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