквадратическое отклонение;

а - математическое ожидание случайной величины х;

Ф ( u ) - табулированная функция (функция Лапласа).

На рис. 1.2 представлены дифференциальная и интегральная кривые распределения модуля упругости дорожной одежды, соответствующего нормальному закону. Изменчивость прочности характеризуется коэффициентом вариации, равным

где                                                                                (1.12)

σЕ и Еср - среднее квадратическое отклонение и среднее арифметическое значение модуля упругости дорожной одежды.

Рис. 1.2. Дифференциальная f ( E ) и интегральная F ( E ) кривые распределения Е

При помощи организационно-технологических мероприятий можно уменьшить изменчивость (вариацию) прочностных показателей дорожной одежды, что позволяет пропорционально снизить запас прочности, расход материалов и стоимость строительства дорожной одежды при обеспечении заданного уровня ее надежности.

РАЗДЕЛ II
ВОЗВЕДЕНИЕ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

ГЛАВА 2. Конструкции земляного полотна и требования к его возведению

2.1. Требования к конструкции земляного полотна

Земляное полотно является одним из основных элементов автомобильной дороги. Конструкции земляного полотна разрабатывают на основе данных о рельефе местности, почвенно-грунтовых, геологических, гидрологических и климатических условиях, руководствуясь типовыми поперечными профилями, технологическими указаниями и нормами.

Конструкция земляного полотна должна сохранять прочность и устойчивость при многократных проездах транспортных средств, воздействиях атмосферы и других природных явлениях. На протяжении всего срока службы дороги геометрическая форма земляного полотна должна оставаться неизменной. Основными параметрами конструкции земляного полотна являются ширина, высота насыпи или глубина выемки, крутизна откосов, уклоны поверхности (рис. 2.1, 2.2).

Рис. 2.1. Конструкции земляного полотна в поперечном профиле на участках насыпей:

а - высотой до 2 м; б- высотой до 2 м с боковыми резервами; в - высотой от 2 до 6 м; г - высотой от 6 до 12 м.

А - ширина возводимого земляного полотна; В - ширина дорожного полотна; b - ширина проезжей части

При наличии неблагоприятных условий земляное полотно возводят по индивидуальным проектам. К таким условиям относят: насыпи высотой более 12 м; выемки глубиной более 12 м; наличие слабых грунтов в основании насыпей или болота глубиной более 4 м; расположение дороги на оползневых склонах, при использовании избыточно засоленных грунтов, в случаях если дорога может быть подвержена воздействию селевых потоков, камнепадов, снежных лавин и других явлений.

С целью увеличения устойчивости земляного полотна, сокращения объемов работ и уменьшения занимаемой территории применяют конструкции с армированным земляным полотном. К тому же армирование повышает модуль упругости грунта в 1,5 - 2 раза. Для армирования применяют геосинтетические и металлические сетки и решетки, а также нетканые синтетические материалы.

Для повышения прочности земляного полотна из слабых грунтов применяют различные методы укрепления. Это достигается посредством перемешивания грунта с малоактивными вяжущими материалами (зола, молотый шлак, бокситовый шлам и др.), добавками другого грунта и получения оптимальной смеси по зерновому составу. Возможно укрепление цементом или известью повышающих водостойкость и прочность грунта в несколько раз.

Конструкция земляного полотна подвергается динамическому действию транспортных средств и статическому воздействию расположенных выше масс грунта и дорожной одежды. Кроме нагрузок на грунты воздействуют еще погодно-климатические факторы, которые вызывают процессы попеременного увлажнения-высыхания и замерзания-оттаивания. Во время этих процессов изменяются физико-механические свойства грунтов и, в частности, прочность, модуль упругости, сцепление, сдвигоустойчивость. Особенность конструкций земляного полотна состоит в том, что напряжения в грунтах, возникающие от действия транспортных средств, с глубиной быстро затухают, в то время как от расположенных выше масс грунта возрастают (рис. 2.3). Значительные напряжения от проезжающих автомобилей возникают в верхней части насыпей, в так называемой динамически активной зоне, глубиной 0,6-1,0 м от поверхности покрытия.

Рис. 2.2. Конструкции земляного полотна в поперечном профиле на участках выемок:

а - глубиной до 5 м на снегозаносимых участках; б - глубиной до 12 м с безоткосными полками

Рис. 2.3. Изменение удельной нагрузки по глубине

На верхнюю часть земляного полотна в большей степени воздействуют погодно-климатические факторы, вызывая существенные изменения свойств грунта. В земляное полотно проникает часть влаги при выпадении атмосферных осадков и стоке поверхностных вод, а также в результате капиллярного поднятия влаги при наличии грунтовых вод. Интенсивность изменения количества влаги в грунте земляного полотна зависит от вида грунта, количества атмосферных осадков, продолжительности увлажнения поверхностными или грунтовыми водами и от температурного режима. При замерзании происходит накопление влаги и увеличение объема грунта (пучинообразование). При оттаивании замерзшего грунта происходит его разуплотнение и большая потеря прочности и сопротивляемости внешним нагрузкам (до 30-60 % при супесчаных и суглинистых грунтах и 70-80 % при пылеватых разновидностях). Снижение прочности и возникающие при оттаивании просадочные деформации зависят от скорости оттаивания. Чем быстрее происходит оттаивание, тем больше падает прочность грунтов.

В результате замерзания и оттаивания грунтов, из-за неравномерного накопления влаги может происходить неравномерное поднятие дорожной одежды. Воздействие природных факторов на земляное полотно в разных климатических районах существенно отличается. В северных районах, где близко к поверхности расположены вечномерзлые грунты и промерзание происходит наиболее быстро (10-16 см/сут), миграция влаги в период замерзания незначительна. Это вызывает небольшое морозное пучение грунта. В южных районах, где грунтовые воды залегают глубоко, увлажнение грунта может происходить главным образом за счет атмосферных осадков или поступления влаги из оросительных систем. Благодаря короткому зимнему периоду и небольшим температурам в этих районах, как правило, не происходит морозное пучение и разуплотнение грунта, не наблюдается переувлажнение и потеря прочности грунтов. Однако в отдельных случаях при неблагоприятном сочетании атмосферных явлений пучение возможно. Наиболее неблагоприятными для земляного полотна являются средние климатические условия, зоны избыточного увлажнения, для которых характерны сравнительно длительные зимние периоды. Осенний дождливый период с последующим медленным промерзанием создает наиболее благоприятные условия для влагонакопления и морозного пучения грунтов.

Прочность и устойчивость земляного полотна достигается ограничениями максимальной крутизны откосов в зависимости от высоты насыпей и глубины выемок, отводом поверхностных вод, необходимым возвышением бровки над уровнем поверхностных и грунтовых вод, посредством послойного уплотнения насыпных грунтов, укреплением откосов насыпей и выемок для предохранения от оползения, размыва и развеивания ветром.

Геометрическая форма и конструкция земляного полотна должны способствовать безопасному движению и смягчать последствия при аварийных съездах автомобилей с дороги. Параметры поперечного профиля должны обеспечивать минимальную заносимость дороги снегом или песком. При выборе конструкций земляного полотна следует стремиться к тому, чтобы занимать по возможности минимальную территорию, не нарушать естественный ландшафт, способствовать визуальной привлекательности и отвечать экологическим требованиям.

2.2. Требования к грунтам земляного полотна

Грунтами называют любые горные породы, слагающие верхние слои земной коры, преимущественно затронутые процессами выветривания, а в самой верхней части - почвообразованием. По совокупности признаков грунты делят на классы, группы, подгруппы, типы, виды и разновидности. В соответствии с принятой классификацией по характеру структурных связей различают два класса грунтов: скальные и нескальные.

Скальные грунты характеризуются высокой прочностью связей между зернами, залегают в виде сплошного или трещиноватого массива, поддаются разработке только после предварительного рыхления. Скальные грунты различают по прочности в водонасыщенном состоянии (табл. 2.1), степени размягчаемости в воде (табл. 2.2) и степени растворимости в воде (табл. 2.3).

Крупнообломочные и песчаные грунты подразделяют на разновидности в зависимости от зернового состава (табл. 2.4). Наибольшее распространение в дорожном строительстве имеют глинистые грунты, их разновидности представлены в табл. 2.5.

Требования к грунтам, допускаемым к их использованию при строительстве земляного полотна автомобильных дорог, определяются их физическими свойствами. К наиболее существенным физическим свойствам относят: максимальную плотность грунта (при стандартном уплотнении), плотность сухого грунта, плотность минеральных частиц грунта, влажность (при естественном залегании и оптимальная), пористость, высота капиллярного поднятия, коэффициент фильтрации, размываемость, липкость.

Таблица 2.1

Разновидность скальных грунтов

Предел прочности на сжатие R с , МПа

Очень прочные

> 120

Прочные

120-50

Средней прочности

50-15

Малой прочности

15-5

Пониженной прочности

5-3

Низкой прочности

3-1

Весьма низкой прочности

< 1

Таблица 2.2

Разновидности по степени размягчаемости скальных грунтов

Коэффициент размягчаемости Кр

Неразмягчаемые

Размягчаемые

0,75

< 0,75

Примечание. Коэффициент размягчаемости определяют как отношение прочности в водонасыщенном состоянии к прочности в воздушно-сухом.

Таблица 2.3

Разновидности по степени растворимости

Растворимость, г/л

Нерастворимые

< 0,01

Труднорастворимые

0,01-1

Среднерастворимые

1-10

Легкорастворимые

> 10

Таблица 2.4

Разновидности крупнообломочных и песчаных грунтов

Массовая доля частиц от общей массы сухого грунта

Крупнообломочные

Грунт глыбовый (при преобладании окатанных камней - валунный)

Масса камней крупнее 200 мм > 50 %

Грунт щебеночный (при преобладании окатанных частиц - галечниковый)

Масса зерен крупнее 10 мм > 50 %

Грунт дресвяный (при преобладании окатанных частиц - гравийный)

2мм > 50 %

Песчаные

Песок гравелистый

Масса зерен крупнее 2 мм > 25 %

Песок крупный

0,5 мм > 50 %

Песок средней крупности

0,25 мм > 50 %

Песок мелкий

0,1 мм > 75 %

Песок пылеватый

0,1 мм > 75 %

Таблица 2.5

Вид грунта

Разновидность глинистых грунтов

Массовая доля песчаных частиц зерен размером от 2 до 0,05 мм, %

Число пластичности W п

Супесь

Легкая

крупная

> 50

1 < W п < 7

Легкая

> 50

Пылеватая

20-50

Тяжелая пылеватая

< 20

Суглинок

Легкий

> 40

7 < W п < 12

Пылеватый

> 40

Тяжелый

> 40

12 < W п < 17

Тяжелый пылеватый

> 40

Глина

Песчаная пылеватая

Меньше, чем пылеватых размером 0,05-0,005 мм

17 < W п < 27

Жирная

Не нормируют

W п > 27

Примечания: 1. Для супесей легких крупных учитывают массовую долю частиц и зерен размером от 2 до 0,25 мм.

2. К наименованию разновидности глинистого грунта добавляют характеристику «гравелистый» (при окатанных частицах) или «щебенистый» (при неокатанных частицах), если массовая доля зерен в нем крупнее 2 мм от 20 до 50 %

Плотность грунта - отношение массы грунта, т, включая массу воды в его порах к занимаемому этим грунтом объему V , включая поры δо = m / V . Зависит от пористости и влажности.

Плотность сухого грунта - отношение массы сухого грунта (исключая массу воды в порах) ко всему занимаемому грунтом объему, вычисляют по формуле:

 где                                                           (2.1)

W - фактическая влажность грунта.

Плотность минеральных частиц γ - отношение массы сухого грунта (исключая массу воды в его порах) к занимаемому этим грунтом объему. В среднем γ составляет: для песков - 2,66, для супесей - 2,7, для суглинков - 2,71, для глин - 2,74, для чернозема - 2,4.

Пористость п - отношение в процентах объема пор в грунте V п ко всему занимаемому грунтом объему V . Коэффициент пористости е - отношение в долях единицы объема пор V п в грунте к объему твердых частиц V T :

 где                                                                     (2.2)

Y - плотность минеральных частиц в грунте;

δ СГ - плотность сухого грунта.

Влажность абсолютная ω - отношение массы воды к массе абсолютно сухого грунта. Относительная влажность (степень влажности) S или коэффициент водонасыщения - отношение массы воды в грунте к объему пор, выражается в долях единицы

                                                                       (2.3)

 где                                                          (2.4)

m в - масса воды;

m сг - масса сухого грунта.

По степени влажности крупнообломочные и песчаные грунты относят к маловлажным S = 0-0,5, водонасыщенным S = 0,8-1.

Пластичность - способность грунта изменять форму под воздействием внешних усилий без изменения объема. Пластичность проявляется в определенных интервалах влажности, называемых пределами пластичности. Верхнему пределу пластичности соответствует влажность ωвпп, при превышении которой грунт переходит в текучее состояние (граница текучести). Нижнему пределу пластичности ωнпп - соответствует влажность, при которой цилиндр диаметром 3 мм, раскатанный из грунта, начинает крошиться, перестает быть пластичным.

Разность ωвпп - ωнпп = 1 называется числом пластичности и является важным классификационным показателем глинистых (связных) грунтов. К супесям относят глинистые грунты с числом пластичности от 1 до 7, к суглинкам от 7 до 17, к глинам более 17.

Липкость - способность влажного грунта прилипать к поверхности твердых предметов. Липкость определяют по величине усилия, необходимого для отрыва прилипшего предмета от грунта, колеблется для грунтов разных разновидностей 0,05-0,02 МПа.

Коэффициент фильтрации - кажущаяся скорость фильтрации воды при гидравлическом градиенте, равным 1. Гидравлический градиент является безразмерной величиной, характеризующей потерю напора на единицу фильтрационного пути J = ( H 1 - H 2 )/ L . Фактическая скорость движения воды через грунт выше, чем коэффициент фильтрации, так как перемещение воды происходит не через полное сечение грунта, а лишь через его поры между частицами. В табл. 2.6 приведены коэффициенты фильтрации для разных грунтов.

Таблица 2.6

Грунт

Коэффициент фильтрации, м/сут.

Скальный

Слаботрещиноватый (доломиты, мел, мергели, сланцы)

5-20

Трещиноватый

20-60

Сильнотрещиноватый

Более 60

Крупнообломочный

Галечник: с песком

20-100

чистый

Менее 200

Гравий: с песком

75-100

чистый

100-200

Песчаный

Пылеватый с преобладающей фракцией 0,01-0,05 мм

0,5-1

Мелкозернистый с преобладающей фракцией 0,1-0,25 мм

10-15

Среднезернистый с преобладающей фракцией 0,25-0,5 мм

20-25

Крупнозернистый с преобладающей фракцией 0,5-1 мм

60-75

Глинистый

Глина

Менее 0,001

Суглинок: тяжелый

0,05-0,01

легкий

0,4-0,005

Супесь: плотная

0,1-0,01

рыхлая

1-0,01

Торф

Малоразложившийся

4,5-1

Среднеразложившийся

1-0,15

Сильноразложившийся

0,15-0,1

Коэффициент разрыхления - отношение объема разрыхленного грунта к объему грунта в природном состоянии, колеблется от 1,1 до 1,35. Для скальных пород и для мерзлых грунтов может достигать значения 1,8.

При строительстве земляного полотна могут встречаться особые разновидности грунтов, отличающиеся специфическими свойствами. К ним относятся засоленные грунты, биогенные грунты, торфы, мерзлые и вечномерзлые грунты и пучинистые грунты.

Грунты считают засоленными, если суммарное содержание легко- и среднерастворимых солей (степень засоленности) для глинистых грунтов превышает 5 %, для песков - 0,5 %, полускальных и валунных более 2 % при содержании песчаного заполнителя менее 40 % или пылеватого и глинистого заполнителя менее 30 % и 0,5 %, если количество песчаного или другого заполнителя более указанных значений. Степень засоленности определяется содержанием легко- и среднерастворимых солей в процентах от массы абсолютно сухого грунта.

К биологическим (озерным, болотистым) грунтам относят сапропели, разновидности которых устанавливают по относительному содержанию органических веществ. Эти грунты образуются как осадок в воде глинистых грунтов при наличии микробиологических процессов, их различают по относительному содержанию органических веществ. Виды биологических грунтов показаны в табл. 2.7.

Таблица 2.7

Вид грунта

Содержание органических веществ

Вид грунта

Содержание органических веществ

Сапропели

Глинистые и песчаные грунты

Минеральные Среднеминеральные Слабоминеральные

0,1-0,3

0,3-0,5

> 0,5

Слабозаторфованные Среднезаторфованные Сильнозаторфованные

0,1-0,25

0,25-0,4

0,4-0,5

Сапропель - пресновидный ил, образовавшийся при саморазложении органических (преимущественно растительных) остатков на дне застойных водоемов и содержащий более 10 % органических веществ; имеет коэффициент пористости, как правило, более 1; содержание частиц более 0,25 мм не превышает 5 %.

Торф - органоминеральный грунт, образовавшийся в результате естественного отмирания и неполного разложения болотных растений в условиях повышенной влажности при недостатке кислорода и содержащий 50 % и более органических веществ.

Структурные и механические характеристики болотных грунтов приведены в табл. 2.8.

Таблица 2.8

Показатель

Тип болотного грунта

I . Торф

II . Торф минерализованный, органические илы

III . Органоминерализованный ил, грунт заторфованный

I A . Осушенный (уплотненный)

I Б. Рыхлый (полностью насыщенный)

II A Осушенный (уплотненный)

II Б. Водонасыщенный

III A . Осушенный (уплотненный)

III Б. Суспензионный (жидкий)

Структурные признаки

Губчато-волокнистое строение

Маловолокнистое раздробленное строение

Слабоагрегатное строение

Содержание минеральных веществ

2-12

10-40

> 40

Содержание волокон крупнее 0,25 мм, %

60

60-10

10

Сопротивление сдвигу, кПа

40-20

20-10

20-10

10-6

40-10

10

Модуль осадки при давлении 50 кПа

20-35

35-50

10-25

20-35

5-15

15-40

Водопроницаемость, Ко, см/сут

2-5

5-20

0,01

0,1

0,001

0,001

К вечномерзлым относят грунты, находящиеся в мерзлом состоянии в течение многих лет непрерывно. Поверхностный слой грунта, замерзающий зимой и полностью оттаивающий летом, выделяют как слой сезонного промерзания. В зоне вечной мерзлоты оттаивающий летом слой называют деятельным слоем, ниже которого расположен слой вечномерзлого грунта. Тип и вид мерзлых грунтов принимают в соответствии со свойствами грунтов после их оттаивания.

Мерзлые грунты состоят из минеральной части, пор, льда и незамерзшей воды. Поэтому дополнительно к характеристикам талых грунтов для мерзлых грунтов вводят такие показатели, как суммарная влажность и льдистость. Суммарная влажность мерзлого грунта выражается в долях единицы и определяется как отношение всех видов содержащейся в нем воды и льда к массе скелета грунта. Льдистость мерзлого грунта - это отношение содержащегося в нем объема льда к объему мерзлого грунта.

К пучинистым относят пески мелкие и пылеватые, а также глинистые грунты и крупнообломочные с глинистым заполнителем. Степень морозной пучинистости грунтов оценивают в соответствии с табл. 2.9.

Таблица 2.9

Разновидность грунтов

Группа по степени пучинистости

Песок гравелистый, крупный и средней крупности с содержанием частиц мельче 0,05 мм до 2 %

I

Песок гравийный крупный, средней крупности и мелкий с содержанием частиц мельче 0,05 мм до 15 %.

II

Супесь легкая крупная, супесь легкая, суглинок легкий и тяжелый, глины

III

Песок пылеватый, супесь пылеватая, суглинок тяжелый пылеватый

IV

Супесь тяжелая пылеватая, суглинок легкий пылеватый

V

Все грунты, применяемые при строительстве земляного полотна, разделяют на четыре категории по трудности разработки. В табл. 2.10 указаны признаки для отнесения грунта к той или иной категории в зависимости от применяемых дорожно-строительных машин.

Таблица 2.10

Наименование и краткая характеристика грунта

Разработка грунтов

одноковшовыми экскаваторами

скреперами

бульдозерами

автогрейдерами (грейдерами)

Галька и гравий всех видов крупностью до 80 мм, без валунов (крупнее 80 мм - с валунами)

I, II

II

II

II

Глина:

жирная, мягкая и насыпная, слежавшаяся всех видов, твердая (без примесей)

II

II

II

II , III

с примесью 10 % и более щебня, гальки или гравия

III

-

II

III

мореная с валунами (в количестве до 30 %)

IV

-

III

-

Грунт растительного слоя:

без корней и валунов

I

I

I

I

с примесью гравия, щебня или строительного мусора

II

-

III

-

Лесс:

естественной влажности, всех видов с примесью гравия и гальки

I

I

I

I

сухой и отвердевший (с примесью)

I

II

III

II

Мерзлый грунт, песчаный и супесчаный, глинистый и суглинистый, предварительно разрыхленный

II - IV

III - IV

III

-

Песок:

всех видов естественной влажности

I

II

II

II

сухой, сыпучий с примесью

I

II

III

-

сухой барханный, дюнный

-

II

III

-

Скальный:

предварительно разрыхленный

IV

-

III

-

не требующий разрыхления

IV

-

IV

-

Солонка и солонец:

мягкий

I

I

I

I

отвердевший

III

II

III

III

Суглинок:

легкий, лессовидный тяжелый и слежавшийся

I

I

I

I

с примесью щебня, гравия и строительного мусора

II

II

II

II

Супесь всех видов (в том числе с примесью гравия, щебня, строительного мусора)

I

II

II

II

Строительный мусор:

рыхлый

II

-

II

-

слежавшийся сцементированный

III

-

III

-

Торф:

без корней и с корнями толщиной до 30 мм

I

I

I

I

с корнями толщиной более 30 мм

II

II

III

-

Чернозем и каштановые земли:

естественной влажности

I

I

I

I

отвердевшие

II

II

III

III

щебень

II

-

II

-

Шлак:

котельный всех видов

I

I

I

II

металлургический

II

-

III

-

Для насыпей применяют грунты, состояние которых под действием природных факторов не изменяется или изменяется незначительно, что не влияет на их прочность и устойчивость в земляном полотне. К таким грунтам относят: скальные неразмягченные породы, крупнообломочные, песчаные (кроме мелких и пылеватых), супеси легкие и крупные. Эти грунты применяют для возведения земляного полотна без ограничений. Грунты глинистые, мелкие и пылеватые пески, размягчаемые скальные грунты, некоторые грунты особых разновидностей также пригодны для строительства земляного полотна, но при этом необходимо учитывать некоторые ограничения.

Возможность и целесообразность применения этих грунтов устанавливают в зависимости от местных условий с учетом технико-экономических соображений. Например, глины мергелистые, сланцевые и жирные, грунты меловые тальковые и трепелы пригодны для отсыпки насыпей в благоприятных усло виях, то есть в сухих местах, а на участках с неблагоприятными гидрологическими условиями, на поймах рек, в низинах, где уровень грунтовых вод высокий или может быть с длительным подтоплением поверхностными водами, эти грунты могут быть применены только для верхней части насыпи.

Для нижней части насыпей, длительно или постоянно подтопляемых водой, можно применять скальные или крупнообломочные грунты, песок крупный или средней крупности, а также супесь легкую крупную с массовой долей глинистых частиц не более 6 %.

Не применяют для насыпей грунты: глинистые избыточно засоленные; глинистые, влажность которых выше допустимой; торф, ил, мелкий песок и глинистые грунты с примесью ила и органических веществ; верхний почвенный слой, содержащий в большом количестве корни растений; тальковые, пирофилитовые грунты и трепелы для насыпей на переувлажненном основании и на участках, где возможен длительный застой воды; содержащие гипс в количестве, превышающем нормы.

Источниками грунта для отсыпки насыпей являются: выемки, грунтовые карьеры и боковые резервы.

Объем потребного грунта для насыпей определяют по формуле

V гр = V н К1, где                                                                       (2.5)

V н - объем сооружаемой насыпи, м3;

К 1 - коэффициент относительного уплотнения.

 где                                                                             (2.6)

δ н - плотность грунта (требуемая) в насыпи, г/см3;

δ e - плотность грунта в естественном состоянии (в карьере, выемке или резерве), г/см'.

Насыпи, как правило, возводят из однородных грунтов, но при необходимости их можно отсыпать и из разных грунтов, однако располагать эти грунты надо отдельными слоями. Предпочтительно в верхней части насыпи (1,0-1,5 м) применять более прочные грунты, потому что эта часть насыпи обычно подвергается более интенсивному воздействию природных факторов и транспортных средств. При отсыпке нижней части из дренирующих грунтов толщина этого слоя должна быть больше высоты капиллярного поднятия в этом грунте, чтобы предотвратить приток воды в верхнюю часть насыпи.

2.3. Технология работ по сооружению земляного полотна

Строительство земляного полотна включает следующие технологические процессы: разбивку земляного полотна; строительство временных дорог; расчистку территории в пределах дорожной полосы; снятие растительного грунта и укладку его в штабели; строительство дренажных и водоотводных канав; разработку грунта в выемках и карьерах; перемещение грунта в насыпь или отвал; послойное разравнивание грунта в насыпи, уплотнение грунта; планировку поверхности земляного полотна; перемещение и разравнивание растительного грунта на поверхности откосов; укрепление откосов земляного полотна.

Для выполнения указанных технологических процессов используют специальные дорожно-строительные машины, предназначаемые для земляных работ. В их число входят: автогрейдеры, бульдозеры, экскаваторы, скреперы, одноковшовые погрузчики, катки, трамбующие машины, планировщики откосов, кусторезы, корчеватели, канавокопатели. Для транспортирования грунта на значительные расстояния применяют автомобили-самосвалы.

В зависимости от рельефа местности изменяется конструкция земляного полотна, насыпи чередуются с выемками, изменяется направление и поперечная крутизна косогорных участков, постоянно изменяется высота насыпей и глубина выемок. В связи с этим изменяются объемы работ и трудоемкости отдельных технологических процессов. Все это определяет различия в выполнении отдельных технологических процессов или технологии в целом. Совокупность технологических процессов по строительству земляного полотна разделяют на следующие три группы: подготовительные работы, основные работы и отделочные работы.

Подготовительные работы - восстановление трассы, отвод и закрепление земель в постоянное пользование, расчистка полосы отвода, разбивка земляных сооружений, устройство водоотводных канав и дренажей.

Основные работы - разработка выемок и отсыпка насыпей. В состав этих работ входят такие технологические процессы, как рыхление и планировка грунта, уплотнение основания насыпей, разработка и транспортирование грунта в места отсыпки насыпей и отвалов, послойное разравнивание и уплотнение грунта в насыпи.

Отделочные работы - планировка поверхности земляного полотна, укрепление откосов насыпей и выемок, восстановление растительного слоя на территориях, отведенных во временное пользование.

Для всех технологических процессов следует разработать или подобрать типовые технологические карты, в которых предусматривают машины соответствующей производительности для каждой операции и указывают схемы перемещения машин в процессе работы. Количество машин должно обеспечивать заданный темп работ при минимальных расходах на их выполнение.

При выборе типов и марок машин необходимо учитывать следующие условия: вид работ и технологического процесса; тип, разновидность и состояние грунта; дальность его транспортирования; сроки выполнения работ, требуемый темп работы и рельеф местности.

Выбор машин для различных условий и технологических процессов производят на основании сравнения возможных вариантов по технико-экономическим показателям. Ориентировочный выбор машин можно выполнить с помощью табл. 2.11.

Таблица 2.11

Виды работ и условия их выполнения

Расстояние транспортирования грунта, м

Рекомендуемые машины

Рекомендуемые типоразмеры машин, mc при годовом объеме земляных работ на объекте, тыс. м3

50

100

200

500

1000

2000

3000

Разработка мелких выемок с перемещением грунта в насыпь

До 50

Бульдозеры на гусеничных тракторах

3-10

3-10

5-10

5-10

5-10

10-25

10-25

До 50

Бульдозеры на колесных тракторах

3-5

3-5

5-10

5-16

5-15

5-15

5-15

100-50

Скреперы с ковшом объемом, м3

До 5

До 8

7-8

7-8

15-25

15-25

15-25

Разработка выемок и грунтовых карьеров с перемещением грунта в насыпь

500-3000

Скреперы с ковшом объемом, м3

9

9

9-15

9-25

15-25

15-25

15-25

500 и более

Экскаваторы с ковшом емкостью, м3

0,3

0,3-0,5

0,3-0,65

0,5-1,25

0,65-1,6

0,65-1,6

0,65-1,6

500 и более

Автомобили-самосвалы грузоподъемностью, т

3,5-5

3,5-5

3,5-7

3,5-7

5-12

5-12

5-12

500 и более

Самоходные фронтальные погрузчики грузоподъемностью, т

-

-

0,8-1,5

2-4

2-4

2-4

9-4

500 и более

Автомобили-самосвалы грузоподъемностью, т

-

-

5-7

10-12

10-12

12-25

12-25

Самоходные фронтальные погрузчики грузоподъемностью, т

-

-

3-7

5-7

5-12

5-12

5-12

Автомобили-самосвалы грузоподъемностью, т

-

-

12-25

12-25

Более 25

Более 25

Более 25

Насыпи на подходах к мостам и дамбам на поймах рек

До 2000

Гидромеханизация

-

-

-

+

+

+

+

Возведение насыпей из боковых резервов

До 15

Автогрейдер мощностью, кВт

90-110

90-110

-

-

-

-

-

Бульдозеры на гусеничных тракторах

3-10

3-10

5-10

10-15

10-15

10-25

10-25

Бульдозеры на колесных тракторах

3-5

3-5

5-10

5-15

5-1

5-15

5-15

Скреперы с ковшом объемом, м3

До 5

До 8

7-8

7-8

15-25

15-25

15-25

Для основных работ по разработке и транспортированию грунта рекомендуют применять бульдозеры при дальности перемещения грунта до 100 м; скреперы при благоприятных грунтовых условиях и дальности транспортирования более 100 м; экскаваторы для разработки любых грунтов, кроме скальных. Транспортные средства выбирают в зависимости от расстояния перевозки и состояния временных дорог для транспортирования грунта. При разработке очень прочных грунтов их рыхлят взрывным способом. Наряду с экскаваторами применяют самоходные фронтальные погрузчики. Они особенно эффективны при легких грунтах, при плотных грунтах требуется предварительное рыхление и в дополнение к ним необходимы рыхлители или бульдозеры.

Оптимальный вариант при выборе машин устанавливают путем сравнения различных конкурирующих вариантов по основным технико-экономическим показателям: стоимости работ; затратам энергии; выработке на одного рабочего. Расчеты по определению оптимального варианта целесообразно выполнять с помощью ЭВМ, тогда можно рассмотреть не только варианты применения того или иного вида машин, но и варианты применения различных моделей машин, сочетания основных и вспомогательных машин. Для решения этих задач составляют технологические карты. Часто эти вопросы решают с помощью расчетов, учитывающих средние условия в целом для всей дороги или участка большого протяжения.

При этом определяют общие объемы по видам основных машин (объемы бульдозерных работ, скреперных, экскаваторных и др.), рассчитывают составы отрядов и производят сравнение вариантов по так называемым приведенным затратам.

2.4. Основные принципы планирования и организации работ

Следует стремиться выполнять земляные работы в наиболее теплые и сухие периоды года, когда грунты находятся в талом состоянии и влажность их близка к оптимальной. В таком состоянии грунты хорошо разрабатывать и уплотнять. Большое значение имеют более благоприятные условия движения машин по грунту и временным землевозным дорогам. Таким периодом года в районах с умеренным климатом является весенне-летний и часть осеннего. Для южной части II дорожно-климатической зоны с конца апреля до начала третьей декады октября естественная влажность грунтов близка к оптимальной, глинистые грунты не слишком налипают на рабочие органы землеройных машин, а песчаные, наоборот, имеют некоторую связность, что также благоприятно для ведения работ. Все это способствует выполнению работ с необходимым качеством и позволяет наиболее эффективно использовать производительность применяемых машин. Ориентировочные даты начала и конца благоприятных периодов для различных географических районов России и некоторые данные для расчета количества рабочих смен приведены в табл. 2.12.

Земляные работы при необходимости можно выполнять в зимний период года, но это требует дополнительных затрат материальных и трудовых ресурсов на очистку от снега, на разрыхление замерзших грунтов, на мероприятия по предотвращению промерзания и просушивание грунта. Более сложные условия работы повышают риск в точном выполнении технологических правил и могут приводить к снижению качества работ. В некоторых районах зимой условия работ, напротив, оказываются лучшими. В южных районах России, где промерзание грунтов незначительно, а снежный покров отсутствует или небольшой толщины, зимний период может оказаться более благоприятным для ведения земляных работ. В других случаях промерзание грунтов может быть положительным фактором для производства земляных работ. В заболоченных районах в летнее время проезд машин по грунтовым дорогам затруднен, а иногда даже невозможен, поэтому, несмотря на усложнение выполнения некоторых процессов, это решение может оказаться рациональным или даже единственно возможным.

При разработке скальных грунтов их промерзание практически не имеет значения.

Крупные специализированные организации по выполнению земляных работ стремятся хотя бы часть земляных работ отнести на зимнее время, чтобы не было простоя машин и особенно транспортной техники.

Опыт показывает целесообразность заблаговременного строительства земляного полотна. Заранее построенное земляное полотно является более стабильным, дефекты, обнаруженные перед строительством дорожной одежды, могут быть легко устранены. При строительстве дорог с капитальными типами покрытий это условие является обязательным. При устройстве покрытий облегченного или переходного типов допускают строительство дорожной одежды сразу после возведения земляного полотна. Тогда общий срок строительства составляет меньше двух лет и период ведения земляных работ обычно устанавливают в зависимости от времени устройства дорожной одежды.

При одновременном ведении земляных работ и работ по устройству дорожной одежды между ними должен быть участок готового земляного полотна - задел, необходимый на случай задержки в земляных работах из-за неблагоприятной погоды, выхода из строя отдельных машин или по другим причинам. Величина задела зависит от темпа работ по устройству дорожной одежды и некоторых других конкретных условий на объектах. При расчетах, связанных с определением срока ведения земляных работ, этот фактор также должен быть принят во внимание. Сроки ведения земляных работ в зимнее время устанавливают с учетом климатических условий, характера грунтов, их влажности и промерзания. Количество календарных дней и рабочих смен определяют расчетом, исключая неблагоприятные периоды.

2.5. Уплотнение грунтов

Важнейшим технологическим процессом при строительстве земляного полотна является уплотнение, которое обеспечивает требуемую прочность и устойчивость грунтов. От качества работ по уплотнению зависят фактические значения модуля упругости, угла внутреннего трения и сцепления, и, следовательно, способность конструкции дорожной одежды сохранять прочность в течение заданного срока службы.

В грунтах, обладающих низкой плотностью, при воздействии транспортных нагрузок накапливаются остаточные деформации. Недостаточно уплотненные грунты отличаются неоднородностью, меньшей плотностью, имеют просадки, что приводит к нарушению ровности проезжей части дорог. С увеличением плотности грунта снижается его водопроницаемость. Чем плотнее грунт, тем меньше диапазон изменения влажности грунта под воздействием атмосферных явлений и соответственно меньше вероятность морозного пучения.


Таблица 2.12

Рай-
оны Рос-
сии

Дорожно-климатические зоны

Сроки производства земляных работ

Количество нерабочих дней

Коли-
чество рабочих дней в строи-
тельном сезоне

Принятая сменность
работы из условия
использования светового дня

Расчет-
ная продол-
житель-
ность сезона, смен

дата начала

дата окончания

календарное количество дней

выход-
ные и празд-
ничные
дни

ремонт и про-
филак-
тика
машин

простой по организа-
ционным причинам

внутри-
объектные переходы на другие места работ

простой по атмосферным причинам

из них в марте, октябре, ноябре и декабре

в апреле, мае, июне, июле, августе и сентябре

Средний коэффи-
циент сменности работ

общее к-во дож-
дливых дней

из них падает на нера-
бочие

кол-во дней про-
стоев

итого не-
рабо-
чих дней

Ев-
ро-
пей-
ская часть

I

5/VI

25/IX

112

16

5

3

2

13

3

10

36

76

-

2

2,00

150

II
(северная
часть)

10/ V

10/Х

153

22

6

4

3

12

2

10

45

108

1

2

1,95

210

II
(южная
часть)

25/ IV

20/Х

179

27

8

5

4

14

3

11

55

124

1

2

1,85

230

III

20/ IV

30/Х

183

30

8

5

4

9

2

7

54

129

1

2

1,85

240

IV

I/IV

15/I Х

228

36

10

6

5

9

2

7

64

164

1

2

1,80

295

V

25/III

25/XI

245

39

10

6

5

7

2

5

65

180

1

2

1,80

325

Горы
и
пред-
горья

25/ III

20/ XI

240

38

10

6

5

17

4

13

72

168

1

2

1,80

300

Черно-
морское
побе-
режье

5/ III

20/ XII

290

46

12

7

5

26

6

20

90

200

1

2

1,60

320

Запад-
ная Сибирь

II
(северная
часть)

20/ V

30/ IX

134

19

6

4

3

17

4

13

45

89

-

2

2,00

180

III

5/ V

10/Х

157

23

7

4

3

6

1

5

42

115

1

2

1,95

22

IV

1/ V

10/Х

163

25

7

4

3

4

1

3

42

121

1

2

1,95

235

Горы
и
пред-
горья

5/ V

10/Х

157

23

7

4

3

10

2

8

45

112

1

2

1,95

220

Высоко-
горные районы
Алтая

1/ IV

25/ IX

116

17

5

3

2

16

3

13

40

76

-

2

2,00

150

Восточ-
ная Сибирь (южная часть)

I
(южная
часть)

20/ V

30/ IX

133

19

6

4

3

9

2

7

39

94

-

2

2,00

190

II
(северная
часть)

25/ V

30/ IX

128

19

5

3

2

16

3

13

42

86

-

2

2,00

170

III

10/ V

5/Х

148

21

6

4

3

3

-

3

37

111

1

2

1,95

215

IV

5/ V

10/Х

157

23

7

4

3

4

1

3

40

117

1

2

1,95

230

Горы
и
пред-
горья (север-
ная
часть)

5/ V

5/Х

122

22

5

3

2

16

4

12

44

78

1

2

1,95

150

Горы
и
пред-
горья
(южная
часть)

1/ VI

20/ I Х

111

20

5

3

2

36

9

27

57

64

-

2

2,00

130

Даль-
ний Восток

I

20/ V

5/Х

108

19

4

2

1

16

4

12

38

70

1

2

1,95

140

II
(южная часть)

1/ V

15/Х

167

26

7

4

3

20

4

16

56

111

1

2

1,85

205

III

15/ IV

5/Х

204

31

9

5

3

18

4

14

62

142

1

2

1,80

200

Горы
и
пред-
горья

20/ V

20/Х

158

22

7

4

3

15

3

12

48

110

1

2

1,80

200


Обследования и диагностика автомобильных дорог показывают, что одной из причин преждевременных повреждений является недостаточная плотность грунта земляного полотна. Это относится ко всем участкам дорог, расположенным на земляном полотне и в насыпях и в выемках. По этим причинам уплотнению подлежат как насыпные грунты, так и основания насыпей и поверхностные слои грунтовых оснований в выемках. Уплотнение земляного полотна является обязательным, и это требование зафиксировано действующими строительными нормами и правилами и технологическими регламентами по строительству земляного полотна автомобильных дорог [ 83, 86, 87].

Уплотнение грунтов окупается экономией, достигаемой за счет уменьшения толщины дорожной одежды, уменьшения затрат на ремонт автомобильной дороги и снижения транспортных расходов.

Принципиальный подход к определению требуемой плотности грунта состоит в том, чтобы в результате уплотнения плотность стала такой, при которой не будет происходить накопления остаточных деформаций земляного полотна от действующих повторных расчетных нагрузок и изменений влажности грунта. Увеличение плотности грунта до требуемых значений обеспечивает стабильность основных параметров прочности грунта, делает их мало изменяющимися под влиянием сезонных колебаний температуры и влажности.

На основе элементарного представления о грунте как о трехфазной системе, без учета его структурных особенностей, применяют следующее выражение для единичного объема грунта:

 где                                                                  (2.7)

δ - плотность скелета грунта, г/см3;

Y - плотность минеральных частиц, г/см3;

W - массовая доля влажности грунта, %;

V - объем воздуха, %;

1 - единичный объем грунта (1 см3).

Отсюда плотность грунта:

                                                                            (2.8)

Значение Y изменяется в узких пределах: для супесчаных грунтов Y = 2,65-2,55 г/см3, для глинистых и пылеватых супесчаных грунтов Y = 2,68; для тяжелых суглинистых и тяжелых глинистых Y = 2,7; для суглинистых Y = 2,6. Наибольшая плотность соответствует пористости грунта в диапазоне 4-6 % (6 % для песчаных и супесчаных грунтов, 5 % для пылеватых супесчаных, суглинистых и глинистых и 4 % - для тяжелых суглинистых и пылеватых глин).

Процесс уплотнения состоит в вытеснении воздуха из пор грунтов, отжатия воды и уменьшения толщины водных пленок, что достигается механическим воздействием уплотняющих машин. Отжатие воды из грунта происходит медленно и не играет заметной роли в уплотнении из-за малого времени воздействия нагрузок при уплотнении машинами. Поэтому в процессе уплотнения при фактической влажности происходит главным образом удаление воздуха.

Для получения наиболее плотной структуры необходимо, чтобы влажность грунта была такой, при которой объем защемленного воздуха находится в указанных выше пределах: 4-6 %. При этом образуются наиболее прочные гидратные оболочки, обеспечивающие минимальную фильтрацию и наименьшее разбухание грунта, а следовательно, и наивысший возможный модуль упругости. Если влажность грунта ниже, то есть объем пор, занятый воздухом, выше указанной величины, не создается устойчивой структуры и при увлажнении грунт легко разбухает и тем больше, чем выше влажность. При недостаточной плотности, наоборот, доуплотняется и дает осадку. Модуль упругости в обоих случаях падает. При повышении влажности грунта в процессе уплотнения часть пор заполняется водой, вытесняющей воздух. Структура грунта становится неустойчивой, особенно при ударном уплотнении, а модуль упругости уменьшается.

Принято считать, что для каждого грунта существуют оптимальные влажность и плотность, зависящие от его минералогического и гранулометрического состава. Оптимальная влажность соответствует определенной работе, затраченной на уплотнение грунта. Эта работа определяется массой катка и числом его проходов или массой уплотняющего груза, высоты его падения и числа ударов. Большей работе по уплотнению соответствует меньшая оптимальная влажность. На рис. 2.4 показано, как меняются плотность и оптимальная влажность для разных значений работы по уплотнению. С некоторым приближением можно считать, что оптимальная влажность близка к максимальной молекулярной влажности, то есть влажности, при которой вся вода в грунте находится в связанном состоянии.

Экспериментально оптимальную влажность определяют с помощью прибора стандартного уплотнения Союздорнии по ГОСТ 22733-2002, последовательно определяя стандартную плотность при переменных значениях влажности грунта. Влажность соответствующую максимальной плотности считают оптимальной.

В южных районах, где естественная влажность ниже, следует предварительно увлажнять грунт или увеличивать работу по уплотнению для достижения требуемой плотности.

Ориентировочные значения влажности, %, для наиболее распространенных грунтов приведены ниже:

пески мелкие и пылеватые 8-13

супеси легкие и тяжелые 9-15

суглинки легкие 12-18

тяжелые и тяжелые пылеватые суглинки 14-20

пылеватые и тяжелые пылеватые супеси, легкие пылеватые суглинки 15-22

глины пылеватые и песчанистые 16-26

глины жирные 20-30

Содержание воздуха при стандартной плотности для разновидностей грунтов в среднем составляет: супесь - 8...10 %, тяжелый суглинок - 3...4 %, суглинок - 4...5 %, глина - 4...6 %.

Требования к уплотнению грунта и назначение необходимой плотности устанавливают в соответствии с уровнем напряженного состояния конструкции земляного полотна. При этом учитывают, что верхняя часть насыпи, иногда называемая рабочим слоем, испытывает динамические напряжения от транспортных средств и в наибольшей мере подвержена воздействию атмосферных явлений. Эти напряжения затухают с глубиной. Другая часть напряжений в земляном полотне, вызываемая собственным весом насыпи наоборот увеличивается с глубиной. Таким образом, в средней части насыпи уровень напряжений и соответственно требования к плотности грунта ниже, чем в верхней и нижней.

P и c . 2.4. Изменение оптимальной плотности и оптимальной влажности при разном уплотнении:

1 - стандартное уплотнение (СССР); 2- усиленное уплотнение (США); 3 - линия нулевых пор

Требуемую плотность грунта определяют обычно по следующей формуле:

δ тр = δст × К укл , где                                                                     (2.9)

δ тр - требуемая плотность, г/см3;

δ ст - максимальная плотность по прибору стандартного уплотнения, г/см3;

К укл - коэффициент уплотнения, устанавливаемый по СНиП 2.05.02 -85 .

Коэффициент уплотнения регламентируется строительными нормами в зависимости от категории дороги, типа дорожной одежды, дорожно-климатической зоны и конструкции земляного полотна.

Уплотнение грунта осуществляют одним из следующих способов: укаткой, трамбованием и вибрированием. В зависимости от способа уплотнения средства для уплотнения разделяют на катки, трамбующие машины или плиты и виброплиты или виброплощадки. Возможны комбинированные средства в виде виброкатков, оказывающих наряду со статическим воздействием также вибрационное действие на грунт. Подробные характеристики машин и оборудования для уплотнения грунтов приведены в разд. 38.4.

Катки для уплотнения грунтов могут быть прицепными, полуприцепными и самоходными. Перемещение прицепных и полуприцепных катков осуществляют специальными тягачами или тракторами.

Наиболее распространенными уплотняющими машинами в дорожном строительстве являются прицепные и самоходные катки. Для уплотнения грунтов применяют чаще всего следующие разновидности катков: гладковальцовые, кулачковые и вибрационные. Катки с гладкими вальцами применяют для уплотнения связных и малосвязных грунтов, слоями не более 0,25 м.

При выполнении земляных работ в зимнее время и при необходимости уплотнения грунта, содержащего мерзлые комья, применяют решетчатые катки, которые измельчают такие комья и уплотняют грунт. Решетчатые катки применяют также для уплотнения сухих комковатых грунтов.

Трамбование является универсальным способом уплотнения, пригодным для большинства грунтов. Его применяют для уплотнения грунтовых оснований, существующих насыпей, а также при уплотнении насыпного грунта в стесненных условиях. Посредством трамбования можно уплотнять грунт слоями большой толщины. Трамбование позволяет достигать плотности грунта выше максимальной стандартной. Этот способ допускает уплотнение грунта с влажностью выше и ниже оптимальной. Трамбование можно использовать для уплотнения прочных комковатых грунтов, в том числе и крупнообломочных. При уплотнении слоев большой толщины (1-2 м), а также для достижения плотности грунта выше стандартной максимальной плотности используют свободно падающие с высоты 2-6 м трамбующие плиты массой 2-15 т.

Вибрационное уплотнение применяют для уплотнения крупнообломочных, песчаных и других малосвязных грунтов. Одномерные пески эффективно уплотняются только вибрированием. Прицепными и самоходными виброкатками массой 4-5 т рекомендуют уплотнять грунт слоями 0,40-0,50 м, катками с большей массой можно уплотнять песчаные грунты на глубину 0,6-0,8 м. В табл. 2.13 приведены сводные данные по условиям применения различных способов уплотнения.

Таблица 2.13

Тип машин

Уплотняемый грунт и условия работы

Применение в зимнее время

Применение в узких местах

Толщина слоя, см

Производительность, м3/час

Катки прицепные решетчатые

Рыхлые связные и несвязные в зимнее время, гравелистые и крупнообломочные при линейных работах

Целесообразно

Невозможно

25-35

100-200

Виброплиты самоходные тяжелые

Несвязные гравелистые при линейных работах (тяжелые плиты) и несвязные в «узких» местах (легкие плиты)

Нецелесообразно

Возможно

35-40

20-50

Вибрационные прицепные катки

Несвязные, в том числе гравелистые при линейных работах

Нецелесообразно

Невозможно

30-40

200-300

Большая номенклатура средств для уплотнения грунта выпускаемых отечественными и зарубежными предприятиями ставит задачу выбора уплотняющих средств перед каждой строительной организацией, участвующей в выполнении земляных работ при строительстве автомобильных дорог. С другой стороны, при выполнении работ на конкретном объекте в определенных условиях также приходится решать задачу выбора из имеющегося в организации парка машин.

При выборе уплотняющих машин учитывают погодно-климатические условия, физико-механические свойства грунтов, ограничения по срокам и директивный темп ведения работ. Критерием для выбора оптимального варианта служат минимальные затраты на достижение требуемого качества уплотнения при выполнении ограничений каждого конкретного объекта.

Машины для уплотнения грунтов входят в состав механизированных отрядов, где основными являются землеройно-транспортные машины. Поэтому производительность машин для уплотнения должна соответствовать производительности отряда.

В соответствии с выбранной машиной для уплотнения грунта следует разработать технологию уплотнения. При этом следует установить толщину уплотняемого слоя, режим уплотнения - количество проходов катка по одному следу или число ударов трамбующей плиты, скорость движения катка, схему перемещения уплотняющей машины.

При определении толщины уплотняемого слоя необходимо учитывать тип и разновидность грунта, его начальную плотность, тип катка, его массу, требуемую плотность грунта. Оптимальную толщину уплотняемого слоя или число проходов (ударов) уплотняющих машин по одному следу, необходимых для достижения требуемой плотности, можно установить пробной укаткой или вычислить по следующим формулам:

число проходов для катков

                                                                           (2.10)

число ударов для трамбующих машин

где                                                                     (2.11)

А уд - удельная работа машин для уплотнения связных грунтов при Купл = 0,95 - 0,20 Дж/см3; при Купл = 0,98 - 0,40 Дж/см3; при Купл = 1 - 0,60 Дж/см3; для несвязных грунтов значения Ауд уменьшают в 1,5 раза;

Н о - толщина уплотняемого слоя в плотном теле, см;

q - линейное давление катка, Н/см;

;

q о - статическое давление трамбующего органа машины, Н/см2; ;

Q - масса катка или трамбующей плиты, Н;

В - ширина рабочей площади катка, см;

F - площадь сопротивления трамбующей плиты, см2;

f - коэффициент сопротивления движению катка;

В случае применения кулачковых катков толщина уплотняемого слоя и число проходов соответственно

 и  где                                   (2.12)

l - длина кулачка, см;

b - минимальный размер опорной части поверхности кулачка, см;

h p - толщина рыхлого слоя у поверхности, см;

S - поверхность вальца, см2;

F - опорная поверхность кулачка, см2;

m - общее число кулачков;

k - коэффициент, учитывающий неравномерность перекрытия поверхности кулачками, среднее значение которого можно принять равным 1,3.

Толщина отсыпаемых слоев грунта, как правило, должна быть одинаковой, а число проходов катка может быть различным в зависимости от требований к плотности грунта, изменяющихся от расположения слоя по высоте насыпи. Влажность грунта при уплотнении должна отличаться от оптимальной не более, чем указано в табл. 2.14.

Таблица 2.14

Тип грунта

Отклонение от оптимальной влажности Wo при Купл

0,98

0,95

Пески пылеватые, супеси легкие, крупные

0,8-1,35

0,75-1,6

Супеси легкие и пылеватые

0,8-1,25

0,75-1,35

Супеси тяжелые пылеватые, суглинки легкие и легкие пылеватые

0,85-1,15

0,8-1,3

Суглинки тяжелые и тяжелые пылеватые

0,9-1,09

0,85-1,2

ГЛАВА 3. Подготовительные работы перед сооружением земляного полотна

3.1. Состав и назначение подготовительных работ

Общие положения . В состав подготовительных работ входят:

восстановление выноса трассы на местность и создание геодезической разбивочной основы;

перенос и переустройство воздушных и кабельных линий связи, электропередачи, трубопроводов, коллекторов и др.;

снос или перенос из отведенной территории зданий и сооружений;

восстановление и закрепление трассы дороги;

расчистка дорожной полосы;

обеспечение предпроизводственного водоотвода; расчистка территорий, отведенных под карьеры и резервы;

подготовка и усиление сети автомобильных дорог, намечаемых к использованию в период строительства;

строительство производственных предприятий, временных жилых поселков.

В особых климатических и грунтовых условиях, а также в городах и населенных пунктах проектом организации строительства могут быть предусмотрены дополнительные виды подготовительных работ (предварительное осушение, водопонижение, сооружения для защиты от оползней, лавин, осыпей и т. п.). Все виды подготовительных работ выполняются в течение подготовительного периода, на продолжительность которого в соответствии с указаниями СНиП 1.04.03-85 может быть увеличен нормативный срок строительства объекта.

Подготовительные работы выполняют в сроки, установленные общим графиком организации строительства (что должно быть отражено в проекте), как правило, до начала основных работ по сооружению земляного полотна. На крупных объектах с продолжительностью строительства более одного сезона следует совмещать сроки выполнения подготовительных и основных (как сосредоточенных, так и линейных) работ, в составе комплексного потока по сооружению земляного полотна. При этом работы по оформлению и выноске в натуру отвода земель, сносу и переносу зданий, сооружений и коммуникаций могут выполняться на крупных объектах по отдельным графикам в составе общего срока строительства с учетом гарантированного опережения подготовительных работ на данном участке.

Перенос и переустройство пересекаемых трассой линий связи, электропередачи и трубопроводов должны осуществляться по проектам специализированных проектных организаций, которые устанавливают характер и объемы работ и целесообразные методы их выполнения. Эти работы, как правило, должны выполнять специализированные строительно-монтажные организации по подрядному договору с генеральной подрядной строительной организацией.

Организация и методы сноса и переноса зданий и сооружений определяются их размерами и капитальностью. В случае необходимости сноса или переноса крупных и капитальных зданий и сооружений такие работы должны выполняться по специальному проекту.

Временные сооружения производственного и бытового назначения, жилые здания строятся, как правило, по типовым проектам, в состав которых должны входить указания по организации и производству строительных работ.

Восстановление и закрепление трассы. При восстановлении трассы необходимо выполнять геодезические работы с целью переноса проекта на местность и контроля соответствия проекту размеров и высотных отметок сооружения. Полнота и качество геодезических работ во многом определяет качество строительства.

До начала строительства, включая подготовительные работы, выполняется восстановление обозначенных в период проектных изысканий: оси трассы (или узловых точек летного поля аэродромов), осей искусственных сооружений, границ отведенной территории, а также геодезической разбивочной основы, служащей для привязки отметок и расстояний к государственной геодезической сети. Эти работы, включая изготовление и установку знаков, выполняются заказчиком. Состав, размещение и форма знаков разбивочной и геодезической основы регламентируются проектной документацией.

Точность построения разбивочной основы и выноса проекта на местность для дорог в соответствии с нормативными требованиями должна обеспечивать величины средних квадратических погрешностей не более приведенных в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Назначение

Угловые измерения, град.

Линейные измерения

Превышение на 1 км хода, мм

Для дорог в пределах застраиваемой территории

10

10

Для дорог вне застраиваемых территорий

30

15

При выносе проекта на местность проводится восстановление обозначенной при проектных изысканиях трассы или разбивочной сетки аэродрома и установка дополнительных знаков закрепления. Трасса закрепляется плановыми осевыми знаками на прямых участках не менее чем через 0,5 км, а также на углах поворота трассы. Высотные реперы устанавливают не реже чем через 0,5 км. При сложном рельефе расстояние сокращается с учетом конкретных условий. Главными элементами разбивочной основы являются поперечники, на которых закрепляются, кроме осевых, боковые створные столбы, обозначения границ полосы отвода, выносимые знаки и т. п.

Состав закрепления на местности проектов мостов и труб определяется в соответствии с требованиями СНиП 3.06.04-91; для аэродромов - в соответствии с требованиями СНиП 32-03-96; для зданий различного назначения - СНиП 3.01.03-84.

Для внутренних дорог предприятий и городских дорог дополнительные требования к геодезической разбивочной основе могут устанавливаться в том числе органами местного управления.

Основные знаки и реперы должны быть надежно закреплены на местности врытыми столбами или кольями с соответствующей маркировкой фиксируемых точек. В маркировке черной несмываемой краской указывают сокращенное наименование организации, выполнившей геодезические работы, номер или плановое положение знака, высотную отметку (в случаях ее определения), год установки.

Углы поворота трассы (УТ) закрепляют четырьмя знаками: в вершине угла (на месте установки теодолита) забивают потайной колышек вровень с поверхностью земли. УТ и по радиусу 0,7 м вокруг него выкапывают канавку глубиной 15 см. Грунтом, полученным при отрывке канавки, прикрывают потайной колышек. На расстоянии 2 м по направлению наружной биссектрисы угла закапывают угловой опознавательный столб с маркировкой. На продолжении сторон угла за пределами предстоящих земляных работ устанавливают еще два опознавательных столба - ОС. Вершину угла поворота - УС привязывают с фиксацией в документации к двум-трем постоянным предметам на местности (элементы зданий, крупные деревья и т. п.).

Если вершина угла поворота размещена за пределами строительных работ, ее можно закреплять насыпным конусом земли высотой 0,5 м, диаметром 1,3 м. Кол, соответствующий точке вершины угла, забивают вровень с землей. По подошве конуса выкапывают канавку глубиной 15 см. На расстоянии 20 см от УТ забивают кол - сторожок с соответствующей маркировкой.

Для закрепления на местности начала и конца трассы или отдельных участков устанавливают осевые створные столбы. Створные столбы размещают в пределах визуальной видимости, как правило, через 0,5 км, в равнинной местности и на гребнях возвышений в пересеченной местности. Столбы аналогичной конструкции устанавливаются на основных точках разбивки аэродромов в начале и конце ВПП.

Закрепление основных точек разбивки искусственных сооружений (осевые, концевые) выполняется кольями с выноской на угловые (опознавательные) столбы. Пикеты и плюсовые точки трассы, начало и конец каждой кривой обозначают кольями, забитыми вровень с поверхностью земли, со сторожками, размещаемыми в 15-20 см. Промежуточные основные точки трассы закрепляют по поперечникам, размещаемым в равнинной местности не реже чем через 500 м, а в пересеченной местности - в пределах расстояния видимости.

При закреплении трассы устанавливаются постоянные и временные реперы. Для постоянных реперов рекомендуется использовать металлические марки в стенах зданий и сооружений, выходах скальных пород или знаки из отрезков труб, рельсов на бетонном фундаменте.

Все основные точки опорной разбивочной сети закрепляются за пределами рабочей зоны выносными кольями. Выносные колья устанавливаются, как правило, в створе поперечников или на нормалях к пикетным знакам, исходя из обеспечения видимости в поперечном и продольном направлениях. Выносные знаки линейных точек привязываются по расстоянию к 2-3 другим знакам или постоянным предметам, высотные выносные точки (выносные реперы), кроме того, привязываются к отметкам. В условиях пересеченного рельефа или при опасности утраты выносные знаки дублируются через 10-20 м по поперечнику.

Выносные знаки размещают вблизи границы полосы отвода вне зоны производства работ и возможных путей перемещения машин и автотранспорта. Допускается использование для выносных знаков обозначений на выходах скальных пород, стенах сооружений и т. п. Все установленные знаки фиксируются в геодезическом журнале установленной формы.

Работы по переносу (восстановлению) трассы в натуре оформляются документами по формам, приведенным в СНиП 3.01.03-84 «Геодезические работы в строительстве». Система установленных знаков в натуре совместно с технической документацией на нее передается от заказчика подрядчику по рабочему акту не позднее чем за 10 дней до начала работ на данном участке.

Производство каких-либо работ, включая расчистку отведенной территории и снос строений, до получения официальных документов об отводе и выносе на местность знаков разбивочной основы не допускается. Во время производства земляных и других видов работ должны быть приняты меры по обеспечению сохранности знаков разбивки. Все поврежденные в процессе работ знаки должны немедленно восстанавливаться с соответствующей инструментальной проверкой.

Геодезические работы по непосредственной разбивке сооружений, входящих в комплекс автомобильной дороги или аэродрома (земляное полотно, грунтовое основание, искусственные сооружения, здания, водоотвод и др.), а также по геодезическому контролю в ходе строительства выполняются геодезической службой подрядчика в составе технологических процессов строительства данных сооружений. В простых случаях допускается выполнение рабочей разбивки и геодезического контроля силами линейного персонала.

Расчистка и подготовка полосы отвода. До начала земляных работ территории постоянного и временного отвода в пределах границ, переданных в натуре подрядчику и обозначенных на местности знаками, должны быть полностью освобождены от воздушных и кабельных линий электропередач и связи, трубопроводов, коллекторов, а также зданий и сооружений, посторонних предметов. Сохранение воздушных или подземных линий допускается в случаях, обусловленных проектной документацией при условии принятия совместно с владельцем линии (организацией, ответственной за эксплуатацию) мер, полностью исключающих ее повреждение, обеспечивающих безопасность ведения работ и своевременную установку устройств, предусмотренных проектом для защиты в период эксплуатации.

Работы по переносу и переустройству линий, сносу и переносу зданий и сооружений должны, как правило, выполняться специализированными организациями, определенными владельцами.

Расчистку полосы отвода от леса, кустарника, пней, порубочных остатков, крупных камней, строительного мусора и др. осуществляют по отдельным участкам в порядке очередности производства на них работ по возведению земляного полотна.

В пределах площадок, отводимых для строительства предусмотренных проектом постоянных и временных зданий и сооружений, деревья удаляют лишь на площадях, которые будут непосредственно заняты этими зданиями и сооружениями.

При прохождении трассы через местность, покрытую лесом, для работ по его удалению организуется самостоятельный комплексный поток. В состав работ по подготовке просеки входит: подготовка лесосеки, валка леса, обрубка сучьев, сбор и удаление порубочных остатков, трелевка хлыстов к временным складам, разделка хлыстов на сортаменты, погрузка и вывоз деловой древесины или дров, корчевание пней.

Подготовка лесосеки включает уборку сухостойных и зависших деревьев, вырубку кустарника и мелколесья, прокладку трелевочных волоков и организацию временного склада, где предусматривается разделка хлыстов на сортаменты, складирование и отгрузка полученной деловой древесины или дров, прокладка в необходимых случаях тракторных путей и временных дорог.

Трелевочные волоки и временные склады должны размещаться в пределах отведенной территории, а в случае невозможности - в местах, определенных проектом, с соответствующим оформлением временного отвода. Вывоз древесины и отходов за пределами отведенной полосы производится по временным дорогам, проложенным в соответствии с проектом, и по дорогам существующей сети.

Лес удаляют, как правило, лесовальными машинами или моторными пилами. Высота пней должна быть минимальной. Для направленной валки деревьев, облегчающей трелевку, применяют различные приспособления (валочные вилки, валочные лопатки и др.). Лес валят преимущественно в зимний период, так как это обеспечивает лучшие условия просушки дорожной полосы в весеннее время до начала земляных работ и облегчает трелевку и вывоз полученного при прорубке просеки леса по зимнему пути, особенно при наличии заболоченности.

Допускается валка деревьев без спиливания вместе с корнями с использованием для трелевки в места разделки бульдозеров и корчевателей-собирателей на тракторах класса 100 кН и более. При валке деревьев и кустарника вместе с корнями необходимая сортировка и полная вывозка древесины производится до начала работ по удалению плодородного слоя почвы. Удаление леса или кустарника вместе с плодородным слоем почвы не допускается.

Просеку по ширине следует разбивать на 2-3 пасеки (полосы), располагаемые вдоль просеки. Трелевочные волоки шириной 5 м прорубают вдоль каждой пасеки по ее центру. Временные склады располагают вне рабочей пасеки в пределах ранее разработанной пасеки или на свободном от леса месте.

Валку деревьев надлежит выполнять только в дневное время звеньями, работающими одно от другого на расстоянии не менее 50 м. При валке леса в лесной и таежной местности с большими объемами работ следует руководствоваться Технологическими нормами и пособиями, разработанными для предприятий лесной промышленности.

На участках просек с кустарниками и мелколесьем при толщине стволов до 10-15 см расчистка дорожной полосы может выполняться с помощью кустореза с последующим собиранием срезанных кустов и деревьев и вычесыванием корней с помощью корчевателя-собирателя или бульдозерно-рыхлительного агрегата.

Собирание в кучи порубочных остатков и мелколесья (обрубленных сучьев, вершин, срезанного кустарника) выполняют корчевателем-собирателем после вывозки с пасеки хлыстов. Места для укладки порубочных остатков выбирают так, чтобы кучи не мешали последующим работам по корчевке пней, вычесыванию корней и возведению земляного полотна. Кучи должны располагаться не ближе 8 м от стены леса.

Порубочные остатки, мелколесье, выкорчеванные пни должны вывозиться для промышленной переработки или в места складирования, отведенные органами лесного хозяйства. Сжигание остатков на месте допускается по согласованию с лесхозом и органами пожарного надзора в установленное ими время.

Пни высотой не более 10 см допускается оставлять в основании земляного полотна, предназначенного для усовершенствованных облегченных, переходных и низших покрытий на дорогах III - V категории при насыпях более 1,5 м, а также в тех случаях, когда проектом не предусмотрено полное удаление дерново-растительного слоя (переходы через болота, неустойчивые склоны и т. п.).

Возможность оставлять пни в полосе расчистки за пределами основания земляного полотна (резервы, кавальеры, бермы, а также в местах выемок, траншей, резервов, берм и т. п.) должна быть определена проектом. В грунтовых основаниях аэродромных покрытий оставление пней не допускается.

Корчевку пней следует выполнять корчевателями-собирателями, а при небольших объемах работ - бульдозерами. При корчевке крупных пней с сильно развитой корневой системой в целях облегчения корчевки корни подкапывают и подрубают. Вычесывание корней, оставшихся после корчевки пней и срезки кустарника и мелколесья, осуществляется корчевателем-собирателем.

При реконструкции аэродромов удаление старых покрытий производится в том случае, если это предусмотрено проектом. Взлом покрытий выполняется навесными рыхлителями с последующей погрузкой в автосамосвалы погрузчиками или со сдвижкой обломков бульдозером в установленные проектом места. При толщине бетонных покрытий более 20 см и малой степени их растрескивания необходимо перед рыхлением раздроблять плиты.

На площадях, предназначенных для притрассовых карьеров и резервов, до начала их разработки должны быть выполнены подготовительные работы, обеспечивающие непрерывность последующей эксплуатации. Для разработки карьеров и резервов в зимнее время в состав подготовительных работ включаются специальные мероприятия по ограничению промерзания грунта. Для обеспечения условий работы в темное время суток зона работ должна быть оборудована освещением.

Создание геодезической разбивочной основы для карьеров заключается в выносе на местность реперов и в обозначении контуров разработки. Контуры обозначают выносными столбами, закрепляющими границы выработки на углах и на прямых участках, с установкой не реже чем через 50 м.

В проекте разработки карьеров должны быть указаны места отвалов вскрыши и отдельно - временного складирования грунта плодородного слоя почвы, предназначенного для рекультивации. Места отвалов грунта, пригодного для насыпей, в том числе из выемок, должны иметь обозначение контуров на месте.

При подготовке к срезке грунта на больших площадках (строительство ВПП и др.) целесообразно устраивать сеть водоотводных канав или систему дренажа с выводом воды за пределы летного поля.

Проектом организации строительства может быть предусмотрено частичное или полное устройство постоянных водоотводных или осушительных сооружений в подготовительный период, до начала основных работ.

При подготовке к работе карьеров или резервов должны быть прокопаны выездная и разрезная траншеи, подготовлен рабочий забой. Траншеи, ведущие к рабочему забою, должны иметь организованный поверхностный сток со сбором и выпуском воды за пределы забоя и подъездных путей. При наличии уклона местности и стока в сторону резерва или выемки следует предварительно устраивать перехватывающую (нагорную) канаву.

Разбивочные работы. Рабочая разбивка выполняется с целью обеспечения соответствия проекту всех геометрических размеров земляного полотна и является развитием геодезической разбивочной основы, фиксирующей вынос на местность линейных и высотных геометрических параметров. Рабочая разбивка производится геодезической службой исполнителя земляных работ.

Рабочую разбивку выполняют после снятия плодородного слоя почвы, расчистки, планировки и уплотнения основания непосредственно перед производством работ. Сначала рабочие поперечники строят с использованием геодезической разбивочной основы в местах перелома профиля поверхности и по нормалям в характерных точках кривых. Далее выполняется попикетная разбивка поперечников с установкой специальных знаков, по которым в процессе работ с помощью вешек, визирок и откосников можно определить требуемые размеры и отметки в любой точке земляного полотна.

Разбивку поперечников выполняют с помощью теодолита, который устанавливают над осевой пикетной точкой. По линии, составляющей 90° к направлению оси, откладывают мерной лентой проектные размеры и фиксируют колышками со стержнями подошву насыпи или бровку выемки с записью в журнале отметок колышков, а также границу кюветов, других элементов земляного полотна, боковых резервов. Отметки фиксируют только по тем точкам, которые будут использоваться для выноса высотных параметров.

Рабочие поперечники с обозначением характерных точек вешками и визирками устраивают: на прямых - через 50 м; на вогнутых кривых - через 10-20 м; на горизонтальных и выпуклых кривых - через 20-50 м.

Край откоса насыпи или выемки, а также бровки бокового резерва обозначают прихватыванием плуга или рыхлителя. Высотная и плановая разбивка насыпей и выемок должна контролироваться с переносом характерных точек через каждые 1,0-1,5 м по высоте.

В процессе производства земляных работ используется система знаков, в основном, переносных: вешки, визирки, откосники, которые позволяют операторам машин соблюдать проектные размеры и высоты, вынесенные на поперечниках.

Вешки устанавливают или выставляют в створах между плановыми точками на поперечниках или разбивочных осях летного поля; визирки - между высотными отметками; откосники - в дополнение к вешкам при планировке откосов.

Временные дороги для нужд строительства. Подъездные и внутриобъектные, в том числе землевозные дороги должны обеспечивать выполнение необходимого объема перевозок для нужд строительства в период, определенный графиком поставки соответствующих материалов. Категорию дорог и тип покрытия назначают на основе ожидаемой интенсивности движения с учетом срока службы и сезонности перевозок. В состав проекта организации строительства (ПОС) должны быть включены рабочие чертежи плана, продольного профиля и конструкций временных дорог.

Для нужд строительства следует максимально использовать существующую дорожную сеть. При необходимости проектом должно быть предусмотрено улучшение существующих дорог (устройство дополнительных слоев покрытий, усиление труб и мостов). Параметры дорог общей сети, улучшенных для целей строительства, должны соответствовать требованиям СНиП 2.05.02-85 «Автомобильные дороги».

Проезд транспортных средств и дорожных машин за пределами отведенной для строительства территории допускается только по временным дорогам или специально выделенным маршрутам общей сети.

При выполнении земляных работ в зимнее время в I и II климатических зонах следует устраивать зимние автомобильные дороги в соответствии с ВСН 137-89 «Инструкция по проектированию, строительству и содержанию зимних автомобильных дорог в условиях Сибири и Северо-востока СССР».

После окончания эксплуатации все временные землевозные дороги (за исключением участков, принятых в состав общей или внутрихозяйственной сети дорог) должны быть рекультивированы путем выравнивания под общий уровень окружающей местности и засыпки слоем почвенного грунта.

3.2. Снятие растительного грунта и подготовка основания земляного полотна

Снятие растительного грунта. Плодородный слой почвы, включая дерново-растительный слой, должен быть снят на всей площади, занимаемой насыпями, выемками, резервами, карьерами и другими сооружениями дорожного комплекса. Границы в плане, толщина снятия и места складирования грунтов плодородного слоя почвы определяются проектом. Качественные показатели и нормы снятия плодородного слоя почвы установлены ГОСТ 17.5.3.06-85.

Разбивка работ по снятию почвы заключается в выноске в натуру границ срезки и контуров штабелей складирования. Для разбивки границ срезки используют вешки высотой 1,0-1,5 м, устанавливаемые через 20-25 м. Контуры валов складирования обозначают кольями; границу срезки до начала работ - бороздой (плугом или рыхлителем).

В целях предупреждения поломки или засыпки установленные ранее знаки выноса проекта на местность следует защитить ограждениями из трех реек, скрепленных верхними концами «в шатер», или обозначить специальными вешками. После окончания снятия плодородного слоя почвы установленная для этой работы разбивка снимается.

Если подлежащий снятию слой имеет высокую плотность или в нем остались корни после удаления леса, до начала срезки рыхлят слой или вспахивают многокорпусными плугами.

Плодородный слой почвы снимают, как правило, в талом состоянии. При затрудненной проходимости машин допускается снимать почву в весенний период при оттаивании грунта на соответствующую глубину.

Плодородный слой почвы срезают и перемещают в места складирования бульдозерами или автогрейдерами, применяя следующие схемы работ:

при возведении насыпей из привозного грунта, когда ширина полосы, с которой должен быть срезан слой почвы, не превышает 25 м, используют челночную схему поперечного перемещения грунта по отношению к оси дороги;

при возведении насыпей из боковых резервов или высоких насыпей, а также при разработке глубоких выемок, когда дорожная полоса имеет ширину 30-40 м и более, срезку и перемещение почвы следует производить сначала с одной половины полосы, начиная зарезание от оси, а затем с ее другой половины, по так называемой, поперечной или поперечно-участковой схеме движения;

при больших объемах работ по снятию почвенного слоя (толстый слой, большая ширина дорожной полосы) сначала производят срезку почвы с перемещением автогрейдером или бульдозером с поворотным отвалом в продольные валы, из которых позднее грунт перемещают бульдозерами за пределы дорожной полосы. При этом поперечное перемещение почвы на половине ширины дорожной полосы производят косыми проходами бульдозера (под углом к продольной оси дороги), чтобы при каждом проходе обеспечивалась полная загрузка бульдозера, соответствующая его мощности. Такая схема называется продольно-поперечная.

При удалении почвенного грунта с площадей большой ширины используется схема с образованием валов-штабелей в контуре сооружения. До начала последующего вида работ почвенный грунт должен быть вывезен в установленные проектом места складирования автотранспортом с погрузкой погрузчиками.

При вертикальной планировке площадей и полос с травяным покровом шире 50 м допускается сбор почвенного грунта в поперечные валы в пределах контура с последующим распределением по спланированной захватке.

Штабели почвенного грунта размещаются с учетом рельефа местности и других местных условий при ширине полосы до 25 м, как правило, с одной стороны; при большей ширине - с двух сторон с разрывами для проезда строительных машин, стока поверхностных вод. В лесных массивах, на пашнях и других ценных землях хранение почвенного грунта осуществляют на специально выделяемых для этих целей площадях.

При снятии, складировании плодородного слоя почвы должны быть приняты меры, предотвращающие его потери (размыв, раздувание), а также снижение его качества (смешивание с подстилающими слоями, корнями, лесоотходами, загрязнение и т. п.). При сроке складирования более года поверхность валов почвенного грунта укрепляют посевом трав или другими способами, предусмотренными проектом.

Основные мероприятия по подготовке основания земляного полотна. До начала возведения насыпи подготовленная поверхность основания должна быть спланирована бульдозером. Ямы, траншеи, котлованы и другие местные заглубления, в которых может застаиваться вода, заполняют послойно с уплотнением до требуемой плотности для основания ( СНиП 2.05.02-85, табл. 22). Для обеспечения водоотвода на горизонтальных участках придается поперечный уклон от оси не менее установленного для поверхности покрытия.

При использовании в качестве основания сильносжимаемых недренирующих грунтов (торф, ил, глины малой плотности и др.), а в насыпи - дренирующих грунтов - при выравнивании следует создавать в средней части строительный подъем, величина которого должна быть больше величины расчетной осадки основания, предусмотренной проектом.

Уплотнение грунтового основания низких насыпей и грунтовых слоев под низом рабочего слоя дорожной одежды в выемках и нулевых местах выполняется в случаях, предусмотренных СНиП 2.05.02-85 и СНиП 3.06.03-85. Грунты основания уплотняют непосредственно перед отсыпкой вышележащих слоев грунта или слоев дорожной одежды (аэродромного покрытия).

Если требуемая глубина уплотнения превышает толщину слоя, эффективно уплотняемого применяемыми средствами, излишний слой грунта следует удалить бульдозером и проводить уплотнение нижележащего слоя. После уплотнения и разравнивания нижнего слоя удаленный грунт возвращают и уплотняют до требуемой плотности.

При реконструкции дорог с использованием существующей насыпи растительный грунт с обочин и откосов реконструируемой насыпи удаляют и перемещают на границу полосы отвода для последующей рекультивации. При невозможности использования его биологических свойств распределяют в основании дополнительной части. Перед отсыпкой дополнительных слоев поверхность старой насыпи должна быть разрыхлена на глубину 10-15 см с уплотнением совместно с последующим слоем. Необходимость разборки и удаления слоев старой дорожной одежды устанавливается проектом.

До начала работ по возведению насыпи водопропускные и коммуникационные трубы, как правило, должны быть закончены полностью и засыпаны с обеих сторон на ширину не менее 4 м с каждой стороны, сверху - слоем толщиной, не менее указанной в проекте, с послойным уплотнением до требуемой плотности. При этом перемещение и разравнивание грунта, а также уплотнение катками выполняется продольными по отношению к трубе проходами машин при одновременном наращивании насыпи с обеих сторон. Необходимо постоянно осуществлять контроль за приближением машины к стенке трубы с целью избежания ее сдвига или возможного разрушения. Толщина слоя грунта поверх трубы, при которой возможно уплотнять грунт засыпки и пропускать машины и транспорт, должна быть указана в проекте трубы, но не менее предусмотренной действующими нормами.

ГЛАВА 4. Строительство инженерных сооружений для регулирования водно-теплового режима земляного полотна

4.1. Виды сооружений и способы регулирования водно-теплового режима земляного полотна и дорожных одежд

Общие положения. Для регулирования водно-теплового режима земляного полотна используется комплексный подход, направленный на исключение попадания воды в рабочий слой насыпей и выемок, с целью предохранения конструктивных слоев дорожной одежды от деформаций, связанных с потерей несущей способности. К таким деформациям относится, в первую очередь, пучение.

В соответствии с требованиями СНиП 2.05.02-85 основным решением для обеспечения устойчивости и прочности земляного полотна и дорожной одежды является возвышение поверхности покрытия над расчётным уровнем грунтовых вод, верховодки или длительно (более 30 суток) стоящих поверхностных вод, а также над поверхностью земли на участках с необеспеченным поверхностным стоком или над уровнем кратковременно (менее 30 суток) стоящих поверхностных вод, которое должно соответствовать, например, для II дорожно-климатической зоны от 1,1 до 2,4 м в зависимости от грунта рабочего слоя.

При невозможности обеспечения требуемого возвышения покрытия над расчётными уровнями поверхностных и грунтовых вод должны быть предусмотрены следующие мероприятия: устройство морозозащитно-дренирующего слоя; регулирование водно-теплового режима земляного полотна с помощью гидроизолирующих, теплогенерирующих, дренирующих или капилляро-прерывающих прослоек; укрепление или улучшение грунта рабочего слоя с помощью вяжущих; использование армирующих геосинтетических прослоек; понижение уровня подземных вод с устройством дренажа. Указанные мероприятия особенно эффективны при их комплексном использовании.

Водоотводные и дренажные сооружения являются непосредственными элементами земляного полотна согласно СНиП 2.05.02-85. Они подразделяются:

на сооружения открытого водоотвода: водоотводные канавы, кюветы, водоотводные и водосбросные лотки;

сооружения закрытого водоотвода: дренажи траншейные (подкюветный, закюветный, перехватывающий), откосные, горизонтальные, застенные, пластовые.

Поверхностный водоотвод. К открытому водоотводу относятся водоотводные канавы, кюветы, водоотводные и водосбросные лотки для отвода воды с проезжей части. Сроки и время их устройства в общем технологическом цикле и предусмотренном для конкретных условий регламенте устанавливаются проектом, в частности, проектом организации строительства и производства работ, как правило, до начала устройства дорожной одежды.

В тех случаях, когда условия производства работ по сооружению земляного полотна и дорожной одежды позволяют обеспечить сохранность сооружений водоотвода открытого типа в период основных работ, предусмотренные проектом конструкции водоотвода такого типа рекомендуется выполнять до начала указанных основных работ. Особенности организации строительства в этом случае должны быть отражены в проекте производства работ.

Работы по устройству открытого водоотвода включают следующие виды технологических операций:

разбивочные работы с закреплением планового и высотного расположения водоотводного сооружения относительно земляного полотна или его отдельных конструктивных элементов с учётом установленных проектом мест сброса воды;

нарезку канавы заданного профиля;

доработку профиля или его профилировку с приданием проектной конфигурации откосов и основания;

устройство слоя песчаной или щебёночной подготовки перед укреплением (если они предусмотрены проектом);

устройство конструкций укрепления дна и откосов канавы.

Во всех случаях защитное покрытие (конструкции укрепления) следует устраивать непосредственно после доработки профиля и устройства песчаной или щебёночной подготовки.

Канавы глубиной до 0,4 м нарезают тяжёлыми автогрейдерами; глубиной 0,4-0,7 м - бульдозерами или кустарниковыми плугами с профильными отвалами; глубиной 0,7-1,5 м - специальными канавокопателями плужного или роторного типа; а глубиной более 1,5 м - экскаваторами, в частности, многоковшовыми с обратной лопаткой. Допускается применение одноковшовых экскаваторов, оборудованных профильным ковшом, а при отсутствии профильного ковша допускается использование обычного ковша с последующей доработкой откосов канав и профилировкой их вручную.

При устройстве водосбросных лотков, размещаемых на откосах насыпей, канавы, необходимые для их заглубления, устраивают при помощи экскаваторов с ковшом «обратная лопата» или типа УДС.

При устройстве водоотводных, водосбросных и других типов канав вынимаемый из них грунт используют для сооружения насыпей, если он по составу и состоянию удовлетворяет требованиям СНиП 2.05.02-85. В противном случае грунт удаляется в кавальер.

В качестве защитного покрытия откосов и дна канав используют травосеяние, щебневание дна с устройством травяного покрова на откосах, сборные покрытия из плит, цементогрунт или асфальтобетон, сборные профильные элементы, геосинтетические и геопластиковые материалы. Ориентировочные трудозатраты на укрепительные работы приведены в табл. 4.1. При укреплении канав травосеянием механизация укрепительных работ обеспечивается методом гидропосева. Возможны варианты посева трав вручную.

Таблица 4.1

Вид укрепления

Трудозатраты на 1000 м2 чел/дн.

общие

ручных работ

Травяной покров

1-2

-

Щебневание дна канав

60

40

Монолитный бетон толщиной 10 см

120

67

Асфальтобетон толщиной 8 см

110

60

Цементогрунт толщиной 15 см

120

70

Сборная бетонная плита на гравийном основании

100

82

Сборные железобетонные лотки

95

48

Облицовку канав бетонными плитами выполняют вручную или с использованием автомобильного крана грузоподъёмностью до 6 т. Укладку сборных элементов на подготовленный профиль канавы осуществляют только после устройства слоя подготовки (песок, гравийно-песчаная смесь, щебень, геотекстиль); омоноличивание сборных элементов и устройство швов осуществляют вручную цементным раствором, мастиками, уплотняющими прокладками или другими материалами, предусмотренными проектом. Укрепление канав монолитными покрытиями (бетон, асфальтобетон или грунт, укреплённый вяжущими) осуществляют при ручном распределении материала и уплотнении его при помощи виброреек, площадочных вибраторов и ручных катков.

Для механизации укрепления канав монолитным бетоном рекомендуется использовать специальный отряд машин (табл. 4.2) с применением скользящей виброформы, выполненной по профилю канавы и перемещаемой при помощи трактора или лебёдки, установленной на виброформу. Для уплотнения и формования бетона используют 4 глубинных вибратора. Доставку и загрузку бетона в форму осуществляют автобетоносмесителями.

Таблица 4.2

Наименование машин

Выполняемые операции

Потребность машин на 4 лотка по 20 м, маш.-смен

Затраты труда на 80 пог. м лотка, чел./дн.

Экскаватор

Разработка траншеи для лотка, планировка откосов

1,2

6,0 в том числе ручные работы 3,6

Кран автомобильный грузоподъёмностью 6 т

Разгрузка и установка блоков лотка и оголовков

4,4

18,4 в том числе ручные работы 14

Автосамосвалы грузоподъёмностью более 5-7 т

Подготовка материалов и конструкций

По расчёту

-

Трамбовка ручная

Уплотнение грунта в пазухах

0,1

0,1

Устройство сборных лотков (водосбросов) из железобетонных блоков включает следующие операции (табл. 4.2):

отрывку траншеи под блоки лотка и блоки оголовков;

устройство щебёночной подготовки под оголовки;

установку блоков лотка и оголовков;

заделку швов на стыках блоков;

засыпку пазух грунтом с уплотнением и планировкой откосов по обеим сторонам лотка.

Устройство водосбросов с проезжей части дороги из сборных бетонных лотков, размещаемых на откосах, с устройством гасителя включает:

отрывку котлована под гаситель, лоток на обочине и траншею под телескопический лоток по откосу насыпи;

устройство щебёночной подготовки;

установку упорного блока и монтаж телескопического лотка;

заделку швов в стыках блоков;

засыпку пазух грунтом с уплотнением грунта и планировкой откосов по обеим сторонам лотка;

установку бортовых блоков открытого лотка и плит гасителя.

Работы целесообразно вести специальным отрядом машин.

Дренажные сооружения для регулирования подземного стока. Дренажные сооружения, предназначенные для регулирования подземного стока в конструкциях низких насыпей и выемок земляного полотна, включают подкюветные, закюветные перехватывающие откосные, присыпные и врезные дренажные устройства, а также бестраншейные трубчатые и застенные элементы.

Работы по устройству перехватывающего, подкюветного и закюветного дренажей (траншейные дренажи) включают следующие операции:

подготовку трассы дренажа;

рытьё траншей с осушением и временным креплением их стенок;

подготовку основания под дренажные трубы с устройством в необходимых случаях предусмотренного проектом водонепроницаемого вертикального экрана с низовой стороны;

укладку и засыпку труб дренирующим материалом (песком, щебнем) и заполнение верха траншей местным глинистым грунтом с последующим их уплотнением и устройством водонепроницаемого замка.

До начала рытья траншей для перехватывающего, подкюветного и закюветного дренажа необходимо подготовить трассу: осуществить разбивку и привязку; закрепить ось траншей колышками и вешками; удалить пни, камни, кустарники и пр.; спланировать рабочую площадь для работы землеройных машин. Для рытья траншей рекомендуется применять многоковшовые экскаваторы или экскаваторы с обратной лопатой.

В тех случаях, когда имеется вероятность поступления поверхностных вод в дренажную траншею, рекомендуется предусматривать временные водоотводные канавы или лотки. В определённых случаях целесообразно использовать откачивание воды в приямок при помощи насосов.

При поступлении в траншею грунтовых вод с расходом, превышающим 1 л/сек, её необходимо осушать с помощью иглофильтровых водопонижаюших или других насосных установок. Боковые стенки траншеи крепят инвентарными щитами с применением стоек и распорок. Технология осушения, а также крепления траншеи инвентарными щитами должна быть отражена в проекте производства работ.

Устройство траншейных дренажей всех типов рекомендуется выполнять в сухое время года. При наличии грунтов повышенной влажности, переувлажнённых, а также в случае поступления в траншею поверхностных или грунтовых вод работы по устройству дренажей рекомендуется выполнять отдельными захватками с предварительным полным или частичным осушением.

В случае заглубления согласно проекту основания дренажа в водоупорный слой грунта на 0,2-0,5 м на дно траншеи следует укладывать слой уплотнённого щебня или гравия толщиной не менее 5 см. Если основание дренажа размещено выше водоупорного слоя, в качестве основания под трубы насыпают гравийно-щебёночный слой, уложенный на слой песка толщиной 10 см.

При устройстве перехватывающего дренажа во избежание просачивания воды в сторону земляного полотна вдоль ближайшей к нему стенки траншеи устраивают водонепроницаемый экран из рулонных изолирующих материалов (изол, рубероид, полиэтиленовая плёнка и т. п.).

В качестве дренажных труб применяют асбоцементные трубы с пропилами, трубофильтры и пластмассовые перфорированные трубы. При укладке в траншею через дренажные трубы протягивают оцинкованную проволоку, необходимую для прочистки при их эксплуатации. Концы проволоки закрепляют в смотровых колодцах.

Для наблюдения за работой дренажа и прочистки труб через каждые 50-80 м согласно требованиям проекта, а также на всех переломах дренажа в плане и продольном профиле устраивают смотровые колодцы из звеньев железобетонных труб диаметром 1 м, которые монтируют при помощи крана. На каждом смотровом колодце должна быть установлена бетонная или металлическая крышка для защиты от засыпки грунтом, снегом, другими материалами и предметами.

Поверх уложенных дренажных труб на высоту 30-40 см отсыпают одноразмерный гравий или щебень (сначала фракции 40-70 мм, а затем фракции 5-10 мм) и потом до уровня грунтовых вод - средний или крупный песок. По поверхности песка укладывают противофильтрационный замок из водонепроницаемого материала или битумной плёнки (норма розлива 4-5 л/м2).

Вместо отсыпки из гравия и щебня рекомендуется использовать оборачивание труб геотекстильным материалом с коэффициентом фильтрации не менее, чем у гравия или щебня. Верхнюю часть траншеи засыпают местным глинистым грунтом. Устройство дренажа целесообразно вести специальным отрядом машин. Для засыпки траншей применяют экскаваторы или бульдозеры, оборудованные открылками. Для уплотнения песка и местного грунта используют электровибраторы или ручные трамбовки. По мере засыпки траншей крепления стенок разбирают.

Открытые лотки в местах примыкания к дренажам укрепляют сборными бетонными элементами или мощением камнем с заливкой швов цементным раствором. Лоток укрепляют на длине не менее 2 м.

Откосный врезной дренаж сооружают после устройства подкюветного или перехватывающего трубчатого дренажа. Очерёдность их строительства устанавливается проектом, а также ПОС и ППР.

До начала работ на местности производят разбивочные работы: намечают точки поворота траншей, места примыкания к трубчатому дренажу, оси траншей, ширину траншей, места разгрузки материалов.

Для рытья траншеи экскаватор устанавливают на продолжении оси траншеи у подошвы откоса и разрабатывают грунт отдельными захватками, начиная от места примыкания траншеи к трубчатому дренажу. При значительной длине откоса экскаватор после отрывки нижней части траншеи устанавливают у бровки откоса. Траншею продолжают разрабатывать в направлении снизу-вверх.

Вынутый из траншеи грунт вывозят на автосамосвалах, а дно траншеи зачищают и планируют вручную. Боковые стенки траншеи при необходимости укрепляют щитами с применением стоек и распорок.

Для заполнения нижней части траншеи используют гравий или щебень, который подают в траншею экскаватором-планировщиком. После планировки слоя щебня и его уплотнения поверх этого слоя укладывают слой песка с разравниванием и уплотнением. Верхнюю часть траншеи заполняют глинистым грунтом нормальной влажности, который также подают в траншею экскаватором-планировщиком и укладывают слоями толщиной не более 30 см с уплотнением каждого слоя. По мере заполнения траншеи крепления стенок разбирают.

Для повышения долговечности работы откосного дренажа и уменьшения кольматации слоя щебня рекомендуется этот слой устраивать в оболочке из геотекстильного материала. При использовании геотекстиля в траншею опускают полотнище необходимой ширины с креплением его боковых концов к стенкам траншей, укладывают слой щебня, и после разравнивания и уплотнения последнего концы геотекстильного полотнища заворачивают на поверхность этого слоя. При этом устройство песчаного слоя не требуется. При сооружении откосного дренажа наличие местного грунта на контакте откосного дренажа с трубчатым дренажом не допускается. При выполнении последующих отделочных работ на откосах поверхность заполненных дренажных траншей покрывают слоем растительного грунта с посевом трав.

Присыпной откосный дренаж, устраиваемый в выемках, целесообразно размещать таким образом, чтобы его нижняя часть была расположена на полке. При этом должна быть обеспечена водонепроницаемость основания под дренажными трубами путём устройства экранов из перемятой глины, грунта, обработанного вяжущими или вязкого битума, а также водонепроницаемыми геосинтетическими материалами. Устройство откосного дренажа необходимо начинать сразу же после разработки соответствующего яруса выемки.

Для этой цели сначала возле подошвы откоса роют траншею глубиной 0,3-0,5 м, дно и откосы которой тщательно изолируют от поступления воды, оставляя выпуск для низа водоносного горизонта. В траншею укладывают трубофильтры, перфорированные пластмассовые или асбоцементные трубки с устройством обратного фильтра. В качестве материала для обратного фильтра можно использовать геотекстильные материалы. Далее отсыпают слои дренажа, предусмотренные проектом, а также верхний защитный слой с планировкой поверхности и укреплением её гидропосевом трав.

Для повышения эффективности работы присыпного откосного дренажа рекомендуется использовать геотекстильный материал. В этом случае на спланированную поверхность откоса укладывают полотнища из геотекстильного материала с оборачиванием нижнего конца полотнища вокруг дренажной трубы, укладывают поверх полотнища слой из песка и после этого устраивают верхний защитный слой с планировкой поверхности и её укреплением.

Перехватывающий траншейный дренаж , предусмотренный проектом на откосах выемок, следует устраивать после завершения разработки каждого яруса выемки, планировки откосов и устройства полки, где должен быть расположен дренаж.

При устройстве перехватывающих траншейных дренажей на склонах и косогорах, в том числе и оползневых, необходимо, чтобы в проекте (в том числе в ППР) было определено конкретное место расположения дренажного сооружения. В случае вероятности оползневых подвижек в результате рытья траншеи для дренажа рекомендуется устройство траншеи выполнять под защитой удерживающих конструкций, например, буронабивных или забивных свай.

Горизонтальный бестраншейный дренаж располагают у подошвы откоса выемки или её отдельных ярусов, а также в пределах верховой или низовой части склона, на котором располагается земляное полотно. Технология сооружения горизонтального бестраншейного дренажа включает:

подготовительные работы;

устройство водоприёмного коллектора или водоотводного лотка возле подошвы откоса;

монтаж дрен из гибких гофрированных труб;

бурение скважин с установкой обсадных труб;

извлечение бурового шва и введение в обсадные трубы дрен;

извлечение обсадных труб и обустройство устья скважин.

При длине дрен до 30 м в грунтах, обеспечивающих устойчивость стенок скважин до введения в них дрен, допускается бурение скважин без обсадных труб.

Подготовительные работы по устройству бестраншейного горизонтального дренажа включают планировку поверхности грунта на строительной площадке, устройство временных подъездных путей для транспортировки материалов и оборудования, доставку на площадку геотекстильного материала и дренажных труб и их складирование, транспортировку технологического оборудования, разбивку мест для бурения горизонтальных скважин.

В случае необходимости применения водоотводного лотка его устраивают перед бурением скважин. При наличии оползневых подвижек водоотводные лотки устраивают с гибким покрытием, например, из геотекстильных материалов, обработанных битумом (расход битума 2-4 л/м2), а также из объёмных пластиковых решёток.

Технология сооружения застенного дренажа осуществляется при устройстве сборных и монолитных подпорных стен и включает следующие операции:

формирование на тыльной (обращенной к грунту) поверхности стены и её отдельных элементов продольных и поперечных каналов и устройство в её нижней части дренажных окон;

навешивание на стену геотекстильного материала;

укладку в основании стены на уровне дренажных окон перфорированной трубы;

обёртывание нижнего конца полотнища вокруг дренажной трубы и её фиксацию;

засыпку застенного пространства местным грунтом (обратная засыпка).

4.2. Строительство водонепроницаемых и капилляропрерываюших слоев

Подготовка верхней части земляного полотна перед устройством дополнительных слоев оснований.

Дополнительные слои основания, как правило, выполняют три функции. Они обеспечивают несущую способность, дренируют поверхностную воду и обеспечивают морозостойкость дорожной одежды. Дополнительные слои основания дорожной одежды могут состоять из песка с коэффициентом фильтрации Кф не менее 1 м/сут или гравийно-песчаной (щебёночно-песчаной) смеси ( ГОСТ 25607-94 и СНиП 2.05.02-85, табл. 25).

В тех случаях, когда функция дренирования подстилающих слоев может быть исключена для морозозащитных слоев, допускается применять слабопучинистые пески с Кф не менее 2 м/сут, которые удовлетворяют требованиям по сдвиговым характеристикам (по расчёту на прочность) и морозоустойчивости дорожной одежды.

Перед устройством дополнительных слоев оснований должна быть тщательно подготовлена поверхность рабочего слоя основания. Она должна быть уплотнена до Купл = 0,98-1,0 (при асфальтобетонных покрытиях и цементобетонных покрытиях и основаниях соответственно) и спланирована с приданием проектных поперечных уклонов. Уплотнение осуществляют при помощи средних и тяжёлых катков с гладкими вальцами или кулачковыми. Катки могут быть статического действия или с вибрационным воздействием. Выбор осуществляется на основе пробного уплотнения. Планировку рекомендуется выполнять тяжёлыми автогрейдерами или профилировщиком.

Основы технологии строительства водонепроницаемых и капилляропрерываюших слоев. Гидроизолирующие (водонепроницаемые) слои из рулонных материалов (изол, полиэтиленовая плёнка стабилизированная сажей и др.) устраивают, начиная с низовой (по отношению к направлению стока воды) стороны, с перекрытием полос гидроизолирующего материала на 0,1 м. При укладке отдельные полотнища необходимо между собой склеивать или сваривать.

Первый слой грунта поверх гидроизолирующего слоя должен отсыпаться на толщину не менее 0,25 м способом «от себя» и разравниваться распределителями или бульдозерами. После того как первый слой будет уплотнён, дальнейшую отсыпку разрешается производить обычным способом.

Нарушение гидроизолирующего слоя в процессе укладки на него грунта не допускается. Движение транспортных средств по нему запрещается.

На непучинистых участках допускается применять гидроизолирующую прослойку из битумогрунта. При этом поверхность обрабатываемого грунтового слоя должна быть тщательно спрофилирована. Обработка слоя толщиной не менее 8-10 см может быть выполнена дорожной фрезой или однопроходной грунтосмесительной машиной. Гидроизолирующая прослойка может быть также устроена из грунта или песка, обработанного битумом в передвижной или стационарной грунтосмесительной установке.

Дренирующие и капилляропрерывающие слои из геотекстильных материалов должны устраиваться, начиная с низовой (по отношению к направлению стока воды) стороны. Полотнища материала следует укладывать внахлёст с перекрытием полотен на 0,3 м или сшивать механизированным способом. Допускается склеивание полотен.

Первый слой грунта поверх геотекстильного материала должен отсыпаться на толщину не менее 0,35 м в уплотнённом состоянии способом «от себя» и разравниваться распределителями или бульдозерами.

При устройстве гидроизолирующих и капилляропрерывающих слоев необходимо проверить качество планировки и соответствие поперечных уклонов проектным, герметичность швов полотнищ гидроизолирующего слоя через каждые 100 м дороги.

Теплоизоляционные плиточные материалы (пенопласт и др.) следует укладывать с обеспечением равномерного опирания плит на поверхность земляного полотна. При необходимости следует выравнивать поверхность земляного полотна песком.

При двух- и трёхярусном теплоизолирующем слое швы нижележащего ряда плит необходимо перекрывать вышележащими плитами. Первый над плитами слой дорожной одежды следует отсыпать на толщину не менее 0,25 м в плотном теле способом «от себя».

Контроль качества. При устройстве теплоизолирующих слоев из бетонов, каменных материалов, обработанных вяжущими, укреплённых грунтов и золошлаковых смесей необходимо контролировать качество смесей путём определения прочности образцов материалов согласно требованиям соответствующих разделов СНиП 3.06.03-85.

При устройстве теплоизолирующих слоев из пенопласта необходимо проверять равномерность опирания плит на поверхность земляного полотна и толщину первого слоя дорожной одежды над пенопластом.

При устройстве дренирующих, капилляропрерывающих и гидроизолирующих прослоек необходимо проверять толщину и гранулометрический состав слоев грунта над и под прослойкой, качество стыковки полотнищ материала и толщину первого слоя дорожной одежды над прослойкой. Толщину первого слоя дорожной одежды и толщину слоев грунта над и под прослойкой следует контролировать линейкой в 3 точках на поперечнике (по оси и у бровок земляного полотна) не реже чем через 100 м.

При устройстве морозозащитного слоя из непучинистых или слабопучинистых грунтов контроль качества грунта следует проводить в карьере путём отбора соответственно не менее 3 и 10 проб из каждых 500 м3 песчаного грунта и проводить их испытание с определением содержания пыли и глины и величины коэффициента фильтрации по ГОСТ 25584-90. Допускается устанавливать величину коэффициента фильтрации расчётным путём в зависимости от гранулометрического состава песчаного грунта.

Плотность материалов слоя необходимо контролировать в 3 точках на поперечнике (по оси и у кромок проезжей части) не реже чем через 100 м согласно ГОСТ 5180-84. Для текущего контроля допускается использовать ускоренные и полевые экспресс-методы и приборы.

Гранулометрический состав слоев грунта над и под гидроизолирующей прослойкой следует контролировать 1 раз в смену.

Подготовка поверхности дренирующих и морозозащитных слоев перед устройством технологических слоев и слоев основания. Поверхность дренирующих и морозозащитных слоев должна быть уплотнена и спланирована. Уплотнение указанных слоев из песка осуществляют сначала при помощи виброкатков с гладким и кулачковым вальцом. Окончательно уплотняют при помощи катков с гладким вальцом без вибрационного воздействия. Используются средние катки. Корректировка средств уплотнения выполняется на основе пробной укатки. Схема движения катков челночная, от краёв к середине с перекрытием смежных следов на 1/3. Планировку выполняют при помощи средних автогрейдеров с приданием поверхности проектных поперечных уклонов.

ГЛАВА 5. Возведение насыпей и разработка выемок в нескальных грунтах

5.1. Способы отсыпки насыпей и разработки выемок

Объемы работ при строительстве земляного полотна на автомобильных дорогах в большой степени зависят от категории дороги и рельефа местности. В зависимости от категории дороги изменяются ширина земляного полотна, требования к максимальному продольному уклону и минимальному возвышению бровки земляного полотна над поверхностью земли. От рельефа местности зависят преобладающие типы поперечных профилей земляного полотна: в равнинной местности невысокие насыпи с высотой малоизменяющейся по длине дороги, в пересеченной и холмистой местности имеют место чередующиеся насыпи и выемки, при этом глубина выемок и высота насыпей изменяются в широком диапазоне.

Выбору способов и технологий строительства земляного полотна предшествует решение задачи о распределении земляных масс. Длительное время было принято считать, что оптимальным вариантом продольного профиля дороги считается такой, при котором объем грунта, полученного при разработке выемок, равен объему грунта, необходимого для отсыпки насыпей. Однако при расположении дороги в равнинной местности на участках большой протяженности может не быть выемок. К тому же в выемках может быть грунт не пригодный для отсыпки насыпей. В этих случаях следует использовать другие источники грунта - боковые резервы или грунтовые карьеры. Баланс земляных масс определяется следующим соотношением:

V H = V В + V Б P + V ГК , где                                                        (5.1)

V H - объем грунта, требуемый для отсыпки насыпей;

V В - объем грунта получаемый при разработке выемок;

V БР - объем грунта из боковых резервов;

V ГК - объем грунта из грунтовых карьеров.

Распределение земляных масс осуществляется в следующей последовательности:

на основе попикетной ведомости объемов земляных работ строят линейный график (рис. 5.1);

Рис. 5.1. График распределения земляных масс (в скобках приведены объемы перемещаемого грунта, без скобок - профильный объем с учетом уплотнения)

проводят анализ геологического разреза в местах расположения выемок и оценивают возможность использования получаемых из выемок грунтов для отсыпки насыпей;

определяют объем грунта из выемки пригодного для отсыпки насыпей V В ;

выделяют участки с невысокой насыпью и оценивают возможность устройства вдоль этих участков боковых резервов с учетом ценности земель, условий водоотвода и пригодности грунтов;

вычисляют объем грунта, который можно получить из боковых резервов, V БР ;

проводят геологические изыскания и согласование с землепользователями возможных мест расположения грунтовых карьеров;

определяют условия разработки и запасы грунта потенциальных грунтовых карьеров V Г K ;

определяют границы зон действия грунтовых карьеров;

вычисляют объемы требуемого из каждого карьера грунта V j ГК ;

проверяют баланс земляных масс.

В общем случае при рассмотрении всей дороги баланс земляных масс принимает вид:

 где                                      (5.2)

V Н - общая потребность в насыпном грунте;

 - объем грунта из выемки с номером к; р - общее число выемок;

р - общее число выемок;

  - объем грунта из бокового резерва с номером i ; п - общее число боковых резервов;

 - объем грунта из грунтового карьера с номером j ;

m - общее число грунтовых карьеров.

При составлении баланса земляных масс необходимо учитывать, что плотность грунта в насыпи больше, чем плотность естественного грунта в выемках, боковых резервах, грунтовых карьерах, то есть объем грунта из каждого источника должен быть увеличен в соответствии с соотношением этих плотностей.

При установлении зон действия грунтовых карьеров следует иметь в виду, что стоимость грунта, доставляемого из грунтовых карьеров, зависит от удаленности данного карьера от трассы автомобильной дороги, наличия и толщины вскрыши, затрат на подготовку подъездных дорог от карьера до трассы и стоимости разработки грунта, связанной с применяемым оборудованием.

Таким образом, стоимость одного кубометра грунта, доставляемого на трассу из карьера, будет определяться формулой:

С = Стр + Ср + Спр, где                                                           (5.3)

С - стоимость 1 м3 грунта доставленного на трассу, руб/м3;

С тр - стоимость транспортирования 1 м3 грунта от карьера до места укладки в насыпи, руб/м3;

С р - стоимость разработки 1 м3 грунта в данном карьере, руб/м3;

С пр - примерная стоимость подготовительных работ данного карьера, отнесенная к 1 м3 руб/м3.

Решение задачи по установлению границ зон рационального применения грунта из каждого карьера можно представить графически (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Определение зон действия грунтовых карьеров

В результате распределения земляных масс работы по строительству земляного полотна распределяют на следующие три группы: отсыпка насыпей из грунта выемок; отсыпка насыпей из грунта карьеров и отсыпка насыпей из боковых резервов. В случае если весь или часть грунта из выемок не пригодна для отсыпки, выделяется группа работ по разработке выемок с перемещением грунта в отвал.

Каждый из указанных источников грунта имеет присущие ему преимущества и недостатки. Преимущества грунта из выемок состоят в том, что в этом случае минимальный ущерб наносится природе, не требуется дополнительная территория для резервов или карьеров, нет необходимости в специальных площадках (отвалах) для размещения грунта из выемок. Как правило, грунт направляется из выемки в рядом расположенную насыпь, что уменьшает дальность перемещения грунта и сокращает затраты на строительство земляного полотна. Недостатком являются ограничения в выборе грунта, приходится работать с тем грунтом, что оказался в месте расположения выемки, он может быть пылеватым, переувлажненным или засоленным. Недостатком также является сам факт наличия выемки, ее снегозаносимость, более сложный водно-тепловой режим, трудности эксплуатации.

Основное преимущество насыпей из грунта боковых резервов состоит в том, что грунт перемещается на небольшое расстояние и стоимость возведения земляного полотна минимальна. Однако наличие вдоль дороги резерва приводит к тому, что в нем скапливается стекающая с дороги и прилегающей местности вода. Это приводит к заболачиванию резерва, избыточному увлажнению грунта насыпи, что существенно ухудшает условия работы дорожной одежды. Принято считать, что грунт из боковых резервов целесообразно применять для дорог низких технических категорий и в районах с сухим климатом.

При строительстве дорог I - III категорий отдают предпочтение насыпям, отсыпаемым из карьерного грунта. В этом случае представляется возможным при выборе места расположения карьера подобрать тип грунта, при разработке карьера удалять прослойки непригодного грунта. При необходимости возможно обогащение пылеватых глинистых грунтов посредством добавления к ним песчаных грунтов и перемешивания до укладки в насыпь. В этом случае удается достигать более высокого качества земляного полотна и получать насыпи со стабильными свойствами. Однако стоимость строительства насыпей из грунта карьеров, как правило, выше стоимости строительства насыпей из грунта выемок и боковых резервов.

Принято различать два способа отсыпки насыпей: послойный и с головы. Послойный способ предполагает разделение насыпи на горизонтальные слои толщиной до 50 см с доставкой грунта, его разравниванием и уплотнением. Толщина слоя устанавливается в зависимости от используемого оборудования для уплотнения.

Основное достоинство этого способа - возможность достижения высокой и одинаковой плотности грунта по всему сечению насыпи от нижних до верхних слоев. Такой способ позволяет вести отсыпку насыпей из различных грунтов (рис. 5.3, а).

При строительстве земляного полотна на участках пересечения болот, при размещении насыпи на слабых избыточно-увлажненных грунтах, при пересечении оврагов и в других случаях, когда осуществлять послойную укладку грунта становится затруднительно, а иногда невозможно, применяют способ отсыпки насыпи «с головы», то есть весь объем грунта до проектной отметки насыпают сразу, и так на всем протяжении участка (рис. 5.3, б).

Недостаток этого способа - необходимость уплотнения грунта сразу на всю высоту насыпи, что - труднодостижимо. В этом случае требуется время, чтобы дополнительное уплотнение произошло под действием собственного веса и проезжающих автомобилей.

Возможна и комбинация указанных способов - нижнюю часть насыпи отсыпают «с головы», а несколько верхних слоев - послойно (рис. 5.3, в).

Разработка выемок в зависимости от их глубины возможна несколькими способами. При глубине до 6 м наиболее часто применяется лобовой способ, когда экскаватор в состоянии разрабатывать грунт сразу по всему сечению. При невозможности лобового способа при выемках глубиной более 6 м сечение выемки разбивают на несколько ярусов. Разработку выемок можно вести в поперечном (при коротких и широких выемках) и продольном направлениях. Это позволяет увеличивать темп ведения работ.

В проекте организации работ по строительству земляного полотна предусматривают разделение дороги на участки с одинаковым видом работ: насыпи из выемок, насыпи из боковых резервов, насыпи из грунта карьеров.

5.2. Возведение насыпей из грунта выемок

В большинстве случаев грунт из выемок используют для отсыпки насыпей на смежных участках дороги. В зависимости от дальности перемещения грунта возможны три технологии с применением бульдозеров, скреперов или автомобильно-экскаваторных комплексов. При разработке коротких и неглубоких выемок и перемещении грунта в смежные насыпи при дальности, не превышающей 100 м, применяют бульдозеры, работающие по ярусно-траншейной схеме (рис. 5.4).

Разработку выемок начинают с участков, наиболее близких к насыпи. В зависимости от поперечного сечения выемки и параметров бульдозера определяют число ярусов и траншей, по которым перемещают грунт.

Рис. 5.3. Схема отсыпки насыпей: а) послойная, б) «с головы», в) комбинированная

Рис. 5.4 Последовательность разработки стенок при разработке нижнего яруса выемки и полок откосов выемки:

1-3 - ярусы, 4 - крайняя стенка (стенки разрабатывают одновременно с разработкой полок откоса); 5 - траншея; 6 - полки; а - ширина захвата при проходе бульдозером

Разработку верхнего яруса начинают вслед за разбивкой и обозначением границ выемки. Каждый ярус на всю ширину и длину выемки разрабатывают продольными траншеями с оставлением между ними стенки шириной до 1 м. Грунт перемещают в насыпь и укладывают слоями требуемой толщины. Траншею постепенно углубляют в сторону насыпи, что позволяет перемещать значительный объем грунта за один цикл. Стенки траншеи срезают после разработки верхнего яруса по всей длине выемки и срезанный грунт перемещают в насыпь. По такой же схеме разрабатывают и остальные ниже расположенные ярусы. Образовавшиеся ступенчатые откосы выравнивают бульдозером, движущимся сверху вниз и сдвигающим срезанный грунт в крайнюю траншею, из которой его перемещают в насыпь.

Отсыпку каждого слоя в насыпь следует начинать с крайних боковых полос с последующим смещением к оси дороги. При этом необходимо предусматривать запас по толщине слоя 10-20 % на уплотнение. Разравнивание готового слоя выполняют автогрейдером, а затем уплотняют.

К концу смены последний отсыпанный слой должен быть тщательно спланирован, чтобы обеспечить сток в случае выпадения атмосферных осадков.

Производительность бульдозера при разработке грунта, м3/см:

 где                                                       (5.4)

Т cv - продолжительность смены, час;

V - объем грунта, перемещаемый бульдозером, м3;

К п - коэффициент потери грунта при перемещении;

К в - коэффициент использования рабочего времени;

К у - коэффициент условий работы бульдозера (табл. 5.1);

t н - продолжительность резания грунта, сек;

t п - время, необходимое для переключения передач, сек;

L п - дальность перемещения грунта, м;

L хх - расстояние от места укладки грунта до места разработки, м;

V п , V xx - скорость бульдозера при перемещении грунта и при возврате к месту разработки, м/сек.

Объем грунта, перемещаемого бульдозером при одном проходе, определяют по формуле:

 где                                                                       (5.5)

В - длина отвала бульдозера, м;

Н - высота отвала, м;

К пр - коэффициент учитывающий тип грунта, табл. 5.1;

К р - коэффициент разрыхления грунта.

Таблица 5.1

Значение коэффициента Ку при уклоне местности

под уклон

на подъем

i ‰

K у

i ‰

K у

0-5

1-0,67

0-5

1-1,33

5-10

0,67-0,5

5-10

1,33-1,94

10-15

0,5-0,4

10-15

2,25-2,68

Перечисленные параметры, зависящие от технических особенностей бульдозеров, приводятся в справочниках по дорожным машинам.

Коэффициент условий работы Ку зависит от уклона местности, который может быть положительным при перемещении грунта под уклон и отрицательным при перемещении на подъем.

В состав отряда машин включают также автогрейдер для разравнивания грунта и катки для уплотнения.

При разработке выемок и перемещении грунта в насыпи на расстояние более 100 м наиболее эффективным является применение отрядов с ведущей машиной скрепер. В табл. 5.2 приведены ориентировочные сферы применения скреперов с ковшами различной емкости в зависимости от дальности перемещения грунта.

Таблица 5.2

Емкость ковша, м3

Дальность перемещения, м

Прицепные скреперы

3

< 250

6

300-350

10

350-600

15

600-1500

Самоходные скреперы

6

< 1500

10

1500-2500

15

2500 - 3000

Резание грунта и заполнение ковша скрепера необходимо выполнять на прямолинейных участках, используя следующие приемы резания, показанные на рис. 5.5:

стружкой одинаковой толщины по всей длине резания;

стружкой переменной толщины клинообразной формы, применяется при разработке любых грунтов на горизонтальных участках;

стружкой гребенчатой формы с попеременным заглублением и выглублением ковша, применяется при разработке сухих песчаных и супесчаных грунтов на горизонтальных и наклонных участках.

Рис. 5.5. Схема набора грунта: а - траншейно-гребенчатая; б - ребристо-шахматная; 1-15 - последовательность проходов; b - ширина захвата грунта; L - путь наполнения ковша (стрелкой показано направление движения скреперов)

Для более эффективного заполнения ковша участки набора грунта размешают в шахматном порядке, используя шахматно-гребенчатую или шахматно-ребристую схемы показанные на рис. 5.5.

При разработке сухих песчаных грунтов для лучшего заполнения ковша целесообразно предварительное увлажнение грунта, дополнительный эффект по улучшению наполнения ковша в этих условиях дает также заполнение на подъемах с уклоном 2-3°.

При разработке выемок предпочтительным является направление движения скрепера под уклон, что облегчает резание грунта и повышает производительность за счет большей скорости движения.

Скреперами можно разрабатывать песчаные, супесчаные, глинистые и суглинистые грунты. Ограничением для применения скреперов являются заболоченные участки, участки с переувлажненным грунтом, сыпучие однородные пески, наличие в грунте включений валунов, территории, не очищенные от кустарника и пней, разработка плотных грунтов без предварительного рыхления.

Толщина отсыпаемого слоя определяется применяемыми средствами для уплотнения и ограничена техническими параметрами скрепера.

Производительность скрепера, м3/смену:

                                                 (5.6)

Т см - продолжительность смены, час;

q - емкость ковша скрепера, м3;

К в - коэффициент использования рабочего времени;

К н - коэффициент наполнения ковша, зависит от вида грунта (табл. 5.3);

t рез + t п + t пов + t разгр + t хх - время, затрачиваемое соответственно на резание грунта, перемещение грунта, повороты скрепера, разгрузку ковша, холостой ход,

n - число переключений передач;

t пер - время, затрачиваемое на одно переключение передач, с;

К р - коэффициент разрыхления грунта (табл. 5.4).

Таблица 5.3

Условия работы скрепера

Коэффициент наполнения ковша

Сухой рыхлый песок

Супесь и средний суглинок

Тяжелый суглинок и глина

Без толкача

0,5-0,7

0,8-0,95

0,65-0,75

С толкачем

0,8-1,0

1,0-1,2

0,9-1,2

Время резания и разгрузки определяют посредством деления пути зарезания L рез и пути разгрузки L разгр на соответствующие скорости. (Ориентировочные значения этих параметров приведены в табл. 5.5, 5.6).

Отсыпку слоя грунта скрепером выполняют «от себя», чтобы использовать проезд груженого скрепера для уплотнения отсыпанного грунта. В плотных грунтах при резании грунта для увеличения производительности применяют толкачи. Число скреперов, обслуживаемых одним толкачом, определяют по формуле:

 где                                                                          (5.7)

t т - время цикла толкача при резании грунта;

t c - время цикла скрепера.

Таблица 5.4

Вид грунта

Влажность, %

Плотность грунта в естественном состоянии, г/см3

Коэффициент разрыхления грунта Кр

Песок сухой

-

1,5-1,6

1-1,2

Песок влажный

12-15

1,6-1,6

1,1-1,2

Легкая супесь

7-10

1,5-1,7

1,1-1,2

Супесь и суглинки

4-6

1,6-1,8

1,2-1,4

Средний суглинок

15-16

1,6-1,8

1,2-1,3

Сухой пылеватый суглинок

8-12

1,6-1,8

1,3-1,4

Тяжелый суглинок

17-19

1,65-1,8

1,2-1,3

Сухая глина

-

1,7-1,8

1,2-1,3

Таблица 5.5

Грунт

Длина пути резания L рез , при емкости ковша скрепера, м3

2,2-3,0

6-8

10

15

Супесь

15-20

20-40

30

35

Суглинок легкий

20-25

25-35

40

40

тяжелый

25-30

40-50

60

70

Таблица 5.6

Толщина слоя отсыпки, м

Длина пути разгрузки, м, при емкости ковша скрепера, в м3

2,2-3,0

6-8

10

15

0,15

10

15

23

-

0,2

7

11

17

24

0,25

6

9

14

10

0,3

5

8

11,5

16

0,35

4

6,5

10

14

0,4

-

-

9

12

Длина пути резания грунта при совместной работе скрепера и толкача в супесчаных и суглинистых грунтах сокращается до 10-12 м, в глинистых до 15-18 м, при этом толщина стружки увеличивается до 25 %.

При работе в выемках грунт разрабатывают ярусами высотой 0,5-0,8 м. Ярус начинают разрабатывать с самой высокой отметки и укладывают грунт в самую низкую точку насыпи. По мере разработки выемки уступы, образующиеся в поперечном сечении выемки, срезают автогрейдерами или бульдозерами.

Производительность скрепера при отсыпке грунта в насыпь зависит от выбора схемы движения скрепера (рис. 5.6).

Рис. 5.6. Схемы движения скрепера при разгрузке грунта в выемке с перемещением его в насыпь: а - из выемки в насыпь; б - из выемки в две насыпи

При разработке узкой выемки большой протяженности с отсыпкой грунта в две насыпи с обоих сторон выемки выгодно принять движение скрепера по сквозной схеме. В этом случае уменьшается количество поворотов и повышается производительность скреперов.

При дальности перемещения грунта, превышающей 1 км, при разработке выемок и грунтовых карьеров в качестве ведущей машины широко применяют экскаваторы. В зависимости от категории грунта по трудности разработки и от других условий применяют экскаваторы с различным рабочим оборудованием: прямая лопата, обратная лопата и драглайн.

Экскаваторы, оборудованные прямой лопатой, часто применяют при разработке выемок и грунтовых карьеров, при этом в зависимости от месячного темпа ведения работ выбирают экскаватор с соответствующей емкостью ковша (табл. 5.7).

Таблица 5.7

Месячный темп земляных работ, тыс. м3

До 20

20-60

60-100

Свыше 100

Емкость ковша, м3

0,65

1-1,25

2

2-4

Для более эффективного использования экскаваторов перед началом работы необходимо:

подготовить временные землевозные дороги;

предусмотреть съезды в забой и выезды из него;

обеспечить отвод поверхностных вод от забоя, водопонижение или отвод грунтовых вод;

при разработке в ночное время подготовить освещение.

В состав комплексного отряда по отсыпке насыпей из грунта выемок и карьеров обычно включают:

бульдозеры для снятия растительного или другого грунта, не пригодного для отсыпки насыпи, а также для устойчивого поддержания подъездных землевозных дорог в проезжем состоянии и для разравнивания грунта, доставленного транспортными средствами;

автогрейдеры для послойного разравнивания и планировки поверхности насыпи и выемки;

катки или другие уплотняющие средства для уплотнения грунта.

Перед разработкой выемки должно быть выполнено дополнительное геологическое обследование для уточнения условий залегания грунтов. При неоднородных грунтах следует разработать детальные схемы последовательности разработки выемки и укладки грунта в насыпь, обеспечивающие устойчивость и однородность земляного полотна.

Разработку выемок начинают с низовой стороны, чтобы у забоя был обеспечен отвод воды. В случаях глубоких выемок вначале проходят пионерную траншею. Разработку пионерной траншеи выполняют боковым забоем, когда транспортные средства размещают сбоку от экскаватора, или лобовым забоем, когда транспортные средства следуют за экскаватором и располагаются сзади него (рис. 5.7).

Рис. 5. 7. Схема разработки выемки: а - боковым забоем; б - лобовым забоем

Лобовым забоем разрабатывают первые проходки ярусов выемки или карьера в случае отсутствия пионерных траншей, а также неглубокие короткие выемки, если их можно выполнить за один проход.

Разработка боковым забоем обеспечивает лучшие условия для подъезда и погрузки траншейных средств, уменьшается угол поворота стрелы экскаватора, повышается производительность. Размеры забоев определяют в зависимости от технических параметров экскаваторов, приведенных в табл. 5.8.

Для обеспечения необходимого наполнения ковша высота забоя не должна быть менее значений, указанных в табл. 5.9.

Разработку пионерных траншей производят лобовым забоем нормальной ширины или уширенным (рис. 5.8).

Таблица 5.8

Емкость ковша экскаватора, м3

Расположение транспортных средств по отношению к экскаватору

в одном уровне

в разных уровнях

расстояние, м, от оси экскаватора до подошвы

ширина забоя по дну, м

расстояние, м, от оси экскаватора до подошвы

ширина забоя по дну, м

радиус погрузки при наибольшей высоте выгрузки, м

наибольшая высота от подошвы забоя до верха борта транспортного средства, м

откоса

забоя

откоса

забоя

0,5

4,6

4,8

9,4

2,1

4,8

6,9

6,6

4,1

0,75

5,4

6,3

11,7

2,2

6,3

7,4

7,4

4,8

1

5,8

6,4

12,2

2,4

6,4

7,8

7,8

5,0

2

7,0

7,4

14,4

4,9

7,4

10,2

10,2

5,5

Таблица 5.9

Группа грунта по трудности разработки

Минимальная высота забоя при емкости ковша экскаватора, м3

0,65

1

2

I

0,7

0,7

0,9

II

1,0

1,15

1,3

III

1,5

1,8

2,0

Рис. 5.8. Схема разработки выемки уширенным забоем: 1 - траектория перемещения экскаватора; 2 - места стоянки экскаватора

Для перемещения грунта, разрабатываемого экскаваторами, применяют автомобили-самосвалы и прицепные землевозные тележки грузоподъемностью до 40 т. Грузоподъемность транспортных средств не должна быть менее следующих значений в зависимости от емкости ковша экскаватора (табл. 5.10).

Таблица 5.10

Емкость ковша

0,65

1,6

2,5

4,6

Наименьшая грузоподъемность

4,5

7

12

18

Сменную производительность экскаватора вычисляют по формуле:

 где                                                             (5.8)

Т см - продолжительность смены, час;

q - емкость ковша, м3;

K в - коэффициент использования сменного времени;

К н - коэффициент наполнения ковша (табл. 5.11);

t u - продолжительность цикла в данном забое, сек; t u = t ,+ t ,+ t : + t B ;

t з - время заполнения ковша, сек;

t 1 , t 2 - время на поворот стрелы при выгрузке и при возврате к месту заполнения ковша, сек;

t в - время на выгрузку, сек;

К р - коэффициент разрыхления грунта (табл. 5.12).

Таблица 5.11

Вид грунта

Группа грунта

Коэффициент наполнения ковша Кн

прямой лопатой

обратной лопатой

Глина

при влажности W 1 = W о

II

0,8-1,18

0,98-1,06

при влажности W 1 > W о

III

1,3-1,5

1,18-1,28

Глина плотная

при влажности W 1 = W о

IV

1,0-1,1

0,95-1,0

при влажности W 1 > W о

IV

1,25-1,4

1,1-1,04

Суглинок при естественной влажности W 1 = W о

II

1,05-1,12

0,8-1,0

Суглинок при W 1 > W о

II

1,2-1,32

1,15-1,25

Песок и гравий влажный

1,11

1,15-1,23

1,1-1,2

Песок, гравий при W 1 > W о

I , V

0,95-1,02

0,8-0,9

Взорванные скальные породы

V , VI

0,75-0,9

0,55-0,8

Примечание: Wo - оптимальная влажность грунта; W 1 - фактическая влажность в момент разработки.

Количество транспортных средств, необходимое для перевозок грунта, определяют расчетом для каждого конкретного случая с учетом фактических условий работы и дальности перемещения грунта в насыпь. При выборе транспортных средств для совместной работы с экскаватором следует руководствоваться следующим:

емкость кузова транспортного средства должна быть в 4 раза больше емкости ковша экскаватора;

фронт погрузки должен быть достаточным для размещения двух транспортных средств;

состояние подъездных дорог должно обеспечивать высокие скорости движения.

Таблица 5.12

Группа грунта

Коэффициент разрыхления, Кр

I

1,1

II

1,2

III

1,25

IV (мелкодробленые породы)

1,4

IV (крупнодробленые породы)

1,5

5.3. Строительство насыпей из грунта боковых резервов

Основным преимуществом насыпей, возводимых из боковых резервов, являются минимальные затраты на их строительство вследствие малых дальностей перемещения грунта, в большинстве случаев не превышающих 20 м. Однако в этом случае требуется значительное увеличение полосы отвода для строительства дороги, а при завершении строительства требуются большие затраты на рекультивацию рабочей зоны и тщательная планировка дна и откосов резерва.

В период строительства бывают трудности в обеспечении нормальных условий работы машин в дождливую погоду из-за избыточного увлажнения грунта. Глубина резерва бывает ограничена при высоком уровне грунтовых вод. Наблюдения за участками дорог на земляном полотне из грунта боковых резервов показывают, что такие участки в процессе эксплуатации дороги чаще подвержены преждевременному разрушению вследствие ухудшения условий водоотвода и заболачивания прилегающей к дороге территории.

По этим причинам грунт из боковых резервов в настоящее время применяют лишь в ограниченных случаях: при расположении дороги в малонаселенных местах, на землях, не пригодных для сельского хозяйства, при строительстве дорог низких категорий и местного значения, на участках с высотой насыпей, не превышающих 1 м.

Длительное время при строительстве земляного полотна из грунта боковых резервов применяли грейдеры. В качестве тягачей использовали обычные тракторы сельскохозяйственного назначения или бульдозеры. Значительная часть автомобильных дорог с покрытиями низшего типа в довоенный период была построена с применением грейдеров. Доступность этих машин и низкая стоимость земляных работ были их преимуществами. Однако по мере возрастания требований к земляному полотну и распространению усовершенствованных покрытий на автомобильных дорогах стали применять более совершенные и специальные машины.

В настоящее время для разработки боковых резервов и перемещения грунта в насыпь главным образом применяют автогрейдеры и бульдозеры. Возможно также применение скреперов, грейдер-элеваторов и одноковшовых погрузчиков.

Строительство насыпей из боковых резервов автогрейдерами целесообразно выполнять на участках значительной длины с одинаковой высотой насыпи не выше 0,75 м.

Производительность автогрейдеров при возведении насыпей из боковых резервов зависит от длины захватки. Наиболее эффективное использование этих машин может быть достигнуто при длине захватки 400-500 м.

При возведении земляного полотна из боковых резервов переломы продольного профиля следует сгладить автогрейдером или бульдозером. Плотные сухие грунты в жаркое время необходимо предварительно рыхлить и увлажнять.

Для увеличения производительности автогрейдера при разработке и перемещении предварительно разрыхленных грунтов рекомендуется использование удлиненных отвалов.

При выполнении основных операций - зарезании, перемещении и разравнивании - изменяется положение ножа автогрейдера, которое определяется углами захвата, резания и наклона (рис. 5.9).

Рис. 5.9. Углы установки ножа автогрейдера: α - резания - а; б - захвата - β; в - наклона - γ

Угол захвата - угол поворота ножа в горизонтальной плоскости по отношению к продольной оси автогрейдера. В зависимости от угла захвата изменяются ширина резания и дальность поперечного смещения грунта. Меньшему значению угла соответствует меньшее сопротивление резанию, для более плотных и прочных грунтов при резании применяют меньший угол захвата. При перемещении угол захвата увеличивают.

Угол резания - угол между ножом и поверхностью грунта. Чем больше сопротивление грунта, тем более острым должен быть угол резания.

Угол наклона - угол между поверхностью грунта и режущей кромкой ножа. Угол наклона выбирается в зависимости от сопротивления грунта резанию и массы автогрейдера. Для достижения наибольшей производительности требуется правильная установка ножа автогрейдера, как показано на рис. 5.9 и в соответствии с данными табл. 5.13.

Таблица 5.13

Рабочие операции

Углы, град.

захвата

резания

наклона

Зарезание:

разрыхленного грунта

30-35

До 40

До 15

несвязного

До 40

До 35

До 15

Перемещение:

влажных грунтов

46-50

35-40

До 15

сухих грунтов

35-45

40-45

До 18

Разравнивание:

с уплотнением

70-90

50-60

До 2

без уплотнения

55-60

45-50

До 3

Общее число проходов автогрейдера при отсыпке насыпи высотой 0,75 м может достигать 300-400. Требуемое число проходов автогрейдера, необходимое для разработки резерва, можно вычислить по формуле:

 где                                                                         (5.9)

F - площадь поперечного сечения резерва, м2;

К пз - коэффициент перекрытия проходов при резании грунта - 1,7;

f - площадь сечения стружки от 0,12 до 0,2 м2.

Необходимое число проходов автогрейдера для перемещения грунта в насыпь из двухстороннего бокового резерва можно определить по формуле:

N п = N р ( l п / l ) × K n , где                                                                 (5.10)

l п - дальность перемещения грунта (расстояние от центра сечения половины насыпи до центра сечения бокового резерва);

l - дальность смещения грунта за один проход автогрейдера, м;

К п - коэффициент перекрытия проходов при перемещении грунта - 1,15.

Число проходов автогрейдера для перемещения грунта составляет около 25 % от общего числа проходов, необходимых для строительства насыпи.

Грунт укладывают в насыпь начиная от ее оси одним из следующих способов: послойно с разравниванием слоями 0,15-0,2 м; в полуприжим с валиками высотой 0,3 м; в прижим с увеличенными по высоте валиками до 0,4-0,5 м. Второй и третий способы применяют при разработке грунтов с влажностью, близкой к оптимальной. При выборе способа следует учитывать применяемые средства для уплотнения.

Работы следует вести на двух захватках: на одной резать и перемещать грунт в очередной слой насыпи, на другой планировать и уплотнять ранее уложенный слой грунта.

Производительность автогрейдера, м3/смену, при строительстве насыпи из бокового резерва определяют по формуле:

 где                                  (5.11)

К в - коэффициент использования рабочего времени;

L - длина захватки, м; f - площадь стружки, м2;

V р - скорость движения при резании грунта, км/ч;

n - число проходов, необходимое для перемещения грунта на один проход резания;

V n - скорость при перемещении грунта, км/час;

t пов , t пер - продолжительность одного разворота и одной перестановки отвала, ч ( t пов = 0,33, t пер = 0,01).

При отсыпке насыпей из боковых резервов можно использовать бульдозеры, при этом возможно перемещать грунт, двигаясь в продольном направлении, так же как при работе автогрейдера, или в поперечном направлении. При схеме с поперечным перемещением грунта бульдозером выделяют следующие операции, составляющие рабочий цикл бульдозера: резание грунта, перемещение грунта, укладка грунта, возвращение назад или холостой ход. От продолжительности этих операций зависит производительность бульдозера.

Наибольшая мощность требуется при выполнении резания грунта. В зависимости от прочности грунта и условий работы применяют резание: прямой стружкой постоянного сечения при легких грунтах, клиновой стружкой при средних грунтах и гребенчатой стружкой при тяжелых (рис. 5.10).

При поперечном перемещении грунта обычно используют челночную схему движения. Для повышения производительности грунт перемещают в траншеях, как показано на рис. 5.11.

Бульдозеры работают в траншеях, разделенных стенками шириной 0,5-0,8 м. Боковые стенки препятствуют уменьшению объема грунта, перемещаемого перед отвалом бульдозера. Каждую новую траншею начинают после достижения намеченной глубины предыдущей. После разработки грунта в траншее последними проходами бульдозера срезают разделявшие траншею стенки, используя грунт для отсыпки верхнего слоя насыпи.

Для сокращения потерь грунта и более полного использования мощности двигателя применяют боковые открылки и козырьки к отвалу бульдозера.

Работы по отсыпке насыпи из боковых резервов выполняют попеременно на двух половинах ее ширины. Отсыпав слой грунта на половину ширины земляного полотна из одного резерва, бульдозер переходит в резерв на другой стороне и досыпает из него слой насыпи на всю ширину земляного полотна по длине захватки.

Рис. 5.10. Схемы резания грунта бульдозером: а - прямоугольная; б - клиновая; в - гребенчатая (стрелкой показано направление движения бульдозера)

Рис. 5.11. Траншейный способ разработки грунта при отсыпке насыпи: 1 - траншея; 2 - стенки траншеи; 3, 4 - срезка стенок траншеи соответственно поперечными и косыми проходами; 5-8 - объемы перемещаемого грунта

Насыпи отсыпают слоями, толщина которых зависит от типа уплотняющих средств. Перед уплотнением каждый слой разравнивают автогрейдером или бульдозером, при этом необходимо обеспечивать поперечный уклон поверхности каждого слоя.

В дождливую погоду особое внимание следует уделять обеспечению водоотвода. В жаркую погоду целесообразно сокращать длину захватки, предотвращая высыхание грунта до уплотнения.

При легких, но не сыпучих и не переувлажненных грунтах в равнинной местности возможно применение грейдер-элеваторов на участках, где разность рабочих отметок не превышает 0,2 м. Предпочтительными считаются захватки длинной 500-800 м. При двухсторонних резервах разработку их ведут по круговой схеме проходов. Для удобства выполнения разворота между захватками оставляют разрывы в 10-15 м, которые устраняются бульдозерами или автогрейдерами. При нормальных условиях работы конвейер грейдер-элеватора следует устанавливать под углом к горизонту не более 22°.

Для уменьшения сопротивления резанию режущую кромку диска по мере затупления затачивают. Чтобы исключить неравномерный износ диска его периодически поворачивают.

Применение грейдер-элеваторов приводит к интенсивному разрыхлению грунта, что делает необходимым выполнять большее число проходов катка при уплотнении.

Глава 6. Возведение земляного полотна на косогорах. Планировка и укрепление откосов

6.1. Основные типы конструкций земляного полотна на косогорах и оползневых склонах

Проложение трассы дороги в сильнопересеченной горной местности с учетом отказа от резкого сечения рельефа в качестве основного типа земляного полотна включает насыпи на склонах, а также земляное полотно в полке. Расположение земляного полотна на склонах во многих случаях связано с пересечением оползневых участков и устраивается согласно требованиям СНиП 2.05.02-85.

Конструкции земляного полотна на косогорах обосновывают расчетами с учетом устойчивости косогора (склона) как в природном состоянии, так и после окончания строительства.

На устойчивых горных склонах крутизной более 1:3 земляное полотно, как правило, располагают в полке, врезанной в косогор. При определенных условиях, которые зависят от инженерно-геологических особенностей косогора (склона) и комплекса инженерных решений самой трассы автомобильной дороги (подходы к искусственным сооружениям, специальные конструкции и т.п.), насыпь располагают на склоне под защитой удерживающих сооружений.

На склонах крутизной 1:10-1:5 земляное полотно проектируют в виде насыпи без устройства уступов в основании. При крутизне склонов от 1:5 до 1:3 земляное полотно рекомендуется сооружать в зависимости от конкретных условий проложения трассы в виде насыпи, полунасыпи-полувыемки либо в полке. В основании насыпи и полунасыпи-полувыемки следует устраивать уступы шириной 3-4 м и высотой до 1 м.

Комплекс общих требований при этом включает согласование с ландшафтом и эстетические требования; сохранение и защиту окружающей геологической среды; обеспечение устойчивости откосов и особенно склонов, которые, собственно, определяют возможность и характер размещения насыпей на них.

На стабильных склонах насыпь не должна снижать их устойчивость как в процессе строительства, так и в период эксплуатации. Это требование может быть обеспечено только на основе инженерно-геологической оценки системы насыпь-склон. Конструкцию земляного полотна необходимо запроектировать таким образом, чтобы не допустить разрушений низовых откосов; возможности смещения насыпи по поверхности склона; разрушающего воздействия поверхностных и подземных вод с верховой стороны насыпи на ее общий водный режим и режим самого склона. С точки зрения эстетических требований целесообразно, предусматривая согласованный с конкретным ландшафтом архитектурный облик всей дороги, располагать земляное полотно (при наличии разделительной полосы) в разных уровнях (ступенчатое расположение проезжих частей). Подобное рациональное и экономичное решение обеспечивает не только эстетически воспринимаемый вид дороги, но и позволяет в значительной степени повысить устойчивость земляного полотна против сползания по склонам и косогорным участкам; снизить подверженность размыву откосов земляного полотна; уменьшить общий объем земляных работ.

В горной местности, где основным типом становится земляное полотно, располагаемое в полке, возрастают требования к устойчивости откосов, поскольку при их разрушении возможны не только традиционные случаи снижения безопасности движения (например, уменьшение ширины проезжей части, ограничение скорости), но аварийные и даже катастрофические ситуации. Здесь должны быть решены следующие задачи: размещение земляного полотна на наиболее благоприятных по напластованию и падению коренных пород элементов рельефа и с минимальной мощностью делювиальных и элювиальных отложений на них; обеспечение долговечности верховых и низовых откосов; надежное сочленение насыпной и естественной частей всей конструкции земляного полотна. В случае широкого земляного полотна для многополосных автомагистралях целесообразно раздельное их размещение в пределах одного или нескольких элементов рельефа. При этом возможно значительное смещение по высоте. Удовлетворение требований, предъявляемых к устойчивости и надежности земляного полотна автомобильных дорог в горной местности, практически невозможно без рассмотрения принципов выбора рациональных типов противооползневых конструкций (подпорных и одевающих стен, композиций из армогрунта, буронабивных свай и других типов). Эстетические требования заключаются в согласовании горных дорог с ландшафтом, в оформлении обнаженных скальных и грунтовых откосов и элементов удерживающих противооползневых конструкций, обеспечивающих устойчивость земляного полотна и геологической среды.

Наиболее сложный случай - расположение земляного полотна, когда трасса автомобильной дороги неизбежно пересекает оползневые склоны. В практике встречаются три возможных варианта пересечения оползней: возле подошвы (языковой части) оползня; его средней и верхней частей. Конкурирующим вариантом по отношению к конструкциям земляного полотна на оползневом склоне здесь целесообразно рассматривать эстакадные решения, особенно в тех случаях, когда автомобильная дорога пересекает оползень небольшого протяжения перпендикулярно его оси при возможности заглубления опор в устойчивые коренные породы. Пересечение оползней эстакадами является весьма удобным способом прохождения активных оползней, но не предусматривает (практически исключает) защитные мероприятия по стабилизации самого склона и расположенных на нем или вблизи него дорожных объектов. По этой причине в ряде случаев эстакадный вариант не находит широкого применения.

Указанное не исключает использования эстакадного варианта пересечения оползней, стабилизация которых известными методами нецелесообразна и неэффективна (например, крупных оползней-потоков).

Принципы и характер расположения земляного полотна на оползневых склонах прежде всего зависят от типа оползня, его механизма, динамики и расчетной сферы взаимодействия с участием автомобильной дороги. Основное требование заключается в том, чтобы земляное полотно на оползневом склоне в период строительства и эксплуатации не вызывало активных подвижек склона, способствовало его стабильности и устойчивости. Кроме того, от рационального расположения земляного полотна и его типа (насыпь, выемка) на оползневом склоне во многом зависят состав и объем наиболее дорогостоящих удерживающих противооползневых конструкций, без которых практически невозможно обеспечить устойчивость ни дороги, ни оползневого склона. Общих рекомендаций для весьма разнообразных оползневых условий здесь нет, однако целесообразно руководствоваться следующими основными требованиями.

Недопустимо размещать высокие насыпи в верхней и средней частях оползневого склона, так как это связано со значительной его пригрузкой, снижением устойчивости и последующей активизацией. Проектирование и устройство насыпи в подошве сыграют положительную роль в стабилизации оползня - устойчивость склона резко возрастает. При этом необходимо учитывать характер поверхности смещения в зоне ее выхода у подошвы (крутизну, глубину) и характеристики прочности в этой зоне, особенно значения угла внутреннего трения. Следует отметить, что именно в тех случаях, когда невозможно избежать расположения насыпи в верхней и средней частях оползневого склона, целесообразно предусматривать эстакады или виадуки (если можно обеспечить устойчивость их опор).

Выемки нежелательны в любой части оползневого склона, но наибольшую опасность они представляют в его нижней и средней частях, так как неизбежно вызовут активизацию оползня. Устройство выемок в верхней части оползневого склона в меньшей степени отражается на снижении его устойчивости, но требует повышенного внимания к обеспечению устойчивости откосов и низовой части склона.

Принципы обеспечения устойчивости определяются типом и характером расположения земляного полотна на местности, его плановым и высотным взаимодействием с элементами рельефа в районе проложения трассы и устойчивостью этих элементов.

Многообразие вариантов расположения земляного полотна на элементах рельефа или в их среде, а также степени их устойчивости требует определенного подхода к назначению принципа обеспечения устойчивости рассматриваемой системы в целом и ее отдельных элементов. Целесообразно выделить следующие основные принципы обеспечения устойчивости:

устойчивость системы «земляное полотно - элемент рельефа» не требует обеспечения устойчивости элементов рельефа как в процессе строительства, так и при дальнейшей эксплуатации дороги;

устойчивость системы может быть обеспечена только в случае обеспечения устойчивости взаимодействующих с ней элементов рельефа;

для требуемой стабильности и эксплуатационной надежности системы необходимо обеспечить устойчивость конструктивных элементов земляного полотна и взаимодействующих с ним элементов рельефа.

В практике проектирования и строительства автомобильных дорог в оползневых районах может быть использован один из указанных принципов или их комплекс.

Выбор принципа обеспечения устойчивости системы «земляное полотно-элемент рельефа» должен базироваться на анализе результатов оценки устойчивости, когда выявлены основные причины и факторы, которые уже вызвали оползневые процессы или могут способствовать их проявлению, определено значение оползневого давления.

Роль каждого из факторов, выявленных в процессе инженерно-геологических изысканий и оценки устойчивости, может быть установлена путем нахождения зависимости K = f ( a i ). К - коэффициент устойчивости системы «земляное полотно - элемент рельефа»; а i - исследуемый фактор, например, уровень подземных вод, влажность в зоне сдвига грунтов на предполагаемой поверхности смещения, сейсмический фактор, расстояние места расположения насыпи от бровки срыва оползня. На основе анализа графической зависимости K = f ( a i ) и при необходимости интерполяции ее до значений а i , когда общий коэффициент устойчивости системы становится равным 1, определяют критическое значение исследуемого фактора и такое его значение, когда К = Ктреб.

При этом устанавливается отдельно в количественном выражении роль силовых, климатических и геологических факторов в устойчивости системы «земляное полотно - элемент рельефа» и в выборе принципа ее обеспечения.

При выборе принципа обеспечения устойчивости необходимо прежде всего учесть конкретный тип конструкции земляного полотна и характер его расположения на элементах рельефа. Исходя из основных особенностей расположения земляного полотна на элементах рельефа или в их среде целесообразно дифференцировать рассмотренные принципы обеспечения устойчивости. При строительстве автомобильных дорог встречаются следующие случаи расположения земляного полотна на местности: высокая насыпь на горизонтальном основании; насыпь на устойчивом склоне; глубокая выемка в массиве грунта с горизонтальной дневной поверхностью; глубокая выемка, врезаемая в склоне; полка в устойчивом или оползневом склоне; насыпи на оползневом склоне с различным расположением их на поверхности склона (по длине его образующей). В каждом случае необходим комплексный подход к проектированию противооползневых конструкций для обеспечения устойчивости земляного полотна на основе системного анализа и результатов обшей оценки.

Выбор противооползневых конструкций целесообразно осуществлять в рамках основных групп мероприятий по обеспечению устойчивости рассматриваемых систем. Можно выделить три группы таких мероприятий: предупреждающие; направленные на уменьшение сдвигающих сил; связанные с увеличением удерживающих сил.

Предупреждающие мероприятия, назначаемые в процессе проектирования дороги, должны базироваться на рекомендациях, полученных в результате инженерно-геологического анализа и отражающих возможность обеспечения устойчивости откосов и склонов достаточно простыми решениями и конструкциями, гарантирующими в то же время устойчивость всей системы в течение длительного периода. К числу таких решений относятся также предложения о целесообразности пересечения трассой оползневых участков или отказ от строительства на них либо возможность их прохождения при помощи эстакад и виадуков. Защитные и предупреждающие мероприятия в ряде случаев могут оказаться технически и экономически более приемлемыми, чем конструктивные решения, однако при условии, если они полностью удовлетворяют требуемому принципу обеспечения устойчивости системы в целом. Использование предупреждающих мероприятий во многом определяется искусством и опытом проектировщика и инженера-геолога, которые должны быть хорошо осведомлены о конкретных условиях района строительства, знать природу и причины развития оползней в нем или возможных форм нарушения устойчивости откосов, а также иметь данные об эффективности предлагаемых решений на эксплуатируемых дорогах в аналогичных условиях.

Уменьшение сдвигающих сил в большинстве случаев как в отечественной, так и зарубежной практике основано на снижении крутизны склонов и откосов земляного полотна; применении дренажа; уменьшении веса грунта как материала для сооружения насыпей; рациональном расположении насыпи на склоновом участке, в том числе и оползневом. Такие решения базируются на преимущественно гравитационном характере сдвигающих сил, так как они зависят от веса грунта и заключенной в нем воды. Указанные решения конкретизируются в виде индивидуальных проектов для каждого отдельного случая в зависимости от типа земляного полотна, степени устойчивости склона (как элемента рельефа), общей оползневой обстановки. Не останавливаясь подробно на характере решений, связанных с изменением крутизны склонов и откосов (уположение, разгрузка оползневого тела, устройство берм и т. п.) и устройством дренажа, укажем на использование в зарубежной практике строительства дорог методов, основанных на уменьшении веса грунта (для снижения сдвигающих сил путем применения легких материалов).

Установлена, например, целесообразность устройства насыпей на оползневых склонах и неустойчивых основаниях из котельных шлаков, различных зол, капсулированных древесных опилок, выветрелых сланцев, ракушечника. В последнее время для снижения веса насыпей и уменьшения напряжений в их основаниях используют полистироловые плиты, что предотвращает развитие оползневых подвижек в склонах и обеспечивает устойчивость основания.

Увеличение удерживающих сил используется в качестве основной группы мероприятий, особенно в тех случаях, когда система «земляное полотно - элемент рельефа» представлена в виде системы «насыпь - оползневой склон». В отечественных и зарубежных источниках указывается, что развитие оползней, приводящих к нарушениям устойчивости склонов и откосов, может быть обусловлено: увеличением активных сдвигающих сил; уменьшением сил сопротивления (в том числе прочностных и реологических характеристик грунта); одновременным воздействием указанных факторов. В связи с этим в рамках третьей группы мероприятий существуют два варианта, которые могут быть использованы для принципиального решения возникающих в процессе проектирования и строительства задач: использование внешних удерживающих сил для компенсации и сбалансирования сдвигающих напряжений в склонах и откосах, а также для активного им противодействия; увеличение прочности грунтов.

Выбор одного из них или разумное и целесообразное комбинирование конструктивных решений осуществляются на основе рассмотрения, анализа и технико-экономического сравнения вариантов. Такие варианты включают независимо от конкретных способов увеличения удерживающих сил два основных направления: приложение удерживающих внешних сил в пассивных зонах склона или откоса и повышение прочности грунта в активных зонах, в том числе и в зоне фактического активного смешения оползневых грунтов. В первом случае используют противооползневые конструкции удерживающего типа, а во втором - дренаж, химическое закрепление, электроосмос, термическую обработку и другие решения.

В качестве примера комбинирования конструктивных решений из числа указанных способов можно привести варианты противооползневых удерживающих сооружений в сочетании с дренажом, термической обработкой, поверхностным укреплением.

6.2. Особенности возведения земляного полотна на косогорах и оползневых склонах

Общие положения. Строительство земляного полотна автомобильных дорог в горной местности осложняется, как правило, тем, что в местах проложения трассы существуют крутые склоны с интенсивным проявлением экзогенных процессов (оползни, обвалы, вывалы, осыпи) на определенном участке малой протяженности В связи с эти рекомендуется при составлении проекта производства работ (ППР) учитывать инженерно-геологические особенности участка или группы участков, которые различаются по указанным признакам. Рекомендуется назначать технологию производства работ по сооружению земляного полотна, учитывая особенности конструкции насыпи или выемки, региона строительства в целом, строение склона (косогора) и свойства слагаемых пород.

В ППР необходимо предусмотреть комплекс технологических мероприятий, обеспечивающих устойчивость природных склонов и откосов выемок в процессе строительства и последующей эксплуатации дороги.

При разработке ППР, выборе технологии, машин и метода буровзрывных работ учитывают наличие трещин в разрабатываемом массиве и характер слоистости осадочных пород.

Наличие трещин в скальных изверженных породах снижает устойчивость склонов и откосов выемок. Падение трещин под углом более 35° в сторону дороги способствует возникновению оползней, обвалов, вывалов уже в процессе производства работ. Безопасным является падение трещин в сторону массива.

Слоистость приводит к ослаблению массива в склонах и откосах, особенно при их подрезке или подработке.

С увеличением угла встречи простирания слоистости с продольной осью дороги устойчивость откосов и склонов резко возрастает. Наиболее устойчивое положение угла встречи напластования по отношению к оси дороги будет 90°. При совпадении азимута простирания слоистости с направлением оси дороги подрезаемые или подрабатываемые склоны и откосы выемок разрушаются только по плоскостям напластования.

При строительстве дорог в горных условиях основные трудности связаны с разработкой скальных пород, сокращением фронта работ, ограниченной транспортной доступностью рабочей зоны, перемещением, разравниванием, уплотнением крупнообломочных грунтов, отделочными работами.

При недоступности рабочей зоны для непосредственной работы машин первый этап строительства должен включать прокладку пионерной дороги по проектируемой трассе. Если прокладка пионерной дороги по запроектированной трассе невозможна, ее устраивают в максимальном приближении к ней с подходами к зоне работ отдельных сооружений. В этом случае по самой трассе прокладывается пешеходная тропа.

Рыхление и разработка скальных пород, относящихся по трудности разработки к V группе и выше, выполняется взрывным методом. Взрывной метод рекомендуется использовать также для образования глубоких выемок массовыми взрывами на выброс или целенаправленными взрывами для сооружения насыпей в труднодоступных местах горного рельефа.

На всех этапах производства работ должны постоянно приниматься меры на откосах и склонах для предупреждения геодинамических явлений (оползни, осыпи, лавины и т. п.), которые могут представлять опасность для работающих людей, техники, сооружений. В этих целях до начала работ, а также в процессе разработки горных склонов должно быть организовано постоянное наблюдение за устойчивостью как отдельных скальных обломков, так и всего склона с верховой стороны. В случае обнаружения признаков неустойчивости должны быть немедленно приняты меры безопасности, например, подрывание и удаление нависающих каменных глыб. При наличии действующих оползней, интенсивных обвалов, крупных вывалов буровзрывные работы выполняются только для рыхления мелкошпуровыми зарядами.

Работы по сооружению земляного полотна на косогорах, устойчивых и оползневых склонах включают: подготовительный комплекс, связанный с разбивочными работами, снятием растительного грунта; устройство построечного водоотвода, стоянок для размещения техники, специальных противооползневых сооружений; основные работы по сооружению земляного полотна, располагаемого на различных элементах склонового рельефа или в его среде и комплекс противооползневых мероприятий.

Следует иметь в виду, что выбор технологии связан также с необходимостью разработки делювиальных, скальных или полускальных пород, а также их использования в виде крупнообломочных грунтов для отсыпки насыпей. Последнее зависит от прохождения трассы в условиях сильнопересеченной местности.

Сооружение насыпей и выемок. Сооружение земляного полотна в горной местности включает устройство следующих конструкций в зависимости от условий проложения трассы в конкретном регионе и районе горной местности, их гипсометрических, геоморфологических и инженерно-геологических особенностей: земляное полотно в полке, полунасыпь-полувыемка, выемка в скальном массиве, насыпь из скальных или крупнообломочных грунтов.

Выбор технологии разработки выемок и сооружения насыпей определяется конструктивными особенностями земляного полотна, категорией скальных пород по трудности их разработки, источниками получения скального или крупнообломочного грунта для земляного полотна насыпей.

Сооружение земляного полотна в полках на прижимных участках с крутизной склона более 1:3 в скальных породах выполняют путем взрывания с последующей экскавацией взорванной массы, ее транспортировкой на участки насыпи. При наличии на склонах делювиальных отложений земляное полотно в полке разрабатывают путем первоначальной подрезки склона мощными бульдозерами класса 250-300 тс с последующей доработкой экскаваторами и транспортировкой крупнообломочных грунтов автосамосвалами.

Сооружение насыпей и выемок на косогорах крутизной 1:3 и более выполняется методом последовательного нарезания полок для выемок или полувыемок или уступов в основании насыпи. Нарезание уступов (полок) выполняется, как правило, начиная с верхнего яруса. При обеспеченной устойчивости откоса и необходимости создания проезда для ведения буровых работ первая полка вырабатывается на уровне нижней бровки выемки (полки).

Разработку выемок в скальных породах ведут сразу с небольшим перебором во избежание последующей трудной и дорогостоящей работы по снятию недовыбранного тонкого слоя скальных грунтов. Выравнивают земляное полотно до проектных отметок мелким рваным камнем и щебнем.

Разработку выемок в делювиальных грунтах, размягчаемых и сильно выветрелых разборных, трещиноватых породах рекомендуется выполнять по схеме «скользящей полки», когда после осуществления пионерной траншеи-забоя, необходимой для размещения и безопасной работы экскаватора, к нему сверху вниз грунт разрабатывается и перемещается мощными бульдозерами класса 250-300 тс. При помощи экскаватора происходит последующая доработка грунта и его погрузка в транспортные средства с перемещением на участки сооружения насыпей.

Для образования ровных поверхностей откосов при устройстве выемок и полувыемок в благоприятных инженерно-геологических условиях (слабая трещиностойкость пород, раздельность на прямоугольные отдельности с вертикальным направлением плоскостей раздела, способность пород к хрупкому сколу и т. п.) применяют контурное взрывание.

Выбор метода и параметров рыхления скального и крупнообломочного грунта следует осуществлять в соответствии с группой грунта по трудности разработки, с областью и условиями его применения. При превышении расчетного количества негабаритов в разрыхленном грунте и их максимального размера необходимо вносить соответствующие изменения в схему и параметры рыхления.

До выполнения буровзрывных работ производят снятие и удаление растительного покрова, плодородного слоя почвы и вскрышных пород. При мощности вскрышных пород не более 1/3 глубины выработки рыхление скального грунта допускается производить без их удаления.

Буровзрывные работы и погрузку рыхленой скальной породы экскаваторами можно вести параллельно. При этом первые работы должны выполняться с опережением. Если для рыхления в выемках или уступах глубиной до 5 м применяют метод шпуровых зарядов, буровзрывные работы следует выполнять с опережением, обеспечивающим не менее чем сменный запас взорванной породы. При этом должно быть выдержано минимальное расстояние опережения в соответствии с Едиными правилами безопасности при взрывных работах (М.: Недра, 1985).

Перед началом работы экскаватора негабариты, расположенные в верхнем слое взорванного грунта, дробятся дополнительными взрывами. В процессе разработки выемки негабариты отваливают в сторону и затем также дробят взрывами, перемещая взорванную породу бульдозером к экскаваторному забою.

При разработке полувыемок на скальных косогорах сначала устраивают полку для рабочего проезда шириной 3,5 м, обеспечивающую возможность прохода основных машин (буровых станков, экскаваторов, бульдозеров, автомобилей-самосвалов и др.). Затем полку уширяют, доводя земляное полотно до проектного очертания.

При разработке выемок рыхление скальных пород до требуемых размеров частиц должно обеспечиваться надлежащей технологией буровзрывных работ и исходить из требуемых условий уплотнения, предусмотренных СНиП 2.05.02-85. Дробление крупных негабаритных обломков осуществляется накладными зарядами. Этот метод применяют при ограниченной производительности компрессоров или при отсутствии бурильных молотков и незначительном количестве негабарита. Оставшиеся на откосах и основной площадке выемки выступы скального грунта также дробятся.

При взрывных методах разработки и рыхления недоборы по основанию выемок не допускаются. Недоборы по поверхности откосов не должны превышать 0,2 м при условии обеспечения их устойчивости. Величина переборов после окончательной зачистки дна и откосов выемок не должна быть больше значений, указанных в табл. 6.1.

При доработке выемок в скальных грунтах после взрывов на выброс следует соблюдать следующий порядок работ:

дробление расположенных на поверхности негабаритов, образовавшихся при взрыве траншеи;

разравнивание навалов разрыхленного грунта бульдозером;

удаление экскаватором взорванного грунта с откосов (оборка откосов);

снятие независающих камней и козырьков экскаватором и мелкими взрывами;

доработка выемки до проектного очертания взрывами; выравнивание основной площадки.

Таблица 6.1

Скальные грунты

Допустимые величины переборов, см при разработке

взрывным способом, методом шпуровых зарядов

отбойными молотками

Малопрочные, средней прочности и прочные трещиноватые

20

10

Прочные и очень прочные нетрещиноватые

10

5

Примечание. При буровых работах под водой и на морских акваториях и рейдах размеры переборов устанавливаются проектом организации строительства.

При ярусной разработке выемок каждый ярус должен быть доработан до проектного контура и очищен до начала работ на следующем ярусе.

При сооружении насыпей из крупнообломочных грунтов, являющихся продуктом рыхления или выветривания скальных пород, максимальный размер частиц глыбовой фракции должен назначаться в зависимости от толщины уплотняемого слоя, типа и технических параметров уплотняющих средств и физико-механических характеристик грунта, но не должен превышать 2/3 толщины уплотняемого слоя.

Негабаритные обломки, размеры которых не удовлетворяют указанным требованиям, допускается укладывать в боковых (откосных) частях и в нижнем слое насыпи в один ряд таким образом, чтобы они не попадали в рабочий слой насыпи.

При укладке в основание насыпи негабаритных обломков для исключения неравномерных осадок вследствие просыпания мелкозернистого заполнителя из вышележащих слоев в нижележащие следует устраивать прерывающие прослойки из щебенистых (галечниковых), песчаных или глинистых грунтов.

Отсыпку насыпи из крупнообломочных грунтов производят бульдозером способом «от себя» таким образом, чтобы наиболее крупные обломки располагались в нижних частях насыпи. Наиболее рационально применение бульдозера с универсальным отвалом, который позволяет в процессе распределения производить отбраковку негабаритов с последующей укладкой их в боковую часть насыпи.

Различают две схемы распределения крупнообломочного грунта: продольную и диагональную. В зависимости от способа отсыпки грунта продольная и диагональная схемы распределения могут быть односторонней или двухсторонней.

При осевой отсыпке применяется двухсторонняя схема распределения, при боковой отсыпке - односторонняя.

Рационально для отбраковки негабаритов применять специально оборудованные отвалы со смешанным сортировальным устройством по типу рыхлителя.

Перед уплотнением боковые части насыпи, включая откосы, выполненные из негабарита, выравнивают грунтом более мелких фракций. При устройстве земляного полотна на косогорах с крутизной более 1:3 выравнивание целесообразно устраивать из грунтов с песчаным заполнителем по способу расклинцовки.

Разработку крупнообломочных грунтов после взрывных работ целесообразно производить экскаватором с вместимостью ковша 0,65-1 м3 с погрузкой в транспортные средства. При необходимости окучивания грунта отвала негабаритов на горизонтальных поверхностях и склонах крутизной до 1:3 применяют бульдозеры.

При слоистом залегании легковыветривающихся размягчаемых пород, перемежающихся со слоями глинистых грунтов, разработку ведут на всю толщину забоя с учетом того, чтобы в разрабатываемых грунтах содержалось 30-40 % (по массе) глинистого мелкозема. В противном случае разработку ведут отдельными слоями.

Укладка и уплотнение крупнообломочных грунтов. Крупнообломочные грунты каркасной и несовершенно-каркасной структуры из прочных водостойких пород следует уплотнять, как правило, вибрационным способом. Крупнообломочные грунты, содержащие более 30 % глинистого заполнителя, уплотняют при влажности, не превышающей допустимых значений для тяжелых супесей и легких суглинков, а при содержании глинистого заполнителя менее 30 % - при влажности, не превышающей допустимых значений для легких и пылеватых супесей.

Уплотнение крупнообломочных грунтов, прочность которых составляет менее 5,0 МПа (50 кг/см2), следует осуществлять в два этапа: на первом - решетчатыми катками; на втором - катками на пневматических шинах массой не менее 25-30 т. При использовании размягчаемых крупнообломочных грунтов работы должны производиться в сухую погоду с минимальными разрывами во времени между отдельными технологическими операциями.

Способы и технические средства уплотнения легко выветривающихся неводостойких крупнообломочных грунтов назначают из условия обеспечения разрушения агрегатов до заполнения пор мелкоземом. Для повышения эффективности разрушения агрегатов производят их периодическое увлажнение.

Хорошие результаты дает технологическая схема уплотнения в два этапа: на первом (непосредственно после разравнивания и увлажнения) - решетчатыми катками, которые осуществляют дополнительное дробление грунта, на втором - тяжелыми катками на пневматических шинах. Требуемая степень уплотнения грунтов достигается после 10-12 проходов по одному следу катков на пневматических шинах массой 25-30 т. Для крупнообломочных грунтов малой прочности эффективно уплотнение трамбованием.

При невозможности обеспечения разрушения агрегатов неводостойких пород следует предусматривать их защиту в насыпи от воздействия погодно-климатических факторов. При устройстве защитных слоев из глинистых или суглинистых грунтов последние досыпаются на заданную толщину послойно вровень со слоем обломочного грунта и уплотняются совместно с ним.

При устройстве защитного слоя толщиной 15-20 см из грунтов, укрепленных органическими вяжущими, грунт предварительно смешивается с вяжущими материалами в стационарных или передвижных установках и вывозится автомобилями-самосвалами к месту укладки. Для распределения смеси на поверхности откосов рекомендуются бульдозеры или экскаваторы-планировщики. В качестве уплотняющих средств могут быть применены площадочные вибраторы или виброрейки, перемещаемые по откосу сверху-вниз или снизу-вверх.

Контроль качества работ при сооружении земляного полотна на косогорах, устойчивых и оползневых склонах помимо общих требований, предусмотренных СНиП 3.06.03-85, включает: контроль за восстановлением, закреплением и разбивкой земляного полотна на отмеченных элементах рельефа; контроль качества нарезки уступов (с соблюдением проектных геометрических параметров), за соблюдением технологии разработки косогоров и склонов при устройстве земляного полотна в полке и последовательностью комплекса противооползневых мероприятий (водоотвода, дренажных и удерживающих конструкций).

Организация работ по строительству автомобильных дорог при наличии оползней включает два самостоятельных вопроса: сооружение земляного полотна и строительство комплекса противооползневых конструкций, установленных проектом. Последовательность этих работ определяется конкретными условиями территории, расположением земляного полотна, составом и типами противооползневых конструкций и должна быть оговорена в проектной и расчетной документации. В практике встречается несколько вариантов организации последовательности выполнения земляных работ и устройства противооползневых конструкций: строительство комплекса противооползневых конструкций до сооружения земляного полотна; выполнение противооползневых конструкций в процессе его сооружения; строительство противооползневых конструкций после возведения насыпей или разработки выемок.

Как правило, первая схема наиболее целесообразна при строительстве дороги на оползневых склонах, когда сооружение земляного полотна возможно только под непосредственной защитой поддерживающих сооружений или после проведения мероприятий по регулированию поверхностного и подземного стока. Вторая схема применяется при расположении земляного полотна в глубоких выемках и высоких насыпях. Например, по мере разработки каждого яруса выемки осуществляют укрепление откосов и сооружение дренажных конструкций. Третья схема используется во многих случаях при строительстве дорог в горных условиях, когда в частности после устройства земляного полотна в полке сооружают верховые подпорные стенки или анкерные конструкции.

Безусловно, многообразие сложных условий строительства автомобильных дорог в оползневых или потенциально оползневых районах требует творческого применения указанных схем с последующей разработкой до конкретных технологических и организационных решений в проектах производства работ. В данном разделе рассматриваются только общие вопросы организации строительства в оползневых районах и не освещается специфика строительства конкретных видов противооползневых конструкций, которая отражена в других главах.

Помимо особенностей, связанных с последовательностью выполнения земляных работ и строительства противооползневых конструкций, необходимо отметить, что технология производства земляных работ во многом зависит от принципов проектирования (по отношению к рельефу) автомобильных дорог. Различают следующие виды индивидуальных технологических схем организации производства земляных работ: разработку глубоких выемок и сооружение высоких насыпей; сооружение насыпей на склонах с пересечением оползневых участков; устройство земляного полотна в полках. Одним из наиболее сложных случаев производства работ является их проведение на аварийных объектах, когда оползнями разрушены участки эксплуатируемых дорог.

Установленный неоднократными обследованиями факт нарушения устойчивости естественных склонов и откосов земляного полотна в процессе строительства автомобильных дорог в различных регионах нашей страны убедительно показывает, что влияние технологических факторов может иметь существенное, а в некоторых случаях превалирующее значение.

К технологическим факторам в данном случае относятся: способ и время разработки выемок или сооружения насыпей, способ и время строительства противооползневых конструкций. Указанные факторы можно объединить в общую технологическую систему строительства индивидуальных конструкций земляного полотна, которая будет оказывать при ее реализации те или иные воздействия на устойчивость откосов земляного полотна и прилегающих к нему склонов, особенно оползневых.

Анализ строительства автомобильных дорог в оползневых районах показал, что воздействие технологической системы на устойчивость склонов и откосов проявляется в следующем.

Неудачно выбранное направление ведения работ при разработке глубоких выемок может привести к развитию в откосах оползней. Степень интенсивности производства земляных работ влияет на параметры устойчивости откосов в процессе строительства. Так при коротком фронте ведения работ и высокой скорости разработки выемки в откосах (при рабочей глубине разработки) не успевают возникать деформации, приводящие к оползням, что позволяет придавать откосам рабочих ярусов более крутые углы. Сооружение же высоких насыпей и насыпей на склонах (в том числе и на оползневых) напротив требует более медленного режима отсыпки грунта, обусловленного необходимостью тщательного уплотнения грунта, а также постепенной передачей нагрузки от веса насыпи на склоновое основание, что обеспечивает его устойчивость и дальнейшую стабильность.

Существенное влияние на развитие оползней в склонах и откосах оказывают порядок и сроки выполнения их проектной конфигурации. Наиболее распространенная ошибка в этом плане связана с устройством берм, ярусов, дренажных конструкций и укрепительных работ на откосах не в процессе разработки выемок и сооружения насыпей, а после их завершения. Особое значение имеет технологическая последовательность сооружения насыпей на склонах. В проектах производства работ должен быть заложен такой принцип ведения работ, который бы гарантировал устойчивость наклонного основания при сооружении земляного полотна. В частности, например, во многих случаях устойчивость насыпей на склонах была нарушена из-за неправильного способа производства работ: вместо последовательного сооружения насыпи с низовой стороны склона работы выполнялись с верховой стороны, что приводило к развитию неуплотненных зон в откосных частях, перенапряжению склонового основания, развитию оползней как в склонах, так и в откосах насыпей.

Весьма важное значение приобретают технологические факторы при ведении земляных работ на оползневых склонах или в их среде. Правильная расстановка землеройно-транспортной техники, определение необходимого темпа, выдерживание требуемой глубины разработки или крутизны откоса обеспечивают не только возможность выполнения проектных решений, но и их дальнейшую надежность при эксплуатации участка дороги, а также степень сохранности в стабильном состоянии самого оползневого склона.

6.3. Планировка земляного полотна насыпей и выемок, конусов и откосов

Планировка площадей. Состав и виды работ по планировке грунтовых поверхностей по заданным отметкам устанавливается проектом в зависимости от назначения планируемых площадей в общих геометрических параметрах автомобильных дорог и аэродромов, их инфраструктуры.

При планировке грунтовых площадей для конструктивных элементов, непосредственно работающих под нагрузками (грунтовые покрытия аэродромов, грунтовые элементы дорожного комплекса, грунтовые части летного поля), в состав планировочных работ включают следующие технологические операции: выравнивание бульдозером с допустимым отклонением от проектных отметок ±10 см (предварительный этап планировки), уплотнение катками с одновременным выравниванием автогрейдером (окончательная планировка). При необходимости устройства дерново-травяных покрытий по спланированной поверхности нанесение и обработка почвенного слоя производится с учетом агротехнических требований к запланированному посадочному материалу.

При планировке грунтовых поверхностей для целей благоустройства, улучшения стока (рекультивированные выработки, территории между сооружениями, резервные площади) в состав работ включаются: выравнивание бульдозером или грейдером с нанесением при необходимости почвенного слоя заданной толщины, предусмотренной проектом.

Планировочные работы при сооружении земляного полотна включают: планировку основания перед началом отсыпки; планировку отсыпаемых слоев до уплотнения и после уплотнения с приданием поперечных уклонов; планировку обочин, конусов и откосов.

На предварительном этапе планировки применяются бульдозеры класса тяги 100-150 кН. Рабочие отметки предварительной планировки должны назначаться с учетом запаса объемов грунта на осадку при уплотнении, величина которого назначается по результатам пробного уплотнения. На участках, где грунты по трудности разработки не соответствуют бульдозерным работам, предварительно осуществляют рыхление грунта при помощи рыхлителей.

Окончательная планировка производится после завершения всех земляных работ и устройства коммуникаций. Планировка выполняется грейдерами или длиннобазовыми планировщиками в едином потоке с уплотнением катками. Допускаемые отклонения от проектных отметок устанавливаются в соответствии с требованиями СНиП 3.06.03-85 в зависимости от назначения планируемых поверхностей и площадок.

Планировка откосов. Основным действенным мероприятием, направленным на обеспечение местной устойчивости склонов и откосов, является укрепление их поверхности. Выбранные конструкции должны предотвратить или не допустить (а в некоторых случаях обеспечивать последовательно совместный эффект) развитие деформаций локального скольжения, оплывин, сплывов, эрозии.

Тип конструкции укрепления необходимо выбирать прежде всего в зависимости от общих задач, которые решаются для реализации намеченного принципа обеспечения устойчивости геотехнической системы «земляное полотно - элемент рельефа». Выбор конструкции обусловлен рабочей отметкой земляного полотна, крутизной склона или откоса, показателями физико-механических свойств грунтов, наиболее опасными погодно-климатическими воздействиями, а также гидрологическим режимом подтопления в случае подтопляемых склонов и откосов.

Все конструкции укрепления откосов и склонов в зависимости от их функции по защите грунта от внешних силовых и погодно-климатических воздействий могут быть разделены на три группы:

биологические типы , предназначенные для зашиты откосов и склонов от эрозии, сплывов, оплывин в районах с благоприятными грунтовыми и климатическими условиями;

несущие конструкции , предназначенные для компенсации сдвигающих усилий, возникающих в грунте поверхностных слоев откосов и склонов, а также силовых воздействий паводковых и поверхностных вод;

защитные и изолирующие конструкции , которые должны изолировать поверхностные слои грунта склона или откоса от температурных воздействий, впитывания атмосферных осадков, отводить грунтовые воды.

Для защиты склонов и откосов неподтапливаемых насыпей, сухих (нескальных) выемок в благоприятных климатических и грунтовых условиях, а также подтапливаемых насыпей при скорости течения менее 0,6 м/сек и в отсутствии волн в качестве основного типа укрепления рекомендуются конструкции первой группы. Дерновый покров следует использовать для укрепления откосов только при его наличии в непосредственной близости от строительного объекта и в случае экономической целесообразности.

Для укрепления склонов и откосов неподтапливаемых насыпей, сложенных глинистыми грунтами, легко выветривающимися скальными породами, грунтами особых разновидностей, переувлажненными грунтами, откосов подтапливаемых насыпей, а также выемок и склонов с водоносными горизонтами можно применять конструкции трех групп. Их комбинируют между собой в зависимости от инженерно-геологических условий строительства на основе технико-экономического сравнения вариантов с учетом времени действия защиты.

Основной принцип использования всех конструкций укрепления - обеспечить устойчивость и стабильность грунта в пределах активной зоны путем регулирования интенсивности ее образования и конечного значения при помощи защитных или изолирующих конструкций, несущих типов конструкций, компенсирующих уменьшение прочности грунта в пределах активной зоны; комбинацией этих способов.

Каждый из указанных типов конструкций имеет свою область применения в зависимости от типа склона, его предыстории, откоса земляного полотна и эффекта зашиты. Когда речь идет об укреплении откосов, особенно высоких насыпей, глубоких выемок или выемок, образованных в результате подрезки склона, то на их поверхности необходимо в кратчайшие сроки создать травяной покров, используя комплексные и комбинированные решения, например, решетчатые конструкции с гидропосевом трав при одновременной высадке кустарников, синтетические сетчатые материалы и др.

Решетчатые конструкции являются весьма действенным типом укрепления, обеспечивающим немедленный эффект зашиты. При этом следует иметь в виду, что выбор конструкций и технологии их строительства должен быть направлен на создание условий, препятствующих эрозии и выветриванию.

Окончательная планировка поверхности земляного полотна на отметках рабочего слоя (низа дорожной одежды) с приданием поперечных уклонов и доуплотнением поверхностного слоя, а также планировка и укрепление откосов насыпей производится после полного выполнения проектного очертания насыпи или выемки.

В зависимости от рабочей отметки планировка ведется путем срезки грунта бульдозером класса тяги 100 кН или автогрейдером тяжелого типа с откосником и удлинителем отвала, откосопланировщиком или экскаватором с двухотвальным скребком (планировочной рамой, ковшом). Выбор машин для планировки и уплотнения поверхности производится согласно табл. 6.2. Планировку подсыпкой на взрыхленную поверхность производят как исключение на малых площадях и при условии последующего уплотнения этих мест.

При планировке с одновременной срезкой грунта и перемещением его вниз на первом этапе выравнивают надоткосные площадки, оформляют бермы в соответствии с разбивкой. Сопряжение поверхности откоса с верхней площадкой земляного полотна выполняют на заключительном этапе.

Планировку откосов насыпей или выемок до 1,5 м осуществляют 2-4 проходами тяжелого автогрейдера или бульдозера с откосниками и удлинителями отвала. Срезаемый с откоса грунт используется для рекультивации боковых резервов или его собирают в штабели для перемещения в обочины насыпи, на съездах и других целей. При этом срезаемый грунт не должен мешать водоотводу.

Таблица 6.2

Машины

Высота откоса, м

Крутизна откоса

Производительность в смену, м2

Потребность в машинах на 1000 м2 откоса, маш.-смен

Планировка откосов

Бульдозер универсальный

1-3,5

1:1,5 (1:2)

7000

0,14

Бульдозер универсальный класса тяги 100 кН

6-12

1:2 (1:3)

8900-10000

0,10

Автогрейдер тяжелого типа с откосником и удлинителем отвала

3,5

1:1,5 (1:2)

5000

0,20

Экскаватор-планировщик

до 12

1:1,5

2400

0,42

6-10

1:1,5

3200

0,31

Уплотнение грунта

Виброкаток или виброплита, навешенные на стрелу экскаватора

до 6

1:1,5 (1:3)

4250-5000

0,20

То же

12

1:1,5 (1:2)

5000-5300

0,20

Планировку откосов насыпей или выемок до 6 м осуществляют откосопланировщиком с нижней стоянки, а откосов до 12 м с верхней и нижней стоянок. Ширина планируемого участка откоса с одной стоянки должна быть не более 2 м, а перекрытие - 0,5 м. Планировка откосов от 6 м до 12 м ведется с использованием экскаватора-планировщика. Планировка откосов высотой более 12 м выполняется в процессе устройства каждого яруса.

Пологие откосы (крутизной 1:2 и положе) планируют с помощью бульдозеров, перемещающихся по откосу сверху вниз с принудительно опущенным отвалом (при гидравлическом управлении) или задним ходом снизу-вверх с отвалом, свободно опущенным на грунт (при канатном управлении). При этом его отвал не должен наполняться грунтом более чем на 2/3 высоты.

Для обеспечения уплотнения откосной части насыпей высотой более 6 м рекомендуется в процессе ее сооружения увеличивать ширину уплотняемых технологических слоев на 0,3-0,5 м с каждой стороны с последующей в процессе планировки срезкой лишнего грунта с откоса и перемещением его на последующие захватки.

6.4. Укрепление конусов и откосов земляных сооружений

Организация укрепления откосов насыпей, конусов и выемок должна обеспечивать возможность механизации работ и минимальные затраты труда. Рекомендуется выполнять укрепительные работы с использованием отряда машин (табл. 6.3). Показатели трудоемкости типовых конструкций укрепления откосов приведены в табл. 6.4.

Таблица 6.3

Машины

Выполняемые операции

Потребность в машинах на 1000 м2 откоса, маш.-смен

Экскаватор-планировщик либо бульдозер класса тяги 100 кН

предварительная планировка откоса

0,4

распределение растительного слоя

0,3

рытье траншеи под упорную призму (при укреплении сборной решеткой)

0,1

Машина для гидропосева трав

гидропосев трав

0,2

Автомобильный кран грузоподъемностью 6 т

Погрузка и выгрузка. Установка элементов решетки и железобетонных блоков. Подача на откос материалов для заполнения ячеек

2,9

Автомобильный транспорт (бортовые машины - для железобетонных изделий, самосвалы - для грунта и строительных материалов)

Транспортировка материалов (растительного или укрепленного грунта, щебня), железобетонных блоков, элементов решетки

10

Для создания на откосах травяного покрова, который является основным способом укрепления грунтовых поверхностей, рекомендуется применять метод гидропосева, посев по растительному грунту вручную или механизированным способом, а также укладку дерновых лент.

Основные технологические процессы устройства укрепления откосов гидропосевом включают: заготовку (при необходимости) почвенного грунта; его распределение и планировку на поверхности откосов; приготовление рабочей смеси из семян трав и вяжущего удобрения; нанесение ее на откос; полив после нанесения смеси и в последующие периоды.

Таблица 6.4

Конструкции

Трудовые затраты на 1000 м2 укрепления, чел./дн

Травяной покров гидропосевом семян по слою растительного грунта толщиной 10 см

8

То же, по синтетической геосетке

10

Сборная решетка (в том числе и геосинтетическая) с заполнением ячеек растительным грунтом и посевом трав

70

То же, с заполнением ячеек цементогрунтом

90

То же. с заполнением ячеек щебнем

90

Рабочую смесь (мульчу) для гидропосева приготавливают на специально организованной базе, где должны иметься складские помещения для хранения семян и удобрений, емкости для хранения пленкообразующих материалов, вибросита с ячейками 10×10 мм для просеивания опилок или установка для измельчения соломы, весы для семян и удобрений, грузоподъемные средства для заправки рабочей смесью гидросеялки. Заправка смесью гидросеялки осуществляется при включенной системе перемешивания.

Почвенный грунт распределяют на установленную проектом толщину сразу после планировки поверхности откосов, как правило, с помощью машин и оборудования, используемых при планировочных работах. Применяется также схема работ, по которой почвенный (растительный) грунт завозится на обочину и распределяется сверху вниз.

Сухие откосы перед распределением почвенного грунта необходимо предварительно увлажнять с использованием поливомоечных машин.

В случае предполагаемых размывов откосов земляного полотна в период формирования дернового покрова перед распределением растительного грунта на поверхность откосов рекомендуется укладывать мешковину или сетки из геосинтетических материалов. Укладку рулонов сетки осуществляют путем их раскатки сверху вниз по откосу с перекрытием на 10-20 см и закреплением их колышками в пределах обочин. Закрепление концов полотен в грунте выполняют путем нарезки автогрейдером на расстоянии 0,3-0,5 м от бровки откосов канавки глубиной 0,2-0,3 м, укладки концов полотен в канавку и заполнения ее грунтом при повторном проходе автогрейдера либо другими способами, оговариваемыми в проекте.

Гидропосев трав машиной типа ДЭ-16 (или другого типа) производят двумя проходами машины вдоль подошвы откоса или бермы.

Скорость движения машины подбирают опытным путем в зависимости от длины образующей откоса. На откосах высотой 10-12 м смесь распределяют при кратковременных остановках машины через 20-25 м; на откосах высотой 12-24 м - с верхней и нижней стоянок машины, поворачивая гидромонитор в горизонтальной плоскости по дуге 80° - 100°; а в вертикальной плоскости - в пределах ±40° от горизонтали, обеспечивая гидропосев по всей длине откоса на ширину 10-12 м. Следует избегать стекания смеси с откоса и образования ручьевых размывов. Места заправок машины смесью целесообразно располагать на середине укрепляемого участка с радиусом действия машины не более 10 км.

При необходимости зашиты от проникновения через поверхность откосов атмосферных осадков гидропосев, осуществляемый без использования в составе наносимой смеси пленкообразующих, рекомендуется осуществлять по защитному слою, предварительно уложенному на поверхность откоса, например, по геотекстильному материалу в виде сеток, или последующим нанесением вяжущего.

Основные технологические процессы укрепления откосов искусственными материалами включают: приготовление рабочих смесей (цементобетон, грунт, обработанный вяжущим, мелкозернистая сухая бетонная смесь и т.п.); вывозку на откосы рабочих смесей, щебня, железобетонных блоков для упорной призмы, пластиковых георешеток, сборных бетонных, железобетонных и асфальтобетонных плит, элементов решетчатых конструкций, биоматов; укладку и уплотнение рабочих смесей или щебня; монтаж блоков плит, георешеток и сборных решетчатых конструкций; заполнение ячеек, пластиковых георешеток, решетчатых конструкций рабочими смесями, растительным грунтом, щебнем, гидропосевом трав и т.п.

До начала укрепления откосов земляных сооружений бетонными плитами или сборными решетчатыми конструкциями индустриального изготовления у подошвы откоса устраивают монолитный или сборный бетонный упор. Сборный упор устраивают, укладывая блоки принятого размера в траншею на щебеночное основание.

Бетонные блоки упорной призмы заранее распределяют вдоль траншеи краном соответствующей грузоподъемности на расстоянии 1,5 м от нее. Щебень для устройства основания под блоки выгружают из транспортных средств на расстоянии 1,0-1,5 м от бровки траншеи через каждые 12-13 м.

Щебень распределяют в траншее вручную слоем 11-12 см и планируют по визирной рейке, контролируя шаблоном толщину слоя, а затем уплотняют послойно ручными трамбовками типа ИЗ-4502.

Установку блоков на каждом участке протяженностью 10-15 м следует окончательно выверять в плане по шнуру и в профиле с помощью визирок, помещенных с обоих концов блока.

Швы в стыках между блоками заполняют цементопесчаным раствором состава 1:2. Через каждые 10-15 м необходимо устраивать швы расширения, в которые закладывают строганые доски толщиной 15-20 мм. Монтажные петли на блоках отгибают или срезают.

После установки сборных железобетонных блоков пазухи упорной призмы засыпают щебнем фракции 40-70 мм слоями толщиной 10 см с послойным его уплотнением ручными трамбовками.

При устройстве упорной призмы придерживаются следующих допусков относительно проектных размеров: глубина траншеи ±10 %, ширина ее ±5 см; толщина слоя щебеночной подготовки ±10 %; положение блоков в плане после установки, превышение одного блока над другим на стыках и величина зазора между блоками ±5 мм.

После установки бетонного упора на него необходимо нанести размеры сборных элементов укладываемой конструкции и перенести их на поверхность откоса по образующим, перпендикулярным к опорной линии с обозначением осевых линий разбивочными колышками. Для решетчатых конструкций с диагональным расположением элементов разбивку осуществляют по диагонали ячеек. Элементы конструкций следует укладывать снизу-вверх. Сменная захватка должна соответствовать участку откоса, укрепленного на полную высоту.

При монтаже решетчатых конструкций треугольной конфигурации элементы наращивают рядами. Необходимое удлинение верхних рядов на криволинейных участках (конусах путепроводов) компенсируют путем увеличения зазоров в стыках. Ромбическую конструкцию монтируют в диагональном направлении снизу-вверх.

После укладки элементов решетчатых конструкций их объединяют в узлах покрытыми битумом металлическими штырями диаметром не менее 10 мм и длиной не менее 0,5 м или скобами, которые забиваются вручную. Для железобетонных сваек предварительно бурят отверстия заданного диаметра и глубины мотобуром типа Д-10 или другим буровым инструментом. Стыки необходимо омоноличивать цементным раствором (состав 1:2) после окончания монтажных работ. Бетонные поверхности в стыках смачивают предварительно водой, затем уплотняют штыковкой и поверхности заглаживают мастерком. После монтажа решетчатых конструкций ячейки необходимо заполнить предусмотренным проектом материалом, который подают автомобильным краном.

Почвенный грунт, щебень и цементогрунт на откосах высотой до 6 м и крутизной 1:1,5 следует сдвигать с обочины и разравнивать откосопланировщиком, затем досыпать нужный материал или выбрать лишний вручную. Толщина слоя из цементогрунта и щебня в ячейке должна на 2-3 см превышать высоту сборного элемента (запас на уплотнение). После планировки цементогрунт и щебень необходимо уплотнить ручными трамбовками или виброплощадками.

При гидропосеве трав непосредственно на грунт откоса сборные элементы решетчатой конструкции должны быть утоплены в предварительно разрыхленную поверхность откоса на глубину, равную 0,9-1,0 толщины элемента.

Плиты укладывают на прослойку из геотекстильного нетканого материала или щебеночное основание в зависимости от особенностей конструкции, обусловленной проектом, которое устраивают путем распределения и уплотнения на поверхности откоса слоя щебня, предварительно заготовленного у бровок насыпей и выемок. С помощью бульдозеров щебень сталкивают вниз и равномерно распределяют.

Уплотняют слой щебня катками, площадочными вибраторами или механическими трамбовками. Укладка щебня при отрицательных температурах разрешается только на откосе из несмерзшихся несвязных грунтов. При этом щебень необходимо укладывать в сыпучем состоянии.

Для подъема плит автомобильные краны оборудуют траверсами с попарно разноплечими монтажными тросами или цепями со стальными крюками.

Монтаж плит ведут рядами снизу-вверх по поверхности откоса в определённой последовательности. Краном плиту снимают с автомобиля или берут из штабеля и стрелой грубо наводят на место укладки. Затем опускают ее вниз таким образом, чтобы подошва оказалась на 3-5 см ниже верха уложенных смежных плит. Движением стрелы плиту направляют так, чтобы ее поперечная грань соприкасалась с поперечной гранью уложенной плиты. Движением стрелы «на себя» уменьшают до минимума зазор в продольном шве между укладываемой и уложенной плитами. Затем плиту опускают на прослойку из геотекстиля или щебеночное основание так, чтобы она коснулась их одновременно всей подошвой.

При использовании геотекстильных материалов взамен щебеночного основания или устройства обратного фильтра из зернистого материала под бетонными плитами на подтопляемых откосах полотна из геотекстильных материалов укладывают параллельно бровке откоса снизу-вверх, причем нижнее полотно геотекстиля укладывают под бетонные блоки упорной призмы с выводом конца полотна за пределы блока на 0,2 м. Полотна геотекстиля на поверхности откоса укладывают с закреплением его кромок деревянными или металлическими штырями. При укладке геотекстиля под решетчатыми покрытиями на участках временного подтопления смежные полотна соединяют битумной мастикой, сваркой или сшивкой.

Укрепление откосов монолитными бетонными покрытиями проводят по щебеночной или песчаной подготовке. Для подачи бетонной смеси на поверхность откоса используют краны, оборудованные бункерами с затворами. Распределяют смесь по поверхности откоса откосопланировщиками, работающими с верхней и нижней стоянок.

Смеси уплотняют двумя-тремя проходами виброрейки, продвигаемой по направляющим, выставленным с помощью геодезических приборов.

Рабочие смеси для укрепления откосов методом пневмонабрызга приготавливают из цемента, песка, щебня или гравия. Сухие смеси должны быть использованы в течение 2-4 часов с момента их приготовления. Смеси выгружают из автомобилей-самосвалов в накопительные бункеры или на металлические листы (во избежание попадания грунта или скальной породы) с последующей перегрузкой в бункеры бетоншприцмашины, обеспечивающей их смешение с водой, подаваемой от насосной станции, укладку и уплотнение. Добавки-ускорители схватывания и твердения цемента в рабочие смеси для пневмонабрызга следует вводить вместе с водой затворения.

В связи с линейным характером укрепительных работ на объектах дорожного строительства комплект машин и механизмов для пневмонабрызга рекомендуется размещать на автоприцепе, предусмотрев возможность получения электроэнергии и воздуха от электростанций и передвижных компрессорных установок.

Основные операции на поверхности скального или грунтового откоса рабочие выполняют, находясь в специальной подвесной люльке на выносной стреле шарнирных автогидроподъемников. Рабочий управляет соплом, шарнирно закрепленным в люльке.

Процесс пневмонабрызга необходимо начинать с увлажнения через сетку подготовленной скальной поверхности с помощью воздушно-водяной струи. Расстояние от среза сопла до укрепляемой поверхности должно составлять 0,9-1,1 м, а струю бетона следует направлять перпендикулярно к поверхности откоса. Для равномерного распределения слоя защитного покрытия оператор в процессе набрызга должен перемещать сопло одновременно вкруговую и в горизонтальном направлении. Толщина образуемого слоя обратно пропорциональна скорости таких перемещений. В первую очередь заполняют углубления на поверхности и выравнивают «рваный» профиль выемки.

Укрепление поверхности откосов из скальных легко выветривающихся, выветрелых пород, крупнообломочных размягчаемых пород (например, аргиллитов, алевролитов, сланцев и т. п.) необходимо осуществлять по металлической монтажной сетке, сортамент которой устанавливается проектом. Монтажная сетка крепится за пределами бровки откоса несущими анкерами, а на поверхности откоса - монтажными штырями.

После нанесения материала монтажная сетка должна быть утоплена в набрызг-материале. Толщина слоя облицовки над сеткой - не менее 20 мм. Пневмонабрызг следует осуществлять по возможности непрерывно.

Песчаные откосы и придорожные полосы в районах песчаных пустынь укрепляют розливом жидких вяжущих материалов в следующем порядке: приготовление на стационарной базе жидких вяжущих материалов; доставка вяжущих материалов к месту работ; приготовление рабочего состава; распределение рабочего состава (медленно распадающаяся битумная эмульсия) по закрепляемой поверхности.

Агрегат для розлива эмульсии состоит из тягача, размещенного на нем разбрызгивателя в виде дождевального аппарата и мотопомпы (пожарного автомобиля со сменными шлангами длиной до 250 м и брандспойтом), приемной цистерны вместимостью 10-15 м3, установленной на пневмоколесной тележке, сцепленной с тягачом. Площадь розлива с одной стоянки составляет около 3 га.

ГЛАВА 7. Возведение земляного полотна в горных условиях

7.1. Особенности возведения земляного полотна в горной местности

Для горного рельефа характерны чередование хребтов или горных массивов с долинами и межгорными впадинами, резкие колебания высотных отметок не менее чем на 500 м, наличие горных склонов различной крутизны.

В отличие от земляного полотна в равнинной местности земляное полотно горных дорог часто размешается на склонах; высокие насыпи чередуются с глубокими выемками и полувыемками; конструкция земляного полотна нередко предусматривает строительство крупных и сложных специальных сооружений; постройку земляного полотна в скальных грунтах ведут взрывным способом. Стоимость этих работ достигает 55-60 % общей стоимости дороги. Общие особенности производства работ при строительстве автомобильных дорог в горной местности состоят в следующих отличиях.

Важнейшие для строительства факторы могут резко изменяться на очень коротких отрезках склонов. Под воздействием денудационных процессов, снежных лавин, селей, обвалов, оползней, сейсмических и других явлений участки земляного полотна горных дорог могут разрушаться. Поэтому на наиболее трудных участках горных дорог строят противообвальные, противооползневые, противоселевые и противолавинные сооружения.

При возведении земляного полотна, как правило, снижается устойчивость подсекаемой или нагружаемой части склона. Наиболее вероятно нарушение устойчивости склонов в оползневых районах, при производстве взрывных работ, при разработке котлованов. В горных условиях возможны резкая перемена погоды; ливни, вызывающие разрушение откосов строящихся насыпей и выемок, катастрофическое повышение уровня горных потоков и сходы селей; оттепели, способствующие образованию снежных лавин. Строительство горных дорог ведется в районах со слаборазвитой сетью железных и автомобильных дорог, что затрудняет создание производственной базы строительства и развития фронта работ. При строительстве земляного полотна в скальных породах и в рыхло-обломочных грунтах необходимо выполнять массовые взрывные работы.

Таблица 7.1

Классификация горных пород по шкале проф. М.М. Протодьяконова

п/п

Степень крепости породы

Породы

Коэффициент крепости пород, f

I

В высшей степени крепкие

Наиболее крепкие, плотные и вязкие кварциты и базальты. Исключительные по крепости другие породы

20 и более

II

Очень крепкие

Очень крепкие гранитовые породы. Кварцевый порфир, очень крепкий сланец. Менее крепкие, нежели указанные выше кварциты. Самые крепкие песчаники и известняки

15

III

Крепкие

Гранит (плотный) и гранитовые породы. Очень крепкие песчаники и известняки. Кварцевые рудные жилы. Крепкий конгломерат. Очень крепкие железные руды

10

III а

Тоже

Известняки (крепкие). Некрепкий гранит. Крепкие песчаники. Крепкий мрамор, доломит, колчеданы

8

IV

Довольно крепкие

Обыкновенный песчаник. Железные руды

6

IVa

Тоже

Песчанистые сланцы. Сланцевые песчаники

5

V

Средней крепости

Крепкий глинистый сланец. Некрепкий песчаник и известняк, мягкий конгломерат

4

Va

Тоже

Разнообразные сланцы (некрепкие), плотный мергель

3

VI

Довольно мягкие

Мягкий сланец. Очень мягкий известняк, мел, каменная соль, гипс. Мерзлый грунт, антрацит. Обыкновенный мергель. Разрушенный песчаник, сцементированная галька

2

VIa

Тоже

Щебенистый грунт. Разрушенный сланец, слежавшийся сланец, слежавшиеся галька и щебень, крепкий каменный уголь. Отвердевшая глина

1,5

VII

Мягкие

Глина (плотная). Мягкий каменный уголь. Крепкие наносы, глинистый грунт

1,0

VIIa

Тоже

Легкая песчанистая глина, лесс, гравий

0,8

VIII

Землистые

Растительная земля. Торф, легкий суглинок, сырой песок

0,6

IX

Сыпучие

Песок, осыпи, мелкий гравий, насыпная земля, добытый уголь

0,5

X

Плывучие

Плывуны, болотистый грунт, разжиженный лесс и другие разжиженные породы, грунты

0,3

Для ориентировочной оценки горных пород, выбора бурильных машин и методов взрывных работ используют классификацию горных пород по коэффициенту крепости f (табл. 7.1). Принято, что порода с прочностью на раздавливание при одноосном сжатии 9,8 × 106 н/м2 имеет коэффициент крепости, равный единице.

7.2. Буровые и взрывные работы. Техника безопасности

Буровые работы. При строительстве дорог в горных условиях для создания полувыемок или выемок взрывным способом предварительно производят буровые работы. Бурением создают взрывные выработки (рис. 7.1) для размещения заряда взрывчатых веществ (ВВ) внутри взрываемой среды. ВВ - химические соединения или механические смеси, которые под действием внешнего импульса (нагревание, удар, искры огня) способны взрываться.

Рис. 7.1. Взрывные выработки:

1 - рукав; 2 - шурф; 3 - котловая скважина; 4 - скважины; 5 - шпур; 6 - зарядные камеры; 7 - рассечка; 8 - штольня

Взрывные выработки подразделяют на шпуры, скважины, котловые шпуры и скважины, рукава, зарядные камеры. Вспомогательными выработками являются вертикальные шурфы сечением 1,0×1,2 м и горизонтальные штольни и рассечки сечением 1,0×1,6 м. Шпуры и скважины бывают вертикальные, наклонные и горизонтальные.

Процесс бурения состоит в разрушении породы и удалении буровой крошки из шпура или скважины. Наиболее распространенными разновидностями механического способа бурения являются шарошечный, пневмоударный и перфораторный. При шарошечном бурении разрушения породы достигают за счет ее окола зубцами конусообразной шарошки, перекатывающейся вокруг оси шарошечного долота под действием приложенного к нему осевого давления.

При ударно-шарошечном бурении над шарошечным долотом устанавливают пневмоударник, который наносит удары по долоту с частотой 1000-2000 в минуту, увеличивая в 1,3-1,6 раза скорость бурения по сравнению с обычным шарошечным. Перфоратор разрушает породу главным образом за счет удара, энергия которого определяется скоростью движения поршня. Число ударов достигает 1500-3000 в минуту. При разрушении породы вращательное движение бура играет второстепенную роль. Буровую мелочь (муку) из скважин и шпуров удаляют промывкой водой или продувкой сжатым воздухом.

Основной на буровых работах является машина шарошечного бурения на базе гусеничного трактора, которая бурит скважины на глубину до 30 м диаметром до 140-150 мм в скальных грунтах, а в нескальных - до 350 мм. Производительность бурения в смену в некрепких скальных породах 40-80 м, в крепких скальных 15-25 м, в нескальных - 120 м. В стесненных условиях применяют станки пневмоударного бурения, позволяющие бурить вертикальные и наклонные скважины диаметром 105 мм. Производительность бурения 15-35 м/смену в зависимости от крепости породы. Глубина бурения до 25-35 м.

Шпуры бурят пневматическими бурильными молотками (перфораторами), работающими с компрессорной станцией производительностью 10 м3/мин. Буровые работы начинают с прокладки тропы и полки. Для обработки откосов, устранения нависей и заколов применяют откосные скважины.

Взрывные работы. Взрыв - быстрое самораспространяющееся химическое превращение ВВ в сильно нагретые (2000-4000 ºС) газы, которые, мгновенно расширяясь, производят работу разрушения, метания и сотрясения.

Различают инициирующие, бризантные и метательные ВВ.

Инициирующие ВВ - гремучая ртуть, азид свинца, тринитрорезерцинат свинца (ТНРС) - обладают самой высокой чувствительностью к внешним воздействиям. Они взрываются от небольшого пламени, удара или трения с большой скоростью и вызывают инициирование (возбуждение взрыва) зарядов других ВВ. Их применяют в изготавливаемых на заводах капсюлях-детонаторах и электродетонаторах, с которыми необходимо обращаться осторожно.

Бризантные ВВ (дробящие) производят работу разрушения, дробления. В обычных условиях они не взрываются от удара, трения и действия огня, вследствие чего удобны для ведения взрывных работ. Самое широкое применение находят аммиачно-селитровые ВВ (аммониты, аммоналы, динамоны, игданиты, гранулиты и зерногранулиты), так как они наиболее безопасны, имеют достаточную мощность и невысокую стоимость. Основной недостаток этих ВВ - гигроскопичность. Однако выпускают специальные сорта гидрофобных аммонитов. Аммониты применяют в порошкообразном и прессованном виде. Например, скальные аммониты в виде прессованных шашек и патронов имеют высокую водоустойчивость. Находят применение и нитросоединения. Тол, его сплавы с гексогеном, 62 %-ный динамит применяют для ведения взрывных работ. Тетрил применяют в детонаторах, а также в шашках в качестве боевиков, тэн - в детонаторах и детонирующем шнуре, гексоген находит применение как составная часть скальных аммонитов и в детонаторах.

Из метательных ВВ (дымный и бездымный порох) при взрывных работах находит применение черный (дымный) порох, составляющий сердцевину огнепроводного шнура. Основная форма превращения пороха в газообразные вещества - взрывчатое горение.

Применяют следующие способы взрывания: огневой, детонирующим шнуром, электрический и электроогневой. В стадии освоения находится способ электрогидравлического взрывания.

Огневой способ применяют для взрывания одиночных зарядов для ограниченного числа разновременно взрываемых зарядов в данной группе, когда взрыв одного из них не может повредить другой заряд.

Средствами взрывания (СВ) служат капсюли-детонаторы в бумажной (рис. 7.2, а) или металлической гильзе (рис. 7.2, б) и огнепроводный шнур (ОШ), служащий для возбуждения взрыва капсюлей-детонаторов. Огнепроводный шнур состоит из сердцевины и нитяных оплеток, покрытых или пропитанных водонепроницаемыми составами. Скорость горения огнепроводного шнура на воздухе примерно равна 1 см/с. Поджигание огнепроводного шнура, срезанного по косой линии, производят тлеющим фитилем или спичкой подрывника, которая не гаснет от ветра.

Взрыв каждого заряда происходит от зажигательной трубки (рис. 7.2, е), представляющей отрезок огнепроводного шнура (не менее 1 м) с закрепленным на одном его конце капсюлем-детонатором, который располагают в заряде или боевике заряда. Если в капсюль-детонатор может попасть вода, место соединения его с ОШ покрывают изоляционной лентой.

Огневому способу взрывания присущи существенные недостатки: пониженные безопасность работ и эффективность использования ВВ при взрыве нескольких зарядов; применение ручного труда. Однако огневой способ взрывания находит применение в связи с его простотой.

Электрический способ взрывания применяют для одновременного взрыва нескольких зарядов или для производства взрыва в точно установленное время. Этот способ более безопасен, но требует довольно сложного оборудования. Для осуществления электрического способа взрывания необходимы электродетонаторы, провода, источники тока, проверочные и измерительные электроприборы.

Электродетонаторы представлены на рис. 7.2 в, г, д. Показанный на рис. 7.2 в, электродетонатор (ЭД) - мгновенного действия, поскольку огонь от воспламенительной головки 8, которая загорается от мостика накаливания 12, непосредственно соприкасается с инициирующим ВВ - гремучей ртутью, помещенной в чашечку 2. На рис. 7.2 г, д показаны электродетонаторы замедленного действия (ЭДЗД) с интервалом замедления от 2 до 50 мс. В тех случаях, когда электровзрывание недопустимо (например, имеются блуждающие токи), для короткозамедленного взрывания применяют детонирующий шнур и пиротехническое реле (рис. 7.2, з). При электроогневом способе взрывания применяют электрозажигательные трубки (рис. 7.2, ж).

Наиболее удобными и распространенными источниками тока являются конденсаторные подрывные машинки. Они удобны при переноске, просты и надежны в эксплуатации. Так, с помощью подрывной машинки КПМ-1 можно взорвать до 100 шт. последовательно соединенных в сеть ЭД при общем сопротивлении сети 350 Ом, параллельно соединенных ЭД до 5 шт. при общем сопротивлении сети 25 Ом. Напряжение на зажимах машинки 150 В.

Электровзрывной сетью называют электродетонаторы и провода, соединяющие их между собой и с источником тока. Применяют сети последовательные, параллельные и смешанные. Электровзрывные сети всегда должны быть двухпроводными. При ответственных взрывах электровзрывную сеть дополнительно дублируют сетью из детонирующего шнура.

Взрывание зарядов ВВ детонирующим шнуром (или бескапсюльное взрывание) осуществляют взрывом введенного в заряд боевика отрезка детонирующего шнура (ДШ), оканчивающегося узлом. Взрывание ДШ производят капсюлем-детонатором зажигательной трубки или электродетонатором, который плотно с ним соединяется. ДШ взрывается со скоростью 6500 м/с. В настоящее время взрывание детонирующим шнуром получило широкое распространение в силу того, что значительно уменьшается опасность работ из-за отсутствия детонатора в заряде, упрощаются работы по подготовке к взрыву, более полно взрываются удлиненные заряды, так как ДШ пропускается через весь заряд, возникает возможность ведения взрывов в увлажненных местах без дополнительных работ по изоляции ДШ.

Рис. 7.2. Средства взрывания:

1 - гильза; 2 - чашечка; 3 - гремучая ртуть; 4- дополнительный заряд тетрила; 5- тетрил; 6 - тетрил, тен или гексоген; 7- тен, тетрил; 8 - воспламенительная головка; 9 - концевики; 10 - пластиковая пробка; 11 - вилочка; 12 - мостик накаливания; 13 - электровоспламенитель; 14 - замедляющий состав; 15 - азид свинца; 16 - отрезок огнепроводного шнура; 17 - сердцевина шнура; 18 - косой срез шнура (для улучшения условий поджигания); 14 - капсюль-детонатор; 20 - зажигательный узел; 21 - промежуточный воспламенитель; 22 - медная гильза; 23 - отверстие в гильзе, заклеенное полоской бумаги; 24 - детонирующий шнур; 25 - алюминиевые колпачки; 26 - жесткая бумажная трубка

Детонирующий шнур предназначен для возбуждения взрыва заряда или серии зарядов ВВ без размещения в них детонаторов. Он находит также применение при дублировании взрывов зарядов, соединенных в электрическую цепь, ДШ водоустойчив, его сердцевина состоит из ВВ (тэна). Сердцевина покрыта нитяными оплетками, пропитанными или покрытыми водостойкими составами. Цвет шнура обязательно красный или белый с красной ниткой. Скважины каждого уступа объединяют ДШ в порядные схемы многорядного короткозамедленного взрывания (рис. 7.3). Взрывание ведут бескапсюльным способом как короткозамедленное с помощью пиротехнического реле.

Электроогневой способ взрывания состоит в инициировании каждого заряда зажигательной трубкой с воспламенением огнепроводного шнура средствами, действующими от электрического тока. Этим способом взрывают с безопасного места, и появляется возможность взрывания зарядов с определенными интервалами замедления.

Рис. 7.3. Порядная схема многорядного короткозамедленного взрывания при помощи ДШ:

1 - электродетонатор; 2 - пиротехнические замедлители КЗДШ-62-2; 3 - детонирующий шнур

Электрогидравлическое взрывание происходит без разлета породы, то есть полностью безопасно.

Взрывание вне зависимости от способа состоит из подготовки к взрыву, изготовления патронов-боевиков, заряжания, забойки и взрыва. Подготовка к взрыву включает буровые работы, оформление исполнительной документации. Патроны-боевики (детонирующие патроны) изготовляют в специально отведенном месте или помещении, расположенном не ближе 50 м от места заряжания. Патроном-боевиком называют упакованное ВВ с введенным в него детонатором или собранным в узел ДШ. Детонатор необходимо надежно закрепить, чтобы исключить возможность его выдергивания при последующем заряжании и забойке заряда ВВ. Опускать боевики в скважину или шпур нужно с помощью специальных устройств без передачи усилия на огнепроводный шнур, ДШ или электрические провода. С боевиками следует обращаться особенно осторожно.

При взрывании ВВ, имеющих пониженную детонационную способность (например, гранулиты и зеррогранулиты), применяют промежуточные детонаторы в виде шашек тротила, тротила-тетрила или скального аммонита. Для заряжания взрывчатыми веществами шпуров и скважин применяют различные средства механизации. Так, для заряжания скважин ВВ применяют машины, обладающие производительностью до 4000 кг ВВ в час. Качество заряжения и безопасность работ при этом существенно возрастают.

Достижения науки и практики взрывных работ позволяют повышать работу взрыва и управлять его действием, применяя короткозамедленное, контурное, направленное взрывание, взрывание скважинных зарядов, разделенных воздушными промежутками.

Короткозамедленное взрывание состоит в том, что группы зарядов или отдельные заряды взрывают поочередно через промежутки, измеряемые сотыми и тысячными долями секунды. Интервал замедления для производства пробных взрывов, по результатам которых этот интервал уточняют,

t к = K в h , где                                                                            (7.1)

К в - коэффициент, меняющийся от 3 для весьма крепких пород до 6 для наиболее мягких пород,

h - линия наименьшего сопротивления по подошве уступа, м.

Короткозамедленное взрывание имеет следующие преимущества: улучшается дробление породы, что повышает производительность землеройной техники и сокращает расход ВВ, уменьшаются заколы, снижается сейсмическое действие взрыва вследствие возможности взрывания при интервале замедления, равном половине периода сейсмических волн, уменьшается объем бурения и возникает возможность руководить направлением и формой развала породы. Например, можно так развалить породу, что она сосредоточится в местах работы экскаватора, то есть будет обеспечена необходимая высота забоя и останутся свободные от породы площадки, удобные для разделки негабаритов. Возможно дальнейшее взрывание породы без предварительной экскавации ранее взорванной, что приводит к независимой работе экскаваторов от буровзрывных работ. Особенно эффективно применять этот способ взрывания при образовании выемок, полувыемок и траншей, где достигается экономия буровых работ и ВВ на 15-20 % при одновременном снижении количества негабаритов с 20-30 до 4-5 %.

Контурное взрывание обеспечивает сохранение неразрушенными и строго соответствующими проектным заложениям откосов выемок, полувыемок и траншей. Проектный контур выработки сохраняется за счет размещения по его очертанию холостых скважин (шпуров), скважин с небольшими зарядами ВВ или за счет предварительного образования щели. Повышенный объем буровых работ составляет малую долю экономии получаемой за счет уменьшения скально-экскавационных и подборочных работ.

Направленное взрывание представляет односторонний (направленный) взрыв с перемещением породы на расчетное расстояние и достигается равномерным взрывом рядов зарядов с замедлением. Выброс в нужном направлении достигает 80 % общего объема взорванной породы.

Расстояние между зарядами принимают в этом случае

где                                                           (7.2)

h ср - средняя длина линий наименьшего сопротивления первого и второго рядов зарядов, м;

n 1 - показатель действия взрыва зарядов первого ряда (ближнего к основному направлению перемещения породы);

n 2 - показатель действия взрыва второго ряда.

Величины n 1 и n 2 назначают с сохранением условия:

n 2 = n 1 + 0,5                                                                            (7.3)

Расчет остальных параметров взрыва изложен ниже и особенностей не имеет. Направленное взрывание применяют для образования сложных выемок или для перемещения грунта косогоров в насыпи, полунасыпи, дамбы и др.

Взрывание скважинных зарядов , разделенных воздушными промежутками, улучшает равномерность и степень дробления породы, снижает высоту дробления породы, сейсмическое действие взрыва, высоту столба забоечного материала и заколы в глубь массива. При высоте взрываемого слоя до 20 м заряд разделяют на две-три части. Суммарная величина всех воздушных промежутков составляет 0,17-0,35 высоты всего заряда (меньшее значение при крепких породах). Массу заряда ВВ определяют расчетом.

Использование перечисленных способов, особенно в их сочетании, приводит к высококачественному, безопасному и экономичному ведению взрывных работ. Так, например, объединение контурного и короткозамедленного взрывания позволяет максимально приблизить крутизну откосов выемок и полувыемок к запроектированной и обеспечивает их хорошую длительную устойчивость.

Техника безопасности при ведении взрывных работ. Буровзрывные работы выполняют в строгом соответствии с Едиными правилами безопасности ведения буровзрывных работ. Перед началом работ устанавливают и ограждают знаками границы опасной зоны, которую на время взрывов оцепляют постами. Примерный радиус зоны 500 м, принимаемый по расчету или Правилам. При глубине скважин более 10 м дублирование электровзрывной сети обязательно. Расположение шурфов, скважин и камер наносят на исполнительный план взрывного поля. Боевики (детонирующие патроны) устанавливают в заряды в готовом виде. Взрывные работы ведут в строго установленное время, а также по хорошо слышимым сигналам (приготовиться, огонь, отбой), которые всем должны быть хорошо известны.

ВВ хранят в специальных охраняемых складах отдельно от СВ. СВ к месту взрыва переносят в специальной укупорке только подрывники. Все склады должны быть защищены от грозы и иметь телефонную связь с караульным помещением. ВВ и СВ перевозят только на исправных автомобилях, оборудованных красными флажками, со скоростью не более 20 км/ч. Невзорвавшиеся заряды разряжать запрещено. Их взрывают от детонации зарядов, располагаемых невдалеке, при очередном или специальном взрыве. К производству взрывных работ допускают лиц, имеющих Единую книжку взрывника.

7.3. Расчет взрывных работ

Расчет взрывных работ состоит в определении количества зарядов, их расположения и массы. Взрывные работы ведут на рыхление и выброс (сброс).

Расчетные формулы для определения количества ВВ в заряде основаны на эмпирической зависимости этой величины от объема взорванной породы. Если заряд С поместить на глубину h в скальную породу или грунт, в результате взрыва образуется воронка радиусом r 1 . При взрыве увеличенного количества ВВ, помещаемого на ту же глубину h , радиус воронки будет возрастать, принимая значения r 2 > r 1 , r 3 > r 2 и т.д. Следовательно, это отношение может служить показателем действия взрыва

где                                                                                 (7.4)

r - радиус воронки взрыва, м;

h - линия наименьшего сопротивления (ЛНС), т.е. наименьшее расстояние от заряда до дневной поверхности, м.

Заряд, в результате взрыва которого образуется воронка с радиусом r = h (при n = 1), называют зарядом нормального выброса. Объем такой воронки можно принять равным h 3 , а массу заряда выразить формулой

С = K н × h 3 , где                                                                         (7.5)

K н - расчетный расход ВВ для образования воронки нормального выброса в данной породе, кг/м3.

Значение коэффициента Кн в расчете на аммонит 6ЖВ принимают по табл. 7.2. В случае применения других ВВ в расчеты величины заряда вводят коэффициент е, принимаемый по табл. 7.3.

При значениях n , отличных от единицы, формулы изменятся. По экспериментальным данным для расчета зарядов выброса при h < 25 м

C = K н eh 3 (0,4+0,6n3);                                                             (7.6)

расстояние между зарядами

a = 0,5 h ( n + l );                                                                          (7.7)

расстояние между рядами зарядов

b = 0,85a = 0,43h(n+l).                                                           (7.8)

По формуле (7.5) устанавливают необходимое число рядов взрывов для образования траншеи заданной ширины. Видимая глубина траншеи при взрывах на выброс, которые ведут при n = 2, в скальных породах примерно равна 0,9 h и в нескальных 1,2 h . При выбросе породы из траншеи примерно 0,2 выброшенного грунта располагается у ее кромок в полосе шириной 10 h с обеих сторон траншеи. При взрывах на местности, имеющей уклон более 20°, вся порода ложится с низовой стороны траншеи. Количество ВВ в таком заряде

где                                          (7.9)

α - угол отклонения ЛНС от вертикального расположения скважин или шпуров, град.

Ряды зарядов в этом случае смещаются от оси в сторону косогора так, чтобы створ воронки не выходил за проектное очертание низового откоса выемки.

Таблица 7.2

Расчетный удельный расход взрывчатого вещества (аммонит 6ЖВ)

Порода

Группа (категория) грунтов и пород по классификации СНиП

Коэффициент крепости пород по шкале проф. М.М. Протодьяконова

Средняя плотность породы, кг/м3

Расчетный расход ВВ для зарядов, кг/м3

рыхления q р

выброса q в

Песок

1

1500

-

1,6-1,8

Песок плотный или влажный

I - II

-

1650

-

1,2-1,3

Суглинок тяжелый

II

-

1750

0,35-0,4

1,2-1,5

Глина ломовая

III

-

1950

0,35-0,45

1,0-1,4

Лесс

III - IV

-

1700

0,3-0,4

0,9-1,2

Мел, выщелоченный мергель

IV - V

0,8-1,0

1850

0,25-0,3

0,9-1,2

Гипс

IV

1,0-1,5

2250

0,35-0,45

1,1-1,5

Известняк-ракушечник

V - VI

1,5-2,0

2100

0,35-0,6

1,4-1,8

Опока, мергель

IV - VI

1,0-1,5

1900

0,3-0,4

1,0-1,3

Туфы трещиноватые, плотные, тяжелая пемза

V

1,5-2,0

1100

0,35-0,5

1,2-1,5

Конгломерат, брекчии на известковом и глинистом цементе

IV - VI

2,3-3,0

2200

0,35-0,45

1,1-1,4

Песчаник на глинистом цементе, сланец глинистый, слюдистый, серицитовый мергель

VI - VII

3,0-6,0

2200

0,4-0,5

1,2-1,61

Доломит, известняк, магнезит, песчаник на известковом цементе

VII - VIII

5,0-6,0

2700

0,4-0,5

1,2-1,8

Известняк, песчаник, мрамор

VII - IX

6,0-8,0

2800

0,45-0,7

1,2-2,11

Гранит, гранодиорит

VII - X

6-12

2800

0,5-0,7

1,7-2,11

Базальт, диабаз, андезит, габбро

IX - XI

6-18

3000

0,6-0,75

l ,7-2,2

Кварцит

X

12-14

3000

0,5-0,6

1,6-1,9

Порфирит

X

16-20

2800

0,7-0,75

2,0-2,2

Таблица 7.3

Переводные коэффициенты е ( k вв ) для расчета эквивалентных зарядов ВВ по идеальной работе взрыва (эталон - аммонит 6ЖВ)

ВВ

е ( k вв )

ВВ

е ( k вв )

Гранитол-1

1,15

Аммонит 6ЖВ

1,00

Гранитол-7А

0,96

Граммонит 79/21

1,0

Карбатол ГЛ-10В

0,79

Граммонал А-50

1,08

Гранулит С-6М

1,11

Ифзанит Т-80

1,08

Скальный аммонит № 1

0,80

Ифзанит Т-60

1,10

Алюмотол

0,83

Гранулотол*

1,20

Гранулит АС-8

0,89

Ифзанит Т-20

1,20

Аммонал-200

0,90

Карбатол 15Т

1,42

Детонит М

0,82

Акватол Т-20

1,15

* На основании практических данных треста Союзвзрывпром при взрывании гранулотола на рыхление следует принимать е = 1,0.

Взрывание на сброс для образования полувыемок при α от 20 до 60° производят, как и на выброс, определяя С по формуле (7.9) и располагая заряды с учетом косогорности. Взрывание на рыхление, обеспечивающее нормальное дробление, ведут зарядами

C = 0,5 K н eh 3                                                                           (7.10)

расстояние между ними

a = (0,8-1,2) h ;                                                                        (7.11)

расстояние между рядами зарядов

b = 0,85а.                                                                               (7.12)

Если ЛНС отклонена от вертикали до 40-45º, значение коэффициента Кн в формуле (7.7) принимают по интерполяции от 0,5 при α = 0º до 0,2 при α = 45°. Расчет скважинных (удлиненных) зарядов производят также на основе объемного метода. Масса такого заряда

С = 1/3 × Кн × е × h × а × Н , где                                                           (7.13)

h - линия наименьшего сопротивления (ЛНС), м;

а - расстояние между зарядами в ряду, м;

Н - высота забоя, то есть проектная высота взрываемого слоя, м.

Величина ЛНС может быть принята равной 32 d - при взрывании легкодробимых пород; 25 d - при взрывании среднедробимых и 20 d - при взрывании труднодробимых пород ( d - диаметр скважин). Эта величина может быть определена и по имеющимся расчетным формулам. Диаметр скважин назначают по табл. 7.4.

Таблица 7.4

Характеристика пород

Диаметр скважин, мм, в зависимости от объема ковша экскаватора, м3

0,65-0,8

1,0-1,25

1,6

Легкодробимые

150

150

200

Среднедробимые

80

110

150

Труднодробимые

80

110

110

Расстояние между скважинными зарядами

a = (l - 2)h.                                                                             (7.14)

Для полного разрушения скальной породы до отметки основания взрываемого слоя скважины разбуривают ниже этой отметки. Величину перебура принимают

l = ( l 0 ¸ 15) d ,                                                                         (7.15)

тогда общая глубина скважины

l = Н + ∆ l .                                                                               (7.16)

Длину части скважины l 3 , занятой забоечным материалом, назначают

l 3 = (20-25) d                                                                           (7.17)

или

l 3 = h ;                                                                                      (7.18)

расстояние между рядами скважин

b = (0,85-l)h.                                                                          (7.19)

Массу шпурового заряда С определяют по формуле (7.10).

Расстояние между рядами шпуров

b = 085 h .                                                                                (7.20)

7.4. Технология производства земляных работ в скальных грунтах. Контроль качества

Основы технологии производства земляных работ в скальных грунтах. Возведение земляного полотна автомобильных дорог в скальных грунтах включает устройство пешеходной тропы, обеспечение рабочего проезда и образование земляного полотна полного профиля.

Устройство пешеходной тропы, располагаемой по возможности ближе или непосредственно на трассе строящейся дороги, необходимо для осмотра мест проложения дороги перед принятием решения по организации работ, для размещения рабочих в местах сосредоточенных работ, предназначенных к выполнению в первую очередь. Тропа служит также для выноса и закрепления трассы строящейся дороги. Во многих случаях прокладка пешеходной тропы вблизи трассы строящейся дороги оказывается невозможной. В наиболее труднодоступные места пешеходную тропу прокладывают от пионерной дороги, проведенной обычно в обход таких мест. Иногда для прокладки тропы и обрушения нависающих неустойчивых камней рабочие работают подвязанные веревками, с использованием снаряжения скалолазов.

Обеспечение рабочего проезда необходимо на всем протяжении дороги или в крайнем случае на протяжении участка, работы на котором должны быть развернуты в текущем году. Пионерную (построеч ную) дорогу прокладывают по пойме реки с простейшей конструкцией проезжей части и водопропускных сооружений (рис. 7.4).

Рис. 7.4. Конструкция пионерной дороги над фильтрующей насыпью:

а - поперечный разрез; б - продольный разрез; 1 - гравийный материал; 2 - галька размером 70-120 мм; 3 - берма шириной 1 м; 4 - слой крупного валуна размером 200-500 мм; 5 - естественный гравелистый грунт

Наличие незатопляемых пойм в руслах рек позволяет решить задачу преодоления горной недоступности приведенным способом. Однако такие возможности встречаются нечасто. В других случаях рабочий проезд обеспечивают: а) за счет скальных работ по уширению пешеходной тропы, если дорога располагается в полувыемке (рис. 7.5, а); б) устройством сухой кладки из камня, если при проложении трассы дороги предусмотрена постройка подпорной стенки и кладка в настенном пространстве (рис. 7.5, б); в) комбинацией решений по пунктам а и б; г) выносом рабочего проезда на временные эстакады, полубалконы, балконы.

Рис. 7.5. Поперечные профили горных дорог:

а - в полу выемке; б - в полувыемке-полунасыпи; 1 - скальный козырек, подлежащий удалению; 2 - скальный массив; 3 - контрфорс, устраиваемый для обеспечения устойчивости нависающих частей скального массива; 4 - каменная кладка на цементном растворе или бутобетон; 5 - сухая кладка; 6 - слой бетона шириной 0,4 м; 7 - срезка грунта

Обеспечение рабочего проезда за счет скальных работ осуществляет специальная бригада подрывников с двумя бульдозерами. Трудные условия работы нередко требуют помощи второго бульдозера. Необходимость взаимной помощи увеличивается, когда оставлены негабариты, для сбрасывания которых под откос нужно усилие двух бульдозеров. Все эти особенности привели к практическому правилу - ставить на работу вместе или на малом удалении один от другого не менее двух бульдозеров, которые располагают на безопасном расстоянии от места ведения взрывных работ. При работе в скальных породах гусеницы бульдозера ограждают стальными щитками, привариваемыми по бокам рамы отвала.

Взрывные работы ведут методом взрыва скважинных зарядов или мелкошпуровым методом. Шпуры бурят мотоперфораторами, а скважины - с помощью буровых передвижных станков. Уширение пешеходной тропы взрывами мелкошпуровым методом с уборкой взорванной породы бульдозерами применяют из-за его простоты, минимального сейсмического действия, а главное из-за малой массы бурового оборудования, что обеспечивает большую маневренность и оперативность в работе в различных горных условиях. При устройстве полки рабочего проезда по этому способу проводят разбивочные работы с закреплением сетки шпуров, бурение, зарядку, взрывание и уборку взорванной породы.

Глубина шпуров составляет обычно 1,0-1,1 толщины взрываемого слоя, а при расположении взрываемого слоя на более мягкой породе уменьшается до 0,7-0,9 толщины слоя. Основной недостаток этого способа - большой объем бурения на единицу разрушаемой породы. Однако неоценимым его достоинством является сохранение устойчивости скальных пород. В связи с тем что способ короткозамедленного взрывания скважинных зарядов, являясь более производительным, обеспечивает достаточную устойчивость скальных пород, применение мелкошпурового взрывания ограничивается.

При обеспечении рабочего проезда сухой каменной кладкой показанные на рис. 7.5, б пунктиром острые скальные выступы, представляющие собой верхние выветрелые слои, обычно легко разрабатывать. Камень, получаемый в результате разборки скалы, используют для сухой кладки. Ее необходимо выложить так, чтобы в последующем она не мешала строить низовую подпорную стенку при сохранении движения по ней построечного транспорта. Под каменную стенку сухой кладки подрабатывают требуемое основание, а иногда заменяют грунтовую часть земляного полотна каменной выкладкой.

Обеспечение рабочего проезда по полубалконам, балконам и временным эстакадам осуществляют на наиболее сложных участках скальных обрывов и в местах преодоления глубоких скальных каньонов. Временные полубалконы устраивают простейших конструкций с использованием различных профилей металла, например двутавров. Балками перекрывают местные сужения в скальной полке, а проезжую часть устраивают деревянной. Участки трассы рабочего проезда, проходящие по полубалконам и балконам, обязательно ограждают тщательно закрепленными колесоотбойными бревнами, а также перилами.

Временные эстакады вместо мостов сооружают там, где строительство постоянных мостов требует неопределенного времени или задерживается по каким-либо другим причинам. В этих случаях строят временные, но нередко весьма высокие эстакады из подручного материала, имеющегося у строителей. Во всех случаях переходов через ручьи и водотоки, как правило, устраивают временные искусственные сооружения выше по течению тех мест, которые предназначены для постройки постоянного моста. Однако, если это возможно, постройку временных мостов исключают, а строят постоянные малые мосты или трубы. Для ускорения строительства полки рабочего проезда, постоянные мосты и трубы сооружают на половине ширины дороги.

Разработка скальных пород на всю ширину земляного полотна заключается в выполнении основных объемов скальных работ до 80 % и более. Технология этих работ определяется типом поперечного профиля; наличием и типом специальных сооружений; геологическими или гидрогеологическими условиями, определяющими степень устойчивости склона; технологией взрывных работ и возможностью дальнейшего использования взорванной породы; направлением перемещения породы - поперечным или продольным.

Основными типами поперечных профилей являются полувыемка и полувыемка-полунасыпь с преимущественным решением по удержанию полунасыпи низовыми подпорными стенками. Встречаются также выемки, чаще всего короткие, которые иногда по техническим условиям раскрываются, и насыпи.

Разработку полувыемок в скальных грунтах начинают с верхнего уступа проектного поперечника. Вначале пробивают полку рабочего проезда шириной 3,5 м. Такая ширина полки обеспечивает возможность прохода буровых машин для разбуривания скважин и машин для последующего подвоза и заряжения ВВ. Взрывы скважинных зарядов производят на рыхление или сброс скальной породы до уровня проектных отметок земляного полотна последовательно по уступам. Взрывные работы выполняют специализированные организации.

Скальные породы при мощности слоя до 3,0-3,5 м взрывают шпуровым методом, при большей мощности - скважинными зарядами. Эффективность буровзрывных работ повышается, а количество негабаритов становится меньше, если применять одновременно скважинные и шпуровые заряды, расположенные между скважинами.

После взрыва на сброс остается 10-12 % разрыхленной породы, которую убирают под откос поперечными проходами бульдозеров.

Взрывание скальной породы в выемках в случае достаточной устойчивости и экономической целесообразности производят оконтуренным взрывом на выброс. При этом существенно сокращают сроки работ. Грунт из выемки направляют в одну или две стороны, а общее количество породы, подлежащей уборке после взрыва, не превышает 15-20 % общего объема. По условиям безопасности работ при взрывах на рыхление экскаваторный забой не должен быть больше чем на 1-2 м максимальной высоты резания для данного экскаватора.

Разработку выемок и полувыемок глубиной более 6-8 м выполняют в несколько ярусов по высоте, включая и буровзрывные работы, так как взорванная порода может слежаться. Для повышения производительности работы экскаваторов и транспортных средств буровые работы ведут в две-три смены.

При комплектовании механизированных отрядов каждым двум экскаваторам придают один бульдозер, который заблаговременно готовит площадки для экскаваторов и подъезды для автомобилей. Каждые две бурильные машины обслуживает одна передвижная компрессорная станция. Встречающиеся во взорванной породе негабариты отодвигают в сторону экскаватором и укладывают вдоль откоса выемки и полувыемки. Негабариты при очередном взрыве взрывают шпуровым способом. Бульдозер, который после взрыва расчищает проезд для экскаваторов и автомобилей-самосвалов, перемешает к экскаватору породу от взорванных негабаритов.

При работе в скальных породах учитывают, что объемы разрабатываемого скального грунта меняются по протяжению дороги. Малые объемы работ выполняют, как правило, в верхних выветрелых слоях породы; значительные объемы приводят к необходимости разработки крепких слоев скалы. В связи с этим и с учетом наличия сложных специальных сооружений возникает частое чередование линейных и сосредоточенных работ, приводящее иногда к тому, что весь участок дороги, проходящий в скальных грунтах, относят к сосредоточенным работам.

Машины при работе в скальных грунтах развивают большие усилия, чем при разработке рыхлых грунтов. В связи с этим перемещение под откос взорванной скальной породы более успешно выполняют бульдозеры на тракторе или экскаваторы с вместимостью ковша более 1 м3.

Основным способом разработки скальных грунтов в настоящее время является взрывание. Однако взрывание имеет ряд отрицательных сторон. Поэтому в последнее время в России и за рубежом активно применяют способ рыхления горной породы тракторными одностойковыми рыхлителями. Таким образом, иногда непосредственно экскаваторами и ковшами активного действия можно разрабатывать сцементированные щебенистые массы, сланцы, мягкий известняк, мергель, сильно трещиноватые и сильно выветривающиеся прочные скальные породы. Для рыхлителей необходим гусеничный трактор мощностью 220-330 кВт и выше. Стоимость рыхления при этом снижается на 40-80 % по сравнению с взрывным способом. Важное значение для повышения производительности землеройных машин имеет наибольший размер куска породы. Механическое рыхление обеспечивает требуемое качество размельчения, однако этот способ не эффективен для экскаваторов из-за малой мощности разрыхленного слоя (0,2-0,8 м). Целесообразно в таких случаях разрыхленную скальную породу разрабатывать бульдозерами, мощными скреперами и погрузчиками в комплекте с бульдозерами и автомобилями-самосвалами (если необходима продольная возка).

Особенности контроля качества работ. Проект производства работ (ППР) по сооружению земляного полотна в горной местности устанавливает очередность и сроки выполнения работ, меры сохранения устойчивости, индивидуальные подробные технологические решения, составляемые по рабочим чертежам. Контроль качества включает прежде всего проверку обеспечения устойчивости земляного полотна в процессе строительства и безопасность ведения работ, тщательность соблюдения технорабочего проекта и ППР, обеспеченность всех технологических операций машинами, выполнение работ в установленной последовательности по местам работ, по местам расположения отвалов грунта и по времени выполнения работ. Все эти меры контроля направлены на сохранение устойчивости склонов, откосов, сооружений, то есть на обеспечение главного показателя качества строительства земляного полотна в горной местности.

Выемки на крутых косогорах и оползневых склонах, котлованы под подпорные стенки следует открывать только после проведения специальных защитных мероприятий и в установленной последовательности по фронту работ, по способам их выполнения (экскавация или взрывы, мощность взрывов и их последовательность и т.д.) и по местам отвалов грунта.

Верхняя часть насыпей (до 1 м по высоте) не должна содержать включений кусков крупнее 250 мм, в остальной части насыпи - не более 2/3 толщины уплотняемого слоя. Влажность суглинистого мелкозема при уплотнении крупнообломочных грунтов должна быть оптимальной, а при уплотнении легко-выветривающихся неводостойких крупнообломочных грунтов должна соответствовать тугопластичной консистенции. Эти грунты уплотняют в два этапа: сначала при помощи решетчатых катков, а затем тяжелых пневмоколесных катков при толщине слоев 0,3-0,4 м.

В мергелях, опоках, аргиллитах, алевролитах, сланцевых глинах и других неустойчивых грунтах верхняя часть насыпи высотой 1,0-1,2 м, а также слои по 0,15-0,20 м на откосах выполняют роль защитных по отношению ко всей насыпи.

Основным способом контроля является производственный текущий контроль таких показателей, как правильность размещения осевой линии в плане и профиле; правильность разбивки поперечных профилей, плотность естественного основания, однородность и плотность грунта в слоях насыпи, устойчивость отдельных скальных напластований (при необходимости).

Степень уплотнения крупнообломочных грунтов при содержании более 60 % крупных обломков считают достаточной, если осадка составляет 10-12 % для верхней части насыпи толщиной 1,0-1,2 м и 8-10 % для остальной ее части.

7.5. Строительство противооползневых сооружений

Комплексные противооползневые мероприятия. Принцип использования комплексных решений для борьбы с оползневыми явлениями на автомобильных дорогах является, как показала практика, единственно возможным для достижения положительного результата. Разработка проектных решений в виде комплекса противооползневых мероприятий основана на тщательном изучении результатов инженерно-геологических изысканий и данных оценки устойчивости склонов и откосов в рамках рассмотренных расчётных схем. Комплекс мероприятий проектируют и осуществляют с целью устранения или недопущения развития оползневых процессов и направлен он против основной причины и сопутствующих факторов, которые в той или иной степени влияют на развитие оползней в каждом конкретном случае. Комплекс включает следующие мероприятия: конструктивные, технологические и эксплуатационные.

К конструктивным относятся решения по регулированию подземного и поверхностного стока (дренажи, водоотводные канавы), укреплению склонов и откосов; удерживающие противооползневые сооружения в виде подпорных стенок, буронабивных или забивных свай, анкерных затяжек, контрфорсов, контрбанкетов, армогрунтовых композиций.

Технологические мероприятия включают общую и частные технологии, последовательность их использования и оснащение необходимой техникой.

Эксплуатационные мероприятия включают профилактические и ремонтные работы для обеспечения нормального функционирования участка автомобильной дороги в пределах оползневого склона и прежде всего дренажных и водоотводных сооружений, а также удерживающих конструкций.

Базой создания комплекса противооползневых мероприятий являются инженерные конструкции различного назначения. Вариантное проектирование комплекса осуществляют с учётом следующих требований: вариант должен быть экономичным и не вызывать сомнений в возможности реализации предлагаемых конструктивных решений имеющимися у строительной организации технологическим оборудованием и материалами; производство работ по комплексу противооползневых мероприятий не должно сдерживать или влиять на общий темп строительства или реконструкции дороги. Комплекс противооползневых мероприятий должен обязательно учитывать региональные инженерно-геологические условия строительства и выбранный принцип проектирования, то есть характер расположения земляного полотна на инженерно-геологических элементах рельефа. Наконец, в комплексе проектных решений необходимо предусматривать также и временные мероприятия для обеспечения безопасного ведения земляных работ и предотвращения возникновения оползневых деформаций во время строительства. Каждый вариант комплекса противооползневых мероприятий с учётом рассмотренных соображений должен включать общий принцип борьбы с оползневыми явлениями на конкретном участке проектируемой дороги и частные решения в соответствии с конкретными условиями строительства и региональными инженерно-геологическими особенностями территории.

Если подобные условия в сочетании с инженерно-геологическими особенностями многократно повторяются по всей трассе, целесообразно разрабатывать комплекс из типовых решений для данных условий, привязка которых осуществляется к каждой из индивидуальных конструкций земляного полотна в пределах сферы его взаимодействия с геологической средой.

Когда встречаются специфические условия по сравнению с типичными, например, проложение трассы по активному оползневому склону, возникает необходимость разработки индивидуального для данного участка комплекса противооползневых мероприятий, который может существенно отличаться от применённых ранее решений на данной дороге по номенклатуре конструкций, их мощности, стадийности и технологии их осуществления.

В зависимости от характера строительства (новая дорога, реконструкция существующей, ликвидация последствий оползневых явлений на эксплуатируемых дорогах) в комплексе противооползневых мероприятий должны быть учтены особенности, которые помимо инженерно-геологических условий диктуются технологическими возможностями осуществления и задачами охраны и зашиты окружающей среды.

Практика показала, что при разработке и назначении комплекса противооползневых мероприятий встречаются два различных принципиальных подхода. Первый из них характерен и целесообразен, как правило, для таких условий, когда по экономическим или административным соображениям трасса дороги прокладывается по кратчайшему расстоянию, резко сечёт рельеф (лобовое сечение). Конструкции земляного полотна приходится располагать в глубоких выемках или высоких насыпях. Комплекс мероприятий в таких случаях, как правило, не содержит удерживающих конструкций, а предусматривает системные решения по регулированию поверхностного и подземного стока, назначение рациональной, но устойчивой конфигурации откосов насыпей и выемок, специальные конструкции по регулированию активной зоны в поверхностных слоях откосов, защиту их от эрозии.

Второй подход в наибольшей степени соответствует условиям проложения трассы по склонам. В этом случае практически невозможно обойтись без использования удерживающих конструкций различного назначения в сочетании с регулированием подземного и поверхностного стока, планировочными работами на склонах, зашитой от выветривания, эрозии и абразии.

В рамках каждого из рассмотренных подходов к выбору и назначению комплекса противооползневых мероприятий необходима разработка нескольких конкурентно-способных вариантов с целью обоснования оптимального решения, удовлетворяющего всем требованиям, предъявляемым к комплексу, в том числе региональным особенностям и условиям проложения трассы автомобильной дороги. При этом ни в коей степени недопустим автоматический перенос таких решений из одного региона на другой.

Кроме того, при проектировании комплекса противооползневых мероприятий необходимо учитывать не только степень сложности инженерно-геологических условий, но и степень их изученности, что во многих случаях имеет определяющее значение для использования некоторых видов противооползневых конструкций. Так например, отдельные типы дренажных конструкций в качестве единственных и основных решений целесообразны только при хорошо изученных гидрогеологических условиях и при наличии выдержанных уровней подземных вод, иначе эффективность дренажей может быть значительно ниже ожидаемой, что снизит противооползневый эффект всего комплекса.

Особые требования предъявляются к комплексу противооползневых мероприятий, когда он должен быть реализован на эксплуатируемых дорогах для ликвидации последствий оползневых процессов. Сложность осуществления комплекса таких мероприятий связана с аварийной ситуацией, поэтому предлагаемые решения должны быть абсолютно надёжны, технологически осуществимы в сжатые сроки, безопасны с точки зрения строительно-монтажных работ при эксплуатации аварийного участка. Номенклатуру конструкций такого противооползневого комплекса следует назначать также на основе результатов анализа причин возникновения оползней на данном участке дороги и не повторять допущенных ранее просчётов и ошибок, приведших к аварийной ситуации.

В ряде случаев, например, в горных районах, когда автомобильная дорога проходит по единственно возможному направлению и по инженерно-геологическим условиям, возможно возникновение крупномасштабных оползней и даже обвалов с объёмами в 1 млн. м3 борьба с которыми известными методами практически малоэффективна, а иногда и просто невозможна, комплекс мероприятий должен иметь совершенно иную направленность. Здесь необходимо разрабатывать систему организационно-технических и эксплуатационных мероприятий по предупреждению и предотвращению катастрофических последствий. В комплексе таких мероприятий, в частности, должно быть предусмотрено:

заблаговременное определение протяжённости распространения и поражённости оползнями и обвалами участков дороги (в том числе и в период строительства), а также сферы её взаимодействия с прилегающими площадями, на которых запрещаются строительно-монтажные работы по расширению или реконструкции трассы;

надёжная сигнализация и оповещение по всем участкам дороги, попадающим в опасную зону.

Методы сигнализации предназначены в таких случаях для предупреждения о начале оползневых подвижек или возрастания опасности оползневых процессов. Наряду с их положительными качествами они имеют ряд существенных недостатков. Методы сигнализации нередко ослабляют бдительность, а иногда ведут к сокращению количества необходимых и реальных мероприятий в комплексе. В некоторых случаях они являются достаточно экономичными, но поскольку не решают задач обеспечения устойчивости, могут рассматриваться лишь как вспомогательные решения.

Рассматриваемый комплекс мероприятий для указанных экстремальных условий должен включать принципы восстановления разрушенных оползнями участков дороги и прилегающих территорий, а также план организации по аварийным и другим неотложным работам по мобилизации людских ресурсов, техники, материалов. В определённых условиях, когда давно эксплуатируемая автомобильная дорога подвергается систематическим разрушениям в результате активизации оползней и в то же время реконструкция и противооползневые мероприятия являются чрезвычайно сложным решением, необходимо осуществлять регулярные профилактические мероприятия, которые требуют соответствующей службы эксплуатации, профессиональных знаний, качественного исполнения работ, строительного и эксплуатационного контроля.

Строительство удерживающих противооползневых конструкций. К противооползневым удерживающим конструкциям относятся свайные конструкции (свайные железобетонные столбы, буронабивные сваи, объединенные железобетонным ростверком), массивные подпорные стенки (монолитные железобетонные, сборные), анкерные крепления, армогрунтовые сооружения. Строительство противооползневых удерживающих сооружений начинается с подготовительных и разбивочных работ, которые выносят на местность геометрические параметры запроектированных конструкций.

В период подготовительных работ устраивают построечный водоотвод. Характер основных работ зависит от устройства конкретных сооружений. При строительстве подпорных стенок сначала устраивают грунтовое основание или ростверк из буронабивных (забивных) свай. Саму подпорную стенку выполняют либо из монолитного армированного бетона, либо из сборных блоков с последующим их омоноличиванием.

Использование свайных противооползневых конструкций в дорожном строительстве требует высокой индустриализации. Так, для устройства монолитных железобетонных столбов применяют метод шахтной проходки с креплением свай. Забивные сваи устраивают по известной технологии. Наибольший интерес представляет технология устройства противооползневых буронабивных свай.

На рис. 7.6 и 7.7 представлены схемы свайных конструкций и план строительной площадки, где приведены все основные технологические операции по устройству буронабивных свай. Технология строительства буронабивных свай заключается в следующем.

Рис. 7.6. Обеспечение устойчивости земляного полотна в средней (а) и верхней (б) частях оползневого склона с помощью противооползневых конструкций и буронабивных свай:

1 - ростверк; 2 - низовая подпорная стенка; 3 - анкерные сваи; 4 - дренирующая отсыпка; 5 - оползневый грунт; 6 - верховая подпорная стенка; 7 - буронабивные сваи; 8 - глубокий совершенный дренаж; 9 - застенный дренаж; 10 - коренные породы

Рис. 7.7. План строительной площадки:

1 - армокаркасы; 2 - скважины; 3 - буровая установка; 4 - автомобиль-самосвал; 5 - бадья для бетонной смеси; 6 - кран; 7 - склады обсадных труб; 8 - временный объезд; 9 - временное ограждение; 10 - армокаркас в скважине; 11 - слой щебня толщиной 10 см

До начала работ площадку выравнивают для работы крана и буровых станков. Поперечный уклон площадки не должен превышать 20 ‰. Для облегчения проезда строительной техники на площадке отсыпают слой щебня толщиной 10-15 см. Минимальная ширина площадки, обеспечивающая нормальную работу машин и механизмов, составляет 12 м. При необходимости устраивается временный водоотвод.

Основной операцией является бурение свай, а применяющиеся при этом механизмы можно разделить на две группы: станки вращательного бурения и станки ударного бурения. Первая группа станков применяется в основном в относительно мягких грунтах, не имеющих скальных включений. В остальных случаях предпочтение отдается станкам ударного бурения.

К отечественным станкам вращательного бурения относятся: УРБ-3АМ (диаметр скважины 600 мм, глубина бурения до 30 м); УГБХ-150 (диаметр скважины 800 мм, глубина бурения до 16 м); СО-1200 (диаметр скважины до 1000-1200 мм, глубина бурения до 22 м), работает на базе крана; МПС-1,7, МПС-1,2, МПУ-1,7 и другие станки, применяемые в мостостроении, помимо оснастки для вращательного бурения имеют оснастку для ударно-канатного бурения.

Отечественные станки ударно-канатного бурения помимо указанных выше представлены агрегатами УКС-10, УКС-30, УКС-30М, БУ-10-2М, БС-1М, позволяющими погружать сваи диаметром 450-1200 мм, глубиной до 30 м.

Бурение ведется долотом с опережением установки обсадных труб, которые вводятся в уже готовую скважину. Очередность бурения скважин на оползневых склонах зависит от их активности. Если смешение оползня не превышает 1-2 см/сут, бурение скважин целесообразно начинать на устойчивых участках. Временный разрыв между концом бурения и началом бетонирования не должен превышать 16 ч во избежание обрушения стенок скважин. Обсадные трубы при бурении на активных оползнях, как правило, не извлекают из скважин, и бетонирование осуществляют вместе с ними.

Арматурные каркасы для буронабивных свай доставляют на стройплощадку отдельными секциями длиной 8 м, где и производится их монтажная сборка.

Сваи бетонируют литым бетоном марки 250 через бетонолитные трубы методом восходящего потока (ВПТ). Для защиты бетона от вымывания грунтовыми водами бетонирование свай ведется в чехлах из полиэтиленовой пленки, надеваемой на арматурные каркасы до погружения их в скважины. В тех случаях, когда отсутствуют грунтовые воды, бетонирование осуществляют методом свободного сброса бетонной смеси. Процесс бетонирования методом ВПТ после установки в скважину арматурного каркаса включает: первоначальное заполнение бетонолитной трубы бетонной смесью; непрерывную укладку бетонной смеси; освобождение бетонолитной трубы от смеси после окончания бетонирования. Максимальная скорость движения смеси в трубе не должна превышать 120 мм/с, а перерыв в бетонировании должен быть не больше времени начала схватывания смеси. Прекращение подачи бетона в скважину осуществляется только после полного вытеснения из нее шлама, воды, слабого бетона.

Головную часть сваи бетонируют в инвентарном кондукторе, превышая при этом на 30 см проектную отметку. В процессе строительства буроналивных свай ведется тщательный контроль за бурением скважин, изготовлением и установкой арматурных каркасов, приготовлением бетонной смеси и т.д.

Для сооружения подпорных стенок неглубокого залегания на естественном основании, а также стенок на свайном фундаменте устраивается котлован в виде сплошной продольной выемки. Ширина котлована определяется шириной подошвы сборной конструкции в плане, а для монолитных стенок должен быть обеспечен некоторый запас, необходимый для установки подмостей и опалубки.

Следует отметить, что длина котлована должна быть ограничена по длине небольшими захватками (до 10 м), что позволит избежать подрезки оползневых склонов. Для монтажа подпорных стенок из сборного железобетона используют самоходные стреловые краны на пневмоколесном и гусеничном ходу, а также экскаваторы, снабженные сменным крановым оборудованием. Монтаж стенок небольшой массы (до 5 т) может быть произведен автопогрузчиками. При строительстве монолитных подпорных стенок применяют для подачи бетона краны с бадьями или ленточные транспортеры.

Обратная засыпка котлована за подпорной стенкой производится бульдозером с тщательным уплотнением. Уплотнение производят трамбовками, катками или вибраторами. Выемка грунта из котлована производится механизированным способом, и только зачистку котлована и устройство небольших выемок в стесненных местах производят вручную. Для разработки грунта применяют одноковшовые экскаваторы с прямой или обратной лопатой, драглайны и гидромониторы. При наличии слабых грунтов в основании подпорные стенки возводят на свайном фундаменте.

Перспективным типом укрепления является анкерная конструкция (рис. 7.8). Технология устройства анкерных конструкций включает подготовку строительной площадки, бурение скважин, включая ее уширение для заделки нижнего анкера, установку анкерной тяги, инъецирование раствора в уширенную для заделки анкера нижнюю часть скважины, устройство железобетонной плиты и верхнего анкера, натягивание анкерной тяги. Бурение скважины осуществляют буровыми станками любого типа, обеспечивающими заданный угол наклона скважин и необходимый для производства работ диаметр скважины.

Буровые станки подразделяются на три группы: станки вращательного (шнекового) бурения, станки вращательного (шарошечного) бурения, станки пневмоударного действия. Все эти станки имеют глубину бурения в зависимости от их марки 18-50 м, производительность 10-40 м/смену.

К станкам вращательного (шнекового) бурения относятся: станки на гусеничном ходу СВБ-2, СБР-160 с диаметром скважины 150 и 160-200 мм, с максимальной глубиной бурения до 25 м; ВС-110/25 с диаметром скважины 10 мм и глубиной бурения до 25 м. К станкам вращательного (шарошечного) бурения относятся станки П-20, БТС-2, СБШ-250 с диаметром скважин 230-250 мм и глубиной бурения 18-20 м.

Станки пневмоударного бурения - это станки на гусеничном ходу НСБ-2, СБУ-200 с диаметром скважин от 100-200 мм и глубиной 18-36 м, переносные БНК-4.

Изготовление анкерных тяг предусматривает обрезку арматуры и сборку ее в отдельные пряди, а также установку на конце анкерной тяги нижнего анкера. Сразу после окончания работ по бурению скважины и устройству уширения (если грунты, расположенные ниже поверхности скольжения, не обладают достаточной прочностью), в скважины вводят анкерную тягу. После ее установки нижнюю часть скважин до поверхности скольжения заполняют цементопесчаным раствором путем использования передвижных цементационных установок или способом свободной заливки раствора (для нисходящих скважин диаметром не менее 150 мм и длиной до 20 м). Наиболее перспективными для дорожного строительства являют ся цементационные установки на базе автомобиля ЦА-150 с растворонасосом Е-11-250, ЦА-151 с насосом НЦП-2, ЦА-1/150 с растворонасосом 1 T и т.д.

Рис. 7.8. Конструкция анкерной затяжки:

1 - анкерная плита; 2 - распределительная плита; 3 - верхний анкер; 4 - высокопрочная проволока; 5 - опалубка; 6 - цементнопесчаный раствор; 7 - щебеночная подушка; 8 - поверхность грунта; 9 - битум; 10 - скважина; 11 -резиновый или полихлорвиниловый шланг; 12 - направляющие; 13 - поверхность скольжения; 14 - инъекционный раствор; 15 - нижний анкер; 16 - направляющий конус

Натяжение анкерных тяг производится с помощью натяжного оборудования и в соответствии с Техническими указаниями по изготовлению предварительно напряженных элементов железобетонных мостов со стержневой напрягаемой арматурой. Для закрепления анкерной тяги в анкерной плите разрешается использовать любые типы анкеров, обеспечивающих передачу на анкерную плиту требуемого усилия предварительного напряжения арматуры анкерных тяг. Для напряжения используют домкраты Дорнии Главстроймеханизации грузоподъемностью 30, 60, 90, 125 т, домкраты ЦНИИСа грузоподъемностью 60, 90 т.

Конструкции из армогрунта - сравнительно новый тип противооползневых сооружений, однако они нашли уже достаточно широкое применение в транспортном строительстве во Франции, Германии, Японии, Англии. Армированный грунт создается путем конструктивного и технологического объединения грунтовых слоев и арматуры в виде металлических полос, расположенных горизонтально, способных выдержать по сравнению с грунтом растягивающие усилия. Схема конструкции армогрунта приведена на рис. 7.9. Вместо металлических полос можно использовать слои из геотекстиля, жестких полиэтиленовых сеток и т. п.

Конструкция из армогрунта возводится путем последовательных этапов, в каждый из которых входят монтаж элементов наружной оболочки, засыпка грунта с его уплотнением и укладка полос арматуры. Общая технологическая схема по устройству армогрунтовых конструкций включает последовательно следующие технологические операции: подготовка основания, укладка арматуры, установка первого ряда внешних облицовочных панелей и их монтаж; транспортирование, разравнивание и уплотнение нижнего слоя грунта засыпки с последующей планировкой.

Основные механизмы: бульдозеры и автогрейдеры для планировки, автомобили-самосвалы для транспортирования грунта, пневмоколесные и вибрационные катки для укатки.

Монтаж внешних железобетонных элементов осуществляют при помощи самоходного кранового оборудования, желательно с гидравлическим приводом и складывающейся стрелой. Элементы подаются при помощи специальной траверсы. При этом кран перемещается по спланированной засыпке. После монтажа соответствующего ряда осуществляют тщательную планировку, укладку арматурных элементов и прикрепление их к внешним панелям. Устойчивость при засыпке грунтом первых рядов металлической оболочки или первого ряда шпунтованных бетонных плит обеспечивается временными подпорками, которые удаляют после засыпки нижнего слоя. Далее блокируют стыки наружных оболочек, чтобы создать вертикальную поверхность. Арматура закрепляется перпендикулярно к наружной поверхности высокопрочными болтами и укладывается плашмя.

Рис. 7. 9. Конструктивные элементы армогрунта: 1 - стержневая арматура; 2 - полосовая арматура; 3 - грунт

Для предотвращения смещения лицевых панелей в процессе укатки не следует снимать временных креплений облицовочных элементов, при этом не рекомендуется допускать проход тяжелых катков ближе 1 м от стенки. При уплотнении армированного грунта необходимо придерживаться следующих правил: при расстоянии до наружной стенки 12 м уплотнение производят четырьмя проходами вибрационного катка с нагрузкой на виброгенератор 250-350 МПа или восемью проходами пневмоколесного катка с нагрузкой на колесо 40-60 кН. При расстоянии до наружной стенки 1,5-2 м уплотнение производят шестью проходами вибрационного катка с нагрузкой на виброгенератор 150-250 МПа и общим весом на вибрирующую плиту менее 20 кН или тремя проходами виброплиты весом 1-3 кН.

ГЛАВА 8. Гидромеханизация земляных работ

8.1. Условия и эффективность применения гидромеханизации земляных работ

Способ гидромеханизации земляных работ основан на размыве грунта водой, перемещении его в виде взвешенных частиц при определенной скорости течения, укладке в необходимом месте путем снижения скорости течения настолько, что частицы грунта начинают оседать. Гидромеханизацию применяют при наличии определенных условий: достаточные объемы воды вблизи объектов работ и благоприятные грунтовые условия - легкоразмываемые и быстроосушаемые песчаные или супесчаные грунты. Стоимость земляных работ по способу гидромеханизации может быть значительно меньше, чем при применении бульдозеров, скреперов или экскаваторов, а выработка на одного рабочего намного больше, чем при ведении земляных работ этими машинами. Однако ее целесообразно применять лишь на крупных объектах земляных работ (годовой объем больше 100 тыс. м3) в связи с применением специального оборудования, которое не может быть использовано на других видах работ [ 97].

Эффективность гидромеханизации в значительно большей степени, чем экскаваторных работ, зависит от геологических (грунтовых) и климатических условий. Так, увеличение содержания гравия в песке с 5 до 40 % снижает эффективность экскаваторных работ не более чем на 5 %, а гидромеханизированных - вдвое. Экономическая эффективность гидромеханизации определяется также наличием в районе производства работ дешевой электроэнергии, расход которой составляет 5-10 кВт·ч на 1 м3. Гидромеханизация может быть эффективна в случаях, когда нет притрассовых карьеров для сухой отсыпки земляного полотна. С помощью гидромеханизации грунт может быть получен в реках или других водоемах и уложен в виде резервов для последующего транспортирования его другими средствами.

Для сооружения земляного полотна автомобильных дорог по способу гидромеханизации применяют песчаные (гравелистые, крупные, средней крупности и мелкие пески) и глинистые грунты (легкие, тяжелые и пылеватые супеси). Лучшими считают песчаные грунты всех видов, при этом чем они крупнее, тем эффективнее применение гидромеханизации.

Производство земляных работ с помощью гидромеханизации подразделяют на три группы:

разработка грунта в карьерах напорной струей воды из гидромонитора (рис. 8.1);

разработка грунта под водой плавучим землесосным снарядом с применением механических или гидравлических рыхлителей (рис. 8.2);

разработка грунта сухим способом экскаваторами, а транспортирование - в виде гидросмеси с помощью передвижных землесосных установок.

Рис. 8.1. Схема производства гидромониторных работ:

1 - гидромониторная установка, 2 - задвижка с дистанционным управлением; 3 - водоводы; 4 - кабель дистанционного управления; 5 - приямок; 6 - гидроэлеватор; 7 - трубы напорного водовода; 8 - всасывающие трубы землесоса; 9 - всасывающая линия с пульповодом и водоводом, расположенными на понтонах; 10 - землесосная установка; 11 - пульт дистанционного управления

Рис. 8.2. Землесосный снаряд:

а - разрез; б - план; 1 - стрела подъема рамы рыхлителя; 2 - будка; 3 - надстройка; 4 - понтоны для плавучего трубопровода; 5 - папильо нажные сваи; 6 - рамы рыхлительных устройств; 7- фреза-рыхлитель; 8 - откос; 9 - папильонажные тросы

Гидромониторную разработку грунта применяют в сухих карьерах или выемках с отметками на уровне или выше горизонта воды и водоисточника. В некоторых случаях для разработки верхней, необводненной части выемки применяют гидромониторы, для нижней, обводненной - плавучие землесосные снаряды. Разработку карьера гидромонитором производят двумя способами: с перемещением его по верху забоя и по подошве забоя (рис. 8.3).

Рис. 8.3. Схема установки гидромонитора: а - перемещение по верху забоя; б - перемещение по подошве забоя

Грунт, обрушенный гидромониторной струей и превращенный в гидросмесь, движется от основания забоя к приямку. Гидросмесь может двигаться самотеком при достаточной разности отметок между карьером и местом укладки грунта или под напором по трубопроводам с помощью землесосной установки.

При гидромониторном способе разработки грунта решающее значение имеет интенсивность размыва, которую определяют количеством воды, расходуемой на 1 м3 разрабатываемого грунта. Интенсивность размыва зависит от характера месторождения, связности и крупности частиц и зерен разрабатываемого грунта, высоты забоя, давления у насадки гидромонитора, расхода воды через насадку в единицу времени. Расход воды зависит от напора, размеров и характеристики насадки:

где                                                                 (8.1)

μ - коэффициент расхода, равный 0,92-0,96;

ω - площадь поперечного сечения насадки, м2;

g - ускорение силы тяжести, м/с2;

Н - напор перед насадкой, м.

Для размыва и транспортирования крупных и среднезернистых грунтов расход воды составляет примерно 4-6 м3 воды на 1 м3 грунта при давлении 0,3-0,4 МПа. Чем ближе к забою расположен гидромонитор, тем эффективнее его работа, однако по условиям безопасности минимальное расстояние допускается 1,2 h ( h - высота забоя).

Землесосные установки применяют для разработки грунта под водой или для подачи в напорный трубопровод гидросмеси, полученной от размыва грунта гидромониторами.

Глубина подводных забоев достигает 15 м. Плавучий землесосный снаряд, поворачиваясь веерообразно в плане при помощи лебедок и тросов попеременно на одной из папильонажных свай, засасывает грунт с водой и перекачивает образовавшуюся гидросмесь к берегу по трубопроводу, смонтированному на плавающих понтонах. Производительность гидромониторов и землесосов:

                                                                                   (8.2)

П = Q гр × t × К , где                                                                       (8.3)

Q гр - производительность по грунту, м3/ч;

Q - производительность по воде, м3/ч;

q - удельный расход воды, м33 (в среднем 4-6);

П - производительность по грунту, м3/смену;

t - продолжительность смены, ч;

К - коэффициент использования времени (в среднем 0,85).

8.2. Транспортирование и укладка грунта. Общая организация работ

Разработку грунта при помощи гидромониторов производят преимущественно встречными забоями. В забое устанавливают два гидромонитора: один разрабатывает грунт, а другой в это время перемещается на новую позицию. Расстояние между гидромониторами должно быть равно половине ширины забоя (примерно 10-15 м). Шаг передвижения гидромониторов составляет в среднем 6 м. Разработку выемок начинают с той стороны, с которой можно обеспечить свободный сток гидросмеси.

Гидросмесь, полученную при разработке грунта гидромониторами, можно транспортировать самотеком по канавам или лоткам непосредственно к месту укладки грунта, если местный рельеф позволяет обеспечить необходимые уклон и скорость течения, при которой не будет происходить оседание частиц грунта.

Минимальный уклон для песчаных грунтов - 35-100 ‰, для супесчаных - 30-50 ‰.

При неблагоприятных условиях рельефа и разработке грунта со дна водоемов гидросмесь подают по трубопроводу под напором, который рассчитан исходя из обеспечения минимально необходимой критической скорости течения. Критической скоростью течения гидросмеси в трубопроводе называется такая, которая обеспечивает взвешенное состояние всех частиц грунта в движущемся по трубе потоке.

Значение критической скорости находится в прямой зависимости от крупности и плотности транспортируемых частиц грунта. Для обеспечения необходимой скорости землесос и насосная перекачивающая станция должны создавать соответствующий напор. Считают, что напор, развиваемый землесосным снарядом, должен на 5 % превышать все потери напора в трубопроводах.

Насыпи автомобильной дороги намывают участками протяженностью 100-300 м, называемыми картами намыва. Карту намыва образуют путем устройства вала из грунта по контуру намываемого основания насыпи. Обвалование производят бульдозером вначале из грунта естественного основания насыпи, а затем с поверхности намыва очередного слоя. Технологический процесс намывных работ состоит из трех операций: подвод гидросмеси к карте намыва; выпуск гидросмеси на карту; отвод воды с карты намыва. Намыв насыпей производят эстакадным, низкоопорным или безэстакадным способами (рис. 8.4, 8.5,8.6).

В транспортном строительстве применяют в основном безэстакадный способ. Осветленную воду отводят с карт намыва самотеком в сбросные колодцы, откачивают насосами или используют принцип сифона. Отработанная вода покидает земляное полотно также путем фильтрации через основание насыпи и откосы. Это явление часто вызывает деформацию откосов. Практика показывает, что деформация зависит от водопроницаемости грунта, из которого намывают насыпи, от консистенции гидросмеси, подаваемой на карту намыва, и интенсивности ведения работ.

Рис. 8.4. Схема намыва насыпи при эстакадном способе:

1 - лоток; 2 - грунтовые валики; 3 - намытый грунт; 4 - отводные устройства; 5 - колодец; 6 - гидросмесь

Рис. 8.5. Схема организации работ при низкоопорном способе намыва с рассредоточенным выпуском гидросмеси:

1 - валики обвалования; 2 - распределительные трубы; 3 - проектная линяя откоса; 4 - низкие опоры

Рис. 8.6. Схема организации работ при двустороннем безэстакадном намыве насыпи:

1 - плавучий трубопровод; 2 - землесосный снаряд; 3 - устройство для подключения плавучего трубопровода к береговому; 4 - береговой трубопровод; 5 - переключатель; 6 - распределительный трубопровод; 7 - боковые призмы; 8 - ядро насыпи; 9 - отстойник; 10 - кран; 11 - движение гидросмеси; 12 - водосбросные трубы; 13 - водосбросный колодец; 14 - трубы для наращивания; 15 - бульдозер

При намыве насыпи из крупнозернистых песков, которые более водопроницаемы, чем мелкозернистые, происходит большая фильтрация через откосы, что вызывает и большее их оплывание. Подача на карту намыва чистой воды или гидросмеси пониженной консистенции способствует этому явлению.

Деформацию откосов объясняют также высокими темпами намыва по высоте. В связи с этим ежесуточный темп намыва по высоте более чем на 40 см запрещен. При намыве узкопрофильных сооружений, к которым относят насыпи автомобильных дорог, стремятся создать возможно больший фронт работ. На каждый землесосный снаряд имеют не менее трех карт намыва, из которых одна находится под намывом, на другой в это время выполняют обвалование, а третья является резервной на случай отсутствия по тем или иным причинам возможности продолжать намыв на основных картах.

Намыв насыпей целесообразно начинать от краев карты. Для этого пульпу следует направлять к краям. Глубину отстойного прудка на карте намыва регулируют шандорами колодца. Водоотводные колодцы располагают в центре карт. Для отвода воды из колодцев устраивают штольни с уклоном дна не менее 50 ‰ в низовую сторону. Штольню и колодец устраивают из водонепроницаемых материалов. На намытых участках насыпи водоотводные колодцы разбирают на глубину 1 м от верха насыпи, а оставляемые в теле насыпи нижние части колодцев замывают дренирующим грунтом.

Насыпи намывают с запасом на осадку, равным 0,75 % высоты насыпи при намыве из песчаных и 1,5 % при намыве из смешанных грунтов. Недомыв насыпей по ширине не допускают, поэтому их сооружают несколько шире проектной ширины (на 0,2-0,4 м в каждую сторону). Излишек грунта, намытый за пределы проектного очертания, снимают бульдозером или экскаватором для досыпки верхней части или перемещают бульдозером на соседние намывные участки насыпей. Элементы деревянных эстакад, поддерживающих трубы и лотки, по мере роста насыпи разбирают (за исключением стоек, которые оставляют в теле сооружения). Верхнюю часть стоек и раскосов эстакад после окончания намыва насыпи откапывают и срезают на глубину не менее 1 м от проектной отметки намываемого сооружения. Стойки инвентарных эстакад извлекают полностью из тела сооружения.

В последние годы при строительстве дорог в Западной Сибири на сильно заболоченных территориях, а также на Севере широкое распространение получила технология земляных работ с применением гидромеханизации, предусматривающая предварительную заготовку гидронамывного грунта в штабель с последующей разработкой его экскаваторами или погрузчиками и транспортированием автомобилями к месту укладки в насыпь. В этом случае намыв в штабель осуществляют в летнее время.

Расстояние от места разработки грунта до штабеля может измеряться несколькими километрами благодаря применению перекачки пульпы. Песчаный грунт, намытый в штабель, достаточно быстро отдает гравитационную воду и осушается, благодаря чему зимой он находится в сухо-мерзлом (сыпучем) состоянии. Это дает возможность вести отсыпку земляного полотна из такого грунта в зимнее время, что очень важно для рассматриваемых районов, характеризующихся длинными и суровыми зимами.

ГЛАВА 9.
Сооружение земляного полотна в сложных инженерно-геологических условиях

9.1. Сооружение земляного полотна на слабых основаниях

Проект на переход дороги через болото и другие участки слабых грунтов должен содержать наряду с конструктивными решениями земляного полотна технологические решения, обеспечивающие в своём комплексе устойчивость (исключение выдавливания слабого слоя), стабильность (отсутствие существенных осадок в период эксплуатации, жёсткость (ограничение упругих колебаний).

К слабым относятся основания, в которых в пределах активной зоны имеются слои слабых грунтов мощностью не менее 0,5 м. Мощность активной зоны принимается ориентировочно равной ширине насыпи понизу. В случае если слои слабых грунтов располагаются на глубинах, больших ширины насыпи понизу, а также при насыпях более 12 м высотой, мощность активной зоны устанавливается расчётом. К слабым относятся также связные грунты, имеющие прочность на сдвиг в условиях природного залегания менее 0,075 МПа (при испытании прибором вращательного среза) или модуль осадки которых более 50 мм/м при нагрузке 0,25 МПа (модуль деформации ниже 5,0 МПа). При отсутствии данных испытаний к слабым грунтам относят торф и заторфованные грунты, илы, сапропели, глинистые грунты с коэффициентом консистенции свыше 0,5, иольдиевые глины, грунты мокрых солончаков.

К насыпям на слабых основаниях предъявляются следующие требования: боковое выдавливание слабого грунта в основании насыпи в период эксплуатации должно быть исключено; интенсивная часть осадки основания должна завершиться до устройства покрытия (исключение допускается при применении сборных покрытий в условиях двухстадийного строительства); упругие колебания насыпей на торфяных основаниях при движении транспортных средств не должны превышать величины, допустимой для данного типа дорожной одежды.

Прогноз устойчивости и осадки основания насыпи, а также её упругих колебаний следует осуществлять на основе расчётов. Для насыпей на слабых основаниях крутизна откосов назначается на основе расчётов устойчивости или проверяется расчётом возможность применения типового поперечного профиля.

За завершение интенсивной части осадки допускается принимать время достижения 90 %-ной консолидации основания или интенсивности осадки не более 2 см/год при дорожных одеждах капитального типа и 80 %-ной консолидации или интенсивности осадки не более 5 см/год при дорожных одеждах облегчённого типа. При этом допустимую интенсивность осадки разрешается уточнять на основе опыта эксплуатации в тех или иных природных условиях.

Частным, но весьма распространённым видом слабых оснований являются болота. Различают 3 типа болот:

1 тип - заполненные болотными грунтами, прочность которых в природном состоянии обеспечивает возможность возведения насыпи высотой до 3 м без возникновения процесса бокового выдавливания слабого грунта;

2 тип - содержащие в пределах болотной толщи хотя бы один слой, который может выдавливаться при некоторой интенсивности возведения земляного полотна насыпей до 3 м, но не выдавливается при меньшей интенсивности её возведения;

3 тип - содержащие в пределах болотной толщи хотя бы один слой, который при возведении насыпи высотой до 3 м выдавливается независимо от интенсивности её возведения.

Конструкции земляного полотна на слабых основаниях назначают на основе технико-экономического обоснования и сравнения вариантов, предусматривающих частичное или полное удаление слабых грунтов, или их использование в качестве основания насыпи с разработкой конструктивных и технологических мероприятий по обеспечению устойчивости, снижению общей величины осадки, ускорению сроков её завершения, исключению упругих колебаний. В зависимости от директивных сроков устройства монолитных слоев дорожной одежды при использовании слабых грунтов в качестве основания насыпей рекомендуются безосадочные конструкции земляного полотна с использованием свайных элементов.

Конструкция земляного полотна на слабых основаниях, её выбор зависит от типа слабого основания, наличия вида грунта и его мощности, относимых к слабым, высоты насыпи, типа дорожной одежды, сроков её устройства.

При глубине (мощности) слабых оснований, в том числе состоящих из болотных грунтов, до 6 м и высоте насыпей до 3 м конструкцию земляного полотна допускается разрабатывать на основе привязки типовых решений к конкретным условиям. При наличии болот - с учётом их типа.

В случаях когда расчётами устойчивости и осадки (или иными обстоятельствами) обосновывается необходимость полного или частичного удаления слабых грунтов перед сооружением насыпи, нижнюю часть насыпи ниже уровня дневной поверхности слабого основания на 0,2-0,5 м следует предусматривать из дренирующих или крупнообломочных грунтов. Применение других грунтов должно быть обосновано расчётами.

Частичное удаление слабых грунтов основания с заменой их дренирующими включает также конструктивные решения с использованием дренажных прорезей. Их глубина, ширина и расстояние между ними в плане устанавливается расчётами устойчивости и осадки.

При сооружении насыпей с использованием в их основании слабых грунтов в целях повышения устойчивости, ускорения осадки и снижения влияния динамической нагрузки предусматриваются следующие конструктивно-технологические мероприятия:

сооружение насыпи на слабом основании с расчётным режимом отсыпки, обеспечивающим устойчивость конструкции в процессе строительства и эксплуатации;

применение разделительных прослоек из геосинтетических материалов для исключения перемешивания отсыпаемых грунтов и грунтов слабого основания;

применение армоэлементов из тканых геосинтетических материалов для обеспечения устойчивости;

устройство временной пригрузки для ускорения процесса консолидации грунтов слабого основания;

вертикальные дрены из песка, специальные (объёмные) геосинтетические материалы с целью ускорения осадки слабого основания;

использование свайных элементов из песка, щебня, цементогрунта, железобетона (забивные сваи) с ростверком из геосинтетических решетчатых или тканых материалов с целью создания устойчивых или безосадочных конструкций.

Состав и порядок выполнения мероприятий устанавливаются проектом на основе соответствующих расчётов.

Проход машин по болоту, выторфовывание, устройство траншей, прорезей, водоотводных канав допускается в зимнее время после образования мёрзлой коры достаточной несущей способности.

Для обеспечения безопасной работы экскаваторов и бульдозеров толщина промёрзшего слоя торфа должна быть не менее величин, приведенных в табл. 9.1.

Таблица 9.1

Параметр

Значение параметра

Масса машины, т

10

15

25

40

Торф I типа, см

20

24

30

45

Торф II типа, см

24

35

48

60

Болотные грунты III типа, лёд, см

31

40

50

65

Примечание. Приведённые толщины даны для температуры £ 10°С. При температуре близкой к 0°С требуемую толщину следует увеличить в 1,3 раза.

Промерзание ускоряется примерно в 2 раза при систематической очистке поверхности грунта от снега. Для обеспечения безопасности при пионерной проходке машин по болоту в зимнее время необходимо проводить измерение толщины мёрзлого слоя не менее чем в 3 местах по оси каждой сменной захватки работы бульдозера на расчистке или иных видах работ, а также в местах понижения рельефа или изменения растительности.

При замене слабых грунтов требования к расчистке полосы отвода устанавливаются с учётом метода их замены и типов машин. Проектом должно быть предусмотрено место отвала вынутого грунта и способ его вывозки (при невозможности устройства боковых кавальеров).

При использовании слабых грунтов в качестве основания дерновой слой на торфяном болоте и других типах слабого основания целесообразно не удалять. Допускается при толщине насыпного слоя 1,5 м и более оставлять пни, срезанные на уровне поверхности земли, а также срезанное мелколесье и порубочные остатки с укладкой стволов преимущественно поперёк оси дороги.

При использовании в основании насыпи слабых грунтов, а также при наличии уклонов дна болота в процессе строительства должны быть установлены постоянные наблюдения за смещениями насыпи по высоте и в плане, которые могут быть вызваны дополнительными нагрузками, динамическими воздействиями транспорта, многолетним оттаиванием мерзлотных образований и другими труднопрогнозируемыми причинами.

В случае нарушения устойчивости основания или недопустимых отклонений от расчётной осадки следует вносить соответствующие изменения в предусмотренные проектом конструктивные параметры и технологические схемы. В период эксплуатации дороги наблюдения за деформациями земляного полотна организуются и оплачиваются заказчиком отдельно.

Замена слабого грунта в основании насыпи может осуществляться механическим способом, то есть экскавацией и транспортировкой слабого грунта либо взрывным. В первом случае работы по замене (удалению слабого грунта) осуществляют двумя отрядами: один удаляет слабый грунт, второй - выполняет собственно замену и последующее сооружение насыпи до проектной отметки.

В зависимости от ширины, глубины замены слабых грунтов и от рабочих параметров экскаватора слабый грунт удаляют по одной из следующих схем: «на себя», одной или двумя продольными захватками; поперечными траншеями; «от себя», с работой экскаватора с насыпи.

При организации работ по первой схеме экскаватор, двигаясь вдоль оси траншеи, разрабатывает её профиль «на себя» и укладывает грунт в два отвала по обе стороны траншеи либо наполовину сечения с укладкой торфа в один отвал. Схема обеспечивает наибольшую производительность разработки благодаря небольшим углам поворота стрелы экскаватора. Эта схема применяется в случаях отсутствия вдоль насыпи водоотводных канав. При наличии водоотводных канав экскаватор движется вдоль бровки, разрабатывая траншею на полный профиль или до оси с поворотом стрелы на 180° и укладкой грунта в один отвал. По этой схеме одновременно с разработкой траншеи возможно устройство водоотводной канавы. Обе схемы позволяют разрабатывать траншеи шириной до 12 м (по верхнему сечению) при использовании драглайна с длиной стрелы не менее 13 м.

Широкие траншеи глубиной более 4 м разрабатываются поперечными проходами. Размер захватки в этом случае равен половине ширины траншеи. Данная схема более целесообразна при вывозке слабого грунта автотранспортом.

На слабых грунтах с низкой несущей способностью, а также при устройстве широких и глубоких траншей с большим объёмом замены сооружение земляного полотна ведётся по схеме «от себя». Экскаватор перемещается по отсыпаемой насыпи. Слабый грунт можно транспортировать в специальные отвалы автомобилями-самосвалами, занятыми на возведении насыпи. Сооружение насыпи ведётся путём надвижки грунта бульдозером в открытую поперечную траншею.

Траншеи глубиной до 1 м на осушенных болотах I типа с подстилающим слоем из плотных грунтов при ширине основания насыпи 12 м и более целесообразно разрабатывать бульдозером. Уклон откосов траншей не должен превышать 1:3,5.

Технологический процесс включает разработку траншеи, перемещение торфа в кавальер и разравнивание его слоем толщиной до 0,5 м. Для производства работ следует применять бульдозеры на уширенных гусеницах, оборудованные отвалами с открылками.

Выторфовывание ведётся поперечными проходками от одной бровки до другой: торф перемещается за пределы водоотводных канав, которые устраивают сразу после выторфовывания. Устройство траншеи «в задел», как правило, не допускается. Выторфовывание не должно опережать отсыпку нижней части насыпи более, чем на 1-2 сменные захватки.

Подготовка основания взрывным способом может применяться для отсыпки насыпей на болотах всех типов в следующих случаях:

разработка «на выброс» траншей на болотах I типа при выторфовывании до минерального дна;

удаление торфа из-под отсыпанной ранее насыпи;

рыхление дерново-корневого покрова;

устройство канав-торфоприёмников на болотах I и II типов при посадке насыпи на дно болота;

разрыхление сплавины на болотах III типа.

Рационально применение взрывного способа при работах в зимнее время на пнистых и обводнённых болотах, на болотах с мощным и прочным дерново-корневым покровом. Разработка взрывами на выброс с обводнённых болот в летнее время неэффективна.

При использовании в основании земляного полотна слабых грунтов в проекте должны быть приведены поперечные профили насыпи с учётом расчётной осадки для всех сечений с характерными гидрогеологическими условиями. Насыпь необходимо возводить сразу на полную проектную толщину (сумма рабочей отметки и расчётной величины осадки). Постепенная досыпка насыпи по мере её осадки замедляет процесс стабилизации земляного полотна. В случае если слабое основание не обладает необходимой устойчивостью, проектом предусматривается метод постепенного загружения.

При определении требуемого объёма грунта для устройства насыпи сечение погружаемой части F погр принимают в виде трапеции с высотой, равной расчётной величине осадки S , и меньшим основанием, равным ширине земляного полотна между бровками В:

F погр = S × B + S × (h-S) × m , м 2 , где                                               (9.1)

m - крутизна откоса насыпи.

Прослойки из геосинтетических материалов (разделительные или армирующие) в основании или в нижней части земляного полотна укладывают на всю ширину насыпи, с выводом краёв полотнищ на 0,5-1,0 м за её границы или анкеровкой краёв в откосных частях путём заворачивания концов полотнищ длиной 1,5-2,0 м на заранее сформированные валики высотой 0,5-0,6 м из отсыпанного поверх геотекстиля слоя грунта или на края грунтового слоя. Полотнища материала следует стыковать внахлёст с перекрытием смежных полос на 0,5 м. Для пропуска строительных машин геотекстиль должен быть перекрыт слоем грунта насыпи толщиной не менее 0,6 м.

При наличии пней, кочек, углублений и других неровностей на поверхности основания перед укладкой геотекстиля отсыпают песчаный выравнивающий слой, толщина которого должна быть не менее возвышения неровностей.

Способы постепенного загружения и временной пригрузки. Способ постепенного загружения (предварительной консолидации) применяется при сооружении насыпей на болотах 1-го и 2-го типа в том случае, когда основание не может воспринимать без нарушения устойчивости нагрузку от всей насыпи. Отсыпку насыпи ведут в режиме, при котором каждая последующая ступень нагрузки прикладывается после соответствующего упрочнения грунта за счёт его уплотнения под предыдущей ступенью. Режим нагружения устанавливается индивидуальным проектом и соответствующими расчётами.

При отсыпке насыпи регистрируется фактическая осадка основания во времени. Осадку замеряют путём нивелирования наблюдательных марок, установленных по подошве насыпи. Марки представляют собой металлические штыри диаметром 5-10 мм, приваренные к опорной плите размером 30×30 см из листовой стали толщиной 3-5 мм. Отсыпку второго и последующих слоев начинают после достижения расчётной осадки основания от предыдущего слоя насыпи.

Для ускорения осадки плавающих насыпей на болотах 1-го и 2-го типа может быть применена временная пригрузка насыпи дополнительным слоем грунта. Толщина слоя временной пригрузки и время её выдерживания устанавливается расчётом в индивидуальном проекте. Обычно временную пригрузку назначают в пределах 2 м, время выдерживания - от одного месяца до одного года. После достижения расчётной осадки пригрузочный слой должен быть быстро снят. Грунт из пригрузочного слоя используют для насыпей, не требующих длительного выдерживания на других участках.

На протяжённых переходах через болота с однотипными условиями работы ведутся по схеме укрупнённого потока, при которой производительность отсыпки насыпи подбирают таким образом, чтобы пригрузочный слой находился на определённом участке насыпи расчётное время и постепенно перемещался вслед за фронтом отсыпки.

Осадку насыпи с временной пригрузкой контролируют по маркам. Если в процессе отсыпки временной пригрузки будут обнаружены признаки выпора или выдавливания торфа из-под насыпи, работы необходимо прекратить и возобновить их только после промерки устойчивости основания.

В районах со среднегодовой температурой воздуха ниже 0°С для дорог IV - V категорий и временных промышленных дорог на переходах через болота проектом может быть предусмотрено использование промороженного основания. При этом нижнюю часть насыпи толщиной, определённой расчётом, устраивают из малоразложившегося подсушенного в валах торфа. Торф для этой цели может быть получен из боковых резервов или специальных карьеров.

Работы по сооружению насыпи ведутся в зимний период после промерзания основания на величину, близкую к максимальной. В целях ускорения промерзания с полосы отвода заблаговременно удаляют мохорастительный покров и очищают поверхность от снега.

Устройство вертикальных дрен. Вертикальные дрены устраивают с целью облегчения отжатия поровой воды из сжимаемого слоя водонасыщенного слабого грунта. Вертикальные дрены сооружают в виде плоских дрен из геотекстильных и других ленточных дренирующих материалов или в виде скважин, заполненных песком или иным фильтрующим материалом. Аналогичный вид имеют песчаные сваи, применение которых обеспечивает устойчивость и локализует упругие колебания слабого грунта. Разновидностью вертикальных дрен являются продольные прорези, заполненные песком. Вертикальное дренирование целесообразно сочетать с методом временной пригрузки.

Дренажные прорези устраивают на слабых основаниях, в том числе и на болотах 1-го типа, глубиной до 4 м для ускорения осадки насыпей, повышения устойчивости основания и снижения упругих колебаний от временной нагрузки.

Дренажные прорези рекомендуется устраивать экскаватором, оборудованным в летнее время драглайном, а в зимнее время при глубине промерзания до 0,3 м - обратной лопатой или многоковшовым экскаватором. Экскаватор, работая на первой захватке, отрывает прорези на проектную глубину. В это время на второй захватке бульдозер заполняет отрытые траншеи песком из заранее подготовленного вала, а на первую захватку подвозят песок. Разработка прорезей одноковшовым экскаватором ведётся захватками по 8-10 м летом и 5-6 м зимой с одной стоянки. На другую стоянку экскаватор переходит под углом 45-60° к оси дороги. Торф или другие слабые грунты размещают и разравнивают бульдозером с уширенным отвалом с открылками.

Для разработки дренажных прорезей целесообразны многоковшовые экскаваторы болотной модификации с удлинённым транспортёром. В этом случае величина рабочей захватки назначается в зависимости от консистенции торфа и погодных условий и в увязке с темпом отсыпки насыпи.

Вертикальные дрены и песчаные сваи располагают по треугольной, шахматной или квадратной сетке с шагом ленточных дрен 1-2 м, песчаных дрен 2-4 м и свай 1-2 м. Для заполнения вертикальных песчаных дрен применяют песок с коэффициентом фильтрации согласно проекту или гравийно-песчаную смесь с размером частиц до 60 мм. Нижнюю часть насыпи (рабочую платформу) отсыпают из дренирующего грунта с коэффициентом фильтрации более 3 м/сут.

Песчаные сваи устраивают из песков, пригодных для отсыпки насыпи без дополнительных ограничений. В случае если песчаные сваи предполагается использовать и как дрены, требования к материалу для их заполнения такие же, как и при устройстве вертикальных дрен. Осушающий и уплотняющий эффект дрен и свай повышается при введении в состав заполнения негашёной извести.

Диаметр вертикальных песчаных дрен и песчаных свай в зависимости от оборудования и длины может быть в пределах 300-600 мм, минимальное поперечное сечение ленточных дрен 4×100 м.

Перед устройством вертикальных дрен и песчаных свай на поверхности болота производят отсыпку рабочей платформы из песка. Толщина её в зависимости от несущей способности грунта основания и веса применяемых механизмов 0,5-1,0 м. Толщина рабочей платформы может быть снижена в 1,5 раза при укладке под неё геотекстильной прослойки на всю ширину подошвы насыпи. Для прокола прослойки нижний конец обсадной трубы снабжают штыковым устройством.

Ширина рабочей платформы должна превышать ширину свайного поля не менее чем на 2,5 м. Работы по устройству рабочей платформы выполняются по технологическим схемам, принятым при сооружении насыпей на болотах.

Поверхность рабочей платформы планируют, после чего намечают центры скважин с закреплением осей поперечных рядов. На спланированную рабочую платформу автомобилями-самосвалами завозят песок для заполнения скважин.

При сооружении песчаных свай предпочтение отдаётся методам, предусматривающим вдавливание обсадной трубы с уплотнением массива слабого грунта, а при устройстве вертикальных дрен более предпочтительны методы, позволяющие создать вертикальный песчаный столб без уплотнения грунта вокруг дрен, то есть путём выбуривания.

Для вертикальных дрен и песчаных свай применяются специализированная машина для вибропогружения типа ВВПС или кран с вибропогружателем, дополнительно укомплектованным рабочим органом в виде полой обсадной трубы с самораскрывающимся наконечником. Эффективность устройства свай-дрен возрастает при использовании методов гидроподмыва.

Технологический процесс устройства свай и дрен состоит из следующих операций: погружение обсадной трубы, заполнение её песком, виброизвлечение трубы и уплотнение песка в свае. Сваи устраивают при движении агрегата по челночной схеме продольными рядами по 20-30 штук, после чего агрегат разворачивается и делает следующий ряд, двигаясь в обратном направлении.

Обсадную трубу погружают в слабый грунт с помощью вибрации, безвибрационным задавливанием (в грунтах, размораживающихся под действием вибрации) или комбинированным способом. Для прохождения рабочей платформы и прослоек плотного грунта целесообразно использовать отдельную машину типа ямобура. Достигшую заданной глубины обсадную трубу заполняют песком с помощью погрузчика, оборудованного двухчелюстным ковшом.

Извлекают обсадную трубу при выключенном вибраторе. В продолжение первых 10 сек скорость извлечения не должна превышать 0,1 м/сек при максимальной интенсивности вибрации. Если песок свободно истекает из трубы, дальнейшее извлечение ведут со скоростью до 0,2 м/сек, снижая интенсивность вибрации. По окончании извлечения трубы агрегат переезжает на новую точку.

Комплект машин по устройству песчаных свай и дрен состоит из вибропогружателя, электростанции, буровой машины, лёгкого бульдозера-погрузчика.

Технологический процесс устройства ленточных дрен из геотекстильных материалов включает заправку дрены в обсадную трубу, погружение обсадной трубы в грунт, извлечение её, обрезку дрены на высоте 20-25 см от поверхности грунта и переезд установки на новое место погружения дрен. Для погружения плоских дрен используют то же оборудование, что и для песчаных дрен, дополнительно снабжённое катушкой с рулоном ленты геотекстиля.

Устройство свай из цементогрунта, щебня, монолитного бетона включает следующие технологические операции: подготовку поверхности основания (без удаления растительного грунта), разбивочные работы, отсыпку рабочей платформы из песка (в случае необходимости), бурение скважин заданного диаметра и глубины, заполнение скважин строительными смесями, их уплотнение. Сваи устраивают заподлицо с поверхностью рабочей платформы или с небольшим превышением над ней. Забивные железобетонные сваи забивают при помощи стандартного оборудования до отказа. Над забивными сваями устраивают наголовники проектной конфигурации из бетона. Поверх голов свай (или наголовников) отсыпают выравнивающий слой песка не более 0,2 м с последующим устройством гибкого ростверка из геосинтетических сеток. Поверх ростверка осуществляют послойную отсыпку земляного полотна.

9.2. Сооружение высоких насыпей и глубоких выемок

Общая устойчивость. При предварительном назначении конструкции откосов крутизна их должна быть не более 1:1,75 для откосов насыпей и 1:2 для откосов выемок.

Расстояние между ярусами (полками) при наличии в их пределах глинистых грунтов не должно превышать 7 м для выемок и 10 м для насыпей. Конструктивные размеры полок выемок (ширина по верху) или контрбанкетов насыпей должны быть не менее 4,5-5,0 м.

Крутизна контрбанкетов насыпей, а также нижних ярусов выемок должна быть, как правило, меньше крутизны откосов верхних частей насыпей и ярусов выемок, по крайней мере, на один порядок. В случае глубоких выемок в слоистых толщах, представленных глинистыми грунтами, полки ярусов необходимо размещать, руководствуясь следующими правилами:

при наличии двухслойной толщи глинистых грунтов примерно одинаковой мощности, но различной прочности откос выемки делят на ярусы в пределах первого слоя, если S pw 1 > S pw 2 , и на границе слоев, если S pw 2 > S pw 1 ( S pw - сопротивляемость грунта сдвигу);

при наличии многослойной толщи различной мощности и различной прочности откос выемки делят на ярусы с учётом более слабых слоев (по их прочности-сопротивляемости сдвигу), мощности и наклона слоев к горизонту.

В тех случаях, когда на откос выемки выходит водоносный горизонт с постоянным дебитом и значительного простирания (по длине выемки), необходимо устраивать перехватывающий траншейный дренаж. Если низ водоносного горизонта расположен при этом на глубине более 3 м от верха откоса или одного из ярусов, перехватывающий дренаж должен быть запроектирован на специальной конструктивной полке, которую следует располагать от верха откоса или ближайшего яруса на глубине не более 3 м. В тех случаях, когда водоносный горизонт расположен на глубине, совпадающей с разбивкой откоса на ярусы, дренаж рекомендуется располагать на полке соответствующего яруса.

Траншейный дренаж располагают таким образом, чтобы максимальное расстояние от капиллярной каймы кривой депрессии до свободной поверхности откоса или полки было не меньше расчётной глубины промерзания для данного района. В противном случае необходимо предусматривать меры по уменьшению глубины промерзания откоса.

Учитывая трещиноватость глин дочетвертичного, четвертичного возраста и в покровных отложениях в природном залегании, необходимо обеспечивать водонепроницаемость основания под дренажными трубами, устраивая экран из битумогрунта или перемятой глины.

Местная устойчивость. Крутизну откосов, назначенную на основе оценки местной устойчивости, принимают после рассмотрения вариантов по уменьшению крутизны, определённой ранее на основе оценки обшей устойчивости, и вариантов, связанных с применением специальных конструкций, обеспечивающих местную устойчивость при данной крутизне, с учётом технико-экономического обоснования.

Обеспечение местной устойчивости откосов, сложенных глинистыми грунтами, связано с применением специальных конструкций в комплексе с последующим укреплением их поверхности и регулированием водного режима. К числу таких специальных конструкций относятся: защитные слои, решетчатые конструкции, поперечные дренирующие устройства, конструкции укрепления откосов, регулирования поверхностного стока.

Поскольку глины дочетвертичного возраста при воздействии на них погодно-климатических факторов (попеременного промерзания и оттаивания, набухания и увлажнения) изменяют свою прочность в поверхностных слоях до значений, близких к нулю, необходимо в этих случаях прикрывать такие грунты в откосах защитными слоями из материалов, устойчивых к погодно-климатическим воздействиям.

Толщину защитного слоя назначают с таким расчётом, чтобы глинистый грунт в откосе был защищен от промерзания в зимнее время и высушивания до влажности на пределе усадки в летнее. Для исключения потери прочности в результате промерзания-оттаивания, а также образования усадочных трещин при высушивании толщина защитного слоя должна быть не менее 0,6-0,8 м. В качестве материалов для защитных слоев могут быть использованы местные морозостойкие неусадочные грунты.

Конструкция защитного слоя может включать погребённый под защитным слоем экран из вязкого битума, устроенный на тщательно спланированной и уплотнённой поверхности откоса. Средняя минимальная толщина такого экрана составляет 6-8 мм (из расчёта 7 кг битума на 1 м2). Экран не пропускает через грунт защитного слоя атмосферные осадки и воды снеготаяния в откосную зону. При этом толщина защитного слоя может быть уменьшена на 0,5 м.

При назначении конструкции защитного слоя для откоса выемки необходимо учитывать, что пласты глин дочетвертичного возраста отличаются значительной трещиноватостью в природном залегании, часто включают маломощные прослойки песка, не являющиеся абсолютным водоупорным слоем. Поэтому при расположении над слоем таких глин водоносного горизонта необходимо внутреннюю часть защитного слоя устраивать в виде дренирующего слоя, применяя дренирующие грунты с коэффициентом фильтрации не менее 1 м/сут. Толщину дренирующего слоя назначают в зависимости от расчётного дебита воды. При капельном дебите (что часто имеет место) толщину дренирующей части защитного слоя принимают 0,2-0,3 м.

Дренирующий слой на откосе устраивают таким образом, чтобы вода, поступающая из глинистого пласта, могла проникать в песчаные слои, подстилающий глинистый пласт. В тех случаях, когда вода через глинистый пласт поступает в виде ключей, необходимо предусмотреть каптаж. При значительном дебите воды, фильтрующейся через глинистый пласт на откосе, защитный слой можно совмещать с откосным присыпным дренажом.

Присыпной откосный дренаж целесообразно размещать таким образом, чтобы его нижняя часть была расположена на полке. При этом должна быть обеспечена водонепроницаемость основания под дренажными трубами путём устройства экранов из перемятой глины, грунта, обработанного вяжущими или из вязкого битума. Толщина конструкции откосного дренажа должна быть не менее 0,8 м.

Для обеспечения устойчивости поверхностных слоев высоких откосов насыпей и выемок (с учётом возможного снижения прочности глинистых грунтов) можно использовать решетчатые конструкции из сборных железобетонных элементов или геосинтетики. Решетчатые конструкции применяют в качестве несущих для предотвращения деформаций, приводящих к сплывам и оплывинам; в качестве защитных - для поверхностного укрепления.

Поперечные дренирующие устройства применяются для осушения откосов выемок, сложенных трещиноватыми глинистыми грунтами, переслаивающимися песчаными водоносными прослойками малой мощности и прерывистого простирания. Такие устройства целесообразно устраивать в неглубоких выемках (до 6-8 м) и предусматривать дренажные выпуски непосредственно в водоотводные канавы (кюветы).

Горизонтальные дренажные скважины , обсаженные трубофильтрами из керамзитобетона и других материалов с высокой пористостью, располагают у подошвы откоса или у подошвы его отдельных частей (ярусов). Дренажные скважины снимают избыточный напор в грунте, осушают грунт в радиусе своего влияния, создавая призму упора в основании откоса, отводят свободную воду в период оттаивания грунта с повышенной водопроницаемостью. Целесообразно применять дренажные скважины с внешним диаметром 100 мм.

При глубине выемки до 4 м скважины располагают в один ряд на высоте 0,5 м от основания откоса. Расстояние между скважинами в ряду определяют по формуле

L p1 = a+b × f , где                                                                       (9.2)

f - интенсивность пучения, доли единицы;

a , b - коэффициенты, зависящие от вида грунта (табл. 9.2).

Таблица 9.2

Грунт

а

b

Супеси

1,0

2

Суглинки

0,8

4

Глины

0,6

6

При глубине выемки более 4 м скважины располагают в два ряда. Расстояние между скважинами во втором ряду увеличивают: L p 2 = 1,8 L pl .

Регулирование поверхностного стока обеспечивают конструктивными мероприятиями, с помощью которых ограничивают проникание жидких атмосферных осадков, а также снеготаяния в откосную часть земляного полотна.

Для регулирования поверхностного стока глубоких выемок и высоких насыпей (при их делении на отдельные ярусы) необходимо при наличии глинистых грунтов на поверхности полки каждого яруса предусматривать водонепроницаемый слой, например, из грунта, обработанного битумом или битумной эмульсией. Если полка устроена в глинистом грунте дочетвертичного возраста, на её поверхности предварительно устраивают защитный слой. Водонепроницаемый слой необходимо также укладывать на поверхности выше- и нижележащих откосных частей по 0,5 м с каждой стороны.

Сток поверхностных вод с поверхности полки осуществляют лотками треугольного, полукруглого или трапецеидального сечения, располагая их в средней части полок (по ширине). При этом следует предусмотреть дальнейший отвод или устройство поперечных водосбросных лотков.

Для исключения скопления на полках талых вод (при возможном заиливании водоотводных лотков) полкам придают поперечный уклон 3-4 % в низовую сторону. Если глубокие выемки располагают на косогорах, устраивают нагорные канавы со сбросом воды в пониженные места. Для предотвращения попадания в кюветы выемок грунта, смываемого с откосов талыми водами и атмосферными осадками, предусматриваются закюветные полки шириной не менее 3,5 м.

Для исключения чрезмерного впитывания воды через обочины насыпей необходимо предусмотреть их водонепроницаемое укрепление. Кроме того, для отвода воды, стекающей с проезжей части покрытия, а также с обочины устраиваются прикромочные лотки. Уклон обочинам следует придавать в сторону прикромочного лотка.

Конструкция прикромочных лотков должна исключать возможность отхода лотка от кромки проезжей части, для чего лоток к плите покрытия прикрепляют с помощью выпусков арматуры. Швы между прикреплёнными лотками и плитой проезжей части заливаются битумной мастикой.

Для исключения просадок прикромочных лотков под ними устраивают надёжное основание. С этой целью ширину слоев основания дорожной одежды увеличивают на ширину краевых полос с лотками.

Сброс воды из прикромочных лотков насыпей осуществляют равномерно по всей длине насыпи, не создавая отдельных очагов концентрированного сброса. Для этой цели применяют сборные водосбросные лотки телескопического типа. Сечение лотков и расстояние между ними в плане обосновывают гидрологическими расчётами. При расположении водосбросного лотка на полке яруса (или на контрбанкете) необходимо предусмотреть устройство водобойных колодцев.

В тех случаях, когда контрбанкет устроен из глинистых грунтов, ширину которого назначают из условия обеспечения обшей устойчивости насыпи, поверхность контрбанкетов укрепляют водонепроницаемым слоем (например, грунтом, обработанным битумом) на ширину не более 6 м в пределах полосы, прилегающей к вышележащему откосу. Остальная часть поверхности контрбанкета должна быть прикрыта слоем морозостойкого неусадочного грунта и тщательно спланирована с уклоном в сторону низового откоса. Сверху следует уложить слой растительного грунта и предусмотреть посадку кустарника или деревьев.

При назначении конструкции водоотводных лотков, размещаемых на полках, а также прикромочных и сбросных лотков необходимо предусмотреть меры, исключающие проникание воды из лотка в подстилающий грунт. Для этого сечение лотка во всех случаях должно быть обосновано расчётом, а сама конструкция лотка и его основание исключали бы утечку воды.

Для предотвращения оплывания откосов кюветов, водоотводных и нагорных канав и для обеспечения нормальной работы необходимо предусмотреть их водонепроницаемое укрепление на всём протяжении, даже при малых продольных уклонах. В качестве материала для укрепления водоотводных канав рекомендуется применять сборные железобетонные плитки, монолитный цементобетон, грунт, обработанный вяжущими.

Технологические мероприятия. Выемки всегда разрабатывают при заранее обеспеченном регулярном отводе поверхностных и грунтовых вод. Для этой цели необходимо устраивать временный водоотвод при разработке каждого яруса.

При разработке глубоких выемок целесообразно использовать комбинированные схемы производства работ, например, сначала скреперным отрядом до первого водоносного горизонта, далее экскаватором с автотранспортированием грунта и его укладкой в земляное полотно соседних насыпей. Все работы по устройству дренажей выполняют непосредственно в процессе разработки выемок в едином комплексе. При этом часть выемки, расположенная ниже верха траншейного дренажа, разрабатывается только после устройства последнего.

Устройство защитных слоев и укрепление откосов выполняют после разработки выемки (или её яруса), чтобы не допускать высушивания глинистых грунтов, а также чрезмерного увлажнения их атмосферными водами. Защитный слой укладывают после разработки выемки и планировки откоса. Защитный слой на полке устраивают после окончания работ по сооружению дренажа.

Выемки необходимо разрабатывать «с недобором». Последующую срезку грунта и планировку откосов осуществляют экскаватором-драглайном или бульдозером.

Все работы по сооружению выемок в сложных инженерно-геологических условиях необходимо проводить, как правило, в летний период при минимальном дебите грунтовых вод, При этом во всех случаях до наступления осеннего периода должен быть выполнен в полном объёме комплекс мероприятий по обеспечению местной устойчивости.

В осенне-весенний периоды допускают разработку верхних частей выемки до горизонта, расположенного не менее чем на 2 м выше уровня грунтовых вод первого (с верха) водоносного горизонта. При этом по ширине выемку разрабатывают «с недобором» не менее 2 м с каждой стороны.

Если по тем или иным причинам незаконченную выемку оставляют на зиму, требуется предусмотреть мероприятия по её содержанию в период снеготаяния (прочистку временного водоотвода, уборку снега и т. п.). До начала зимы дно выемки должно быть тщательно спланировано и устроен временный водоотвод.

При сооружении высоких насыпей уплотнение откосной части земляного полотна обеспечивается до плотности не менее 0,95 от максимальной при стандартном уплотнении. Для этого земляное полотно насыпи отсыпают слоями не более 0,3 м (в плотном теле) и уплотняют катками на пневматических шинах типа ЗУ-25, а оставшийся на откосе недоуплотнённый слой (около 0,5 м) уплотняют дополнительно, например, с помощью трамбующей плиты или вальца катка на экскаваторе-драглайне.

Если по тем или иным причинам нет возможности доуплотнить откосную часть, насыпь отсыпают на большую ширину (примерно по 0,5 м в каждую сторону) с последующей срезкой бульдозером или экскаватором-драглайном. При этом срезанный грунт укладывают либо на поверхность ниже- или вышележащей полки с последующим уплотнением, либо загружают в самосвалы и перемещают в насыпь на соседнем участке.

Контрбанкеты сооружают одновременно с возведением земляного полотна насыпи. При этом к плотности грунта в контрбанкетах предъявляются такие же требования, как и к соответствующим горизонтам насыпи.

Все работы по сооружению высоких насыпей из глинистых грунтов рекомендуется проводить в весенний и летний периоды. При этом укрепление откосов насыпей, а также поверхности откосов контрбанкетов должно быть закончено до наступления осенне-зимнего периода.

Защитные слои на откосах насыпей из глинистых грунтов устраивают непосредственно в процессе возведения насыпи. Применяют два варианта схем производства работ:

защитный слой на откосе укладывают и уплотняют одновременно с отсыпкой и уплотнением слоев насыпи; оставшуюся в этом случае недоуплотнённую внешнюю часть защитного слоя (примерно 0,5 м) затем планируют и доуплотняют трамбованием;

насыпь из глинистого грунта отсыпают предварительно на высоту одного яруса, после чего откосную часть планируют и доуплотняют трамбованием, затем немедленно с помощью бульдозера на откос укладывают и разравнивают грунт защитного слоя, уплотняя последний трамбованием.

Защитный слой на поверхности полок (контрбанкетов) укладывают одновременно с устройством защитного слоя на вышележащей части откоса.

Во всех случаях при перерыве в производстве работ необходимо тщательно спланировать поверхность земляного полотна насыпи, придав ей поперечный уклон не менее 6-8 %. При длительном перерыве работ требуется предусмотреть устройство на поверхности насыпи слоя из дренирующих грунтов.

Укрепление поверхности откосов высоких насыпей (выше 12 м) и глубоких выемок (глубже 12 м) необходимо начинать немедленно после сооружения и окончательной отделки каждого яруса (уплотнения и планировки поверхности откосов). Если по тем или иным причинам недостроенная насыпь оставляется на зиму, предусматриваются мероприятия по её содержанию в период снеготаяния. Поверхность откосов планируют экскаватором-планировщиком Э-4010 при высоте ярусов (откосов) до 6 м или планировочной рамой на экскаваторе-драглайне при высоте более 6 м.

В тех случаях, когда крутизна откосов не более 1:2, планировочные работы целесообразно выполнять бульдозерами с гидравлическим управлением.

Устройство укрепления откосов с помощью решетчатой конструкции и заполнением ячеек растительным грунтом с посевом трав следует начинать с нанесения последнего на поверхность откосов. При этом сначала отсыпают слой растительного грунта толщиной не менее 10 см, который служит одновременно выравнивающим. Далее сеют траву агрегатом ЦНИИС, а затем на его поверхность укладывают сборные элементы, объединяя их в решетчатые конструкции, ячейки которых заполняют растительным грунтом заподлицо.

Растительный грунт транспортируют самосвалами и выгружают на обочину или верхнюю часть откоса. Распределяют растительный грунт равномерным слоем по всей поверхности откоса экскаватором-планировщиком Э-4010 при высоте яруса до 6 м или экскаватором-драглайном при высоте более 6 м. Растительный грунт на откосы с крутизной не более 1:2 рекомендуется наносить прицепными скреперами с ёмкостью ковша не более 6 м3.

Для окончательного распределения и планировки выравнивающего слоя растительного грунта целесообразно использовать бульдозер с универсальным отвалом и гидравлическим управлением. При использовании метода гидропосева травы засевают после окончания монтажа сборных элементов решетчатых конструкций.

9.3. Сооружение земляного полотна в песчаных пустынях

Конструкция земляного полотна в районах подвижных песков должна обеспечивать условие минимума заносимости песком. При этом предусматриваются мероприятия по предохранению земляного полотна от выдувания и образования песчаных заносов на полосе шириной не менее 50-150 м с учётом рельефа местности, скорости и направления ветра, степени подвижности песков, зависящей от закрепления поверхности растительностью, зернового состава песка и других факторов.

При незаросшей и слабозаросшей поверхности песков земляное полотно устраивают преимущественно в виде насыпей высотой 0,5-0,6 м, возводимых из резервов глубиной до 0,2 м. В пределах равнин и межбарханных понижений должны быть предусмотрены:

планировка полосы шириной 15-40 м с каждой стороны полотна;

закрепление подвижных форм рельефа на ширину до 200 м за пределами полосы отвода.

Насыпи высотой более 1 м устраивают с использованием песка из выемок или карьеров, размещаемых с подветренной стороны на расстоянии не менее 50 м от дороги.

Выемки глубиной до 2 м разрабатывают раскрытыми с откосами не круче 1:10. При необходимости устройства водоотвода в выемке она должна быть разделана под насыпь с откосами не круче 1:4. Выемки глубиной более 2 м разделываются под насыпи высотой 0,3-0,4 м. При этом расстояние между подошвами внутреннего и внешнего откосов необходимо принимать равным 10-20 м в зависимости от силы и направления ветра и состава песка.

На участках с полузаросшей и заросшей поверхностью необходимо обеспечивать максимальное сохранение растительности и естественного рельефа прилегающей местности. С этой целью насыпи проектируются минимальной высоты, без резервов. Выемки следует проектировать минимальной ширины с откосами 1:2. При необходимости получить из выемки требуемое количество грунта для насыпей предусматривают уширение выемки.

Для обеспечения проезда технологического транспорта по земляному полотну устраивают защитный слой из глинистого грунта или песка, укреплённого вяжущими или иными способами, толщиной 0,15-0,20 м либо укладку геотекстильной прослойки с отсыпкой нижнего слоя дорожной одежды.

Земляное полотно и грунтовые основания в песках наиболее целесообразно возводить в зимне-весенний период, когда благодаря более высокой влажности грунтов производительность землеройных машин значительно выше, чем летом, улучшаются также и условия проезда автомобилей.

При возведении насыпей в барханных песках для поперечного перемещения грунта из боковых резервов наиболее рациональны бульдозеры. Расстояние перемещения песка бульдозерами 15-25 м, в отдельных случаях до 40-50 м. В целях повышения производительности бульдозеров применяют уширители и открылки к отвалам.

Насыпи и боковые резервы после их разравнивания бульдозерами планируют прицепными грейдерами. Для возведения невысоких насыпей из песка выемок, сооружаемых при пересечении песчаных гряд, используются бульдозеры. При этом выемка разрабатывается поперечными траншеями с перемещением грунта с оси дороги, который затем по продольным траншеям сдвигается в насыпь. Разработку выемки начинают с создания продольной траншеи. Поперечные траншеи устраивают последовательно от середины к концам выемки, допускаемая их глубина 1,5-2,0 м

При расстоянии перемещения песка до 80-100 м применяют метод перемещения грунта бульдозерами с промежуточными валами. При необходимости перемещения песка на расстояние более 100 м целесообразно использование самоходных и прицепных скреперов. При этом необходимо учитывать неизбежное снижение производительности скреперов при работе на барханных песках. Коэффициент наполнения ковша примерно 0,6-0,7 при влажном и 0,3-0,5 при сухом барханном песке.

Для предупреждения ветровой эрозии на песчаной поверхности устраиваются защитные слои из связных или обломочных грунтов. Глинистые грунты для устройства защитного слоя и укрепления откосов разрабатывают в карьерах или сосредоточенных резервах с помощью экскаваторов или бульдозеров с погрузчиками. Влажность грунта должна быть близкой к оптимальной, поэтому наиболее рационально устраивать защитный слой и укреплять откосы в весенне-зимний период.

Толщина защитных слоев должна быть не менее, см:

глины и суглинки тяжёлые - 10;

суглинки и супеси пылеватые - 15;

супеси лёгкие крупные и лёгкие - 20;

гравийно-щебёночные, песчаные смеси - 10.

Грунт в защитный слой укладывают способом «от себя» с подвижкой бульдозером.

При устройстве защитного слоя под дорожной одеждой глинистый грунт разравнивают бульдозерами, планируют автогрейдерами и немедленно после планирования уплотняют катками на пневматических шинах или тяжёлыми гладковальцовыми катками. При недостатке влаги грунт перед уплотнением увлажняют до оптимальной влажности. Плотность грунта защитного слоя должна составлять не менее 0,95 от максимальной при стандартном уплотнении.

При устройстве защитных слоев на откосах грунт разравнивают грейдерами и укатывают прицепными гладкими катками.

Надёжность противоэрозионной защиты повышается при укреплении грунтов защитного слоя вяжущими материалами. Толщина укреплённых слоев должна быть не менее толщины, приведенной в табл. 9.3.

Таблица 9.3

Вид грунта

Вяжущий материал

Толщина укреплённых слоев, см

Суглинки и супеси

8 % битума МГ 25/40; 40/70; 70/130

10

3-4 % битума МГ 25/40 + 0,03-0,06 ПАВ Э-1

10

6-8 % цемента

10

Барханные пески

8-10 % цемента или 6-8 % цемента + 2-3 % извести или жидкого стекла

12-15

3-4 % жидкого битума 40/70 + 3 % цемента (5-10 % цементной пыли) + 0,015-0,3 % ПАВ Э-1

12-15

5-6 % медленно распадающейся 50-55 % анионной битумной эмульсии

12-15

Укрепление песка вяжущими материалами производится дорожной фрезой, оборудованной баком для распределения вяжущего. При устройстве защитного слоя из глинистых грунтов, укреплённых вяжущими материалами, последовательно выполняют следующие технологические операции:

разравнивание и планировку поверхности верха земляного полотна прицепным грейдером;

вывоз глинистого грунта автомобилями-самосвалами с выгрузкой его способом «от себя»;

распределение глинистого грунта бульдозером и планировку автогрейдером;

распределение вяжущего материала автогудронатором или автоцементовозом в зависимости от вида вяжущего;

перемешивание вяжущего с грунтом дорожной фрезой за 1-2 прохода по одному следу;

прикатку и уплотнение слоя катками на пневматических шинах за 8-10 прохода по одному следу.

В качестве вяжущих материалов для временной фиксации поверхности песков рекомендуется использовать медленно распадающиеся дорожные битумные эмульсии ( ГОСТ Р 52128-2003), приготовленные на битуме марок БНД 200/300 и БНД 130/200. Возможно использование также жидкой нефти и водного раствора полиакриламида.

Битумную эмульсию 50-55 % концентрации доставляют к месту работ в автомобильных цистернах. Для исключения распада эмульсии во время транспортировки на дальние расстояния на каждые 10 т эмульсии добавляют в тару 0,5 кг щёлочи.

Концентрированную эмульсию сливают в необходимом количестве в приёмную цистерну пескозакрепительного агрегата, а затем разбавляют её 2-6 частями воды. При розливе разбавленной эмульсии битум проникает в поры песка, создавая защитный слой толщиной 5-20 см. Защитный слой в течение 2-3 лет предохраняет поверхность песков от эрозионного действия ветропесчаного потока и не препятствует прорастанию семян.

При небольших объёмах работ для розлива битумной эмульсии на откосы можно использовать автогудронаторы.

Нормы расхода вяжущих материалов для закрепления песчаных откосов земляного полотна приведены в табл. 9.4.

Таблица 9.4

Вяжущий материал

Нормы расхода , л / м 2

Битумы марок БНД 200/300 и 130/200 ( при применении битумных эмульсий )

0,35-0,50

Жидкие нефти

3,00-4,00

Водный раствор полиакриламида или препарата К -4 (0,5 - 0,7 %- ной концентрации )

6,00 - 8,00

Для укрепления откосов и других поверхностей из несвязных грунтов возможно применение жидкого битума с добавкой катионного препарата Э-1 (или другого аналогичного по эффективности).

Укрепление песка жидким битумом с добавкой Э-1 и битумными эмульсиями рекомендуется осуществлять с использованием двух фрез, движущихся по укрепляемому слою одна за другой. В навесной бак первой фрезы заливают водный раствор Э-1, а в бак второй фрезы - жидкий битум. В процессе работы первая фреза служит для распределения эмульсии в песке, а вторая - для дополнительного перемешивания. После перемешивания песка с вяжущим смесь разравнивают и уплотняют обычными способами.

Уплотнение песков, укреплённых органическими вяжущими, рекомендуется начинать в утренние часы и заканчивать до повышения температуры смеси не ниже +35°С.

Движение технологических транспортных средств можно открывать на второй день после уплотнения при использовании органических вяжущих материалов и через 3-5 дней в случае применения неорганических вяжущих.

Для закрепления откосов и одерновки грунтовых поверхностей аэродромов применяют посев трав. Для посева используют смеси семян многолетних трав, дающих плотный дёрн. Высевать следует весной или осенью в период выпадения осадков. Посев трав на песках производят без подготовки почвы механизированным способом с применением агрегата ЦНИИС для гидропосева.

Посев трав на откосах земляного полотна в песчаных пустынях и фиксацию их вяжущими материалами выполняют поздней осенью или ранней весной в северной части пустынной зоны, зимой и перед весенними дождями - в её южной части.

В мелких и мелких пылеватых песках, закрепляемых посевом трав, для предотвращения выдувания семян трав укрепляют засеянные поверхности жидкими вяжущими материалами. Жидкие вяжущие материалы разливают с помощью пескозакрепительного агрегата, состоящего из гусеничного трактора, разбрызгивателя и приёмной цистерны. В качестве разбрызгивателя жидких вяжущих материалов (фиксаторов) используются дождевальные аппараты, мотопомпы, садовые опрыскиватели. Разбрызгиватели снабжаются сменными шлангами с наконечниками для регулирования струи битумной эмульсии при её розливе на откосы. Приёмную цистерну вместимостью 10-15 м3 устанавливают на самостоятельной тележке, находящейся в сцепе с трактором-тягачом.

Пескозакрепительный агрегат обслуживает звено машин, доставляющих воду, и битумовозы, подвозящие концентрированную эмульсию или другой фиксатор от базы хранения или места приготовления.

При строительстве дорог и аэродромов в заросших песках необходимо свести к минимуму повреждение растительности, нарушение естественного рельефа и разрыхление поверхности песков прилегающей местности. Для этого необходимо:

при сооружении насыпей из боковых резервов закладывать резервы возможно большей глубины непосредственно у земляного полотна;

в среднебугристых, крупнобугристых и грядовых песках максимально использовать для отсыпки насыпей песок из выемок за счёт уположения откосов;

стоянки дорожных машин и жильё устраивать за пределами охраняемой полосы;

движение транспортных средств и машин ограничивать узкой полосой строящейся дороги и специальными временными дорогами.

При отсутствии местных связных грунтов для закрепления поверхностей эффективно применение геотекстиля. Укладка полотен геотекстиля может быть продольной и поперечной с обязательным перекрытием полотен внахлёст.

Если нет необходимости укрепления откосов земляного полотна (заросшие пески), следует применять продольную укладку полотен. В случаях когда укрепление распространяется и на откосы насыпи, более целесообразна поперечная укладка. При укладке геотекстиля в два слоя нижний слой полотнищ расстилают в поперечном, а верхний - в продольном направлении.

Величина перекрытия соседних полотнищ зависит от вида соединения, но не должна быть менее 15 см. В местах стыковки полосы следует укреплять металлическим шпильками Г-образной формы длиной 30 см, диаметром 6-8 мм через 1,5-2,0 м при продольной укладке. При поперечной укладке укрепление шпильками осуществляют по оси, по кромкам, по бровкам и на концевых точках.

Концевые части полотнищ при поперечной укладке заглубляют не менее чем на 0,6 м от поверхности земли с немедленной их засыпкой. Канавы для концевых частей полотнищ устраивают в процессе планировки прицепным грейдером или планировщиком. Засыпку полотнищ геотекстиля на откосах насыпи производят сразу после устройства нижнего слоя основания. Толщина гравийно (щебёночно) - песчаной засыпки должна быть не менее 10 см. Уплотнение нижнего слоя основания, уложенного на защитном слое из геотекстиля, производят при хорошо увлажнённом земляном полотне с предварительной прикаткой лёгкими катками.

9.4. Возведение земляного полотна на засоленных грунтах

При производстве земляных работ на засоленных грунтах необходимо учитывать степень их засоления в соответствии со СНиП 2.05.02-85 (табл. 9.5) и выполнять эти работы по возможности в сроки, когда влажность наиболее близка к оптимальной.

Таблица 9.5

Грунты

Среднее суммарное содержание легкорастворимых солей, % от массы сухого грунта

хлоридное и сульфатно-хлоридное засоление

сульфатное, хлоридно-сульфатное и содовое засоление

V дорожно-климатическая зона

остальные зоны

V дорожно-климатическая зона

остальные зоны

Слабозасоленные

0,5-2,0

0,3-1,0

0,5-1,0

0,3-0,5

Среднезасоленные

2,0-5,0

1,0-5,0

1,0-3,0

0,5-2,0

Сильнозасоленные

5,0-10,0

5,0-8,0

3,0-8,0

2,0-5,0

Избыточно засоленные

10,0

8,0

8,0

5,0

Рационально выполнять земляные работы на солончаках с высоким уровнем грунтовых вод: в песчаных грунтах - весной, в начале лета, в связных грунтах - в летний и осенний период (начало дождей).

При отсыпке малых насыпей безрезервного профиля и с резервами глубиной менее 50 см в условиях сильного засоления грунтов целесообразно проведение земляных работ в весенний период, когда засоление в верхних слоях уменьшается. Тонкие солевые корки толщиной 1-2 см, встречающиеся в летний период на поверхности солончаков, обычно не оказывают существенного влияния на среднее содержание солей в верхней толще грунта. Солевые корки толщиной более 2-3 см перед возведением насыпи срезают бульдозерами с поверхности резервов и основания насыпи и сдвигают за пределы резервов на расстояние 15-20 м.

Для возведения насыпей из боковых резервов на солончаках с грунтовыми водами ближе 1 м от поверхности, как правило, применяются экскаваторы. Использование бульдозеров и грейдер-элеваторов целесообразно при залегании уровня грунтовых вод в период производства работ более 1 м от поверхности. Дно боковых резервов в этих случаях должно быть на 30-40 см выше уровня грунтовых вод.

Насыпи из привозного грунта на солончаках, грунт которых из-за избыточного засоления непригоден для возведения земляного полотна, и на мокрых солончаках возводят способом «с головы». Насыпь отсыпают сначала выше рабочей отметки, но не на полную ширину земляного полотна. Затем бульдозером надвигают грунт в стороны с одновременным уплотнением катками. Солончаковые связные грунты, имеющие после подсушивания комковатую структуру, рекомендуется уплотнять кулачковыми или решетчатыми катками.

При искусственном увлажнении неводоустойчивых грунтов солончаков и такыров во избежание их набухания и прилипания в процессе разравнивания и уплотнения необходимо следить за тем, чтобы относительная влажность не превышала 0,9 от оптимальной. При естественной влажности засоленного глинистого грунта более 1,1 от оптимальной влажности каждый слой грунта после разравнивания подвергают перед укладкой подсушиванию на воздухе или добавляют 2-3 % извести.

При сооружении земляного полотна на мокрых солончаках и отсутствии местных грунтов, пригодных для отсыпки земляного полотна, рекомендуется применение в основании насыпи слоя геотекстиля. Это позволяет снизить высоту насыпи за счёт более высокой плотности нижнего слоя, уложенного на поверхности основания, а также за счёт прерывания капиллярного поступления воды в верхнюю часть земляного полотна.

Перед укладкой геотекстиля поверхность основания планируют и профилируют, надвигая в основание насыпи грунт, необходимый для образования возвышения (5-10 см) и поперечных уклонов слоя геотекстиля. Надвижку грунта производят бульдозером, распределение и профилировку - грейдером.

9.5. Возведение земляного полотна в районах распространения вечномёрзлых грунтов

Общие положения. Конструкции земляного полотна в I дорожно-климатической зоне назначают с учётом температурного режима толщи грунтов и их физико-механических свойств, определяющих величину осадки основания насыпи при оттаивании в период эксплуатации.

Как правило, земляное полотно проектируют на основе теплотехнических расчётов, исходя из принципов направленного регулирования уровня залегания верхнего горизонта вечномёрзлых грунтов (ВГВМГ) в основании насыпи в период эксплуатации дороги.

Земляное полотно на участках залегания вечномёрзлых грунтов необходимо проектировать, руководствуясь одним из следующих принципов:

первый - обеспечение поднятия ВГВМГ не ниже подошвы насыпи и сохранение его на этом уровне в течение всего периода эксплуатации дороги;

второй - допущение оттаивания грунта деятельного слоя в основании насыпи в период эксплуатации дороги при условии ограничения осадок допустимыми пределами для конкретного типа покрытия.

По первому принципу проектирование осуществляют на участках низкотемпературной вечной мерзлоты, сложенной сильнопросадочными грунтами и глинистыми грунтами с влажностью выше границы текучести в деятельном слое при капитальном типе дорожных одежд.

Второй принцип применяется в качестве основного из конкурирующих вариантов проектирования, оцениваемых по технико-экономическим показателям. Второй принцип проектирования включает обеспечение предварительного оттаивания вечномёрзлых грунтов и осушения дорожной полосы до возведения земляного полотна.

Предварительное оттаивание рекомендуется на участках высокотемпературной вечной мерзлоты островного распространения, когда возможно заблаговременное оттаивание вечномёрзлых грунтов и осушение дорожной полосы.

На участках со скальными крупнообломочными и песчаными породами, не содержащими прослоек и линз льда, в том числе с высокотемпературной вечной мерзлотой (как правило, островного распространения), а также на участках сезонного промерзания без наличия вечномёрзлых грунтов земляное полотно следует проектировать по нормам II дорожно-климатической зоны.

При проектировании по первому принципу положение ВГВМГ в основании обеспечивается назначением соответствующей высоты насыпи при применении традиционных дорожно-строительных материалов и устройством специальных прослоек из теплоизолирующих материалов в основании (торфа, пенопласта, шлака и т. п.).

При проектировании по второму принципу высоту насыпи устанавливают по результатам тепло-физических расчётов и расчёта суммарной осадки основания и нестабильных слоев насыпи (см. СНиП 2.05.02-85). Допустимая суммарная осадка приведена в табл. 9.6.

Таблица 9.6

Дорожная одежда и условия её устройства

Допустимая суммарная осадка основания из нестабильных слоев насыпи в период эксплуатации, см при толщине стабильных слоев, м

0,5

1,0

1,5

2,0

Капитальные дорожные одежды со сборными железобетонными покрытиями, устраиваемые в одну стадию без технологического перерыва

2

4

6

10

Капитальные дорожные одежды с асфальтобетонными покрытиями, устраиваемые в один год с земляным полотном

4

8

12

20

Облегчённые дорожные одежды

6

12

18

30

Переходные дорожные одежды

8

16

24

40

При использовании в конструкции насыпи геосинтетических прослоек различной прочности и деформируемости осадки могут быть увеличены на 20 % при толщине стабильных слоев до 1,5 м и на 25 % при их толщине до 2,0 м.

На участках прогнозируемых наледей в районах островного распространения вечномёрзлых грунтов и глубокого сезонного промерзания земляное полотно должно быть запроектировано так, чтобы глубина промерзания основания насыпи не превышала промерзания грунтовой толщи в естественных условиях. При сплошном распространении вечномёрзлых грунтов земляное полотно необходимо проектировать совместно с противоналедными устройствами (мерзлотным грунтовым поясом, водонепроницаемым экраном и др.), активизирующими наледный процесс в удалении от полотна дороги.

Выемки допускается предусматривать на участках местности с благоприятными мерзлотно-грунтовыми и гидрогеологическими условиями (скальные и щебенистые грунты) при отсутствии линз и прослоек льда. В случае необходимости проектирования выемок в сложных мерзлотно-грунтовых и гидрогеологических условиях (напластование грунтов неоднородного состава, переменный уровень водоносных горизонтов, проявления мерзлотных процессов, сильнопросадочные грунты) должны быть предусмотрены:

теплоизоляция откосов,

слои из геосинтетических материалов,

замена переувлажнённых пылеватых глинистых грунтов песками или другими качественными материалами,

морозозащитные слои в основании дорожной одежды.

Должен быть также обеспечен надёжный отвод воды из выемки. Принимаемые решения следует обосновывать расчётами. Мелкие выемки необходимо раскрывать или разделывать под насыпи.

В зависимости от рельефа, гидрогеологических и мерзлотно-грунтовых условий поверхностные и грунтовые надмерзлотные воды отводят от дорожного полотна за счёт водоотводных канав, нагорных мерзлотных валиков и приоткосных берм, параметры которых устанавливают расчётом.

Технология возведения земляного полотна. При возведении земляного полотна необходимо учитывать конкретные мерзлотно-грунтовые и климатические условия, принципы проектирования и соответствующие им дорожные конструкции, а также наличие и состояние грунтов, пригодных для сооружения насыпей. Каждому принятому принципу проектирования земляного полотна, увязанному с мерзлотно-грунтовыми условиями участков строительства, соответствуют свои способы производства земляных работ.

В связи со спецификой и разнообразием мерзлотно-грунтовых условий для производства земляных работ рекомендуется включать в состав отрядов комплекты машин соответствующего назначения:

для проведения подготовительных работ на дорожной полосе и в карьерах;

для разработки грунта в резервах, с необходимым рыхлением механическим или взрывным способом или радиационным оттаиванием;

для погрузки и транспортирования грунта;

для формирования и уплотнения насыпи.

Машины для земляных работ должны быть северного исполнения и с повышенной хладостойкостью базисных узлов.

Особенностью работы автотранспорта в условиях распространения вечномёрзлых грунтов является невозможность проезда по неподготовленным землевозным дорогам в тёплое время года, когда наступает распутица и оттаивает верхний деятельный слой вечномёрзлых грунтов. Поэтому для планирования работ в летний период необходимо предусматривать схему перевозок по специальным дорогам либо на основных участках, где это необходимо, заранее отсыпать сухой песчаный грунт для обеспечения летнего проезда построечного транспорта.

При составлении проекта производства работ (ППР) необходимо учитывать, что основной объём земляных работ выполняют в зимнее время, обеспечивая максимальное использование естественного холода для промораживания грунтов в основании насыпи. В связи с этим должна быть проведена соответствующая заблаговременная подготовка карьеров для заготовки и разработки грунта в зимнее время. Особое внимание должно уделяться этим работам в лесотундровых и тундровых районах со сплошной вечной мерзлотой.

Подготовка карьеров и разработка грунтов. Карьеры целесообразно располагать в непосредственной близости от места производства, в соответствии с нормативными требованиями и принципом проектирования земляных работ, исходя из технико-экономических показателей и сокращения времени транспортировки грунта, чтобы не допустить смерзания талого глинистого грунта в зимний период. Предпочтение следует отдавать участкам с уклоном не менее 5 % и участкам, где могут быть мощные талики, а также в местах обсохших тундровых котловин вблизи бугров пучения, наличие которых свидетельствует о близком залегании крупноскелетных грунтов под озёрными илами.

Чтобы создать требуемые запасы талых грунтов, применяют два способа подготовки карьеров: радиационное оттаивание и утепление снегонакоплением.

Грунт в карьерах разрабатывают двумя способами:

бульдозерами послойно по мере радиационного оттаивания перемещением в бурты с последующей погрузкой экскаваторами в транспортные средства;

прямой экскавацией и погрузкой в транспортные средства.

Первым способом разрабатывают твёрдомёрзлые грунты, а вторым - сухо-мёрзлые и сыпуче-мёрзлые. Экскавацию грунта из буртов осуществляют в летнее время или зимой после просушивания.

Разработка грунта в летний период может быть осуществлена с использованием радиационного оттаивания. Этот способ применим при разработке песчаных грунтов и требует значительной площади резервов. Желательно использовать наклонные участки с естественным водоотводом. Разработку оттаявшего грунта осуществляют послойно при помощи бульдозеров. Грунт перемещают в валы высотой 3,5- 5,0 м, из которых грунт забирается экскаваторами для транспортировки в насыпь. Производительность метода ограничивается интенсивностью оттаивания грунта и размером разрабатываемых площадок.

Глубину радиационного оттаивания грунта определяют в зависимости от теплофизических характеристик, температуры воздуха, интенсивности солнечной радиации. Ориентировочно суточное оттаивание в слое 0,1-0,25 м можно определить по табл. 9.7.

Таблица 9.7

Районы I дорожно-
климатической зоны

Грунт

Скорость оттаивания, см/сут

Май

Июнь

Июль

Август

I 1

Песок

3-7

5-12

7-17

5-12

I 2

Песок

7-10

10-15

11-18

10-12

Супесь

4-6

7-8

-

-

Суглинок

3-4

5-6

-

-

Глина

2,5-3,5

4-5

-

-

I 3

Песок

7-12

10-16

12-18

10-14

Супесь

4,5-5,5

8-9

-

-

Суглинок

3,5-4,5

5,5-7

-

-

Глина

3-4

5-6

-

-

При способе разработки грунта с постепенным радиационным оттаиванием при помощи бульдозера формируют первоначальный вал грунта встречными челночными проходами. Ширина участка должна обеспечивать полное накопление «призмы волочения» перед отвалом. Для двойной встречной сборки она составляет 40-50 м. За 1 час работы на 100-метровой захватке накапливается вал объёмом 600-700 м3, который затем переформовывают в более широкий штабель. Производительность бульдозера типа Д-355 в смену составляет около 2300-2600 м3. При этом требуется площадка размером 100×600 = 60 тыс. м2. Для обеспечения непрерывного цикла работ должен быть отведён участок в 2-3 раза большей площади.

Технология заготовки мёрзлого и вечномёрзлого грунта рыхлением включает собственно рыхление грунта на захватке и обвалование (штабелирование) его для хранения или немедленного использования.

Захватки (или участки для рыхления) устанавливают таким образом, чтобы разрыхленный грунт был в эту же смену обуртован. При немедленном использовании его сразу же транспортируют в насыпь с целью исключения возможности смерзания комьев, которое особенно ощутимо в весенне-осенний период производства работ. Исходя из среднесменной производительности экскаватора с ковшом объёмом 1,0-1,6 м3 на погрузке грунта в пределах 700-1200 м3 площадь захваток для рыхления при средней глубине 0,8 м составит 800-1500 м2. Их обычно разбивают на два участка половинного размера.

Рыхление осуществляется мощными рыхлителями с одним зубом.

Грунт рыхлят на площадках размером примерно 50-100 м, выполняя проходы по сетке с расстоянием между проходами от 0,5-0,7 м до 2 м. Первые проходы рекомендуется устраивать при движении трактора под уклон. Скорость рыхления 1,4-3,5 км/час, глубина рыхления - 0,5-1,5 м в зависимости от мощности базовой машины и прочности породы.

После взрывного или механического рыхления осуществляют штабелирование разрыхленной породы в бурты высотой 3,5-5,0 м, из которых грунт может быть немедленно использован для отсыпки либо выдержан с целью последующего оттаивания и потери влажности. Обычно с целью более интенсивного оттаивания в течение летнего периода требуется двойная или тройная перекладка штабеля, которую выполняют экскаваторами и бульдозерами. Заготовку штабелей грунта в требуемых объёмах необходимо выполнять в летний период (в течение 2,5-3,5 месяцев).

Отряды машин для рыхления, обуртования грунта выбирают исходя из заданного сменного темпа работ, который, в свою очередь, определяется объёмом и сроками строительства автомобильных дорог.

Бурты летней заготовки, предназначенные для зимней разработки, необходимо отсыпать высотой более глубины их возможного сезонного промерзания и защищать теплоизоляционными покрытиями из местных (мох, торф, снег и др.) и искусственных (полимерные или водовоздушные замерзающие пены) материалов.

Зимнюю разработку карьеров и буртов заготовленного грунта необходимо выполнять с соблюдением следующих правил:

снег с поверхности удалять не более чем на смену работы экскаваторов, а в сильные морозы - на половину смены;

передвижение транспортных средств осуществлять по дну разрабатываемого карьера;

разработку буртов и карьеров, расположенных на уклоне, начинать с низовой стороны.

Бурты грунта, предназначенные для летней разработки, располагают в карьере по направлению господствующих ветров, а для зимней разработки - перпендикулярно этому направлению (для накопления утепляющих снегоотложений). Во всех случаях высота буртов должна быть не менее 6 м для обеспечения требуемой производительности экскаваторного парка.

Погрузка грунта из штабеля или забоя в автотранспортные средства выполняется одноковшовыми экскаваторами. После взрыва и особенно после механического рыхления используют экскаваторы с ковшом ёмкостью 1,5-1,6 м3, поскольку они обеспечивают погрузку кусков грунта большого размера. При работе в так называемых «сухоройных карьерах» возможно применять экскаваторы с ковшом вместимостью от 0,65 м3 и выше. Транспортировка грунта осуществляется автомобилями-самосвалами грузоподъёмностью 12-14 т и более.

Возведение насыпей с сохранением вечной мерзлоты в основании (первый принцип проектирования). На участках, где предусмотрено сохранить грунты основания насыпей в вечномёрзлом состоянии в течение периода эксплуатации дороги, все подготовительные и основные работы выполняют с таким расчётом, чтобы обеспечить максимальное сохранение существующего водно-теплового режима местности. Подготовительные работы (рубку и удаление леса, кустарника, уборку снега и т.д.) выполняют только в зимний период с незначительным опережением фронта основных земляных работ. Запрещается корчевать пни, нарушать мохорастительный покров и оставлять расчищенную дорожную полосу на летний период, так как это может вызвать оттаивание льдонасыщенных грунтов и образование термокарстовых просадок. Просеку разрешается расчищать только на ширину насыпи понизу.

Нижние слои насыпи на высоту 0,5 м отсыпают способом «от себя», а последующие - продольным способом. Не разрешается отсыпать насыпь на оттаявшее основание. Работы по сооружению земляного полотна на таких участках начинают не ранее, чем грунт промёрзнет на 0,3-0,5 м. Для ускорения промерзания систематически удаляют снег с дорожной полосы.

Насыпь рекомендуется возводить в две стадии: нижнюю часть в зимнее время, а досыпку до проектной отметки - в тёплый период года. Стадийная отсыпка позволяет обеспечить полное промерзание грунта основания под насыпью и повысить темпы зимнего строительства. Кроме того, создаётся возможность круглогодичного возведения земляного полотна. На второй стадии в тёплый период досыпка насыпи должна быть выполнена в такие сроки, чтобы не допустить оттаивания грунтов основания.

Началом периода досыпки насыпи является дата наступления устойчивой среднесуточной температуры воздуха +5°С. В тёплый период на второй стадии можно использовать талый глинистый грунт с влажностью, не превышающей допустимую из условия уплотнения. Рабочий слой (не менее 0,5 м) должен быть отсыпан из крупнообломочного или дренирующего грунта.

Возведение насыпей с допущением оттаивания грунтов основания на требуемую глубину (второй принцип проектирования). При возведении земляного полотна по второму принципу проектирования с допущением оттаивания грунтов основания на ограниченную глубину необходимо обеспечить сохранение мохорастительного слоя в основании и максимально возможное просыхание грунтов в резервах и карьерах.

Подготовительные работы на дорожной полосе выполняют с соблюдением следующих правил:

лес и кустарники удаляют на разделочные площадки в зимнее время;

мохорастительный слой с поверхности резервов удаляют в процессе его оттаивания;

нагорные канавы устраивают одновременно с расчисткой резервов по мере оттаивания или в мёрзлых грунтах с помощью тяжёлых рыхлителей;

не рекомендуется переносить эту работу на более поздние сроки во избежание переувлажнения грунтов за счёт стока осадков с прилегающей площади водосбора.

Разработку и перемещение мохорастительного слоя с полосы резервов выполняют по схеме - в пределах ширины насыпи понизу этот слой сохраняют в ненарушенном состоянии, не допуская наездов на него бульдозеров.

Для оценки возможности использования грунтов боковых резервов необходимо предварительно выполнить прогноз их просыхания, по результатам которого устанавливают возможные сроки разработки грунтов после расчистки (на следующий год или текущим летом). Расчистку резервов выполняют, как правило, за год до начала основных земляных работ (заблаговременная подготовка в задел). Ориентировочные значения влажности грунтов в резервах через год после их расчистки можно определить для любого месяца летнего периода по температуре воздуха:

для суглинков лёгких

W отн =1,52 - 0,0013 × t 2 - 0,019 × t ;                                             (9.3)

для суглинков тяжёлых

W отн = l ,413 - 0,0014 × t 2 - 0,0042 × t ;                                          (9.4)

для глин

W отн = l ,48 - 0,0027 × t 2 - 0,016 × t , где                                       (9.5)

W отн - средняя по метровому слою относительная влажность грунта в долях оптимальной;

t - средняя месячная температура воздуха, °С (определяется по данным ближайшей метеостанции).

Разработку грунтов в резервах выполняют при влажности, допустимой из условия уплотнения. Участки, на которых в результате заблаговременной расчистки можно добиться требуемой влажности, устанавливают на основе прогноза. В зависимости от влажности грунты в резервах разрабатывают:

при влажности близкой к допустимой - послойно в весенний период по мере оттаивания на 15-20 см;

при влажности выше допустимой - послойно по мере просыхания в летний период, когда глубина оттаивания превышает 20-25 см.

При производстве работ необходимо рационально сочетать применение указанных способов, обеспечивая первоочередное возведение земляного полотна на участках с более высокой влажностью (по отношению к оптимальной).

Разработку грунта в резервах послойно по мере оттаивания целесообразно выполнять на ограниченном фронте, который зависит от производительности бульдозеров, а также от скорости оттаивания грунта на глубину 15-20 см. Длину фронта работ из расчёта на одну машину при двухсторонних резервах определяют по формуле:

 где                                                                (9.6)

L - длина фронта работ бульдозера, м;

П - производительность бульдозера, м3/сут;

В р - ширина резерва, м;

h г - толщина слоя талого грунта, м (для бульдозера 0,15-0,20);

V г - скорость оттаивания грунта в резерве в слое 15-20 см, м/сут (устанавливают по данным непосредственных полевых наблюдений или принимают ориентировочно по табл. 9.8).

Таблица 9.8

Районы I дорожно-
климатической зоны

Грунт

Скорость оттаивания, м/сут, в слое толщиной 15-20 см

май

июнь

12

Супесь

0,04-0,05

0,07-0,08

Суглинок

0,03-0,04

0,05-0,06

Глина

0,025-0,035

0,04-0,05

I 3

Супесь

0,045-0,055

0,08-0,09

Суглинок

0,035-0,045

0,055-0,07

Глина

0,03-0,04

0,05-0,06

При дальности перемещения грунта до 20 м и отсутствии мохорастительного слоя в основании укладку грунта в насыпь выполняют слоями на всю ширину насыпи из каждого резерва, а при дальности перемещения грунта более 20 м - от оси к бровке.

Для сохранения мохорастительного слоя в основании насыпи при возведении её из боковых резервов при помощи бульдозеров применяют схему последовательной отсыпки первого слоя грунта от бровки к оси.

При возведении насыпи из грунта боковых резервов необходимо соблюдать следующие требования:

начинать разработку резервов с низовой стороны для обеспечения стока поверхностных вод;

разравнивать грунт ежедневно после перемещения его в насыпь с приданием грунтовой поверхности уклона 3-5 % от оси к бровкам;

планировать дно и откосы резервов, а также разравнивать валы мохорастительного покрова сразу по окончании земляных работ.

Грунт земляного полотна насыпей должен быть послойно уплотнён до норм, предусмотренных проектом. Для уплотнения применяют самоходные или прицепные катки на пневматических шинах, организуя их работу по круговой схеме: лёгкие (до 10 т) - для подкатки; тяжёлые (25-50 т) - для окончательного уплотнения. Количество проходов катка зависит от влажности грунта и определяется пробным уплотнением. Ориентировочное количество проходов можно установить по табл. 9.9.

При уплотнении грунта насыпи с сохранением в её основании мохорастительного покрова толщину первого слоя необходимо назначать с учётом глубины оттаивания грунта основания, его влажности и массы катка (табл. 9.10).

При выполнении земляных работ в летний период необходимо учитывать переувлажнение грунта атмосферными осадками в верхнем технологическом слое (0,2 м) и снижение проходимости машин, их производительность, а также невозможность уплотнить грунт в насыпи до требуемой плотности. Количество осадков, увлажняющих грунт выше допустимой влажности, составляет для супесей и суглинков лёгких не менее 5 мм/сут, а для суглинков тяжёлых и глин не менее 8 мм/сут.

Таблица 9.9

Грунт земляного полотна

Коэф-
фици-
ент уп-
лотне-
ния

Толщина, см
уплотняемого
при W отн = l ,0
слоя катком
массой, т

Коли-
чество прохо-
дов

Толщина, см
уплотняемого
при W отн = 1,1
слоя катком
массой, т

Коли-
чество прохо-
дов

Толщина, см
уплотняемого
при W отн = 1,2
слоя катком
массой, т

Коэф-
фици-
ент уп-
лотне-
ния

Толщина, см уплотняемого при W отн = 1,3 %
слоя катком массой, т

Коли-
чество прохо-
дов

10

25

10

25

10

25

10

25

Супесь лёгкая

0,90

40

60

4-6

35

55

5-7

30

45

6-8

20

30

8-10

0,95

25

40

6-8

20

35

7-9

15

30

8-10

0

20

12-14

0,98

20

30

8-10

15

27

9-11

10

23

10-12

-

-

-

Супесь тяжёлая, суглинок лёгкий

0,90

30

50

5-7

25

45

6-7

20

30

7-9

15

20

8-10

0,95

20

35

7-8

15

30

7-8

15

25

9-11

-

-

-

0,98

15

25

9-11

10

20

9-10

-

-

-

-

-

-

Суглинок тяжёлый, глина

0,90

20

40

6-8

15

35

7-9

15

30

8-10

-

-

-

0,95

15

30

8-10

10

23

9-11

10

20

10-12

-

-

-

0,98

10

20

10-12

10

15

11-13

-

-

-

-

-

-

Примечание. Относительная влажность  где W с - естественная влажность; W опт - оптимальная влажность

Таблица 9.10

W отн грунта основания

Глубина оттаивания основания, см

Требуемая толщина первого слоя основания, см

при уплотнении катком массой 10 т

при уплотнении катком массой 25 т

1,1

10

10

28

20

17

41

30

22

50

40

27

56

1,2

10

13

28

20

20

40

30

27

50

40

30

56

1,3

10

15

28

20

23

42

30

28

50

40

33

57

1,4

10

17

30

20

27

42

30

33

52

40

37

57

Для оценки технологических перерывов в работе из-за дождей и общей календарной продолжительности летнего сезона учитывают количество дней с осадками указанной интенсивности и время, необходимое для естественного подсушивания грунта, которое можно определить по табл. 9.11.

Таблица 9.11

Грунт

Влажность грунта до осушения в долях W опт

Средняя величина просыхания за сутки в долях W опт

Время, необходимое на просушивание до W опт , сут

Супесь

1,3-1,5

0,10

1

Суглинок лёгкий

1,5-2,0

0,12

2-6

Суглинок тяжёлый

1,4-1,8

0,03

7-9

Глина

1,8-2,0

0,09

9-10

Выемки в переувлажнённых мёрзлых грунтах при оттаивании разрабатывают послойно по мере оттаивания слоя на глубину 15-20 см с перемещением грунта в кавальеры или для погрузки в транспортные средства. Разработку ведут с низовой стороны для обеспечения стока выпадающих осадков. Для ускорения оттаивания грунта слои в выемке снимают с уклоном преимущественно на южную экспозицию склона.

При глубине выемок более 2,0 м рекомендуется применять продольно-участковую схему послойной разработки грунта, а при глубине до 2,0 м - поперечную. Целесообразна комбинированная разработка выемок с использованием обеих схем: на глубину до 2,0 м в поперечном направлении, а на большую глубину - в продольном. Глубокие выемки с дальностью перемещения грунта до 60 м (разработку его и перемещение в кавальер) выполняют одним звеном бульдозеров. В случае перемещения грунта на рас стояние более 60 м разработку ведут двумя звеньями, одно из которых разрабатывает грунт в промежуточный вал, а второе - перемещает грунт в кавальер.

Применение геосинтетических материалов. Сооружение насыпей с геосинтетическими прослойками включает следующие операции: подготовку основания, раскатку и выравнивание рулонов по поверхности основания или грунтового слоя, крепление полотнищ между собой, отсыпку земляного полотна до проектных отметок. Прослойки могут быть использованы в качестве разделительных, армирующих, фильтрующих.

При устройстве насыпей с допущением оттаивания грунтов основания перед укладкой геосинтетических прослоек в летний период необходимо предварительно устроить выравнивающий слой и засыпать грунтом глубокие понижения или колеи на дорожной полосе. Кустарник и отдельные деревья должны быть удалены. Пни не корчуют. При укладке прослоек в зимний период снежный покров толщиной более 20 см удаляют и при необходимости отсыпают выравнивающий слой грунта толщиной 10-15 см.

Рулоны геотекстиля раскатывают в продольном направлении с выводом краёв полотнищ за пределы насыпи на 0,5 м. Соединение полотен осуществляют паяльной лампой, для чего осуществляют перекрытие полос в пределах 5-10 см или внахлёст. Отсыпку первого слоя грунта на геотекстильную прослойку ведут способом «от себя» на толщину не менее 0,6 м.

При устройстве замкнутой или разомкнутой обоймы из геотекстиля в нижней части насыпи рулоны раскатывают в поперечном направлении с запасом, равным половине ширины насыпи понизу для замкнутой обоймы или по 4,0 м с каждой стороны насыпи для разомкнутой. Полотна раскатывают с нахлёстом, величина которого зависит от способов соединения полотен и принимается равной 5-7 см при сшивке портативными электрическими машинами (шов должен проходить от края полотна не ближе 3 см), 10-15 см при склейке полимерным клеем или разогретым битумом и 15-20 см при сварке паяльной лампой. Рулоны раскатывают с максимально возможным натяжением вручную, устраняя перекосы и неровности краёв. Первый слой насыпи высотой 0,4-0,5 м отсыпают способом «от себя», разравнивают и уплотняют. Края полотен геосинтетического материала заводят на поверхность отсыпанного слоя грунта, скрепляют продольные швы по нахлёстам. В насыпи с полной обоймой полотна скрепляют поперечные швы, а в полуобойме свободные концы придавливают грунтом вышележащего слоя, отсыпая его способом «от себя». Последующие слои насыпи отсыпают продольным способом. Каждый слой тщательно разравнивают и уплотняют. Геосинтетический материал, находящийся на откосной части, необходимо засыпать слоем грунта 10-15 см.

Для обеспечения высоких темпов работ при устройстве обойм из геотекстиля осуществляют раскатку и соединение полотен в продольном направлении на ширину, превышающую основание насыпи. Размер выпуска за пределы насыпи должен обеспечивать заводку краёв полотен на верхнюю часть слоя грунта, предназначенного для помещения в обойму. На соединённые между собой полотна отсыпают грунт, стремясь обеспечить возможно плотную структуру слоя путём регулирования агрегатного состава мёрзлого грунта и разрушения крупных комьев дополнительными проходами тяжёлых бульдозеров. Затем выпущенный край заводят на верхнюю часть отсыпанного слоя и с перекрытием 5-10 см раскатывают остальные рулоны геосинтетического материала для получения замкнутой или разомкнутой обоймы в верхней её части. Соединение полотен осуществляют паяльной лампой.

Особые случаи возведения земляного полотна. На участках со сложными формами проявления мерзлотных процессов на поверхности (бугры пучения, плоскобугристые торфяники, наледи) земляные работы необходимо выполнять с соблюдением требуемых сроков производства подготовительных и основных работ.

Насыпи на участках с мелкими буграми пучения возводят стадийно по времени. На первой стадии зимой устраивают выравнивающий слой на высоту бугров пучения, укладывают теплоизоляционный материал и присыпают его слоем грунта 0,5-0,6 м. Досыпку насыпи до проектной отметки выполняют на второй стадии при подходе линейного отряда, выполняющего основные земляные работы. На участках с несколькими буграми пучения в пределах дорожной полосы отсыпают сплошной выравнивающий слой, чтобы использовать его в дальнейшем как транспортный проезд для автомобилей и дорожных машин. В местах расположения бугров по ходу работ их закрепляют выносками и отмечают в попикетной ведомости. До наступления оттепели над буграми укладывают теплоизоляцию и отсыпают насыпь.

Земляное полотно на плоскобугристых торфяниках возводят с соблюдением следующих правил и последовательности производства работ:

после промерзания торфа в мочажинах на глубину не менее 20 см, обеспечивающую продвижение машин, удаляют снег с дорожной полосы;

доставляют торф автомобилями-самосвалами и отсыпают в пределах ширины насыпи понизу, после чего бульдозером перемещают в мочажины способом «от себя»;

отсыпают минеральный грунт насыпи после полного промерзания ранее уложенного торфа в мочажинах, для ускорения промерзания систематически удаляют выпадающий снег.

Потребное время на промораживание торфа определяют по табл. 9.12.

Таблица 9.12

Толщина слоя торфа, см

Потребное количество градусо-часов для промораживания торфа при его влажности, %

500

600

700

800

15

1000

1100

1200

1200

30

4200

4400

4500

4600

40

7500

7800

8000

8100

50

11700

12200

12500

12600

60

16900

17700

18000

18200

На крупных (высотой до 3 м) единичных буграх пучения земляное полотно возводят, соблюдая следующий порядок выполнения работ:

расчищают дорожную полосу от снега, промораживают торф в мочажинах на глубину 30-40 см;

разрыхляют мёрзлый грунт бугра пучения бульдозером, оборудованным рыхлителем, с удалением его на глубину залегания торфа в примыкающих мочажинах;

разрабатывают торф в карьере экскаватором с погрузкой в автомобили-самосвалы, доставляют к месту укладки;

засыпают торф в котлован с разравниванием и уплотнением бульдозером;

планируют поверхность торфяной засыпки с приданием двухскатного профиля в сторону откосов;

промораживают торф засыпки с систематической расчисткой снега;

отсыпают насыпь из дренирующего грунта после промерзания торфа в котловане.

На участках действующей наледи и в местах возможного её возникновения земляное полотно необходимо возводить, как правило, из привозных дренирующих или крупнообломочных грунтов, что позволяет создать фильтрационный поток наледных вод через насыпь в течение всего периода наледеобразования и сократить высоту наледи перед земляным полотном.

При ограниченном количестве дренирующих или крупнообломочных грунтов допускается использовать глинистые грунты, а насыпь отсыпать сначала на неполную высоту и ширину. Затем производят досыпку насыпи и засыпку откосов дренирующим грунтом, что позволяет создать в верхней части насыпи фильтрационный поток наледных вод только в период окончания наледеобразования и предотвратить размыв насыпи в период таяния наледного льда.

При остром дефиците дренирующих или крупнообломочных грунтов насыпь сооружают из глинистых грунтов на полную высоту и ширину, а со стороны формирования наледи устраивают берму из дренирующих грунтов шириной не менее 2 м и высотой не менее расчётной мощности наледи, что предотвращает размыв насыпи при бурном таянии наледного льда.

На участках возможного возникновения наледи отсыпку грунтов выполняют способом «от себя» в тёплый период года по оттаявшему основанию с целью недопущения стеснения условий протекания подземных вод.

На местности наледеобразования, преимущественно на участках возможного возникновения наледи запрещается устройство объездов в прилегающей полосе, а также одиночный проезд любого транспорта с целью сохранения естественных условий местности, прилегающей к земляному полотну.

9.6. Сооружение земляного полотна из глинистых грунтов с влажностью более оптимальной

Общие положения. К грунтам с влажностью более оптимальной относят грунты (табл. 9.13), которые в источнике их получения, а также непосредственно перед укладкой их в насыпь или в рабочем слое выемок имеют влажность (или коэффициент увлажнения Kw ) от допустимой, предусмотренной требованиями СНиП 2.05.02-85 для достижения требуемой плотности на данном горизонте, до переувлажнённых.

 где                                                                        (9.7)

W ф - фактическая влажность, %;

W o - оптимальная влажность, %.

Использование в конструкциях земляного полотна насыпей из глинистых грунтов повышенной влажности, а в некоторых случаях переувлажнённых разрешается только на основе технико-экономического обоснования при отсутствии местных глинистых грунтов с допустимой влажностью , дренирующих грунтов или при их транспортировке на расстояние более 15-20 км.

Использование грунтов повышенной влажности допускается при условии индивидуального проектирования, в том числе при организации строительства и производства земляных работ. Проектом предусматриваются мероприятия, обеспечивающие достижение к моменту окончания строительства дороги требуемых стабильности, прочности и устойчивости земляного полотна. Плотность грунтов (степень уп лотнения) в земляном полотне предъявленной к сдаче в эксплуатацию дороги должна соответствовать требованиям, установленным нормами проектирования и проектом. Особые требования при использовании глинистых грунтов повышенной влажности предъявляют к рабочему слою насыпей и выемок, а также к слоям таких грунтов, залегающих на отметке (от поверхности покрытия) более 6 м и в естественных основаниях.

Таблица 9.13

Классификация грунтов с влажностью более оптимальной

Грунт

Коэффициент увлажнения при коэффициенте уплотнения требуемом (в числителе), достигаемом (в знаменателе)

Грунты с допустимой влажностью

Грунты повышенной влажности

Грунты переувлажнённые

1-0,98

1-0,98

0,95

0,96

0,90

0,90

0,98

0,95

0,95

0,93

0,93

0,90

0,90

<0,90

Песок пылеватый; супесь лёгкая крупная

1,30-1,35

1,40

1,50

1,40

1,55

1,60

1,60

Супесь лёгкая и пылеватая

1,20-1,25

1,35

1,50

1,35

1,40

1,50

1,50

Супесь тяжёлая пылеватая; суглинок лёгкий и лёгкий пылеватый

1,10-1,15

1,30

1,50

1,30

1,35

1,50

1,50

Суглинок тяжёлый и тяжёлый пылеватый; глина

1,0-1,05

1,20

1,30

1,20

1,25

1,30

1,30

В случаях невозможности достижения требуемой степени уплотнения на различных горизонтах земляного полотна, включая естественные основания насыпей и выемок, предусматривается разработка специальных конструктивных и технологических решений.

Глинистые грунты, относящиеся по степени увлажнения к допустимой влажности, как правило, не вызывают особых трудностей при их использовании в конструкциях земляного полотна, не требуют специальных конструктивных мероприятий в рамках индивидуального проектирования, за исключением высоких насыпей и глубоких выемок. Сооружение насыпей из таких грунтов и разработка выемок в них выполняется по типовым решениям, предусмотренным СНиП 2.05.02-85, СНиП 3.06.03-85, Альбомом типовых конструкций ФГУП «Союздорпроект». Более тщательно осуществляется проведение пробного уплотнения и контроль качества земляных работ.

Переувлажнённые глинистые грунты не используются для сооружения насыпей, а естественные основания относятся к слабым, если в пределах их слабой толщи имеются слои переувлажнённых глинистых грунтов мощностью, равной или более 0,5 м. Все конструктивные и технологические решения в подобных случаях разрабатывают и осуществляют, как для насыпей на слабых грунтах.

Наиболее распространённая группа глинистых грунтов с влажностью более оптимальной относится к грунтам повышенной влажности , которая находится в диапазоне от допустимой до соответствующей переувлажнённым.

Как правило, без соответствующих мероприятий при использовании грунтов повышенной влажности невозможно обеспечить требуемые эксплуатационные параметры дорожной конструкции. Мероприятия могут включать изменение геометрических параметров насыпи (крутизны откосов и высоты); частичное использование грунтов повышенной влажности, например, только в нижней её части с учётом последующей консолидации; устройство дренирующих, разделительных прослоек и армоэлементов из геосинтетических материалов; осушение грунта повышенной влажности непосредственно в процессе сооружения насыпи (или разработки выемки) до допустимых значений увлажнения, установленных СНиП 2.05.02-85; использование технологии уплотнения таких грунтов с применением современных уплотняющих средств, специально разработанных для рассматриваемых целей.

Особое значение приобретает наличие глинистых грунтов повышенной влажности, обнаруженных в земляном полотне при ремонте и реконструкции. Выбор мероприятий (осушение, замена на грунты нормальной влажности, армирование и др.) определяется конкретными существующими конструктивами земляного полотна и дорожной одежды, проектными решениями по их ремонту и реконструкции, директивными сроками и имеющимися в наличии технологиями строительства.

Критериями возможности и целесообразности использования глинистых грунтов повышенной влажности при строительстве, ремонте и реконструкции земляного полотна являются экономические показатели наряду с обеспечением требуемой надёжности и долговечности будущих сооружений. При разработке дополнительных мероприятий необходимо учитывать:

тип грунта и изменение его свойств при изменении влажности как в источниках его получения, так и непосредственно в земляном полотне (ремонт или реконструкция);

несущую способность естественных оснований и насыпных слоев;

изменение влажности в результате естественного просушивания или влагонакопления (с учётом погодных условий в период производства земляных работ);

возможность осушения и улучшения путём введения в грунт инертных или активных добавок;

необходимость применения специальных конструктивных элементов, компенсирующих недостаточную прочность и устойчивость.

При выборе источников получения грунтов для сооружения насыпей земляного полотна и определения способов производства работ важно учитывать расчётную влажность грунта в предусмотренный проектом организации строительства (ПОС) сезонный период работ. Прогноз влажности выполняют с учётом количества осадков, условий влагонакопления, глубины промерзания, расчётного уровня грунтовых вод, средней температуры воздуха. Расчётный уровень грунтовых вод и количество осадков принимают с повторяемостью 1 раз в 10 лет.

В ПОС должны быть учтены специфические особенности грунтов повышенной влажности (липкость), которые оказывают влияние на выбор машин, их производительность, проходимость, функциональную применимость в конкретных условиях.

В тех случаях, когда грунты повышенной влажности используются для сооружения насыпей высотой более 6 м, допускаемую влажность используемого для сооружения насыпи грунта устанавливают на основе комплексной оценки устойчивости и стабильности дорожной конструкции (прохождения и конечной величины осадки), а также технологии производства работ и времени (сезона) её выполнения. Существенное значение приобретают тип дорожной одежды и сроки её устройства. Особенно это касается монолитных слоев.

Во всех случаях при работе с грунтами повышенной влажности во избежание дополнительного увлажнения требуется обеспечивать временный и постоянный отвод поверхностных ливневых и талых вод как в источнике получения грунта, так и на месте производства работ. Не допускается в дождливый сезон выполнять работы, затрудняющие сток влаги и её испарение (рыхление, подготовка забоев, устройство котлованов и бессточных заглублений и т. п.) при грунтах повышенной влажности. При разработке выемок в грунтах повышенной влажности устраивают дренажные сооружения для регулирования подземного стока. Места дренажных сооружений устанавливают расчётом по результатам оценки устойчивости.

В (ППР) должны быть предусмотрены мероприятия по уменьшению влияния атмосферных осадков на свойства поверхностных слоев грунта в забое, на транспортных коммуникациях, в зоне уплотнения: планировка, обеспечение стабильности уклонов поверхности, своевременное уплотнение и выравнивание грунта. В случае выпадения дождя до окончания процесса уплотнения продолжать уплотнение связного грунта разрешается только после срезки и удаления во временный отвал верхнего разжиженного слоя толщиной 5-10 см.

При соответствующем экономическом обосновании для защиты грунта насыпи от увлажнения осадками можно применять набрызг гидрофобизирующих веществ или плёночные покрытия из полимерных материалов. Запрещается строительство земляного полотна из грунтов повышенной влажности в период отрицательных температур.

Особенности организации и технологии работ. При разработке технологии сооружения, ремонта и реконструкции земляного полотна из грунтов повышенной влажности и выборе комплектов машин для рассматриваемых условий наряду с требованиями основных нормативных документов по дорожному строительству необходимо учитывать: наличие в источнике получения разрабатываемых грунтов с различной степенью влажности (от оптимальных до переувлажнённых, удаляемых в большинстве случаев в кавальер); период разработки карьера, резерва, выемки и сооружения насыпи (сезон, условия работы в самом сезоне). При разработке технологии также устанавливают последовательность осуществления организационных, конструктивных и технологических мероприятий и опытным путём определяют эффективность предлагаемых в проекте технологий для фактических условий производства работ.

Разработка технологии дальнейшего использования глинистых грунтов повышенной влажности при ремонте и реконструкции земляного полотна требует информации о причинах, приведших к изменению (увеличению в данном случае) влажности грунтов от допустимой до повышенной, и соответственно об источниках увлажнения.

Организация разработки выемок в грунтах повышенной влажности и последующей укладки их в насыпь должна включать два взаимоувязанных, но самостоятельных, с точки зрения технологии и механизации этих работ, процесса: сооружение собственно земляного полотна; выполнение комплекса мероприятий, обеспечивающих его устойчивость и стабильность.

В проекте производства работ при использовании глинистых грунтов повышенной влажности с числом пластичности более 12 учитывают неизбежное снижение производительности землеройно-транспортных машин и невозможность достижения норм плотности уплотняющей техникой по сравнению с грунтами допустимой влажности, что должно быть отражено в сметах.

Технология разработки выемок в грунтах повышенной влажности имеет определенные особенности.

Подготовительные работы в карьерах и резервах должны быть увязаны с основными решениями проекта организации строительства, особенно по объёмам разработки и использования грунтов повышенной влажности, срокам строительства, применяемым типам машин и механизмов.

В период подготовительных работ, которые рекомендуется выполнять с опережением основных работ не менее чем на 3 месяца в весенне-летний и 1-1,5 месяца в осенне-зимний периоды, осуществляют строительство временных подъездных коммуникаций, водоотводных сооружений и дренажей несовершенного типа для перехвата подземных вод и осушения грунта на разрабатываемых горизонтах выемки.

При разработке в сосредоточенных карьерах и резервах грунтов повышенной влажности необходимо составить проект производства работ с указанием последовательности разработки грунта в карьере, устройства временного и постоянного водоотвода, мест для складирования грунта в бурты, транспортной схемы движения построечной техники.

В процессе подготовительных работ производятся сопоставления фактических показателей физических свойств грунта с проектными, их оценка, то есть устанавливаются классификационные показатели грунтов, их изменение по горизонтам, оптимальная влажность и максимальная плотность, коэффициент увлажнения, достигаемая плотность при этом коэффициенте.

В период подготовки устраиваются забои, выполняется требуемый объём вскрышных работ, отводятся места для складирования грунта вскрыши, устраиваются временный и постоянный водоотводы. На карьерной площадке определяются места заезда и выезда автомобильного транспорта и техники.

Плодородный слой почвы следует снимать только в весенне-летний период после оттаивания и схода снегового покрова с площадей, отводимых под земляное полотно и соответствующих ширине выемок поверху с учётом размещения водоотводных сооружений.

Разработку грунтов повышенной влажности осуществляют, как правило, экскаваторами с транспортировкой автосамосвалами. При благоприятных климатических условиях допускается выполнять экскавацию в отвал с последующей погрузкой в транспортные средства, например, фронтальным погрузчиком.

Если по условиям рельефа полосы отвода и водоотвода имеется возможность использовать притрассовые резервы, рекомендуется применять:

бульдозер для предварительного рыхления и сооружения насыпей высотой до 1,5-2,0 м;

скрепер при дальности транспортировки до 2 км;

экскаватор с погрузкой в автомобили-самосвалы при дальности возки более 2 км.

Разработку грунтов повышенной влажности бульдозерами рационально производить по гребенчатой схеме, оставляя перемычки шириной 1,0-1,5 м. Грунт в насыпи в этих условиях также распределяется полосами, между которыми образуются промежутки шириной 0,5-1,0 м. Они заполняются повторными проходами непосредственно перед подготовкой захватки к уплотнению. Указанные приёмы ускоряют высушивание грунта.

Производительность бульдозеров при повышении влажности глинистых грунтов уменьшается вследствие снижения сцепления и прилипания грунта к отвалу (увеличение призмы волочения). При работе с такими грунтами применяют гидрофобизируюшие смазки и покрытия рабочей поверхности отвалов. Оценка фактической производительности работы этих машин позволяет внести корректировку в технологию и использование другой техники.

При сооружении насыпей путём экскавации и автотранспортной возки отсыпку глинистого грунт a повышенной влажности необходимо выполнять на спланированное и уплотнённое основание с поперечными уклонами, обеспечивающими сток воды в случае выпадения дождя. Подготовленное к сооружению земляного полотна основание должно быть до окончания смены полностью перекрыто отсыпаемым грунтом с уплотнением.

Распределение нижних слоев земляного полотна толщиной, устанавливаемой в процессе пробной отсыпки и уплотнения, рекомендуется осуществлять по схеме «от себя» с применением бульдозеров, равномерно распределяя и разравнивая грунт по всей ширине земляного полотна, прикатывая его гусеницами и раздавливая крупные комья при движении задним ходом. Последующие слои из грунта повышенной влажности отсыпают на уплотнённый и спланированный нижний слой по схеме продольной возки. При этом необходимо установить расстояние между буртами отсыпаемого грунта в зависимости от грузоподъемности автомобилей-самосвалов и длины захватки на каждой полосе земляного полотна. Скорость движения по ранее уложенному и уплотнённому грунту ограничивается, обеспечивается равномерное и безопасное движение транспорта по возведённому земляному полотну.

Разработку грунта повышенной влажности в выемках или притрассовых карьерах и перемещение его в насыпь или кавальер на расстояние 100-600 м допускается выполнять прицепными скреперами; на расстояние 600-3000 м - полуприцепными и самоходными машинами. При этом прицепными скреперами с гусеничной тягой возможно разрабатывать супеси тяжёлые пылеватые, суглинки лёгкие и лёгкие пылеватые с коэффициентом увлажнения не более 1,3-1,35. Тяжёлые пылеватые глины с коэффициентом увлажнения не более 1,2-1,25 рекомендуется разрабатывать самоходными скреперами. При этом значение коэффициента увлажнения, равное 1,25, относится к глинам жирным и песчанистым. В каждом конкретном случае необходимо осуществлять опробование заложенной в проекте технологии и вносить соответствующие коррективы.

Разработка грунтов повышенной влажности скреперами выполняется с использованием толкачей на гусеничном ходу, количество которых устанавливается исходя из одного толкача на 3-4 скреперные машины.

Производительность скреперов существенно снижается при повышении влажности глинистых грунтов. Основными причинами снижения являются повышенная липкость грунта, ухудшение проходимости машин вследствие усиления колееобразования, ухудшение условий зарезания, загрузки и выгрузки грунта. Уменьшить влияние этих факторов можно путём гидрофобизирующей смазки внутренней поверхности ковша, снижением давления в шинах до (2,5-3,0) × 105 Па, более эффективным использованием толкачей, организацией раздельного движения скреперных машин (с грунтом и порожних).

Разработка грунтов повышенной влажности в выемках или притрассовых карьерах при расстоянии перемещения свыше 500 м для всех типов грунтов целесообразно выполнять экскаватором с транспортировкой грунта автомобилями-самосвалами. Выбор ведущей землеройной машины (скрепер или экскаватор) осуществляют на основе технико-экономического обоснования с учётом снижения их производительности и целесообразности использования.

При выборе в качестве ведущей машины экскаваторов рекомендуется учитывать, что экскаватором целесообразно разрабатывать пески пылеватые; супеси лёгкие крупные с коэффициентом увлажнения не более 1,6; супеси лёгкие пылеватые с коэффициентом увлажнения не более 1,35; супеси тяжёлые пылеватые, суглинки лёгкие и лёгкие пылеватые с коэффициентом увлажнения не более 1,30.

Для разработки грунтов повышенной влажности, представленных суглинками тяжёлыми и тяжёлыми пылеватыми, глинами с коэффициентом увлажнения не более 1,25-1,27 рекомендуется использовать экскаваторы, оборудованные ковшами в виде прямой или обратной лопаты и гидравлическим управлением.

Перемещение грунта при продольной отсыпке целесообразно осуществлять тяжёлыми бульдозерами. Чтобы предотвратить образование колей и других видов деформаций после прохода автогрейдера, необходимо провести разравнивание и прикатывание слоя грунта бульдозером.

Уплотнять грунт следует послойно, устанавливая толщину слоев и количество проходов пробной укаткой в зависимости от влажности грунта (коэффициента увлажнения), достигнутой плотности основания или нижележащих слоев, массы и типа катка (по вальцу).

Уплотнение грунтов повышенной влажности выполняют, используя кулачковые и гладковальцовые виброкатки массой 8-17 т. Отсыпанный и сформированный слой прикатывают гусеницами бульдозера и сначала уплотняют лёгким или средним гладковальцовым катком без включённого вибратора. Схема движения этих и последующих машин - челночная. Скорость движения подбирается таким образом, чтобы в максимальной степени исключить валики выпирания грунта перед передним вальцом. После указанной операции начинают уплотнять тяжёлыми самоходными виброкатками с кулачковой поверхностью вальца. Кулачки имеют игольчатую или изогнутую конфигурацию. Уплотнение тяжёлыми кулачковыми катками начинают без вибрационного воздействия с последующим включением вибратора требуемых параметров и скорости, указанных в паспорте для используемых уплотняющих средств при уплотнении глинистых грунтов повышенной влажности. Пробным уплотнением устанавливают расчётную толщину слоя грунта повышенной влажности, количество проходов по одному следу, ширину перекрытия смежных следов, а также достигаемую фактическую степень уплотнения данного грунта с естественной влажностью не менее оптимальной, и равномерность её распределения по ширине и глубине слоя.

Особое внимание обращают на уплотнение прибровочной части, которую сначала тщательно прикатывают гусеницами бульдозеров и лёгкими катками массой 4-6 т, а затем уплотняют тяжёлыми катками.

При уплотнении песчаного вышележащего слоя (например, дренирующего или технологического) виброкатками необходимо стремиться доуплотнять нижний слой из глинистых грунтов повышенной влажности, в том числе и в прибровочной части. С этой целью толщину уплотняемого слоя песка назначают на основе результатов пробного уплотнения композитного слоя: песок + грунт повышенной влажности. В этих случаях рекомендуется устройство разделительных прослоек из нетканых материалов.

В процессе сооружения земляного полотна из грунта повышенной влажности, начиная со стадии подготовительных работ, осуществляют комплексный геотехнический контроль : проверяют состав и состояние грунта в карьерах и резервах, наличие и состояние водоотвода в местах разработки грунта и на трассе строящейся дороги, качество разбивочных работ, состояние грунта в основании земляного полотна.

Кроме геотехнического, требуется выполнять непрерывный входной и операционный контроль на стадиях разработки грунта, отсыпки грунта повышенной влажности, его разравнивания, уплотнения и планировки.

Перед отсыпкой морозозащитного слоя контролируют плотность и влажность грунта рабочего слоя земляного полотна, поперечные уклоны, ровность поверхности, состояние обочин и откосов, качество укладки геотекстильной прослойки или геосетки.

Осушение. При необходимости использования глинистых грунтов повышенной влажности проектом, в том числе проектом производства работ, должны быть предусмотрены мероприятия по их возможному осушению и доведению влажности до допустимых значений следующими способами:

естественным просушиванием грунта в летний и осенний периоды;

осушением грунта неактивными добавками;

введением активных добавок (сланцевых зол, активных зол уноса, негашёной извести, цемента);

использованием конструктивных решений в виде дренажей, дренажных прорезей, вертикальных и горизонтальных дрен.

Выбор способа осушения осуществляют и корректируют в зависимости от конкретных климатических условий, сезона строительства, обеспечения соответствующими добавками, типа глинистого грунта, коэффициента его увлажнения, толщины слоя осушения в конструкции земляного полотна, экономических и технологических факторов, характера земляных работ (новое строительство, реконструкция, ремонт).

Возможность естественного (радиационного) просушивания грунта повышенной влажности устанавливают непосредственно при их разработке в карьере, резерве, выемке, при сооружении насыпей в условиях отсыпки. Если климатические условия (температура, ветер, отсутствие атмосферных осадков) являются стабильными, решение о подсушке грунта на конкретном участке принимается на основе результатов лабораторных определений влажности, достигаемой при этом плотности после просушивания и времени просушивания.

Естественное просушивание включает подсушивание грунта в забое, например, при работе экскаватора в отвал и создание запасов подсушенного грунта перед его погрузкой в автотранспорт; распределение грунта при сооружении насыпи тонкими слоями (толщиной не более 30 см); устройство технологических перерывов между укладкой, распределением грунта и его уплотнением. При естественном подсушивании грунта в технологический цикл включают разработку грунта выемок экскаваторами с его погрузкой в автомобильный транспорт.

При использовании метода естественного просушивания в земляном полотне низких насыпей или выемок рекомендуется предусматривать устройство дренирующего слоя или капилляропрерывающей прослойки для предотвращения притока воды из основания, а также использовать мероприятия, предупреждающие возможность дополнительного увлажнения земляного полотна от поверхностного стока воды с прилегающей территории.

При использовании метода естественного просушивания грунта при влажности более допустимой толщину технологических слоев и время их просушивания до допустимой влажности ориентировочно можно принимать по табл. 9.14.

Таблица 9.14

Грунт

Толщина слоя в рыхлом состоянии, см

Время просушивания грунта, сут, при t = 15-20° C и влажности 60-80 %

Пески, супеси лёгкие

35

2

Супесь пылеватая, суглинок лёгкий

30

3

Супесь тяжёлая пылеватая, суглинок лёгкий пылеватый, суглинок тяжёлый, глина песчанистая

23

5

Суглинок тяжёлый пылеватый, глина пылеватая

17

7

При ежедневном перепахивании слоя грунта рыхлителем или плугом время просушивания сокращается в 1,5 раза. При выпадении осадков время просушивания соответственно увеличивается. Если до начала дождя вся поверхность насыпи будет уплотнена и спланирована с требуемыми уклонами, коэффициент стока значительно возрастает и дополнительному насыщению и увлажнению с разуплотнением подвергнется лишь верхний слой толщиной 5-10 см.

При использовании метода радиационного просушивания в резервах грунт повышенной влажности укладывают в валы треугольного сечения. Грунт в валах ежедневно перемещают экскаватором или бульдозером для равномерного просушивания. Толщину слоя, где происходит значительное снижение влажности, можно принять по табл. 9.14 с коэффициентом 0,5, учитывающим повышенную влажность подстилающих слоев.

При разработке песков, супесей и лёгких пылеватых суглинков в карьерах и резервах, располагаемых ниже уровня грунтовых вод или в зоне капиллярного водонасыщения, рекомендуется способ естественного просушивания грунта в призмах. Для лучшего просушивания грунта летом и меньшей заносимости снегом зимой призмы грунта располагают большей стороной по направлению господствующих ветров. Откосы призм должны быть тщательно спланированы. Время просушивания грунта в призмах составляет 6-12 месяцев, включая зимний период года.

Для осушения грунта неактивными добавками применяют топливные золы, шлаки, отходы горнорудной промышленности. Влажность таких добавок ( W д ) должна быть меньше оптимальной влажности ( W о ) получаемой смеси с используемым грунтом повышенной влажности. Требуемое отношение массы сухих добавок к массе влажного грунта определяют по формуле:

где                                               (9.8)

К с - коэффициент, учитывающий однородность смеси: Кс = 1,1 для песков и лёгких супесей; Кс = 1,3 для суглинков пылеватых тяжёлых и тяжёлых пылеватых; Кс = 1,5 для суглинков тяжёлых и глин;

W е - естественная влажность.

Осушение грунтов повышенной влажности сухими материалами (добавками) рекомендуется осуществлять смешиванием на месте с отсыпкой грунта повышенной влажности и сухого из двух источников или путём чередования слоев грунта повышенной влажности и осушающей добавки. Общая толщина таких слоев устанавливается по приведённой выше формуле, но ориентировочно толщина сухих слоев должна быть не менее 0,5 м. Окончательные параметры смешения устанавливаются пробным путем.

Осушение грунта активными добавками (негашёной известью, цементом, золами уноса, безводной кристаллической фосфорной кислотой, фосфогипсом и другими материалами и отходами промышленности) не только снижает влажность получаемых смесей до допустимых значений, обеспечивающих требуемую плотность, но и улучшает показатели их физико-механических свойств. Наибольший эффект может быть получен при обработке грунтов, представленных пылеватыми песками, супесями, лёгкими суглинками.

Указанный метод рекомендуется использовать прежде всего для осушения грунтов повышенной влажности, использованных в верхней части насыпей или залегающих в рабочем слое выемок. Кроме того, целесообразно применять осушение или улучшение глинистых грунтов повышенной влажности, которые согласно проекту укладываются на отдельных горизонтах насыпей, с целью обеспечения устойчивости и стабильности дорожной конструкции в целом.

Грунты с кислой реакцией (рН £ 6) или с большой ёмкостью поглощения (более 20-30 мг/экв на 100 т) целесообразно обрабатывать негашёной известью, золами уноса, шлакоцементами и фосфатами. При этом в грунтах, обрабатываемых золами уноса, содержание легкорастворимых солей не должно превышать 3 % от массы грунта при сульфатном засолении и 5 % - при хлористом.

Для обработки грунтов повышенной влажности рекомендуется применять молотую гидрофобизированную негашёную известь с содержанием окисей кальция и магния (СаО и MgO ) не менее 50-60 % ( ГОСТ 9179-77). Перед применением необходимо проверить её активность, особенно после длительного хранения (30-40 сут после помола). Негашёную известь с содержанием СаО и MgO менее 25-30 % применять экономически нецелесообразно.

При осушении грунтов повышенной влажности цементами наибольший эффект дают цементы с повышенным содержанием СаО. Применение цементов марок ниже 50 не допускается.

Активные золы должны иметь удельную поверхность не менее 1600 см2/г и количество свободной окиси кальция не менее 8 %.

Требуемое количество Д, % негашёной извести или золы уноса (в пересчёте на свободные СаО и MgO ) определяют в зависимости от содержания чистых окисей кальция и магния (СаО и MgO ) и активности материала по формуле:

 где                                                                          (9.9)

А - требуемое количество СаО и MgO ;

В - содержание свободных СаО и MgO в извести или золе уноса, %;

k - коэффициент, равный для зол уноса 1,2; для сланцевых зол 1,5; для извести 1,0.

Требуемое ориентировочное количество СаО и MgO приведено в табл. 9.15.

Таблица 9.15

Грунт

Степень увлажнения грунта Кувл, не более

Расход минерального материала

извести

золы уноса

Супесь

1,0

2/7

8/27

Суглинок лёгкий и лёгкий пылеватый

1,25-1,30

3/10

10/34

Суглинок тяжёлый пылеватый и глина

1,20-1,27

4/14

13/40

Примечание. В числителе приведён ориентировочный расход в %, в знаменателе - в кг/м2.

Количество портландцемента марки М 300 принимают для лёгких суглинков и песков при коэффициенте увлажнения Кувл £ 1,35 - 3-4 %; для суглинков лёгких при Кувл £ 1,35-1,4 - 3-5 %; для суглинков тяжёлых и пылеватых при Кувл £ 1,30 - 5-6 %; для глин при Кувл £ 1,25 - 5-8 %. В случае использования цементов низких марок их количество рекомендуется соответственно увеличить в 1,1-1,3 раза.

Для осушения и улучшения грунтов повышенной влажности, превышающей на 4-6 % оптимальную влажность, рекомендуется использовать строительный гипс, отвечающий требованиям ГОСТ 125-79.

Работы по осушению грунтов активными добавками, в том числе при необходимости специальными химическими добавками, допускается производить до установления устойчивых отрицательных температур наружного воздуха. В проекте производства работ необходимо отразить принятый метод осушения и улучшения грунтов повышенной влажности на данном горизонте конструкции, рекомендуемый тип добавок, технологию производства работ и основные машины, используемые на операциях по введению добавок, распределению грунта и уплотнению сформированных смесей.

Технология осушения и обработки грунтов повышенной влажности включает следующие операции:

профилирование отсыпанного (или разрыхлённого, например, в рабочем слое выемок) грунта требуемого слоя;

распределение химической добавки;

перемешивание смеси и её уплотнение.

Порошкообразные известь, золу уноса и цемент транспортируют цементовозами и цементовозами-распределителями. Распределение нормированного количества добавок осуществляют по всей поверхности сформированного слоя на данном горизонте земляного полотна согласно нормам ввода; одним из вариантов является использование туковых сеялок.

Перемешивание производят дорожными фрезами типа ДС-74 за два прохода по одному следу, профилировщиком типа ДС-161, грунтосмесительной машиной типа ДС-162 комплекта ДС-160, тяжёлым автогрейдером. При отсутствии указанной техники возможно применение сельскохозяйственных борон и дисковых культиваторов в сцепе с гусеничными тракторами, выполняющими 4-5 проходов по одному следу на глубину 0,1 м. Для обеспечения более равномерного перемешивания смесей в процессе их уплотнения рекомендуются самоходные кулачковые катки, движущиеся со скоростью 10-12 км/час.

Уплотнение смеси грунта повышенной влажности с известью или золой уноса выполняют катками с комбинированными вальцами через 3-4 ч после окончания перемешивания смеси.

Для осушения и ускорения консолидации насыпей из грунтов повышенной влажности при соответствующем технико-экономическом обосновании рекомендуется устраивать горизонтальные дренирующие слои или вертикальные дрены, а также комбинированные конструкции из песка с коэффициентом фильтрации не менее 2 м/сут. Толщина горизонтальных дренирующих слоев по условию поглощения воды из грунтов повышенной влажности, а также с учётом проходимости по ним в процессе технологических операций построечного транспорта приведены в табл. 9.16.

Таблица 9.16

Тип грунта

Толщина песчаной прослойки, м, при Кувл грунта

1,2

1,4

1,6

1,8

Супесь тяжёлая пылеватая, суглинок лёгкий

0,2/0,3

0.4/0,5

0,5/0,6

0,6/0,7

Суглинок пылеватый, суглинок тяжёлый

0,3/0,5

0,4/0,5

0,6/0,7

0,7

Глина песчанистая

0,3/0,6

0,4/0,6

0,6/0,8

0,8

Глина жирная

0,3/0,6

0,5/0,6

0,7

0,8

Примечания: 1. В числителе даны значения для гусеничных землеройных машин и лёгких колёсных катков; в знаменателе - для тяжёлых колёсных катков массой более 6-7 т.

2. В случае образования колеи глубиной более 10-12 см необходимо предусматривать прослойки из геотекстильных материалов.

Толщина грунтов повышенной влажности, укладываемых между дренирующими прослойками, должна быть в диапазоне 1,0-3,0 м в зависимости от коэффициента увлажнения и горизонта укладываемого в насыпь грунта. Конкретная толщина грунта повышенной влажности устанавливается проектом на основе соответствующих расчётов.

Для ускорения процесса осушения грунта повышенной влажности за счёт устройства горизонтальных дренирующих прослоек их следует комбинировать с вертикальными песчаными дренами или использовать последние отдельно. Вертикальное дренирование должно осуществляться по отдельному проекту для насыпей высотой более 3 м.

Диаметр дрен принимают равным 0,4-0,6 м в зависимости от размера рабочего органа буровых установок, выпускаемых промышленностью, или зарубежных образцов. Высота дрен зависит от высоты насыпи, толщины дорожной одежды и нижнего дренирующего слоя.

Расстояние между дренами в насыпи при связных грунтах 1,5-3,0 м. Оптимальное расстояние устанавливают расчётом на основе технико-экономического анализа конкурентно-способных вариантов.

Вертикальные дрены рекомендуется устраивать из однородного песка средней крупности или мелкого с требуемым коэффициентом фильтрации.

Для обеспечения надлежащего стока воды из вертикальных дрен в нижний горизонтальный дренирующий слой последний должен иметь толщину h > h кап (где h кап - высота капиллярного поднятия влаги в дренирующем материале), но не менее 0,5 м; поперечный уклон - 40-50 ‰. Для отвода воды от земляного полотна предусматривают устройство боковых канав.

При назначении вертикальных песчаных дрен следует учитывать, что начальная влажность грунтов существенно влияет на интенсивность его осушения. Наиболее эффективно работают вертикальные песчаные дрены при влажности связного грунта с коэффициентом увлажнения более 1,2. Необходимо также учитывать, что при Кувл более 1,3 весьма затруднительно производить окончательное уплотнение грунта в процессе возведения земляного полотна, а это не позволяет сразу после его сооружения устраивать дорожную одежду. Необходимый технологический перерыв устанавливается расчётом и указывается в ППР. Технологический перерыв должен быть равен времени, в течение которого грунт осушается вертикальными песчаными дренами до допустимых значений влажности, определяющей требования к допустимой осадке для соответствующего типа покрытия.

В общем случае насыпи с устройством вертикальных песчаных дрен сооружают в последовательности:

подготовка основания под насыпь;

транспортировка песка для нижнего горизонтального дренирующего слоя;

отсыпка грунта повышенной влажности по схеме «от себя» в прижим с последующей надвижкой и распределением его до проектной отметки всей конструкции или расчётного горизонта отсыпаемого слоя;

разравнивание, профилирование и предварительное уплотнение слоя грунта в теле насыпи;

выбуривание в насыпи вертикальных скважин и заполнение их дренирующим материалом;

разравнивание, предварительное уплотнение и профилирование грунтовой поверхности после устройства вертикальных дрен;

отсыпка верхнего дренирующего слоя, его разравнивание и уплотнение;

технологический перерыв;

устройство дорожной одежды.

Для устройства вертикальных дрен в зависимости от условий проезда по земляному полотну могут быть использованы различные типы буровых и крановых машин отечественного или зарубежного производства.

При строительстве и реконструкции земляного полотна в целях его полного или частичного осушения могут быть использованы вертикальные скважины, заполняемые негашёной известью. Геосинтетические материалы применяются в конструкциях и технологиях при использовании глинистых грунтов повышенной влажности в следующих случаях:

в качестве разделительных прослоек между слоями глинистых грунтов и песка, армирующих элементов;

в качестве армоэлементов - на поверхности естественных оснований перед укладкой глинистых грунтов нижних слоев насыпей для обеспечения уплотнения грунтов основания и снижения неравномерности осадки;

между рабочим и подстилающим слоями дорожной одежды для компенсации возможного снижения несущей способности дорожной одежды в целом.

В качестве разделительных прослоек применяют нетканые, а в качестве армоэлементов - тканые геосинтетические материалы.

9.7. Строительство насыпей из техногенных грунтов

Общие положения. Для сооружения земляного полотна автомобильных дорог и грунтовых оснований аэродромов возможно применять техногенные грунты во всех случаях, когда такое применение даёт экологический или экономический эффект. К техногенным (искусственным) грунтам относят природные горные породы, прошедшие механическую переработку (отходы горнодобывающей промышленности); породы метаморфизированные в процессе сжигания содержащихся в их составе углеводородов, в том числе при получении металла (золы и шлаки), а также переработанные породы и органические, в том числе искусственные, дисперсные материалы органического состава (строительный мусор, нетоксичные промышленные отходы, бытовой мусор).

Техногенные грунты, как правило, не способны образовывать плодородную почву. Их отвалы служат источником загрязнения прилегающих территорий минеральной пылью, а иногда - токсичными веществами. В большинстве случаев их складирование ухудшает состояние окружающей среды, затрудняет или делает невозможным использование территорий для сельского хозяйства и строительства жилья.

Целью применения техногенных грунтов в земляном полотне автомобильных дорог может быть снижение себестоимости производства работ; освобождение территории, занимаемой отвалами; захоронение грунтов и материалов, содержащих токсичные примеси; изменение качества местных грунтов с неблагоприятными свойствами с применением улучшающих добавок.

Замена естественных грунтов промышленными отходами должна быть предусмотрена проектной документацией, а в случае если замена предложена строителями в процессе производства работ - согласована с автором проекта.

Технико-экономическое обоснование замены естественных грунтов техногенными выполняется по комплексным критериям и должно содержать оценку эффективности в следующих направлениях:

сравнение транспортных затрат на перемещение естественного грунта из отведённых резервов (карьеров) и техногенного грунта из отвалов (хранилищ);

сравнение затрат на отвод земель для резервов (карьеров) с их последующей рекультивацией и дополнительных затрат на транспортирование материала из производственных отвалов, хвостохранилищ и т. п.;

учёт улучшения санитарного состояния местности вследствие ликвидации отходов, содержащих токсичные включения, и их захоронение в дорожных насыпях;

учёт снижения себестоимости продукции отходообразующих производств за счёт сокращения платы за размещение отходов;

учёт возможного технологического и конструктивного усложнения земляного полотна при замене природных грунтов техногенными.

При оценке пригодности техногенных грунтов, включая промышленные отходы, необходимо учитывать следующие данные: источник их образования (технология получения отходов); способ получения (из отвала, накопителя, погрузочного устройства); состав (минеральный, химический, органический); состояние на выходе (грансостав - агрегированность, плотность, влажность).

При использовании промышленных, рудных и других отходов и побочных продуктов их состав должен быть проверен на содержание токсичных, а также радиационных включений. При обнаружении вредных свойств должно быть проведено согласование с местными органами санитарной службы.

Отходы добычи и обогащения каменного угля. Отходы угольной промышленности делятся на отвальные шахтные породы (ОШП) и отходы углеобогащения (ОУ). Отвальные шахтные породы могут быть представлены вскрышными и межпластовыми горными породами, не содержащими включений угля, влияющих на их свойства. В этом случае технология применения ОШП не отличается от обычных крупнообломочных грунтов.

В большинстве случаев ОШП концентрируются в производственных отвалах. В зависимости от степени метаморфизма, содержания угля и способа хранения в отвалах возникают самопроизвольные высокотемпературные процессы, изменяющие свойства пород.

Способы разработки отвалов шахтных пород соответствуют характеру отложений. При разработке отвалов вскрышных пород и шахтных отвалов, не содержащих включений угля, должны соблюдаться общие правила, обеспечивающие высокую производительность и безопасность работ.

При разработке старых шахтных отвалов, в которых происходили высокотемпературные процессы, приводившие к обжигу горных пород, необходимо учитывать неоднородность их сложения. Разрабатывают только негорящие отвалы.

Разработку отвалов экскаватором начинают с верхних отметок, со ступенчатым расположением забоев сверху-вниз. При частичной выборке отвала допускается разработка бульдозером с погрузкой в автосамосвалы погрузчиком или экскаватором.

При высокой температуре грунта, а также при сильном пылении разработку ведут с одновременным поливом водой с использованием гидравлического оборудования высокого давления.

Горелые породы и горелопородные смеси целесообразно вывозить на трассу в осенне-зимний период, складировать на полосе отвода слоем толщиной не более 1,0-1,5 м, а работы по сооружению насыпи производить в весенне-летний период. Воздействие атмосферных осадков, перепадов температуры, циклов замораживания-оттаивания в слое неуплотнённой породы способствует разрушению неводостойких слабопрочных включений. При использовании слабообожжённых и необожжённых пород рекомендуется их циклическое замачивание-высушивание, что приводит к разрушению слабых включений.

С целью максимального разрушения неводостойких слабопрочных включений технология работ должна предусматривать двухэтапное уплотнение с перемешиванием. На первом этапе уплотнение с дроблением осуществляется тяжёлыми решетчатыми катками массой 25-30 т или кулачковыми виброкатками массой более 17 т. Количество проходов катка зависит от начального содержания мелкозёма и ориентировочно составляет 4-6 проходов для необожжённых пород и 5-8 - для слабообожжённых. Окончательное количество проходов устанавливают пробным уплотнением. Для равномерного распределения мелкозёма по толщине слоя после первого этапа уплотнения предусматривают его рыхление с перемешиванием породы.

Второй этап уплотнения осуществляется после дополнительного увлажнения на величину потерь испарения. На втором этапе уплотнение осуществляют тяжелыми катками на пневматических шинах высокого давления массой 25-30 т или гладковальцовыми комбинированными катками. Ориентировочное количество проходов катка по одному следу 8-12. При уплотнении горелых пород и горелопородных смесей наибольший эффект дают вибрационные катки массой 8-12 т при 4-6 проходах по одному следу либо вибротрамбующие машины при 2-3 проходах.

От первого этапа уплотнения-дробления можно отказаться, вводя в состав породы требуемое количество мелкозёма и тщательно перемешивая смесь. В качестве мелкодисперсного заполнителя можно использовать песчаные и супесчаные грунты, отходы флотации, дробления, шлаковые отсевы.

В целях защиты от выветривания размягчаемых материалов на откосах и в основании насыпи проектом может быть предусмотрено устройство защитных слоев. По мере возведения каждого слоя насыпи из отходов с откосной стороны досыпают слой связного грунта такой же толщины, придавая поверхности откоса соответствующий уклон. Уплотнение защитных слоев осуществляется одновременно с уплотнением слоя отхода.

Техногенные грунты, состоящие из обломков различной прочности и водостойкости, разделяют по величине агрегатной прочности на 4 вида (табл. 9.17).

Таблица 9.17

Техногенный грунт

Ао

А3

А10

Агрегатно-прочный

³ 97

³ 96

³ 95

Условно агрегатно-прочный 1-го типа

95-85

90-80

85-75

Условно агрегатно-прочный 2-го типа

85-75

75-60

£ 60

Агрегатно-слабопрочный

£ 75

£ 60

£ 60

Примечание. Агрегатная прочность А характеризуется величиной остатка на сите 2 мм после мокрого рассева уплотнённой в приборе стандартного уплотнения Союздорнии пробы материала в водонасыщенном состоянии: Ао - для пробы, не подвергающейся замачиванию-высушиванию; А3 - при 3-х циклах замачивания-высушивания; А10 - то же, для 10 циклов

При использовании техногенных грунтов для возведения земляного полотна наиболее целесообразной является схема производства работ с получением углеотходов из накопительных бункеров обогатительных фабрик и транспортированием их на объект строительства с привлечением автотранспорта предприятия.

После гидравлического обогащения влажность отходов углеобогащения (ОУ) составляет 8-14 %, что может быть близко к оптимальной. При влажности, превышающей оптимальную на 3 % и более, необходимо предусмотреть мероприятия по её снижению просушиванием либо добавлением более сухого грунта из терриконов или шахт. При использовании отходов после пневматических методов обогащения их влажность близка к исходной влажности углевмещающих пластов (1-4 %), поэтому такие ОУ требуют доувлажнения до оптимальной влажности перед уплотнением.

При уплотнении условно агрегатно-прочных ОУ требуется добиваться плотной структуры, при которой в пустотах между обломками находится 30-40 % (и более) мелкозернистого заполнителя. Это предупреждает возможную просадочность при разрушении крупных обломков. Повышенное содержание мелкозёма достигается добавлением недостающего количества мелкодисперсного грунта либо разрушением крупных обломков.

При устройстве защитных слоев из связных грунтов возможно оставлять в ядре насыпи отходы с пониженным содержанием мелкозёма. В этом случае для ОУ условно агрегатно-прочных 1-го типа наиболее рациональной является технология двухэтапного уплотнения. В результате первого этапа уплотнения в верхней части слоя (прослойка до 10 см) образуется значительное количество мелкозёма, который может служить материалом для защитного слоя. Эта прослойка сдвигается бульдозером на откосную часть насыпи и затем после планировки осуществляется второй этап уплотнения всего слоя.

Отходы сгорания топлива - это золошлаки ТЭС (золы уноса, золы горючих сланцев, каменного угля, торфа), в том числе из отвалов. Отходы сгорания топлива могут применяться в земляном полотне и грунтовых основаниях как с укреплением вяжущими, так и без него.

Для крупнообъёмного использования золошлаковых смесей из производственных отвалов должен быть проведён комплекс подготовительных работ, состоящий из прокладки подъездных путей, оборудования забоя, подводки электроэнергии для освещения, водопровода, бытового и санитарного обустройства.

На сухих золошлаковых отвалах важной операцией является систематический полив разрабатываемого массива. Для полива целесообразно использовать высоконапорное оборудование, обеспечивающее большую площадь и более равномерное смачивание.

При разработке золошлаковых отвалов гидравлического транспортирования необходимо учитывать технологическую сегрегацию шлаков в процессе намыва. Исходя из требования однородности вида породы по отсыпаемым слоям в проекте производства работ (ППР) определяют очерёдность разработки материала по отдельным картам, в пределах которых он относительно однороден.

Разработка и погрузка золошлаковых смесей в автосамосвалы выполняется тракторным погрузчиком или одноковшовым экскаватором. В сухую погоду забой и место погрузки должны систематически орошаться водой для подавления пыли. Разработку сухих отвалов целесообразно выполнять в зимнее время.

Уплотнение золошлаковых смесей выполняют тяжёлыми пневмокатками с предварительной прикаткой катками массой 4-6 т. Эффективно применение вибрационного уплотнения.

Число проходов катка и необходимость дополнительного увлажнения определяют пробной укаткой.

Химические и бытовые отходы. В нижних слоях насыпей допускается использование твёрдых отходов металлургического, энергетического, химического производства (шламы, шлаки, огарки и др.) с учётом установленных санитарных ограничений. При этом возможность выноса атмосферными осадками и стоковыми водами растворимых соединений предотвращается применением защитных слоев из глинистого грунта в основании насыпи, на её поверхности и откосах. Толщина защитных слоев устанавливается проектом из условия практического недопущения фильтрации.

Твёрдые бытовые отходы, золы сжигания бытовых отходов могут быть уложены в нижней части насыпи с соблюдением установленных санитарных ограничений в части приближения к источникам и зонам водозабора, границ населённых пунктов и т. п. Устройство защитных слоев из глинистого грунта в этих случаях является обязательным.

Укладка твёрдых химических и бытовых отходов ведётся слоями, толщина которых определяется пробным уплотнением, исходя из отсутствия просадки поверхности под вальцом тяжёлого катка. Защитный слой на откосах укладывается одновременно со слоями из отходов на соответствующую толщину. Уплотнение катками ведётся по всей поверхности слоя, включая защитные слои на откосах.

При использовании твёрдых бытовых отходов высокой пористости (с содержанием бумаги, тары и т. п.) и невозможности укатки до безосадочного состояния следует устраивать замыкающий слой из грунта толщиной 30-50 см и вести уплотнение тяжёлым падающим грузом.

Использование золоматериалов. По способу удаления топливных зол и шлаков из мест накопления в паросиловых агрегатах их подразделяют на золы сухого отбора, золы и шлаки раздельного и совместного гидроудаления. При совместном гидроудалении золы и шлаки в отвалах образуют техногенные неоднородные массивы материала, называемого золошлаковыми смесями.

В зависимости от вида сжигаемого топлива золоматериалы подразделяются на буроугольные, каменноугольные, торфяные и горюче-сланцевые.

Золы уноса сухого отбора представляют собой достаточно однородный материал по своему химическому и гранулометрическому составу, обладая при этом определённой химической активностью. Их целесообразно использовать при сооружении земляного полотна из грунтов повышенной влажности в качестве добавки для их осушения и улучшения.

Продукты гидроудаления вследствие гидратации теряют свою химическую активность, особенно свободную окись кальция и другие соединения, обеспечивающие самостоятельное твердение.

Золы и золошлаковые смеси обладают рядом преимуществ по сравнению с грунтами, аналогами которых они являются в определённых случаях. Они могут быть использованы как самостоятельно для сооружения земляного полотна так и для осушения (в качестве сухих инертных добавок) конструктивных слоев из грунтов повышенной влажности.

Неактивные золы, а также золошлаковые смеси не обладают вяжущими свойствами, почти не содержат клинкерных материалов. Их гидравлический модуль меньше 0,05; рН водной вытяжки лежит в диапазоне 4,5-11,5. Основными показателями, по которым регламентируется их использование в конструкциях насыпей, являются показатели состава и состояния. На основе этих показателей золы и золошлаковые смеси в качестве техногенных образований классифицируются аналогами соответствующих типов грунтов ( ГОСТ 25100-95) и к ним предъявляются требования СНиП 2.05.02-85.

Золошлаковые смеси имеют весьма различный гранулометрический состав: от мелкодисперсного до щебенистого. Химический и минералогический состав их также различен. Поэтому золошлаковые смеси в определённых случаях рекомендуется использовать в земляном полотне взамен песчаного грунта или песчано-гравийных смесей.

Использование золоматериалов в конструкциях земляного полотна осуществляют на основе комплексной инженерно-геологической и технологической оценки. В соответствии с такой оценкой устанавливают для конкретного источника получения золоматериалов места их отбора; выполняют их классификацию по их грунтовым аналогам; устанавливают в лаборатории соответствующие кривые стандартного уплотнения и по ним корректируют значения и диапазон допустимых влажностей; выполняют оценку по степени пучинистости и набухаемости. Степень неоднородности этих материалов устанавливается на основе статистической обработки показателей физико-механических свойств в первую очередь по показателям состава и состояния.

При разработке проекта производства работ по сооружению земляного полотна из золоматериалов придерживаются следующих рекомендаций. Рабочий слой должен сооружаться из непучинистых и ненабухающих разновидностей зол или золошлаковых смесей. Малая плотность частиц зол и золошлаковых смесей, а также весьма малые значения сцепления обусловливают значительную склонность откосных частей из рассматриваемых материалов к эрозии в результате размыва, в связи с чем крутизна откосов должна быть не более 1:2, а толщина плодородного или защитного слоя на их поверхности увеличена соответственно до 0,2-0,5 м. Технологические операции по планировке поверхности откосов или по устройству защитных слоев перед засевом трав должны выполняться немедленно после возведения насыпи с минимальными перерывами.

При сооружении насыпей из золошлаковых смесей на местности 2-го и 3-го типов по условиям увлажнения рекомендуется осуществлять следующие мероприятия: при 2-м типе местности нижнюю часть насыпи на высоту подтопления необходимо устраивать из дренирующих грунтов в виде капилляропрерывающего слоя; на участках 3-го типа местности предусматривать устройство в нижней части насыпи бермы шириной не менее 1 м с целью предохранения откосных частей из золошлаковых смесей от подтопления долговременно стоящими водами.

Подготовительные работы при сооружении насыпей из зол и золошлаковых смесей включают подготовку и опробование золоотвалов, устройство временного водоотвода, коммуникаций для движения и отстоя построечного транспорта, организацию мест штабелирования золоматериалов при необходимости их хранения или подсушивания; выполнение элементов входного контроля для оценки геотехнических свойств и сопоставления их с проектными данными; подготовку растительного или глинистого грунта для устройства защитных слоев на откосах и обочинах.

Разработку отвалов или карт намыва золоматериалов выполняют экскаваторами с любым видом ковшового оборудования, транспортируют грунт автосамосвалами. Транспортировку и разгрузку осуществляют на подготовленное основание или на заранее отсыпанные и спланированные грунтовые слои (предусмотренные проектом).

Предельная допустимая влажность золошлаковых смесей для прохода строительных машин составляет (1,35-1,40) W опт .

Отсыпку выполняют слоями способом «от себя». Разравнивание рекомендуется осуществлять бульдозерами послойно при толщине слоя 20-80 см в зависимости от типа применяемого катка при дальнейшем уплотнении и результатов пробной укатки. При использовании отсыпки способом «продольной транспортировки» разравнивание осуществляют тяжёлым автогрейдером. Толщина слоя рыхлой золошлаковой смеси должна быть больше проектной в 1,1-1,3 раза соответственно для пылеватых и крупнозернистых смесей.

Слой золошлаковой смеси уплотняют при оптимальной влажности или близкой к допустимой влажности.

В зависимости от естественной влажности укладываемой в насыпь золошлаковой смеси её необходимо подсушить или доувлажнить до влажности, близкой к допустимой. Подсушивание золошлаковых смесей осуществляется рыхлением и перемешиванием бульдозером или автогрейдером, введением прослоек сухого песчаного грунта, введением негашёной извести или добавок активных зол. Подсушивание золоматериалов может осуществляться также непосредственно в местах их получения путём предварительной разработки в отвал при благоприятных климатических условиях, устройством водоотводящих сооружений. Доувлажнение слоя золошлаковой смеси производят непосредственно перед уплотнением поливомоечной машиной.

После возведения насыпи из зол и золошлаковых смесей не допускается пересушивание и пыление верхнего слоя. Для этого рекомендуется укладка замыкающего слоя из грунта толщиной 10-20 см, укрепление откосов слоем растительного грунта с посевом трав или другим типом.

ГЛАВА 10. Строительство земляного полотна с использованием геосинтетических материалов

10.1. Понятие о геосинтетических материалах. Области их применения*

Геосинтетические материалы - общая классификационная терминология для всех видов синтетических материалов, которые используются в различных отраслях строительства, в том числе и дорожной отрасли. Этот термин включает: геотекстильные материалы, георешётки, геосетки, геомембраны и геокомпозиты.

Геотекстильный материал (водопроницаемый): нетканый, тканый, «трикотаж», другие изделия плоской формы, характерные для искусственных полимерных материалов.

Нетканые материалы получают в результате скрепления синтетического холста уложенными по плоскостям одни на другие элементарными нитями (бесконечными волокнами) - элементарными неткаными нитями, или от 3 до 5 см длиной штапельными волокнами. Скрепление может быть механическим (например, при прокалывании иглой или при зашивании) и/или адгезионным (например, с помощью соединительного клеющего средства), или когезионным (например, при термическом воздействии).

Тканые материалы состоят из скрещивающихся под прямым углом нитевых систем (пряжи). Они различаются по виду пряжи (пряжа из штапельного волокна, мультиволоконная пряжа, кручёная нить, моноволоконная пряжа, узкие полоски, нарезанные из плёнки, и срощенная нить); по её переплетению (так называемому соединению), например, полотняное переплетение типа «рогожка», и каркасное; по количеству нитей на единицу длины. При необходимости дополнительно укрепляются места скрещивания пряжи.

Трикотаж - общее наименование изделий плоской формы, которые состоят из одной или нескольких нитевых систем, соединённых одна с другой петлеобразно; из одной или нескольких проходящих по прямой линии нитевых систем, связанных одна с другой следующей нитевой системой (вязально-прошивной, основовязальный трикотаж).

Геосетками , которые выделены отдельно, являются изготовленные из синтетических волокон или пластических масс кристаллические структуры с различными узловыми соединениями и с шириной отверстия более 10 мм. Различают: плетёные геосетки; вязаные геосетки; уложенные геосетки (то есть сформированные на месте производства работ). Реже встречаются ленты и стержневидные элементы .

Сплетённая геосетка. Плетёной геосеткой является сетка с отверстиями более 10 мм.

Вязаная сетка изготавливается из синтетических лент. В лентах пробиваются отверстия, растягиваются в одном или обоих направлениях (вдоль и поперёк). При вытягивании полимерные молекулы ориентируются в направлении растяжения. При этом прочность в направлении растяжения увеличивается, а удлинение уменьшается. Узловые пункты не смещаются, благодаря чему происходит передача силового фактора между продольными и поперечными перемычками.

Уложенная геосетка в соответствии с «Памятной запиской» производится из покрытых оболочек лент. При этом ленты укладываются крестообразно и соединяются в местах перекрещивания.

Ленты и стержневидные элементы рассматриваются (обозначаются) как геосеткообразные «продукты». Ленты могут состоять, например, из сотканных или соединённых полос, а также из объединённых между собой на одном уровне слоев нитей, зафиксированных полимерной оболочкой. Стержневидные элементы выполняют из связанных переплетающихся нитей, которые обёрнуты материалом из искусственного волокна.

Комбинированные материалы или композиты состоят из объединённых в плоскости нетканых материалов, тканей, геосетки и/или других плоскостных структур и композитов в зависимости от их последующего использования.

Гидроизоляционные материалы (водопроницаемые или с незначительной степенью водопроницаемости): искусственные (полимерные) материалы, бентонитовые композиты, другие изделия из геосинтетики или геопластики плоской формы. Выделенные структуры представлены в «Памятной записке» в самом общем виде и, очевидно, не могут претендовать на какую-либо классификацию.

Технические характеристики геотекстильных материалов и георешёток. Характеристики геосинтетического материала определяются его компонентами, назначением, используемым сырьём, типом, креплением или соединением волокон (нитей) или расположением узловых точек пересечения георешёток.

Сырьё. В настоящее время для сплошных материалов и решёток используются полиамид (РА), полиэтилен (РЕ), полиэстер ( PES ) и полипропилен (РР). Полиэтилен и полипропилен известны как полиолефины. В целях обеспечения специальных характеристик могут использоваться добавки (например, стабилизаторы), применяться оболочки из поливинилхлорида (ПВХ), полиэтилена (РЕ) или битума. Другим типом сырья являются такие разлагаемые натуральные материалы, как лён, джут или кокос, которые применяются для зашиты поверхности грунтовых откосов.

* Следует иметь в виду, что использование геосинтетических материалов уменьшает влияние различных отрицательных факторов, но не всегда полностью решает проблему повышения устойчивости земляного полотна (Прим. ред.).

При используемых материалах почва, грунты и вода не подвергаются воздействию вредных компонентов. Применяемые при производстве добавки, растворимые в воде или вымываемые водой, например, определённые авиважи (водные эмульсии, поверхностно-активные вещества), стабилизаторы или определённые консерваторы для авиважей, должны быть исполнены в соответствии с указаниями, содержащимися в описании геосинтетического материала в части его типа и количественного соотношения с основным полимером.

Устойчивость к старению. При применении в рассмотренных типах геосинтетических материалов синтетического сырья можно добиться их высокой долговечности прежде всего за счёт обеспечения устойчивости к старению. Для этих целей особенно важно обеспечить технологические требования при укладке материалов, не нанося механических дефектов, которые могут ухудшить исходные функции материала. Существенное значение приобретает защита от света (ультрафиолетовых лучей). Это касается прежде всего полипропилена. Необходимо принимать во внимание чувствительность полиэфира к сильным щелочным воздействиям, что, безусловно, ограничивает их применение в конструкциях с бетонными или железобетонными элементами или требует проектирования специальных защитных мероприятий. Для отечественной практики следует иметь в виду, что полиамид и геосинтетические материалы из него не морозостойки и должны быть уложены в зонах ниже глубины промерзания. Изделия из стекла, обладая относительно высокими «силовыми» функциями, снижают их при длительном взаимодействии с водой и отрицательными температурами, в связи с чем подвержены интенсивному старению и также требуют специфических мер защиты. Это учитывают при рассмотрении сроков службы дорожных конструкций и их отдельных элементов в случаях применения стеклоизделий.

Снижение (изменение) гидравлических и фильтрационных характеристик, а следовательно, и соответствующих функций геосинтетических материалов может быть предотвращено путём тщательного подбора и соответствия показателей их фильтрационных свойств составу прилегающего грунта (или наоборот).

Весьма важны усталостные свойства геосинтетических материалов, то есть их реакция на воздействие длительной нагрузки (ползучесть). Роль этого фактора приобретает первостепенное значение при использовании так называемых «силовых» геосинтетических материалов с целью обеспечения или повышения надёжности грунтовых сооружений.

Области применения. В самом широком аспекте области применения геосинтетических материалов в дорожной отрасли, охватывая как конструктивные, так и технологические решения, включают два направления: земляные сооружения и дорожные одежды. В качестве основополагающих функций геосинтетических материалов для указанных направлений характерны следующие.

Разделение. Разделение грунтовых сред различных по составу или состоянию с целью исключения их перемешивания (особенно в процессе строительства) путём соответствующей защиты и обеспечения в условиях эксплуатации неизменности по толщине конструктивных слоев. Особое значение эта функция приобретает при строительстве земляного полотна насыпей на слабых основаниях (в естественном залегании последних), а также устройстве рабочего слоя выемок в глинистых переувлажнённых грунтах и последующих дополнительных слоев дорожной одежды. Кроме того, во многих случаях функция разделения может быть использована в качестве дополнительной к другим функциям, рассматриваемым ниже.

Фильтрация. Функция, которая направлена на осушение и отвод поверхностных и грунтовых вод от конструктивных элементов земляного полотна и дорожных одежд.

Осушение (дренирование). Использование геосинтетических материалов в качестве антикольматационных фильтров, а также горизонтальных и вертикальных дренажей в случаях применения композитных объёмных материалов (дренажи в выемках, оползневых структурах).

Защита от эрозии. Укрепление наклонных и лекальных поверхностей грунтовых сооружений на автомобильных дорогах от вредного воздействия воды и ветра. Указанная функция может быть совмещена с дренированием поверхностных слоев откосных частей, например, в выемках (откосные дренажи).

Армирование. Силовая функция сплошных тканых геосинтетических материалов, геосеток и георешёток используется для армирования земляных сооружений и их оснований при строительстве, реконструкции, ремонте.

В определённых случаях применение геосинтетических, например, нетканых материалов охватывает такие области, как зашита уплотняемых слоев насыпей от механических повреждений от движения построечного транспорта или уплотняющих средств. Особое значение указанная защитная функция приобретает при наличии слабых или недоуплотнённых естественных оснований.

Области применения конкретных типов геосинтетических материалов. Нетканые материалы используются в качестве разделительного и фильтрующего элемента в дорожной конструкции. В нетканых материалах с ориентированно расположенными волокнами механические характеристики не зависят от направления расположения самих волокон. Зависимость направления может возникнуть вследствие частично ориентированного расположения волокон.

При натяжении только часть волокон будет подвержена указанной нагрузке, а другая ориентируется по направлению натяжения. В результате достигается высокая эластичность тканей по сравнению с ткаными материалами. Чем меньше волокон фиксируется в заданном положении, тем выше эластичность ткани. Механически закреплённый нетканый материал растягивается сильнее, чем связанный адгезионно или когезионно. В уложенном состоянии эластичность значительно снижается вследствие сопротивления поперечному сжатию. Нетканые материалы в зависимости от своей эластичности могут хорошо подходить для укладки на неровные грунтовые поверхности. Они повторяют неравномерно изменяющуюся граничную грунтовую поверхность при укладке, располагаясь между ней и дренирующим материалом. В случае локальных повреждений, например, при засыпке камнем, и сквозных деформациях (продавливании) благодаря своей эластичности (прежде всего эластичности волокон) структура материала, окружающего локальное повреждение, не изменяется, оставаясь незатронутой. Трение между грунтом и нетканым материалом в значительной степени зависит от взаимодействия грунта и структуры верхней поверхности нетканых материалов.

Нетканые материалы обладают, как правило, хорошей водопроницаемостью. Толстый нетканый материал может также использоваться для отвода воды в её плоскости.

Тканые материалы применяются в тех случаях и ситуациях, когда требуется компенсировать дефицит силовых факторов в грунтовых сооружениях или слоях дорожных одежд.

Механические характеристики тканых материалов формируются через структуру нитей в ткацкой машине для правки утка и основы и зависят от направления при использовании. При разрыве одной или больше нитей ткань теряет часть своей прочности в направлении нити. Трение и сцепление между грунтом и тканым материалом в значительной степени зависит от взаимодействия грунта и структуры ткани. Технические фильтрационные характеристики определяются через ширину раскрытия кромок в материале. Смятие незначительно влияет на изменение фильтрационных характеристик. При растяжении ширина раскрытия кромок может меняться. Рекомендуется соблюдать ограничение (уменьшение) водопроницаемости при нагрузке, а также при укладке грунта во время фильтрационных технических измерений.

Трикотажные материалы. Для применения в земляных работах материалов этой группы особенно подходит текстиль с прямолинейной непрерывной ниточной ровинговой системой, когда необходимо использовать растягивающее усилие. Особенностями трикотажных материалов являются:

высокое растягивающее усилие при небольшом относительном удлинении в направлении непрерывной нити (ровинга);

возможность воспринять растягивающие напряжения в диагональном направлении при определённых «продуктах» этой группы с диагональной непрерывной системой нитей (ровингов);

низкая эластичность в направлении непрерывной нити по сравнению с ткаными и неткаными материалами;

соответствие характера передачи нагрузки при взаимодействии с грунтом или другим дорожно-строительным материалом, а также фильтрационных технических характеристик аналогичным параметрам тканых геотекстилей.

Георешётка. Используется в грунте для армирования различных конструктивных элементов сооружений. Передача силы нагрузки между грунтом и георешёткой осуществляется через трение, в котором при достаточной узловой жёсткости можно также дополнительно получить сопротивление грунту узлов и перемычек. Георешётки, (или в отечественной практике геосетки) используются также при армировании асфальтобетонных покрытий при их ремонте, реконструкции и в случаях борьбы с отражёнными трещинами.

Комбинированные материалы. Применяются, когда требуется одновременное действие их отдельных компонентов. Их технические характеристики определяются взаимодействием отдельных компонентов материалов. Определённые комбинированные материалы могут также использоваться для отвода воды в её плоскости.

Рассмотренная совокупность геосинтетических материалов не включает в качестве отдельного типа объёмные георешётки из полиэтиленовых лент, скреплённые между собой механическим или термическим способом, которые вошли в отечественную и зарубежную практику прежде всего для укрепительных работ. Кроме того, в разделе «Геосетки» (плоские структуры) не приведены способы их получения (изготовления) методом экструдирования. Наконец, для дальнейшего анализа необходима более полная трактовка геомембран.

Геомембрана - это герметический элемент из полимерного материала, используемый для регулирования поверхностных и подземных вод и защиты от них оснований и фундаментов грунтовых сооружений, а также иных конструктивов.

10.2. Краткая классификация геосинтетических материалов для дорожного строительства

Характерные особенности геосинтетических материалов, их разнообразие, а также выделенные области применения, которые в настоящее время хорошо корреспондируются в различных международных документах по применению геотекстильного материала и геосеток при земляных работах в строительстве дорог, дают возможность ориентироваться на определённую классификационную основу.

Подобная классификация имеет существенное значение для выбора того или иного геосинтетического материала в плане разработки рациональных типов дорожных конструкций применительно к конкретным инженерно-геологическим, грунтовым и климатическим условиям строительства и реконструкции.

Кроме общих характеристик, областей применения и требуемых показателей физико-механических свойств, классификация содержит ещё два крупных блока, конкретизирующих тот или иной геосинтетический материал, из числа приведённых в табл. 10.1. Так, например, для выбора нетканого геотекстильного материала в качестве разделительной прослойки (функция разделения) могут быть рассмотрены специальные спецификации конкретных материалов (нетканых), выпускаемых как отечественными, так и зарубежными производителями (например, Геоком, Виротекс, Пинотекс, Тайпар, Полифельт и др.). После выбора группы материалов с близкими показателями свойств, удовлетворяющих требуемым значениям для данной конструкции земляного полотна, технологии, другим условиям, марка геотекстильного материала может быть выбрана с учётом рациональной цены одного квадратного метра. При этом для выбранного материала производитель должен представить технические условия, сертификат, паспорт с протоколами испытаний контрольных образцов.

10.3. Строительство земляного полотна с использованием геосинтетических материалов

Применяемые технологии строительства земляного полотна с использованием геосинтетических материалов разделяют на следующие группы:

устройство армирующих, технологических и разделительных прослоек;

устройство ленточных вертикальных дрен для ускорения осадки слабых оснований;

устройство армогрунтовых композиций в виде откосов повышенной крутизны;

укрепление поверхности откосов и конусов для обеспечения их местной устойчивости;

строительство дренажных сооружений.

Устройство армирующих, технологических и разделительных прослоек из рулонных материалов в общем случае состоит из:

подготовки естественного основания;

раскатки рулонов геосинтетического материала и закрепления полотен на поверхности основания или иной горизонтальной поверхности;

устройства вышерасположенной части конструкции земляного полотна.

В зависимости от особенностей конструкции земляного полотна и его элементов технологическая последовательность может несколько изменяться вследствие исключения или добавления отдельных видов работ, предусмотренных проектом.

При размещении прослойки в основании насыпи, площадки или временных дорог допускается укладывать геотекстильные полотнища на неподготовленное естественное основание при отсутствии на нём леса, кустарника, ям и других пониженных мест. В противном случае следует проводить подготовительные работы в уровне поверхности основания, включающие срезку деревьев и кустарника, срезку неровностей с засыпкой ям, колей и других пониженных мест. В подтопленных зонах предусматривается предварительная отсыпка выравнивающего слоя из песка, а также отвод воды.

При проведении строительства на сильно сжимающихся или очень слабых грунтах особые затруднения могут вызвать операции транспортировки, так как в этом случае необходимо обеспечивать очень низкое давление на грунт в процессе проведения строительства, в частности, при перемещении по строительной площадке транспортных и строительных механизмов. В этих случаях необходимо предусматривать устройство технологических прослоек.

На технологию строительства при использовании геосинтетических прослоек в основании существенное влияние оказывает состояние поверхности на строительном участке. Должна приниматься во внимание информация о физико-механических и геотехнических свойствах грунта основания, включая наличие и степень прочности высушенной корки, а также о типе и густоте растительности. В тех случаях, когда стройплощадка располагается на низких участках местности, должно быть выполнено её рекогносцировочное обследование, чтобы определить горизонт расположения воды в зоне предполагаемого участка строительства.

Доступ к участку отсыпки. Если доступ к стройплощадке затруднён из-за условий перемещения транспорта, должны быть предприняты специальные меры по организации временных подъездных путей на период строительства. В удобном месте близко к объекту проведения работ должны быть устроены рабочая площадка и площадка складирования, на которых осуществляются хранение и соответственно укладка, а также сращивание укладываемых материалов.

Хранение материалов. Материалы в виде рулонов или свёрнутых полотен геотекстиля или георешётки должны храниться на сухом грунте и быть защищены от прямого солнечного облучения. В случае если они завёрнуты в материал, непроницаемый для ультрафиолетового света, необходимость в какой-либо защите от солнечного света отпадает.

Таблица 10.1

Краткая классификация геосинтетических материалов для дорожного строительства

Группа, подгруппа

Материалы

Исходный материал, полимер

Область применения

Основные требуемые показатели физико-механических свойств

1

Нетканые

Разделительные прослойки, дренажные конструкции, обратные фильтры, защита от кольматации, подложки для композитов и других конструкций (например, габионов, объёмных решёток)

Номинальная прочность при разрыве, относительное удлинение для номинальной прочности, прочность при заданной деформации, модуль упругости, прочность при прокалывании конусом (диаметр отверстия), несущая способность (за рубежом CBR ), эффективная пористость, светостойкость, химическая стойкость; плотность, толщина

1.1

Иглопробивные (механическое крепление)

Полипропилен, полиэфир

1.2

Термоскреплённые (когезионные или адгезионные)

Полипропилен

2

Тканые и трикотажные

Полиэфир, полипропилен

Армирование слабых оснований, армогрунтовые сооружения (откосы повышенной крутизны, армогрунтовые подпорные стенки)

Номинальная прочность при разрыве, относительное удлинение для номинальной прочности, прочность при заданной деформации, модуль упругости, предел ползучести, деформация и прирост деформации при ползучести, хим- и светостойкость, прочность при прокалывании конусом, несущая способность ( CBR ), плотность, толщина, водопроницаемость, коэффициент внешнего трения

3

Геосетки

Армирование грунтовых сооружений и естественных оснований, устройство гибких и жёстких свайных ростверков, армирование асфальтобетонных покрытий, защита от отражённых трещин

Номинальная прочность при разрыве, относительное удлинение для номинальной прочности, прочность при заданной деформации, модуль упругости, предел ползучести, деформация и прирост деформации при ползучести, хим- и светостойкость, плотность, когезия, коэффициент внешнего трения

3.1

Тканые

Полипропилен, полиамид, полиэфир, стекло

3.2

Экструзивные

Полипропилен, полиэтилен

4

Объёмные георешётки

Полиэтилен, полипропилен

Укрепление откосов, конусов, насыпей и выемок на подходах к искусственным сооружениям, укрепление водоотводных канав. Армирование оснований, откосов повышенной крутизны

Прочность при разрыве ленты, прочность стыков, предельная деформация при разрыве, морозостойкость и химическая стойкость

4.1

Модульные сотовидные

4.2

Габионного типа

5

Композиционные

Укрепление откосов, конусов в сложных климатических и грунтовых условиях. Укрепление откосов и устройство дренажей различного назначения (траншейные, откосные, пластовые и т.д.)

Водопроницаемость, прочность при разрыве, относительная деформация при номинальной прочности

5.1

Волокнистые пористые материалы

Полипропилен, полиэтилен

5.2

Многослойные структуры с пластиковым каркасом и защитными слоями из нетканых материалов малой плотности

Полипропилен, полиэтилен, полиэфир

6

Геомембраны (сплошные водонепроницаемые или слабопроницаемые рулонные материалы)

Полипропилен, полиэтилен

Устройство жёстких гидроизоляционных прослоек; снижение активных сдвиговых напряжений за счёт уменьшения трения в контакте с грунтом

Водопроницаемость, предел прочности при разрыве, относительное удлинение при разрыве, удобоукладываемость, толщина, плотность

7

Гидроизоляционные

Элементы: полипропилен + бентонит, другие изделия плоской формы

Устройство полностью водонепроницаемых элементов геотехнических конструкций

Водопроницаемость, в том числе и под расчётным давлением для защиты от грунтовых вод

Соединение (стыковка). Предел прочности и другие механические свойства геосинтетических материалов в зоне действия главных нагрузок в направлении, перпендикулярном осевой линии сооружения, в значительной степени определяются точками соединения материала. Наличие соединений в направлении продольной оси насыпи неизбежно. Это должно быть принято во внимание при оценке продольной устойчивости насыпи во время и немедленно после завершения строительства.

Если это возможно, геосинтетические материалы должны располагаться перпендикулярно продольной оси насыпи в виде одной непрерывной цепочки (то есть соединения в этом направлении предпочтительно должны отсутствовать). Соединение «внахлёст» полос геосинтетических материалов при их укладке по длинной стороне на поверхности слабых оснований устраивается с перекрытием полос, как минимум, на 50 см. Если полосы соединены (сшиты или скреплены скобками), перекрытие может быть уменьшено.

Подготовка основания. На заросших основаниях существующая растительность типа кустарников или деревьев вырезается до уровня грунтов естественного сложения. Предметы, которые могут повредить геосинтетические материалы, должны быть удалены. Мусор, способный пробить материал или причинить ему другое механическое повреждение, также полностью удаляется, чтобы обеспечить высокое качество уложенных в конструктив прослоек.

В отношении органических грунтов и материалов необходимо принимать во внимание процессы их разложения в течение достаточно длительного промежутка времени, а также процессы влияния такого разложения на свойства геосинтетических прослоек.

Корни срубленных деревьев или кустарников и растительность, образующая покрытие на основании, необходимо удалить со стройплощадки. На основаниях, имеющих высушенную корку, принимаются меры по предотвращению разрушения этой корки во время подготовки поверхности основания к укладке армоэлементов и отсыпке грунта. Прежде чем начнётся укладка геосинтетических материалов, важно выполнить все работы по замене грунтов основания с размещением соответствующей засыпки. Там, где используется выравнивающий слой, закрывающий неровности основания, включая углубления и выступы, следует проявить осторожность, чтобы слой засыпки не влиял отрицательно на вертикальную водопроницаемость грунта естественного сложения. Насколько это возможно, такая засыпка должна представлять собой дренирующий материал, а нетканый сепаратор из геотекстиля помещается между слабым грунтом и засыпкой, чтобы предотвратить кольматацию засыпки. Особое внимание при этом уделяется мероприятиям по предотвращению перенапряжения или разрыва сухой поверхностной корки или растительного грунта.

Обработка и размещение. В благоприятных условиях материалы для укладки на поверхности основания транспортируются на место проведения работ в рулонах и там раскатываться с выполнением соединения. Дополнительные трудности могут возникать, если геосинтетические материалы укладываются через воду на поверхность болота. Там, где слой воды мал, материал можно размешать вручную после предварительной выемки и монтажа прослоек. Всплывание геосинтетических материалов с удельным весом меньше единицы должно быть предотвращено локальным погружением. При большом слое воды или в случае невозможности ручного размещения прослоек используют средства малой механизации.

При использовании прочных геосинтетических материалов или георешёток, укладываемых на слабое болотистое основание вручную, рабочие могут перемещаться непосредственно по уже уложенным прослойкам.

Отношение к дневному свету. Должен быть определён максимальный период, в течение которого допускается воздействие на полимерный армоэлемент прямого солнечного света (или других источников ультрафиолетового света) с момента удаления с рулона защитной обёртки и до засыпки слоем грунта. Детальные рекомендации по этой характеристике можно получить у изготовителя армоэлементов. Они также содержатся в технических условиях по изготовлению применяемых материалов.

Основные работы по укладке геосинтетических материалов начинают сразу после завершения комплекса подготовительных мероприятий. Они включают:

раскладку (раскатку) рулонных материалов на подготовленную грунтовую поверхность по всей её ширине;

стыковку полотен в продольном и поперечном направлениях (если стыковка осуществляется внахлёст, он должен составлять не менее 0,5 м);

крепление геосинтетических материалов к грунтовой поверхности с выравниванием краёв полотен и возможных складок;

отсыпку песка слоем не менее 0,6 м с разравниванием, уплотнением, планировкой.

Разравнивание выполняют бульдозером, уплотнение - гладковальцовым катком массой 10-12 т без включения вибратора, планировку - автогрейдером. Количество проходов катка устанавливают пробным уплотнением, ориентировочно 6-10 по одному следу.

Технология устройства ленточных дрен для ускорения осадки. Технология устройства ленточных дрен из геосинтетических материалов включает:

расчистку поверхности основания от кустарника и деревьев на ширину полосы отвода;

отсыпку рабочей платформы из песка;

разметку сетки дрен;

погружение дрен;

досыпку насыпи до проектных отметок.

Перед дренированием слабого основания с помощью ленточных дрен необходимо отсыпать рабочую платформу из песка, сквозь которую погружают дрены. Для рабочей платформы используют песок с коэффициентом фильтрации не менее 2 м/сут при ширине насыпного слоя до 20 м и не менее 3 м/сут при ширине свыше 20 м. Минимальная толщина платформы h пл должна обеспечивать проезд и работу машин. Она составляет не менее 1 м на органических грунтах, 0,5 м - на минеральных и удовлетворяет условию

 где                                                                          (10.1)

В - толщина геотекстильного материала, м;

К т и Кп - коэффициенты фильтрации соответственно геотекстильного материала и песка с учётом нагрузки от веса насыпи, м/сут.

Толщина рабочей платформы может быть снижена в 1,5 раза при укладке полотна сплошным слоем на всю ширину подошвы насыпи. Обсадную трубу в этом случае погружают через геосинтетический материал. Процесс погружения дрен состоит из: заправки дрен в обсадную трубу; её погружения и извлечения; обрезки дрены; переезда на новую точку; смены катушки с дреной; стыковки дрен с разных катушек.

Заправку дрены в обсадную трубу выполняют один раз для всего участка с помощью проволоки, продеваемой в трубу. Дрену зацепляют за конец проволоки и протягивают сквозь трубу. Конец дрены оборачивают вокруг якоря и вновь заправляют в трубу.

Погружение обсадной трубы ведётся равномерно. Подъёмы, даже кратковременные, недопустимы. По достижении заданной отметки начинают извлечение трубы из грунта, контролируя визуально сматывание дрены с катушки. После полного выхода трубу поднимают над уровнем земли на 30 см, обрезают дрену ножницами, оставляя конец около 20 см. Выходящий из трубы отрезок дрены стопорят якорем, заправляют в трубу и перемещают на новую точку. После того как дренажная лента на катушке кончилась, последнюю снимают и заменяют новой. Конец ленты соединяют с началом ленты на второй катушке. Соединение осуществляется внахлёст сшивкой нитками, проволокой или скобками.

Ход работ по погружению дрен обязательно фиксируется в журнале производства работ с указанием места, глубины погружения, характеристики материала, шага дрен.

Строительство армогрунтовых земляных сооружений. Устройство армогрунтовых конструкций включает следующие технологические операции: подготовку основания насыпи для укладки нижнего слоя геосинтетического материала; подготовку полотен материала; установку щитов-опалубки на подошве откоса для фиксации торцевой грани первого яруса армогрунта; укладку армоэлементов на проектную длину с заведением оставшегося края на щиты-опалубки; отсыпку первого слоя насыпи толщиной 0,5-0,6 м с планировкой и уплотнением до требуемой плотности согласно проекту и СНиП 2.05.02-85; устройство вдоль бровки песчаного валика с планировкой и уплотнением для анкеровки (закрепления) свободного края геосинтетического материала; укладку свободного края материала на валик с выпуском на поверхность нижнего первого слоя насыпи; досыпку первого слоя насыпи до 1 м с планировкой и уплотнением до требуемой плотности; снятие щитов опалубки и перестановку их для устройства следующего яруса армогрунтовой насыпи с откосом повышенной крутизны.

Работы по устройству армогрунтового сооружения рекомендуется выполнять захватками. При этом длина захватки исходя из сменной производительности может быть кратна 5 м согласно ширине рулона геосинтетического материала, то есть 25 м, 30 м, 35 м, 40 м, 45 м, 50 м, 70 м.

После устройства откоса повышенной крутизны (армогрунтового откоса) его поверхность должна быть укреплена специальными типами конструкций в зависимости от принятой крутизны: геоматами, решётками, биоматами, гидропосевом или облицовочными блоками.

Укрепление конусов и откосов с использованием геосинтетических материалов. Для укрепления поверхности конусов, откосов насыпей и выемок, склонов, других земляных сооружений, включая армогрунтовые системы, применяются различные геосинтетические материалы: от нетканых до специальных композиций и объёмных георешёток. По защитным функциям используемые в настоящее время в практике дорожного строительства укрепления можно разделить на две группы. К первой относятся решения, связанные с защитой подтопляемых откосов, берегов водохранилищ и т.п. Ко второй - традиционные, направленные, в первую очередь, на локализацию эрозионных и более существенных деформаций, связанных, как правило, с местной устойчивостью, усилением образуемого в результате посева трав дернового слоя путём его армирования и зашиты в процессе вегетации, и формирования корневой системы. В число конструкций второй группы входят также объёмные пластиковые георешётки, изготавливаемые из различных геосинтетических и геопластиковых материалов. В качестве непременного элемента в конструкциях для укрепительных работ из металлических элементов повсеместно применяются нетканые материалы.

Для подтопляемых откосов и конусов геосинтетические материалы используются в качестве элементов обратного фильтра, выполняя одновременно функции разделения, антикольматационной защиты инертных материалов, выравнивающего слоя. Основной конструкцией в данном случае являются сборные железобетонные плиты и другие элементы различной геометрии и несущей способности в зависимости от расчётных гидрометеорологических условий. Для геосинтетических продуктов, как правило, рекомендуется применять нетканые материалы. К ним предъявляются следующие требования:

в качестве полимера следует использовать полипропилен;

расчётная толщина (под нагрузкой от веса щебня и железобетонной плиты) - не менее 4-6 мм;

удельный вес не менее 350 г/м2;

прочность - по расчёту в зависимости от динамических нагрузок, характерных для конкретной акватории;

коэффициент фильтрации под расчётной нагрузкой должен составлять в поперечном направлении не менее 20 м/сут, а в продольном соответственно 10 м/сут.

Чтобы обеспечить указанные характеристики, необходим тщательный подбор нетканого материала в лабораторных условиях с последующей проверкой, например, в условиях опытного строительства. Кроме отмеченных параметров, предъявляются также технологические требования, связанные прежде всего с устойчивостью и прочностью материала от возможности его «прокалывания» щебнем или другим грубообломочным грунтом, используемым в качестве обратного фильтра. Конструктивные решения, связанные с использованием геосинтетических материалов для укрепления подтопляемых откосов, могут включать также объёмные дренажные композиции, а также полностью или частично исключать применение инертных для обратного фильтра. Последнее имеет существенное значение для предотвращения выплесков песка (при его использовании в конструкции обратного фильтра) через стыковочные швы сборных железобетонных плит. Выбор осуществляется на основе технико-экономического обоснования.

Для неподтопляемых откосов и конусов земляного полотна применяются две группы материалов: геокомпозиты в виде различных волоконных матов и объёмные георешётки.

Волоконные маты , которые в той или иной конструктивной и «материальной» интерпретации выпускаются ведущими мировыми фирмами, такими как Те n ах, Tensar , Neue Faser - Technik , Полифельт, Хьюскер и рядом других, предназначены для обеспечения местной устойчивости в основном для локализации эрозионных процессов в поверхностных слоях откосов, а также для создания декоративных облицовок лицевых поверхностей армогрунтовых сооружений. Как правило, они выполняются в комплексе с посевом трав, в том числе и гидропосевом. Эффективны в случаях, когда только одно травосеяние в его традиционном виде не позволяет обеспечить быструю защиту от рассматриваемых деформаций, связанных с местной устойчивостью. Указанные типы конструкций в связи с их многочисленностью и в то же время схожестью между собой могут быть рассмотрены на примере нескольких типов композиций Enkamat . Конструкции укрепления с использованием волоконных матов типа Enkamat состоят из:

уплотнённого поверхностного слоя грунта откоса или конуса;

волоконного мата толщиной 1-3 см;

анкеров в виде деревянных колышков длиной 20-40 см;

растительного грунта с семенами трав или гидропосева.

На основе материала типа Enkamat изготавливаются, в частности, следующие композиты:

Enkamat S - мат Enkamat , жёстко скреплённый с армирующей плоской георешёткой из полиэфира, благодаря чему прочность мата увеличивается до 110 кН/м;

Enkamat A - геокомпозит из мата Enkamat , заполненный минеральным фильтром (например, из щебня), частицы которого связаны одна с другой и с волокнами мата органическим вяжущим; обладает хорошей гибкостью и проницаем для воды и корней растений;

Enkason - дёрн, выращенный на мате Enkamat в оптимальных для образования травяного покрова условиях, что обеспечивает мгновенную зелёную защиту откоса; за рубежом производится только по специальному заказу.

Волоконный мат типа Enkamat представляет собой объемную структуру, выполненную из переплетенных неупорядоченных волокон. Мат заполняется растительным грунтом с посевом семян трав любым способом и служит для защиты от эрозии, вымывания растительного грунта и семян трав. При соответствующем обосновании допускается применять волоконные маты на поверхности конуса (откоса) без засыпки растительным грунтом.

Материалы типа Enkamat изготавливаются из полиамидных волокон и имеют следующие технические характеристики: плотность - 25 г/м2; прочность на растяжение в продольном направлении - 1,5-3,0 кН/м; соединение волокон в местах пересечения путём сплавления; обладают высокой сопротивляемостью погодным условиям и солнечной радиации; благодаря стабилизаторам - высокой химической стойкостью к грунтовой агрессии; термическая стойкость от минус 30 до 100°С.

Объёмные георешетки. Объёмные георешетки предназначены для укрепления конусов путепроводов и малых мостов, откосов насыпей в условиях, когда травосеяние неэффективно или невозможно (например, в I дорожно-климатической зоне), а также откосов водоотводных канав и в других аналогичных случаях. Конструкции с ними представляют собой более мощные по сравнению с волоконными матами композиции на основе гибких компактных модулей, состоящих из полиэтиленовых лент (или изготовленных из полиэфирных волокон), скрепленных металлическими «скрепками» или сшивкой механическим степлером. Площадь одного модуля в зависимости от типа объёмной решётки может доходить до 150 м2.

Конструкция укрепления с использованием модулей объемных георешеток проста и технологична. Она позволяет изменять в широком диапазоне размеры ячеек и объем, а также материал для заполнения.

Объёмные пластиковые георешетки из полиэтиленовых лент. В общем случае конструкция такого типа укрепления состоит из: разделительной и (или) дренирующей прослоек из рулонного геосинтетического нетканого материала, уложенной на уплотненный слой грунта; объемного модуля, представляющего собой георешетку с прямоугольными ячейками или стенками, расположенными под углом к основанию (косоугольная решетка); монтажных анкеров; несущих анкеров; заполнителя; упора; дополнительных элементов, например водосточного лотка.

В качестве материала для устройства разделительной или дренирующей прослойки рекомендуется применять нетканый геотекстильный материал с плотностью не менее 250 г/м2, имеющий, как правило, высокий коэффициент фильтрации (вдоль волокна не менее 10 м/сут, поперек - 20 м/сут). Допускается использовать другие синтетические материалы: тканые геотекстильные материалы, геосетки и плоские георешетки. Требования к указанному элементу устанавливаются проектом в зависимости от крутизны откоса (конуса) и погодно-климатических факторов.

В настоящее время в отечественной и зарубежной практике широко применяются следующие гибкие модули георешеток: Геомат, Armater , Geoweb , Tenweb , PrestoRus , Wolta , Те n ах, Webtec , ОАО «494 УНР», ООО «Геотехкомплекс». Такие модули выпускаются как отечественными, так и зарубежными производителями. Из отечественных пластиковых объёмных георешёток наибольшее распространение получили конструкции, выпускаемые УНР-494 (Прудон), фирмой «Геотехкомплекс» и Туймазинской фабрикой. Модули могут состоять из сплошных или перфорированных лент, на которых имеются специальные отверстия заданного диаметра для пропуска (дренирования) поверхностных вод.

В качестве прототипа всех выпускаемых пластиковых объёмных георешёток служат варианты объёмных модулей Geoweb (США). Конструкции укрепления на их основе (в том числе созданные отечественными производителями) обладают большей жёсткостью и массой по сравнению с объёмными георешётками из лент на основе полиэфира, полипропилена или их смесей и с соответствующими укрепительными добавками.

Георешетка Geoweb представляет собой модульную сотовидную конструкцию из сварных полиэтиленовых полос с высокой прочностью на растяжение. Содержание в полиэтилене 2 % сажи предотвращает окисление материала под воздействием солнечной радиации. Лабораторные исследования показали, что решетка сохраняет свои свойства в течение 40 лет даже под воздействием солнечных лучей. Георешетки Geoweb высотой 0,1-0,3 м и различными размерами ячеек выпускаются фирмой « Presto Product » (США) и свободно продаются. В Европе, в том числе и в России, официальным дистрибьютором этой фирмы является фирма « PRS » (Израиль). В России успешно работает совместное предприятие « Prestorus ». Следует отметить, что в конструкции георешеток используются гладкие или рифленые ленты из высокопрочного полиэтилена или другого синтетического материала, которые соединены между собой с помощью ультразвуковой сварки линейным практически герметичным швом, что в ряде случаев затрудняет фильтрацию влаги в армируемом слое. Как уже отмечалось, для обеспечения этого эффекта как в отечественной, так и в зарубежной практике налажен выпуск георешёток с перфорированными стенками.

Георешетки типа Geoweb , включая все образцы на их основе, получают путем скрепления (соединения) в пакет полиэтиленовых лент таким образом, чтобы при растяжении получить объемную ячеистую конструкцию. Оптимальные размеры георешеток (высоту и площадь ячейки) устанавливают в зависимости от крутизны откоса (конуса), прочностных характеристик грунтов откосов насыпей, выемок, конусов, характера и степени воздействий погодно-климатических и гидрометеорологических факторов. Близкую по конструкции к Geoweb георешетку из полиэтиленовых лент, называемую Tenweb , выпускает фирма «Те n ах».

Отличие георешетки Tenweb от решетки Geoweb заключается в способе соединения между собой лент полиэтилена. В георешетке Tenweb ленты материала соединены между собой не линейным вертикальным швом, как это имеет место у георешетки Geoweb , а термоконтактной сваркой нижней и верхней зоны лент. За счет этого при растяжении георешетки Tenweb в средней части ячеек между сварными точками образуется щель, которая обеспечивает фильтрацию влаги. С другой стороны, прочность такого соединения может уменьшаться, что требует для применения георешеток Tenweb более прочных материалов.

Выбор размеров ячеек для георешёток типа Tenweb «Те n ах», как впрочем, и для других типов осуществляется на основе оценки местной устойчивости, анализа стабильности самой георешётки, укладываемой на поверхности откоса, склона, конуса, а также заполнителя ячеек на их поверхности.

Анализ стабильности выполняется для трёх частей георешётки: центральной, верхней с учётом закрепления в верхней части откоса и нижней возле подошвы. Знание параметров конструкции позволяет определить сдвигающие и удерживающие силы, которые должны регулировать установку (монтаж) и её функционирование в период эксплуатации. Кроме того, на основании расчётов устанавливается минимальная длина стыка, принцип анкеровки, конструкции, количество монтажных анкеров, их длина возле подошвы сооружения и стабильность верхнего слоя заполнителя (например, грунта), когда он располагается на поверхности заполненных ячеек георешётки. Как правило, геометрия ячеек используемых георешёток определяется необходимой толщиной (мощностью) заполнителя: щебня, гравия, растительного грунта (в последнем случае для нормального роста травы). При выборе соответствующего типа георешёток из серии Tenweb «Те n ах» необходимы для расчёта следующие данные: предел прочности соединения ячеек при растяжении модуля, сопротивление отслаиванию, максимальный предел прочности и число соединений.

Объёмные георешётки из геотекстильных материалов. Растягивающаяся георешётка принципиально другой конструкции разработана британской фирмой « MMG Civil Engineering Systems ». Эта решётка, названная Armater , представляет собой сотовую гексагональную структуру с вертикальными стенками. Решетка выполняется из высокопрочного геотекстильного материала на основе полиэстера. Материал термообработан для повышения его жесткости, но все же она ниже по сравнению с георешеткой Geoweb . Достоинством георешетки Armater является то, что нетканый материал обладает хорошими фильтрующими характеристиками.

Соединение полос между собой осуществляется в шахматном порядке посредством линейных швов, выполненных методом склеивания, сшивания или комбинированным способом. При этом прочность шва обеспечивается на уровне 70 % от прочности основного материала. Следует отметить, что исключительные права на использование георешетки Armater приобрела фирма « Akzo Nobel » (Нидерланды). Она планирует создать с российской организацией в г. Перми совместное предприятие по выпуску этих георешеток.

Широко применяются также жёсткие георешётки, не складывающиеся в пакет. Так, например, решётка Nidaplast (Франция) имеет жёсткую ячеистую структуру в виде пчелиных сот. Получают решётку в процессе экструдирования полиэтилена, полипропилена или каких-либо других термопластических материалов. Диаметр шестигранных ячеек со стенкой толщиной 0,5 мм может составлять 8-30 мм. Звенья ячеек размером 10×10 см образуют панели размером 2,5×1,0×0,003 м и блоки размером 2,5×1,0×1,5 м. В зависимости от области применения лицевые поверхности панелей или блоков могут быть закрыты (соединения на клею) нетканым материалом, обеспечивающим дренаж основания. Плотность георешётки Nidaplast меняется 35-80 г/м2 , а прочность при сжатии - 0,6-2 МПа в зависимости от диаметра ячеек и толщины стенок.

Георешётки с вертикальными стенками применяются в строительстве для зашиты грунтовой поверхности от водной и ветровой эрозии (откосов дорог, берегов рек, каналов, набережных морей) и для повышения несущей способности грунта.

Технология монтажа практически для всех рассмотренных типов укрепления конусов и откосов земляного полотна и сопутствующих грунтовых сооружений при строительстве автомобильных дорог включает следующие операции:

разбивочные работы, подготовку наклонной или вертикальной поверхности путём её планировки, уплотнения или монтажа;

устройство дополнительных элементов в виде укладки нетканого материала, элементов обратного фильтра;

раскладку волоконных матов отдельными секциями и их стыковку или модулей объёмных георешёток с устройством необходимых элементов крепления для обеспечения продольной и поперечной устойчивости;

нанесение растительного грунта, включая метод гидропосева;

заполнения ячеек объёмных георешёток различными материалами.

Применение геосинтетических материалов при строительстве дренажных сооружений. Геосинтетические материалы нашли широкое применение для устройства дренажных сооружений с целью регулирования подземного стока. Они используются в качестве самостоятельных элементов либо для антикольматационной зашиты в традиционных типах дренажей. Применяются нетканые геосинтетические материалы, объёмные композиты, состоящие из сердечника в виде плоской пластиковой решётки и защитных слоев из нетканых материалов малой плотности. Нетканые материалы применяются для устройства траншейных дренажей всех типов откосных и пластовых дренажных конструкций.

Технология устройства траншейных и откосных дренажей помимо стандартных операций, связанных с рытьём траншей и монтажом асбоцементных или пластиковых водоотводных труб, включает укладку геосинтетического материала по контуру вырытых траншей перед заполнением их дренирующими материалами. Таким образом, устраивается обойма из геосинтетических материалов, внутри которой находятся традиционные элементы дренажных сооружений. Устраиваются также варианты без водоотводных труб, то есть в качестве дренирующего и водоотводящего элемента служит щебень в обойме из геосинтетического материала. Кроме того, для защиты от кольматации неткаными материалами оборачивают водоотводные пластиковые и асбоцементные трубы.

Технология устройства пластовых дренажей в основаниях насыпей или выемок включает подготовку основания; раскладку нижнего слоя геосинтетического материала с продольной и поперечной стыковкой полотен; распределение слоя щебня толщиной 20-30 см фракции 40-70 (гранитный или известковый, марки не ниже М 800); разравнивание слоя щебня; укладку верхнего слоя геосинтетического материала; устройство земляного полотна.

При использовании объёмных геосинтетических материалов технология работ включает подготовку основания; укладку объёмного геосинтетического материала; отсыпку слоя грунта поверх объёмного материала слоем не менее 0,6 м по схеме «от себя»; уплотнение по стандартной технологии.

ГЛАВА 11. Сооружение земляного полотна в зимний период

11.1. Особенности организации и технологии производства работ по сооружению земляного полотна в зимний период

Выполнение земляных работ в зимнее время сокращает сроки строительства и улучшает использование производственных фондов, что в целом снижает себестоимость строительства. Однако в зимнее время уменьшается производительность труда, существенно растут затраты на обеспечение требуемого качества.

СНиП 2.05.02-85 устанавливает перечень работ по сооружению земляного полотна, которые целесообразно выполнять в зимний период: разработка выемок и резервов в грунтах, имеющих влажность не выше оптимальной, в необводнённых песках, обломочных и скальных грунтах; возведение насыпей из грунтов, имеющих влажность на 5 % менее допустимой, а также из песчаных и обломочных грунтов, на болотах; выторфовывание. Выполнение иных видов работ допускается по индивидуальным проектам производства работ. Применение глинистых грунтов допускается только в талом виде и только при выполнении в соответствии с проектом мероприятий по обеспечению необходимой устойчивости земляного полотна. Не допускается использование глинистых грунтов с влажностью более оптимальной.

Предварительную оценку эффективности выполнения различных видов земляных работ в зимнее время рекомендуется выполнять в проекте производства работ (ППР) с учётом величины и продолжительности отрицательных температур, числа дней со снегопадами, расстояний транспортирования грунта, удалённости объекта от жилья, возможности искусственного освещения места работ и других факторов. Снижение требований к плотности грунтов, геометрическим размерам элементов земляного полотна при выполнении работ в зимнее время не допускается. Земляные работы в зимнее время должны выполняться непрерывно. Их следует вести высокими темпами, с концентрацией производственных средств на узком фронте работ. Разработка боковых резервов возможна при толщине мёрзлого слоя не более 10 см или в начале зимнего периода при температуре воздуха близкой к 0°С. В остальных случаях получать грунт целесообразно из глубоких сосредоточенных резервов или карьеров, пригодных для работы экскаваторов.

Машины, предназначенные для работы в зимний период, должны иметь утеплённые кабины и капоты для двигателей, усиленное осветительное оборудование, а также дополнительное оснащение для очистки рабочих органов от примёрзшего грунта и устройства, повышающие проходимость транспортных машин. Фронт работы и подъездные пути должны быть ограничены хорошо видимыми и не заносимыми снегом знаками. Проектом производства работ предусматривается организация систематической очистки от снега и льда рабочих площадей и транспортных путей специализированными машинами. В зимнее время повышаются требования к соблюдению правил безопасности производства работ. Особое внимание необходимо уделять применению непромышленных устройств и приспособлений в местах обогрева, а также использованию открытого огня (факелов) для подогрева узлов машин, масел, топлива.

11.2. Сооружение земляного полотна насыпей и выемок

Подготовительные работы. До начала земляных работ на объектах, намеченных к строительству в зимних условиях, кроме общих подготовительных работ, должны быть проведены следующие специальные предварительные работы: установлены снегонезаносимые разбивочные знаки; обеспечен водоотвод в местах производства работ на осенний дождливый период и на время таяния снега, подготовлены подъездные пути и средства ограждения их от снежных заносов; предохранены от промерзания участки, намеченные к разработке, а также участки с пучинистыми основаниями; обеспечено освещение мест разработки и укладки грунта; подготовлены помещения для обогрева рабочих.

Основания под насыпи должны быть подготовлены в летнее время (включая снятие плодородного слоя почвы), а перед началом работ тщательно очищены от снега, льда и уплотнены. В случае возведения насыпи на сильно и чрезмерно пучинистых грунтах в районах с глубиной промерзания более 1,5 м нижние слои насыпей (1,2-1,5 м) следует устраивать до наступления устойчивых отрицательных температур.

До наступления холодов необходимо подготовить поверхности сосредоточенных резервов и грунтовых карьеров к разработке в зимнее время. Подготовка заключается в устройстве подъездных дорог, расчистке поверхности, устройстве входных забоев и пионерных траншей, а также в укладке утепляющих слоев на поверхности грунта карьера или использовании химических реагентов для предотвращения промерзания грунта. Способы защиты грунта от промерзания указываются в ППР.

Наиболее простой и экономичный способ предохранения грунта от промерзания - рыхление или вспахивание на глубину 35-40 см, желательно с боронованием поверхности на глубину 15 см. Рыхление грунта производят одно- и многостойковыми рыхлителями, вспахивание - плугами с перекрёстным движением агрегата. Мелкое рыхление можно выполнять фрезами или сельскохозяйственными боронами. Данный способ обеспечивает в средней и центральной части страны отсутствие промерзания. Обязательными условиями получения положительного эффекта от рыхления грунта являются: обеспечение стока атмосферных осадков с поверхности утепляемого участка и рыхление непосредственно перед наступлением заморозков.

Для утепления небольших участков и траншей можно использовать перелопачивание и окучивание грунта экскаваторами на глубину ожидаемого промерзания грунта, но не более чем на 1,5 м.

На участках, намеченных к разработке во вторую треть зимы, рыхление грунта должно сопровождаться мероприятиями, обеспечивающими снегонакопление. С этой целью на открытых и хорошо продуваемых участках устраивают снегозадержание в виде снеговых и грунтовых валов или разреженных щитовых рядов. Расстояние между валами или линиями щитов равно 10-15 -кратной высоте вала или щита. Можно проводить засыпку утепляемой поверхности снегом с соседних участков бульдозерами или снегоочистителями-метателями.

В резервах, карьерах и при небольших площадях выемок для защиты грунта от промерзания могут быть использованы местные теплоизоляционные материалы: опилки, стружки, торф, солома, мох. Для длительного сохранения грунта в талом состоянии используется быстротвердеющий пенопласт, изготовленный на месте работ специальными установками из вспененного раствора карбамидоформальдегидной смолы (30 %) и сульфанола (1 %) в воде (54 %), отверждаемый на выходе из установки 4 %-ной соляной кислотой (15 %). Пенопласт заливается слоями толщиной до 5-8 см. Для кратковременного (до 2-3 недель) предохранения от промерзания возможно укрытие грунта геотекстилем или полиэтиленовой плёнкой толщиной 0,08-0,12 мм.

Предохранить грунт от промерзания можно также путём его обработки химическими реагентами (хлористый натрий, нитрат натрия NaN О2 и др.). Для обеспечения необходимого проникания соли вглубь грунта рассыпь сухой соли на участке заканчивается за 5-15 суток до наступления зимнего периода для песчаных и супесчаных грунтов и за 20-30 суток - для суглинистых грунтов. Засоление грунта концентрированным (20-30 %) раствором соли (хлористым натрием) можно проводить непосредственно перед наступлением морозов. Нормы расхода соли принимаются по табл. 11.1.

Таблица 11.1

Влажность грунта, %

Расход соли, кг/м2 (л/м2), при глубине промерзания, м

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2,4

15

9 (30)

12 (40)

15 (47)

19 (60)

22 (70)

26 (80)

28 (90)

20

13 (40)

19 (60)

22 (70)

26 (85)

32 (100)

33 (100)

38 (120)

25

16 (45)

22 (65)

27 (80)

32 (100)

36 (115)

41 (175)

45 (130)

При наличии вблизи карьера источника водоснабжения поверхность грунта, подлежащая разработке, может быть утеплена намораживанием пенольда толщиной до 40-50 см, который в дальнейшем легко счищается бульдозерами по мере разработки карьера. Водовоздушная пена изготовляется в пожарных машинах из водного раствора сульфанола (1 %) или волгоната (0,1 %) с примесью стабилизатора пены (0,05 % карбоксилметилцеллюлозы или желатина) и наносится на изолируемую поверхность слоями толщиной 10-15 см с последующим их замерзанием при температуре воздуха не выше -10°...-12°С.

Резервы, предназначенные к разработке в зимних условиях, должны быть обследованы предварительно осенью. В задачу обследования входит определение плотности и влажности грунтов для решения вопроса о пригодности резерва или его участка для разработки. Пробы грунтов для этих целей берут до глубины, намеченной к разработке. После наступления морозов проверяют влажность грунта в верхнем слое забоя.

В табл. 11.2 приведены данные технико-экономического сравнения различных способов подготовки грунтовых резервов к зимней разработке.

Сооружение насыпей и разработка выемок. При разработке выемок или карьеров в зимних условиях необходимо очищать поверхность экскавации от снега, льда, кустарника, растительного слоя, утепляющих материалов не более, чем на одну смену вперёд, и в дальнейшем - по мере продвижения забоя, непосредственно перед началом разработки грунта. Площадь очистки определяется суточной производительностью землеройной машины при температуре до -10°С, а при более низких температурах - её сменной производительностью, а также возможностью уплотнения планируемого объёма имеющимися уплотняющими средствами.

При сильных снегопадах и метелях разработку грунта и отсыпку насыпей необходимо прекращать, а перед возобновлением работ полностью удалить снег и лёд из забоя. Во время оттепелей и перед началом весеннего снеготаяния верхняя часть и откосы насыпей, возведённые зимой, должны быть очищены от снега. Дно и откосы выемок следует планировать после оттаивания грунта.

Для разработки грунта зимой преимущественно используют экскаваторы с ковшом вместимостью более 1 м3. Если толщина мёрзлого слоя не превышает 25-30 см, то при работе экскаватора с ковшом вместимостью более 1 м3 специального рыхления не требуется. В начале зимы при толщине мёрзлого слоя не более 20 см возможна разработка грунта скреперами с ковшами вместимостью более 6 м3 при условии обеспечения их непрерывной работой. Если толщина мёрзлого слоя больше указанных значений, его нужно предварительно взрыхлить и удалить бульдозерами.

Технико-экономические показатели подготовки грунта к разработке зимой

Таблица 11.2

Работы

Способ подготовки грунта к разработке

Машины и средства разработки грунта

Показатели на 1 м3

Рациональные условия применения

энергоёмкость, квт-час

трудоёмкость, чел.-дн

Снижение теплопроводности грунта

Вспашка и боронование грунта со снегозадержанием

Тракторные рыхлители, бороны

0,6

0,002-0,04

Для утепления карьеров и выемок в районах с глубиной промерзания до 1 м и толщиной снега не менее 30 см

Перекрёстное рыхление с боронованием

Рыхлители, бульдозеры

-

0,005

Для разработки во второй трети зимы при глубине рыхления на 50-80 см

Глубокое рыхление и окучивание

Экскаваторы, рыхлители

1,6

0,02

Для разработки в последней трети зимы на глубину промерзания не свыше 1,5 м

Рыхление дизель-молотом с клином

Экскаватор Э-652

-

0,02

При разработке выемок и карьеров в I - IV -й температурных зонах

Рыхление виброклином на тракторе Т-130

Трактор Т-130

-

0,003-0,02

Тоже

Рыхление клин-молотом или шар-молотом

Экскаватор Э-652

-

0,02-0,03

Тоже

Утепление поверхности теплоизоляционными материалами

Утепление опилками слоем до 40 см

Опилки, солома

-

0,004

Для утепления карьеров и выемок в I - IV -й температурных зонах при наличии местных дешёвых теплоизоляторов

Утепление фрезерным торфом слоем до 40 см

Торф

-

0,004

Покрытие быстротвердеющим пенопластом толщиной 10- 15 см

Пеногенераторная установка

-

0,005

В глубоких карьерах для длительного утепления, для покрытия штабелей (буртов) материалов

Покрытие из пенольда толщиной 20 см

Пеногенератор, сульфанол, волгонат, КМЦ, ГКЖ-94

-

0,005

То же, при отсутствии снега и температуре не выше 10-15°С

Укрытие геотекстилем (возможно повторное использование)

Геотекстиль

-

0,02

Для задержки промерзания грунта на 2-3 недели в начале зимы при перерывах в работе

Утепление пенопластом толщиной 10-30 см

Пенопласт

-

0,008

На дорогах с капитальным типом покрытия II - III категории в I - IV -й температурных зонах

Механическое разрушение

Рыхление, резание грунтов

Тяжёлые рыхлители на тракторах класса тяги более 15 т

0,6

0,002

Рыхление в карьерах и выемках методом взламывания, для послойного рыхления мёрзлого грунта в выемках

Экскаваторы с ковшами активного действия

1,6

0,01

Разработка карьеров и выемок при промерзании грунта до 40-50 см

Цепные баровые дискофрезерные машины

10

0,06 0,15

Нарезание на блоки при блочной разработке выемок, при разработке траншей

Ударный способ

Подвесные к экскаватору шар- и клин-молоты

2,8

0,04 0,06

Разработка небольших карьеров и стеснённые места при глубине промерзания до 1,5 м

Тракторный дизель-молот с клиньями массой 0,6 т и 1,2 т

-

0,05 0,03

Взрывной способ:

а) шпуровой

Передвижные бурильные станки

1,0

0,05

В карьерах и выемках при глубине промерзания грунта:

до 1,5 м

б) скважинный целевой

1,2

0,05

от 1,5 м до 2,5 м

в) шахтный (в рукавах)

Баровые и дискофрезерные машины

1,6

0,03-0,05

более 2,5 м

Врубовые механизмы и щиты

-

0,10-0,15

При разработке глубоких выемок на выброс

Оттаивание

Тепловое, поверхностное

Сжигание в коробах

1,36

0,14-0,16

На небольших площадях при глубине промерзания до 1,5 м

Тепловое, глубинное

Электроиглы, вертикальные электроды

1,8

0,09

То же, при глубине промерзания до 2,5 м

Химическое оттаивание раствором хлористого натрия

Автоцистерна

-

0,03

Для размораживания несвязных грунтов на глубину: до 2.5 м

Буровые станки (для недренирующих грунтов)

-

0,1-0,3

до 2,5 м и более.

При промерзании грунта в карьерах или выемках на глубину, превышающую 30 см, его разработка возможна только после подготовки поверхности одним из следующих способов: предохранением грунта от промерзания, оттаиванием и рыхлением мёрзлого грунта. Выбор способа подготовки должен обосновываться в проекте в зависимости от объёмов и условий работы (см. табл. 11.2), сроков их выполнения, наличия материалов и оборудования, себестоимости подготовительных работ и др.

Предохранение грунта от промерзания позволяет или вообще исключить замерзание поверхности карьера, или снизить толщину мёрзлой корки до тех пределов, когда для её разрушения можно применить навесные тракторные рыхлители. Тип базового трактора-рыхлителя выбирается в зависимости от глубины промерзания (табл. 11.3).

Таблица 11.3

Глубина промерзания, м

0,3-0,4

0,5-0,7

0,7-0,8

Необходимое тяговое усилие трактора, тс

10-12

15-20

20-30

При таких глубинах рыхление ведётся путём взламывания мёрзлого слоя грунта снизу за один приём. При промерзании более приведённых значений послойное рыхление проводится тяжёлыми рыхлителями, смонтированными на тракторах, развивающих тяговое усилие не менее 25 тс.

Для рыхления мёрзлого грунта при глубине промерзания 0,6-1,0 м применяют различные механизмы ударного действия, смонтированные на бульдозерах, тракторах, тракторных погрузчиках и экскаваторах, рабочими органами которых служат клиновые рыхлители, погружаемые дизель-молотами, ударными приспособлениями, вибраторами и т. п.

При отсутствии специальных рыхлителей и небольших объёмах работ для рыхления мёрзлого грунта допускается применять подвесные к стрелам экскаваторов шар- и клин-молоты. При глубинах промерзания до 0,8-1,5 м используются молоты массой 1,5-3,0 т, сбрасываемые с высоты 2-5 м. Параметры удара подбираются такие, чтобы глубина лунки составляла не менее 0,6 толщины мёрзлого слоя.

Для разработки траншей в мёрзлых грунтах могут быть применены дискофрезерные машины, баровые машины, роторные и цепные экскаваторы со специальным рабочим оборудованием. Эти же машины могут использоваться для разработки выемок блочным способом. Размер распиловки блоков определяется вместимостью ковша экскаватора и составляет от 60×60 до 90×90 см.

При больших объёмах работ на безопасном удалении от зданий, сооружений (линий связи, линий электропередач и др.) и при выполнении других требований охраны окружающей среды для разработки верхней смёрзшейся корки грунта допускается применять взрывание: при глубине промерзания до 1,5 м - шпуровой или щелевой методы; при промерзании на глубину более 1,5 м - скважинный метод. При глубине промерзания до 1,5 м заряды закладывают на глубину промерзания или несколько ниже подошвы мёрзлого слоя. При большей глубине промерзания - на 20-30 см выше границы мёрзлого слоя. Величина зарядов определяется опытным путём в зависимости от прочности грунтов и глубины промерзания. В мёрзлых грунтах рекомендуется бурить шпуры при помощи самоходной машины, передвижными буровыми станками, термобурами и др.

Щели в мёрзлом грунте нарезают щелерезными дискофрезерными или баровыми машинами.

При разработке мёрзлых грунтов забой делят на две смежные захватки, на одной из которых ведут экскавацию взорванного грунта, а другую подготавливают к взрыванию. Шпуры и скважины располагают в шахматном порядке на расстоянии не более удвоенной толщины мёрзлого слоя. Направление бурения шпуров и скважин вертикальное. При рыхлении мёрзлой корки в откосе и лобовой части забоя применяют наклонные шпуры, перпендикулярные к поверхности мёрзлого слоя. Готовые шпуры и скважины закрываются деревянными пробками длиной 25 см.

Зарядные и компенсирующие щели нарезаются параллельно на расстоянии 0,8 м на глубину промерзания грунта. В мёрзлых песчаных и растительных грунтах расстояние между рядами шпуров или щелями можно увеличивать на 10 %, а в тяжёлых уменьшать на 10 %.

При глубине промерзания грунта до 2 м в шпурах и скважинах применяют сосредоточенные, а при большей глубине - рассредоточенные заряды. Зарядка щелей производится через одну щель удлинёнными или рассредоточенными зарядами. Для засыпки зарядов используют песок, гранулированный шлак, смесь песка с глиной или измельченный талый грунт. Забойку необходимо выполнять с максимальной осторожностью.

Метод коротко замедленного взрывания применяют при любой глубине промерзания грунта. Взрывание ведётся строго в соответствии с установленным режимом и графиком работ. Разрыхленный грунт должен быть убран в течение смены, а при сильных морозах (ниже -20°С) в течение 3-4 часов. В связи с этим при температуре ниже -20°С взрывы рекомендуется производить ежесменно.

Взрывные работы производятся специализированными организациями с соблюдением единых правил безопасности при ведении взрывных работ. К началу выполнения работ строительная организация должна быть обеспечена документацией, согласованной с Госгортехнадзором.

В отдельных случаях в стеснённых условиях, труднодоступных местах и незначительных объёмах работ (до 50 м3) при невозможности использования других более экономичных способов допускается оттаивать мёрзлые грунты. Применение того или иного способа оттаивания решается путём проведения специального экономического обоснования, выполненного в ППР.

Для оттаивания мёрзлого грунта на поверхности применяют огневой способ с использованием твёрдого (дрова, торф, каменный уголь), жидкого (керосин, мазут) и газообразного топлива. При огневом способе на площади, предназначенной к оттаиванию, устанавливают короба-сегменты, засыпаемые шлаком или слоем грунта толщиной 10-15 см. Твёрдое топливо сжигается непосредственно в коробе, жидкое и газообразное - в форсунках. Для отогрева грунта также применяются паровые и водяные регистры, электрические спирали, коаксиальные нагреватели, ТЭНы. Для глубинного оттаивания применяют электроиглы, вертикальные электроды, паровые и водяные циркуляционные иглы. Время оттаивания мёрзлого грунта зависит от ряда факторов и при глубине промерзания грунтов 1,0-1,2 м оно находится в пределах от 10-15 часов до 30-40 часов.

Несвязные и малосвязные грунты могут быть разморожены горячим концентрированным (20-23 %) раствором технического хлористого натрия. Начальный расход раствора принимают в соответствии с табл. 11.1. Для ускорения отогрева плохофильтрующих грунтов горячий раствор соли может нагнетаться через скважины или щели, пробуренные на глубину 0,6 м толщины мёрзлого слоя.

В зимних условиях рекомендуется для транспортировки грунта применять автосамосвалы с обогреваемыми кузовами. При наличии обычных автосамосвалов во избежание примерзания грунта к металлу дно и стенки кузовов следует обмазывать изнутри (не реже 2-3 раз в смену) концентрированным раствором технического хлористого кальция или нефтепродуктами (нефть, мазут, отработанное масло). Кузова автосамосвалов, ковши экскаваторов и скреперов в конце смены и при перерывах в работе полностью очищают от грунта.

При транспортировании грунта из резерва в насыпь с соблюдением требования сохранения талого состояния время от начала разработки грунта до окончательного его уплотнения в насыпи не должно превышать пределов, указанных в табл. 11.4.

Таблица 11.4

Температура воздуха, °С

Время от момента разработки до конца уплотнения грунта, час

Предельная длина рабочей захватки грунтоуплотняющей машины, м

0...-5

до 3

150-100

-5...-10

3-2

100-60

-10...-20

2-1

60-35

-20...-30

1-0,5

35-20

Предельную дальность транспортировки грунта устанавливают из условия его несмерзаемости во время перевозки. На эту операцию не должно отводиться более половины указанного в табл. 11.4 времени. В табл. 11.4 дана также рациональная длина рабочей захватки для пневмошинных, решетчатых и вибрационных катков, которую они способны уплотнять до смерзания грунта. При этом ширину захватки следует принимать не более двойной ширины, уплотняемой машиной за один проход. При силе ветра более 4-5 м/сек указанные промежутки времени уменьшают в 2 раза, а при наличии в отсыпаемом грунте более 30 % мёрзлых комьев - ещё в 1,5 раза.

Основные показатели технологического процесса по возведению насыпи зимой (состав дорожно-строительного отряда, расположение карьеров по трассе, скорость рабочего потока по отсыпке насыпи и уплотнению грунта и др.) устанавливаются заранее с учётом вероятных погодно-климатических данных места строительства ( СНиП 23-01-99). Надёжность прогнозов условий производства работ принимается равной 90 %.

Размер мёрзлых комьев при возведении насыпей согласно СНиП 3.06.03-85 не должен превышать 30 см при уплотнении грунтов решетчатыми катками и трамбующими машинами и 15 см при уплотнении грунта вибрационными и пневматическими катками массой не менее 25 т. Укладка мёрзлых комьев грунта допускается на расстоянии не ближе 1 м от поверхности откосов. Количество мёрзлого грунта не должно превышать 30 % от общего объёма грунта, укладываемого в насыпь.

Мёрзлый грунт должен быть равномерно распределён по отсыпаемому слою. Нельзя допускать скопления мёрзлых комьев в теле насыпи, особенно в её боковых частях и на откосах. Излишек мёрзлого грунта удаляется за пределы насыпи, крупные мёрзлые комья раздробляются до необходимых размеров. Наличие в насыпи включений снега и льда не допускается. В часть насыпи, расположенную ниже уровня грунтовых вод, на болотах с полным или частичным выторфовыванием разрешается укладывать песчаные мёрзлые грунты при условии, что верхняя часть насыпи будет возведена из талых грунтов.

Кавальеры, отсыпанные в зимних условиях, должны быть отодвинуты от бровки выемки на 1,5 м при высоте кавальера до 2 м и на 2,5 м при высоте кавальера более 2 м. Для наиболее эффективного использования землеройно-транспортного оборудования и исключения дополнительного рыхления грунта, замёрзшего во время перерывов в работе, организуют круглосуточную работу машин на сравнительно узком фронте. При вынужденных перерывах в работе вскрытые резервы и выемки должны быть утеплены с расчётом сохранения талой поверхности на период возобновления разработки грунта.

Уплотнение грунтов. Уплотнение грунтов в зимних условиях ведут в основном тяжёлыми уплотняющими средствами, обеспечивающими значительную глубину проработки слоя на сравнительно узком фронте работ. Необходимый режим работы уплотняющих машин устанавливается по результатам пробного уплотнения с уточнением технологических параметров процесса и максимально допустимой по температурным условиям длины захватки, толщины отсыпаемого слоя грунта, рабочей скорости движения машины и числа проходов (ударов) по одному следу. Уплотняющие средства в зимний период входят в состав ведущих машин.

Наиболее рациональными уплотняющими машинами для зимнего времени являются кулачковые виброкатки массой 10-17 т. В определённых случаях можно применять прицепные решетчатые или пневмоколёсные катки и машины для трамбования. При трамбовании достигается дробление мёрзлых комьев и более плотная упаковка раздробленных частиц. Решетчатые катки разрушают комья в основном в контактной зоне. Для уплотнения талых грунтов при незначительной примеси мёрзлых комьев (до 20 %) допускается использование пневмоколёсных катков массой не менее 25 т.

Применение вибрационных катков в зимнее время даёт успешные результаты. Однако не допускается работа катка на поверхности мёрзлого слоя, поскольку отсутствие демпфирования приводит к осложнённому режиму работы вибрационного устройства.

В I и II дорожно-климатических зонах для насыпей, возводимых на полную высоту из глинистых, а также мелкозернистых песчаных грунтов при отрицательной температуре, проектом должна быть предусмотрена осадка после оттаивания до 3 % высоты насыпи.

11.3. Устройство дополнительных песчаных слоев оснований

В общем виде технологическая последовательность производства работ по устройству подстилающего слоя в зимних условиях включает: подготовку поверхности рабочего слоя; подготовку карьера к экскавации песка; разработку источников получения песка в сухомёрзлом или талом состоянии с погрузкой в транспортные средства, транспортирование и разгрузку его на месте устройства морозозащитного слоя (МЗС); очистку от снега и льда поверхности рабочего слоя непосредственно перед отсыпкой; разравнивание, планировку (в необходимых случаях рыхление); уплотнение до плотности (степени уплотнения), устанавливаемой пробным уплотнением для сухомёрзлых или талых грунтов.

Подготовка поверхности рабочего слоя включает в себя расчистку от снега, льда и всех предметов, мешающих нормальному процессу производства работ;

Сооружение подстилающего слоя рекомендуется выполнять двумя захватками: на первой осуществляется отсыпка песка, его разравнивание и планировка; на второй - послойное уплотнение.

Ориентировочную длину захватки рекомендуется принимать в зависимости от температуры воздуха: до - 10°С длина захватки составляет 40-50 м; от - 10°С до -20°С длина уменьшается до 30 м. Снижается также производительность уплотняющих средств. В каждом конкретном случае длину захватки назначают по результатам пробной отсыпки и пробного уплотнения, учитывая при этом общий темп отсыпки, связанный с дальностью транспортировки песка и количеством транспортных средств, а также с учётом сменной производительности применяемых уплотняющих средств.

Разравнивание отсыпаемых объемов песка осуществляют бульдозерами с последующим формированием и подготовкой тяжёлым автогрейдером расчётного слоя толщиной (в рыхлом состоянии), установленной проектом, для последующего уплотнения кулачковыми и гладковальцовыми виброкатками.

Количество проходов катков и толщину уплотняемого слоя устанавливают на основе пробного уплотнения. Рекомендуемое первоначальное количество проходов уплотняющих средств (6-8 проходов по одному следу) принимают в зависимости от состояния используемого песка (талое или сухомёрзлое), массы катков, конфигурации вальцов, характера и степени воздействия (динамика или статика), температуры наружного воздуха, температуры грунта.

Пробное уплотнение, необходимое для осуществления как для сухомёрзлых, так и для талых песков по отдельной схеме, рекомендуется выполнять для следующих толщин (в плотном теле) слоев: полной или половинной толщины подстилающего слоя (МЗС). Указанные величины уточняются в зависимости от изменения конкретных условий (температуры, массы катков, схемы уплотнения, источников получения песка и его состояния).

Пробное уплотнение выполняется по следующему регламенту:

транспортируют талый или сухомёрзлый грунт на подготовленную поверхность рабочего слоя;

разравнивают и формируют слой требуемой по проекту толщины (или половину требуемой толщины слоя);

прикатывают гусеничным бульдозером или гладковальцовым катком (не более двух проходов);

определяют первоначальную степень уплотнения (коэффициент уплотнения Купл);

уплотняют слой песка после прикатки тяжёлыми виброкатками с кулачковыми вальцами; при этом после каждых двух проходов тяжёлого виброкатка поверхность слоя прикатывают гладковальцовым пневмокатком и отбирают пробы режущим кольцом для определения коэффициента уплотнения.

Для слоя заданной толщины, массы катка, количества проходов, температуры песка и воздуха строят график зависимости K упл = f ( N ), где Купл - коэффициент уплотнения; N - количество проходов катка по одному следу.

Максимально достигаемый коэффициент уплотнения для каждого из слоев определяется по зависимости K упл = f ( N ) исходя из условия, когда Купл не зависит от количества проходов. Для дальнейшей работы принимается толщина слоя и количество проходов катка данной массы, при которых достигается максимально возможный для данных условий коэффициент уплотнения, который и принимается в качестве требуемого. При этом устанавливаются причины, по которым не удаётся достигнуть требуемого значения коэффициента уплотнения согласно СНиП 2.05.02-85 (см. табл. 22), а именно: естественная влажность, степень неоднородности песка, температура, масса катка и прочее. Следует иметь в виду, что по кривой стандартного уплотнения используемого песка в зависимости от естественной влажности можно предварительно установить максимально возможный коэффициент уплотнения.

По результатам пробного уплотнения составляется акт, который утверждается руководством строительной организации, согласовывается службой инженерного сопровождения и проектной организацией. В случае резкого изменения погодных условий, замены уплотняющей техники рекомендуется выполнять повторное пробное уплотнение.

Наибольший линейный размер мёрзлых комьев не должен превышать 20 см, а их количество должно составлять не более 10 % общего объема укладываемого песка. Наличие в отсыпаемом песке снега и льда не допускается. Комья-негабариты необходимо вывозить с места отсыпки. Не допускается также очистка кузовов автосамосвалов от снега и комьев мёрзлого грунта в местах отсыпки.

Отсыпку и разравнивание транспортируемых объемов песка на захватке производят в сроки, позволяющие осуществлять завершение уплотнения до начала его смерзания, то есть в талом состоянии. После образования на поверхности уплотняемого слоя мёрзлой корки толщиной 3-4 см дальнейшее уплотнение малоэффективно, в связи с чем необходимо выполнять дополнительное рыхление. При уплотнении песка кулачковыми катками до начала смерзания подготовленного слоя автогрейдером срезают перфорацию от следа, а поверхность на отметке рабочего слоя прикатывают пневмокатками.

При сильных снегопадах и метелях, а также при температуре воздуха ниже -25°С и силе ветра свыше 10 м/сек отсыпку песка необходимо прекратить и утеплить поверхность слоем снега. При возобновлении работ и транспортировке песка для очередного технологического слоя с поверхности, на которую производится последующая отсыпка, удаляется снег и лед и разрыхляется поверхность на глубину не менее 0,3 м.

11.4. Особенности строительства малых искусственных сооружений в зимний период

В зимний период разрешается выполнять работы: по устройству малых искусственных сооружений и отдельных конструктивных элементов всех типов под малые мосты и трубы, включая замену слабых грунтов песками или устройство свайного ростверка; монтаж сборных железобетонных элементов перед укладкой звеньев труб; сборных железобетонных оголовков; устройство переходных плит в местах сопряжения мостов с подходами. Перед началом работ по устройству малых искусственных сооружений в зимний период должна быть подготовлена или восстановлена геодезическая разбивочная сеть.

В зимний период допускается выполнять работы либо непосредственно по монтажу железобетонных труб, либо по засыпке их пазух в тех случаях, когда трубы полностью подготовлены в осенний период: выполнена заделка стыков и устроена гидроизоляция. Указанные операции рекомендуется осуществлять только при положительных температурах. Особое значение при устройстве котлованов, фундаментов, песчаных и щебеночных подушек имеет подготовка строительной площадки. Площадку в зоне строительства труб очищают от снега и льда, не допуская и при последующих работах их накопления в пределах рабочей территории. После очистки от снега и льда необходимо выполнить грубую планировку на расстоянии не менее 10 м в каждую сторону от оси трубы с приданием уклонов, обеспечивающих сток воды от трубы. У входного оголовка естественное русло водотока расчищают от снега и льда. Для завоза оборудования, бетонных блоков и звеньев, других дорожно-строительных материалов бульдозером расчищают от снега и планируют (устраивают) подъездные дороги, обеспечивающие свободный проезд, желательно по кольцевой схеме движения. Щебень (или песок), укладываемый по спланированной и зачищенной поверхности дна котлована для подготовки под фундамент из лекальных блоков и под блоки оголовков, должен быть в талом или сухомерзлом состоянии, без примеси снега и льда. Перед монтажными работами все сборные элементы труб осматривают для проверки налипания снега и льда, а также соответствия их марок, размеров, пригодности для укладки и монтажа в зимний период. После окончания монтажных работ в тех случаях, когда заделаны стыки между звеньями труб и ранее в период положительных температур устроена гидроизоляция их поверхности, засыпают пазухи с обеих сторон фундамента слоями 20-30 см из талого или (по согласованию с проектной организацией) сухомерзлого грунта. Уплотнение осуществляют гладковальцовыми или кулачковыми катками (вибрационными или статического действия) и механическими трамбовками (вблизи железобетонных элементов). Контроль качества работ по строительству малых искусственных сооружений в зимний период должен осуществляться: при выполнении геодезических и разбивочных работ; восстановлении реперной сети; при приемке материалов и конструкций и условий их хранения в зимний период; в процессе устройства фундаментов, замены слабых грунтов с учетом отрицательных температур (акты скрытых работ); в процессе монтажа сооружений или отдельных конструктивных элементов; при засыпке труб, устоев мостов, укрепления конусов.

Строительные организации до сдачи в эксплуатацию законченного малого моста или трубы при строительстве в зимний период должны вести систематические наблюдения за их техническим состоянием и осуществлять геодезический (инструментальный) контроль за положением возведенных конструкций в плане и профиле в процессе оттаивания насыпного грунта и грунта естественных оснований, особенно после прохода паводковых вод. Осмотр труб и контроль за положением их звеньев (секций) выполняются строительными организациями после оттаивания грунта засыпок. Результаты контроля необходимо оформлять соответствующим актом.

ГЛАВА 12. Реконструкция земляного полотна

12.1. Условия работы существующего земляного полотна и основные пути повышения его прочности и устойчивости

Вопросам обеспечения прочности и устойчивости земляного полотна автомобильных дорог в различных условиях его эксплуатации посвящены исследования Ю.М. Васильева, Э.М. Доброва, И.Е. Евгеньева, И.А. Золоторя, Н.Н. Иванова, В.Д. Казарновского, Н.Б. Корсунского, A . M . Кривисского, Э.К. Кузахметовой, Н.В. Орнатского, Н.А. Пузакова, В.И. Рувинского, В.М. Сиденко, А.Я. Тулаева, АИ. Ярмолинского и многих других ученых.

Установлено, что в процессе службы дороги под влиянием природных факторов и воздействием транспортных нагрузок прочность земляного полотна снижается и в нем начинают возникать деформации, нарушается устойчивость.

Изменение водно-теплового режима земляного полотна, особенно на автомобильных дорогах с водонепроницаемыми покрытиями, даже при благоприятных условиях увлажнения вызывает в грунте сложные физико-химические процессы. Влажность и плотность грунтов в течение года претерпевают существенные изменения, которые отражаются на условиях работы дорожных одежд и сокращают срок их службы.

На многих старых дорогах неоднородные и неравномерно уплотненные грунты земляного полотна при промерзании подвергаются морозному пучению, вызывающему образование трещин на покрытиях. Через трещины весной в верхнюю часть земляного полотна проникает поверхностная вода, способствуя увлажнению грунтов.

Весной при оттаивании ледяных линз и прослоек в земляном полотне появляется свободная вода и его прочность снижается. Величина модуля упругости при этом падает иногда на 25-40 %, что сопровождается образованием на дорожных покрытиях разрушений, особенно если коэффициент прочности дорожных одежд (отношение фактического модуля упругости к требуемому) меньше: для дорог I категории - 0,85; для дорог II категории - 0,80; для дорог - III и IV категорий - 0,75. На покрытиях автомобильных дорог, уложенных на изношенное основание и заниженное земляное полотно, весной обычно образуется сетка трещин в виде паутины, что свидетельствует о переувлажнении грунтов верхней части земляного полотна. При интенсивном движении грузовых автомобилей и автобусов на покрытиях нежесткого типа возникают просадки и колеи. В них задерживается поверхностная вода, также проникающая через трещины в земляное полотно. Даже при прочных дорожных одеждах поверхностная вода просачивается в тело насыпей. Наиболее интенсивное просачивание наблюдается в местах сопряжения проезжей части с обочинами. Установлено, что в процессе службы дорог в районах избыточного увлажнения с течением времени свойства грунтов верхней части земляного полотна ухудшаются.

При наличии усовершенствованных водонепроницаемых покрытий существенно уменьшается воздухообмен грунтов верхней части земляного полотна с атмосферой. В результате повышенной влажности грунта, особенно если в боковых резервах или канавах застаивается вода, пылеватые покровные суглинки через 15-20 лет превращаются в районах II дорожно-климатической зоны в оглеенные. Другими словами, связные грунты как бы своеобразно «стареют» в земляном полотне. На многих автомобильных дорогах нечерноземной зоны, имеющих заниженное земляное полотно, прочность грунтов постепенно снижается, соответственно уменьшается и прочность дорожных одежд. Поскольку интенсивность автомобильного движения с каждым годом возрастает, происходит постепенное уменьшение величины коэффициента прочности Кпр.

Откосы глубоких выемок и высоких насыпей также подвержены деформациям. К их поверхностным деформациям относят:

сползание дернового покрова по откосу выемки. Происходит оно в основном при связных грунтах после оттаивания;

воронкообразные или трубчатые выносы, которые образуются в местах выклинивания грунтовой воды или размывов на участках, где песок залегает под менее фильтрующим грунтом;

поверхностные сплывы иловатых грунтов при значительном расходе просачивающейся из откосов грунтовой воды.

Разрушения откосов, захватывающие большие объемы, наблюдаются: в результате просадок с образованием уступов, происходящих при высоком подъеме грунтовых вод; при образовании в пластических грунтах оползней, сползающих по круглоцилиндрическим поверхностям, которые большей частью не распространяются более чем на 6 м от бровки выемки; при сползании «блоками» по наклонной поверхности плотных подстилающих пород по тонким прослойкам, содержащим напорную воду, или по слою размягченных пластичных грунтов.

Природа поверхностных деформаций выемок и высоких насыпей чаще всего связана с образованием в грунте в течение зимы ледяных линз и прослоек, ориентированных параллельно откосам, то есть поверхностям, по которым происходит теплообмен. При оттаивании, особенно в дождливое время, когда грунт дополнительно насыщается влагой, верхняя часть откосов сползает. Плоскость сползания обычно совпадает с границей сезонного промерзания.

Сплывы чаще наблюдаются на южных, чем на северных откосах благодаря большей скорости оттаивания и потому большему содержанию в порах глинистых грунтов свободной воды.

Плохо уплотненное земляное полотно подвержено размывам, особенно при отсыпке его из макропористых грунтов, черноземов и пылеватых грунтов в районах с большим количеством выпадающих осадков и пересеченным рельефом местности. В степных районах Кубани и центральных черноземных областях нередки случаи, когда неукрепленные водоотводные канавы при продольном уклоне, превышающем 20-30 ‰, в течение одного года превращаются в глубокие рвы.

Таким образом, деформации земляного полотна всегда связаны с морозным пучением, сплывами откосов и их размывом, а также с размывом канав и обочин. Чтобы вылечить подверженное деформациям «больное» земляное полотно, необходимо знать его водно-тепловой режим.

В осенне-зимний период влажность верхних слоев земляного полотна увеличивается в результате проникания поверхностных вод через трещины покрытия, обочины и разделительную полосу, а также перемещения влаги из глубинных слоев грунта и боковых канав под дорожную одежду. Промерзание грунта земляного полотна представляет собой тепломассообменный процесс, связанный с непрерывной миграцией влаги в двухфазном состоянии (жидкая фаза и пар) и фазовыми превращениями: льдообразованием, испарением и конденсацией.

Земляное полотно промерзает по ширине неравномерно. Влага из нижней его части и с боков перемещается по направлению к дорожной одежде, где температура грунта наиболее низкая (рис. 12.1). Коэффициент температуропроводности дорожной одежды в 1,5-2 раза выше, чем грунта на обочинах, и особенно растительного грунта разделительной полосы. Влага под действием разности температур перемещается кверху. В зависимости от продолжительности зимы и температуры ледяные кристаллы в течение нескольких месяцев увеличиваются в объеме и покрытие подвергается морозному пучению.

Рис. 12.1. Неравномерность промерзания и оттаивания земляного полотна на автомобильных дорогах Московского узла:

1 - максимальная граница промерзания; 2 - границы оттаявшего грунта (сверху по датам); 3 - свободная вода, выделившаяся при оттаивании ледяных прослоек; 4 - направление отжатия свободной воды в период оттаивания грунтов; 5 - сплошной песчаный слой; 6 - основание дорожной одежды; 7 - асфальтобетонное покрытие; 8 - снег; 9 - уровень воды в канаве под снегом (25/ III ); 10 - ледяной слой на обочинах (20/ IV ); 11 - направление движения влаги по незамерзающим пленкам на поверхности грунтовых частиц к границе промерзающего грунта

На поверхности проезжей части появляются деформации, иногда приводящие к разрушению дорожной одежды. Места внешнего проявления деформаций называют пучинами. Процесс пучинообразования является круглогодичным и проходит последовательно пять стадий увлажнения (рис. 12.2).

Первая стадия - начальная, связанная с осенним периодом увлажнения. Влажность верхней часта земляного полотна вследствие инфильтрации свободной воды повышается до W Е £ (0,65-0,7) W T , где W T - нижняя граница текучести грунта. Стадия продолжается до установления среднесуточной температуры воздуха -5°С. В это время пучение еще не наблюдается. Избыток свободной воды q в грунте отсутствует. Модуль упругости грунта при водонепроницаемых покрытиях и хорошем состоянии задернованных обочин всего на 10-15 % меньше, чем летом.

Вторая стадия - зимнее накопление влаги. При промерзании грунта накопленная с осени влага перераспределяется. С понижением температуры воздуха граница промерзания опускается, вызывая подтягивание влаги из талого слоя грунта в мерзлый. При сильных морозах (скорость промерзания по оси проезжей части v п не менее 4,5-5 см/сут) граница промерзания опускается быстро и влага из более глубоких теплых слоев грунта не успевает переместиться в верхнюю часть земляного полотна. При скорости v п £ 2,5 см/сут в грунте происходит интенсивное льдообразование, сопровождающееся неравномерным морозным пучением покрытия, приводящим к ухудшению его транспортно-эксплуатационных качеств.

Во время этой стадии в первую половину зимы при погодных условиях, близких к средней многолетней норме, в центральных, северных и северо-западных районах европейской части России влажность верхней части земляного полотна повышается до W Е ³ (0,65-0,7) W T . Резко увеличивается и морозное пучение.

Рис. 12.2. Схема закономерности изменения во времени морозного пучения h пуч , модуля упругости Ео и влажности W грунтов земляного полотна во II и III дорожно-климатических зонах:

1 - влажность песчаного подстилающего слоя; 2 - влажность грунта верхней части земляного полотна; 3 - кривая промерзания; 4 - кривая оттаивания; 5 - ледяные линзы и прослойки; Z - глубина промерзания; I - V - стадии изменения влажности грунта

Третья стадия - вымерзание воды из песчаного подстилающего слоя дорожной одежды и установление равновесного состояния влаги в грунтах верхней части земляного полотна. В этот период наблюдается наиболее низкая зимняя температура. Глубина промерзания Z почти достигает максимума. По мере увеличения глубины увеличивается пучение. К концу третьей стадии пучение достигает максимума. Влажность земляного полотна практически не изменяется, влажность песчаного подстилающего слоя большей частью снижается из-за происходящего вымерзания. В южных районах с мягкими зимами, а также в районах с высокой влажностью воздуха вымерзание может и не наблюдаться.

Четвертая стадия - насыщение земляного полотна влагой. По мере оттаивания влажность грунта резко повышается. Морозное пучение уменьшается. Одновременно снижается модуль упругости грунта Ео. Избыток свободной воды q , выделяющейся в земляном полотне, отжимается по трещинам и порам грунта в корыто под действием движущихся грузовых автомобилей.

Повышение влажности связано с инфильтрацией свободной воды и конденсацией у верхней границы промерзания водяных паров. Относительная доля конденсационной воды по отношению к общему притоку воды, поступающему в корыто, увеличивается с приближением к югу.

Процесс изменения влажности земляного полотна зависит от скорости оттаивания. Чем продолжительнее затяжная весна (ночные заморозки сменяются теплыми солнечными днями без осадков), тем быстрее вследствие испарения днем и морозного вымерзания ночью уменьшается влажность грунта и, следовательно, меньше вероятность снижения модуля упругости грунта Ео. В годы с затяжной весной деформации на покрытиях почти не наблюдаются. При дружной весне, характеризуемой скоростью оттаивания 7-8 см/сут, наоборот, увеличивается количество деформаций на покрытиях из-за снижения прочности грунта и материала подстилающего слоя.

Осадки, выпадающие в период дружной весны, особенно если их количество превышает 60 мм, способствуют дополнительному увлажнению грунтов, которое может достигнуть величины, превышающей (0,85-0,9) W T . При столь значительной средней влажности грунтов верхней части земляного полотна в центральных районах европейской части удельный приток свободной воды в корыто нередко достигает 5-7 л/м2 в сутки. Процесс ее отжатия продолжается, пока влажность связных грунтов не снизится до We , меньшей (0,7-0,75) W T , и верхняя граница оттаивания не опустится глубже 1-1,2 м, что соответствует мощности несущего слоя грунта при современной расчетной нагрузке. Чем эффективнее работают дренирующий слой и дренажные устройства, тем быстрее восстанавливается летний режим земляного полотна, а потому быстрее повышается и модуль упругости грунта.

Пятая стадия - восстановление летнего водно-теплового режима земляного полотна при полном оттаивании. В грунтах остается лишь местами капиллярно-разомкнутая (подвешенная) вода, горизонт которой в центральных и северо-западных районах европейской части обычно расположен глубже 1м. Уменьшение влажности и увеличение плотности грунта связаны с высокой испаряющей способностью земляного полотна, особенно в насыпях, и опусканием уровня подземных вод почти до летней отметки.

Рассмотренная в общем виде закономерность изменения влажности относится лишь к верхней части земляного полотна глубиной до (2,5-3,0) D от поверхности проезжей части, где D - диаметр отпечатка колеса расчетного автомобиля.

Влажность грунтов, залегающих ниже 1,5-1,8 м, остается почти постоянной в течение года, даже в лесных районах II дорожно-климатической зоны, лишь незначительно повышаясь во время четвертой стадии. В лесных районах III зоны, где глубина промерзания z £ 1 м , влажность связных грунтов нижней части земляного полотна практически стабильна. В степных районах IV и V зон, начиная с глубины 0,8-1,0 м, залегает так называемый «мертвый» горизонт, имеющий постоянную влажность (за исключением районов искусственного орошения и засоленных грунтов).

На влажность верхней части земляного полотна оказывают существенное влияние тип покрытия и общая толщина дорожной одежды. С ее увеличением уменьшаются пределы колебания влажности, а также модуль упругости грунтов. При толщине современных дорожных одежд 0,65-0,85 м влажность верхней части земляного полотна изменяется в соответствии с синусоидой среднегодичного цикла, что упрощает теорию расчета его водно-теплового режима.

Циклическое изменение водно-теплового режима земляного полотна, особенно в зоне хвойно-лиственных лесов с подзолистыми и заболоченными грунтами, сопровождается усиленным протеканием процессов оглеения. Во II дорожно-климатической зоне через 15-20 лет службы дороги прочность покровных глинистых грунтов, уложенных в насыпь или прикрытых водонепроницаемой дорожной одеждой, при нулевом профиле земляного полотна значительно снижается.

Оглеенные глинистые грунты почти всегда находятся в земляном полотне в увлажненном состоянии, представляя собой при относительной влажности более (0,75-0,8) W T иловатую упруговязкую массу зеленоватой окраски. Структура таких грунтов иная, чем в резервах, из которых возводилась насыпь. Модуль упругости их в 2-3 раза меньше, чем грунтов придорожной полосы при одинаковой степени плотности. Такое изменение грунтов в земляном полотне (их «старение») происходит тем медленнее, чем выше рабочая отметка насыпи. Поэтому при реконструкции дорог особое внимание следует уделять участкам с заниженным земляным полотном, принимая для них больший коэффициент запаса прочности при проектировании дорожных одежд.

В соответствии с рассмотренными выше закономерностями водно-теплового режима и следует изучать состояние земляного полотна перед его реконструкцией. Морозное пучение нужно определять во время третьей стадии, а значение модуля упругости грунта и удельного избытка свободной воды - при четвертой стадии.

К реконструированному земляному полотну должны предъявляться исключительно строгие требования: непродуманные решения или некачественно выполненные земляные работы невозможно исправить при последующей эксплуатации дороги. Поэтому в процессе производства работ по перестройке земляного полотна должен быть организован тщательный контроль за их качеством.

При реконструкции автомобильных дорог обычно стремятся в наибольшей степени использовать существующее доброкачественное земляное полотно. К такому земляному полотну относят участки, в которых не образуются подвешенные горизонты воды из-за неблагоприятного расположения фильтрующих и малопроницаемых грунтов, а также отсутствуют включения оглеенных или иловатых грунтов. Высокие насыпи, возведенные путем беспорядочной отсыпки при недостаточном уплотнении из крупнообломочных горных пород (аллевролитов, глинистых сланцев, мергеля, пустой породы из терриконов и т.д.), большей частью подвержены ежегодным просадкам и образованию пучин. При реконструкции необходимо прежде всего улучшить водно-тепловой режим земляного полотна, повышая степень уплотнения грунта и проводя различные инженерные мероприятия, гарантирующие влажность грунта не выше оптимальной. На очень старых автомобильных дорогах земляное полотно за редкими исключениями не удовлетворяет современным требованиям. В этом случае до переустройства дорожной одежды необходимо установить источники переувлажнения земляного полотна и устранить их влияние. Если во время изысканий выявлено, что грунты верхней части земляного полотна оглеены, необходимо провести детальные инженерно-геологические изыскания. Для правильного установления источников увлажнения требуется определить на типичных участках в период третьей стадии увлажнения характер распределения влажности по глубине. На сухих участках максимальное значение влажности глинистых грунтов во II дорожно-климатической зоне обычно наблюдается на глубине 0,7-0,9 м (рис. 12.3).

На сырых участках увеличение влажности с глубиной указывает на поступление влаги снизу, из залегающего поблизости уровня грунтовых вод или верховодки. На сухих участках возникновение на покрытиях разрушений или образование трещин может быть связано лишь с инфильтрацией воды через само покрытие или обочины.

На сухих участках с большими продольными уклонами при пересеченном рельефе местности, а также в других случаях, когда имеются сомнения в правильности установления источников увлажнения, рекомендуется применять радиоактивные индикаторы. Как показали исследования В.И. Куканова (МАДИ), наиболее оправданным в таких случаях является использование изотопа водорода трития, который входит в состав молекулы тритиевой воды Т2О, физико-химические свойства которой не отличаются от свойств обычной воды. Период полураспада изотопа составляет 12,4 года; радиационно он безопасен и дешев.

Испытания проводят с меченой водой - обычной водой, в которую добавлена тритиевая до удельной активности Ао = 20 мкКи/т (Кюри (Ки) - единица активности изотопа). Работы можно выполнять в любое время года, кроме летнего сезона с высокой степенью испарения. При отрицательной температуре меченая вода замерзает на участке испытаний. Прикрытая снегом, она мало испаряется и начинает проникать в грунт при его оттаивании.

Образцы грунта для определения влажности и путей поступления влаги берут в соответствии с заранее составленной программой из сетки скважин, закладываемых по длине и ширине дороги через 0,5 м в глинистых грунтах и 1 м в супесчаных. По глубине образцы отбирают через 20 см до уровня грунтовых вод, но не менее чем 2 м. Взятые образцы грунта помещают в обычную лабораторную центрифугу для выделения воды, которую в дальнейшем испытывают по общеизвестной методике на радиоактивность. По радиоактивности строят изолинии влажности на разных глубинах в плане и в разных поперечных сечениях дороги.

Рис. 12.3. Схема распределения влажности в земляном полотне по глубине:

а -на сухих участках; б - на мокрых участках; 1 - зона повышенной влажности; 2 - капиллярная зона; 3 - зона грунтовой воды; 4 - влажность по глубине к концу третьей или в начале четвертой стадии увлажнения; 5 - влажность в период пятой стадии увлажнения; 6 - уровень грунтовых вод в начале четвертой стадии увлажнения; 7 - уровень воды в период пятой стадии; 8 - поверхность менисков; 9 - влажность, соответствующая нижней границе текучести; W - естественная влажность грунта; Z - глубина; h к - высота капиллярного поднятия; W 1 и W 2 - максимальные значения влажности в конце третьей и начале четвертой стадии увлажнения ( W 1 < W 2 )

Анализ изолиний для последовательных интервалов времени с достаточной степенью надежности указывает, поступает ли влага сверху или сбоку с прилегающей к дороге полосы. Если есть сомнения, что увлажнение верхней части земляного полотна происходит за счет близкого уровня грунтовых вод, то индикатор заливают в буровую скважину, которую затем послойно заполняют грунтом, по возможности уплотняя его да первоначальной плотности. Сверху скважину тщательно заделывают для предотвращения проникания воды. Описанным способом можно достаточно надежно выявить источники увлажнения земляного полотна на пучинистых участках, что позволяет разработать обоснованные противопучинные мероприятия.

Если в земляном полотне в пределах глубин промерзания залегают прослойки песчаного или супесчаного грунта толщиной менее высоты капиллярного поднятия или оглеенный горизонт, то независимо от обеспеченности поверхностного стока и поперечного профиля земляного полотна на таких участках в период оттаивания, как правило, наблюдается верховодка. В этом случае во II дорожно-климатической зоне модули упругости, как показали проводившиеся в течение ряда лет полевые испытания, в расчетный период года большей частью бывают менее 25 МПа. При столь низком значении модуля упругости грунта чаще всего на покрытиях имеется сетка трещин в виде паутины, указывающая на недостаточную прочность основания и земляного полотна.

Для повышения модуля упругости земляного полотна возможны следующие мероприятия: замена песком оглеенного грунта или укрепление различными вяжущими материалами верхней части земляного полотна; устройство теплоизоляционного слоя или гидроизолирующей и паронепроницаемой прослойки; устройство системы дренажа грунтовых вод и дренажа мелкого заложения т.д.

Для расчета толщины дорожных одежд на реконструируемых участках дорог необходимо располагать такими характеристиками грунтов, как: модуль упругости Ео, сцепление с, угол внутреннего трения φ , удельный избыток воды q , поступающей в корыто из грунта при оттаивании, относительный коэффициент морозного пучения Кпуч, а также глубина их промерзания z . Прочность дорожных одежд прежде всего зависит от прочности земляного полотна, которая на реконструируемых дорогах, как правило, очень неоднородна, особенно на участках, расположенных в низких насыпях.

Оценка грунта по относительной плотности К о в долях от стандартного уплотнения при оптимальной влажности W o не дает достаточных оснований для суждения о прочности земляного полотна. При реконструкции земляного полотна нельзя пользоваться табличными значениями прочности грунтов, необходимо исходить из их значений, определенных в полевых условиях.

Наиболее распространенным критерием прочности грунтов является их модуль упругости, который с необходимой надежностью может быть определен непосредственно на уплотненном земляном полотне. Надежная методика определения модуля упругости грунта заключается в измерении просадок постепенно загружаемого жесткого штампа диаметром 70 см до удельного давления рк, соответствующего давлению расчетного автомобиля [ 97].

Наряду с испытаниями на дороге рекомендуется определять модуль упругости и в карьере, из которого берут грунт для досыпки земляного полотна, чтобы сравнить установленные значения модуля упругости грунтов реконструируемого земляного полотна и карьера. Одновременно должны быть определены влажность и плотность тех же грунтов для сравнения со значениями оптимальной влажности и максимальной плотности, установленными по методу стандартного уплотнения. Наиболее целесообразно использовать для этой цели радиоизотопные приборы. Модуль упругости грунтов земляного полотна может быть также определен расчетом по результатам испытаний дорожных одежд проездом передвижных испытательных установок.

Используя установки динамического нагружения, можно не только определить расчетные значения модуля Ео, но и обоснованно назначать толщину отсыпаемых слоев грунта, а также требуемое количество проходов уплотняющих машин, что повысит однородность земляного полотна. В настоящее время установлены достаточно надежные расчетные значения статических модулей упругости при разных относительных влажностях грунтов. Поэтому при опытном определении величины модулей упругости необходимо стремиться, чтобы значение влажности было близким к расчетному для земляного полотна. Величины угла внутреннего трения φ и сцепления с при расчетах можно принимать по таблицам, приведенным в нормативной литературе [ 83, 109].

Таким образом, в зависимости от состояния земляного полотна и системы водоотвода в процессе реконструкции дороги возникает необходимость выполнения различных видов работ, связанных с повышением устойчивости и работоспособности земляного полотна, совершенствованием формы и приведением его геометрических параметров в соответствие с нормативными требованиями.

В процессе реконструкции дороги работы по переустройству или строительству нового земляного полотна производят на участках исправления элементов плана трассы, продольного и поперечного профилей, при реконструкции пересечений и примыканий автомобильных дорог и т.д.

К земляным работам по исправлению элементов плана трассы относятся возведение земляного полотна на участках спрямления и увеличения результатов кривых и видимости в плане, при строительстве обходов оползневых и других сложных участков, обходов городов и других населенных пунктов. Работы по исправлению продольного профиля выполняют на участках смягчения продольных уклонов, увеличения радиусов выпуклых и вогнутых кривых в продольном профиле и т.д. Особое место занимают работы по увеличению высоты насыпей на снегозаносимых участках дорог, на участках с необеспеченным водоотводом и образованием пучин. Одним из наиболее распространенных видов работ при реконструкции автомобильных дорог является уширение земляного полотна, которое производится, как правило, на больших протяжениях.

Причиной большинства деформаций земляного полотна является его избыточная влажность. Поэтому при реконструкции дорог особое внимание уделяют предохранению земляного полотна от увлажнения путем совершенствования систем отвода поверхностных и грунтовых вод.

По особенностям технологии выполнения работ по реконструкции земляного полотна и системы водоотвода можно разделить две группы:

работы, технология выполнения которых не отличается от технологии возведения земляного полотна при строительстве новых дорог;

работы, технология выполнения которых отличается от технологии работ при строительстве дорог.

К первой группе относятся выполняемые в процессе реконструкции работы по поднятию земляного полотна на сырых, подтопляемых и снегозаносимых участках, по устройству земляного полотна и водоотвода на площадках для остановки, стоянках автомобилей, площадках для отдыха, по устройству новых дренажей, системы водоотвода, осушительных канав, берегозащитных и противоэрозионных сооружений. К этой же группе можно отнести работы по восстановлению размытых и разрушенных участков дорог, срезку откосов выемок, устройство аккумуляционных полок в выемках и ряд других работ.

Ко второй группе относятся выполняемые в процессе реконструкции работы по исправлению параметров земляного полотна на участках смягчения продольного профиля, обеспечению видимости в продольном профиле и плане. К этой же группе можно отнести работы по восстановлению земляного полотна на участках пучинообразования, укрепительные и другие работы, обеспечивающие устойчивость существующего земляного полотна.

Работы, технология выполнения которых не отличается от технологии строительства новых дорог, описаны в предыдущих главах. В данной главе рассматриваются работы, технология выполнения которых отличается от технологии строительства новых дорог.

12.2. Подготовительные работы к реконструкции земляного полотна

Состав подготовительных работ и очередность их выполнения. Подготовительные работы должны быть выполнены, как правило, до начала основных работ по реконструкции дороги. В некоторых случаях часть этих работ может выполняться одновременно с основными операциями по реконструкции.

В состав основных подготовительных работ входят создание геодезической разбивочной основы, перенос кабельных линий электропередачи, линий связи, различных трубопроводов, коллекторов и других коммуникаций; расчистка дорожной полосы и территорий, отведенных под карьеры и резервы; подготовка и усиление местных дорог, на которые планируется перевести движение с ремонтируемой дороги или строительство объездных дорог, а также строительство временных дорог к грунтовым карьерам и карьерам песчаных, гравийных и каменных материалов.

В состав дополнительных работ и мероприятий входят снятие существующих знаков, ограждений, направляющих столбиков, столбов мачт для осветительных фонарей; разборка и удаление павильонов на автобусных остановках; разборка укреплений откосов, водоотводных лотков и канав; разработка схем движения транспорта на участке реконструкции дороги и т.д.

Геодезической разбивочной основой на местности служат знаки, закрепляющие в плане вдоль дороги вершины углов поворотов и главные точки кривых, а также точки на прямых участках не реже чем через 1 км и реперы вдоль дороги не реже чем через 2 км. Основные знаки и реперы должны иметь надежную конструкцию в виде столбов или свай, установленных за границами полосы отвода в соответствии со специальными требованиями.

Перед выполнением земляных работ производится детализация геодезической разбивочной основы. При этом делают разбивку всех пикетов и плюсовых точек с выноской за полосу отвода; устанавливают дополнительные реперы у насыпей высотой свыше 3 м за пределами подошвы, у выемок глубиной более 3 м за бровками откосов, у перестраиваемых труб и других искусственных сооружений; устанавливают промежуточные реперы на пересеченной местности; разбивают круговые и переходные кривые с выноской и закреплением промежуточных точек.

Детальную разбивку можно выполнять не одновременно на всей протяженности реконструируемого участка дороги, а по мере продвижения фронта работ с заделом, учитывающим скорость потока работ.

На участках, где предусмотрено уширение земляного полотна, смягчение продольного уклона, замена пучинистого грунта на непучинистый, снимают существующие сигнальные столбики, ограждения, мачты освещения, павильоны на автобусных остановках и все другое инженерное оборудование и обустройство, которое может помешать производству работ по возведению земляного полотна и дорожной одежды. Разборке подлежат также укрепления откосов насыпей и выемок, водоотводных лотков и канав. На участках двустороннего уширения все работы выполняют с обеих сторон дороги, а на участках одностороннего уширения - с одной стороны.

Большие трудности при реконструкции дороги возникают с переносом и переустройством воздушных, наземных и подземных коммуникаций. Как правило, за время от строительства до реконструкции дороги, она обрастает различными видами коммуникаций, имеющих, а чаще не имеющих отношения к самой дороге. Это линии технологической и общей связи, проводной и кабельной, линии электропередачи в виде воздушных линий или кабелей высокого напряжения, наземных и подземных трубопроводов, коллекторов и других коммуникаций. Чаще всего эти коммуникации расположены в полосе отвода дороги или на определенном расстоянии от нее и могут быть повреждены в процессе производства работ по ремонту дороги. Нередки случаи, когда кабели линий связи и электроснабжения осветительных систем уложены непосредственно в тело земляного полотна. Поэтому необходимо уделять особое внимание работам по переносу и переустройству инженерных коммуникаций, обозначению мест их расположения около дороги.

Работы по переносу и переустройству коммуникаций должны производиться по специальным проектам специализированными организациями, по отдельному графику, согласованному с подрядной организацией, осуществляющей основные работы по реконструкции дороги.

В случаях, когда возведение земляного полотна опережает устройство пересекающих дорогу подземных коммуникаций, необходимо по согласованию с заинтересованными организациями предусматривать предварительную укладку кожухов или других устройств для последующей прокладки коммуникаций без нарушения целостности земляного полотна.

До начала земляных работ расчищают дорожную полосу и площади, отведенные для карьеров, резервов, зданий и сооружений, от леса, кустарника, пней, порубочных остатков, крупных камней, строительного мусора и т.д. Расчистку дорожной полосы осуществляют по отдельным участкам в порядке очередности выполнения земляных работ теми же методами и средствами, что и при строительстве новых дорог.

На полосе, подлежащей уширению, в том числе и с откосов выемок и насыпей, бульдозером срезают растительный грунт. С откосов боковых канав или канав-резервов его снимают автогрейдером. На откосах глубоких выемок и высоких насыпей грунт срезают ковшом экскаватора с телескопической стрелой.

Боковые канавы и резервы, особенно во II дорожно-климатической зоне, на старых дорогах, как правило, бывают заросшими болотной растительностью и влаголюбивым кустарником. Его нужно удалить кусторезом или бульдозером летом или в начале сухой осени. В другое время года в резервах застаивается дождевая вода, глубина которой в равнинной местности не менее 0,2-0,3 м. Зимой вода замерзает, как бы армированная кустарником, и удаление льда представляет большие трудности. После срезки кустарников бульдозером снимают растительный грунт до отметки заболоченного грунта.

После расчистки дорожной полосы на всей площади, где предусмотрены земляные работы, снимают плодородный слой почвы на глубину, определенную проектом, и укладывают его в отвалы для последующего использования при восстановлении (рекультивации) нарушенных и малопродуктивных сельскохозяйственных земель, а также при благоустройстве площадок.

Однако при реконструкции дорог необходимо особое внимание обращать на качество и состав плодородного слоя, снимаемого с поверхности дорожной полосы, непосредственно примыкающей к существующей дороге. Установлено, что при высокой интенсивности движения в полосе шириной до 50 м от бровки земляного полотна может происходить загрязнение почвы выше допустимых пределов выбросами автомобилей, которые содержат свинец, цинк, медь и нитраты. Кроме того, в почве накапливаются хлориды, применяемые для борьбы с зимней скользкостью. В этих случаях загрязненную почву складируют отдельно, а затем используют в нижних слоях при засыпке оврагов, благоустройстве территорий и т.д. В первую очередь это относится к грунту, который снимают с откосов насыпей и выемок, а также с откосов и дна боковых канав и резервов. Водоотводные канавы послойно засыпают таким же грунтом, какой из них был удален при постройке, с тщательным уплотнением.

Снятие плодородного грунта выполняют автогрейдерами и бульдозерами. На участках высоких насыпей и глубоких выемок эти работы выполняют скребком или ковшом экскаватора с телескопической стрелой.

Особое место в подготовительных работах занимают мероприятия по организации движения автомобилей при реконструкции дороги, которое существенно возрастает из-за движения построечного транспорта.

Организация движения транспортного потока решается с учетом интенсивности движения, видов работ по реконструкции дороги, протяженности реконструируемых участков, наличия других дорог, рельефа местности и других местных условий.

Лучшим для безопасного производства работ является вариант переноса движения с реконструируемого участка на другие дороги, идущие в том же направлении. Во многих случаях для снятия движения с реконструируемого участка дороги на время производства работ строят специальные объезды (рис. 12.4). Тип и капитальность дорожных одежд на объездных дорогах должны соответствовать интенсивности переведенного на них автомобильного движения с учетом намечаемого срока действия объездной дороги.

Распространенным является вариант закрытия одной половины проезжей части с пропуском движения по другой половине. Для этого устраивают дорожную одежду на всю ширину обочины и организуют дополнительную полосу движения.

Во всех случаях необходима разработка специальных схем организации движения, расстановка знаков, ограждения и освещения участков производства работ в соответствии с требованиями действующих правил.

12.3. Способы уширения насыпей и выемок.

Требования к выбору, размещению в слоях и уплотнению грунтов земляного полотна уширения

Общие положения. При реконструкции автомобильных дорог на многих участках устраивают новое земляное полотно, процесс возведения которого ничем не отличается от строительства дороги. Такие работы выполняют на участках спрямления трассы, значительного увеличения радиусов кривых в плане, на участках обходов населенных пунктов, обходов оползней, осыпей и т.д. Гораздо чаще в процессе реконструкции выполняют работы по уширению земляного полотна для строительства дополнительных полос проезжей части, переходно-скоростных полос, площадок для стоянки автомобилей или для доведения ширины земляного полотна до норм категории, установленной для данной дороги.

Рис. 12.4. Схема объезда участка реконструкции дороги:

1 - реконструируемая выемка; 2 - насыпь; 3 - объездная дорога; 4 - временный низководный мост

Опыт показывает, что добиться устойчивой многолетней совместной работы старого и нового (уширенного) земляного полотна очень трудно. Во многих случаях наблюдаются деформации нового земляного полотна в местах соединения со старым. Поэтому везде, где это возможно, следует избегать уширения земляного полотна.

При реконструкции автомобильных дорог обычно стремятся полностью использовать «здоровое» земляное полотно. Под «здоровым» понимают отсутствие в нем висячих горизонтов воды (верховодка) вследствие неблагоприятного взаиморасположения фильтрующих и малопроницаемых грунтов, склонных к морозному пучению.

Уширение земляного полотна может быть односторонним или двухсторонним (рис. 12.5).

Рис. 12.5. Схемы уширения земляного полотна:

а, б) - двухстороннее и одностороннее в насыпях; в, г) - двухстороннее и одностороннее в выемках

Двухстороннее , или симметричное уширение - это уширение, при котором ось существующей дороги остается без изменения и совмещается с осью уширенной дороги. При этом уширение происходит путем досыпки насыпи или срезки откосов выемки с двух сторон. Такое уширение может быть целесообразным при высоте насыпей и глубине выемок до 2 м при крутизне откоса 1:3 и положе при условии, что ширина проезжей части и укрепленных краевых полос после реконструкции дороги будет меньше ширины земляного полотна существующей дороги. Двухстороннее уширение применяется и в тех случаях, когда по местным условиям невозможно одностороннее уширение (близко расположены границы зданий и сооружений, близкое расстояние до различных коммуникаций, неблагоприятные рельеф и грунтово-гидрологические условия, наличие охранных, запретных зон и т.д.).

Преимущество этого варианта в том, что проезжая часть после ее уширения располагается на прочном, хорошо сформировавшемся земляном полотне, что обеспечивает возможность создания прочной и долговечной дорожной одежды. Недостатки его состоят в усложнении технологии работ и трудности использования общестроительных дорожных машин, а также в увеличении объемов некоторых видов работ в связи с тем, что необходимо с двух сторон снимать и устанавливать инженерное оборудование и обустройство, переносить и перекладывать воздушные, наземные и подземные коммуникации, удлинять трубы и уширять мосты, перестраивать систему водоотвода и дренажа и т.д.

При проектировании реконструкции дороги следует стремиться предусматривать такое проложение новой трассы, чтобы в максимальной степени использовать существующую дорогу, не осложнять работу необходимостью выполнения сравнительно тонких присыпок с двух сторон земляного полотна.

Одностороннее, или несимметричное - это уширение, при котором ось реконструируемой дороги смещается в сторону от оси старой дороги, а уширение происходит путем досыпки насыпи или срезки откоса выемки с одной стороны.

Преимущество этого варианта в том, что все работы по уширению земляного полотна сосредоточены с одной стороны, благодаря чему создаются лучшие условия для работы дорожных машин и сами работы по возведению земляного полотна могут быть выполнены более качественно. Сокращаются объемы работ по снятию и установке инженерного оборудования, обустройству, переносу и переустройству коммуникаций, системы водоотвода, дренажа и т.д. Главный недостаток в том, что часть ширины новой дорожной одежды располагается на старом земляном полотне, а часть на свежеуложенном грунте, которому трудно придать такую же степень уплотнения и устойчивость, как у старого земляного полотна. В результате создается неравнопрочная дорожная конструкция (земляное полотно плюс дорожная одежда) и возникают продольные трещины в дорожной одежде по стыку старого и нового земляного полотна. Опыт реконструкции Московской кольцевой автомобильной дороги показывает, что даже при устройстве различных прокладок и усилений по зоне стыка полностью избежать образования продольных трещин не удается. Кроме того, при одностороннем уширении двухполосной проезжей части увеличивается потребность в материалах для устройства покрытия из-за необходимости укладки дополнительного слоя покрытия, чтобы переместить ось проезжей части и обеспечить равный поперечный уклон покрытия на обеих полосах движения.

На косогорных участках уширение земляного полотна целесообразно производить в сторону косогора с его дополнительной срезкой везде, где это позволяют условия. Такое расположение земляного полотна позволяет существенно повысить его устойчивость. Однако необходимо обращать особое внимание на устойчивость косогора против сползания, на возможность возникновения осыпей.

В этих случаях, а также при больших объемах земляных работ по срезке косогора уширение земляного полотна может быть произведено за счет уширения насыпной части. Особого внимания при этом требует обеспечение совместной работы старой и присыпаемой части. В отдельных случаях для этого потребуется устройство подпорных стенок.

В некоторых случаях может оказаться целесообразным разделение на косогорном участке проезжих частей по направлениям движения с расположением их в разных уровнях по склону холма. При этом существующая дорога используется для движения в одном направлении, а для встречного движения выше или ниже по склону строится новая дорога. При проектировании таких участков должны быть соблюдены требования к плавности сопряжения трасс обоих участков, чтобы положение оси раздельных участков являлось закономерным продолжением смежных участков объединенной дороги.

Устройство раздельного земляного полотна целесообразно на заболоченных участках в районах избыточного увлажнения [ 78]. Доводы в пользу этого решения в основном вытекают из соображений организации строительных работ - возможность их выполнения без перерыва движения по дороге, большего удобства выполнения земляных работ и обеспечения должного качества земляного полотна и т.д.

Выбранный способ уширения земляного полотна неизбежно требует и аналогичного способа уширения проезжей части. Поэтому вопрос необходимо решать комплексно, устанавливая наиболее выгодный метод уширения земляного полотна путем технико-экономического сравнения вариантов, учитывающего затраты на переустройство как земляного полотна, так и проезжей части.

При любом способе уширения земляного полотна должно быть достигнуто хорошее сопряжение присыпаемого грунта со слежавшимся грунтом насыпи, обеспечивающее совместную работу старой и новой частей полотна. Отсутствие связи между ними может приводить к оползанию новой части земляного полотна под влиянием проникающей воды и динамического воздействия проезжающих автомобилей. Процессы естественного уплотнения присыпанного грунта могут вызывать потерю ровности покрытий. Особым случаем является уширение земляного полотна при реконструкции дороги с двумя полосами движения в автомобильную магистраль, когда дорогу II или III категории переводят в дорогу I категории.

Существующая дорога становится одной из проезжих частей для одностороннего движения, а на месте обочины и боковой канавы устраивается разделительная полоса, которой чаще всего придают вогнутые очертания. Воду с нее сбрасывают в пониженные места продольного профиля. Необходимость придания проезжей части односкатного поперечного уклона требует значительной досыпки грунта на место устройства разделительной полосы. Земляное полотно для дополнительной проезжей части можно возводить из любых грунтов, пригодных для строительства, независимо от грунтов существующей насыпи.

Необходимы тщательная засыпка и уплотнение грунта при заделке канавы, чтобы в ней не могли образовываться застои просачивающейся воды. Некоторые примеры переоборудования двухполосной дороги в четырехполосную приведены на рис. 12.6.

Рис. 12.6. Примеры реконструкции дороги с двумя полосами движения в дорогу с разделительной полосой и проезжими частями для одностороннего движения:

а, б - двухстороннее уширение, где а - с подъемкой насыпи и постройкой новой одежды; б - с использованием существующей дорожной одежды; в, г, д - одностороннее уширение; в - с использованием существующей одежды и устройством возвышающейся разделительной полосы; г - с подъемкой насыпи; д - с использованием существующей дорожной одежды, засыпкой резерва и устройством широкой разделительной полосы вогнутого профиля; 1 - существующая дорожная одежда; 2 - канавы, засыпанные уплотненным связным грунтом; 3 - растительный грунт; 4 - дерновая лента шириной 50 см; 5 - новая дорожная одежда; 6 - краевая полоса сборных бетонных плит; 7 - бетонный бордюр; 8 - резерв, засыпанный уплотненным грунтом; 9 - песчаный слой; 10 - продольные дрены для отвода воды; 11 - укрепленные обочины; 12 - выравнивающий слой дорожной одежды

При уширении земляного полотна во избежание переувлажнения грунта перед началом основных работ после снятия растительного слоя необходимо обеспечить поверхностный водоотвод на период реконструкции дороги. Для этого производят планировку поверхности и нарезку временных канав автогрейдером с отводом воды в пониженные места.

Существуют определенные различия в технологии работ по уширению насыпей и выемок (рис. 12.7).

Уширение насыпей. Уширение насыпей высотой до 2 м, как правило, начинается с засыпки боковых канав или кювет-резервов, из которых была возведена насыпь. Засыпка производится послойно местным грунтом с тщательным уплотнением до коэффициента уплотнения K у = l .

В нижней части при небольшой ширине канав грунт уплотняют вибротрамбующими машинами типа БТМ-1 массой 5 т, производительностью 50-60 м3/ч с частотой не менее 1200-1500 уд/мин или малогабаритными виброуплотнителями типа ВУ-800 и ВУ-1500 массой 45 и 82 кг, частотой вибрации 100 и 70 Гц, размером плит 450×350 мм и 620×450 мм, глубиной уплотнения 20-25 см и рабочей скоростью 20 м/мин.

Рис. 12.7. Последовательность работ при уширении земляного полотна

Несколько реже используют вибромолот шириной захвата 0,8 м с рабочим органом, навешенным сзади бульдозера типа Д-535. На его отвале монтируют планировочную плиту, предназначенную для разравнивания грунта. При скорости движения уплотняющей машины 380 м/ч слой уплотняемого грунта до коэффициента уплотнения 0,95-1,00 достигает толщины 0,35 м. Увеличение скорости до 450-550 м/ч возможно, если снизить толщину уплотняемого слоя до 0,3 м. Вибромолотом можно уплотнять грунт и в широких траншеях.

После окончания засыпки боковых водоотводных канав и оформления акта на скрытые работы приступают к работам по собственно уширению земляного полотна. Важной задачей при этом является обеспечение надежного сопряжения присыпаемого грунта с грунтом существующего земляного полотна. Для этого при высоте насыпи до 2 м и крутизне косогоров до 1:5 достаточно разрыхлить грунт на откосах рыхлителем на глубину 0,2-0,25 м. На более высоких насыпях и косогорах крутизной до 1:3 на откосах бульдозером или автогрейдером нарезают уступы высотой до 0,5 м с уклоном 50 ‰.

В насыпях из песчаных грунтов уклон уступов делают к оси дороги, в глинистых - от оси дороги. Вначале нарезают нижний уступ, затем вышерасположенный и грунт постепенно перемещают на нижний уступ, распределяя его заданной толщиной слоя, и тщательно равномерно уплотняют.

Уплотнение является одной из важнейших операций при уширении земляного полотна, особенно на уступах. При симметричном уширении насыпей высотой до 2 м с учетом уположения их откосов до 1:3-1:4 ширина досыпаемой полки около 3 м, что позволяет разравнивать грунт бульдозером и уплотнять по челночному способу любыми самоходными катками. Толщину уплотняемого слоя принимают из расчета коэффициента уплотнения не менее плотности грунта реконструируемой насыпи, но не ниже Ку = 1,0.

При двухстороннем уширении ширина полосы уширения может составлять до 1 м. В этом случае при высоте насыпи более 2 м по технологическим условиям величину уширения приходится увеличивать на 1,0-1,5 м, чтобы обеспечить возможность работы бульдозера, автогрейдера и уплотняющих машин на уступах и присыпаемых слоях.

Лишний грунт после отсыпки насыпи срезают и используют либо для уположения откосов, либо перемещают на соседний участок уширения. Это еще один из недостатков двухстороннего уширения. Исключительно большое влияние на прочность земляного полотна и устойчивость откосов насыпей при уширении имеет выбор грунтов для уширения и их расположение в теле земляного полотна.

Опыт реконструкции дорог позволил выработать ряд требований к земляному полотну в местах уширения, а именно:

укладывать новые грунты в насыпь слоями, по возможности соблюдая их взаиморасположение и придавая им поперечный уклон в сторону откосов, чтобы предупредить застой воды на поверхности отсыпанных слоев (так называемой верховодки);

фильтрующие грунты укладывать в верхнюю часть земляного полотна и в откосы, которые больше подвергаются воздействию погодных условий. При укладке фильтрующих грунтов в нижние слои толщину слоя следует принимать не меньше высоты капиллярного поднятия для этих грунтов;

степень уплотнения отсыпаемых слоев должна быть не меньше существующего земляного полотна;

крутизну откосов принимать согласно требованиям повышения безопасности движения и категориям автомобильной дороги;

если откосы отсыпают из песков, их необходимо укреплять одновременно с производством земляных работ, чтобы предупредить размывы;

не рекомендуется применять крупнообломочные горные породы, алевролиты, глинистые сланцы, мергели, оглеенные подзолистые, а также иловатые почвогрунты.

Соблюдение этих требований необходимо для обеспечения прочности и устойчивости земляного полотна после реконструкции.

Присыпаемая часть уширенного земляного полотна должна работать совместно с существующим как единая конструкция, что возможно лишь при благоприятном водно-тепловом режиме. Оптимальным решением является применение при уширении тех же грунтов, которые использовались при ее возведении. Если это невозможно, необходимо уширять насыпи только песчаными непылеватыми грунтами [3], строго соблюдая правила их расположения в теле насыпи (рис. 12.8). Хотя песчаные грунты из-за большой дальности перевозки обходятся в несколько раз дороже местных связных грунтов, первоначальные затраты всегда оправдываются в дальнейшем увеличением срока службы дорожных одежд и снижением расходов на эксплуатацию дороги. Поэтому стоимость реконструкции земляного полотна обычно на 30-50 % выше сооружения нового из-за необходимости применения высококачественных грунтов и усложнения технологии работ.

Рис. 12.8. Схемы допустимого взаиморасположения грунтов в теле насыпей:

а - симметричное уширение; б - несимметричное уширение; в - смягчение продольного профиля; 1 - связный грунт; 2 - песчаный грунт; 3 - снимаемый растительный грунт; h - минимальная толщина песчаного слоя; h ³ hk ( hk - высота капиллярного поднятия воды); i - поперечный уклон не менее 50 ‰

Особенно важно соблюдать требования по однородности грунтов. При насыпях высотой до 2 м, симметрично уширяемых, можно применять любые грунты, поскольку крутизна заложения откосов положе 1:3. При высоте свыше 2 м, а на дорогах I категории 3 м пригодны только песчаные грунты. На сухих участках ( I тип увлажнения) возможно использование и супесчаных, но не пылеватых грунтов с одновременным укреплением откосов.

При глинистых грунтах, особенно пучинистых, верхнюю часть насыпей на высоту, равную половине глубины промерзания, но не менее чем на 0,6-0,7 м от низа дорожной одежды, отсыпают из песчаных грунтов либо грунт обрабатывают малыми дозами минеральных вяжущих материалов (до 3 % по массе) на толщину 0,15 м.

Если местность относится ко 2-му, и особенно 3-му типу увлажнения, то в нижнюю часть полосы уширения рекомендуется укладывать песчаный грунт с коэффициентом фильтрации 1 м/сут и более и высотой капиллярного поднятия до 35 см. Тогда ограничивается поступление воды в рабочий слой, который может быть отсыпан и из связных грунтов.

На участках с необеспеченным поверхностным стоком, а также на участках 3-го типа увлажнения, на полосе уширения, нижнюю часть насыпи обязательно нужно отсыпать из грунтов с коэффициентом фильтрации 3 м/сут и более, высотой капиллярного поднятия до 25 см.

В связи с большими трудностями отвода земель в настоящее время не удается устраивать боковые резервы вдоль дорог. В большинстве случаев грунт для уширения берут из грунтовых карьеров, которые могут быть пригодны к применению не во всех слоях земляного полотна или требуют специальных мер для предохранения их от увлажнения. Поэтому особенно строго следует выполнять изложенные выше требования к расположению грунтов в слоях насыпи [4, 46, 78, 83]. При уширении насыпей из крупнообломочных грунтов необходимо применять заполнитель из глинистых грунтов, причем верхнюю часть толщиной не менее рабочего слоя рекомендуется возводить из обломков крупностью до 250 мм. Большего размера обломки используют для возведения нижней части насыпей, но их размер не должен превышать 2/3 толщины уплотняемого слоя. В крупнообломочных грунтах желательно, чтобы содержание глинистого заполнителя составляло около 30 % с влажностью, равной оптимальному значению. При соблюдении этих требований предупреждаются просадки. В крупнообломочных грунтах либо отходах промышленности влажность раздробленной мелкозернистой их части должна соответствовать тугопластичной консистенции (коэффициент консистенции должен составлять около 0,3 %).

Крупнообломочные грунты с пределом прочности на сжатие не менее 0,5 МПа уплотняют в два этапа: на первом этапе применяют кулачковые катки массой свыше 25 т, а на втором - катки вибрационные массой не менее 10-12 т с количеством проходов по одному следу 10-12.

Из-за ограниченной возможности отвода земель под грунтовые карьеры в некоторых случаях для уширения земляного полотна могут быть использованы различные отходы промышленности и прежде всего металлургические шлаки и золошлаковые отходы тепловых электростанций. Их применение требует особого внимания к однородности состава, технологии производства работ, уплотнению и контролю качества [78].

Уширение насыпей на величину, меньшую ширины необходимой для прохода землеройной или уплотняющей машины, всегда связано со значительным осложнением производства работ. В этом случае качественного земляного полотна уширения не удается достигнуть, поэтому полосу уширения увеличивают по сравнению с проектной для возможности нормальной работы землеройной техники. После окончания работ грунт можно срезать и использовать на соседних участках, если это оправдывается экономически.

Если высота насыпи менее 2 м, для повышения сцепления грунтов досыпаемого земляного полотна с существующим ограничиваются, как и при косогорах крутизной от 1:10 до 1:5, лишь разрыхлением грунта на откосах или нарезкой на них борозд глубиной 0,2-0,25 м. При более высоких насыпях и при косогорах крутизной до 1:3 на откосах нарезают уступы высотой до 0,5 м, придавая им уклон 50 ‰. При насыпях из песчаных грунтов уступам придают уклон в сторону оси дороги.

При глинистых грунтах уступы нарезают с уклоном, обращенным к полевой части дороги. Вначале нарезают нижний уступ, затем расположенный выше, рыхлый грунт перемещают на готовый нижний уступ, распределяя его равномерным слоем и завершая уплотнение до отсыпки следующего слоя.

Земляное полотно уширяют только по окончании послойной засыпки водоотводных устройств с равномерным уплотнением до коэффициента уплотнения Ко > 1, фиксируемого актом на скрытые работы. Если высота насыпи менее 2 м, предварительно бульдозером с навесным рыхлителем разрыхляют грунт на откосах до глубины 0,2-0,25 м. Поскольку на старых дорогах заложение откосов обычно составляет 1:1,5, грунт, подвозимый скреперами, землевозными тележками или автомобилями-самосвалами, разгружают у подошвы откосов и разравнивают бульдозером, придавая слоям поперечный уклон в полевую сторону не менее 50 ‰ (при связных грунтах) и 20-30 ‰ (при песчаных грунтах). Для уширения насыпей следует принимать грунты, имеющие коэффициент фильтрации больший, чем грунт земляного полотна.

При симметричном уширении насыпей высотой до 2 м и одновременном уполаживании их откосов до 1:3-1:4 ширина досыпаемой полки-полосы бывает не менее 3 м, что позволяет разравнивать грунт бульдозером и уплотнять челночным движением. Толщину уплотняемого слоя принимают из расчета, чтобы достигаемая относительная плотность грунта была не менее плотности грунта реконструируемой насыпи и не ниже Ко = 1.

При уширении насыпей с засыпкой боковых канав должна быть достигнута степень уплотнения грунта не меньшая, чем у существующего земляного полотна. Нужно стремиться к достижению коэффициента уплотнения грунта досыпаемой насыпи Ко = 1,03-1,05. Только при этом условии предупреждается образование просадок в местах уширения насыпей или засыпки водоотводных устройств. Чем выше степень плотности грунтов, тем более однородно земляное полотно. С повышением плотности грунтов снижается коэффициент вариации. Затраты же энергии на уплотнение, связанные с повышением коэффициента Ко до указанного выше значения, увеличиваются в 1,6-1,8 раза, что в денежном выражении менее 10 % стоимости уширяемого полотна. Дополнительные расходы, вызванные повышением степени уплотнения, окупаются снижением стоимости содержания автомобильных дорог в первые же 2 года и максимум 3 года.

Одной из важнейших технологических операций является уплотнение грунтов на уступах. При уширении высоких насыпей грунты рекомендуется уплотнять самоходными виброударными грунтоуплотняющими машинами с выносным рабочим органом [3, 43, 78]. При отсутствии вибромолота грунт уширяемой части насыпи уплотняют сменным оборудованием, предназначенным для уплотнения грунтов в стесненных условиях.

Толщина слоя, уплотняемого гидропневмоударными рабочими органами, достигает 0,7-0,8 м при частоте ударов 80-110 в минуту и относительном коэффициенте уплотнения грунта в зависимости от его свойств и естественной влажности Ко = 1. Преимущество навесного оборудования заключается еще и в том, что им можно уплотнять различные по свойствам грунты, в том числе и крупнообломочные.

При отсутствии навесного оборудования уплотнение ведут челночным движением катка. По соображениям техники безопасности гусеницы трактора или колеса тягача не должны проходить ближе 0,7 м от края уплотняемого слоя.

Если при выполнении работ по уширению не удается реализовать изложенные выше положения по подбору грунта, технологии, конструктивным решениям и т.д., может иметь место снижение надежности конструкции в части ее устойчивости и прочности. В этих условиях целесообразно использовать дополнительные мероприятия, в частности уположение откосов, устройство дренажа, устройство прослоек из геосинтетических материалов. Эти решения необходимо применять и при выполнении работ по уширению в сложных условиях (уширение насыпей на слабых основаниях, в стесненных условиях с устройством откосов повышенной крутизны и т.д.).

Для повышения прочности и устойчивости присыпной части насыпи при уширении целесообразно использовать прослойки из геосинтетических материалов. Возможность применения геосинтетических материалов при уширении насыпей определяется их свойствами и соответствием задачам, возникающим при выполнении этих работ.

Решения с применением геосинтетики при уширении земляного полотна наиболее эффективны в сложных условиях производства работ на слабых основаниях (болота, переувлажненные минеральные грунты), в стесненных условиях, когда традиционные решения не приносят требуемого эффекта с точки зрения прочности конструкции (рис. 12.9).

Рис. 12.9. Конструктивные решения по уширению земляного полотна с применением геосинтетических материалов (ГМ):

а, б - соответственно уширение насыпи на слабом основании и в стесненных условиях; ∆В - величина уширения земляного полотна; ∆Вп.ч. - величина уширения проезжей части; b ф - ширина обочины существующей дороги; b п - ширина проектируемой обочины; 1, 2 - существующая насыпь и дорожная одежда; 3 - уширение дорожной одежды; 4 - уширение насыпи; 5 - положение откоса существующей насыпи; 6 - уступ; 7 - прослойки ГМ; 8 - полуобойма; 9 - слабое основание

Устройство прослоек из геосинтетических материалов выполняют по подготовленному (выровненному и уплотненному) грунтовому основанию. Рулоны геосинтетических материалов и анкеры (скобы) для их крепления к грунту транспортируют к месту производства работ и равномерно разгружают вдоль насыпи по длине захватки. Количество рулонов определяется суммарной длиной полотен прослойки с учетом взаимного перекрытия их краевых участков.

При уширении насыпи на слабом основании целесообразно использовать прослойки из нетканых геосинтетических материалов в качестве комплексных мероприятий (защитно-армирующих, дренирующих, технологических), влияющих прямо (повышение устойчивости за счет армирования основания уширения) и косвенно (улучшение условий отсыпки грунта уширения) на прочность уширения земляного полотна. В этом случае укладывают несколько прослоек по высоте уширения, заводя их на устраиваемый уступ, ширина полки которого не должна быть меньше, как правило, 1,0 м, чем обеспечивается надлежащая заделка геосинтетического материала. Пересекая предполагаемую поверхность скольжения, прослойки воспринимают часть сдвигающих усилий.

Расположение прослоек по высоте уширения назначают с учетом следующих положений:

в нижней части уширения, наиболее нагруженной и непосредственно контактирующей со слабым основанием, целесообразно размещать не менее двух прослоек: на песчаном, выравнивающем слабое основание слое толщиной 0,2-0,3 м и на высоте 0,8-1,0 м от него;

в верхней части рабочего слоя, где предъявляются повышенные требования к уплотнению грунтов, целесообразно размещать хотя бы одну прослойку непосредственно по подошве верхнего из уплотняемых грунтовых слоев уширения.

Остальные прослойки распределяют равномерно по высоте насыпи уширения. Для обеспечения равнопрочности конструкции полотна геосинтетические материалы укладывают только путем раскатки рулонов в направлении, поперечном оси насыпи.

При устройстве уширения в стесненных условиях с откосами крутизной, превышающей наибольшую допустимую по нормам, может быть применено решение (рис. 12.9, б), когда грунт уширения заключают в обоймы из геосинтетического материала. Здесь предпочтительно применение более жестких материалов. При большой крутизне откосов обеспечение местной устойчивости возможно с помощью защитной прослойки из геосинтетических материалов. Наилучшим вариантом решения с точки зрения применяемых материалов является применение жестких армирующих сеток для создания обойм и нетканых иглопробивных материалов на поверхности откоса в качестве защитных прослоек.

Создание конструкций «грунт в обойме» приводит к повышению общей устойчивости откоса уширения за счет пересечения предполагаемой поверхности скольжения работающими на растяжение прослойками и восприятия ими бокового давления грунта, а также обеспечивает и местную устойчивость. На этой основе создается возможность увеличения заложения откосов до 1:0,75 и уменьшения полосы отвода при обеспечении прочности конструкции.

Уширение выемок. Уширение выемок на практике производится значительно реже, чем насыпей, и по несколько иной технологии. Уширение выемок может потребоваться при повышении категории существующей дороги для доведения ее параметров до нормативов новой категории дороги. Кроме того, уширение выемки может потребоваться по условиям обеспечения снегозаносимости. Эта задача может быть решена путем уположения откосов выемки.

Крутизну откоса выемки по условиям снегозаносимости определяют исходя из объема снега, который должен быть размещен на откосе. Если снегоемкость откоса выемки больше, чем объем приносимого и выпадающего снега, выемка незаносима. В противном случае выемка будет заноситься снегом. В этом случае для размещения снега можно устроить аккумуляционные полки, которые представляют собой уширение выемки по дну с соответствующим перемещением откосов на всю высоту выемки. Величина уширения рассчитывается исходя из объема снегоприноса, но должна быть не менее 4 м. Аккумуляционные полки могут быть односторонними и двухсторонними в зависимости от объема снегоприноса с каждой стороны [ 4].

Выемки глубиной до 2 м уширяют, как правило, бульдозером. После снятия растительного слоя, также как и при уширении насыпи, выполняют работы по засыпке боковых кюветов с послойным уплотнением грунта. Затем разрабатывают откосы выемки на заданную ширину с перемещением грунта в насыпь или в отвал или с погрузкой его в самосвалы и транспортировкой на место отсыпки. После этого бульдозером или планировщиком выполняют планировку откосов, нарезают водоотводные лотки автогрейдером или канавокопателем, а затем при необходимости укрепляют откосы.

В выемках глубже 6 м после предварительной засыпки и уплотнения грунта в боковых канавах экскаваторы с обратной лопатой располагают у верхней их бровки. Вначале грунт снимают с верхней части откосов и грузят в автомобили-самосвалы. Затем разрабатывают откосы в нижней части, устанавливая экскаваторы на обочинах уширяемого земляного полотна.

В последнее время вместо боковых канав в выемках глубиной свыше 1-2 м рекомендуется устраивать укрепленные лотки треугольного или округлого сечения, предназначенные только для отвода поверхностной воды (рис. 12.10).

Рис. 12.10. Возможные схемы симметричного уширения выемок с отводом поверхностной воды:

а - кюветом трапецеидального сечения; б - лотком треугольного сечения; 1 - тщательно уплотненный насыпной грунт; 2 - срезанный грунт

Преимущества лотков по сравнению с глубокими кюветами или водоотводными канавами в выемках заключаются прежде всего в повышении безопасности движения. Менее размываются их откосы. В них практически не застаивается поверхностная вода, и потому они не зарастают болотной растительностью, но зарастают травой и их не нужно укреплять. Их легче прочищать механизированным способом.

Существующее мнение, что глубокие кюветы и водоотводные канавы способствуют осушению земляного полотна, не вполне обоснованно. При глубоких кюветах, заполненных снегом, скорость оттаивания грунта на обочинах обычно в 5-6 раз меньше, чем под дорожной одеждой [ 78]. Значит, глубокие кюветы и водоотводные канавы не в состоянии осушить в период оттаивания земляное полотно. В районах же с равнинным характером местности чаще всего глубокие кюветы и водоотводные канавы на десятках километров заполнены водой.

Практика показала, что в канавах, особенно глубоких и тем более заросших влаголюбивым кустарником, круглый год стоит поверхностная вода. Таким образом, вместо пользы глубокие кюветы и водоотводные канавы ухудшают водно-тепловой режим земляного полотна во время его оттаивания.

Перестраивая земляное полотно, особое внимание следует уделять системе водоотвода: восстановлению или устройству новых боковых канав, в том числе и отводящих воду в сторону от полотна, в пониженные места или к водопропускным сооружениям, дренажей для перехвата, сбора, отвода и понижения уровня грунтовых вод, водоотводных лотков и водобойных колодцев и т.д.

12.4. Исправление продольного профиля. Увеличение высоты насыпей и глубины выемок

Исправление продольного профиля при реконструкции дорог осуществляется путем увеличения высоты насыпей и глубины выемок существующей дороги. Необходимость исправления продольного профиля дорог при реконструкции может требоваться в нескольких случаях: на заниженных участках, с которых не обеспечен отвод воды и на которых наблюдаются пучины; на участках обертывающего профиля с необеспеченной видимостью в пересеченной местности; для смягчения крутых подъемов и спусков или улучшения условий движения на таких участках; для обеспечения плавности дороги в продольном профиле при неудобных для современного автомобильного движения с высокими скоростями частых пилообразных переломах продольного профиля, вызванных малым шагом проектирования, даже в случаях обеспеченной видимости и допустимых продольных уклонов; для обеспечения снегонезаносимости дороги.

Первые два случая часто наблюдаются на дорогах, построенных в середине прошлого века. Объясняется это действовавшими в то время правилами проектирования дорог по обертывающей проектной линии, а иногда и несоблюдением их строительными организациями при выполнении земляных работ отрядами бульдозеров или скреперов по постоянной технологической схеме. Обычно последнее приводит к занижению высоты насыпей и использованию слишком малых, не соответствующих категории дороги радиусов вертикальных кривых. Видимость дороги в продольном профиле оказывается ниже нормативной или соответствует минимальным значениям, допускаемым техническими условиями.

Каждый участок потери видимости в понижении за переломом продольного профиля является местом потенциальной опасности для движения. Основной причиной происшествий являются обгоны автомобилей в верхней части подъемов в условиях недостаточной видимости, приводящие к столкновению со встречными автомобилями.

При небольших продольных уклонах местности оптимальный способ исправления продольного профиля заключается в изменении радиусов вертикальных кривых со срезкой выпуклых кривых и подъемкой вогнутых или общее выравнивание продольного профиля с устройством постоянного уклона однородной величины.

Однако такое решение может быть реализовано на значительном протяжении дороги только при заниженном земляном полотне и тонкослойных изношенных дорожных одеждах, ценность которых как конструкции, воспринимающей нагрузку, весьма невелика. При выравнивании пилообразного продольного профиля с относительно малыми колебаниями отметок покрытий от осредняющей прямой или кривой более целесообразным решением представляется подсыпка пониженных участков, чем разборка возвышений (рис. 12.11).

Рис. 12.11. Схема выравнивания покрытия на вертикальной кривой:

1 - основание; 2 - покрытие; 3 - выравнивание и уплотнение покрытия; 4 - продольный профиль поверхности покрытия

Минимальным обязательным объемом работ по исправлению продольного профиля считается только срезка его выпуклых переломов с обеспечением видимости встречного автомобиля исходя из средней скорости транспортного потока, то есть допуская некоторое снижение видимости по сравнению с требованиями при проектировании новых дорог. Для дорог II категории это вынужденное ухудшение технических параметров дороги не будет препятствовать впоследствии коренному улучшению дороги путем ее перевода в категорию автомобильных магистралей с устройством разделительной полосы и самостоятельных проезжих частей для встречных потоков движения. Как известно, в таких случаях расчет ведут на видимость проезжей части, в 2 раза меньшую, чем видимость встречного автомобиля.

При невозможности полного закрытия дороги с устройством объезда работы по срезке выпуклых кривых, ограничивающих видимость дороги, ведут по половинам ширины дороги, переводя движение в одну сторону на обрез. В случаях невозможности этого вводят регулируемое поочередное движение в одну сторону или даже строят новую дорогу. Возможность исправления продольного профиля описанным способом ограничивается величиной срезки 0,6-0,8 м. При понижении проезжей части более чем на 1 м уже не обеспечивается безопасность движения по половине проезжей части.

Возможность увеличения радиусов вогнутых кривых обычно бывает ограничена из-за сложности подъемки мостов, расположенных на пониженных участках продольного профиля. На старых дорогах через малые периодически действующие водотоки в большинстве случаев строились мосты. Повышение мостов крайне затруднительно из-за сложности выполнения работ, связанных с подъемкой пролетных строений и наращиванием опор. При достаточно широких мостах капитальных типов увеличение радиусов вогнутых вертикальных кривых приходится откладывать на длительное время до перестройки мостов. При узких мостах, малых радиусах вертикальных кривых и при малых расходах водотока легче бывает заменить мост на многоочковую трубу из сборных звеньев.

На пересечениях относительно узких долин с крутыми склонами наиболее радикальный способ исправления опасных и неудобных спусков в долину - постройка виадука на высоких опорах, пересекающего долину в одном уровне с ее краями. Технико-экономический анализ показывает, что сокращение пути пробега, увеличение скорости автомобилей и снижение числа происшествий по сравнению с существующей дорогой окупает постройку виадука в очень короткие сроки.

Короткие участки крутых подъемов, на которых возникают заторы движения из-за невозможности для тяжелых грузовых автомобилей и автопоездов преодолевать их с высокой скоростью, желательно перестраивать, уменьшая величину уклона до 30, максимум 40 ‰.

Длинные затяжные подъемы и спуски на перпендикулярных пересечениях широких долин, которые на некоторых магистральных дорогах юга России, построенных в начале 50-х гг. прошлого века, имеют протяжение до нескольких километров, не поддаются столь легкому исправлению. Условия движения по ним можно было бы улучшить только путем постройки нового участка дороги с развитием ее трассы по склонам долины, что потребовало бы не только отказа от большого участка дороги, но и строительства нового моста, длина которого на таких переходах обычно достигает нескольких десятков метров.

Наиболее доступный и оправдавший себя способ улучшения условий движения на затяжных подъемах - уширение проезжей части с устройством дополнительной полосы для движения тяжелых грузовых автомобилей и автопоездов в сторону подъема.

Планировочные решения дополнительных полос должны предусматривать обязательное включение переходно-скоростных участков, на которых происходил бы выход грузовых автомобилей из смешанного потока и их последующее включение в него после преодоления подъема. Для этого дополнительные полосы должны начинаться не менее чем за 50-100 м до начала подъема.

Длину дополнительной полосы за подъемом для удобного и безопасного слияния потоков автомобилей, едущих по дополнительной и основной полосе, принимают в зависимости от интенсивности движения в часы пик:

Интенсивность движения на подъем, авт./ч

До 200

300

400

500 и более

Протяжение полосы за подъемом, м

100

150

200

350

Дополнительная полоса работает эффективно лишь при наличии на проезжей части разметки, отделяющей сплошной линией полосу встречного движения под уклон и пунктиром полосу для движения более быстрых автомобилей (рис. 12.12). Необходимо устанавливать дополнительные знаки, указывающие назначение каждой из полос, например: «Левый ряд для обгона».

Рис. 12.12. Дополнительные полосы на подъемах:

а - схематический продольный профиль; б - план дороги со схемой разметки проезжей части; 1 - знак «левый ряд для обгона»; 2 - указатель изменения числа рядов; 3 - знак «Остановка запрещена»; 4 - вершина подъема

Наиболее целесообразным расположением дополнительной полосы является устройство ее на уширяемом земляном полотне параллельно основной проезжей части. В отдельных случаях, когда земляное полотно трудно уширить, может быть рассмотрен вариант самостоятельного трассирования дополнительной полосы для медленных автомобилей как дороги для одностороннего движения. В исключительно стесненных условиях возможно устройство дополнительной полосы за счет обочины с оборудованием в отдельных местах, где это позволяет рельеф, остановочных площадок для неисправных автомобилей. В принципе возможно получить место для устройства дополнительной полосы в выемках путем перехода на отвод воды при помощи подземных водостоков с засыпкой боковой канавы и установки у кромки уширенной проезжей части бортового камня с водоприемниками.

Рассматривая способы улучшения дорог на затяжных подъемах, необходимо предусматривать устройство предложенных проф. А.П. Васильевым «аварийных съездов» для постепенной остановки автомобилей, у которых испортились тормоза (рис. 12.13).

Аварийные съезды представляют собой тупик, продолжающий направление повернувшей дороги или примыкающий к дороге под острым углом и идущий на подъем с уклоном до 100 ‰ и более. Планировка их зависит от рельефа местности. Водитель автомобиля, у которого испорчены тормоза, но исправно рулевое управление, направляет автомобиль в тупик, при движении по которому постепенно гасится кинетическая энергия скатывающегося под уклон автомобиля. В конце тупика должен быть устроен участок повышенного сопротивления качению из вспаханного грунта, песчаной или гравийной засыпки. Зимой в снежных районах торможение осуществляется снеговым покровом.

Построенные ранее аварийные съезды имеют твердую поверхность ( f ср = 0,03). Поэтому остановка автомобилей обеспечивается в основном за счет влияния продольного уклона. В Англии пошли по другому пути. Аварийные съезды устраивают в виде расположенных около дороги площадок, засыпанных слоем естественного окатанного гравия или шарообразного искусственного каменного материала типа керамзита толщиной 30-45 см ( f ср = 0,45). Это позволяет существенно уменьшить длину тормозного пути.

Увеличение высоты насыпей. Отметки земляного полотна на многих участках реконструируемых дорог не удовлетворяют современным требованиям к возвышению бровки земляного полотна, на пучинистых участках и участках с высоким уровнем грунтовых или стоячих поверхностных вод до отметки, превышающей капиллярное поднятие воды. Однако формальное удовлетворение этих требований при разработке проектов реконструкции может привести к необходимости полной перестройки многих дорог на значительном протяжении. Правильное решение необходимо искать в общем улучшении отвода воды от дороги.

Рис. 12.13. Типы аварийных съездов:

а, б - примеры решений в плане; в - продольный профиль съезда; 1 - тормозной путь; 2 - основная дорога

Необходимое возвышение низа дорожной одежды над уровнем длительного стояния источников увлажнения (грунтовые или поверхностные воды) может быть найдено путем расчета по теоретическим формулам накопления влаги в земляном полотне. Этот вопрос в течение последних десятилетий был существенно продвинут трудами профессоров И.А. Золотаря, В.М. Сиденко и ряда других ученых [ 37]. Многие из предложенных ими формул преследуют цель точного учета особенностей протекания процесса тепловлагообмена в грунте земляного полотна. Однако стремление к точности и полноте отражения в математических зависимостях физических процессов, происходящих в грунте, всегда неизбежно сочетается с осложнением получаемых закономерностей и введением дополнительных параметров, характеризующих теплотехнические свойства грунтов и материалов конструктивных слоев дорожных одежд, методика определения расчетных значений которых еще не установлена. Учитывая также, что свойства грунта и условия увлажнения существенно меняются по протяжению дороги и что погодно-климатические факторы неодинаковы в разные годы, можно считать достаточно оправданным использование для расчета возвышения земляного полотна при реконструкции дорог более простых, приближенных зависимостей, к числу которых принадлежат формулы проф. Н.А. Пузакова.

Теоретические расчеты могут в некоторых случаях указывать на необходимость сравнительно небольшого поднятия бровки земляного полотна на 20-30 см. Хорошую дорожную одежду, на которой в процессе предшествующей эксплуатации дороги не наблюдалось образования пучин, нет необходимости разрушать для выполнения небольшой подсыпки. Можно ограничиться усилением дорожной одежды. В этом случае ее толщину рассчитывают исходя из значений модуля упругости конструктивных слоев, учитывающих старение материалов в процессе эксплуатации. Одновременно должны быть тщательно обеспечены поверхностный отвод воды от дороги и планировка придорожной полосы, полностью исключающие возможность застоев около земляного полотна поверхностной воды [ 46].

Участки, на которых наблюдаются систематическое интенсивное зимнее вспучивание и весенние деформации дорожных одежд, нуждаются в капитальной перестройке с устранением причин пучинообразования (см. раздел 12.5).

Во многих случаях увеличение высоты насыпей может оказаться необходимым в целях предотвращения заносимости дороги снегом. Такая необходимость чаще всего возникает при реконструкции дорог с переводом ее в более высокую категорию в связи с тем, что в соответствии с нормами проектирования возвышение бровки насыпи земляного полотна над уровнем снегового покрова зависит от категории дороги и составляет:

Категория дороги

I

II

III

IV

V

Возвышение бровки насыпи , м

1,2

0,7

0,6

0,5

0,4

Это означает, что при переводе дороги II категории в дорогу I категории высота всех насыпей над расчетным уровнем снегового покрова должна быть увеличена на 0,5 м на всех участках, где это требование не выполняется.

Технико-экономический анализ показывает, что в ряде случаев в снегозаносимых районах может оказаться эффективным увеличение высоты земляного полотна до требуемой величины и перестройка его в насыпь, имеющую пологие, обтекаемые снеговетровым потоком откосы. Однако при прочной дорожной одежде и благоприятных грунтовых и гидрогеологических условиях целесообразно рассмотреть вариант усиления снегозащиты путем устройства дополнительных снегозащитных сооружений и лесных насаждений, совершенствования формы земляного полотна и др. Основой для разработки намеченных мероприятий должны являться данные отчетов дорожно-эксплуатационных организаций о заносимости отдельных участков и объемах работ по снегоочистке. В любом случае существующие насыпи высотой более 3 м повышают только в исключительных случаях. При повышении высоты насыпи неизбежно происходит ее уширение по подошве и по всей высоте по сравнению с существующей дорогой за счет изменения заложения откосов (рис. 12.14).

Рис. 12.14. Схема определения геометрических параметров земляного полотна при увеличении высоты насыпи

Как правило, у старых дорог заложение откосов насыпей небольшой высоты составляет 1:1 или 1:1,5. В то же время по современным нормам крутизну откосов насыпей высотой до 3 м на дорогах I - III категорий следует назначать с учетом обеспечения безопасного съезда транспортных средств в аварийных ситуациях, как правило, не круче 1:4, а для дорог других категорий при высоте насыпи до 2 м - не круче 1:3. Такие откосы достаточно укрепить травосеянием или одерновкой. На ценных землях допускается увеличение крутизны откосов до предельных значений от 1:1 до 1:1,75 в зависимости от типа грунта насыпи с разработкой дополнительных мероприятий по обеспечению безопасности движения и укреплению откосов. Аналогичные решения могут быть приняты и для других условий при технико-экономическом обосновании.

Величина уширения на уровне отметки бровки земляного полотна существующей дороги может быть определена по формуле:

a = m 2 × ∆ h , м, где                                                                    (12.1)

m 2 - заложение откоса насыпи после ее повышения;

h - увеличение высоты насыпи, м.

Величина уширения по подошве насыпи составит

b = m 2 × h 2 - m 1 × h 1 , м, где                                                          (12.2)

h 1 - высота насыпи до реконструкции, м;

h 2 - общая высота насыпи после реконструкции, м;

m 1 - заложение откоса насыпи до реконструкции.

Реконструкция насыпей, особенно высоких, с поднятием их бровок является технически трудной задачей. С увеличением высоты насыпи повышается и степень вероятности ее осадки и сползания вновь отсыпанного грунта по откосу.

Увеличение высоты насыпи может быть без изменения положения оси дороги и с изменением (смещением) оси дороги в плане.

Выбор порядка и технологии производства работ при повышении высоты насыпей зависит от большого количества факторов: высоты старой насыпи и крутизны ее откосов, величины повышения насыпи и крутизны новых откосов, положения оси дороги до и после повышения насыпи, типа и состояния дорожной одежды, грунтов и системы водоотвода и т.д.

При увеличении высоты насыпи старую дорожную одежду, как правило, разбирают, перерабатывают и обогащают новым материалом, а затем обогащенный материал используют при строительстве новой дорожной одежды или на других дорожных работах. Однако могут быть и другие варианты использо вания старой дорожной одежды. При повышении насыпи на 0,25-0,30 м, а в некоторых случаях и до 0,5 м старую дорожную одежду используют как основание, на котором устраивают новую дорожную одежду. Окончательное решение принимают после технико-экономического сравнения вариантов, в которых учитывают затраты на снятие старой одежды, переработку и обогащение получаемых материалов, повторную укладку этих материалов в дорожную одежду и сравнивают эти затраты с расходами на строительство новой дорожной одежды.

Аналогичные расчеты производят при значительном увеличении высоты насыпи. Как правило, более экономичным является вариант снятия старой дорожной одежды с дальнейшим использованием ее материалов в дорожных конструкциях.

Согласно исследованиям В.И. Негодаева и Б.А. Козловского, гранулометрический состав изношенного щебеночного основания большей частью удовлетворяет принципу минимума пустот. Поэтому получаемый в результате вскирковки изношенной дорожной одежды материал, как правило, пригоден для дальнейшего применения. При содержании в нем известняковых частиц свыше 25-30 % размером мельче 0,5 мм, обладающих высокой пластичностью, к нему добавляют 20-25 % песка, желательно крупнозернистого, и после перемешивания распределяют по всей ширине земляного полотна, уплотняя при оптимальной влажности. Но если в изношенный щебеночный материал ввести местные малоактивные вяжущие (различные, золы, известь, гранулированный шлак, цементную пыль, битуминозные пески естественного происхождения, отходы от промывки цистерн и танкеров), его можно применять и для устройства подстилающего слоя дорожных одежд.

В некоторых случаях при разборке гравийных или щебеночных покрытий материалы оказываются настолько измельченными, слабопрочными и загрязненными, что затраты на их переработку и обогащение превышают стоимость строительства новой дорожной одежды. В этом случае дорожную одежду не разбирают, а засыпают грунтом в земляном полотне.

При коэффициенте прочности дорожной одежды Кпр < 0,6, особенно на пучинистых участках, существующая дорожная одежда обычно сильно загрязнена и гранулометрический ее состав весьма неоднороден. Такую изношенную дорожную одежду не следует оставлять в теле земляного полотна, засыпая грунтом, чтобы не создавать условия для образования в теле земляного полотна верховодки.

Удалив дорожную одежду, грунт в корыте разрыхляют на глубину 10 см. Затем корыто заполняют таким же грунтом, как в земляном полотне с послойным уплотнением. Толщину слоев принимают не более 0,6-0,7 от рекомендуемой инструкцией по производству земляных работ для соответствующей уплотняющей машины. Строго соблюдая оптимальную влажность, грунт уплотняют до коэффициента Ко = 1,03-1,05. Подобная чрезвычайно важная технологическая операция должна строго соблюдаться, пока не будет отсыпано корыто, образовавшееся после удаления ранее существовавшей дорожной одежды.

Образование верховодки в теле земляного полотна может быть предотвращено только при чрезвычайно тщательном производстве земляных работ по заделке корыта. Если применяемый грунт неоднороден по своим свойствам, после его распределения каждый слой необходимо перемешать автогрейдером до получения однородного состава и лишь после этого уплотнять.

После заделки корыта необходимо земляное полотно спрофилировать, придав его поверхности двускатный поперечный профиль с уклоном не менее 40 ‰, а затем послойно его досыпать до проектной отметки. Чтобы достигнуть высокой степени уплотнения, соответствующей грунту длительное время эксплуатировавшегося земляного полотна, толщину отсыпаемых слоев нужно принимать на 20-25 % меньшей по сравнению с обычно рекомендуемой.

При небольшом повышении насыпи (до 40-50 см) работы производят путем отсыпки требуемого объема грунта на обочины после снятия с них и верхней части откосов земляного полотна растительного слоя.

Работы выполняют в такой последовательности:

снятие растительного слоя с обочин и верхней части откосов на высоту 0,5-0,6 м;

послойная разборка и удаление материалов слоя старой дорожной одежды;

послойная засыпка корыта грунтом и его уплотнение;

отсыпка песчаного слоя, устройство новой дорожной одежды;

досыпка обочин и их укрепление.

Если старая дорожная одежда остается как основание новой, поднятие земляного полотна, по существу, сводится к досыпке грунта на обочины и к его уплотнению.

При необходимости увеличить высоту насыпи более чем на 0,5 м работы ведутся снизу вверх от подошвы насыпи так же, как и при уширении земляного полотна. После снятия растительного слоя с откосов насыпи, кюветов и поверхности прилегающей полосы, где будет размещена подошва новой насыпи, засыпают кюветы или боковые канавы с послойным уплотнением грунта. Затем так же, как и при уширении, послойно отсыпают новые откосные части насыпи с рыхлением старого откоса или нарезкой уступов (см. рис. 12.11, а, б).

Если ширина слоя отсыпаемого откоса достаточна для работы бульдозера, автогрейдера и катков, каждый уступ нарезают шириной 0,3-0,5 м и высотой, равной толщине отсыпаемого слоя (0,25-0,35 м). Затем отсыпают первый слой грунта по подошве новой насыпи и тщательно уплотняют его. После этого нарезают второй снизу уступ и так отсыпают откосную часть до бровки старой насыпи.

Если ширина отсыпаемого откоса меньше 1,5-2,0 м, может быть принят один из двух вариантов: а) увеличивают ширину уступа так, чтобы обеспечить возможность работы дорожных машин при послойной отсыпке откосной части земляного полотна; б) увеличивают ширину вновь отсыпаемых слоев, которые после возведения насыпи срезают, а грунт перемещают на другие участки работы. Таким образом отсыпается новая откосная часть насыпи до уровня бровки земляного полотна существующей дороги. Дальнейшее повышение насыпи выполняется по обычной технологии возведения земляного полотна.

Следует отметить, что при увеличении высоты насыпей необходимо соблюдать те же требования к грунтам, их взаиморасположению и степени уплотнения, что и при уширении земляного полотна.

Увеличение глубины выемок. Увеличение глубины существующих выемок производится значительно реже, чем увеличение высоты насыпей, что объясняется более сложными условиями осуществления таких работ, поскольку изменение проектной линии в выемке влечет за собой изменение проектной линии и на подходах к ней (рис. 12.15)

Рис. 12.15. Схема расположения смежных участков изменения глубины выемки и высоты насыпи при смягчении продольного уклона:

1 - линия поверхности земли; 2 - положение красной линии до реконструкции; 3 - то же, после реконструкции; i 1 , i 2 - максимальный продольный уклон до и после реконструкции

При этом можно выделить ряд характерных участков изменения продольного профиля: участок увеличения глубины выемки I ; участок уменьшения глубины выемки II ; участок, где выемка заменяется насыпью, III ; участок увеличения высоты насыпи на подходе к выемке IV .

В реальных условиях некоторые из названных участков могут отсутствовать, но все равно организация работ по реконструкции выемок остается сложной.

При увеличении глубины выемок неизбежны увеличение ее ширины по верху, снятие существующей дорожной одежды, перестройка системы водоотвода и дренажа (рис. 12.16).

В ряде случаев одновременно с углублением выемки для повышения устойчивости откоса или обеспечения снегонезаносимости увеличивают заложение откосов, то есть уполаживают их. Увеличение ширины выемки по верху с одной стороны в этом случае составит

b = m 2 × h 2 - m 1 × h 1 , м, где                                                          (12.3)

m 1 и m 2 - заложение откоса насыпи до и после реконструкции;

h 1 и h 2 - глубина выемки до и после реконструкции, м.

Если крутизна откоса после реконструкции остается такой же, как и до реконструкции, увеличение ширины по верху одной стороны составит

b = m × ( h 2 - h 1 ), м, где                                                             (12.4)

m - заложение откоса выемки.

Рис. 12.16. Схема определения геометрических размеров углубляемой выемки

Работы по углублению выемок начинаются, как правило, с устройства объезда, снятия растительного слоя с откосов выемки и поверхности земли на полосе уширения. После этого производят уширение выемки по верху до отметки бровки существующей дороги сначала с одной, а затем с другой стороны или с обеих сторон одновременно. Движение автомобилей в этот период может осуществляться по обеим полосам проезжей части без перерыва. После этого удаляют дорожную одежду и углубляют выемку, разрабатывая грунт с перемещением под уклон бульдозерами или скреперами. Чаще же всего ее уширяют экскаваторами с одновременной погрузкой грунта в автомобили-самосвалы. При величине уширения более 2 м разработку откосов выемки можно выполнять бульдозером с продольным перемещением грунта. При меньшей величине уширения разработку откосов выемки выполняют экскаватором с обратной лопатой, который устанавливается наверху откоса и разрабатывает грунт с погрузкой в транспортные средства или в отвал. Экскаватор может быть использован и для разработки откосов при большой величине уширения и большой глубине выемки. В этом случае может быть использован экскаватор, который разрабатывает откос ярусами с погрузкой грунта в транспортные средства.

При уширении и углублении больших и глубоких выемок этот метод широко применяется. После того как откосы выемки разработаны на глубину до отметки бровки существующей дороги, приступают собственно к углублению выемки до проектной отметки (рис. 12.17). К этому времени должно быть закрыто движение по основной дороге и перенесено на объезд или организовано движение по одной стороне проезжей части и снята дорожная одежда.

Рис. 12.17. Поперечный профиль земляного полотна при углублении выемки:

1 - существующее земляное полотно; 2 - существующая дородная одежда; 3 - новый поперечный профиль земляного полотна с увеличением геометрических параметров; 4 - новая дорожная одежда

Работы по углублению выполняют скреперами или бульдозерами. Технология работ практически не отличается от работ по строительству дорог. Завершающим этапом работ по углублению выемок является планировка и укрепление откосов, нарезка и укрепление кюветов и водоотводных канав.

12.5. Перестройка пучинистых участков

Пучинами называют деформации дорожных одежд и земляного полотна, проявляющиеся зимой во взбугривании, растрескивании и потере ровности покрытия, а в период оттаивания при проезде автомобилей в проломах дорожной одежды, вызванных снижением прочности переувлажненных грунтов.

Пучины на дорогах возникают при одновременном сочетании трех факторов: наличия пучинистых грунтов; интенсивного влагонакопления до относительной влажности более 0,75 от влажности на границе текучести грунта в период морозного влагонакопления; медленного и глубокого промерзания грунтов под дорожной одеждой на глубину более 0,5 м. При отсутствии любого из этих факторов пучины не возникают.

Мероприятия, направленные на устранение возможности образования пучин, можно разделить на три группы (рис. 12.18): изменение или регулирование пучинистых свойств грунта путем замены пучинистого грунта непучинистым, введения добавок, термообработки или укрепления грунта вяжущими; регулирование водного режима земляного полотна путем обеспечения поверхностного водоотвода и исключения увлажнения грунтовыми водами; регулирование теплового режима земляного полотна устройством морозозащитных и теплоизолирующих слоев и др.

Одной из основных причин возникновения пучин является наличие пучинистых грунтов в теле земляного полотна под дорожной одеждой.

Все грунты по степени пучинистости разделяются на 5 групп:

I - непучинистые грунты, относительное морозное пучение которых меньше или равно 1 % ( K пуч £ l ). К ним относится песок гравелистый крупный и средней крупности с содержанием частиц мельче 0,05 мм до 2%.

II - слабопучинистые, относительное морозное пучение от 1 до 4 % (Кпуч 1-4). К ним относятся песок гравелистый крупный, средней крупности и мелкий с содержанием частиц мельче 0,05 до 15 %, супесь легкая крупная.

III - пучинистый, относительное морозное пучение от 4 до 7 % (Кпуч 4-7). К ним относятся супесь легкая, суглинок (легкий и тяжелый), глины.

IV - сильнопучинистый, относительное морозное пучение от 7 до 10 % (Кпуч 7-10). К ним относятся песок и супесь пылеватые, суглинок тяжелый пылеватый.

V - чрезмернопучинистый, относительное морозное пучение более 10 % (Кпуч > 10). К ним относятся супесь тяжелая пылеватая и суглинок легкий пылеватый.

Рис. 12.18. Мероприятия по устранению причин пучинообразования, применяемые при реконструкции дорог

Для того чтобы избежать образования пучин, рабочий слой земляного полотна в насыпях и выемках на глубине 1,2 м от поверхности цементобетонных и на глубине 1 м от поверхности асфальтобетонных покрытий во II дорожно-климатической зоне и на глубине 1 и 0,8 м соответственно в III дорожно-климатической зоне должен состоять из непучинистых или слабопучинистых грунтов (группа I или II ). На тех участках дорог, где эти требования не выдержаны и установлено образование пучин, необходимо принять меры по замене пучинистого грунта непучинистым или по улучшению свойств грунта.

Наиболее кардинальными и в то же время дорогостоящими способами ликвидации пучин является замена пучинистого грунта и материала дренирующего слоя, применение мероприятий по усилению земляного полотна на глубину 0,5-0,6 м под проезжей частью дороги. Они связаны с переустройством дорожной конструкции. Эти мероприятия возможно применять в случаях, когда другие способы не дают необходимого эффекта. Для замены используются пески требуемого гранулометрического состава с коэффициентом фильтрации не менее 2 м/сут. Эффективность работы дренирующего слоя на таких участках увеличивают за счет применения прослоек из нетканых материалов толщиной не менее 4 мм и коэффициентом фильтрации 50 м/сут и более.

Замену пучинистого грунта земляного полотна в насыпях начинают со снятия растительного слоя с обочин и откосов. Затем разрушают и послойно снимают дорожную одежду и транспортируют материалы в штабели или на место переработки. После этого разрыхляют верхний слой насыпи рыхлителями на базе бульдозеров или экскаваторов, бульдозерами или скреперами снимают грунт и перемещают его в отвал или погрузчиками грузят в транспортные средства и перемещают к месту укладки автотранспортом. Дренирующий грунт доставляется самосвалами из карьера и послойно отсыпается с уплотнением до рабочей отметки. При этом соблюдаются требования продольного сопряжения перестраиваемого пучинистого участка с неперестраиваемым [ 74].

Сопряжение мест замены грунта на пучинистых участках с соседними неперестраиваемыми осуществляют в виде клина с крутизной откоса вдоль его оси 1:10 (рис. 12.19). Этим устраняется возможность неравномерного морозного пучения в местах сопряжения перестроенных участков с оставляемыми без перестройки.

Независимо от свойств заменяющего грунта с низовой стороны перестраиваемого участка по ходу продольного уклона в нем надлежит устроить на полную ширину земляного полотна поперечную прорезь глубиной до грунта старого земляного полотна, уложив в нее трубу диаметром d = 80-100 мм. Если стенки трубы водонепроницаемы, как, например у асбестоцементных, то до половины диаметра трубы ее перфорируют или нарезают пропилы через каждые 30-50 см (рис. 12.20).

Рис. 12.19. Схема продольного сопряжения пучинистого участка с неперестраиваемыми:

L - протяжение пучинистого участка; h - толщина слоя оглеенного грунта; 1 - дорожная одежда на соседних неперестраиваемых участках; 2 - новая дорожная одежда; 3 - замененный грунт

Рис. 12.20. Схема конструкций поперечных прорезей мелкого заложения с фильтрами из искусственных волокнистых материалов:

а - трубы с прорезями; б - перфорированные трубы; 1 - труба; 2 - войлок или маты из базальтового или стеклянного волокна; 3 - пропил; 4 - песок с К ³ 3 м/сут; 5 - стеклоткань или ткань типа «бидим»; 6 - соединение на клее; 7 - водоприемные отверстия перфорированной трубы

Трубу обертывают стеклотканью или синтетическим материалом типа «бидим» [ 78]. Вместо асбестоцементных или гончарных труб целесообразнее применять трубофильтры с пластмассовыми вкладышами (рис. 12.21), при которых не нарушается сплошность трубчатой поперечной прорези, или полимерные гофрированные перфорированные трубы. При отсутствии искусственных волокнистых материалов вокруг труб устраивают однослойную фильтровую засыпку, обсыпая трубу слоем 8-10 см морозостойкого щебня или гравия крупностью 5-8 (10 мм).

Рис. 12.21. Соединения звеньев труб полиэтиленовыми муфтами-вкладышами:

а - общий вид муфты-вкладыша; б - схема соединения; 1 - звенья труб; 2 - муфта

Если пучинистый грунт заменяют суглинком или супесью, то есть малофильтрующим грунтом, то трубчатые дрены необходимо обсыпать песком с коэффициентом фильтрации К > 5 м/сут (при оптимальной плотности Ко = 1).

Иногда вместо замены пучинистого грунта активной зоны земляного полотна применяют различные способы улучшения его свойств. Одним из таких способов является закрепление пучинистого грунта введением цементного, цементоизвесткового раствора или химического реагента. Для этого с поверхности дороги пробуривают сетку скважин на всю глубину рабочего слоя из пучинистого грунта, в которую под давлением закачивают раствор (12.22).

Другой основной причиной образования пучин является интенсивное морозное влагонакопление в грунте. Этому может способствовать наличие грунтов с высоким капиллярным поднятием воды, поверхностных или близкорасположенных грунтовых вод, инфильтрация воды через откосы, обочины и покрытие, и особенно морозное влагонакопление в зимний период.

Для устранения влияния этих причин наиболее действенной мерой является соблюдение требований к возвышению поверхности покрытия над расчетным уровнем грунтовых вод, верховодий или длительно стоящих поверхностных вод, а также над поверхностью земли на участках с необеспеченным поверхностным стоком. Наиболее простым способом устранения причин образования пучин на участках, где указанные требования не соблюдены, является увеличение высоты насыпей до величин, соответствующих этим требованиям.

Рис. 12.22. Схема ликвидации пучин и повреждений верхней части земляного полотна химическим способом:

1 - положение дорожного покрытия зимой; 2 - положение дорожного покрытия весной; 3 - дорожная одежда; 4 - укрепленный грунт; 5 - пучинистый грунт

При новом дорожном строительстве предотвращение пучинообразования достигается именно этим способом - возвышением земляного полотна и устройством его верхнего слоя из не подверженных пучению медленно промерзающих песчаных грунтов. При реконструкции дороги возможность использования этого способа ограничена тем, что подъемка земляного полотна на коротком по протяжению пучинистом участке дороги неизбежно вызывает необходимость перестройки сопрягающихся участков дороги на большом протяжении для обеспечения плавности проектной линии.

В некоторых случаях подъемка полотна дороги невозможна, так как отметки ее поверхности нельзя изменить (подходы к переездам через железную дорогу, пересечение дорог в одном уровне, в населенных пунктах и др.). Поэтому при реконструкции дорог часто приходится применять более сложные способы борьбы с пучинами (устройство теплоизоляционных слоев или дренажей), при которых можно сохранить поверхность дороги на прежнем уровне.

Перечень возможных методов перестройки пучинистых участков без поднятия насыпи достаточно обширен, некоторые из которых приводятся ниже.

1. Устранение источников увлажнения земляного полотна, обеспечиваются:

организацией поверхностного отвода воды с придорожной полосы. Этот элемент борьбы с пучинами обязателен во всех случаях. Прочистка водоотводных канав и планировка придорожной полосы, устраняя возможность застоев воды у земляного полотна, снижая ее проникание в осенний период;

понижением уровня грунтовых вод путем устройства дренажей. Этот метод в связи со сложностью его осуществления, высокой стоимостью и недостаточной надежностью работы при реконструкции дорог мало распространен. Он может быть использован не во всех случаях из-за трудности вывода воды из дренажных труб в пониженные места. Кроме того, дренажи требуют весьма тщательного эксплуатационного надзора, при отсутствии или при недостаточности которого быстро засоряются и перестают действовать;

устройством перехватывающего дренажа, если пучение вызывается грунтовыми водами, поступающими со стороны косогора. Эти дренажи работают более надежно, чем понижающие, но также нуждаются во внимательном содержании. Засорение их может приводить к оползанию откосов.

2. Замена пучинистых грунтов, подверженных пучинообразованию, устойчивыми (устройство верхней части земляного полотна из песка, укладываемого слоем не менее 50-60 см). Из нижней части слоя должен быть обеспечен отвод накапливающейся воды. Необходимую толщину слоя определяют исходя из ограничения суммарной величины вспучивания. Этот метод наиболее надежен.

3. Прерывание капиллярного, пленочного или парообразного поднятия воды из увлажненных глубинных слоев грунта осуществляется:

устройством в земляном полотне водонепроницаемых прослоек, преграждающих путь влаге в расположенные выше слои земляного полотна. Применяются грунты, обработанные органическим вяжущим (слой в уплотненном состоянии 3-5 см), рулонные гидроизоляционные материалы, укладываемые в два-три слоя. В настоящее время наиболее доступным из гидроизоляционных материалов является полиэтиленовая пленка, сочетающая высокую водо- и паронепроницаемость с морозоустойчивостью, прочностью и неподверженностью гниению. В последние годы были проведены успешные опыты использования для изоляционных паро- и капилляропрерывающих прослоек рулонных водонепроницаемых нетканых синтетических материалов. Они делают также морозное вспучивание дорожных одежд более равномерным. Водонепроницаемые прослойки рекомендуется укладывать ниже глубины промерзания, располагая выше их в случае необходимости теплоизоляционные слои. Грунты над изолирующей прослойкой необходимо предохранять от увлажнения дождевой и поверхностной водой, укрепляя обочины и обеспечивая надежную работу системы водоотвода;

устройством в земляном полотне прослоек из гравия, крупнозернистого песка, керамзита и других пористых материалов, прерывающих капиллярное поднятие влаги. Засорение прерывающей прослойки грунтом снижает или даже полностью прекращает эффективность ее действия. Поэтому необходимо предусматривать защиту ее от засорения по принципу обратного фильтра.

4. Предохранение земляного полотна от промерзания - устройство под дорожной одеждой теплоизолирующих прослоек, задерживающих промерзание. Раньше для их устройства использовали котельный шлак, торф или керамзит. Все эти материалы должны быть надежно защищены от проникания в них воды, так как насыщение влагой резко снижает эффективность их теплоизолирующего действия.

Развитие технологии полимеров открывает возможность использования для теплоизолирующих прослоек эффективных водонепроницаемых материалов типа пенопластов, которые сочетают высокие теплоизоляционные свойства с водонепроницаемостью. В настоящее время прослойки делают из отдельных плит, заливая швы водонепроницаемыми составами. Однако имеется опыт устройства изолирующего слоя путем розлива по спланированному уплотненному дну корыта вспенивающегося в результате введения особых добавок полиуретана. После одного прохода распределяющей машины оставался слой пенопласта толщиной 10 см. Препятствием широкому применению полимерных материалов пока еще является их высокая стоимость и некоторые неизученные эксплуатационные особенности участков дороги, на которых использованы такие материалы, главным образом большая подверженность образованию гололеда. Каждый из перечисленных методов наиболее целесообразен в определенных условиях применения.

Основной задачей при ликвидации пучин или по предупреждению их образования на реконструируемых автомобильных дорогах является применение мероприятий, обеспечивающих отвод воды от земляного полотна, осушение его грунтов, ограничение или пресечение поступления поверхностных и грунтовых вод в рабочий слой. Классификация этих мероприятий приведена в табл. 12.1.

На участках образования пучин прежде всего применяют мероприятия по осушению полосы отвода. Резервы должны иметь правильную форму. Для этого их планируют с приданием уклона в сторону от подошвы насыпи не менее 20 ‰. Если кювет-резерв имеет участки с длительным стоянием поверхностных вод (отсутствие продольного уклона на отдельных участках), необходимо провести его переустройство (восстановление). В случаях когда работы по восстановлению кювет-резервов необходимо провести в период застоя в них воды, ее следует отвести поперечными канавами в пониженные участки в пределах полосы отвода или во временные специально отрытые накопители. После испарения воды в накопителе следует провести его рекультивацию. Во всех случаях поверхность кювет-резервов должна быть укреплена посевом многолетних культурных растений.

В равнинной местности, где отвод воды от насыпей затруднен, а резервы, выполняющие роль испарительных бассейнов, заболачиваются, следует перестроить насыпь, используя в ее верхней части дренирующие грунты, и поднять высотные отметки, обеспечивая предотвращение переувлажнения грунтов стоячими водами.

В случаях когда отвод воды из резервов затруднен, производят ее отжим от границ насыпи. Отжим поверхностных вод при I типе пучин (см. табл. 12.1) осуществляют уполаживанием откосов и устройством берм. Значения «безопасных» расстояний от бровки земляного полотна до уреза воды для насыпи из связных грунтов высотой до 1,5 м даны в табл. 12.2.

При высоком уровне грунтовых вод, сильном увлажнении земляного полотна и, как следствие, при его деформациях и разрушениях при III типе местности по условиям увлажнения необходимо увеличить высотные отметки насыпи, в том числе и исходя из необходимости обеспечения разрыва между границами глубины промерзания и капиллярного поднятия влаги.

На участках местности с необеспеченным поверхностным стоком ( I тип пучин) могут устраиваться экраны из водонепроницаемого грунта (рис. 12.23). Их возможно устраивать из тяжелой глины с числом пластичности более 27. При наличии постоянного уровня поверхностных вод минимальное возвышение верха экрана, равное 0,2 м, принимается от данного уровня. Величина заглубления экрана в слабоводопроницаемый грунт принимается по табл. 12.3.

Гидроизоляцию земляного полотна применяют для предотвращения поступления влаги в тело земляного полотна: атмосферных осадков через обочины, неукрепленные или укрепленные водопроницаемым материалом (щебнем необработанным), воды из кюветов при длительном стоянии поверхностных вод, грунтовых вод при промерзании или для прерывания капиллярного поднятия грунтовых вод.

Классификация мероприятий по отводу воды от земляного полотна

Таблица 12.1.

Тип пучины

Источник увлажнения

Условия отнесения к данному типу пучин

Мероприятия

I

Поверхностная вода на участках местности с необеспеченным стоком (один источник переувлажнения грунтов)

Расстояние от подошвы насыпи до уреза поверхностной воды менее требуемой величины. Уклон кюветов в выемках менее 20 ‰. Отсутствует перемещение воды в дренирующем слое с верховой стороны. Подземные воды залегают на безопасной глубине

Профилирование и ремонт кюветов; уполаживание откосов насыпи; устройство берм; устройство в подошве насыпи экрана из водонепроницаемого грунта; повышение высоты насыпи; устройство морозозащитного (дренирующего) или теплоизолирующего слоя; устройство гидроизолирующей или капилляропрерывающей прослойки

II

Атмосферные осадки, поступающие через покрытие и обочины при их неудовлетворительном состоянии (один источник переувлажнения грунтов)

Отсутствие дренирующих слоев дорожной одежды, устройств по отводу воды из слоев дорожной одежды из зернистых материалов, выход из дренирующих слоев и устройств закрыт глинистым грунтом

Ремонт покрытия, планировка и гидроизоляция обочин; отвод воды из слоев дорожной одежды из зернистых материалов

III

Вода, перемещающаяся в дренирующем слое с верховой стороны (один источник переувлажнения грунтов)

Места вогнутых переломов профиля на участках с затяжными продольными уклонами (более 30 ‰). Поверхностные воды находятся на безопасном расстоянии. Подземные воды залегают на безопасной глубине

Поперечный дренаж мелкого заложения; поперечный трубчатый дренаж; поперечный трубчатый дренаж совместно с продольными трубчатыми дренами

IV

Подземные воды (верховодка или грунтовые воды) (один источник переувлажнения грунтов)

Расстояние от низа дорожной одежды до уровня подземных вод менее безопасной глубины залегания этих вод. Отсутствует перемещение воды в дренирующем слое с верховой стороны. Поверхностные воды находятся на безопасном расстоянии

Устройство траншейного дренажа (подкюветного или прикромочного); повышение высоты насыпи, устройство морозозащитного (дренирующего) слоя; устройство гидроизолирующей и капилляропрерывающей прослоек; устройство теплоизолирующего слоя

Расстояния от бровки земляного полотна до уреза воды

Таблица 12.2.

Грунт

Безопасное расстояние от уреза во-
ды до бровки земляного полотна, м

Тип грунта

Число пластичности

Супесь

песчанистая

1

10

песчанистая пылеватая

3

5

9

7

пылеватая

7

5

Суглинок

легкий песчанистый,

легкий пылеватый

7,1-12

5

тяжелый пылеватый

12,1-17

5

тяжелый пылеватый

12,1-17

4

Глина

легкая пылеватая

17,1-27

4

легкая песчанистая

17,1-27

3

тяжелая

> 27

2

Величина заглубления экрана

Таблица 12.3

Слабоводонепроницаемые грунты

Минимальная величина заглубления экрана, h загл
в слабоводонепроницаемый грунт при числе пластичности

Тяжелые суглинки и глины

12,1-14,0

14,1-17,0

17,1-27,0

h загл , м

3,5

2,5

2

В качестве гидроизолирующих прослоек могут быть применены термопластики (безосновные резинобитумные рулонные материалы), такие как изол, бризол, борулин, гидроизоляционный материал на основе полиизобутилена и др.; пленки (полимерные безосновные рулонные материалы), к ним относятся полиэтиленовая, поливинилхлоридная и полиамидная пленки, а также пленка армадор-2; основные рулонные материалы, к которым относятся гидроизол, рубероид, стеклорубероид и др. Возможно применение тканых и нетканых синтетических материалов, обработанных битумом до их полной водонепроницаемости путем создания на поверхности синтетического материала сплошной пленки битума.

Рис. 12.23. Устройство экрана из водонепроницаемого грунта

Местоположение гидроизолирующей прослойки выбирают в зависимости от источника поступления влаги (рис. 12.24). Технология работ по устройству гидроизолирующих прослоек зависит от конструкции дорожной одежды и местоположения гидроизолирующей прослойки. Если в процессе реконструкции гидроизолирующая прослойка укладывается только на ширину обочин, грунт снимается с обочин до поверхности песчаного слоя, который выравнивается и уплотняется, затем после устройства гидроизолирующей прослойки отсыпается и уплотняется грунт на присыпной обочине.

Рис. 12.24. Конструкции земляного полотна с гидроизолирующими прослойками (ГП):

а - гидроизоляция обочин; б - гидроизоляция дорог с переходным типом покрытия, I - серповидный профиль, II - полукорытный профиль; в - гидроизоляция нижней части насыпи при длительном стоянии поверхностных вод; г - то же, при близком уровне грунтовых вод

Гидроизолирующая прослойка может укладываться на поверхность старого разрушенного покрытия. В этом случае предварительно должен быть выполнен ямочный ремонт старого покрытия и при необходимости уложен выравнивающий слой. Затем укладываются гидроизолирующая прослойка и слои усиления дорожной одежды.

Для регулирования водного режима земляного полотна применяют устройство глубоких (траншейных) дренажей для понижения уровня грунтовых вод или их перехвата с верховой стороны; устройство дренирующих слоев с дренажами мелкого заложения для осушения верхнего слоя земляного полотна; устройство водонепроницаемых капилляропрерываюших и водоизолирующих прослоек, полностью устраняющих увлажнение верхней части земляного полотна и дорожной одежды.

Траншейный дренаж применяют только в сложных случаях, когда уровень грунтовых вод оказывает существенное влияние на влажность грунта рабочего слоя земляного полотна. Обычно это третий тип местности по условиям увлажнения с расположением уровня грунтовых вод не глубже 1-1,5 м от поверхности на участках невысоких насыпей. Траншейный дренаж может быть подкюветным или прикромочным, односторонним и двухсторонним (рис. 12.25). При устройстве траншейного дренажа часто используют геотекстиль и водонепроницаемый рулонный материал.

Рис. 12.25: Конструкции земляного полотна с траншейным дренажем:

а, б - подкюветные двухсторонний и односторонний дренажи; в, г - прикромочные двухсторонний и односторонний дренажи; ∆Н - величина понижения уровня грунтовых вод

Работы выполняют в таком порядке:

разработка грунта в траншеях одноковшовым экскаватором с обратной лопатой;

подготовка, раскатка и укладка рулонов синтетического нетканого материала в траншею с креплением скрепками;

укладка щебеночного или гравийного слоя, трубы дренажной керамической и засыпка щебеночным или гравийным материалами;

засыпка траншеи грунтом с помощью бульдозера с послойным уплотнением трамбовками.

Гораздо чаще устраивают дренажи мелкого заложения, когда дренажная труба укладывается в ровик вдоль кромки проезжей части для сбора воды из дренирующего слоя и осушения верхней части земляного полотна [ 4, 78]. Это может быть комбинированный прикромочный дренаж, комбинированный плоскостной дренаж или поперечные дренажи мелкого заложения.

Поперечные дренажи мелкого заложения (рис. 12.26) применяются на участках дороги с затяжными продольными уклонами, превышающими поперечные ( III тип пучин), а также при снижении фильтрации дренирующего слоя дорожной одежды. Значение угла α принимается 60°-80° соответственно при уклоне дороги 80-40 ‰.

На пучинистых участках с IV типом пучин, где условия рельефа позволяют осуществить сброс воды, устраивают подкюветный траншейный дренаж.

Эффект понижения грунтовых вод определяется видом дренажа (двухсторонний или односторонний, совершенный или несовершенный). Для этого типа пучин и также в условиях возможности сброса воды с целью снижения влажности грунтов насыпи при низкой фильтрации или заиливании дренирую щего слоя и с целью понижения уровня грунтовых вод аналогично устраивается и прикромочный траншейный дренаж.

Рис. 12.26. Устройство дренажей мелкого заложения

Исходя из условий рельефа сброс воды из прикромочного трубчатого дренажа производится с помощью поперечных выпусков на местность либо в дополнительные сооружения (коллекторы, дренажи), из которых сброс воды производится через выпускное сооружение. Конструкция возможных типов дренажей представлена на рис. 12.27. Глубину заложения дренажей определяют расчетом, но не менее 0,5 м.

Рис. 12.27. Конструкции траншейного дренажа:

а - щебеночно-трубный; б - беструбный; в - бесщебеночный; 1 - глиняный экран; 2 - полиэтиленовая пленка; 3 - песок крупный; 4 - нетканое синтетическое полотно; 5 - щебень; 6 - дренажная труба

Весьма эффективным является осушение пучинистых участков дренами скважинного типа. Наиболее производительным методом их сооружения является проходка с помощью пневмопробойников (рис. 12.28). Наличие уклона обеспечивает быстрый отвод свободной воды под действием гравитационных сил. В качестве заполнителя таких дрен может использоваться крупнозернистый песок или нетканый геосинтетический материал. Расстояние между дренами принимается в зависимости от времени осушения и влажности грунта остального участка и обычно составляет 1,5-2 м.

При I типе пучин, где источником переувлажнения грунтов являются атмосферные осадки, применяются гидроизолирующие прослойки (рис. 12.29, а), устраиваемые под основанием переустраиваемых дорожных одежд. Конструкция позволяет перехватить воду, проникающую через дорожную одежду и обочины.

Рис. 12.28. Применение пневмопробойников для устройства дренажа земляного полотна:

а - насыпь; б - выемка; 1 - дренажная скважина; 2 - пневмопробойник; 3 - установка для заполнения скважин дренирующим материалом; 4 - подкюветный дренаж; 5 - ослабленная зона земляного полотна

На участках местности с необеспеченным поверхностным стоком при высоком уровне стояния подземных вод ( I и IV тип пучин) применяется конструкция (рис. 12.29, б), которая также связана с необходимостью полного переустройства дорожной одежды. При устройстве гидроизолирующих прослоек используют полиэтиленовую пленку толщиной 0,2 мм и более, стабилизированную 2 % канальной сажи, изола и обработанный битумом нетканый геосинтетический материал.

Армирующие прослойки (рис. 12.29, в) применяются для повышения несущей способности грунта земляного полотна на пучинистых участках без его удаления, если его влажность составляет менее 0,9 от границы текучести, при частичной замене пучинистого грунта, при уменьшении толщины морозозащитного слоя или конструктивных слоев дорожной одежды.

Армирующую прослойку укладывают на грунт. Ее применение возможно в сочетании с другими мероприятиями, в том числе и с устройством теплоизолирующего слоя. Такая конструкция позволяет ограничить пучение грунта земляного полотна допустимыми нормами или полностью предотвратить его промерзание.

Регулирование теплового режима земляного полотна осуществляют главным образом путем устройства морозозащитных и теплоизолирующих слоев (рис. 12.30).

Морозозащитные слои - это слои дорожной одежды и верхней части земляного полотна из зернистых материалов, таких как щебень, песчаногравийные смеси, шлаки, непучинистые грунты I группы, а также грунты, укрепленные вяжущими и гидрофобизированные.

Теплоизолирующие слои - это слои дорожной одежды из материалов с более эффективными теплозащитными свойствами, чем у грунтов и обычных дорожно-строительных материалов. К таким материалам относятся полимерные материалы (пенопласты), легкие бетоны, в которых содержатся пористые заполнители (керамзит, аглопорит, гранулы полистирола, измельченный пенопласт), металлургические шлаки; золошлаковые смеси, обработанные и необработанные вяжущим; композиции из местных материалов или грунтов, легких заполнителей и вяжущих, приготовленных способом смешения как в установке, так и на полотне дороги; битумоминеральные смеси обычные или с легкими заполнителями. Коэффициент теплопроводности таких материалов не должен превышать 0,6 Вт/мК, коэффициент морозного пучения не более 1 %. Кроме того, образцы из этих материалов должны обладать достаточной прочностью. Теплоизолирующие слои из пенопласта устраивают редко из-за высокой стоимости этого материала.

Рис. 12.29. Конструктивные решения при переустройстве пучинистых участков:

а - конструкция с гидроизолирующей прослойкой под дорожной одеждой; б - то же, в земляном полотне; в - то же, с армирующей прослойкой

Рис. 12.30. Конструкция дорожной одежды с теплоизолирующими слоями:

а - из укрепленных материалов и грунтов с легкими заполнителями; б - то же, с трубчатыми дренами; в - с морозозащитным слоем из битумоминеральной смеси; 1 - покрытие; 2 - основание; 3 - укрепительная полоса; 4 - укрепление обочин; 5 - песчаный дренирующий слой; 6 - засев трав; 7 - теплоизолирующий слой; 8 - трубчатая дрена; 9 - выпуск; 10 - морозозащитный слой

Для предохранения земляного полотна от значительного промерзания устраивают дорожные одежды с теплоизолирующими слоями из укрепленных цементом или битумом местных материалов, грунтов или отходов промышленности с добавкой легких заполнителей. В качестве легких заполнителей чаще всего используют шлаки, аглопоритовый щебень или песок, керамзит и др.

Для предохранения грунта земляного полотна под дорожной одеждой от промерзания со стороны обочин теплоизолирующий слой должен быть шире проезжей части на 0,8-1,0 м с каждой стороны. На концах участка с теплоизолирующим слоем в продольном направлении дороги на протяжении 3-5 м толщину теплоизолирующего слоя постепенно уменьшают, чтобы избежать резкого перехода от одной конструкции к другой и предупредить возможность появления трещин в местах сопряжения.

Технология устройства теплоизолирующих слоев из материалов, укрепленных цементом, или битумоминеральных материалов почти не отличается от технологии устройства слоев дорожной одежды из этих материалов. Отличие состоит в том, что в случае применения в качестве легкого заполнителя керамзита, аглопорита или перлита уплотнение слоев производят только легкими или средними катками. Большая часть описанных методов требует полной перестройки земляного полотна и пригодна лишь для небольших участков.

Выбор противопучинных мероприятий на реконструируемых дорогах должен осуществляться на основе технико-экономического анализа их эффективности. Сравниваемые мероприятия должны намечаться на основе изучения причин, вызывающих пучинообразование. Во всех случаях противопучинные мероприятия должны сопровождаться укреплением обочин, предотвращающим просачивание через них воды в основание дорожной одежды.

Проектирование противопучинных мероприятий требует глубокого изучения причин возникновения переувлажнения и промерзания грунтов. Однократное внешнее обследование пучинистого участка, не сопровождающееся инженерно-геологическими изысканиями, не всегда может привести к правильной оценке. Иногда образование пучин бывает связано с неблагоприятным расположением грунтов в теле земляного полотна, например наличием окруженных водонепроницаемыми грунтами песчаных линз, в которых может скапливаться вода. В наиболее сложных случаях приходится разрабатывать проекты на основе детальных инженерно-геологических обследований. Устранение пучинистых участков, связанных с увлажнением грунтовыми водами (коренные пучины), требует детального и глубокого изучения гидрогеологических условий и оказывается эффективным лишь при проведении достаточно капитальных мероприятий. При современных средствах механизации дорожно-строительных работ на таких участках наиболее эффективной является полная перестройка земляного полотна с заменой грунта верхних слоев морозоустойчивым.

12.6. Повышение устойчивости откосов реконструируемого земляного полотна и совершенствование системы водоотвода

На существующих дорогах, проложенных в условиях сильно пересеченного рельефа, часто возникают сплывы откосов глубоких выемок из-за выклинивания грунтовой воды или водонасыщения грунта при промерзании и оттаивании. Нередко деформируются и откосы высоких насыпей, отсыпаемых с нарушением технологии или из неустойчивых грунтов, насыпей на косогорах или с чрезмерно большой крутизной откосов.

Радикальные меры, полностью гарантирующие устойчивость откосов, в сложных случаях, особенно если разрушение затронуло и проезжую часть, требуют выполнения инженерно-геологической съемки и последующей разработки соответствующего проекта. При этом могут сооружаться грунтовые упорные бермы, подпорные стенки, выполняться заделка вывалов грунтом с уполаживанием откосов или специальные мероприятия по повышению устойчивости (армирующие прослойки, различного исполнения габионы, укрепленный грунт и т.д.). Однако во многих случаях, как показал многолетний опыт эксплуатации дорог, при реконструкции можно с успехом ограничиться повышением устойчивости откосов путем проведения сравнительно несложных инженерных мероприятий.

Если поверхностные деформации на откосах не распространяются на большую глубину, их засыпают грунтом земляного полотна. Предварительно бульдозером нарезают на откосе борозды с учетом глубины сплыва и укладывают грунт горизонтальными слоями, тщательно уплотняя вибротрамбовкой. В местах выхода на откосы выклинивающихся родников откос снизу подрезают, устраивая в зависимости от глубины выемки полку шириной 1-3 м, и укладывают трубчатую дрену диаметром 0,15 м с обратным фильтром из чистого морозостойкого щебня или гравия (рис. 12.31). Перфорированную трубу целесообразно предварительно обернуть синтетическим нетканым материалом или стеклотканью. Место вырезки грунта засыпают морозо- и водоустойчивым материалом: гравием, камнем, щебнем, металлургическим шлаком и др. Из трубы делают вывод в понижения местности.

В последние годы успешно применяют новые конструкции перехватывающих дренажей из сплошных гофрированных пластмассовых или алюминиевых вертикальных водопроницаемых листов, в нижней части которых расположена дренажная труба. Они могут обеспечить осушение массива грунта на высоту до 3 м (рис. 12.32). В этом случае отсутствует необходимость в устройстве с низовой стороны водонепроницаемого экрана, что значительно снижает стоимость устройства дренажа. Применение пластмассовых листов существенно усиливает процесс осушения земляного полотна. Производительность работ повышается при этом не менее чем в 2,5-3 раза из-за отсутствия необходимости в устройстве обратных фильтров.

Рис. 12.31. Схема повышения устойчивости откоса выемки при выклинивании грунтовых вод:

1 - гравий или щебень: 2 - травяной покров: 3 - трубчатая дрена: 4 - направление движения выклинивающихся вод

Рис. 12.32. Дренаж с сердечником в виде водопроводящих «каналов», соединенных с трубчатой дреной:

а - дренаж с сердечником из тонкого (0,5-1 мм) гофрированного материала; б - разрез гофрированного сердечника с прямоугольными или треугольными ребрами; в - разрез дрены с просечно-вытяжным пластмассовым или металлическим сердечником; г - вид сверху на сердечник; 1 - сердечник с водопроводящими каналами; 2 - минерально-волокнистый фильтрующий материал; 3 - трубчатая дрена; 4 - водоприемные отверстия; 5 - вода, стекающая по дренажной трубе (стрелки указывают направление движения воды)

Повышению устойчивости верхней части откоса глубокой выемки обычно способствует устройство перехватывающего дренажа глубиной до 3 м на расстоянии не менее 5 м от ее бровки (рис. 12.33).

Рис. 12.33. Схема перехватывающего глубокого дренажа для повышения устойчивости верхней части откоса:

1 - нагорный дренаж; 2 - трубчатая дрена; 3 - обваловка откоса; 4 - место возможного сползания грунта; 5 - травяной покров; 6 - подлотковый дренаж

В случаях полного нарушения устойчивости откосов выемок со сплывом грунта в боковые канавы и даже на обочины рекомендации по их укреплению разрабатывают индивидуально после обстоятельных инженерно-геологических обследований.

Откосы насыпей высотой более 6 м, возведенных из иловатых грунтов, аргиллитовых или глинисто-сланцевых обломков, мергелей и других аналогичных горных пород очень часто деформируются. Особенно часто деформации наблюдаются с низовой стороны земляного полотна по отношению к склону местности. Основной причиной нарушения устойчивости откосов насыпей являются низкая водо- и морозостойкость, а также высокая дробимость горных пород, из которых они возведены. Чтобы повысить устойчивость откосов, сложенных из легковыветривающихся горных пород, с низовой стороны устраивают упорные призмы из галечника, гравия или гравелистого песка. Повышению устойчивости способствует и уширение насыпи в низовую сторону.

Для предупреждения заиливания упорной призмы грунтом уширяемой насыпи желательно между ней и призмой закладывать противозаиливающую прокладку из стеклоткани, полимерного материала и т. п.

Крутизна наружного откоса призм, отсыпаемых из каменных материалов, не должна превышать 1:1,3. Выкладывая наружный откос крупным камнем, можно допустить увеличение крутизны до 1:1 (рис 12.34, а). Иногда в целях снижения стоимости строительства призмы отсыпают из непылеватых глинистых грунтов (рис. 12.34, б). Наружный откос призмы, отсыпаемой из глинистых грунтов, должен быть не круче 1:2,5.

Рис. 12.34. Пример повышения устойчивости низового откоса высоких насыпей устройством упорных призм:

а - из крупноскелетных материалов; б - из глинистых практически непроницаемых грунтов; 1 - упорная призма; 2 - противозаиливающий слой; 3 - искусственный травяной покров; 4 - врезка в косогор

Для стока просачивающейся через насыпь воды подошву призмы планируют в сторону падения косогора, придавая ей уклон 10-20 ‰. Но если грунт насыпи за период эксплуатации стал водонепроницаемым и призму также осыпают из практически водонепроницаемых грунтов, то ее врезают уступами в косогор с уклоном до 100 ‰ в сторону оси насыпи.

Размеры упорных призм определяют расчетом [ 46, 52]. Повышение устойчивости низовых откосов упорными призмами или контрбанкетами широко применяют в России, особенно в северных районах страны.

На откосах упорных призм и насыпей, устроенных из крупнообломочных горных пород, укладывают защитный слой водонепроницаемого грунта толщиной не менее 0,6 м. При использовании грунтов, обработанных вяжущими материалами, в том числе и местными малоактивными, толщину защитного слоя можно уменьшить до 0,15-0,2 м.

При деформациях, возникающих в грунте поверхностного слоя откосов в результате снижения их прочности под влиянием погодно-климатических факторов, а также для защиты от температурных и силовых воздействий паводковых или поверхностных вод устраивают более капитальное укрепление - специальные покрытия различного исполнения. К ним относятся решетчатые конструкции из бетонных элементов с заполнением ячеек щебнем, камнем, обработанным вяжущим грунтом. В ином исполнении это пластмассовые пространственные георешетки (геовебы) с высотой ребра 15-20 см и различным заполнением ячеек, устраиваемые для защиты от вымывания грунта и фильтрации грунтовых и поверхностных вод на подстилке из нетканого материала.

В зависимости от условий подтопления при укреплении откосов применяют различные бетонные или железобетонные плиты с устройством обратного фильтра из щебня или геосинтетического материала нетканого типа с высоким коэффициентом фильтрации, геоматы, каменную наброску, габионы на основе сетчатых металлических каркасов, заполняемых камнем различного грансостава, слои из бетона, укладываемого на металлическую сетку пневмопогрузчиком и др. (рис. 12.35 и 12.36). В качестве термозащитных слоев используют торфопесчаные и мохоторфяные смеси, прослойки из геоматериала, пенопласт, пенополистирол. Каждый из этих видов укрепления имеет свою область наиболее эффективной работы в сооружении и защиты поверхности откоса.

Рис. 12.35. Конструкции укрепления откосов:

а - покрытие из геотекстиля; б - укрепление каменной наброской, в том числе по геотекстильной прослойке; в - укрепление различными плитами, в том числе по обратному фильтру из геотекстиля; г - габион из металлической каркасной сетки, заполненной камнем; 1 - геотекстиль; 2 - элемент крепления; 3 - канавка; 4 - каменная наброска; 5 - плита; 6 - обратный фильтр; 7 - упор; 8 - габионный элемент; 9 - зона подмыва.

В последние годы широкое применение получили химические способы закрепления откосов. В табл. 12.4 приведен перечень мероприятий, по ликвидации и предупреждению деформаций, связанных как с потерей общей, так и местной устойчивости, выполняемых химическим способом (рис. 12.37).

При нарушении местной устойчивости неукрепленных откосов выполняют профилирование их поверхности и укрепление. Укрепление травой используется для защиты неподтопляемых или кратковременно подтапляемых откосов от водной и ветровой эрозии, для лечения и предотвращения сплывов, оплывин и других нарушений местной устойчивости в районах с благоприятными условиями для прорастания трав и развития корневой системы. Травосеяние может использоваться и в комплексе с другими методами укрепления, например, решетчатыми конструкциями, геовебами. Разновидностью этого метода можно считать одерновку. Наиболее технологичным является биологическое укрепление с помощью гео материалов с включенными в их структуру семенами трав оптимального состава или травосеяние с покрытиями из геоматериалов, обеспечивающими защиту прорастающих семян. На подтопляемых откосах с невысокими скоростями потока и малой высотой подтопления возможно биологическое укрепление в виде посадки кустарника, плетневого прорастающего укрепления, прорастающей выстилки, фашинные конструкции.

Рис. 12.36, Варианты конструкции укрепления откосов:

а - решетчатая конструкция из бетонных элементов; б - пространственная георешетка; в - укрепление откоса георешеткой; 1, 2 - бетонные элементы; 3 - анкеры; 4 - тяжи анкеров

Совершенствование системы водоотвода. В процессе реконструкции дороги производят восстановление и перестройку размытых и разрушенных водоотводных и нагорных канав и других водоотводных сооружений.

При изменении профиля водоотводного сооружения в результате вспучивания или просадки отдельных цементобетонных плит необходимо произвести их переукладку. Вспученные или просевшие плиты вырубаются по продольным и поперечным швам. Освобожденные от соединения с соседними плиты вынимаются из общего укрепления вручную (при массе 10-12 кг) или краном. Грунт под изъятыми плитами выбирают вручную на глубину 30-40 см, заменяют непылеватым песком крупным и средней крупности, тщательно уплотняют трамбовкой и выравнивают. После подгрунтовки боковых и нижних поверхностей неповрежденные плиты укладывают на старое место, поврежденные заменяют новыми, а швы заделывают битумной мастикой.

Мероприятия по обеспечению устойчивости земляного полотна химическим способом

Таблица 12.4

Виды деформаций, повреждений и разрушений земляного полотна

Формы проявления деформаций, повреждений и разрушений

Противодеформационные мероприятия по обеспечению устойчивости химическим способом

Повреждения и разрушения откосов в однородных грунтах

Оползни со срезом и вращением и образованием явно выраженной поверхности скольжения;

Сваи-шпоны из закрепленного грунта на откосах, входящие в устойчивый массив, водозащитное покрытие на откосах из закрепленного грунта;

Оползни с перемещением по подстилающему слою и образованием явно выраженной поверхности скольжения;

То же, в верхней части откоса;

Пластичные оползни без явно выраженной поверхности скольжения

Сваи-шпоны из закрепленного грунта на откосах, расположенные на разной глубине; водозащитное покрытие на откосах из закрепленного грунта

Повреждения и разрушения откосов в неоднородных грунтах

Оползни со сколом (перерезанием) слоев и оползни выдавливания;

Сплошное закрепление грунта, водозащитное покрытие на откосах из закрепленного грунта;

Оползни с перемещением по фиксированной поверхности скольжения;

Сваи-шпоны из закрепленного грунта на откосах, входящие в устойчивый массив; водозащитное покрытие на откосах из закрепленного грунта;

Оползни со скольжением слоя по слою; оползни с перемещением по горизонтальной поверхности скольжения

Шпоны из закрепленного грунта на подошве сползающего слоя, входящие в подстилающий слой; закрепление поверхности скольжения; водозащитное покрытие на откосах из закрепленного грунта

Другие повреждения откосов

Сплывы (оплывины);

Сваи-шпоны из закрепленного грунта на откосах; закрепление поверхности скольжения, трещин и отрывов грунта; водозащитное покрытие на откосах из закрепленного грунта;

Суффозионные оползни и разрушения

Сплошное закрепление грунта слабого слоя; противофильтрационные завесы и экраны из закрепленного грунта

Рис 12.37. Схема предупреждения и ликвидации оползневых деформаций откосов в однородных грунтах химическим способом:

а - оползень со срезом и вращением; б - локальный оползень; 1 - сползающий грунт; 2 - предполагаемая поверхность скольжения; 3 - свая-шпона из закрепленного грунта; 4 - гидроизолирующее покрытие на откосе; 5 - дорожная одежда; 6 - границы отрыва грунта

В качестве материалов для укрепления водоотводных канав, лотков могут быть использованы и геотекстильные материалы. Для повышения допустимой (неразмывающей) скорости воды, светостойкости, срока службы материал обрабатывается битумом.

Укладку полотен в канавах (кюветах) выполняют в продольном направлении, начиная с низовой части с перекрытием полотен не менее 0,5 м. Если раскатка рулонов непосредственно у канавы затруднена, выполняют предварительную подготовку полотен за пределами строительства. В тех случаях, когда требуется полная обработка поверхности геотекстиля битумом (битумной эмульсией), розлив битума при температуре t = 140...160 °С производят после укладки полотен в канаве или на горизонтальном участке за пределами площадки строительства. Непосредственно после розлива битума его равномерно распределя ют щетками по всей поверхности и посыпают тонким слоем песка с последующей прикаткой. Обработку геотекстиля битумом на дне канавы производят после его укладки. Закрепление полотен производится Г-образными металлическими анкерами или заделкой краев геосинтетического материала в подготовленных заранее ровиках.

На участках массового разрушения асфальтобетонного (монолитного или сборного) укрепления в виде сетки трещин, пучинообразных или просадочных изменений поперечного профиля, наблюдающихся на значительном протяжении, целесообразно производить замену такого укрепления на цементобетонное. В этом случае разрушенные участки укрепления полностью вырубают и устраивают новое цементобетонное укрепление. В случае изменения на значительном протяжении поперечного профиля канавы с укреплением сборными цементобетонными плитами без разрушения производят переукладку этих плит. Поверхностные повреждения цементобетонных укреплений: канав, лотков и других водоотводных сооружений (например, сплошное шелушение) могут ремонтироваться с использованием асфальтобетонной смеси, цементного раствора или теста. Подлежащая ремонту поверхность с помощью асфальтобетонной смеси должна быть равномерно подгрунтована разжиженным битумом или битумной эмульсией в количестве 0,5 л/м2. Для ремонта может применяться мелкий щебень с максимальным размером зерна 8-12 мм при толщине слоя до 20 мм. Смесь укладывается и уплотняется вручную до уровня первоначального укрепления. Подгрунтовка подготовленных к заделке участков цементобетонными или полимербетонными смесями заключается в смазывании их дна и стенок клеящими материалами. В зависимости от ремонтного состава применяют для цементобетонных смесей - цементный клей; для полимербетонных смесей - полимерное вяжущее.

Для заделки поврежденных участков в качестве цементобетонной смеси применяют мелкозернистый (песчаный) цементобетон. Его приготавливают на высокоактивном цементе марки не ниже 500, а также вводят в воду затворения бетонной смеси добавку хлористого кальция до 2 % от массы цемента. Бетонные смеси укладывают с превышением над поверхностью укрепления 1-2 см, затем уплотняют штыкованием мастерком, приглаживают и затирают. Полимербетонные смеси приготовляют на основе эпоксидного вяжущего. Применяемые составы вяжущего приведены в табл. 12.5, а минеральной смеси в табл. 12.6.

Таблица 12.5

Материалы

Содержание в частях по массе для составов

1

2

Эпоксидная смола

100

100

Полиэтиленполиамин

8-10

20-25

Дибутилфталат

20-25

-

Каменноугольный деготь (или жидкий битум)

-

50-100

Таблица 12.6

Материалы

Содержание материала, %. по массе для составов

1

2

3

4

Каменные высевки (из прочных изверженных пород) крупностью, мм: 1,25-0,63; 2,5-1,25 или 5-2,5

-

65-70

65

70

5-0,63

100

-

-

-

Среднезернистый кварцевый песок

-

35-30

25

20

Цемент, минеральный порошок или каменная мука

-

-

10

10

При заполнении выбоин глубиной более 3 см соотношение между вяжущим и минеральным материалом принимают 1:7 (по массе), при более мелких выбоинах - соответственно 1:4-1:6. Подгрунтовку выбоины производят эпоксидным вяжущим из расчета 0,3-0,4 л/м2. После этого выбоину заделывают готовым полимербетоном и присыпают песком.

При использовании асфальтобетонной смеси поврежденный участок подвергают подгрунтовке разжиженным битумом или битумной эмульсией из расчета 0,3-0,5 л/м2. Уложенную асфальтобетонную смесь уплотняют вручную и присыпают песком. Для выравнивания отдельных перекосившихся или просевших крупных плит или тяжелых сборных элементов может быть использован метод инъецирования под плиту жидкого цементного раствора.

Перестройка закрытых дренажей состоит в замене звеньев дренажных труб, устьев и выпусков из дрен, ремонте колодцев, замене фильтровальной обсыпки. Если дренажная система быстро заиливается, при замене фильтровальной обсыпки в дренаж вводится хорошо фильтрующий нетканый синтетический материал, устраиваются дополнительные выпуски из дренажей. Разрушенные выпуски заменяют новыми с приданием им уклона, обеспечивающего быстрый отвод воды. На участках с избыточным увлажнением или недостаточной эффективностью работы дренирующих слоев устраивают новые продольные и прикромочные дренажи, дренажные скважины.

12.7. Перестройка и удлинение водопропускных труб

В процессе реконструкции автомобильной дороги в случае увеличения ширины земляного полотна а также при повышении насыпи или уположении откосов возникает необходимость увеличения длины водопропускных труб. При этом возможны два варианта:

а) полная перестройка водопропускной трубы, которую производят в тех случаях, когда диагностика и прогнозирование состояния трубы показывают, что существующая труба не сможет нормально работать до следующей реконструкции дороги;

б) удлинение водопропускной трубы без перестройки существующей части. Производят, если состояние существующей трубы позволяет ожидать ее нормального функционирования до новой реконструкции дороги при соответствующем содержании и ремонте.

Работы по перестройке или удлинению труб желательно производить в сухое время года или в зимний период, чтобы избежать влияние потока воды, протекающего через трубу на производство работ. Работы должны быть организованы таким образом, чтобы не препятствовать пропуску движения или снизить возможные помехи до минимальной степени. Для этого целесообразно устройство временного объезда. При невозможности его сооружения необходимо организовать работы с одновременным регулированием движения по другой половине дороги. Последний вариант более сложен и менее желателен с позиций производства работ и организации движения, но он достаточно часто встречается при перестройке труб.

Полная перестройка трубы включает в себя следующие основные операции, многие из которых аналогичны новому строительству водопропускной трубы. До начала работ производят установку необходимых дорожных знаков (ограничения скорости, сужения проезжей части), указателей объезда, ограждений в соответствии с действующими требованиями [4, 78]. Затем выполняют удаление (разборку) существующей дорожной одежды в пределах будущего котлована и вывоз материала с применением кирковщиков, бульдозеров, одноковшовых (фронтальных) погрузчиков и автомобилей-самосвалов. Возможно использование материала старой дорожной одежды на объездной дороге. После разборки дорожной одежды отрывают котлован с целью освобождения старой трубы от грунта до уровня подошвы фундамента (основания) с применением экскаватора с рабочим оборудованием обратной лопаты. Для безопасности и удобства работ при разборке старой и монтаже новой трубы котлован по подошве должен быть шире основания старой трубы с одной стороны на 3 м (для прохождения машин), а с другой стороны на 1 м (для движения рабочих).

Откос котлована должен обеспечивать безопасность работ (обычно не круче 1:1). Если через трубу в процессе ее перестройки возможно прохождение воды, котлован уширяют и в нем устраивают временное обводное русло, ширина и глубина которого рассчитываются.

При соответствующем технико-экономическом обосновании возможно устройство котлована с креплением откосов, что позволяет увеличивать их крутизну, уменьшая объем земляных работ. После этого разбирают трубу с применением пневматических или электрических отбойных молотков (соответственно с передвижными компрессорами или электростанциями), автокранов, бульдозеров, автомобилей для транспортировки к месту складирования блоков разобранной трубы. Если лекальные блоки и основание трубы (обычно гравийно-песчаный или щебеночный слой) не имеют недопустимых дефектов, они могут быть сохранены. При наличии разрушений (трещины, значительные обломы) лекальные блоки или часть из них удаляют. Материал основания сдвигают за пределы котлована бульдозером Возможно использование материала основания для укрепления временного отводного русла.

Затем осуществляют планировку и уплотнение дна котлована (при удалении лекальных блоков и основания) с помощью бульдозера и виброкатков или (рациональнее) виброплит. Уровень поверхности дна должен соответствовать требованиям проекта перестройки трубы. При необходимости при планировке производят досыпку котлована грунтом того же вида, что и местный грунт. Устройство пандуса для въезда автомобилей с уклоном до 100 ‰ показано на рис. 12.38. Пандус сооружают с верховой части трубы. На спланированном и уплотненном дне котлована устраивают основание из песчано-гравийной или щебеночной смеси, если такое основание предусмотрено проектом. Песчано-гравийную или щебеночную смесь вывозят автомобилями-самосвалами, планируют бульдозером (возможно вручную) и уплотняют самоходными или ручными виброкатками. При благоприятных грунтово-климатических условиях (песчаные грунты, глубина промерзания менее 0,5 м) основание из песчано-гравийной смеси можно не устраивать (это должно быть предусмотрено проектом).

Затем производят распределение цементного раствора, подвозимого автомобилями-самосвалами или изготовляемого на месте, и установку (монтаж) портальных стенок, блоков, открылков и лекальных блоков. Цементный раствор обычно распределяют вручную слоем 10-15 см, а портальные стенки, блоки открылков и лекальные блоки монтируют автокраном или краном на гусеничном ходу. Так как укладываемые на лекальные блоки звенья труб повторяют профиль, по которому уложены лекальные блоки, отметки лекальных блоков должны быть проверены нивелиром. Уровень лекальных блоков регулируют толщиной слоя цементного раствора.

Рис. 12.38. Монтаж лекальных блоков одноочковой водопропускной трубы:

1 - котлован, отрытый в существующем уширенном земляном полотне; 2 - въезд в котлован в виде пандуса; 3 - уложенные лекальные блоки; 4 - автомобильный кран; 5 - склад лекальных блоков; 6 - котлован для оголовка; 7 - цементный раствор; 8 - откос насыпи

Монтаж звеньев трубы производится с применением автокрана или крана на гусеничном ходу (рис. 12.39). Затем выполняется омоноличивание швов между блоками портальных стенок и открылков, заделка и гидроизоляция швов звеньев.

Рис. 12.39. Монтаж звеньев двухочковой трубы:

1 - автомобиль с доставленными звеньями трубы; 2 - автомобильный кран; 3 - лекальные блоки; 4 - звенья водопропускной трубы

Швы портальных стенок и открылков конопатят и заполняют цементным раствором, который уплотняют металлической шуровкой. Гидроизоляция швов звеньев осуществляется двумя слоями битуминизированной ткани и тремя слоями асбестобитумной мастики.

При строительстве двух- и трехочковых труб пазухи между этими трубами заполняют цементобетоном, доставляемым автомобилями-самосвалами, автобетоносмесителями, или изготовляемым на месте (см. рис. 12.40, а). Цементобетон к пазухам подают в бадьях с помощью автомобильного или гусеничного крана либо более просто - через бункер, снабженный металлическим рукавом. Уплотнение цементобетона в пазухах осуществляют различными глубинными вибраторами (вибробулава, виброштык и др.).

Гидроизоляция трубы может осуществляться с устройством оклеечной или обмазочной гидроизоляции. В первом случае трубу покрывают с помощью ручного распределителя битумной мастикой, доставляемой автогудронатором. Затем наклеивают рулонный материал (обычно рубероид), снова обмазывают битумной мастикой и наклеивают рулонный материал (см. рис. 12.40, б). Обмазочную гидроизоляцию устраивают путем обмазки внешней поверхности трубы битумным лаком с последующим нанесением двух слоев битумной мастики.

Засыпку котлована с послойным уплотнением производят бульдозером, начиная с боковых пазух, где грунт уплотняют механическими трамбовками. Так же уплотняют грунт и над трубой до общей толщины отсыпки 0,5 м в уплотненном состоянии. Толщина каждого уплотняемого слоя в пазухах и над трубой при использовании механических трамбовок должна быть 0,10-0,12 м. Выше толщины 0,5 м до верха котлована уплотнение производят самоходными виброкатками. Толщина уплотняемого слоя при этом 0,15 м. Грунт должен иметь оптимальную влажность. Необходимый коэффициент уплотнения грунта Ку ³ 1, что позволяет избежать просадок грунта и дорожной одежды над трубой. Засыпку удлиненной части трубы производят одновременно с уширением земляного полотна. После этого производят расчистку подводящего и отводящего русел с укреплением бетонной плиткой и укреплением откосов у оголовков, а также строительство водоотбойного колодца, если он предусмотрен проектом реконструкции трубы.

Рис. 12.40. Заполнение пазух двухочковой трубы цементобетоном (а) и гидроизоляция трубы (б):

1 - бункер с металлическим рукавом, подающим цементобетонную смесь для заполнения пазух; 2 - автомобиль-самосвал, доставляющий цементобетонную смесь; 3 - автогудронатор с ручным распределителем битума для гидроизоляции

Полная перестройка прямоугольной трубы включает в себя операции, аналогичные рассмотренным ранее, за исключением монтажа лекальных блоков, вместо которых обычно делают монолитный бетонный фундамент.

Большие прямоугольные железобетонные трубы часто бетонируют на месте. При этом на подготовленное основание устанавливают опалубку, монтируют и сваривают арматурный каркас, производят бетонирование с применением крана и бадьи. Уплотнение производят наружными вибраторами через опалубку, а также при возможности используют глубинные вибраторы.

Удлинение водопропускной трубы для уменьшения объема работ целесообразно производить со стороны выходного оголовка. Поэтому в данном месте предусматривают одностороннее уширение земляного полотна и дорожной одежды. В процессе удлинения трубы выполняют следующие основные операции. В случае постоянного протекания воды через трубу устраивают с нижней стороны временное отводящее русло с применением экскаватора с обратной лопатой и удаляют укрепление лотка и откосов. Удаление грунта откоса, примыкающего к оголовку, выполняют с применением экскаватора с обратной лопатой. Разборка оголовка трубы, включая открылки и портальную стенку, производится с применением пневматических или электрических отбойных молотков и автомобильного крана или крана на гусеничном воду, располагающихся обычно на насыпи.

Отрывка котлована для основания и фундамента удлиненной трубы выполняется с применением экскаватора с обратной лопатой. Если в котлован поступает вода, необходимо обеспечить ее откачку и спуск по уклону. При этом возможно устройство временного сливного лотка. Планировка и уплотнение дна котлована производятся аналогично изложенному для полной перестройки трубы. То же относится и к устройству основания из песчано-гравийной или щебеночной смеси, распределению цементного раствора, монтажу портальных стенок, блоков открылков, лекальных блоков удлиняемой части трубы. Затем аналогично полной перестройке трубы производят монтаж звеньев удлиняемой трубы между блоками портальной стенки и открылками, омоноличивание швов, заделку и гидроизоляцию швов звеньев, заполнение цементобетоном пазух при двух- или трехочковых трубах, гидроизоляцию трубы. Работы завершаются устройством лотка у отводящего оголовка, строительством водобойного колодца, если он предусмотрен проектом реконструкции трубы, и засыпкой грунтом удлиненной части трубы, которую производят одновременно с уширением земляного полотна.

ГЛАВА 13. Организация работ по возведению земляного полотна

13.1. Общие положения

Нормативная база, основные документы. Организация работ по возведению земляного полотна и связанных с ним сооружений, а также грунтовых оснований аэродромов осуществляется на основе разработки и реализации комплекса мероприятий, определяющих количество необходимых трудовых и материально-технических ресурсов, а также порядок использования и систему управления ими в процессе строительства. Она должна обеспечивать минимальную стоимость работ, их выполнение в установленные сроки с высоким качеством, гарантирующим с заданной надёжностью прочность, устойчивость и стабильность земляного полотна и грунтовых оснований при эксплуатации сооружений. При проектировании и реализации организации производства земляных работ руководствуются СНиП 12-01-2004 «Организация строительства», СНиП 3.06.03-85 и СНиП 2.05.02-85 «Автомобильные дороги», СНиП 3.02.01-87 «Земляные сооружения, основания и фундаменты» и СНиП 32-03-96 «Аэродромы», инженерным проектом (проектом) и его неотъемлемой частью - проектом организации строительства и рабочей документацией.

В инженерном проекте и рабочей документации отражаются данные, необходимые для организации и производства работ по возведению земляного полотна: продольный профиль автомобильной дороги, инженерно-геологический профиль, поперечные конструкции земляного полотна, водоотводные и водопропускные сооружения, малые искусственные сооружения и эстакады, план, трассы с нанесёнными карьерами и резервами, инженерно-геологические паспорта карьеров, резервов, выемок; объёмы земляных, укрепительных работ, а также объёмы работ по устройству временного и постоянного водоотвода; попикетная ведомость земляных работ; схема перемещения объёмов грунта из выемок в насыпи; разбивка на участки линейных и сосредоточенных работ. Организация земляных работ должна осуществляться на основе проектов организации строительства (ПОС), разработанных и утверждённых в составе проектов (инженерных проектов).

Рациональная организация земляных работ предусматривает:

разделение участка дороги на линейные и сосредоточенные виды работ;

поточный метод, обеспечивающий последовательность выполнения отдельных видов работ и непрерывную готовность участков земляного полотна или грунтовых оснований для устройства дорожной одежды;

прогрессивную технологию, основанную на целесообразном для конкретных условий распределении земляных масс и эффективных способах выполнения отдельных видов земляных работ;

комплексную механизацию с применением выбранных на основе технико-экономического сравнения рациональных комплектов машин и отдельных средств механизации, обеспечивающую максимальное снижение затрат ручного труда и наилучшее использование машин и механизмов.

Основным методом организации выполнения линейных земляных работ является поточный метод, который применяется как при строительстве отдельной дороги (или её участков), так и при строительстве группы рассредоточенных объектов небольшой протяжённости, в том числе распределённых по территории объектов аэродромов. В этом случае необходимо предусматривать организацию специализированных потоков, последовательно перемещающихся с одного объекта на другой в составе, как правило, одного комплексного потока.

Линейные и сосредоточенные работы. При разработке организации работ выделяют участки линейных и сосредоточенных работ, выполнение которых целесообразно предусматривать при определённых, отличных от линейных условиях, в том числе в зимний период.

К сосредоточенным относятся работы по строительству подходов к большим мостам, возведению высоких насыпей, разработке глубоких выемок, регуляционных сооружений, а также земляного полотна на отдельных участках с объёмами работ на 1 км, превышающими средний объём земляных работ на 1 км дороги в три и более раз, или резко отличающиеся повышенной сложностью производства и трудоёмкостью от работ на смежных участках (переходы через болота, закрепление оползневых участков, слабые грунты и т.д.). Сроки выполнения сосредоточенных работ должны подкрепляются соблюдением принятой скорости и ритмичности комплексного потока работ по строительству земляного полотна автомобильных дорог, что отражается в линейно-календарном плане (графике) производства земляных работ.

Распределение линейных земляных работ, выполняемых поточным методом, и сосредоточенных, для которых в первую очередь характерна объёмная составляющая, устанавливают на основе следующих документов: план трассы, продольный профиль, попикетная ведомость распределения объёмов земляных работ по трассе. Объединение потоков линейных и сосредоточенных объёмов земляных работ осуществляют для создания комплексного потока в пределах соответствующего пускового комплекса автомобильной дороги. Для ведения работ прежде всего подготавливают плановые (а в некоторых случаях внеплановые, но согласованные с проектной организацией) карьеры и другие источники получения грунта. Последние могут быть в виде сосредоточенных или боковых резервов; глубоких выемок, сложенных из грунтов с нормальной или допустимой влажностью; акватории, пригодной для ведения работ способами гидромеханизации; отвалов зол и золоматериалов, использование которых возможно для сооружения земляного полотна из техногенных грунтов.

При производстве земляных работ необходимо применять способы и средства механизации, обеспечивающие выполнение планируемых объёмов линейных и сосредоточенных работ в установленный период с требуемым качеством и наименьшими затратами и трудоёмкостью. Механизация должна быть комплексной и охватывать все процессы и виды земляных работ, в том числе и в сложных инженерно-геологических и климатических условиях, от подготовки дорожной полосы до укрепительных и отделочных работ. Основной принцип рационального применения современных средств механизации - это выбор, в первую очередь, ведущей землеройно-транспортной техники по показателям производительности и стоимости с последующей комплектацией другими машинами, необходимыми для обеспечения работы комплексных потоков.

Выбор способов ведения