close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

4355 podolskiy v. p. glagolev a. v. pospelov p. i stroitelstvo avtomobilnih dorog. zemlyanoe polotno

код для вставкиСкачать
625.7Л8
П 44
i .
m
ШЛ
W
M
ff. 4
а л
В. П. Подольский, А. В. Глагольев
П. И. Поспелов
А
Li
2-е издание
9
I
I
Ii
1
4
1
i
I
I
д
ИШ І І 5
П
I
■
li
г
ТРАНСПОРТНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО
ACADCMA
Высшее проф ессиональное образование •
БАКАЛАВРИАТ
В. П. ПОДОЛЬСКИЙ, А. В. ГЛАГОЛЬЕВ, П. И. ПОСПЕЛОВ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ЗЕМЛЯНОЕ ПОЛОТНО
УЧЕБНИК
ПОД РЕДАКЦИЕЙ В. П. ПОДОЛЬСКОГО
Рекомендовано
Учебно-методическим объединением вузов РФпо образованию в области
железнодорожного транспорта и транспортного строительства
в качестве учебника для студентов вузов, обучающихся по специальности
«Автомобильные дороги и аэродромы»
направления подготовки «Транспортное строительство»
и направлению подготовки бакалавров «Строительство»
(профили подготовки «сАвтомобильные дороги»
и аАвтомобильные дороги и аэродромы*)
2-е издание, исправленное
DEMA
Москва
Издательский центр «Академия*
2013
УДК 625.7/.8(075.8)
ББК 39.311я73
П444
Рецензенты:
зав. кафедрой транспорта леса и инженерной геодезии Воронежской государствен­
ной лесотехнической академии, д-р техн. наук, Заслуженный работник высшей
школы РФ, проф. В. К. Курьянов;
зав. кафедрой АД БГТУ им. В. Г. Шухова, д-р техн. наук, проф. А. М. Гридчин
П444
Подольский В. П .
Строительство автомобильных дорог. Земляное полотно:
учебник для студ. учреждений высш. проф. образования /
В. П. Подольский, А. В. Глагольев, П. И. Поспелов ; под ред.
В. П. Подольского. — 2-е изд., испр. — М .: Издательский центр
«Академия», 2013. — 432 с. — (Сер. Бакалавриат).
ISBN 978-5-7695-9783-1
Учебник создан в соответствии с Федеральным государственным об­
разовательным стандартом по направлению подготовки «Строительство»,
профили «Автомобильные дороги» и «Автомобильные дороги и аэродромы»
(квалификация «бакалавр»).
Изложены основные принципы устройства земляного полотна раз­
личными механизмами в благоприятных и сложных инженерно-геоло­
гических и гидрологических условиях. Приведены типовые поперечные
профили и технологические карты, позволяющие использовать их в про­
цессе курсового проектирования. Представлены конструктивные решения
по обеспечению поверхностного водоотвода и дренированию грунтовых
вод. Значительное внимание уделено вопросам применения современных
технологий, машин и механизмов с учетом требований охраны окружающей
среды. Освещены вопросы контроля качества дорожно-строительных работ
и обеспечения техники безопасности.
Первое издание книги выходило под названием «Технология и органи­
зация строительства автомобильных дорог. Земляное полотно» (2011 г.).
Для студентов учреждений
•нального образования.
С.Торайғыров
атындағы ПМУ-дің
академик С.Б өйсөм бг
I
атындағы ғылыми
ГД К 625.7/.8(075.8)
I
ББК 39.311я73
1
ого
обственност ью
Издательского
его воспроизведение
любым способом без согласия правообладателя
в
ISBN 978-5-7695-9783-1
Подольский В.П., Глагольев А. В., Поспелов П. И., 2011
ЖОбразовательно-издательский центр «Академия», 2011
Оформление. Издательский иенто «Акяпемия* 9011
ПРЕДИСЛОВИЕ
Базовая сеть федеральных дорог с твердым покрытием в России
протяженностью около 50 тыс. км была сформирована к концу
1980-х гг. — на 100 лет позже, чем в развитых зарубежных странах.
Поэтому среди наиболее важных в стратегическом отношении задач,
стоящих перед Россией, особо следует выделить развитие дорожнотранспортной инфраструктуры. С учетом территориальной удален­
ности значительной части регионов России от центра решение этой
задачи прямо влияет не только на состояние экономики, но и на обе­
спечение единства и монолитности страны. Недостаточная плотность
имеющейся дорожной сети и высокая степень ее изношенности уже
стали серьезными препятствиями для развития экспортно-импортных
отношений с другими странами, поскольку дорожно-транспортная
сеть уже не в состоянии справиться с возросшим объемом переме­
щаемых грузов.
Вместе с тем хорошо развитая дорожно-транспортная инфра­
структура способна превратить географические особенности России
в ее конкурентные преимущества. Россия без дорог — территория,
а с дорогами — держава.
Долгосрочная программа развития автомобильных дорог Россий­
ской Федерации определяет направление формирования их опорной
сети и ее интеграцию в европейскую и азиатскую дорожные систе­
мы.
Повышение надежности автомобильных дорог, совершенство­
вание их транспортно-эксплуатационных характеристик являются
важнейшими задачами, стоявшими перед специалистами дорожной
отрасли.
Земляное полотно является тем фундаментом, который держит
на себе всю конструкцию дорожной одежды, поэтому от его проч­
ности и устойчивости зависит работоспособность дороги в целом
в течение всего периода эксплуатации.
Надежность автомобильной дороги в целом в общем случае
определяется строго определенным комплексом факторов, основными
из которых являются следующие:
• состояние нормативной базы дорожной отрасли;
• качество проектно-сметной документации;
• соответствие качества применяемых материалов, смесей, изделий
и конструкций нормативным требованиям;
• комплексное использование современных машин и механиз­
мов;
3
• строгое соблюдение передовых технологических процессов;
• наличие высококвалифицированных кадров;
• организация и реализация эффективной системы управления
качеством.
Основные нормативные документы в настоящее время в значитель­
ной мере базируются на результатах фундаментальных исследований
50-летней давности. С тех пор изменились природно-климатические
условия, интенсивность и состав транспортных потоков и грузоподъ­
емность автотранспортных средств. Поэтому первоочередной задачей
представляется воссоздание сети отраслевых дорожных лабораторий,
оснащенных современными приборами и оборудованием. Для работы
в них должны быть привлечены лучшие кадры ученых-дорожников,
что позволит в ближайшей перспективе разработать современную
нормативную базу, систему контроля за качеством дорожно-строи­
тельных работ, новые методы обеспечения прочности и устойчивости
земляного полотна, расчет конструктивных слоев дорожной одежды
и новые материалы на основе нанатехнологий.
Значительные финансовые затраты необходимы и для организации
производства высококачественных вяжущих и каменных материалов.
Это под силу только государственным структурам, так как результаты
фундаментальных исследований можно использовать лишь через
7... 10 лет.
Для успешной реализации этих масштабных задач следует обеспе­
чивать подготовку высококвалифицированных кадров современной
учебной литературой.
Главы 1—8, 11 написаны В. П. Подольским, гл. 9 — П.И.Поспеловым, гл. 10 — А. В. Глагольевым.
Лет чрез пятьсот дороги, верно,
У нас изменятся безмерно:
Шоссе Россию здесь и тут,
Соединив, пересекут...
А. С. Пушкин. «Евгений Онегин»
Глава
1
ИСТОРИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
ДОРОЖНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
В человеческом сообществе дороги являются средством связи
и расширения коммуникаций, которые позволяют обеспечить до­
ступ к культурным и историческим ценностям и выполняют роль
основного катализатора в развитии мировой цивилизации.
В скрытое от нас в глубине веков время, когда еще не существовало
городов и государств, самым трудно преодолимым препятствием было
расстояние. Поэтому прокладка первых сухопутных путей сообщения
была обусловлена хозяйственными и торговыми нуждами.
Сначала между поселениями возникали тропы, которые проклады­
вались по кратчайшему направлению и имели на своем протяжении
переходы и броды через водотоки, топкие и заболоченные места.
Постепенно тропы превратились в устойчивые пути: «шелковый»,
«чайный», «соляной», «железный», способствовавшие решению во­
енных и государственных задач. Легендарное словосочетание «Вели­
кий шелковый путь» означает не одну дорогу, а целую систему путей,
связывающих в древности и раннем средневековье Китай, Индию,
Средний и Ближний Восток, а также Средиземноморье. Одними
из первых строителей дорог были жители Месопотамии, которые про­
ложили королевскую дорогу от г. Сузы до г. Смирны протяженностью
3 тыс. км (примерно 3 500 лет до н.э.). Она была проложена в обход
населенных пунктов с обеспечением к ним подъездов. К настоящему
времени американские геологи обнаружили в 70 км юго-западнее
Каира в Египте мощеную дорогу шириной 2 м и протяженностью
12 км из каменоломни к водному пути, созданную 4600 лет назад.
Из глиняных клинописных табличек времен царя Тиглатпаласара I,
датируемых 1 100 г. до н.э., известно, что в период завоевательных
походов Ассирии в составе войск имелись специальные подразде­
ления для наведения переправ и выравнивания путей для боевых
колесниц. В период царствования Дария I (520 лет до н.э.) в Персии
существовали уже специально оборудованные дороги.
С учетом особенностей рельефа местности и климата строились
мосты и виадуки, создавались колодцы, бассейны, подпорные стенки
и постоялые дворы. Древние зодчие понимали, что дороги и мосты
строятся на века и будут являться показателем уровня развития их
5
цивилизации. Поэтому древним грекам и римлянам удалось создать
дороги, которые частично сохранились до настоящего времени.
Об архитектурном облике дорог и создании благоприятных условий
для перемещения по ним грузов и людей заботились практически
все народы во все времена.
В Древнем Вавилоне существовала прямая улица, разделявшая
город на две части. Средняя ее часть была замощена квадратными
плитами из известняка размером 1,5 х 1,5 м, а по краям были уложены
плиты из красного мрамора.
На сохранившихся древних картах Македонии, расположенной
в центре Балканского полуострова, можно проследить этапы развития
многих путей из Европы в Азию.
Древнюю историю имеют дороги Сербии; первые из них были по­
строены еще во времена Римской империи. Одна из дорог связывала
Рим с Царьградом; через Дунай был построен Троянов мост, остатки
опор которого сохранились до настоящего времени. В средние века
по территории Сербии проходили торговые пути из Европы на Бал­
каны и на Ближний Восток. При этом зачастую использовались
ранее проложенные дороги; некоторые из них после неоднократной
перестройки эксплуатируются по сей день. К их числу можно отнести
Боснийскую, Царьградскую, Зетскую и Моравско-Вардарскую.
Первыми строителями дорог в Европе были римляне. Римская
империя имела дороги, связывающие Италию практически со всем
Средиземноморьем, а также с Францией, Германией и Великобрита­
нией. Общая протяженность дорог достигала 80 тыс. км. По дорогам,
имевшим важное военно-стратегическое значение, перевозили грузы,
почту, перемещались войска.
Формирование сети римских дорог было тесно связано с военной
политикой Рима, так как для освоения захваченных территорий тре­
бовалось создание развитой дорожной сети. Поэтому строительство
каменных дорог было главной заботой римского правительства.
Древнейшей из дорог, дошедших до наших дней, является Виа Аппиа,
проложенная вдоль побережья в юго-восточном направлении от сто­
лицы. Строительство ее было начато в 312 г. до н.э. Свое название
она получила по имени цензора Аппия Клавдия. Первоначальный ее
участок связывал Рим с Террачиной. Для того чтобы спрямить трассу
дороги, строители шли на создание дорогих и сложных инженерных
сооружений, необходимость которых обусловливалась рельефом мест­
ности. Дорога имеет каменное мощение и двускатный поперечный
профиль для отвода воды.
Аппиева дорога была одной из первых в сети дорог, которые вскоре
покрыли всю территорию Италии (Латинская, Священная, Флавиева
и др.). К 174 г. до н. э. все улицы Рима были замощены. Древнеримские
городские дороги выгодно отличались от греческих принципом от­
деления тротуаров от проезжей части. Муниципальный закон Цезаря
обязывал все римские города устраивать на улицах тротуары. Для
6
очистки улиц Рима по специально устроенным лоткам и канавам
подводилась вода.
Наиболее важные римские дороги выкладывались большими
полигональными брусками массой более 1 т. Проезжая часть имела
каменное или укрепленное основание, а там, где была необходимость
в искусственных сооружениях, устраивались стенки, иногда превра­
щаемые в аркады наподобие мостов.
Интенсивное строительство дорог в III —II вв. до н. э. способство­
вало освоению римского бетона, различные составы которого исполь­
зовались для нижних частей инженерных конструкций. Большую роль
в римском дорожном строительстве сыграл известный политический
деятель Гай Гракх (II в. до н. э.). Он размерил каждую дорогу от начала
до конца по милям и отметил расстояние каменными столбами.
Римские завоевания обязательно сопровождались строительством
дорог, служащих средством быстрой связи между гарнизонами в за­
воеванных провинциях. Постепенно все римские провинции в ко­
роткое время покрылись густой дорожной сетью.
Стратегические цели дорожного строительства в дальнейшем
дополнялись экономическими потребностями, и к первоначальной
сетке, построенной в период завоеваний, добавлялись новые дороги.
Одновременно совершенствовалась технология строительства и со­
держания дорог.
Наиболее изучены римские дороги на территории Сирии, Брита­
нии, Северной Африки. Они имели обычно твердое покрытие из мест­
ного камня, были снабжены дорожными указателями, а специальная
служба наблюдала за сохранностью дорог и сооружений на них.
В пограничных провинциях на дорогах через определенные про­
межутки возводили укрепления, в которых располагались гарнизоны,
обеспечивающие безопасность движения торговых караванов. Так
охранялась, например, известная дорога в Сирии, называемая Страта
Диоклетиана.
Римские дороги строились в насыпях, имели ширину до 10 м
с проезжей частью 4,5 м, бордюрами и обочинами. Большие ка­
менные глыбы в основании и покрытие из каменных плит длиной
1,0 м, шириной 0,8 м и толщиной 0,3 м обеспечили римским дорогам
многовековую устойчивость.
Должность заведующими дорогами была очень почетной (curator
via rum); одним из первых кураторов дорог был Гай Юлий Цезарь.
Древняя Греция также имела разветвленную сеть дорог, которые
обычно прокладывались по долинам рек. Ширина отдельных дорог до­
стигала 7... 9 м; на них устраивались подпорные стенки и другие искус­
ственные сооружения. Грекам были известны секреты формирования
и обжига кирпичей такой удивительной прочности, что их и сегодня
можно увидеть в дорожном покрытии рядом с Парфеноном.
В Хорватии в X III—XIV вв. было построено большое количество
дорог, часть которых эксплуатируется до настоящего времени. К ним
7
относятся дороги «Карловец—Риека», «Халан—Подираг—Обровац»
и др. Большинство дорог строилось в гористой местности, поэтому
на них возводились мосты, водопропускные трубы, парапеты и под­
порные стенки. Ширина дорог достигала 8,3 м.
Более 700 лет назад в государстве инков на территории современ­
ных Эквадора и Чили существовала единая государственная система
дорог общей протяженностью около 18 тыс. км. Для прокладки до­
рог в Андах в твердых скальных породах пробивались галереи, а для
предохранения их от оползней и камнепадов возводились высокие
подпорные стенки. К моменту прибытия в начале XVI в. испанцев
эта дорожная сеть обслуживала территорию около 2 млн км2. Глав­
ной дорогой этой системы являлся «Великий путь», протянувшийся
с севера на юг вдоль тихоокеанского побережья Южной Америки.
«Великий путь» имел ширину 8,0 м, вдоль него были высажены де­
ревья, опасные места были ограждены подпорными стенками. Через
каждые 3 км располагались станции службы скорой связи, а через
20 км — постоялые дворы. Отдельные участки существуют и экс­
плуатируются до настоящего времени.
Развитие цивилизации на Земле повсюду сопровождалось дорож­
ным строительством. Дорожная сеть Мексики сложилась в основном
во времена ацтеков. Она связывала между собой крупные города
и порты и играла важную роль в экономике страны, а также име­
ла стратегическое значение. В период испанского владычества в Мек­
сике начали использовать колесный транспорт, поэтому крупные
торговые пути переустраивались.
К концу IV в. до н. э. государство Великих Моголов в Индии тоже
вело интенсивное дорожное строительство. Первые дороги Индии
имели северо-западное направление и служили для связей с народами
Центральной Азии. Это были торговые караванные пути, которыми
пользовались торговцы, эмигранты, а также войска. К XVI в. протя­
женность дорожной сети увеличилась, дороги соединили восточное
и западное побережья Индийского океана, была освоена долина
Ганга. Многие из эксплуатирующихся в то время караванных троп
после соответствующих улучшений, осуществленных в X II—XIII вв.,
стали основными дорогами современной Индии.
Между III и XVIII вв. дорожное строительство в Европе, на Ближ­
нем Востоке и в Азии пришло в упадок. На территории Восточной
Европы уже скифы хорошо знали не только вьючные, но и колесные
сухопутные пути. Установлено наличие древней дороги от столи­
цы Скифского царства в Крыму (близ Симферополя) к Южному
побережью. Археологи предполагают, что скифам была известна
технология строительства искусственных каменных дорог. При рас­
копке скифских поселений вблизи крупного греко-скифского города
Ольвии на правом берегу Бугского лимана были обнаружены остат­
ки не только каменных сооружений, но и вымощенных улиц. Они
свидетельствуют о высоком уровне скифской культуры и о том что
8
уже предкам славян были известны технологические приемы при
устройстве каменных мостовых. На рубеже I —II тысячелетий вокруг
Киевской Руси сложилось первое крупное объединение Восточной
Европы.
С созданием этой империи Рюриковичей, как назвал ее Карл
Маркс в работе «Секретная дипломатия XVIII в.», начинается важный
этап развития сухопутных дорог на территории России.
Период расцвета Киевской Руси характеризуется попытками про­
ложить большие магистральные дороги. Технология устройства гатей,
деревянных мостовых свидетельствует не об отсталости «деревянной
Руси» по сравнению с «каменным Западом», а о своеобразии развития
русской строительной технологии, так как Восточно-Европейская
равнина была богата лесом и бедна естественным камнем.
Татаро-монгольское иго нанесло тяжелый ущерб русской земле
и определенным образом сказалось на развитии дорожного строи­
тельства. Тем не менее Северо-Восточная Русь с начала XIV в. быстро
оправилась от последствий нашествия. Объединительный процесс
вокруг Москвы завершился в конце XV — начале XVI в. образова­
нием русского государства. К этому времени Москва уже являлась
узлом важнейших сухопутных дорог, вокруг которого закладывались
основные направления современной сети.
Для обслуживания проезжающих по дорогам государства в конце
XIV —начале XV в. создаются «ямы» — поселения ямщиков, которые
несли ямскую повинность. В XV в. при Великом князе всея Руси
Иване III развилась и окрепла регулярная дорожно-эксплуатационная
структура — ямская гоньба, находящаяся в ведении Ямского приказа.
Некоторое время этот приказ возглавлял князь Д. М. Пожарский —
герой народного ополчения, имевший все основания стать первым
царем России.
В результате деятельности Ямского приказа на больших дорогах
устраивались дорожные станции с интервалом 30... 40 км одна от дру­
гой, куда входили ямской двор, две-три избы, сенник, конюшня.
Чтобы ямщики не плутали и не замерзали в пути, по Ямскому при­
казу составлялись своеобразные справочники дорог — поверстные
книги.
Новгородские мастера замостили свой город деревянными пла­
хами уже к концу IX в., и Новгород стал одним из самых чистых
городов в Европе.
Строительство мостовых на улицах Парижа началось в конце
XII в., причем в первую очередь были замощены главнейшие ули­
цы, которые шли к городским воротам. Некоторые города Франции
(Авиньон, Тулуза) были замощены крупными валунами. Первый
указ о замощении улиц Лондона был издан в 1532 г. Для этой цели
применялись большие каменные плиты толщиной от 15 до 20 см.
В 1555 г. в Великобритании был издан закон, предусматривающий
назначение дорожных надсмотрщиков, которым были даны полно­
9
мочия ремонтировать дороги материалами, взятыми из любого места
с разрешения или без разрешения владельца.
Современная эпоха дорожного строительства началась в 1747 г.,
когда для подготовки инженеров в Париже была создана Нацио­
нальная школа мостов и шоссе. Преподаваемые в школе методы
дорожного строительства основывались на технологиях Древнего
Рима и в дальнейшем были усовершенствованы П. Трезаге. Перед
революцией 1789 г. Франция вела строительство сети мощеных до­
рог протяженностью около 40 тыс. км. Подобная школа появилась
и в Испании.
Инженер Пьер Трезаге (1716—1796) первым установил правиль­
ные принципы дорожного строительства, сохранившие в известной
мере свое значение и до настоящего времени. Характерные особен­
ности конструкции дороги, предложенной П. Трезаге, заключаются
в следующем:
• выпуклый профиль основания обеспечивает лучшие водоотвод
и условия работы конструкции в целом;
• уменьшение толщины дорожного покрытия до размера, обо­
снованного его прочностью;
• правильное распределение материала по крупности (нижний
слой — пакеляж, верхние слои — однообразный щебень и расще­
бенка);
• устройство прочной боковой опоры (бордюра);
• надлежащее уплотнение;
• систематический ремонт.
П. Трезаге помог Наполеону I построить основную сеть дорог
во Франции.
Шотландский инженер Джон Мак-Адам (1756—1836), развивший
принципы П. Трезаге, создал школу дорожных техников и способство­
вал пропаганде своих опытов. Шоссе до сих пор дорожники-ветераны
называют «макадам».
Дж. Мак-Адам предложил вместо создания основания из крупных
камней, значительно удорожавшего строительство, поддерживать
естественное грунтовое основание в сухом состоянии путем создания
водоупорного покрытия и обеспечения водоотвода. В 1811 г. Дж. МакАдам издал инструкцию о переустройстве старых дорог, в которой
излагаются главные положения дорожного строительства:
• переделку шоссе начинать, когда толщина покрытия еще не до­
стигла 1 см;
• крупные камни дробить в щебень размером 4...5 см;
• поперечному профилю давать минимальную выпуклость;
• при наращивании толщины шоссе старую кору вскирковать
и прогрохотить;
• не допускать в шоссейную кору земли, глины, мела.
В США первые булыжные мостовые были построены в г. Бостоне
в 1663 г., откуда опыт строительства был перенесен в Нью-Йорк.
10
США
для
битумные
строительстве впервые был применен в Австрии
построена мозаичная мостовая из клейнпфлястера
(мозаика).
дорожной
составлено
сударства— Книга Большому Чертежу». Оно служило
для «государевой службы посылок», так как в нем давалось описание
трех основных стратегических дорог, по которым осуществлялись
татарские набеги: Калмиусская, Изюмская и Муравская сакмы.
В XVII в. в Москве появились каменные мостовые, прежде всего
на Тверской улице, которая была вымощена прочным белым кам­
нем.
Годы царствования Петра I были очень не простыми в решении
дорожных проблем. В «Поверстные книги» он смотрел без особого
энтузиазма. Северная дорога не доходила до Балтики — шведы не да­
вали туда доступа России. Южную «четверку» перерезали татары
и турки, отсекая растущее государство от Черного моря. Был выход
лишь к морю Студеному, т. е. Белому, но сюда корабли с товарами
заходили изредка, а без торговли, без контактов с иными странами
государство российское не могло полнокровно развиваться. Отвоевы­
вать доступ к морям царь решил начинать с Воронежа.
Перемещение столицы в Петербург и закладка русского морского
флота в Воронеже требовали строительства дорог от Москвы к этим
городам, которое продолжалось непрерывно в течение всего XVIII в.
На всем протяжении от Москвы до Воронежа была проведена рас­
чистка трассы дороги, устроены мостки и гати через овраги, болота
и топи, поставлены высокие верстовые столбы, на которых были
указаны год (рис. 1.1) и расстояние. Поэтому дорога стала называться
столбовой. Проезд по этим дорогам был сопряжен с большими труд­
ностями, поэтому каретой, подаренной
англичанами, Екатерина II не смогла
воспользоваться (рис. 1.2).
Считается, что начало технически
грамотному дорожному строительству
в России положил сенатский указ, из­
данный 1 июня 1722 г., по которому было
определено приступить к сооружению
перспективной дороги между Санкт-Пе­
тербургом и Москвой.
В 1746 г. строительство первой в Роса
б
сии перспективной дороги протяженно­
стью 728 верст было завершено; она была Рис. 1.1. Верстовые столбы:
грунтовой.
а - 1857 г.; б - 1872 г.
Рис. 1.2. Карета четырехместная императрицы Екатерины II (1773 г.)
С расширением границ государства возникла необходимость соз­
дания централизованного органа по координации дорожных работ.
В 1786 г. была учреждена Комиссия о дорогах в государстве. В ее
функции входили составление генеральных планов для дорожного
строительства; создание на основе полученных из губерний данных
общей карты дорог России; внесение предложений о строительстве
и ремонте дорог. После ряда преобразований этот орган стал назы­
ваться Управлением водяными и сухопутными сообщениями во главе
с принцем Георгом Ольденбургским. В 1832 г. его стали именовать
Главным управлением путей сообщения и публичных зданий.
Вступление царской России в XIX в. на путь капиталистического
развития потребовало создания разветвленной сети путей сообщения
не только в центре, но и на окраинах. Для реализации этих задач
необходимы были квалифицированные строители дорог, поэтому
в 1809 г. по инициативе М. М. Сперанского был создан Институт кор­
пуса инженеров путей сообщения, а с 1884 г. в нем был организован
отдельный курс шоссейных дорог.
Когда чиновник поступал на службу в Министерство путей со­
общения, с него брали подписку о том, что он ни к каким масонским
ложам и тайным обществам, думам, управам и прочим организациям,
под какими бы названиями они ни существовали, не принадлежал
и принадлежать впредь не будет.
В ноябре 1807 г. по приглашению русского посланника в Мадриде
И. М. Муравьева-Апостол а из Парижа в Санкт-Петербург приехал
генерал-майор Августин де Бетанкур.. По поручению Александра I
Бетанкур разработал проект положения для первого в России высшего
транспортного учебного заведения. Опыт работы Парижской школы
дорог и мостов был использован им для создания учебного плана.
15 сентября 1809 г. Бетанкур был назначен начальником Института
корпуса инженеров путей сообщения. Он сам отобрал преподавателей
из числа лучших инженеров и педагогов Европы.
Бетанкур стал одним из основоположников российского мосто­
строения. Им были разработаны проекты и построены каменные
12
мосты в Ижоре, Петергофе, Туле, на Московском шоссе, Исаакиевский понтонный мост через Неву, мосты через Малую Невку между
Аптекарским и Каменным островами, Исаакиевский собор. Занимая
в России положение инженера номер один, он создал эффективную
систему подготовки инженеров, которая на многие десятилетия обе­
спечила качественное, надежное выполнение основных проектов
в машиностроении, сооружении дорог, мостов, каналов, архитек­
турных комплексов.
В этот период начинается широкое строительство шоссейных до­
рог, клинкерных мостовых и улучшенных грунтовых дорог. Развитие
дорожной науки и техники в дореволюционный период связано с име­
нами И. К. Гергардта, В. И. Гурьева, М. С. Волкова, М. Я. Ляхницкого,
Г. Д. Дубелира. В 1830 г. в Санкт-Петербурге инженером Гурьевым
была впервые уложена торцовая мостовая, которая затем получила
распространение в Европе и США.
Широкую известность получил курс лекций профессора Инсти­
тута корпуса инженеров путей сообщения М. Ляхницкого. В 1888 г.
была издана его книга «Обыкновенные дороги. Устройство и ремонт
шоссейных, мощеных и фунтовых дорог», которая выдержала четыре
издания.
После заключения Тильзитского мира по просьбе российского
правительства из Парижской школы мостов и шоссе прибыли четыре
специалиста: майоры Фабр и Базен и капитаны Потье и Дестрем,
которые в дальнейшем сыграли выдающуюся роль в подготовке ин­
женерных кадров России.
В дореволюционный период в России автомобильных дорог с усо­
вершенствованным типом покрытия (асфальтобетонных и цементо­
бетонных) не было. Было небольшое количество дорог с покрытием
из булыжного и колотого камня, клинкерных, щебеночных и гравий­
ных, грунтово-улучшенных различными добавками (песком, гравием,
щебнем и др.). В 1896 г. была разработана инструкция мастеру, содер­
жащая перечень требований и обязанностей при содержании шоссе
и малых мостов, которая не потеряла актуальности и в наше время.
В 1914 г. в России числилось дорог с каменной одеждой: шоссе —
18 ОООкм; мостовых — 9 ООО км, что составляло около 6 % длины всей
официально числившейся дорожной сети (около 450 тыс. км). Почти
все основные дороги были грунтовые или из слабопрочных местных
материалов и, как правило, непроезжие значительную часть года.
В царской России практически не было автомобильного транс­
порта, и только в годы Советской власти стало создаваться и разви­
ваться отечественное автомобилестроение. Не было у нас и дорож­
ных машин. В 1913 г. крупный ученый Т.Д.Дубелир впервые провел
в киевском земстве опыты по профилированию грунтовых дорог
легкими американскими фейдерами с воловьей тягой.
В 1914—1917 гг. профилирование фунтовых дорог применялось
на дорожных работах юго-западного фронта. Для нужд фронта
13
в мастерской близ Фастово было изготовлено 10 русских грейдеров
по типу американских «Рассел». В период интервенции и гражданской
войны дорожные работы носили по существу восстановительный ха­
рактер. В стадии нового строительства выполнялись работы главным
образом по возведению мостов.
В 1920 г. ремонтными работами было охвачено 98,5 тыс. км дорог.
До первой пятилетки продолжалось в основном восстановление сети
существующих дорог. По выражению проф. А. К. Бируля, до 1930 г.
СССР оставался «классической страной бездорожья». Самую развет­
вленную и совершенную для 1930-х гг. сеть автомагистралей имела
Германия.
Многих «дорожных заблуждений» XIX и XX вв. можно было из­
бежать, если бы опыт эксплуатации первой перспективной дороги
был изучен и учтен. Многие пороки отечественных грунтовых дорог
проявились уже в XVIII в. Грунтовые дороги эффективно убивают
силы и время людей, ввергают пользователей в большой экономи­
ческий расход.
В 1923—1924 гг. стали создаваться первые в стране научные орга­
низации по проблемам дорожного строительства. В 1924 г. в Ленин­
граде был организован Центральный исследовательский институт
автомобильного транспорта (ЦИАТ) как научный и методический
центр, преобразованный впоследствии в ДорНИИ во главе с проф.
Г. Д. Дубелиром. В 1928 г. в Харькове был создан Украинский научноисследовательский дорожный институт (УкрНАДИ) с областными
дорожно-исследовательскими станциями. Уже в 1929 г. на Между­
народном конгрессе почвоведов основоположник механики грунтов
американский проф. Карл Терцаги обратил внимание специалистов
мира на прогрессивность сочетания инженерной направленности
и естественно-исторического подхода русской школы изучения
грунтов, которые проводили ученые Ленинградского дорожного ис­
следовательского бюро под руководством Н.Н. Иванова.
Для восстановления дорожного хозяйства изучались проблемы
применения местных материалов комплексного проектирования
земляного полотна и дорожной одежды, использования битумных
эмульсий, строительства мостовых переходов.
В 1931 г. были впервые изданы «Технические условия по про­
ектированию дорог». В них уже было включено требование обеспе­
чения видимости, учитывающее автомобильное движение. В 1934 г.
«Технические условия на автогужевые дороги» были переизданы без
принципиальных изменений, но впервые с включением технической
классификации автогужевых дорог.
К 1928—1931 гг. относится появление на дорогах СССР в замет­
ном количестве автомобильного движения за пределами городских
территорий. Для этого потребовались прочные и ровные дорожные
одежды, трассы с закруглением больших радиусов с обеспечением
видимости в плане и продольном профиле.
14
В 1933 г. проф. А. И. Анохин и коллектив авторов издали книгу
«Дорожное дело», сыгравшую большую роль в подготовке специали­
стов-дорожников .
А. И. Анохин — выпускник Петербургского института путей сооб­
щения, заведовавший кафедрами дорожных машин МАДИ и ЛАД И,
был заключенным Севжелдорлага. В 1944 г. он был освобожден
досрочно за примерное поведение. В 1946 г. ему разрешили выезд
в Омск и он был назначен заведующим кафедрой дорожных машин
СибАДИ (реабилитирован посмертно в 1954 г.).
С щебеночной одеждой было лишь несколько магистралей в ев­
ропейской части СССР. В период первой пятилетки (1928 — 1932 гг.)
было построено 93 тыс. км дорог, из которых 12,5 тыс. км — с твер­
дым покрытием.
С 1936 г. ДорНИИ переходит в ведение Гушосдора НКВД СССР
и переводится из Ленинграда в Москву.
Во вторую пятилетку (1933—1937 гг.) протяженность дорог увели­
чилась еще на 348 тыс. км, из которых более 48 тыс. км — с твердым
покрытием. За три года третьей пятилетки (1938— 1940 гг.) было
построено еще 120... 125 тыс. км дорог, из которых 30 тыс. км —
с твердым покрытием.
В 1934—1935 гг. сдана в эксплуатацию автомагистраль Сочи—Мацеста, в 1936 г. — начато строительство дорог Москва—Минск, Мо­
сква—Калуга. В 1939—1940 гт. строится рад усовершенствованных
дорог, реконструируется дорога Житомир—Львов и др. Большое внима­
ние уделялось исследованиям по применению битумных эмульсий при
устройстве дорожных одежд. В 1939 г. прошла успешные испытания пер­
вая эмульсионная установка Кременчугского завода «Дормашина».
В этот период стали широко применяться способы пропитки
щебеночных покрытий. Во время войны восточнее Москвы и в За­
кавказье вместо асфальтобетонных покрытий и пропитки впервые
было широко применено строительство покрытий методом смещения
на дороге с использованием гравийных материалов, местных фунтов,
а также грунтасфальта.
С началом массового производства автомобилей были построены
автомагистрали Москва —Ленинград, Ленинград —Таллин, Мо­
сква—Харьков, Симферополь—Ялта. Киев —Харьков — Ростов, Ро­
стов-Орджоникидзе, Киев—Одесса, Ташкент—Алма-Ата—Фрунзе,
а также рад дорог в районе освоения целинных и залежных земель.
Дороги стали называться автогужевыми.
Возникла настоятельная потребность сформулировать требования
к дороге одиночного автомобиля и транспортного потока в целом
в зависимости от технико-экономических показателей и тяговых
свойств автомобилей. Следовало разработать методы обеспечения
видимости. Поскольку видимость является функцией скорости дви­
жения, то скорость легла в основу проектирования трассы, что было
закреплено в специальных параграфах технических условий (ТУ)
1S
1938 г. Были изучены вопросы устойчивости автомобиля на кривых,
расчетные коэффициенты сцепления колеса с покрытием в разных
условиях, вопросы обеспечения горизонтальной видимости, опреде­
ления характерных расчетных радиусов кривых.
До Великой Отечественной войны исследования устойчивости
грунтов земляного полотна проводились главным образом в при­
родных условиях II (лесной) дорожно-климатической зоны евро­
пейской части СССР. На основе этих исследований (и имея в виду
в основном II зону) были разработаны правила проектирования
земляного полотна для ТУ 1938 г. Проектирование земляного по­
лотна в других обширных зонах СССР этими ТУ рассматривается
как особые случаи.
Расширяется сеть учебных заведений, осуществляющих подго­
товку инженеров-дорожников. В 1930-х гг. создаются автодорожные
институты в Москве, Ленинграде, Харькове, Саратове, Хабаровске,
Омске, немного позднее — в Киеве, Ташкенте.
В 1938 г. было организовано отделение искусственных сооружений
с мостоиспытательной станцией во главе с проф. Е. Е. Гибшманом.
К 1941 г. было построено более 7 тыс. км дорог с асфальтобетон­
ным и цементобетонным покрытиями. В период довоенных пятилеток
было начато строительство первых дорог с усовершенствованным
покрытием под Москвой, Ленинградом, Харьковом, в Крыму и на
Кавказе. Строительство дорог продолжалось и в годы Великой
Отечественной войны. Построено и отремонтировано примерно
140 тыс. км дорог, в том числе 4,3 тыс. км дорого с каменным по­
крытием. Построено и восстановлено 414 тыс. пог. м мостов, усилено
почти 320 тыс. пог. м мостов.
Разработкой теории прочности нежестких многослойных одежд
занимались главным образом специалисты ДорНИИ во главе с проф.
Н. Н. Ивановым. В дни блокады Ленинграда он предложил и обосно­
вал возможность повышения грузоподъемности мостов зимой за счет
намораживания ледяного слоя на проезжую часть. Это позволило
переправить на фронт тяжелое вооружение. Под руководством проф.
Н. Н. Иванова был разработан проект «Дороги жизни» по льду через
Ладожское озеро, который позволил спасти сотни тысяч ленинградцев
от голодной смерти.
Руководство страны не сомневалось в победе над фашистской
Германией и готовилось к послевоенному восстановлению, поэтому
в 1944 г. был издан учебник проф. А. Е. Страментова «Курс городских
дорог».
Послевоенный период характеризуется быстрым ростом меха­
низации работ, поточным методом строительства дорог, широким
использованием для устройства оснований и покрытий местных
материалов, обработанных вяжущими, заменой оснований из щебня
и гравия грунтовыми основаниями, укрепленными цементом и би­
тумом, расширенным применением асфальтобетона, цементобето-
теплых
производства работ за счет повышения производительности труда
и внедрения рационализаторских предложений. Широко развер­
нулось строительство крупных магистралей, связывающих Москву
со столицами союзных республик и важными областными центрами,
а также активизировались работы по благоустройству дорог во многих
городах республиканского, областного и местного значения.
В 1960 г. организуется подготовка инженеров путей сообщения
в Ростовском, Воронежском, Казанском и ряде других институтов
строительного профиля. В РСФСР создаются пять отраслевых до­
рожно-исследовательских лабораторий: в Москве, Воронеже, Ростове,
Саратове, Хабаровске.
В 1962 г. вступила в строй Московская кольцевая дорога протяжен­
ностью 109 км с пересечениями в разных уровнях и с четырехполос­
ным движением. В этом же году СоюздорНИИ получил современную
экспериментальную базу в г. Балашихе под Москвой. На территории
института оыл построен грунтовый испытательныи канал длинои
100 м и шириной 3,5 м для проведения исследований по механизации
работ, испытаний грунтов и слоев дорожной одежды.
В течение семилетки (1958— 1965 гг.) построены дороги: Мо­
сква—Воронеж (496 км), Воронеж—Шахты (521 км), Воронеж—Са­
ратов (433 км), Свердловск—Челябинск (186 км), Волгоград—Чере­
повец (115 км), Грозный —Махачкала — граница Азербайджанской
ССР (411 км).
В апреле 1974 г. было принято постановление ЦК КПСС и Сов­
мина СССР «О мерах по дальнейшему развитию сельского хозяйства
нечерноземной зоны РСФСР», в которую входят шесть автономных
республик и 23 области. Нечерноземье — это 673 районных центра,
914 центральных усадеб колхозов и совхозов, 52 млн га сельхозугодий.
Развитие сельского хозяйства немыслимо без развития сети автомо­
бильных дорог.
В 1970-е гг. большая исследовательская работа по изучению вод­
но-теплового режима земляного полотна проводилась в засушливых
районах Средней Азии, на засоленных фунтах, в условиях подвижных
(Ю
а также в районах вечной мерзлоты (И. А. Золотарь, Н.А. Пузаков,
А.Я.Тулаев, В. М. Сиденко и др.), что позволило разрабатывать реко­
мендации для проектирования противопучинных, морозозащитных,
дренирующих и изолирующих слоев полотна.
В целях разгрузки городов от транзитного автотранспорта вок­
руг городов построены или строятся объездные дороги. Наряду
с магистральными обращается большое внимание на строительство
автомобильных дорог местного значения, играющих большую роль
в народном хозяйстве, особенно в развитии сельского хозяйства. Изза бездорожья в нашей стране потери сел ьмвзпрояугцж состаялялм
от 10 до 30 % урожая.
1}
С.Торайғыр*
атындағы і
академик С.Бөйсем^ IT
атындағы ғылы* и
]
К ІТ А П Х А Н А Г
В 10-й пятилетке завершено сооружение таких крупных маги­
стралей, как Ленинград—Мурманск, Куйбышев—Уфа —Челябинск,
Москва-Волгоград, закончено строительство дороги к аэропорту
«Шереметьево-1» первой категории для четырехполосного движения
автомобилей со скоростью 150 км/ч.
К концу 10-й пятилетки около 90 % районных центров получили
устойчивую автотранспортную связь со своими областными, крае­
выми и республиканскими центрами, а в 37 областях, краях и АССР
эта работа завершилась полностью.
Сеть дорог развивается быстрыми темпами, но потребности на­
родного хозяйства они не удовлетворяют. В 1980-е гг. ежегодный
ввод новых дорог с твердым покрытием составил около 15 тыс. км,
из них менее 50 % имели асфальтобетонные и цементобетонные по­
крытия.
Протяженность дорог общего пользования составляет в нашей
стране 968 тыс. км. Из них круглогодичное движение обеспечивают
лишь около 20 %, а средняя скорость движения по российским до­
рогам составляет лишь 25 км/ч.
Одной из наиболее важных задач в науке и технике автомобильных
использование грунтов для возведения устойчивого
земляного полотна и устройства слоев дорожной одежды, а также
совершенствование технологии строительства и содержания дорог.
Большинство регионов нашей страны слабо обеспечены проч­
ными минеральными материалами, пригодными для дорожного
строительства. Ставилась задача по использованию местных грун­
тов, слабопрочных каменных материалов, отходов промышленности
в дорожном строительстве. Разработка этой проблемы потребовала
привлечения различных специалистов, как почвоведов, так и меха­
ников грунтов, и привела к созданию новой научной дисциплины
«дорожное грунтоведение». В преобразовании естественного грунта
в дорожно-строительный материал большой вклад внесли Б А Заметчинский, С. М. Филатов, С. М. Муравлянский, М. И. Волков,
В.В.Охотин, В. М. Безрук. Существенный вклад в создание научной
дисциплины «Грунтоведение—механика грунтов» внесли Н. В. Орнатский и В. Ф. Бабков, а за успешное внедрение разработок по укреп­
лению фунтов на строительстве дороги «Москва - Симферополь»
проф. Н. Н. Иванову была присуждена сталинская премия.
Больших результатов в области укрепления грунтов вяжущими
^ Г
^ Г
м
г Г
ДОбИЛСЯ ряд а к т и в о в СоюздорНИИ,
Современное состояние науки и техники в дорожной отрасли
России характеризуется снижением объемов финансирования ис­
следовании с падением престижа научного труда. Поэтому в 1997 г.
была разработана и утверждена Росавтодором «Концепция науч“
ш Г Г ПОЛИТИКИ В д°Рожном хозяйстве России на период
18
Контрольные вопросы
1. Каково назначение римских дорог?
2. Перечислите принципы дорожного строительства П.Трезаге.
3. Почему дороги назывались столбовыми?
4. Где и когда началась подготовка специалистов-дорожников в Рос*
сии?
5. Какова роль Августина де Бетанкура в подготовке инженерных кадров
России?
6. Назовите известных дорожников дореволюционной России.
7. Когда началось строительство магистральных дорог в СССР?
8. Почему большое внимание уделяется строительству дорог местного
значения?
Глава
2
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ, УЧИТЫВАЕМЫЕ
ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ
2.1. Основные принципы устройства
земляного полотна
В отличие от возведения объектов промышленно-гражданского
и культурного назначений строительство автомобильных дорог имеет
свои характерные особенности. Они обусловлены целым рядом объ­
ективных причин и факторов:
• большая протяженность площадки, на которой осуществляются
дорожно-строительные работы;
• частая перемена места работы дорожно-строительных и спе­
циализированных подразделений;
• неравномерное распределение объемов работ по протяжению
трассы дороги;
• зависимость технологии производства работ от природно-кли­
матических и погодных условий.
Линейная протяженность площадки усложняет организацию
дорожно-строительных работ, затрудняет условия контроля и ру­
ководства. При этом возникают трудности с доставкой строителей
на объект или их размещением при организации работ вахтовым
методом. Дорожно-строительные машины и механизмы невозможно
ежедневно доставлять на объект в начале рабочей смены и возвращать
на базу в конце рабочего дня. Поэтому руководителю подразделения
приходится решать вопросы с размещением техники и ее охраной
в нерабочее время. Периодически машины и механизмы выходят
из строя, а для их ремонта на месте требуется передвижная ремонт­
ная мастерская с бригадой специалистов. Кроме того, в случае не­
обходимости сложно переместить материально-технические ресурсы
и рабочих с одного участка трассы на другой. Перемещения места
работы специализированных подразделений вдоль трассы строящейся
дороги изменяют расстояния перевозки материалов и оборудования
и потребное количество транспортных средств. Одновременно при­
ходится решать вопросы организации питания рабочих и создания
для них необходимых санитарно-гигиенических условий.
В связи с разной сложностью рельефа и изменяющимися гидро­
геологическими условиями продолжительность выполнения работ
будет различной на протяжении трассы. Поэтому постоянно меня­
ется потребность в машинах и оборудовании. Различные гидрогео­
20
логические условия требуют периодического изменения технологии
производства работ.
Дополнительно на все эти объективные обстоятельства накла­
дывается влияние климатических условий, связанных с ливнями,
снегопадами, сильными морозами, осенней и весенней распути­
цами.
Земляные работы представляют собой сложный комплекс инже­
нерно-технических мероприятий, выполнение которых необходимо
осуществлять по утвержденному, экологически безопасному и эконо­
мически целесообразному проекту организации производства работ.
Он разрабатывается на основе решений, принятых в проекте органи­
зации строительства (ПОС). При организации работ по устройству
земляного полотна следует руководствоваться требованиями СНиП
3.01-85 «Организация строительного производства».
В основе организации производства земляных работ лежат сле­
дующие принципы:
• равномерное и непрерывное выполнение всех рабочих процес­
сов и операций в соответствии с их рациональной технологической
последовательностью и заданным темпом строительства, а также
в увязке с остальными работами по строительству дороги;
• непрерывная готовность участков земляного полотна для устрой­
ства дорожной одежды и непрерывное использование трудовых
и материальных ресурсов;
• технология, основанная на целесообразных для конкретных
условий распределении земляных масс и способах выполнения от­
дельных видов земляных работ;
• комплексная механизация работ, обеспечивающая высокую
производительность труда, полное и эффективное использование
машин и оборудования;
• максимально возможное продление строительного сезона за счет
выполнения отдельных процессов и работ в течение всего года, вклю­
чая период с отрицательными температурами;
• обеспечение требуемого качества работ и высокой устойчивости
земляного полотна независимо от сезона строительства и погодных
условий.
2.2. Определение сроков производства
земляных работ
Технология строительства земляного полотна в значительной мере
зависит от природных условий. На процессы его устройства влияют
климат, рельеф местности, растительность, геологические, гидроло­
гические и гидрогеологические условия.
От природных условий зависят сроки начала и окончания работ,
продолжительность строительства, производительность землеройно­
21
транспортных машин, дальность перемещения фунта, схемы произ­
водства работ и т. д.
При детальной технико-экономической разработке технологии
производства работ учитывают:
• распределение осадков по сезонам года; продолжительность
и интенсивность дождей, метелей, туманов, оттепелей, гололедов;
толщину снегового покрова; относительную влажность воздуха;
• температурный режим воздуха в течение года; даты перехода
температуры воздуха через 0, +5, +10, +15 °С; длительность периода
с температурой выше этих значений;
• температурный режим грунтов; даты начала и окончания промер­
зания и оттаивания; продолжительность периодов мерзлого и талого
состояния грунтов;
• направление ветра в различные сезоны года;
• продолжительность светового дня в различные периоды года;
• для районов со специфическими условиями —данные о снежных
и песчаных заносах, летнем оттаивании грунтов, наледях и др.
Эти данные принимают по климатическим справочникам или
по результатам наблюдений гидро- и агрометеорологических станций
в районе строительства и по ним составляют дорожно-климатический
график (рис. 2.1).
Месяцы
Распутица, дни
Продолжи­
тельность
строительного
сезона
по группам
Рис. 2.1. Дорожно-климатический график района строительства
22
На основании анализа климатических условий устанавливают
сроки начала и окончания земляных работ, продолжительность
строительного сезона, периоды, когда необходимы доувлажнение
или просушивание грунта.
Среднемаксимальная глубина промерзания грунта в данном райо­
не принимается по СНиП или определяется расчетом.
Дорожно-строительные работы целесообразно проводить при
определенных температурных условиях. В зависимости от этого уста­
навливают сроки выполнения работ для различных районов России.
Согласно вычисленным срокам распутиц дорожно-строительные
работы можно проводить в следующие периоды.
1. Удаление древесной растительности в зимний период — после
окончания осенней распутицы и до начала весенней распутицы или
в весенне-летний период.
2. Устройство малых искусственных сооружений можно осущест­
влять в два периода: в зимний — после осенней и до начала весенней
распутицы; в весенне-летний — после окончания весенней и до на­
чала осенней распутицы.
3. Корчевку пней и снятие растительного слоя — в весенне-летний
период.
4. Устройство насыпи бульдозером с перемещением грунта из бо­
ковых резервов или соседних выемок — между весенней и осенней
распутицами.
5. Возведение насыпи скреперами с перемещением грунта из со­
средоточенных резервов и выемок — после окончания весенней и до
начала осенней распутиц.
6. Устройство земляного полотна из привозного грунта автовозкой
при условии разработки песчаных грунтов, при надлежащей подготов­
ке карьеров для работы в зимних, весенних и осенних условиях может
проводиться круглогодично. Продолжительность летнего и зимнего
сезонов зависит от района строительства.
7. Отделочные и укрепительные работы могут быть выполнены при
температуре выше 5 “С. При этом необходимо предусмотреть работы
по планировке резервов, откосов земляного полотна и рытью боковых
канав в летний период, до наступления осенней распутицы.
При расчете продолжительности работ перерывы по климатиче­
ским условиям можно учитывать путем введения в расчет коэффи­
циентов Кл, Ку
К Я=ТЯ- ^
(2.1)
л
( 2.2)
э
где Т„, Т3— календарная продолжительность работ в летний и зимний
периоды; t„, t3 — перерывы по климатическим условиям в летний
и зимний периоды.
23
Земляные работы стремятся выполнять в наиболее благоприятные
периоды года, когда грунты находятся в незамерзшем состоянии
и влажность их не очень велика. Большое значение имеет и возмож­
ность движения машин по грунтовым дорогам (землевозные дороги).
Такими благоприятными периодами года в районах с умеренным
климатом являются весенне-летний период и часть осеннего. На­
пример, для южной части II дорожно-климатической зоны (рис. 2.2)
с конца апреля до начала третьей декады октября естественная влаж­
ность грунтов близка к оптимальной, глинистые грунты не сильно
налипают на рабочие органы землеройных машин, а песчаные,
наоборот, имеют некоторую связность, что также благоприятно для
ведения работ.
Начало и конец такого благоприятного периода для различных
географических районов и некоторые данные для расчета количества
рабочих смен приведены в табл. 2.1.
Земляные работы можно проводить не только в весенний, летний
и осенний периоды, но и при необходимости — зимой. Это требует
дополнительных затрат, материальных ресурсов и труда на очист­
ку от снега, на разрыхление замерзших грунтов, на мероприятия
по предотвращению промерзания и т.д.
Рис. 2.2. Дорожно-климатические зоны
24
нәюэ
ri
cd
Я
S
e?
iО
cd
H
ВНОСЭЭ ЧХЭОНЯІГӘХИЖІЮІЛХІи КВНІЭҺЭВ^
lOQBd и х э о н н ә м э
х н ә и п и ф ф е о л ИИНІГӘСІЭ
odgBXHso и әхэЛ ляв ‘эігсни
‘әнсми ‘ә в и ‘dircduB д
эсідю іәіг и sdgBO H ‘әсіо
-ВХЖ>
‘axdBWЯХИН€И
э н о е э э WOH4L'9XHOdXD я
и ә н іг х и ь о д в б
о я х э ә һ и іг о я
иәніг xHhogBddH олохда
ИЭНІГ ОЯІЭӘҺИІГОХ
иніг dHhogcddH вн
ХӘВІГВІІ ХИН СИ
ҢӘНІГ ХІЧЯИІЛГЖОІГ
ояхэәһиігох
әәШдо
x o g B d в х э ә ю ә и -iXdir в н
w ffo x a d o u ә ғ ш х я ә ч х )о и с Іх /(н д
NBHHhHdU
W14HHOHTlB£HHBJdO OH ң о х э о г іц
нитвю
вмиххвоткіигіи и хжжә^
ИНН’ ӘПНҺИНІГЕЖІи и ә ія н іг о х ія д
4)
2
sCL
C
S
0н3 н
о о
V
O
3
с
е
0{*> о.
X
S
о
3
о.
X
с 0?
я2 5
оQ, оп
и
ҢӘНІГ ОЯХЭӘҺИІГОЯ 30HdBlTH9I/BV
xogB d
к и н в һ н о я о bjlbJJ
xogB d
вігвһвн
ехвр
25
НЭІЧЭ
в н о с ә э ч х э о н ч іг ә іи ж ію іг о г іи ИВНІӘҺЭВ^
x o g e d и іэ о н н ә и іэ
і н ә и п и ф ф е о м у и н іг ә с із
ә й д в і н ә э и ә іэ Л л я в ‘эігсни
‘ Ә НСН И ‘ ӘВЮ ‘ S lf S d U B a
! g ffl
s
°
sdgHMdtr и ә б д в о н ‘3 d g
-B x x o ‘oidBW а х и н е й
ә н о е ә э и о н ч іг ә іи о с ііэ a
и ә н іг xM hogBd о а х э э ь и і ю ^
ңэніг XMhognddHojolh
у э н я ОЯХЭӘҺИІГО)!
ин'п' 9H hogB d9H в н
іэ в г гв и ХИН СИ
и э н іг хічяи іп гж оіг
о я іэ ә һ и ію я
ээйідо
x o g B d в і э ә к ә и jX dir в н
n tr o x d d d u ә іч н х х ә ч ^ о и & іЛ н д
WBHHhHdu
WFIHHOHftBEHHBJdO o u y o i D o d y
нитвн
в х и іх в іг и ф с г ііі и х н о іч э ^
и н іг dFiH hH H trtB du и ә іч н іго х іч д
ҢӘНІГ ОаіЭЭҺИІЮХ 30HdBffH3IfB)J
xogB d
к и н в һ н о х о b i b Jt'
lo g e d
26
вігвһвн
B iB tf
27
НӘІЧЭ
‘ВНОЕӘЭ ЧХЭОНЯІГӘХИЖІГОИЫіІ ВБНІӘҺЭВ^
1
5 3
xoged ихэоннәш э
ін ә и п и ф ф е о я ңиШ Г әйэ
§ Ц5
§
s
і
*
----------■
-------------а л о § 2 I d d o B iH d o и әхэЛ ляв ‘ә ія н и
й
а
қ
с
о
о
н л у J й
‘ӘНСМИ ‘ӘВW ‘ӘІЗДІІІВ Я
25 UС to
>» о5 оН Г"
а
,
о. % s
5 «
S
s
,
«
.
ә а д ю іә іг и ddgBOH ‘a d g
I -Bixо ‘oidBw я хин си
ә н о е ә э июнчігәхиосіхэ е
иэнгг x H h o g e d ояхэәһиіго ) !
иәніг xHhogBddH o jo iji
ИЭНП ОЯХЭӘҺИІГО}!
с с I
о S
инН 9HhogBddH вн
ХӘВІГВІІ хин CM
I
н
3
Х
1
о X ---------------------- —
&
Е
ИӘНІГ ХІЯЯИІЛГЖОГГ
I
ояхэәьшгоя ээйідо
xogBd вхээи әшДсйг вн
mroxsdau әіянхяәя,дои(ііЛнд
WBHMhMdu
WNHHOHtlBEHHBJdO o il yoxDodjj
нипгси
вяихявігифс^іі и хшжә^
HHtr araHhHHtrcBdii и әіянігохид
ИӘНІГ ОЯХЭӘҺИІГОЯ 30HdBttH9ITB)J
xogBd кинвьнохо вхв^
xogBd вігвһвн bxbJ/
28
В некоторых районах зимой условия работ, наоборот, оказываются
лучшими. Например, в малоснежных засушливых районах при незначи­
тельном промерзании грунтов зимний период является более благопри­
ятным для производства земляных работ, так как в это время влажность
грунтов наибольшая. Иногда промерзание грунтов является положитель­
ным фактором и может оказать решающее влияние на выбор времени
для производства земляных работ. Например, в заболоченных районах
в летнее время проезд транспортных машин по грунтовым дорогам
очень затруднен или даже невозможен, поэтому несмотря на сложность
ведения земляных работ зимой это решение часто оказывается рацио­
нальным или даже единственно возможным. При разработке скальных
грунтов их промерзание практически не имеет значения.
В зимнее время обычно выполняют часть земляных работ для того,
чтобы не было простоя машин. Особенно это эффективно в целях
высвобождения транспорта от части перевозок грунта летом, когда
потребность в транспорте бывает максимальной.
Земляное полотно, как правило, возводят заблаговременно. До­
рожную одежду устраивают через год после земляных работ, чтобы
иметь возможность исправить деформации земляного полотна.
При строительстве дорог с капитальными типами покрытий это
условие является обязательным. При устройстве покрытий облег­
ченного или переходного типа допускают строительство дорожной
одежды сразу после возведения земляного полотна. Тогда общий
срок строительства составляет меньше двух лет и период для ведения
земляных работ обычно устанавливают в зависимости от времени
устройства дорожной одежды.
При одновременном ведении земляных работ и работ по устрой­
ству 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 производства земляных работ в зимнее время устанавли­
вают с учетом климатических условий, характера фунтов, их влаж­
ности и промерзания. Количество календарных дней и рабочих смен
определяют расчетным путем, исключая особенно неблагоприятные
периоды. Продолжительность рабочих смен в летний период может
быть увеличена до 12 ч.
При организации работы землеройно-фанспортных машин необ­
ходимо использовать рельеф местности, который оказывает влияние
на выбор ведущих машин для выполнения земляных работ, а также
на их производительность (процессы резания фунта, наполнения
ковша, фанспортирование).
29
Разработку фунта осуществляют с учетом уклона местности. Марш­
руты движения назначают так, чтобы фуженый транспорт передвигал­
ся преимущественно по равнинной местности или под уклон.
Микрорельеф местности определяют по топофафическим картам
района строительства и частично по продольному и поперечному
профилям.
Наличие и состав растительности в районе сфоительства учиты­
вают преимущественно на поверхности дорожной полосы и карьеров
дорожно-сфоительных материалов, так как от этого зависят состав
и объем подготовительных работ. Кроме того, оценивают объем
и необходимость сохранения или удаления почвенно-растительного слоя, возможность использования его для укрепительных работ
и рекультивации.
На основе анализа свойств древесно-кустарниковых пород оце­
нивают их способность к произрастанию, снегозащите, защите
просфанства придорожной полосы от зафязнения соединениями
тяжелых металлов, а также возможность получения деловой древе­
сины для собственных нужд сфоительства.
На стадии проектирования технологии анализируют геологиче­
ские условия района сфоительства, главным образом с точки зрения
оценки качества и пригодности фунтов для устройства полотна;
определяют фанулометрический состав и физико-механические
свойства фунтов в целях их пригодности для нужд строительства;
согласовывают места размещения прифассовых фунтовых карьеров
и уточняют фуппы фунтов по трудности разработки.
С учетом инженерно-геологических условий и рельефа местности
прокладывают землевозные пути и обосновывают их технические
парамефы.
2.3. Типы местности по условиям увлажнения
Увлажнение местности формируют природные условия. Влияние
климата характеризуется местными природными факторами, основ­
ными из которых являются рельеф местности, геологическое строение
(характер и условия залегания фунтов) и уровень подземных вод. Ди­
намичность погодных условий не нарушает общего принципиального
характера увлажнения, а лишь определяет изменение количественного
содержания влаги в фунтах, т. е. степень их увлажнения.
В зависимости от гидрогеологических условий земляное полотно
может увлажняться сверху, сбоку и снизу. Сверху и сбоку вода по­
ступает от атмосферных осадков, выпадающих на поверхность дороги
или стекающих и застаивающихся у подошвы насыпи; снизу влага
поднимается в земляное полотно от грунтовых вод.
Могут быть случаи, когда вода длительное время застаивается
у насыпей.
30
Значительная роль в увлажнении местности принадлежит ее
рельефу. С одной стороны, рельеф обусловливает распределение
теплоты и света (экспозиция склонов) и, следовательно, просуши­
вание грунтов, а с другой — распределяет атмосферные осадки. При
расчлененном рельефе сток выпадающих атмосферных осадков пре­
обладает над просачиванием их в грунты. При слаборасчлененном
рельефе (водораздельные плато, равнины, котловины, очень пологие
склоны с затяжным уклоном) выпадающие атмосферные осадки
застаиваются на поверхности земли и в значительной части впи­
тываются в грунты. В нижней части склонов и в низинах возможно
дополнительное увлажнение грунтов водой, стекающей с вышерасположенных участков.
Важным фактором, влияющим на увлажнение местности, является
ее геологическое строение, обусловливающее тип грунтов и характер
их залегания, которые, в свою очередь, определяют условия впиты­
вания влаги.
Увлажнение грунтов подземными водами зависит от глубины их
стояния (от поверхности земли) и характера толщи грунтов, залегаю­
щей над ними. Все перечисленные ранее природные факторы находят
свое отражение в типе почвообразования и определяют характер
увлажнения местности. Так, на расчлененных, хорошо дренирован­
ных участках, где исключена возможность застоя поверхностных вод
и увлажнения подземными водами, распространены зональные почвы
без признаков заболачивания.
При затрудненном и необеспеченном поверхностном стоке и глу­
боком залегании подземных вод возможен застой ливневых осадков
на поверхности земли. В таких условиях формируются почвы с приз­
наками поверхностного заболачивания.
При высоком уровне подземных вод независимо от условий по­
верхностного стока почвенный покров представлен почвами с приз­
наками заболачивания и болотными почвами. Показателем условий
увлажнения местности являются также растительные сообщества,
которые закономерно повторяются при определенном сочетании
природных факторов: климата, геологического строения, рельефа,
уровня грунтовых вод и типа почвообразования.
По характеру и степени увлажнения в зависимости от источни­
ков увлажнения местность подразделяется на три типа. Конкретные
признаки каждого типа местности приведены в табл. 2.2. Все три
типа увлажнения характерны только для местности с ненарушенным
естественным залеганием грунтов. В земляном полотне формируется
тепловой и, как следствие, водный режим, отличающийся от водно­
теплового режима окружающей местности. Для ограничения влияния
окружающей местности на водно-тепловой режим земляного полотна
проводятся специальные инженерные мероприятия, регулирующие
этот режим и тем самым обеспечивающие прочность дорожной кон­
струкции в целом независимо от времени года.
31
Т аб л и ц а 2.2
Признаки
Тип
местности
Условия увлаж­
нения
местности по условию увлажнения
Признаки увлажнения
Участки
Поверхностный сток обеспечен. Подземные
с нормальны- воды не оказывают влияния на увлажнение
ми условиями J почвогрунтов. Почвы без признаков заболаувлажнения
чивания
(сухие места)
Участки с по­
вышенным
увлажнением
в отдельные
периоды года
(сырые места)
Поверхностный сток не обеспечен (слаборасчлененные широкие водораздельные
плато, равнины, низины). Весной и осенью
возможен застой воды на поверхности.
Подземные воды не оказывают влияния
на увлажнение почвогрунтов. Почвы с п
знаками поверхностного заболачивания
Участки с по­
стоянным
повышенным
увлажнени­
ем (мокрые
места)
Подземные воды оказывают влияние
на увлажнение почв и грунтов независимо
от условий поверхностного стока (понижен­
ные равнины, котловины, склоны, поймы
рек и ручьев). Почвы с признаками забола­
чивания и болотные почвы
Все инженерные мероприятия по регулированию водно-теплового режима основаны на ограничении доступа влаги в земляное
полотно, причем правильное проектирование этих мероприятий
возможно только при условии объективного изучения источников
увлажнения местности. Наиболее сложным является определение
влияния подземных вод.
Условия, при которых можно пренебречь влиянием подземных вод
на увлажнение земляного полотна, зависят от глубины залегания их
от поверхности перед началом промерзания, характеристик фунтов над
уровнем фунтовых вод и расчетной глубины промерзания земляного
полотна.
На основании полевых наблюдений СоюздорНИИ рекомендует
для II дорожно-климатической зоны следующие примерные вели­
чины, которые нужно прибавить к расчетной глубине промерзания
чтобы получить безопасную глубину залегания подземных вод перед
началом промерзания земляного полотна:
1) шины, суглинки тяжелые и суглинки тяжелые пылеватые — 2,5 м
2) суглинки легкие пылеватые, супеси пылеватые и тяжелые пы­
леватые — 1,5 м;
3) супеси легкие и легкие крупные, пески пылеватые — 1,0 м.
32
2.4.
Проекты организации строительства
земляного полотна автодорог и производства работ
Работы по устройству земляного полотна должны выполняться
на основе разработанных и утвержденных проектов организации
строительства.
ПОС составляет проектная организация, согласовывая основные
положения со строительной организацией — генподрядчиком. Соот­
ветствующие разделы ПОС должны быть также согласованы с субпод­
рядными организациями, ведущими сооружение земляного полотна
или выполняющими отдельные виды земляных работ.
ПОС разрабатывается в целях установления принципиальных
решений по организации строительства как дороги в целом, так
и основных работ и является основанием для составления смет, пла­
нирования капитальных вложений и объемов работ, своевременного
проведения подготовительных работ и развития дорожно-строи­
тельных организаций. Его разрабатывают для всего объема работ,
предусмотренного при строительстве дороги в целом или ее участка,
выделенного в отдельный титул и на весь период строительства.
ПОС определяет: сроки возведения земляного полотна в целом
по всему объекту и по отдельным участкам; рациональное распределе­
ние земляных масс с указанием источников получения грунтов и мест
их отсыпки в земляное полотно; выделение участков сосредоточенных
и линейных работ; объемы и сметную стоимость земляных работ;
методы производства и средства механизации процессов разработки,
перемещения, отсыпки и уплотнения грунтов; выполнение укрепи­
тельных работ и обеспечение водоотвода; потребность в основных
материально-технических ресурсах, источники и порядок их получе­
ния; потребность в рабочих и инженерно-технических работниках;
расстановку, взаимодействие, порядок перемещения и использования
в процессе строительства трудовых и материально-технических ресур­
сов; мероприятия по охране окружающей среды, включая рекультива­
цию нарушенных в процессе строительства земель, предотвращение
загрязнения водоемов, запыленности и загазованности атмосферного
воздуха, организацию связи и диспетчерского управления.
Проект производства работ (ППР) разрабатывается дорожно­
строительной организацией на каждый год строительства. Для наи­
более сложных участков сосредоточенных работ возможно выпол­
нение отдельных ППР, которые уточняют и детализируют решения,
принятые в ПОС. Положения утвержденного ПОС можно изменять
только в том случае, если это ведет к снижению стоимости работ,
сокращению сроков строительства, повышению производительности
труда и улучшению качества земляного полотна. Изменения необхо­
димо согласовывать с проектной организацией, разработавшей ПОС,
и организацией, утвердившей его. При составлении ППР особое
внимание должно быть уделено:
33
• уточнению распределения земляных масс на основе возможного
изменения условий отвода земель;
• уточнению методов работ, выбора средств механизации и ком­
плектования отрядов и подразделений с учетом количества и струк­
туры парка машин и механизмов;
• детальному расчету потребности трудовых и материально-тех­
нических ресурсов;
• привязке типовых технологических карт и разработке новых
на сложные виды работ и работы, выполняемые по новым методам
или новыми машинами;
• составлению схем операционного контроля качества;
• разработке мероприятий по круглогодичному производству
земляных работ;
• разработке мероприятий по охране окружающей среды и технике
безопасности.
При составлении ППР используются типовые технологические
схемы и карты по возведению земляного полотна путем привязки
их к местным условиям.
2.5. Виды и последовательность земляных работ
Работы по сооружению земляного полотна должны выполняться
специализированными подразделениями дорожных организаций
(прорабские участки, отряды, бригады). В зависимости от объемов
и сложности земляных работ они подразделяются на линейные и со­
средоточенные .
Линейными называются земляные работы примерно одинакового
объема на единицу длины строящейся дороги, последовательно вы­
полняемые на всем ее протяжении.
К сосредоточенным относятся работы по строительству земляного
полотна на отдельных участках с объемом на 1 км, превышающим
средний объем земляных работ на дороге в три раза и более или
резко отличающимся повышенной сложностью производства и тру­
доемкостью (переходы через болота, оползневые склоны, слабые
грунты, подходы к крупным мостам, высокие насыпи, глубокие вы­
емки и т.д.).
Технологический процесс по устройству земляного полотна вклю­
чает в себя следующие виды работ:
• подготовительные;
• основные;
• планировочные;
• отделочные;
• укрепительные.
Все эти работы выполняются в строго определенной технологи­
ческой последовательности, не зависящей от субъективных обстоя­
34
тельств (физически невозможно выполнить отделочные работы, если
не выполнены основные). Эта последовательность обеспечивает
рациональное использование машин и транспортных средств и вы­
сокую устойчивость сооружаемого земляного полотна.
Подразделения, выполняющие земляные работы, оснащаются
средствами механизации и связи, материалами и оборудованием для
ремонта и обслуживания машин, передвижными жилыми и быто­
выми помещениями, лабораториями. До начала производства работ
необходимо выполнить весь комплекс подготовительных работ,
предусмотренных ПОС и ППР:
• отвод и закрепление земель в постоянное и временное пользо­
вание;
• восстановление и закрепление трассы дороги, полосы отвода,
а при возведении насыпей из грунтов сосредоточенных резервов
(карьеров) — также и мест их размещения;
• расчистку полосы отвода, а также поверхности резервов от де­
ревьев, пней, кустарника, крупных камней и других предметов, пре­
пятствующих выполнению работ;
• снос строений и перенос коммуникаций: линий электропередачи
(ЛЭП), трубопроводов, кабелей связи и т.п. (рис. 2.3);
• разбивку земляного полотна —установку колышков с высотными
отметками, указывающими проектные границы и очертания буду­
щих насыпей, выемок, водоотводных сооружений, а также резервов
и кавальеров;
Рис. 2.3. Объекты, подлежащие сносу и переносу при проведении подгото­
вительных работ
35
• срезку и перемещение почвенно-растительного слоя грунта с по­
верхности основания насыпей и с поверхности выемок и резервов;
• подготовку основания насыпей — его планировку, осушение,
удаление верхнего переувлажненного слоя, уплотнение до требуемых
величин;
• устройство временных дорог в карьеры и для перевозки дорожно-строительных материалов;
*
• подготовку и усиление сети автодорог, намечаемых к использо­
ванию в период строительства;
• строительство производственных предприятий;
• строительство временных жилых поселков.
Основные работы включают в себя:
• устройство водоотводных и дренажных сооружений (боковых,
поперечных, нагорных, забанкетных водоотводных канав; подюоветного и перехватывающего дренажей и др.);
• возведение насыпей (рыхление и разработка грунта в резерве,
выемке или карьере, перемещение его в тело насыпи, разравнивание
слоями требуемой толщины и послойное уплотнение при оптималь­
ной влажности);
• разработку выемок с перемещением грунта в тело насыпи или
кавальеры.
При организации выполнения основных работ необходимо вы­
делить участки линейных и сосредоточенных работ, сооружение
которых целесообразно осуществлять с применением средств гидро­
механизации, а также в зимний период. Количество, направление
и скорость потоков линейных и сосредоточенных работ следует
выбирать на основе заданных объемов и сроков возведения земля­
ного полотна с учетом их взаимодействия с потоками по остальным
конструктивным элементам автомобильной дороги.
Формирование стабильной структуры грунта в насыпи, даже при
условии его уплотнения до требуемой плотности, требует опреде­
ленного времени, в течение которого состояние грунта приходит
в устойчивое равновесие с окружающей средой, завершается процесс
осадки естественного основания и ее нижних слоев под действием
массы вышележащих, упрочняются структурные связи между ча­
стицами грунта в свежеобразованных точках контакта. Поэтому
рекомендуется заканчивать возведение насыпей высотой более 1,5 м
за год до устройства покрытий капитального типа, а также насыпей
выше 3,0 м из пылеватых и тяжелых глинистых грунтов с усовер­
шенствованными облегченными покрытиями. Темпы выполнения
сосредоточенных земляных работ должны обеспечивать их окончание
до подхода потока линейных работ. Разрывы в возводимом земляном
полотне допускаются на участках расположения титульных искус­
ственных сооружений. Земляное полотно следует возводить с заделом,
величина которого должна обеспечивать непрерывное и равномерное
устройство дорожных оснований и покрытий.
36
Разработку выемок и боковых резервов следует начинать с по­
ниженных мест рельефа. Важное значение имеет своевременное
выполнение работ, предотвращающих переувлажнение сооружае­
мого земляного полотна. При возведении насыпей и разработке
грунтовых карьеров работу следует начинать с пониженных мест
рельефа. Важное значение имеет своевременное выполнение ра­
бот, предотвращающих переувлажнение сооружаемого земляного
полотна.
В состав планировочных, отделочных и укрепительных работ
входят следующие операции и процессы:
• предварительная планировка откосов насыпей и выемок, пла­
нировка и отделка резервов;
• устройство присыпных обочин;
• профилирование, окончательная планировка и укатка поверх­
ности земляного полотна, включая откосы;
• перемещение и распределение на откосах растительного грунта,
досыпка и уплотнение обочин;
• укрепление откосов засевом трав, геоматериалами, сборными
решетчатыми элементами, пневмонабрызгом и другими методами.
При проектировании земляного полотна следует применять ти­
повые или индивидуальные решения, в том числе с индивидуальной
привязкой. Индивидуальные решения, а также индивидуальную при­
вязку типовых решений следует использовать при соответствующих
обоснованиях:
• для насыпей с высотой откоса более 12 м;
• для насыпей на участках временного подтопления, а также при
пересечении постоянных водоемов и водотоков;
• для насыпей, сооружаемых на болотах глубиной более 4 м с вы­
торфовыванием или при наличии поперечных уклонов дна болота
круче 1:10;
• для насыпей, сооружаемых на слабых основаниях;
• при использовании в насыпях грунтов повышенной влажно­
сти;
• при возвышении поверхности покрытия над расчетным уровнем
воды менее указанного;
• при применении прослоек из геотекстильных материалов;
• при использовании специальных прослоек (тепло- и гидроизоли­
рующих, дренирующих, капилляропрерывающих, армирующих и т. п.)
для регулирования водно-теплового режима верхней части земляного
полотна, а также специальных поперечных профилей;
• при сооружении насыпей на просадочных фунтах;
• для выемок с высотой откоса более 12 м в нескальных фунтах
и более 16 м в скальных фунтах при благоприятных инженерно-гео­
логических условиях;
• для выемок в слоистых толщах, имеющих наклон пластов в сто­
рону проезжей части;
37
• для выемок, вскрывающих водоносные горизонты или имею­
щих в основании водоносный горизонт, а также в глинистых грунтах
с коэффициентом консистенции более 0,5;
• для выемок с высотой откоса более 6 м в пылеватых грунтах
в районах избыточного увлажнения, а также в глинистых грунтах
и скальных размягчаемых грунтах, теряющих прочность и устой­
чивость в откосах под воздействием погодно-климатических фак­
торов;
• для выемок в набухающих грунтах при неблагоприятных усло­
виях увлажнения;
• для насыпей и выемок, сооружаемых в сложных инженерно-геоло­
гических условиях: на косогорах круче 1:3, на участках с наличием или
возможностью развития оползневых явлений, оврагов, карста, обвалов,
осыпей, селей, снежных лавин, наледи, вечной мерзлоты и т.п.;
• при возведении земляного полотна с применением взрывов или
гидромеханизации;
• при проектировании периодически затопляемых дорог при
пересечении водотоков;
• при использовании теплоизоляционных слоев на участках веч­
номерзлых грунтов.
Индивидуально необходимо также проектировать водоотводные,
дренажные, поддерживающие, защитные и другие сооружения, обес­
печивающие устойчивость земляного полотна в сложных условиях,
а также участки сопряжения земляного полотна с мостами и путе­
проводами.
2.6. Элементы земляного полотна
и типовые поперечные профили
Земляное полотно представляет собой сооружение, предназна­
ченное для размещения конструктивных слоев дорожной одежды
и других элементов дороги (рис. 2.4).
В земляном полотне обычно рассматриваются его верхняя часть
(рабочий слой), основания насыпи и выемки, устройства для по­
верхностного водоотвода, дренирующие сооружения, защитные
гидротехнические сооружения. Верхней частью считается слой уплот­
ненного грунта толщиной не менее 1,5 м от поверхности покрытия
проезжей части.
Основание насыпи представляет собой массив грунта в условиях
естественного залегания, располагающийся ниже насыпного слоя,
а при малых насыпях — ниже границы рабочего слоя.
При устройстве дренирующего слоя его возвышение над рас­
четным уровнем грунтовых и поверхностных вод, над поверхностью
земли в откосах насыпи, а также над расчетным уровнем воды в кю­
ветах должно быть не менее 0,2 м.
38
Рис. 2.4. Элементы земляного полотна и проезжей части дороги
Бровка земляного полотна — линия пересечения плоскости от­
коса и поверхности земполотна в месте их сооружения.
Кромка проезжей части — линия, отделяющая проезжую часть
от обочины.
Обочина — боковая полоса земляного полотна с каждой его сто­
роны между бровкой и кромкой, необходимая для предохранения
краев (кромок) от разрушения, а также для размещения остановочных
полос, барьерного и тросового ограждения, средств сигнализации
и других устройств, обеспечивающих безопасность движения. Обо­
чины могут быть грунтовые или укрепленные различными материа­
лами. Ширина обочин зависит от категории дороги.
По своему назначению обочины по ширине подразделяются:
• на краевую укрепительную полосу, служащую упором для дорожной
одежды проезжей части дороги, устраиваемую, как правило, совместно
с проезжей частью при строительстве (реконструкции) дороги или само­
стоятельно на обочинах и разделительных полосах при ее ремонте;
• остановочную полосу, предназначенную для вынужденной оста­
новки автомобилей. К ней относятся также специально устраиваемые
на обочине или выносном участке для этой же цели остановочные
площадки;
• прибровочную полосу шириной 0,5 м (0,75 м при наличии
оградительных устройств), служащую переходной зоной от обочины
к откосу.
Укрепление обочин выполняют для повышения пропускной спо­
собности автомобильных дорог, а также для удобства и безопасности
движения.
В неблагоприятных грунтово-гидрологических условиях укрепле­
нием обочин защищают земляное полотно от просачивания поверх­
ностных вод, предохраняют проезжую часть дороги от разрушения
и загрязнения.
Укреплением обочин обеспечивают более полный перенос снега
в зимний период, облегчают содержание дороги, а также организацию
движения при проведении на проезжей части ремонтных работ.
39
Откос представляет собой наклонную поверхность, которая огра­
ничивает искусственное земляное сооружение или склоны естест­
венного рельефа.
Ш ирина земляного полотна — расстояние между бровками; нор­
мируется в зависимости от категории дороги.
Подошвой насыпи является нижняя поверхность насыпи, опи­
рающаяся на подстилающий грунт.
Залож ение откоса — горизонтальная проекция откоса. Наклон
его к горизонту, т.е. его крутизна, выражается отношением высоты
откоса к его горизонтальному заложению; при этом высота откоса
условно принимается за единицу.
П олоса от вода — территория вдоль дороги, представляемая
в установленном порядке для размещения соответствующих кон­
структивных элементов автомобильной дороги и ее сооружений,
а также необходимые для содержания и использования указанных
элементов здания, сооружения, защитные и декоративные насажде­
ния и устройства.
Придорожные полосы — участки земли, прилегающие с обеих
сторон к постоянной полосе отвода, создающие нормальные условия
эксплуатации автомобильных дорог и их сохранность, обеспечиваю­
щие требования безопасности населения. В границах этих участков
устанавливается особый режим использования придорожных полос,
включая строительство зданий и сооружений, ограничение хозяй­
ственной деятельности, установку рекламных щитов и плакатов,
не имеющих отношения к безопасности движения.
Различают постоянную полосу отвода (рис. 2.5), границы которой
располагаются на расстоянии 1 м от нижней части откосов земляного
полотна (слева и справа), и временную.
Постоянная полоса отвода предназначена для размещения дороги
и ее сооружений и нормируется в зависимости от категории дороги
Временная полоса отвода служит для размещения боковых кювет-ре­
зервов, временного складирования дорожно-строительных материа­
лов и конструкций, маневрирования машин и механизмов в процессе
Постоянная полоса отвода
Более 1,0
Снимаемый почвенно
растительный слой
Схема постоянной и временной полос отвода (размеры указаны
м)
строительства, размещения валов почвенно-растительного грунта.
В состав земли автомобильных дорог входят полосы отвода, а также
земельные участки, относящиеся к землям транспорта, предостав­
ляемые в установленном порядке для размещения на них объектов,
необходимых для осуществления дорожной деятельности.
Прочность и устойчивость земляного полотна обеспечиваются:
• соблюдением проектных геометрических параметров;
• отводом поверхностных вод и отводом влаги из-под конструкции
дорожной одежды;
• необходимым возвышением бровки земляного полотна над
уровнем грунтовых и поверхностных вод;
• возведением земляного полотна из устойчивых грунтов с по­
слойным уплотнением до требуемого значения;
• назначением оптимальной крутизны откосов насыпей и выемок
с предохранением их поверхности от оползания, водной и ветровой
эрозии.
От устойчивости и прочности земляного полотна в значительной
степени зависят эксплуатационные показатели и срок службы до­
рожной одежды.
В устойчивости земляного полотна большую роль играет регу­
лирование его водно-теплового режима, под которым понимается
комплекс инженерных мероприятий: обеспечение поверхностного
водоотвода; возвышение низа конструкции дорожной одежды над рас­
четным уровнем грунтовых вод; использование грунтов, не склонных
к льдообразованию или увеличению объема при насыщении водой;
надлежащее уплотнение фунтов; усфойство дренажей и различных
прослоек в теле насыпи.
На косогорах устойчивость земляного полотна связана с правиль­
ной врезкой его в склон рельефа, усфойством дренажей глубокого
заложения, подпорных стен и других инженерных сооружений.
Консфукции земляного полотна могут быть типовыми и инди­
видуальными (рис. 2.6).
Индивидуальные поперечные профили земляного полотна раз­
рабатываются при неблагоприятных инженерно-геологических
и гидрологических условиях:
• насыпи высотой более 12 м;
• выемки глубиной более 12 м;
• болота глубже 4 м;
• слабые грунты;
• многолетнемерзлые фунты;
• оползневые склоны;
• глубокие балки и овраги;
• избыточно засоленные фунты и такыры;
• карстовые проявления;
• селевые потоки;
• снежные лавины;
41
Более 1,0
Более 1,0
Менее 6,0 м
Снимаемый почвенно
растительный слой
а
По расчету, но не менее 0,3
Более 5,0
Более 2,0
Более 0,8
Более 1,0
Более 1,0
Более 0.4
Более 0,4
в
Рис. 2.6. Типовые конструкции земляного полотна:
™
п НГ П^ В,Ь!СОТОЙДО6п ; б ~ ТИП 6 ~ насыпь высотой да 12 м на косогорах
с уклоном (1.3)... (1.5); в - тип 11 - выемка глубиной до 12 м в крупнообломочных
песчаных и глинистых грунтах (размеры указаны в м)
• каменные осыпи;
• при использовании средств гидромеханизации;
• при использовании буровзрывных методов.
42
Насыпи высотой до 2 м устраиваются из привозных фунтов с зало­
жением откосов 1:4, что обеспечивает безопасный съезд автомобилей
с дороги при эксфенных обстоятельствах. При усфойстве земляного
полотна высотой до 2 м из боковых юовет-резервов откосы прини­
маются также с уклоном 1:4, а дну резервов придается поперечный
уклон 20... 30 %о в сторону от дороги, так как офаждающие консфукции при этой высоте не предусмафиваются.
Геомефическая форма и консфукция земляного полотна долж­
ны способствовать незаносимости его снегом и песком. Снегозаносимость обеспечивается назначением пологих откосов насыпей
и выемок (от 1:4 до 1:6), возвышением бровки земляного полотна
на 0,4...0,6 м над поверхностью снегового покрова (в данной мест­
ности при расчетной вероятности превышения 5 %), офаждением
дороги зелеными насаждениями и снегозащитными устройствами.
В лучших условиях по снегозаносимости находятся участки фассы,
проложенные вдоль господствующих в зимнее время вефов.
Земляное полотно должно обеспечивать фебуемую безопасность
автомобильного движения, сохранять проектные очертания в тече­
ние заданного срока службы: предупреждать образование размывов,
просадок и морозного пучения свыше расчетных значений (рис.
2.7), обеспечивать достаточную прочность грунтов верхней части
земляного полотна в расчетный период года; гармонично сочетаться
с окружающим ландшафтом; облегчать применение комплексного
механизированного способа возведения и содержания.
На фунты земляного полотна воздействуют нафузки от проезжаю­
щих фанспортных средств и дорожной одежды; погодно-климатиче-
г***»
Рис. 2.7. Пучинистый участок дороги Воронеж—Луганск
43
ские факторы, которые вызывают процессы увлажнения-высыхания
и замерзания-оттаивания, что изменяет свойства грунтов. Значитель­
ные напряжения от проезжающих автомобилей возникают в верхней
части насыпей до глубины 0,6... 1,0 м от поверхности покрытия.
Из-за хаотичного накопления влаги при процессах заморажива­
ния-оттаивания может происходить неравномерное поднятие и опу­
скание поверхности земляного полотна, что приводит к образованию
деформаций дорожной одежды.
Прочность земляного полотна во многом зависит от технологи­
ческих параметров, основным из которых является обеспечение не­
обходимой степени уплотнения грунтов, а также от рационального
расположения в его теле различных грунтов. Более прочные грунты
целесообразно помещать в верхнюю часть насыпи. Земляное полотно
в своем объеме должно быть однородным по физическому состоянию
грунтов. Повышение его однородности приводит к повышению на­
дежности в период эксплуатации.
2.7. Грунты для устройства земляного полотна
Для сооружения земляного полотна применяются четыре основные
группы грунтов: скальные, добываемые путем разрушения скальных
массивов; крупнообломочные, залегающие в естественных условиях;
песчаные; глинистые. Каждая из перечисленных групп классифици­
руется по разновидностям и своим особым характеристикам.
Прочность скальных грунтов принято определять после длитель­
ного воздействия воды:
(2.3)
где R B— предел прочности при сжатии в водонасыщенном состоянии;
чности при сжатии в воздушно-сухом
Ло
скальная пооола не оазмягчается. я п
размягчается.
грунта для применения в качестве дорожно-строиматериала обусловливается его составом и происхождением
Для насыпей применяют грунты
изменяется
что влияет на их прочность и устойчивость в земляном полотне.
скальные
крупнообломочные и песчаные породы (кроме мелких и пылеватых),
для
Щ
Ш
ЯМ • Г*---------------^
земляного полотна без ограничений.
Пылеватые супеси и суглинки, мергелистые, меловые грунты
и трепелы применяются при некоторых ограничениях,
строительства не пригодны следующие грунты: глинистые, влажность
44
которых выше допустимом; избыточно засоленные; торф; ил; мелкий
песок и глинистые грунты с примесью ила и органических веществ;
верхний почвенно-растительный слой, содержащий в большом коли­
честве корни растений; трепелы для насыпей на мокром основании
и на участках, где возможен длительный застой воды; содержащие
гипс в количествах, превышающих нормы.
Объем потребного грунта (резерва) для насыпей определяют
по формуле
Грg
'
(2.4)
где V„ — объем сооружаемой насыпи, м3; К-, — коэффициент отно­
сительного уплотнения.
Коэффициент относительного уплотнения определяют по фор­
муле
* ,= 1 * -,
(2.5)
ое
где бн — требуемая плотность грунта в насыпи, г/см3; 6е — плот­
ность грунта в естественном состоянии (карьер, выемка, или резерв),
г/см3.
Грунты подразделяются на различные фракции по размеру состав­
ляющих их частиц. В природе редко встречаются грунты, состоящие
только из одной фракции. Распределение частиц по размеру зерен
имеет большое значение для механических свойств грунта и выбора
уплотняющих механизмов.
Насыпи, как правило, возводят из однородных грунтов, но при
необходимости их можно отсыпать из разных грунтов, однако рас­
полагать эти грунты следует отдельными горизонтальными слоями.
В верхней части насыпи (1,0... 1,5 м) должен быть более прочный
грунт, так как эта часть подвергается значительному воздействию
природных факторов и транспортных средств. При отсыпке нижней
части насыпи из дренирующих грунтов толщина этого слоя должна
быть больше высоты капиллярного поднятия влаги в этих фунтах для
предотвращения притока воды в верхнюю часть насыпи.
Поскольку земляное полотно чаще всего усфаивается в насыпях,
то следует применять качественные фунты, например песчаные, ко­
торые характеризуются высокой фильфацией, постоянством объема
при льдообразовании и значительной прочностью при влажном со­
стоянии.
Если в районе сфоительства дороги нет песков или супесей, на­
сыпи могут возводиться из местных связных фунтов, однородных
по физико-механическим свойствам.
Насыпи в местах примыкания к устоям и консолям мостов и пу­
тепроводов возводят из дренирующих фунтов.
Допускается применять в насыпях на дорогах IV—V категорий
меловые, тальковые фунты и трепелы в средней части земляного
45
полотна незатопляемых насыпей высотой до 5 м, расположенных
на сухом основании, с обязательным прикрытием их слоем недре­
нирующих грунтов толщиной не менее 1,5 м.
Торф запрещается укладывать в насыпи. Пылеватые грунты могут
быть использованы на дорогах капитального типа только в нижней ча­
сти насыпей; верхнюю часть насыпей высотой до 1,5 м рекомендуется
отсыпать из непылеватых, преимущественно песчаных и супесчаных,
грунтов. Грунты, не допускаемые к применению в насыпь при устрой­
стве земляного полотна в нулевых отметках и выемках, должны быть
заменены доброкачественными грунтами на глубину не менее 0,8 м.
Не допускается укладывать в насыпь ил, мелкий песок с приме­
сью торфа или ила, избыточно засоленные грунты (при 8 % и более),
имеющие хлоридное засоление и более 5%-ное сульфатное засоление,
а также жирные глины, меловые и тальковые грунты и трепелы при
наличии грунтовых вод на глубине 1 м и на поймах рек.
Расположение грунтов в насыпи:
• насыпь отсыпают горизонтальными слоями; не должно быть
наклонных слоев, по которым может происходить оползание грунта.
При отсыпке дренирующего грунта на слой менее дренирующего
поверхности последнего должен быть придан выпуклый профиль
с уклоном 40 %о;
• откосы слоев грунта с большей дренирующей способностью
не должны прикрываться грунтами с меньшими дренирующими
свойствами;
• не допускается отсыпка вперемежку разнородных по водопро­
ницаемости грунтов;
• должны быть созданы условия свободного просачивания из на­
сыпи проникающих в нее дождевых и поверхностных вод;
• не следует допускать линз, мешков и карманов, в которых может
застаиваться вода;
• осадка различных участков насыпи должна быть равномерной;
• во II и III зонах на дорогах с усовершенствованным покрытием
капитального типа, на сырых и мокрых участках легкие пылеватые
суглинки и тяжелые пылеватые супеси рекомендуется применять
лишь в нижней части насыпи. Верхнюю часть насыпи на толщину
1,2 м при цементобетонном покрытии и 1,0 м при асфальтобетонном
покрытии во II зоне и соответственно на толщину 1,0...0,8 м в III
зоне необходимо отсыпать из супесчаных грунтов.
По условиям увлажнения в земляном полотне грунты ведут себя
по-разному.
Каменные и щебенистые грунты — обломки устойчивых скаль­
ных горных пород, как естественные, так и полученные в результате
разработки монолитной скалы, являются хорошим материалом для
возведения насыпи земляного полотна. Проникновение воды в проме­
жутки между обломками разрушенной скальной породы существенно
не влияет на прочность и устойчивость земляного полотна.
46
Гравийные и песчаные грунты водопроницаемы и не склонны
к накоплению влаги при промерзании. Песчаные грунты являются
наилучшим материалом для насыпей в неблагоприятных гидрогео­
логических условиях — на заболоченных участках и поймах. В связи
с малой высотой капиллярного поднятия и хорошей водопрони­
цаемостью эти грунты не переувлажняются в основании дорожных
одежд и быстро просыхают в пойменных насыпях при стоке высоких
вод. Однако при течении воды вдоль насыпи песчаные грунты из-за
малой сопротивляемости размыву неприменимы без специального
укрепления откосов. Их необходимо также укреплять от размыва
дождевой водой и развеивания ветром.
Супесчаные грунты содержат наибольшее количество глинистых
частиц, достаточное для придания им связности в сухом состоянии,
обладают удовлетворительной водопроницаемостью. Насыпи из этих
грунтов можно устраивать как в сухих, так и в переувлажненных
местах.
Мелкозернистые супесчаные грунты, содержащие более 50 % ча­
стиц диаметром менее 0,25 мм, менее устойчивы в переувлажненном
состоянии. При промерзании они склонны к накоплению влаги и пу­
чению. Особенно сильно процесс развивается в пылеватых грунтах.
В откосах земляного полотна эти грунты легко размываются. При
насыщении водой пылеватые грунты приходят в текучее состояние.
Суглинистые фунты являются хорошим материалом для земляного
полотна. Они хорошо сопротивляются размыву и устойчивы в отко­
сах. При большом содержании пылеватых частиц суглинистые фунты
опасны в отношении пучения. В пойменных суглинистых насыпях
при спаде высоких вод обратное движение воды, фильтрующейся
из насыпи, может вызвать гидродинамическое давление, приводящее
к обрушению откосов.
Глинистые фунты обладают значительной связностью и очень
малой водопроницаемостью, медленно насыщаются водой и мед­
ленно просыхают. Эти фунты — хороший материал для возведения
насыпей в сухих местах и местах, увлажненных на короткое время.
В переувлажненном состоянии они переходят в мягкопластичное
и текучее состояния, липки и не поддаются уплотнению.
Глинистые фунты (супеси, суглинки, глины) можно применять для
воздействия насыпей при влажности, не превышающей оптимальную
для этих фунтов более чем на 10 %.
Для отсыпки насыпей без Офаничения допускаются камень, ще­
бенистые и фавелистые фунты, непылеватые пески, водоустойчивые
местные материалы и отходы промышленности.
Пылеватые суглинки и пылеватые фунты могут быть использо­
ваны на дорогах с капитальным типом покрытий только в нижней
части насыпи, верхнюю часть насыпи на 0,6...0,8 м рекомендуется
отсыпать из непылеватых, преимущественно песчаных и супесчаных,
фунтов.
47
2.8. Физико-механические свойства
и деформативная способность грунтов
В любом грунтовом объеме содержатся минеральные частицы,
защемленный воздух и вода в различных пропорциях (рис. 2.8).
Прочносвязанная вода обладает прочностью при сдвиге и более
низкой температурой замерзания, чем обычная вода. Толщина слоя
этой воды — около 0,2 мкм. Рыхлосвязанная вода может перехо­
дить в свободную, подверженную гравитационным воздействиям
влагу.
Качество уплотнения зависит от типа и физических свойств
грунта, технологии уплотнения и прикладываемой энергии. Зна­
чительное влияние на уплотняемость и несущую способность ока­
зывают гранулометрический состав грунтов и форма минеральных
частиц.
По размерам частиц грунты подразделяются:
• на галечниковые — более 20 мм;
• гравелистые — от 2 до 20 мм;
• песчаные — от 0,5 до 2,0 мм;
• пылеватые — от 0,005 до 0,500 мм;
• глинистые — менее 0,005 мм.
Минеральные частицы, из которых состоят грунты, подразделя­
ются:
• на угловатые, окатанные, округлые — достаточно крупные ча­
стицы;
• пластинчатые, чешуйчатые — мелкие частицы.
Толщина пластинок грунта в 20 раз (иногда — до 300 раз) меньше
их поперечных размеров. Глинистые грунты имеют форму пластинок
(чешуек). Ввиду большой удельной поверхности таких частиц свой­
ства фунтов определяются содержанием глинистых частиц. В процес1
V
3
Рис. 2.8. Структура грунта:
1 — твердые частицы; 2 — влага (водно-коллоидные пленки); 3 — защемленный
воздух
48
се уплотнения силы трения и сцепления препятствуют объединению
отдельных частиц грунта в плотный массив.
В дискретных, несвязных грунтах преобладают силы трения,
а в связных — силы сцепления. Разделение грунтов на связные и не­
связные достаточно условное, так как не существует резких отличий
в свойствах грунтов в их пограничной области. Кроме природных
грунтов есть еще и техногенные грунты — это естественные грунты,
измененные и перемещенные в результате хозяйственной деятель­
ности человека (дробленый песок, щебень), а также твердые отходы
производственной деятельности (зола, шлаки, шламы).
Уплотнение фунтов часто связано с приложением к ним бысфодействующей повторяющейся нафузки. Способность рыхлосвязанной
воды под действием внешних воздействий (вибраций, ударов) перехо­
дить из связного состояния в свободное приводит к резкому снижению
структурных сопротивлений в фунтах, что облегчает их уплотнение.
Такие изменения в фунтах называются тиксотропными. Это обрати­
мый процесс, т.е. вслед за разупрочнением по прекращению действия
нафузки начинается период тиксофопного упрочнения.
Влажность относится к факторам, влияние которых на физико­
механические свойства фунта особенно велико. По мере повышения
влажности связный фунт из монолитного, сравнительно прочного,
но вместе с тем и хрупкого состояния постепенно переходит в пла­
стическое (превращается в пасту), а затем в текучее состояние. Влага
обусловливает силы связи между частицами, главным образом гли­
нистыми.
Возьмем навеску фунта в воздушно-сухом состоянии. Постепенно
добавляя в фунт воду, будем наблюдать за его состоянием, отмечая
характерные влажности (ГОСТ 5180—84).
Предел раскатывания (нижний предел пластичности) соответству­
ет такой влажности фунта в процентах, при которой изготовленное
из фунта и воды тесто, раскатанное в жгут диамефом 3 мм, начинает
распадаться на кусочки длиной 3... 10 мм.
Предел текучести (верхний предел пластичности) соответствует
такой влажности фунта, при которой стандартный прибор (конус
Абрамса) под действием силы тяжести за 5 с пофужается в фунт
на глубину 10 мм.
Число пластичности представляет собой разность между пределом
текучести и пределом раскатывания, выраженных в процентах.
Число пластичности J — показатель, используемый как критерий
для разделения фунтов на виды: J > 17 — глина; J = 17... 7 — суглинок;
J <7 — супеси; J = 0 — непластичные фунты (пески).
Влажность W — это отношение массы воды (т 2) к массе твердых
частиц (/и,), %:
1У = Ш1100
т.
(2.6)
49
Объемная масса (плотность) скелета грунта 6С1С— это масса твердых
частиц в объеме этих же частиц V,, %:
я - т 1100.
(2.7)
5“ - й 1
Плотность скелета грунта 8СК может быть определена через объ­
емную массу сырого грунта 5 и влажность IV, %:
6СК
§
100.
(2.8)
1+W
Нормы плотностей отличаются в зависимости от назначения
земляных инженерных сооружений. Применяемые для уплотне­
ния машины должны обеспечивать требуемые плотности грунтов,
которые устанавливаются соответствующими нормативными до­
кументами.
Требуемые плотности грунтов устанавливают по результатам ис­
пытаний их в приборе стандартного уплотнения, представляющем
собой стальной стакан, внутренний диаметр и высота которого со­
ставляют соответственно 100 и 127 мм, а объем — 1 л. Грунт уплот­
няют в этом стакане послойно в три слоя специальной трамбовкой.
Работа на уплотнение каждого слоя одна и та же. Она определяется
числом ударов гири массой 2,5 кг, сбрасываемой с высоты 30 см, —
по 40 ударов на слой (ГОСТ 22733—77). За рубежом подобные ис­
пытания проводят с помощью обычного или модифицированного
прибора Проктора.
В конце процесса уплотнения измеряют полученную плотность
грунта. Уплотнение грунта в этом стакане каждый раз производят
при разной влажности, постепенно увеличивая количество влаги
в исходном грунте на 1 ...2 %. По результатам испытаний строят
кривую, устанавливающую зависимость
достигнутой плотности скелета грунта оск
от его влажности W (рис. 2.9).
Из графика видно, что при опреде­
ленной для данной нагрузки влажности
плотность фунта приобретает максималь­
ное значение. Эта плотность называется
максимальной стандартной, а соответ­
ствующая ей влажность
оптимальной
влажностью WQ.
При более высоких нафузках уплот­
Рис. 2.9. Кривые стандарт­
нения
(путем
увеличения
массы
гири
или
ного уплотнения грунта:
высоты падения) можно достичь более
1 — максимальная стандарт­
высокой
максимальной
плотности
фунта.
ная плотность при высокой
При этом оптимальная влажность будет
нагрузке; 2 — максимальная
стандартная плотность при меньше. Например, кривая 1 имеет 6'шах
меньшей нагрузке
и W 0. Требуемую плотность, которую
50
нужно обеспечить в инженерных грунтовых сооружениях, определяют
как долю от максимальной стандартной плотности:
8о=*у&тах,
(2-9)
где Ку — коэффициент уплотнения, значения которого для каждого
земляного сооружения устанавливаются в пределах 0,9... 1,0 (СниП
2.05.02-85).
При выборе параметров машин для уплотнения грунта очень
важно оценивать способность грунта сопротивляться внешним наг­
рузкам. Во время уплотнения рабочие органы машин воздействуют
на полупространство грунта, поэтому и сопротивляемость грунтов
деформированию следует определять в этих координатах.
Взаимодействие с грунтом рабочих органов машин аналогично де­
формированию полупространства грунта или слоя конечной толщины
жестким круглым штампом, что исследовано достаточно хорошо. От­
ступление от этой схемы учитывается в каждом конкретном случае.
Уплотнение непосредственно связано с развивающейся деформа­
цией, а следовательно, и с теми давлениями, которые имеют место
на поверхностях контактов рабочих органов машин с грунтом. В ре­
зультате действия контактного давления под штампом в расположен­
ном вблизи от поверхности объеме грунта возникают напряжения, под
влиянием которых и происходят взаимные перемещения частиц.
Оказываемая на грунт нагрузка воспринимается не только мине­
ральными частицами, но и водой, и воздушными пузырьками.
При деформировании грунта находящийся в нем воздух в основ­
ном удаляется, но часть его остается в закрытых порах. Этот воздух
называется защемленным. По мере развития деформации защем­
ленный воздух сжимается, что повышает давление в порах грунта
и напряжение в водно-коллоидных пленках.
При сближении частицы или их агрегаты сначала соприкасаются
окружающими их водными пленками, которые в местах контактов
начинают испытывать возрастающие местные давления. В результате
происходит утоньшение этих пленок на контактах за счет утолще­
ния их в других, менее напряженных местах. Происходит миграция
пленочной влаги под нагрузкой, и скорость развития деформации
становится зависимой от скорости этой миграции.
Вязкость водно-коллоидных пленок вокруг частиц грунта превы­
шает вязкость свободной воды, потому что они состоят из структу­
рированной жидкости (рыхлосвязанной и прочносвязанной воды),
связанной силами физико-химического взаимодействия, которые раз­
виваются между твердой и жидкой фазами фунта. Поэтому мифация
пленочной влаги происходит с гораздо меньшими скоростями, чем
мифация свободной воды, что в значительной мере снижает скорость
развития деформации фунта.
После прекращения действия нафузки перемещения частиц и их
афегатов, а также мифация влаги происходят в обратном направ­
51
лении. При этом водно-коллоидные пленки стремятся восстановить
свою первоначальную толщину.
Деформации грунтов, как и всех других материалов, могут быть
обратимыми и необратимыми (рис. 2.10). После снятия нафузки об­
ратимая деформация исчезнет, а необратимая останется.
При деформировании фунтов обратимая деформация не всегда
идет с высокими скоростями (упругая деформация протекает со ско­
ростями, близкими к скорости звука), поэтому часто ее развитие
отстает от изменения напряжения, что особенно заметно при разфузке фунта.
Необратимая часть деформации может быть названа также пла­
стической при условии, что она не сопровождается нарушением
сплошности грунта. При нафужении полупространства жестким
круглым штампом в объеме фунта непосредственно под штампом
происходит сближение частиц и развиваются деформации, которые
протекают в основном с изменением объема фунта, т.е. его уплот­
нением. По мере роста нафузки под штампом область, в которой
протекают деформации, с изменением объема фунта растет и до­
стигает своего максимального значения. Эта область под штампом
имеет форму, близкую к сферической, и называется уплотненным
ядром (рис. 2.11).
При дальнейшем увеличении нафузки на штамп роста уплотнен­
ного ядра уже не происходит и не наблюдается деформаций с изме­
нением объема, но развиваются деформации без изменения объема
фунта. В этот период начинаются пластические сдвиги по плоскостям
скольжения и выпирание фунта в стороны из-под штампа.
Нафузка, при которой происходит качественное изменение ха­
рактера деформации, т.е. изменение объема (пластические сдвиги),
соответствует пределу прочности фунта 8ПП. Нафузка при уплотнении
фунта не должна превышать его предела прочности: а к < а ПЛ1, т. е.
Время
Рис. 2.10. Обратимые и необратимые деформации фунтов
52
Уплотненное ядро
Рис. 2.11. Формирование уплотненного ядра при статическом уплотнении
а к — контактное давление под рабочим органом уплотняющих ма­
шин — должно быть меньше или равно пределу прочности грунта.
Уплотненное ядро образуется также и при качении вальца или
пневматического колеса. При этом в верхней части полупростран­
ства формируется слой уплотненного грунта определенной толщины
и плотности, которые зависят от свойств уплотненного ядра:
• размер уплотненного ядра определяет глубину активной зоны,
которая зависит от диаметра штампа и составляет (1,5... 2,0)^/;
• в пределах активной зоны (уплотненного ядра) плотность грунта
во всех точках одинакова и выше плотности окружающего его грунта;
• предельная глубина, на которую еще
распространяется действие нагрузки, со­
ставляет 3,5d.
Эффективность работы грунтоуплотняю­
щих машин зависит от правильности выбора
толщины уплотняемого слоя. При излишне
большой толщине слоев требуемая плотность
грунтов не достигается, поэтому толщина
уплотняемого слоя не может быть больше
глубины активной зоны.
При наличии жесткого основания можно Рис. 2.12. Распределение
подобрать такие предельные толщины слоев, напряжений от сосре­
для которых напряжения по глубине будут доточенной нагрузки
распределяться равномерно, что обеспечит в верхней части земля­
однородное уплотнение фунта.
ного полотна:
В практике дорожного строительства / — для полупростран­
фунты всегда уплотняют послойно. В осно­ ства (кривая Буссинеска);
вании уплотняемого слоя находится ранее 2, 3 — для слоев, лежащих
уплотненный более жесткий фунт.
на жестком основании
53
Т аб л и ц а 2.3
Определение объема грунта в зависимости от коэффициента
относительного уплотнения
Объемы различных видов грунтов, м3
Состояние грунта
Скальная
отсыпка
Гравий
и песок
Суглинок
Глина
Естественное
1,00
1,00
1,00
1,00
Насыпное (неуплотненное)
1,75
1,20
1,30
1,50
Уплотненное
1,40
0,90
0,85
0,85
Влияние жесткого основания приводит к концентрации сжимаю­
щих напряжений по оси сосредоточенной нагрузки, а также к мень­
шему перепаду напряжений по глубине, т. е. к их выравниванию.
Распределение напряжений ст по глубине грунта Һ представлено
на рис. 2.12. Выравниванию способствуют также и развивающиеся
в грунте пластические сдвиги. В результате такого выравнивания
кривая распределения напряжений по глубине значительно отлича­
ется от классической кривой Буссинеска.
Сопротивление деформированию и предел прочности грунта
в процессе уплотнения возрастают, поэтому для дальнейшего повы­
шения плотности грунта необходимо повышать контактные давле­
ния. Другими словами, давление рабочего органа машины должно
постепенно повышаться от прохода к проходу при использовании
катков или от удара к удару при использовании трамбующих машин.
Плотность, а следовательно, и объем грунта зависят от того, в каком
состоянии грунт находится: в естественном, насыпном или уплот­
ненном. При возведении земляного полотна всегда устанавливается
требуемая толщина слоя. Необходимый для этого объем грунта может
быть определен по представленным в табл. 2.3 соотношениям.
2.9.
Комплексная механизация
при производстве земляных работ
При производстве земляных работ должны применяться способы
и средства механизации, обеспечивающие выполнение заданных
объемов работ в установленные сроки, с высоким качеством, мини­
мальными стоимостью и трудоемкостью.
Механизация должна быть комплексной и охватывать все процес­
сы и виды работ. На вспомогательных работах в целях сокращения
ручного труда необходимо использовать различное сменное обо­
рудование к основным машинам и механизмам. Выбирая машины
54
и технологические схемы производства работ, необходимо учитывать
характер расположения грунтов в резерве и их физико-механические
свойства.
Выбор технологии производства земляных работ и средств механи­
зации на отдельных участках осуществляется на основе технико-эко­
номического сравнения нескольких вариантов с учетом воздействия
на окружающую среду. При разработке вариантов комплексной меха­
низации следует предусматривать максимальную загрузку комплектов
машин с работой в две-три смены.
Комплексной механизацией принято называть такой способ ме­
ханизации производства работ, при котором все основные и вспомо­
гательные тяжелые и трудоемкие процессы выполняются машинами,
увязанными между собой по основным параметрам (производитель­
ности, грузоподъемности).
Для поддержания машин и средств малой механизации в ра­
ботоспособном состоянии должна непрерывно функционировать
система технического обслуживания и планово-предупредительных
ремонтов. Поэтому дорожно-строительные подразделения должны
иметь ремонтные мастерские, в том числе и передвижные, необхо­
димые запасы горючесмазочных материалов и запасных частей. При
производстве работ особое внимание должно уделяться улучшению
условий труда и безопасности.
Комплексная механизация осуществляется на основе рациональ­
ного выбора машин и оборудования, обеспечивающего их работу
во взаимно согласованных режимах, увязанных по производитель­
ности и условиям наилучшего выполнения технологического про­
цесса. В совокупности машин выделяют ведущую машину, которая
определяет темп и ритм работы. Эта машина обычно бывает занята
главной производящей операцией.
Например, при строительстве высоких насыпей в комплект машин
для комплексной механизации входят: основная ведущая машина —
одноковшовый экскаватор (разработка грунта); вспомогательные ком­
плектующие машины — автосамосвалы, бульдозеры (разравнивание
грунта после разгрузки его из автомобилей самосвалов); самоходные
или прицепные катки (уплотнение грунта в насыпи); бульдозеры,
занятые на содержании откосов; автогрейдер (планировка грунта
в насыпи); рыхлители (рыхление плотных грунтов). Можно при­
вести и другие примеры, где ведущей машиной является скрепер,
а остальные — комплектующие.
Существует также малая механизация, к которой относятся руч­
ные машины, различные приспособления и оснастка, позволяющие
за счет простых средств и особенностей конструкции упростить и об­
легчить ручной труд.
Основная ведущая машина по своей производительности должна
обеспечить выполнение объемов работ в заданные сроки с заданным
темпом. Производительность вспомогательных машин в комплекте
55
должна быть на 10... 15% больше, чем основной машины. Состав
комплекта машин должен обеспечивать непрерывность потока грун­
та от места его разработки до места отсыпки в насыпь или отвал.
Производительность каждой входящей в комплект машины должна
обеспечивать наиболее эффективную работу ведущей машины. Не­
соблюдение этого условия влечет за собой снижение производитель­
ности всего комплекта машин до уровня наименее производительной
машины.
При организации работы землеройно-транспортных машин не­
обходимо использовать рельеф местности, так как он оказывает
влияние на выбор ведущих машин для производства земляных ра­
бот, а также на их производительность (процессы резания грунта,
наполнения ковша, транспортирование). Размещают землевозные
пути и определяют их технические параметры в соответствии с ин­
женерно-геологическими условиями и рельефом местности.
При разработке проекта производства работ анализируют ги­
дрологические и геологические условия района проложения трассы
дороги для оценки и прогнозирования их влияния на прочность и
устойчивость земляного полотна. Оценивают гранулометрический
состав и физико-механические свойства грунтов и делают вывод
о пригодности их для строительства. Назначают места закладки
притрассовых грунтовых карьеров и определяют группы грунтов
по трудности их разработки.
Контрольные вопросы
1. Чем обусловлены характерные особенности дорожного строитель­
ства?
2. Какие принципы положены в основу организации производства зем­
ляных работ?
3. Какие природно-климатические факторы влияют на технологию про­
изводства работ?
4. Как зависит тип местности от условий увлажнения?
5. В какие сроки выполняются различные виды работ?
6. Что определяет проект организации строительства земляного полотна?
7. Чему уделяется особое внимание при разработке проекта производства
работ?
8. Какие работы относятся к сосредоточенным?
9. Какие работы выполняются до начала производства работ по устройству
земляного полотна?
10. Какие грунты не пригодны для возведения земляного полотна?
11. Несоблюдение какого условия влечет за собой снижение произво­
дительности всего комплекта машин?
12. Какими свойствами обладает уплотненное ядро в грунтовом масси­
ве?
Глава
3
ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ
3.1. Назначение временных дорог
Временные дороги устраиваются для круглогодичного или сезон­
ного использования (летнего или зимнего). В зависимости от интен­
сивности транспортного потока и объема перевозимых грузов они
подразделяются:
• на грунтовые, улучшенные скелетными добавками;
• с лежневым и дощатым настилом, усиленным геотекстильным
полотном;
• из сборных металлических и железобетонных элементов;
• автозимники;
• ледовые переправы.
Временные дороги используются для передвижения машин и ме­
ханизмов и обеспечивают перевозку:
• древесины при рубке леса и корчевке пней;
• грунта транспортными средствами при устройстве земляного
полотна;
• рабочих и инженерно-технических работников к месту работы
и обратно;
• дорожно-строительных материалов.
По своему назначению временные дороги подразделяются
на подъездные и объездные. Подъездные {и внутриобъектные) до­
роги должны обеспечивать необходимые объемы перевозок для нужд
строительства в период, определенный графиком поставки материа­
лов. Они соединяют источники снабжения строительными материа­
лами, изделиями и полуфабрикатами (карьеры грунтовых и каменных
материалов, железнодорожные станции и пристани, цементобетонные
и асфальтобетонные заводы и т. п.) с трассой строящейся дороги.
Подъездные дороги в большинстве случаев используются только для
строительного транспорта.
Объездные дороги эксплуатируются не на всем протяжении одно­
временно, а только на тех участках, которые обеспечивают объезд мест
производства работ. Они устраиваются вдоль строящейся автодороги.
Их назначение — обеспечение пропуска транспорта общего пользо­
вания на участках производства работ, когда проезд по строящейся
дороге невозможен или нежелателен по техническим причинам.
57
Категорию дорог и тип покрытия назначают на основе ожидае­
мой интенсивности движения с учетом срока службы и сезонности
перевозок.
Движение может быть интенсивным, особенно при реконструкции
или капитальном ремонте существующей дороги.
Использование существующих дорог, отклоняющихся от жела­
тельного кратчайшего направления, целесообразно при условии,
что суммарные транспортные, эксплуатационные и строительные
расходы по более длинному (существующему) варианту меньше
аналогичных расходов при устройстве путей по новому, наиболее
короткому, варианту.
Это условие выражается следующим неравенством:
L[c'mQ + с ; ) < i(c'mQ + с ; + с н),
(з.і)
где L — общая протяженность временных дорог при использовании
существующих (на всем протяжении или частично), км; С'т — стои­
мость перевозки 1 т на 1 км по первому варианту, руб.; Q — объем
грузов, намеченный к перевозке по временным дорогам за весь пе­
риод их эксплуатации, т; С' — эксплуатационные расходы на содер­
жание и ремонт 1 км временных дорог по первому варианту за весь
период их эксплуатации, руб.; / — протяженность временных дорог
при проектировании их по кратчайшему направлению, допускаемому
рельефом, застройками и другими условиями, км; Ст — стоимость
перевозки 1 т на 1 км по кратчайшему варианту, руб.; С* — эксплуа­
тационные расходы на содержание и ремонт 1 км временных дорог
по кратчайшему варианту за весь период их эксплуатации, руб.; Сн—
средняя стоимость 1 км постройки новых дорог и приспособленных
для временного проезда, руб.
При организации строительства основной автомобильной дороги
поточным методом целесообразно использовать на объездной дороге
сборно-разборные инвентарные покрытия.
3.2. Временные грунтовые дороги
для летней эксплуатации
Временные дороги должны соответствовать заданному направ­
лению и иметь наименьшее протяжение, минимальное количество
переходов через болота, овраги, реки, пересечений с существующими
железными и автомобильными дорогами. Их нужно прокладывать
как можно ближе к месторождениям местных дорожно-строительных
материалов. Грунтовые дороги допускают движение по ним только
в сухое время года. В дождливое время года, а также во время ве­
сенней и осенней распутиц движение по грунтовым дорогам сильно
затрудняется, за исключением участков с крупнозернистыми песча­
ными и гравелистыми грунтами. В сухое время года при движении
58
фунтовым
движения, уменьшает пропускную способность и отрицательно
окружающую
могут быть улучшены
супеси, суглинка), ракушки
фавия, щебня, кирпичного боя, шлака и других местных материа­
лов;
• обработкой органическими вяжущими материалами;
• введением цемента;
• введением полимерных материалов.
Работа по созданию грунтовой дороги носит общее название
«профилирование».
Для этой цели используются автофейдеры, которые профилируют
проезжую часть. Для нее не пригодны однородные глинистые фунты;
глины должны быть не больше, чем это необходимо для связи частиц
песка в сухом состоянии или при незначительной влажности смеси.
Количество и свойства глины в смеси очень существенны, так как
она служит одновременно и вяжущим, и регулятором влажности.
В сухую погоду пленка воды на глинистых участках связывает всю
фунтовую смесь. При переувлажнении глина набухает и теряет не­
сущую способность.
Не пригодны для усфойства фунтовой дороги и песчаные фунты,
у которых сравнительно крупные песчинки не связаны друг с другом.
В сухое время года такие фунты представляют собой почти непреодо­
лимое препятствие для проезда автомобилей и только при увлажнении
становятся плотными и хорошо проезжаемыми.
Если фунт состоит из смеси песка с глиной, то при определенном
соотношении он может получить постоянную связность, допус­
кающую движение по нему автомобилей. В сухую погоду связность
обеспечивается глиной, склеивающей между собой отдельные части­
цы песка, а в мокрую погоду, когда глина размягчается и теряет свою
твердость,
сопротивлением влажного
песка и более крупных каменных частиц.
1
Все положительные свойства песка
и глины в максимальной степени прояв­
ляются в такой композиции в том случае,
если глина заполняет собой межзерновое
пространство грунта и вся смесь стано­
вится наиболее плотной. Подобные ф ун­
ты в природе встречаются редко, однако
строители могут приготовить на дороге
смеси из двух или трех грунтов для полу­
чения оптимального гранулометрического Рис. 3.1. Оптимальный сосостава. Улучшение грунтов по принципу
став грунтощебня:
наименьшей пористости может прово- у _ щебень; 2 — песок; 3 —
диться не только смешением нескольких
глинистый фунт
59
Рис. 3.2. Серповидный поперечный профиль грунтовой дороги
разнородных грунтов, но и путем добавки щебня в грунт. Частицы
щебня должны присутствовать в смеси в таком количестве, чтобы
из них сформировался скелет (рис. 3.1).
Уширение грунтовых дорог обычно выполняется на всю ширину
земляного полотна. Улучшенные грунтовые дороги устраивают сер­
повидного (рис. 3.2) или корытного поперечного (рис. 3.3) профиля
с обязательным обеспечением продольного водоотвода.
Улучшение качества грунтовых дорог добавками гравия, щебня,
шлака, кирпичного боя применяют на всех грунтах, кроме песчаных
и лёссовых (табл. 3.1). Количество добавок принимают по табл. 3.2.
Укрепление грунтовых дорог органическими вяжущими приме­
няют на супесчаных, пылеватых, суглинистых и глинистых грунтах,
а также на дорогах с оптимальными грунтовыми и грунтощебеноч­
ными (грунтогравийными) смесями (табл. 3.3).
Укрепление грунтов цементом применяют на дорогах с различны­
ми грунтами и оптимальными грунтовыми смесями, за исключением
дорог на солончаках и заболоченных местах. Для этого используют
портландцемент марки М400. В целях ускорения твердения грун­
тоцементных покрытий может вводиться хлористый кальций в ко­
личестве 2... 3 % от массы цемента. Количество цемента назначают
по табл. 3.4.
Укрепление грунтовых дорог известью проводят на супесчаных
суглинистых грунтах. Для грунтов, имеющих влажность, близкую
к оптимальной, используют гашеную известь в виде пушонки или
негашеную известь в виде тонко размолотого порошка. Для сухих
грунтов применяют гашеную известь в виде известкового молока.
Добавку извести от массы обрабатываемого грунта принимают для
Рис. 3.3. Корытный поперечный профиль грунтовой дороги
60
Т аб ли ц а 3.1
Состав оптимальной грунтовой смеси
Содержание грунтовых частиц
в оптимальной смеси, % от массы
Грунтовые частицы
II и III дорожно­
IV и V дорожно­
климатические зоны
климатические зоны
Песчаные (2,00...0,05 мм)
67... 85
55...80
Пылеватые (0,050...0,005 мм)
12... 25
15...33
3...8
5... 12
Глинистые (менее 0,005 мм)
Т аб л и ц а 3.2
Количество добавок каменных и других материалов
Характер грунтоще­
беночных смесей
Содержание гравия, щебня в грунтогравийной (грунто­
щебеночной) смеси, % от массы грунта
II дорожно-кли-
III и IV дорожно­
V дорожно-кли­
матическая зона
климатические зоны
матическая зона
Крупнозернистые
смеси (с размером
зерен до 60 мм)
50...60
45 ...50
20...40
Среднезернистые
смеси (с размером
частиц до 40 мм)
40 ...50
30...40
15... 30
Т аб л и ц а 3.3
Количество органических вяжущих для обработки грунтов
4... 7
2...4
Супеси пылеватые, суглинки
7... 10
5...8
Суглинки тяжелые, пылеватые,
глины
10... 15
8
. . .
12
О О
Грунтофавийные и фунтощ ебе­
ночные
•
Оптимальные фунты и супеси
Грунты
•
Рекомендуемая
оптимальная
влажность фунта,
% от массы грунта
.. •
Ориентировочное
количество вяжу­
щих материалов,
% от массы грунта
61
Т а б л и ц а 3.4
Количество цемента для укрепления грунтов
Обрабатываемые фунты и количество цемента
Рекомендуемая оптималь
ная влажность фунтов,
% от массы грунтов
1. Супеси и грунтосмеси оптимального со­
става +8% цемента; +10% ; +12%
2. Пески мелкие +8% цемента; +10%; +12%
3. Суглинки + 8 % цемента; +12 %
4. Пылеватые суглинки + 8 % цемента;
+ (1 4 ... 15)%
5. Глины, тяжелые суглинки +10% цемента;
+ (1 4 ... 15)%
супесчаных грунтов не менее 5 %; для пылеватых и суглинистых
грунтов — 7... 8 %. Толщина улучшенного слоя должна составлять
10... 18 см (в зависимости от грунтово-гидрологических условий).
Технология устройства дорожной одежды из грунтов, укрепленных
цементом или известью, одна и та же. Рассмотрим укрепление изве­
стью, при необходимости обращая внимание на особенности техно­
логии работ в случае применения цемента. Технологический процесс
в значительной степени зависит от свойств исходных грунтов и в боль­
шинстве случаев выполняется методом смешения на дороге:
• укрепление местного грунта без предварительного улучшения
его гранулометрическими добавками;
• укрепление местного грунта, предварительно улучшенного гра­
нулометрическими добавками, если исходный грунт не удовлетворяет
нормативным требованиям.
Если местные грунты не пригодны для укрепления, то они за­
меняются на привозные; в этом случае целесообразнее смешивать
грунт с минеральным вяжущим в установке.
Перед началом работ по стабилизации грунтов комовую известькипелку следует погасить поливкой воды в течение нескольких
суток. Потребность воды составляет около 70 % от массы извести.
Полученную известь-пушонку распределяют по поверхности раз­
рыхленного грунта и перемешивают за три-четыре прохода фрезы
по одному следу.
Количество проходов фрезы в значительной степени зависит от вида
грунта. Первый проход фрезы начинают от кромки корыта; каждый
последующий проход должен перекрывать предыдущий на 1/3.
Полностью минеральное вяжущее и грунт перемешиваются в ре­
зультате девяти проходов фрезы по одному следу. После тщательного
62
перемешивания производится планировка (профилирование) смеси
автогрейдером за шесть круговых проходов.
По мере необходимости добавляют воду до состояния оптимальной
влажности и вновь осуществляют процесс перемешивания. Затем
производят уплотнение спрофилированной смеси двумя-тремя про­
ходами легкого катка, а потом — более тяжелого на пневмошинах.
Укреплением грунтов принято называть качественные изменения
первоначальных свойств естественных или искусственных грунтов
различных состава и генезиса и преобразование их в монолитный,
прочный и морозоустойчивый конструктивный слой дорожной или
аэродромной одежды. Такое изменение достигается путем внесения
в грунт оптимальных добавок вяжущих материалов и других веществ
и последовательного выполнения установленных технологических
операций с использованием грунтосмесительных и других машин.
При использовании любых методов укрепления грунтов всегда це­
лесообразно укреплять те же грунты, из которых сооружено земляное
полотно, или применять для укрепления отходы производства либо
малопрочные каменные материалы при целесообразной дальности
их транспортирования. Для устройства дорожных и аэродромных
оснований и покрытий из укрепленных грунтов применяют осадоч­
ные несцементированные крупнообломочные и песчаные грунты,
супеси всех разновидностей, а при укреплении методом смешения
на дороге — и легкие суглинки, подвергаемые при необходимости
предварительному рыхлению.
Возможность укрепления тяжелых суглинков и глин зависит
от наличия средств механизации, которые могут обеспечить раз­
мельчение этих грунтов и равномерное распределение в них вяжущих
материалов.
В целях снижения расхода вяжущего, повышения плотности
и улучшения физико-механических свойств укрепленных грунтов
следует подбирать смеси крупнообломочных грунтов оптимального
состава. Гранулометрический состав минеральной части таких смесей
должен соответствовать п. 6.3 СНиП 3.06.03-85 или укладываться
в заштрихованную область графика, представленного на рис. 3.4.
Контроль за плотностью и влажностью фунта в процессе уплот­
нения осуществляется с помощью прибора Ковалева (рис. 3.5).
Требуемая плотность фунта в теле земляного полотна может быть
достигнута в результате уплотнения при оптимальной влажности:
• песок мелкий и пылеватый — 8... 13 %;
• супесь легкая и тяжелая — 9... 15 %;
• суглинок легкий — 12... 18 %;
• тяжелый суглинок и тяжелый пылеватый суглинок — 14 ...20%;
• пылеватая супесь, тяжелая супесь, легкие пылеватые суглин­
ки — 15 ...22%;
• глины пылеватые и песчанистые — 16...26%;
• глина жирная — 20... 30 %.
63
о
10
5
2,5 1,25 0,63 0,28 0,14 0,07
Размер частиц, мм
Рис. 3.4. Кривая зернового состава крупнообломочных грунтов, пригодных
для укрепления вяжущими при максимальной крупности частиц 10 мм
Рис. 3.5. Прибор Ковалева в разобранном виде:
1 — замки; 2 — крышка прибора; 3 — металлический футляр; 4 — стальной нож;
5 — цилиндр; 6 — крючки; 7 — поплавок; 8 — трубка со шкалой; 9 — сосуд; 10 —
замки; 11
крышка; 12 — плоское дно; 13 — крючки; 14 — стальной цилиндр;
15 — стальная насадка
64
Оптимальная влажность зависит от минералогического и грану­
лометрического составов грунта и изменяется в широких пределах —
от 7 до 25 %.
Оптимальная объемная масса грунта также колеблется в широких
пределах и в среднем составляет 1,7... 1,9 г/см3.
На всей длине уплотняемого участка через каждые 50 м с помощью
грунтоноса отбираются пробы, причем они должны быть взяты на оси
дороги и на расстоянии 2 м влево и вправо от нее. Таким образом,
плотность и влажность грунта земляного полотна проверяется в трех
точках. Выполняют эту операцию в следующей последовательности:
• кольцо грунтоноса забивают в грунт земляного полотна ниже его
поверхности на 1 ...2 см. После этого грунтонос со всех сторон под­
рывают и извлекают. Тщательно выравнивают нижнюю и верхнюю
плоскости грунта по уровню граней кольца;
• отвинчивают дно поплавка прибора Ковалева и внутрь его по­
мещают кольцо с грунтом объемом 200 м3. После этого дно плотно
завинчивают и поплавок опускают в воду. По шкале, расположенной
на цилиндрической части поплавка с индексом Ум, делают отсчет,
который дает значение объемной массы влажного грунта. После этого
прибор Ковалева извлекают из воды;
• отвинчивают дно поплавка и грунтонос вынимают из прибора;
затем дно опять тщательно завинчивают, чтобы при опускании по­
плавка вода не попала внутрь прибора;
• грунт из кольца грунтоноса помещают в металлическое ведерко
прибора Ковалева, в которое предварительно наливают воду, запол­
няя его на 1/3; затем грунт тщательно размешивают в воде, чтобы
не было комков;
• ведерко с грунтом надевают на поплавок и опускают в воду, затем
по шкале определяют значение объемного веса скелета грунта или его
плотности. На цилиндрической поверхности поплавка имеются три
шкалы для определения объемного веса скелета: шкала с буквой Ч
дает указанную величину для черноземного грунта; П — для песка;
Г — для глины.
После уплотнения грунт, стабилизированный минеральными
вяжущими материалами, необходимо поддерживать в увлажненном
состоянии не менее 7 сут. Для ухода за покрытием можно применять
битумную эмульсию или лаки «Помароль», «Этиноль» для создания
на поверхности водонепроницаемой пленки.
Влажность грунта. Влажность фунта определяют следующим об­
разом. Не менее 10 г влажного фунта помещают в заранее взвешенный
стеклянный или металлический стаканчик с крышкой и взвешивают
стаканчик с фунтом с точностью до 0,01 г. Затем стаканчик с про­
бой фунта при открытой крышке высушивают в сушильном шкафу
при температуре 100... 105°С до постоянной массы, т.е. до тех пор,
пока разница между двумя последующими взвешиваниями не будет
превышать 0,02 г.
65
Влажность грунта W, %, вычисляют по формуле
W =
gP- 100,
(3.2)
go~g
где g, — масса влажного грунта вместе со стаканчиком и крышкой, г;
go — масса высушенного грунта со стаканчиком и крышкой, г; g —
масса пустого стаканчика с крышкой, г.
Результат получается с точностью до 0,1 %. Влажность надо опреде­
лять для двух образцов одного и того же грунта параллельно и при
расчетах брать среднее из двух определений. Если расхождение между
ними более 5 %, то анализ должен быть повторен.
Число пластичности. Числом пластичности называется разница
между влажностью, соответствующей границе текучести, и влажно­
стью, соответствующей границе раскатываемости в проволоку.
Для определения влажности, соответствующей границе текучести,
берут навеску грунта, высушивают ее до постоянной массы и рас­
тирают в фарфоровой чашке пестиком с резиновым наконечником.
Затем грунт просеивают через сито с размером отверстий 0,5 х 0,5 мм,
смачивают водой до тестообразного состояния и ставят в эксикатор
на сутки. После этого грунтовую массу (слоем толщиной в несколь­
ко сантиметров) помещают в цилиндрический стаканчик (рис. 3.6).
Масса должна быть плотной, без пустот. Поверхность грунта вы­
равнивают ножом на уровне с краями стаканчика, затем стаканчик
устанавливают на специальную подставку.
Рис. 3.6. Прибор для определения границы текучести:
1 — ручка; 2 — фунтовая масса; 3 — деревянная подставка; 4 - баланснрный шар
66
Границу текучести определяют при помощи балансирного конуса,
основная часть которого — полированный конус из нержавеющей
стали с углом при вершине 30° и высотой 25 мм. На расстоянии 10 мм
от вершины на теле конуса вырезана круговая метка. Общая масса
конуса с двумя балансирами должна составлять 76 г.
Для определения границы текучести к поверхности грунта под­
носят конус, держа за ручку двумя пальцами. Конус предварительно
слегка смазывают вазелином. Когда острие конуса соприкасается
с поверхностью грунта, пальцы разжимают и конус начинает свободно
погружаться в грунтовую массу под влиянием собственной массы.
Если конус опустится выше черты, нанесенной на его поверхности,
то это свидетельствует о недостатке влаги в грунте. Грунт вынимают
из стаканчика, добавляют в него воду, тщательно размешивают, сно­
ва загружают в латунный стаканчик и производят те же операции,
которые описаны ранее.
Если конус погрузится под действием своей массы до черты, на­
несенной на его поверхности, т. е. на глубину 10 мм, то это значит,
что консистенция массы грунта достигла искомой величины. Затем
определяют влажность грунта, содержащегося в стаканчике.
Зная границу текучести, можно ориентировочно по данным
табл. 3.5 определить вид грунта, оптимальную плотность и влажность,
а также характер его уплотнения.
Под границей раскатывания понимается величина влажности,
при которой тесто, изготовленное из грунта и воды и раскатанное
в жгут толщиной З.мм, начинает крошиться.
Определяют границу раскатывания следующим образом. Навес­
ку почвы подготавливают описанным ранее способом. Затем берут
небольшой кусочек грунтовой массы и раскатывают его ладонью
на листе глянцевой бумаги до образования жгутика диаметром 3 мм.
Т а б л и ц а 3.S
Зависимость оптимальной плотности и влажности грунта от гра н и ц ы
текучести
Границы
текучести,
%
Оптималь­
ная влаж­
ность, %
Супесчаный
16...28
10... 17
2,00... 1,76
Очень
хорошая
Суглинистый
28... 38
17... 23
1,76... 1,60
Хорошая
Тяжелосуглинистый
38 ...48
23 ...29
1,60... 1,45
Удовлетво­
рительная
Более 48
Более 29
Менее 1,45
Плохая
Грунт
Глинистый
Оптимальная
Характеристи­
плотность,
ка уплотнения
г/см3
■
*
67
Та блица 3.6
Зависимость толщины проволоки от содержания глинистых частиц
диаметр
проволоки, мм
Содержание глини
стых частиц, %
Менее 0,5
Более 40
Диаметр
проволоки, мм
Содержание глини
стых частиц, %
15... 10
6,0 ...3,0
Более 8,0
Менее 2,0
Если при такой толщине жгутик не рассыпается и сохраняет связ­
ность и эластичность, то его переминают и затем снова раскатывают.
Эту операцию повторяют до тех пор, пока грунтовый жгут не начнет
распадаться, достигнув толщины 3 мм.
При раскатывании все время нужно слегка нажимать на грунт, а не
просто перекатывать его по бумаге. Жгут не должен высовываться
из ладони, так как в этом случае он будет отставать в своем движении
и распадаться, не достигнув искомой влажности. Чтобы не произошло
ошибки при определении влажности, жгут нужно раскатывать из све­
жей порции грунта, а не из подвергавшейся уже раскатыванию.
Этот процесс повторяют до тех пор, пока наберется не менее 10 г
крошек грунта, причем крошки, образующиеся в процессе опыта,
периодически высыпают в стеклянный стаканчик с закрывающейся
крышкой. Затем определяют влажность крошек, которая будет ха­
рактеризовать границу раскатывания.
По толщине раскатывания грунта в проволоку можно приближен­
но судить о содержании в нем глинистых частиц. Для определения
содержания глинистых частиц в грунтах рекомендуется пользоваться
методом, предложенным JI. В. Новиковым, который заключается
в следующем. Грунт высушивают и размельчают, а затем тщательно
размешивают с водой до густоты, при которой он перестает прили­
пать к рукам. После этого грунт раскатывают в проволоку до тех пор,
пока он не начнет распадаться на отдельные кусочки. По величине
диаметров этих кусочков (табл. 3.6) ориентировочно устанавливают
содержание глинистых частиц.
Оптимальные плотность и влажность. Основной критерий ка­
чества уплотнения земляного полотна — высокая степень плотности
грунта, которая обеспечивает требуемую прочность и допустимое
морозное пучение. С увеличением плотности грунта возрастают его
прочность, устойчивость, модуль упругости и сопротивление сдвигу,
а пористость, деформируемость, водонепроницаемость, набухание
и морозное пучение снижаются.
68
Определение максимальной плотности как характеристики уплотняемости грунта впервые было предложено Р. Проктором в США
в 1933 г. С появлением современных уплотняющих средств позже
в США был введен новый стандарт — «модифицированный Проктор»,
который предусматривает работу уплотнения в 4,5 раза больше, чем
«обычный Проктор».
В нашей стране метод стандартного уплотнения был введен в норма­
тивные документы в 1949 г., а стандартизирован в 1977 г. В настоящее
время только у нас прибор и метод испытаний отличаются от принятых
во всех странах мира. На рис. 3.7 приведены схемы приборов стандарт­
ного уплотнения системы СоюздорНИИ и системы Проктора.
В приборе системы Проктора диаметр штампа равен половине
диаметра образца, а в приборе системы СоюздорНИИ — всему диа­
метру. Поэтому в приборе системы СоюздорНИИ ось образца и ось
трамбовки совпадают, а в приборе системы Проктора трамбование
ведется с перемещением трамбовки по поверхности грунта, причем
штамп, касаясь внутренней поверхности цилиндра, смещается с каж­
дым ударом на 40...45%, перекрывая предыдущий отпечаток следа
на половину его площади.
Оптимальную плотность и влажность определяют с помощью при­
бора стандартного уплотнения. Берут 1 кг воздушно-сухого грунта
и помещают в закрывающийся сосуд. В грунт добавляют воду в таком
а
б
Рис. 3.7. Схемы приборов стандартного уплотнения:
а —система СоюздорНИИ; б — система Проктора; 1 — трамбующий груз; 2 — штампнаковальня (стандартами некоторых стран не предусмотрен); 3 — образец фунта
в цилиндрическом контейнере (стрелка указывает направление кругового вращения
штампа-наковальни по поверхности уплотняемого слоя)
69
количестве, при котором влажность грунта окажется на 6... 8 % мень­
ше влажности, соответствующей границе раскатывания в проволоку,
или оптимальной влажности.
Увлажненный грунт высыпают в разъемный цилиндр (см. рис. 3.7),
который перед этим смазывают керосином, вставляют в подставку
и зажимают винтами. После этого на разъемный цилиндр надевают
насадный цилиндр и насыпают грунт до верхнего края формы.
В форму вставляют цилиндр с направляющим стержнем и уплот­
няют грунт, заключенный в форму, ударами трамбующего груза,
падающего с высоты 0,5 м. Если уплотняются грунты супесчаные,
то совершают 30 ударов, а если суглинистые и глинистые, то 40. После
уплотнения ударник и насадный цилиндр снимают и освобождают
разъемный цилиндр из подставки.
Затем грунт тщательно срезают на одном уровне с краями разъемной
формы. Цилиндр разбирают и вынимают из него уплотненный образец
грунта, который взвешивают с точностью до 0,1 г и измеряют объем.
Зная объем и массы, находят объемную массу влажного грунта.
После этого в грунт, находящийся в закрывающемся сосуде, добавля­
ют воду в количестве 2,4, 6 % и так далее, до тех пор, пока объемная
масса грунта не начнет падать; причем после изготовления каждого
образца берут контрольную пробу на влажность.
Таким образом, в результате проведения описанных опытов полу­
чают целую серию образцов с влажностью, увеличивающейся по мере
изготовления на 2 %.
После определения контрольной влажности каждого образца с по­
мощью термостата устанавливают объемную массу скелета образцов
Vc по формуле
Ғ с= І+а>’
*3,3*
где К — объемный вес влажного грунта; ш — контрольная влажность
каждого образца.
Полученные данные откладывают на графике (рис. 3.8), причем
по оси ординат откладывают объемную массу скелета, а по оси аб­
сцисс — влажность в процентах по весу. Наивысшая точка кривой
характеризует по оси абсцисс оптимальную влажность, а по оси
ординат — оптимальную плотность грунта.
ГОСТ 22733—2002 «Грунты. Метод лабораторного определения
максимальной плотности», утвержденный и введенный в действие
Постановлением Госстроя России от 27.12.2003 с 1 июля 2003 г. рас­
пространяется на глинистые, песчаные и гравийные грунты и уста­
навливает метод лабораторного определения максимальной плотности
скелета грунта и оптимальной влажности грунта, используемых при
назначении требуемой плотности грунтов, а также при контроле
влажности уплотняемых грунтов и качества уплотнения их в земля­
ных сооружениях.
70
1,75
Оптимальная влажность W,опт
Влажность грунта, %
Рис. 3.8. Зависимость плотности грунта от влажности
Данный стандарт не распространяется на грунты, содержащие
более 30 % зерен крупнее 10 мм, а также на заторфованные грунты.
Метод заключается в установлении зависимости плотности скелета
грунта от влажности при трамбовании образцов с постоянной затра­
той работы на их уплотнение и в определении по этой зависимости
максимальной плотности скелета грунта р ^ .
Влажность, при которой достигнута максимальная плотность
скелета грунта, является оптимальной (lVom).
Для определения зависимости плотности скелета грунта от его
влажности проводят серию отдельных испытаний грунта на уплот­
нение с последовательным увеличением его влажности. Результаты
испытаний представляют в виде графика. Количество отдельных
испытаний для построения графика должно быть не менее шести,
а также достаточным для выявления максимального значения плот­
ности скелета грунта.
Испытание грунтов осуществляют в приборе системы СоюздорНИИ для стандартного уплотнения грунтов путем послойного
трамбования грунта ударами груза массой 2,5 кг, падающего с высоты
300 мм; при этом общее число ударов должно составить 120.
Все результаты, получаемые в процессе подготовки и испытаний
грунта, необходимо заносить в журнал определения максимальной
плотности скелета грунта. Пробы грунта (образцы нарушенного
сложения) следует отбирать в естественных и искусственных обна­
жениях и горных выработках из однородного по виду слоя фунта
согласно фебованиям ГОСТ 12071—72. Масса пробы фунта должна
быть не менее 10 кг. Каждую отобранную пробу фунта необходимо
снабжать данными о наименовании объекта, мощности слоя, глубине,
месте и дате отбора.
7
3.3. Деревянные покрытия
Деревянные покрытия могут устраиваться двух типов:
• колейные в виде двух колей, разделенных межколейным про­
межутком;
• сплошные, устраиваемые по всей ширине проезжей части.
На колейных покрытиях, применяемых на кривых, опасных
участках дорог (болотах, высоких насыпях), а также на сплошных
покрытиях, устанавливают колесоотбой. Колесоотбой на колейных
покрытиях укладывают на поперечные лежни с наружных сторон
колей, а на сплошных покрытиях — над крайними продольными
лежнями. При этом колесоотбой должен возвышаться над настилом
не менее чем на 10... 15 см. Его крепят к лежням скобами, нагелями
(штырями) или проволокой (рис. 3.9).
На колейных покрытиях для обеспечения безопасности движения
межколейный промежуток следует засыпать грунтом или местными
каменными материалами, шлаком. Этими же материалами засыпа______________________________
*
H'VM.
Jl___ _
"
=
~
_
Л41
"
—
I ----- _
—
-•
л
‘
*
^
m
w jg m
j . A C
•
•
-
,
у_ A
я
^яшш
•* • •
Ja
. Л
5
•• •
^ w
_ ^tWf
I
^
•
^
•
^
^
_____ • *
^
“
X
-_
А
У
£
1
ft#
B f
^ ^ v S f
Й*
•
проволокойгЯга
# i7
Ш
Ё г
I
• • * * • • • #X « • • • • • • • .
s s * ««ч*
А
' •'■” ’А
vvSdbrzs'у- r V*-
^
"*
'
•
ф^
j.
/щ
.
9
%
1
•
------ I
j
•
#
Колесоотбой і П а <, •
.....
\-::;■•:__ _
::o.-"A
^
fcr іі§5ігІ^~
-
-IjT ■ И
• — » >» j i g
Jar* #•••••••••
«77.
eD-z*.*:
* . * *111fO
fi|<
1.....ж
\\.\r.4LiM
Nf4іР"в^»Ж
* ^ТГ
*
• • s * •» ч * « « s * ei S #
1 • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • * • • • # • • • #1
» ss*
e ^ Д V *
^ • • • « • • f*V
. « • * • • #• * . • • •
e••%
•• ••s« »іЧ
# i i j ____________ 7
Я^Ғ«Т
Iе
. « Л - • A - t A . • A _ • Л * • л \ . •••
it
л
• • • • • •• • • • • • » • • • • • • • •
- 9
•• •• •• •
^
^ JM f
«?
________
g~x jk /- КрСПЛбНИб
#
1■
% # • v 4#
r~
k f 9 f
г^
-
0
Грунтовая
!4засьпжа'*""*
-op
£p- w*-'
•*-
• M tf/ .- я ------------- ■— —
. ‘- Ж ; І / к
У/МОГ " ____
*ц<»
к
ИЛИ
указаны в см)
72
I
. -vj
,
*•
'" -
б
Рис. 3.10. Вязка фашин из хвороста на козлах (а ) и схема укладки (б):
1 — фашины (30 см); 2 — колесоотбой; 3 — фунтовая засыпка (10... 15 см); 4 — мох
или торф; 5 — проволока (размеры указаны в см)
ют и сплошные покрытия в целях увеличения скорости движения.
Надежность деревянного покрытия в значительной степени зависит
от состояния грунта основания. При прокладке дорог грунтовому
основанию придают поперечный уклон 2...3% для стока ливневых
вод. При необходимости производят усиление грунтового основания
слоем песка, гравийного или шлакового материала толщиной до 15 см
или хворостяными (фашинными) выстилками (рис. 3.10).
Деревянные покрытия могут быть;
• сборными, собираемыми из щитов или звеньев;
• стационарными, изготавливаемыми из отдельных элементов
(бревен, брусьев, пластин или досок).
Сборные дорожные покрытия являются покрытиями колейного
типа. Их устраивают:
• из дощатых щитов и звеньев (рис. 3.11);
• жердевых щитов;
• бревенчатых или брусчатых щитов (рис. 3.12);
• отдельных брусков или жердей, соединенных металлическими
тросами (рис. 3.13).
Длину щитов (звеньев) принимают в пределах 3,0...4,5 м исходя
из удобства укладки и использования имеющегося лесоматериала.
Щиты сборных колейных покрытий укладывают на поперечные леж­
ни из бревен, брусьев или пластин. При благоприятных фунтах щиты
73
Рис. 3.11. Дорожный дощатый щит для устройства колейных дорог (размеры
указаны в см)
(звенья) можно укладывать непосредственно на грунт. Толщина леж­
ней должна быть не менее 14... 15 см, расстояние между ними при ис­
пользовании щитов из досок и жердей — не менее 0,8 м, а из брусьев
Рис. 3.12. Бревенчатый щит для устройства колейных дорог (размеры ука­
заны в см)
74
Рис. 3.13. Покрытие из отдельных жердей и брусков для устройства колейных
дорог (размеры указаны в см)
и бревен — не менее 1,0 м. В местах стыка щитов укладывают рядом
два поперечных лежня или один диаметром 22...26 см.
На песчаных и супесчаных грунтах поперечные лежни размеща­
ют в ровиках с таким расчетом, чтобы верх лежней был заподлицо
с грунтом основания. На суглинистых и глинистых грунтах ровики
не устраивают. Укладку бревенчатых и брусчатых щитов произво­
дят с помощью автомобильных кранов. Сначала на подготовленное
основание укладывают лежни. Устанавливают кран на расстоянии
0,5 ...0,6 м от места укладки первых щитов, после чего к нему пода­
ют автомобиль с щитами. С автомобиля последовательно снимают
и укладывают на лежни два щита, по которым автокран перемещается
для укладки следующей пары щитов. По мере укладки щитов произ­
водят крепление их к лежням.
Поперечные настилы устраивают путем укладки бревен, под­
товарника или жердей под прямым или косым углом к оси дороги
на продольные лежни из бревен (рис. 3.14).
В поперечном сечении однопутного покрытия должно быть
не менее четырех рядов лежней. Настил прижимается к крайним про­
дольным лежням колесоотбойными брусьями, соединяемыми с ними
проволочными скрутками или штырями. Для повышения скорости
движения и защиты от возгорания покрытие рекомендуется засыпать
гравийным материалом или супесчаным грунтом.
Проезжую часть деревянных колейных покрытий чаще всего
устраивают из бревен, брусьев или досок, которые укладывают на по­
перечины из бревен. Стыки элементов колесопроводов располагают
75
1
7
6
5
Рис. 3.14. Поперечный настил из бревен:
1 — продольные лежни; 2 — колья; 3 — проволока; 4 — проволочная скрутка; 5 —
грунтовая засыпка; 6 — колесоотбой; 7 — бревна настила
над поперечинами, но с таким расчетом, чтобы на каждой из них
стыковалась лишь часть элементов. С внешних сторон колесопроводов размещают колесоотбойные брусья и стыкуют их в поддерева.
Бревна и брусья с поперечинами скрепляют с помощью штырей
и скоб, а доски пришивают гвоздями. Для уменьшения расхода ме­
таллических скреплений укладка элементов колесопроводов может
производиться в косые вырезы поперечин.
В целях улучшения условий и повышения безопасности дви­
жения межколейный промежуток желательно засыпать гравийным
материалом, шлаком, кирпичным боем, песчаным или супесчаным
грунтом.
Основными разновидностями сборных конструкций являются
покрытия из простых дощатых, решетчатых дощатых и брусчатых
щитов.
Простые дощатые щиты изготавливают из досок толщиной
5...7 см, шириной 10...20 см и длиной 3...4 м, которые укладыва­
ют вплотную друг к другу на три-четыре поперечные доски той же
толщины. В местах пересечения продольных и поперечных досок
забивают гвозди. Масса щита — 150 ...200 кг. Средние продольные
доски рекомендуется смещать на 20...25 см по отношению к край­
ним для образования ступенчатого стыка, при котором улучшается
распределение нагрузки между элементами покрытия.
Щиты укладывают на поперечины, которые повышают попереч­
ную жесткость конструкции и дают щитам проезжей части необхо­
димое возвышение над грунтовым, часто переувлажненным, осно­
ванием. Под стыками обычно размещают две поперечины вплотную
друг к другу (рис. 3.15) и к ним прибивают щиты.
Решетчатые щиты собирают из досок толщиной 5 ...6 см и шири­
ной 10... 15 см, поставленных на ребро, между которыми на концах
и через 60...80 см по длине размещают доски-прокладки того же
76
сечения длиной 20 ...25 см. В местах установки прокладок доски
объединяются тяжами из круглой стали диаметром 12... 16 мм. С по­
перечинами решетчатые щиты соединяют штырями, скобами или
хомутами. Масса щита — 180... 220 кг. Решетчатые щиты имеют
ббльшую прочность, чем простые дощатые, но они более трудоемки
в изготовлении и для них требуется больше металла.
Брусчатые щиты делают из двух- или четырехкантных брусьев
толщиной 10... 16 см. Их длину в зависимости от размеров имею­
щихся пиломатериалов и намечаемого способа укладки принимают
равной 3... 6 м. В соответствии с этим масса щита может составлять
от 250 до 600 кг.
Брусья соединяют между собой тяжами из круглой стали диа­
метром 12... 16 мм, располагаемыми вблизи концов щита и через
60... 80 см по его длине. В отдельных конструкциях предусматривается
установка на концах брусьев специальных металлических хомутов,
позволяющих создавать шарнирные связи между смежными щитами.
Крепятся брусчатые щиты к поперечинам штырями, скобами или
хомутами.
Деревянные дорожные покрытия, подобно покрытиям других ти­
пов, строятся на земляном полотне существующих грунтовых дорог
или на специально подготовленном для них основании (табл. 3.7). На­
ряду с этим при прокладывании колонных путей и подготовке дорог
Рис. 3.15. Сборное покрытие из простых дощатых щитов на поперечинах:
1 — поперечины; 2 — щиты; 3 — гвозди (размеры указаны в см)
77
Т а б л и ц а 3.7
Тактико-технические показатели деревянных покрытий
Расход материалов на 1 км
однопутного покрытия
Тип покрытий
Несборные
хворостяная
выстилка
сплошной
попереч­
ный настил
из бревен
колейное
покрытие
из досок
колейное
покрытие
из бревен
Сборные
колейное
покрытие
из простых
дощатых
щитов
колейное
покрытие
из решетча
тых доща­
тых щитов
колейное
покрытие
из брусча­
тых щитов
78
на коротким срок эксплуатации они могут укладываться на целине
с предварительным выполнением работ по расчистке и выравнива­
нию местности. Устройство земляного полотна, расчистка и вырав­
нивание местности ведутся по общим правилам.
При недостаточной прочности грунтового основания его усили­
вают хворостяной или фашинной выстилкой. Для лучшего распре­
деления давления от движущихся автомобилей, повышения высоты
и жесткости конструкции в нее может включаться несколько рядов
продольных и поперечных брусьев.
В состав работ по постройке деревянного покрытия в общем слу­
чае входят заготовка лесоматериалов, изготовление щитов и других
элементов, транспортирование конструкций и линейные работы
по подготовке основания и укладке элементов покрытия.
3.4. Металлические и железобетонные сборные
покрытия
Покрытия из металлической сетки применяют как средство против
буксования автомобилей на сыпучих песках и увлажненных на не­
большую глубину глинистых грунтах. Они могут быть колейными
и сплошными (рис. 3.16). Колейное покрытие состоит из двух колей
шириной 1,0 м каждая (при расстоянии между колеями 0,7 м). Колеи
связаны между собой расчалками из гибкой проволоки и с внешней
стороны через 1 м закреплены металлическими анкерными кольями
длиной 0,6 м. Металлическую сетку изготавливают из стальной прово­
локи диаметром не менее 3,0 мм с размером ячеек 30 х 30 мм. Ширина
сплошных покрытий должна составлять не менее 2,7 м. Покрытия
из металлических щитов применяются преимущественно в безлес­
ных районах в тех же случаях, что и деревянные покрытия, а также
Расчалка из гибкой
проволоки
Металлический
Рис. 3.16. Колейное покрытие — металлическая сетка из стальной проволоки
диаметром 3 мм с размером ячеек 30x30 мм (размеры указаны в м)
79
а
б
Рис. 3.17. Колейное и сплошное покрытия из металлических щитов:
а — щит; б — соединение щитов шарниром
при укреплении дна бродов. Покрытия колейного типа устраивают
из металлических щитов размером 1500 x 950 x 74 мм, соединенных
между собой шарниром (рис. 3.17). Щиты изготавливают из листовой
стали волнистого профиля толщиной 2 мм.
Железобетонные сборные покрытия применяют на слабых участ­
ках грунтовых дорог, при усилении дна бродов и при восстановлении
дорог при движении с большой интенсивностью. Они могут быть
колейными (рис. 3.18) и сплошными.
Железобетонные плиты укладывают на спланированное и под­
готовленное основание автомобильным краном. При необходимости
основание усиливают слоем песка, гравийного материала или шлака.
Допустимый сдвиг одной плиты относительно другой: по высоте —
не более 0,5 см; по ширине — не более 1,5 см.
Л-
Рис. 3.18. Покрытие из решетчатых железобетонных плит
80
2
2
Рис. 3.19. Соединение плит 1 деревянным бруском 2
Для предотвращения сдвига плит по высоте в стыки забивают
деревянные бруски, длина которых должна быть не менее ширины
плиты (рис. 3.19). Межколейные промежутки покрытий могут засы­
паться грунтом, гравийным материалом или шлаком.
3.5. Строительство снеговых и снежно-ледяных дорог
В связи с большой продолжительностью зимнего сезона в райо­
нах Севера, Сибири, Дальнего Востока во многих случаях в качестве
временных дорог наиболее экономично устраивать автозимники
с использованием снега и льда как основного материала для их
сооружения.
В последние годы разработаны методы продления срока службы
подобных автозимников на часть или весь период с положительными
температурами воздуха.
Для эксплуатации только в зимний период автозимники могут
устраиваться следующими способами:
• расчистка снега, при которой проезжая часть оказывается как бы
в неглубокой выемке (рис. 3.20);
• уплотнение снега и создание невысокой снежной насыпи
(рис. 3.21).
Способ расчистки широко применяется при подготовке дорог
по ледовым покровам рек и озер, а также по поверхности замерз­
ших некочковатых болот. Кроме того, его целесообразно применять
при устройстве автозимников по целине с ровным микрорельефом.
В остальных случаях обычно прибегают к способу снегоуплотнения.
Постройка автозимников способом расчистки снега производится
тракторными снегоочистителями с открылками, роторными снегоо­
чистителями, автогрейдерами и бульдозерами. При этом во избежание
быстрого заноса снежной выемки образовавшиеся снежные валы
должны разбрасываться или же должны уполаживаться их откосы.
8
Рис. 3.20. Поперечный профиль автомобильной дорога, проложенной по льду
реки способом расчистки снега:
1 — откосы; 2 — слой уплотненного снега толщиной 6...8 см; 3 — ледовый покров
реки
Сохраненный на проезжей части слой снега должен быть уплотнен
катками на пневмоходу, а при их отсутствии — тяжелыми тракторны­
ми угольниками. Для получения большей ровности покрытия и под­
держания высокого темпа строительства рекомендуется следующая
последовательность работ:
• грубая расчистка полосы одним—тремя бульдозерами с после­
дующим отодвиганием снежных валов в стороны;
• планировка проезжей части автогрейдером;
• уплотнение покрытия прицепным катком на пневмоходу.
Отряд машин указанного состава может подготовить за 1 ч
0,20.„0,25 км автозимника под двухпутный проезд.
В последние годы созданы опытные образцы снегоуплотняющих
машин (СУМ-280 и др.), устраивающих снеговое покрытие автозим­
ника под однопутный проезд за один проход. Машины этого типа
производят сразу рыхление снега, его подогрев, перемешивание
и уплотнение. Буксируемая тягачом машина СУМ-280 обеспечивает
устройство автозимника с однослойным снежно-ледяным покрытием
плотностью 0,67...0,70 г/см2 (производительность — 2,0 км/ч).
Постройка зимних дорог способом уплотнения снега начина­
ется с нагревания слоя (толщиной 0,3... 0,4 м) снега на полотно
Рис. 3.21. Поперечный профиль автомобильной дороги, устроенной по спо­
собу уплотнения снега:
1 — снег на обрезах; 2 —насыпь из уплотненного снега; 3 — резервы
82
дороги с помощью бульдозеров, автогрейдеров, снегоочистителей.
В дальнейшем снег взрыхляется, перемешивается и уплотняется как
на проезжей части, так и на обочинах. Для повышения прочности
снежной насыпи и обеспечения более длительного срока службы
проезжей части может приготавливаться снегобетон путем введения
воды в процессе перемешивания и уплотнения снега в количестве 1/4
от объема снега. При этом способе работ применение машин типа
СУМ-280 также очень эффективно. По опытным данным часовая
производительность СУМ-280 при постройке снежно-ледяной насыпи
высотой 1,0 м и шириной 4,5...5,0 м достигает 30 м.
По продолжительности эксплуатации в теплое время года раз­
личают две разновидности таких дорог (рис. 3.22):
• временные, имеющие продленный срок службы на часть весенне-летнего периода;
• постоянные на промороженных основаниях.
Толщина покрытия изоляции һси и теплоизоляционного полотна
Лиз определяется теплотехническим расчетом с учетом климатических
параметров, материала покрытия, интенсивности движения и про­
должительности эксплуатации дороги в теплый период. Величина Асн
может изменяться в пределах 0,25... 1,00 м, а Аиз — 0,6... 1,4 м.
Постройка дорог на промороженных основаниях состоит из сле­
дующих работ:
• восстановление трассы;
• подготовительные работы;
• устройство покрытия-изоляции;
а
6
3
Рис. 3.22. Поперечные профили временных (а) и постоянных (б) дорог
на промороженных основаниях:
1 —дорожное покрытие из снегопада или смеси снегольца с добавками (сфагновый
очес, древесные опилки, стружка, щепа); 2 — промороженное торфяное основание;
3 — талый слой болота; 4 — полотно теплоизоляции из смеси снега со сфагновым
очесом; 5 — земляное полотно; 6 — боковые водоотводные канавы
83
• сооружение земляного полотна (только для дорог постоянного
типа).
*
і
При заблаговременной подготовке дорог работы планируются
в два этапа. На первом этапе (в осенне-зимний период) выполняют
подготовительные работы, на втором (в предвесенний период)
устраивают покрытие-теплоизоляцию и земляное полотно.
Подготовительные работы проводятся в самом начале зимы и зак­
лючаются в проминке поверхности болота гусеничными машинами.
рыхлого
несущая
собность промерзшего слоя болота позволит пропускать по нему
бульдозеры, производят периодическую очистку промораживаемой
полосы болота от снега. Для защиты ее от снежных заносов, уменьдля
покрытия
промораживаемой полосы проходами машин по снегу и сня
тием мохорастительного слоя с укладкой его в валики устраивают
снегозадерживающие траншеи. После промерзания болота на нужную
глубину методом двухсторонней поперечной надвижки мохового очеса
уплотнением
слоев толщиной 0,5...0,6 м пневмокатками.
Отсыпка земляного полотна из дренирующих
грунтов
строительство, построенные таким
службы
дороги постоянного типа
и:
погружения
земляного полотна в оттаявшее болото);
дороги временного типа —- одия теплый сезон после постройки
имней эксплуатации.
При большом объеме перевозок и недостаточном количестве
устраиваться снежно-ледяные
малый
трактор
еиствия
в году дешевле постоянных дорог; их можно в течение трех—пяти
лет восстанавливать на одной и той же трассе. Различают автозим­
ники I категории с грузооборотом 50 тыс. т и более и II категории
с грузооборотом до 50 тыс. т в сезон.
Толщина промерзания слоя на болоте, при которой допускается
проезд транспорта, определяется по формуле
• в
ш
' Х
г
' '
•
-
А
З
л Я
Ь
1
1
м
Ь
щ ш г
к
h=
+ Р>
olQ
-
.
а
(3.4)
где А:
тя
9); для
колесных машин к = 11; Q — масса механизма в рабочем состоянии,
т; а
84
для
2, для остальных видов болот — 1,6; р — поправка, вводимая при
температуре воздуха -5 °С (р = 2... 3 см).
В начале зимы следует принимать меры по ускорению промер­
зания болот. Очистка болот от снега в 2 раза, а мохорастительного
слоя — в 1,5 раза сокращает срок промерзания. Для ускорения про­
мерзания предварительно проминают трассу легкими и средними
гусеничными тракторами с уширенными траками. Работу проводят
при низких температурах за два-три прохода трактора со скоростью
не более 2,5 км/ч. Через 2,0... 2,5 сут примятую полосу выравнивают.
До этого времени движение по трассе запрещается.
Наиболее существенной проблемой при эксплуатации автозим­
ников является недостаточное сцепление снежных, снежно-ледяных и ледяных покрытий с колесами транспортных средств. Кроме
того, непосредственный контакт шин с верхним слоем покрытия
автозимника приводит к его истиранию и разрушению, а невысокие
показатели реологических свойств снега и снегольда обусловливают
быстрое образование колейности.
Для повышения сцепных качеств снежных и ледяных покрытий
эффективным средством является устройство фрикционного слоя.
Применение фрикционных слоев для ликвидации скользкости по­
зволяет существенно увеличить коэффициент сцепления колеса и не
допускает непосредственного контакта шины с покрытием. В этом
случае уменьшается истирание, повышаются скорость и безопасность
движения, снижается себестоимость грузоперевозок.
Опыт зимнего содержания автодорог показывает, что основным
недостатком фрикционного метода борьбы с зимней скользкостью яв­
ляется слабое закрепление каменного материала в покрытии, поэтому
при проезде транспортных средств каменный материал постепенно
выбрасывается с проезжей части на обочину. Выброс фрикционного
материала может привести к повреждению транспортных средств
и травматизму людей.
Для увеличения силы сцепления фрикционных материалов
со снежными и снежно-ледяными покрытиями используют вмора­
живание щебеночно-гравийных и песчаных агрегатов. Примораживание и вмораживание фрикционных материалов получило широкое
распространение в Северной Америке и Скандинавских странах
и осуществляется по трем технологиям путем:
• россыпи предварительно нагретых материалов;
• распределения фрикционно-соляных смесей, в которых наличие
хлоридов обеспечивает плавление достаточного для закрепления ка­
менного материала количества снега и его последующее замерзание;
• заливки водой предварительно распределенных фрикционных
материалов.
Несмотря на то, что срок службы примороженных и вмороженных
фрикционных слоев значительно выше, чем обычных, они также из­
нашиваются и теряют работоспособность.
85
Ухудшение шероховатости происходит за счет хрупкого разруше­
ния льда при многократном нагружении его через зерно и после­
дующего уменьшения числа зерен на контактной поверхности. При
устройстве шероховатого слоя путем россыпи щебня и его заливки
водой расход каменного материала должен быть таким, чтобы кон­
тактная поверхность была заполнена на 70 ...75 %, что составляет
1.10... 1,17 м3 на 100 м 2для фракции 5... 10 мм; 1,80...2,00 м3 на 100 м2
для фракции 10... 15 мм.
При устройстве шероховатого слоя путем вмораживания нагре­
того щебня в покрытие автозимника расход его следует назначать
из условия заполнения 75... 85 % контактной площади, что составляет
1.17... 1,25 м3 на 100 м2 для фракции 5... 10 мм.
3.6. Ледовые, понтонные и паромные переправы
Для пересечения водных преград после их замерзания устраивают
ледовые переправы:
• на суженых участках рек, где скорость течения не превышает
1 м/с;
• по прочному прозрачному льду, лежащему непосредственно
на воде без воздушной полости;
• на расстоянии не менее 50 м от полыньи (границей полыньи
считается то место, где толщина льда не менее 1/2 толщины при­
лежащего слоя);
I
лед (уклон спуска — не более 100 %о).
переправах организуют двухполосное движение
между
іии... пи м. н а широких реках предусматри­
вают четырехполосное движение. Для предварительных расчетов
толщину льда можно принимать по табл. 3.8.
Расчетную толщину льда Н0 определяют по следующим форму­
лам:
для пропуска колонн с числом автомобилей более 15
Нр = И тл\
(3.5)
для пропуска колонн с числом автомобилей до 15
Н =9у[т^;
(3.6)
Яр = 8т а,
(3.7)
для одного автомобиля
где тл — масса автомобиля
живания
86
льда его усиливают
настилов
изу, для 1
Намораживание
Т а б л и ц а 3.8
Зависимость транспортной нагрузим от толщины льда
Допустимая
нагрузка,т
Толщина льда, см, за трое суток при темпера­
туре воздуха t, °С
-10 и ниже
-5
Расстояние
между авто­
мобилями, м
0 (оттепель)
Гусеничные транспортные средства
4
18
20
23
10
6
22
24
31
15
10
28
31
39
20
16
36
40
50
25
20
40
44
56
30
'
Колесные транспортные средства
3,5
22
24
31
18
6
29
32
40
20
8
34
37
48
22
10
38
42
53
25
15
46
53
64
3
сверху осуществляют распыленной до капельного состояния водой
(табл. 3.9).
Общая толщина намороженного льда не должна превышать
30...40% мощности естественного льда. Скорость движения авто­
мобиля по льду не должна превышать 15 км/ч.
Движение закрывают, если:
• толщина льда стала меньше Н9\
Т аб л и ц а 3.9
Интенсивность намораживания льда для предварительных расчетов
Прирост льда за сутки, см, при температуре t, "С
Толщина льда
на переправе, см
-5
-10
-15
-20
-25
До 10
4,0
6,0
8,0
9,0
11,0
10... 20
1,5
3,0
4,0
6,0
8,0
20... 40
0,5
1,5
2,0
3,0
5,0
87
• лед потерял прозрачность и легко раскалывается на вертикаль­
ные иглы;
• в реке поднялась вода.
Для пересечения водных преград по открытой воде применяют
понтонные и паромные переправы (рис. 3.23).
Парк ППС-84 предназначен для наведения наплавных мостов
и сборки перевозных паромов в целях переправы через широкие вод­
ные преграды тяжелых и особо тяжелых грузов. Из комплекта парка
могут наводиться наплавные мосты грузоподъемностью 60, 90 и 120 т
и собираться перевозные паромы грузоподъемности) 90, 180 и 360 т.
Из парка ППС-84 может быть собрано:
• 48 паромов грузоподъемностью 90 т за 15 мин;
• 24 парома грузоподъемностью 180 т за 20 мин. Расчет личного
состава на один паром: 18 понтонеров, 4 моториста, 11 водителей.
Скорость движения парома — до 14 км/ч; допустимая скорость те­
чения — до 3 м/с; волнение — до 3 баллов;
• 12 паромов грузоподъемностью 360 т за 25 мин. Расчет личного
состава на один паром: 36 понтонеров, 8 мотористов, 22 водителя.
Скорость движения парома — до 14 км/ч; допустимая скорость те­
чения — до 3 м/с; волнение — до 3 баллов.
Один полностью укомплектованный парк ППС-84 позволяет на­
вести: наплавной мост грузоподъемностью 60 т и длиной до 1393 м
за 2 ч 30 мин при ширине проезжей части 6,55 м. Допустимая скорость
течения — до 3 м/с; волнение — до 2 баллов.
Речное звено представляет собой шарнирно соединенные между
собой четыре понтона, два из которых (средние) имеют форму парал-
Рис. 3.23. Паромная переправа (Сибирь, 1936 г.)
88
лелепипеда, а два (боковые) имеют один край скругленный. Понтоны
изготовлены из стали, причем верхняя палуба имеет толстолистовую
упрочненную сталь, выдерживающую тяжелые гусеничные грузы.
Один боковой понтон состоит из двух частей, одна из которых может
убираться внутрь второй так, что палуба звена с трех сторон стано­
вится практически плоской. Это необходимо для того, чтобы иметь
возможность собирать мосты полуторной или двойной ширины.
Второй боковой понтон имеет щит-обтекатель. Звено в сложенном
виде перевозится на автомобиле КРАЗ-260.
Береговое звено отличается от речного звена тем, что имеет дру­
гую форму понтонов, сходящую по длине на «нет», откидывающиеся
аппарели, меньшую длину, меньшую грузоподъемность и бблыпую
прочность понтонов. Это связано с тем, что часть берегового звена
при работе находится на плаву, а часть лежит на грунте. Кроме того,
береговое звено имеет гидравлическое устройство для обеспечения
сопряжения моста с берегом и дополнительные якорные устройства
для удержания конца моста у берега.
3.7. Расчистка дорожной полосы от леса
и кустарника
При проложении трассы дороги через залесенную местность
требуется провести работы по очистке от леса и кустарника полосы,
на которой будет размещена дорога со всеми сооружениями. Ширина
просеки принимается не менее ширины постоянной полосы отвода,
которая зависит от категории дороги, типов поперечного профиля,
высоты насыпи или глубины выемки, а также от косогорности. При
определении ширины полосы отвода следует руководствоваться тре­
бованиями СН 467-74.
Валку и вывозку деревьев, корчевку и удаление пней, корней
и кустарника, снятие растительного слоя выполняют до возведения
земляного полотна и только на тех площадях, которые предусмотрены
проектом.
В настоящее время деревья, кустарник и валуны удаляют лишь
на ширину, равную расстоянию между наружными бровками водо­
отводных канав или боковых резервов плюс по 1 м в каждую сторону
от бровки. На остальной части дорожной полосы ограничиваются
выборочным их удалением в соответствии с требованием эстетики
автомобильных дорог и лесоохранных органов.
Если древесину не используют для строительства ответственных
сооружений, то производят валку деревьев с корнями при помощи
бульдозеров, корчевателей-собирателей или универсальных трактор­
ных агрегатов, оборудованных лебедками. Ценные породы деревьев
пересаживают в назначенные места в сроки, установленные лесоох­
ранной службой.
89
Трудоемкость валки зависит от твердости древесины, крупности
и густоты леса, природных условий местности и погоды в период
проведения этих работ. В зависимости от диаметра стволов лес
подразделяется по крупности на очень мелкий (12... 15 см), мелкий
(16...23 см), средний (24... 31 см) и крупный (более 32 см). Лес также
классифицируется по его густоте.
Валку производят с нагорной стороны местности в низовую. В рав­
нинной местности деревья сваливают в сторону, обеспечивающую
удобство разделки стволов и возможность организации движения
дорожных машин по трассе.
Для трелевки деревьев диаметром более 40 см применяют спе­
циальные трелевочно-корчевальные лебедки, смонтированные
на тракторах. Весной производительность валки выше при оттаявшем
и подсохшем грунте, чем зимой. У деревьев диаметром более 30 см
иногда ограничиваются подрезанием бульдозером или корчевателемсобирателем корневой системы лишь с одной стороны. Мощные
корни приходится подрезать с трех сторон. Корни деревьев окапыва­
ют и подрезают всегда со стороны, противоположной направлению
валки. Стволы деревьев диаметром до 45 см сваливают тросом, один
конец которого прикрепляют к тяговому крюку трактора, а второй,
снабженный крюком, набрасывают на дерево и делают самозатягивающуюся петлю. Диаметр стального троса принимают равным
20... 30 мм, а длину — в 3 раза больше максимальной высоты деревьев,
но не менее 30 м. Высота закрепления на дереве самозатягивающейся
петли зависит от его диаметра.
Не допускается удаление древесной растительности вместе с пло­
дородным слоем почвы.
Валку леса с корнями производят в любых незамороженных ф ун­
тах весной, летом и осенью; на скальных грунтах, покрытых тонким
слоем почвы, в том случае, когда лес не представляет строительной
ценности. Спиливание леса является наиболее распространенным
способом при больших объемах работ зимой и во всех случаях, если
древесина пригодна в качестве строительного материала.
При расчистке дорожной полосы от древесной растительности
в зимний период времени обеспечиваются:
• просушка грунтов дорожной полосы в весенний период в более
короткие сроки до начала земляных работ;
• лучшие условия для рабочих, занятых на прорубке просеки, осо­
бенно при заболоченных и переувлажненных грунтах;
• возможность сжигания порубочных остатков без нарушения
требований лесной охраны;
• вывозка древесины к местам использования;
• равномерная занятость рабочих и механизмов в течение года.
Прежде чем приступить к спиливанию дерева, убирают сухие вет­
ки, вырубают кустарники вокруг него на расстоянии не менее 1,5 м,
а также срубают низко свисающие с дерева и мешающие работе сучья,
90
1
2
3
Рис. 3.24. Последовательность (/...3) подпила дерева, применения домкрата
и валочной вилки
прорубают дорожки длиной 4... 6 м с противоположной подрубу сторо­
ны под углом 45° к плоскости валки. В зимнее время нужно притоптать
или разгрести снег около дерева в радиусе не менее 0,5 м.
Во время подготовки рабочего места рекомендуется окорить пни
хвойных пород, обрубить корневые наплывы. Окорка способствует
меньшему затуплению пильных цепей.
Чтобы свалить дерево в нужном направлении, необходимо сна­
чала подпилить его со стороны, в которую оно должно упасть, затем
пилить со стороны, противоположной подпилу (рис. 3.24).
Дерево валят с помощью валочной вилки, гидродомкрата, гидро­
клина, лопатки. Для предупреждения вырывания волокон древесины
из комля дерева и скола-расщепа его не допиливают на 2... 3 см. Боль­
ший недопил оставляют у деревьев с хрупкой и мерзлой древесиной.
Глубина подпила (подруба) влияет на сохранность комлевого бревна
от расщепа, возникающего в начальный момент падения дерева,
и должна составлять не менее 1/3... 1/4 диаметра ствола в месте его
спиливания. После того как произведен запил, приступают к спиливанию дерева с помощью бензомоторных и электрических пил.
Плоскость спиливания должна бьггь перпендикулярна оси дерева и на­
ходиться на высоте верхнего края подпила. Деревья спиливают так,
чтобы пильная шина пилы располагалась горизонтально (рис. 3.25).
Валка деревьев производится звеном из двух человек. Произ­
водительность пилы П, м3/ч , при валке деревьев определяется за­
висимостью
П - 14 « 0 * . * . ^ . .
d
(3.8)
где Кв— коэффициент использования рабочего времени (,AfB=0,4... 0,5);
Км — коэффициент использования мощности (Ки = 0,6...0,7); Пп —
производительность пиления, см2/с; Ух — средний объем хлыста, м3;
d — диаметр подпила при спиливании среднего дерева, см.
Для определения производительности пилы по табл. 3.10 рассчи­
тывают количество деревьев на территории, подлежащей вырубке.
Спиленные деревья трелюют (перемещают) за пределы полосы
отвода на притрассовые склады, расположенные вдоль дороги, или
91
Рис. 3.25. Спиливание дерева
на лесные склады. Трелевку производят волоком по одному или не­
скольким деревьям с помощью различных тракторов (рис. 3.26).
При трелевке хлыстов на их комлях зачаливают трос, а конец
его прикрепляют к барабану лебедки трактора. Пакет хлыстов со­
бирающим тросом подтягивают на погрузочный щит трелевочной
машины.
Т аб л и ц а 3.10
Оценка зарастания территории древесной растительностью
Вид расти
тельности
Средний Средняя
Количество стволов на 1 га, шт
диаметр
высота
Густой лес
ствола, см ствола, м Редкий лес Средний лес
Кустарник
мелкий
Более 30000
Кустарник
средний
Более 16000
Мелколесье
Более 2 250
Лес очень
мелкий
Более 1400
Лес мелкий
Более 850
Лес средний
Более 520
92
Рис. 3.26. Трелевка хлыстов
Обрубка сучьев с поваленных деревьев может быть заменена обрез­
кой. Для этого применяют ручные электросучкорезы, рабочий орган
которых представляет собой дисковый пильный аппарат с упором.
Обрезку начинают с комля и заканчивают у вершины. Обрезку сучьев
и раскряжевку хлыстов целесообразно производить на притрассовых
складах, размещенных за пределами дорожной полосы, или на разде­
лочной площадке лесного склада. Затраты времени на обрезку сучьев
примерно в 1,5 раза больше, чем на спиливание деревьев. Диаметр
спиливаемых электросучкорезом сучьев не превышает 12 см. Мелкие
сучья (диаметром до 12 см) срезают непрерывным движением ин­
струмента вдоль ствола, а более толстые — круговыми движениями
инструмента вокруг спиливаемого сука. Запрещается спиливать сучья,
находясь на стволе поваленного дерева, а также переходить по стволам
деревьев с сучкорезом, подключенным в электросеть.
Пни корчуют на участках, где будут разрабатывать мелкие выемки,
резервы при глубине не более 0,5 м и под дорожными насыпями вы­
сотой до 5 м. При насыпях выше 5 м пни можно оставлять высотой
до 10 см (рис. 3.27). В грунтовых основаниях аэродромных покрытий
оставлять пни не допускается.
Пни корчуют бульдозерами, корчевателями-собирателями. Ма­
шинный способ применим весной и осенью при избыточной влаж­
ности грунта, при легких фунтах, для пород со стелющейся корневой
системой (ель, осина, лиственница, пихта).
Взрывной способ пригоден зимой и во всех случаях, когда ма­
шинный способ не обеспечивает нужных темпов работ, например
при диамефе пней более 40... 50 см.
Для выкорчевывания пня заряд взрывчатого вещества помещают
в небольшую наклонную скважину, пробуренную так, чтобы заряд на­
ходился под ценфом пня на глубине одного-двух диамефов пня, из-
Рис. 3.27. Сохранение пней под насыпью
меряемых по корневой шейке. При наличии стержневого корня заряд
взрывчатых веществ (ВВ) должен вплотную примыкать к этому корню
(рис. 3.28). У пней большого диаметра стержневой корень толстый;
в этом случае около него следует размещать два заряда с противопо­
ложных сторон корня, пробурив две скважины (шпура).
Масса заряда ВВ берется из расчета 15... 30 г на каждый сантиметр
диаметра пня в его корневой шейке (в зависимости от величины пня,
твердости дерева, давности рубки и строения корневой системы).
d
Рис. 3.28. Расположение заряда для корчевки пня:
1 — зажигательная трубка; 2 — забивка грунтом; 3 — заряд ВВ
94
В зимнее время в связи с трудностями при устройстве скважины
в грунте можно высверливать по оси пня вертикальные шпуры на та­
кую глубину, чтобы заряд ВВ находился ниже поверхности грунта.
Величина заряда в этом случае может быть вдвое меньше, чем при
разрушении его в скважине под пнем.
Процесс корчевания состоит из следующих операций:
• нажатие на пень отвалом;
• подрубка корней (при необходимости);
• выкорчевывание пня (взрывание);
• уборка в кучу.
После корчевки с корней обивают грунт и пни вывозят за преде­
лы очищаемой полосы для использования в качестве топлива или
сжигают с принятием мер безопасности.
После очистки полосы отвода от леса, кустарника, пней и камней
для облегчения работы землеройно-транспортных машин необходимо
вычесать корни. Это делают в выемках и резервах. Корни вычесы­
вают навесными рыхлителями, бульдозерами с зубьями на отвале,
корчевателями-собирателями.
Для расчистки от кустарника и мелколесья (диаметр ствола меньше
11 см) используют кусторезы, бульдозеры и корчеватели-собиратели.
Срезанный кустарник после сортировки используют для строитель­
ных нужд, в качестве топлива или просто сжигают. После удаления
пней и кустарника за пределы полосы отвода ямы, оставшиеся
от корчевки, послойно засыпают грунтом и уплотняют.
Места, где складированы сучья, кустарник, не должны мешать
дальнейшей работе дорожных машин и механизмов и располагаться
ближе 8 м от стены леса.
Для предупреждения возможной порчи древесины короедом и дру­
гими вредителями при длительном хранении в лесу целесообразно
вывезти ее к местам потребления сразу после разделки (рис. 3.29).
Полученная в результате расчистки древесина в обязательном
порядке должна быть учтена бухгалтерией.
Мастер или прораб, руководящие процессом корчевки пней,
обязаны удалить с участка работ всех посторонних лиц. При кор­
чевке пней диаметром до 30 см диаметр стального тягового каната
должен быть не менее 16...20 мм, а якорного — не менее 20 мм;
при корчевке пней диаметром от 35 до 50 см диаметр стального
тягового каната должен быть не менее 25 мм, а якорного — не ме­
нее 30 мм.
'
Перед расчисткой полосы отвода от кустарника и мелколесья
кусторезом необходимо очистить ее от пней, камней и деревьев,
диаметр которых на линии среза превышает 12 см.
Нельзя срезать кусторезом искривленные деревья или наклонен­
ные навстречу движения машины. Запрещается расчищать от ку­
старника и мелколесья сильно пересеченные участки местности,
болотистые участки, а также если видимость менее 50 м.
95
Рис. 3.29. Вывоз древесины с лесосеки
Подсобные рабочие должны находиться не ближе 25 м к месту
работы кустореза. Одновременная работа двух кусторезов разрешается
только на самостоятельных участках, удаленных друг от друга не ме­
нее чем на 40 м. Рабочая скорость кустореза составляет в среднем
2.5 км/ч, а ширина расчищаемой полосы — 3,6 м.
Удаление камней с дорожной полосы производят несколькими
способами:
• мелкие валуны, расположенные на поверхности земли или не­
много в нее заглубленные, удаляют рыхлителями и бульдозерами;
• большие камни дробят накладными зарядами на куски для уда­
ления бульдозерами, корчевателями или тракторами, которые осна­
щаются цепями и специальными захватными приспособлениями.
Валуны не удаляют, если толщина слоя грунта над ними превышает
1.5 м. При меньшей толщине валуны удаляют либо закапывают вне
пределов подошвы насыпи на глубину не менее 0,3 м. Для удаления
валунов диаметром до 50 см применяются корчеватели-собиратели
с широким отвалом или бульдозеры. Удаление валунов объемом
до 1 м3 возможно лишь при помощи бульдозера. Сначала валун
со всех сторон подкапывают, затем упирают отвал в верхнюю его
часть, выворачивают в низовую сторону и перемещают к границе
дорожной полосы. Для удаления валунов объемом до 1,5 м3 приме­
няют тракторы. При значительной дальности волочения используют
комбинированный метод: корчеватели надвигают валуны на метал­
лические листы, которыми при помощи троса волоком перемещают
за пределы дорожной полосы.
Валуны объемом более 2 м3 взрывают на выброс или дробят нак­
ладными зарядами с последующей уборкой бульдозером к границе
96
полосы. Для отбрасывания взрывом кусков камня заряд взрывча­
того вещества закладывают в подкоп валуна. Масса заряда зависит
от объема камня и свойств горной породы. Обычно расходуют ВВ
в количестве 0,6... 1,5 кг/м3. При дроблении валунов шпуровыми
зарядами расход ВВ снижается в 5 —6 раз.
При дальности перемещения до 50 м валуны передвигают буль­
дозером или корчевателем-собирателем. При большей дальности
перемещения валуны и отдельные их куски, образовавшиеся после
взрыва, собирают в кучи с последующей погрузкой в транспортные
средства.
Лица моложе 18 лет не допускаются к работе на лесосеке. Все
работы по прорубке трассы должны выполняться в соответствии
с технологической картой работ, утвержденной главным инженером
дорожной организации.
Запрещается батарейная валка деревьев сбиванием одного или
нескольких подпиленных деревьев другим деревом. Нельзя оставлять
не сваленным подрубленное или подпиленное дерево после оконча­
ния работ, в обеденный перерыв, при переходе к другим деревьям.
В горных условиях валка деревьев производится от основания
склона к вершине, при этом деревья должны сваливаться вершинами
под гору. Всякие работы ниже места валки деревьев по этому склону
запрещаются.
Нельзя валить деревья при видимости менее 50 м, в ночное вре­
мя и при силе ветра более 6 баллов, а в горной местности — более
5 баллов.
Обрубать сучья можно только на устойчиво лежащем дереве
не ближе 50 м к месту валки. Не разрешается подходить к месту об­
рубки сучьев ближе 5 м.
Начинать трелевку сваленных деревьев можно только с участков,
находящихся не ближе 50 м к местам обрубки сучьев или валки де­
ревьев. Перед трелевкой деревьев необходимо подготовить волок.
Ширина трелевочного волока должна быть не менее 5 м.
3.8.
Способы борьбы с нежелательной
древесно- кустарниковой растительностью
Нежелательной древесно-кустарниковой растительностью на ав­
томобильных дорогах являются дикорастущие деревья и кустарники,
которые вырастают на откосах и обочинах земляного полотна, в бо­
ковых канавах и на открытых участках полосы отвода автомобильных
дорог в результате естественных процессов расселения растений
семенным или вегетативным способом.
Для Российской Федерации с ее различными природно-климатиче­
скими условиями характерно многообразие нежелательной древесно­
кустарниковой растительности, отличающейся составом пород дере­
97
вьев и кустарников, их возрастом, густотой, характером размещения
по площади, высоте стволов, диаметру и другим показателям.
Для объективной оценки степени зарастания территорий нежела­
тельной древесно-кустарниковой растительностью и планирования
мероприятий по ее уничтожению разработано несколько классифи­
каций сорной растительности с указанием размеров деревьев и ку­
старников и их густоты на 1 га (табл. 3.11).
Диаметр ствола кустарников и мелколесья определяют в нижней
части ствола у корневой шейки, у деревьев — на уровне груди чело­
века (на высоте 1,3 м от поверхности земли).
Существуют три основных способа уничтожения нежелательной
древесно-кустарниковой растительности: механический (срезка,
корчевание), химический (обработка специальными химическими
веществами, уничтожающими растения, — арборицидами) и терми­
ческий, или огневой (сжигание).
Каждый из этих способов, применяемый в отдельности, за ис­
ключением удаления растений с пнями и корнями механическим
способом, из-за высокой жизнеспособности деревьев и кустарников
обычно полного эффекта не дает. Поэтому способы борьбы часто
применяют комплексно.
Арборицидами (от лат. arbor — дерево и caedo — убиваю) на­
зываются химические вещества (препараты) из группы гербицидов,
которые способны уничтожать деревья и кустарники. Выбор способа
Т аб л и ц а 3.11
Классификация сорной растительности для европейской части России
Вид расти­
тельности
Средний Средняя
диаметр
высо­
стволов, см та, м
Количество стволов лесокустарника, шт.,
на 1 га
Кустарник
Мелкий
ДоЗ
ДоЗ
Более 30000
Средний
3...7
3...6
Более 16000
Мелколесье
8...11
5...9
Более 2 250
Очень
мелкий
12... 15
7... И
Более 1400
Мелкий
16...23
8... 16
Более 850
Средний
24... 32
И ...20
Более 520
Крупный
Более 32
—
удаления нежелательной растительности зависит от состава пород,
густоты, возраста и местоположения растений на элементах доро­
ги, наличия необходимых технических средств и других природных
и хозяйственных условий, которые необходимо учитывать при пла­
нировании и проведении работ.
Наиболее простым и распространенным приемом борьбы с неже­
лательной растительностью является удаление деревьев и кустарников
путем рубки или спиливания их стволов у поверхности почвы. Од­
нако удаление только надземной части деревьев и кустарников дает
временный эффект, так как эти растения способны возобновлять
свой рост порослью пней и корней. По этой причине для полного
уничтожения сорных растений после срезки стволов деревьев и ку­
старников применяется удаление их пней и корней корчеванием.
Машины и механизмы, позволяющие полностью механизировать
все операции по уничтожению нежелательной растительности, име­
ются в основном в лесном и мелиоративном хозяйстве и могут быть
применены при эксплуатации автомобильных дорог.
В труднодоступных местах для удаления сорняков, а также дере­
вьев и кустарников с диаметром стволов до 35 мм используют ручной
мотоинструмент.
Химический способ борьбы с нежелательной древесно-кустарниковой растительностью предусматривает пять видов применения
арборицидов:
• опрыскивание арборицидами крон деревьев и кустарников;
• введение арборицидов в зарубки на стволах деревьев (способ
инъекции);
• нанесение арборицидов на поверхность ствола дерева (на кору)
у его основания (базальная обработка);
• обработка пней после срезки стволов для подавления роста по­
росли из спящих и придаточных почек;
• обработка арборицидами почвы в зоне распространения корней
нежелательных деревьев и кустарников.
Для уничтожения нежелательной древесно-кустарниковой рас­
тительности используется множество гербицидов и различных пре­
паратов, обладающих арборицидными свойствами. На основе имею­
щихся десятков различных арборицидов создаются их смеси, которые
оказываются более эффективными, чем отдельные их компоненты.
Существуют различные заводские (фирменные) и «баковые» смеси,
которые готовят непосредственно на месте. Однако токсичность
и экономический риск, связанные с использованием арборицидов,
в определенной степени сдерживают их распространение.
Перечень агрохимикатов для борьбы с нежелательной раститель­
ностью, допустимых к применению на территории России, ежегодно
устанавливает Госхимкомиссия Минселхозпрода РФ по согласованию
с Минздравом РФ и Госкомэкологией РФ. В каталогах последних лет
в качестве одного из наиболее эффективных препаратов рекоменду-
99
ется «Раундап» — универсальный системный гербицид, являющийся
уникальным средством борьбы с сорной травяной и древесно-ку­
старниковой растительностью.
«Раундап» выпускается в виде жидкого концентрата с содержанием
действующего вещества (глифосата) 36%. Кроме того, он содержит
поверхностно-активное вещество в количестве 18 %. Распределяют
его методом опрыскивания по норме 1... 10 л/га «Раундапа» в водном
растворе (в зависимости от густоты растительности). Расход водного
рабочего раствора составляет 100... 500 л/га.
Уничтожение зрелых кустарниковых и лиственных деревьев произ­
водится нанесением препарата «Раундап» на срез пня либо инъекцией
в зарубки на стволе.
Сначала ненужная растительность вручную срезается или спилива­
ется, а затем на свежий срез пня наносят 25%-ный раствор «Раундапа».
В зарубки (или надрезы) на деревьях впрыскивают по 1 мл 50%-ного рас­
твора препарата. Эти работы должны выполняться с июля по октябрь.
Для нанесения «Раундапа» применяют специальное оборудование
(прицепное или навесное к колесным тракторам или автомобилям),
а также ранцевые ручные опрыскиватели.
«Раундап» в рекомендованных дозах не оказывает отрицательного
воздействия на окружающую среду. К его достоинствам относится
низкая токсичность для теплокровных животных. Препарат не накапли­
вается в почве, воде и пищевых продуктах. При использовании этого
препарата, так же как и других разрешенных ядохимикатов, необходимо
соблюдать общие правила обращения с химическими препаратами.
Применение химического способа уничтожения сорной древес­
но-кустарниковой растительности по сравнению с механическим
позволяет значительно снизить затраты труда и средств на проведение
работ, а также сохранить плодородный слой почвы, который обыч­
но нарушается при корчевании свежих пней и ликвидации корней
и древесных остатков.
Термический (огневой) способ борьбы с сорной растительностью
заключается в выжигании растений открытым пламенем. Любое тра­
вянистое растение погибает при температуре 278 °С в течение 1 с.
Для реализации этого способа можно использовать соответствую­
щие технические средства: переносные, ранцевого типа или агрегатируемые с тракторами. Источником энергии в этих средствах помимо
дизельного топлива или керосина чаще всего является сжиженный
газ, который через специальное регулировочное устройство подает­
ся к горелкам. В дорожных условиях, где часто требуется обработка
небольших площадей или отдельных групп древесно-кустарниковой
растительности, расположенных в труднодоступных местах — на от­
косах, бровках земляного полотна или в боковых канавах, удобны
малогабаритные ручные огневые культиваторы индивидуального
пользования (например, огневой культиватор, главной частью ко­
торого является ручная переносная горелка).
100
3.9. Восстановление и закрепление трассы дороги
Трасса — это линия, определяющая положение геометрической
оси дороги на местности. В местах насыпей она выше земной по­
верхности, а в выемках — ниже ее. Разметку трассы производят
с использованием реперов, которые располагаются вблизи земляного
полотна (рис. 3.30).
В скальных грунтах положение точек допускается обозначать пере­
сечением двух канавок, высеченных в скале. Точки разбивки при этом
обкладывают камнями, надписи делают масляной краской.
Положение оси дороги (трассы) на местности устанавливают и за­
крепляют в процессе проведения инженерных изысканий. Однако
со времени их окончания до начала строительства дороги обычно про­
ходит достаточно большой период времени, в течение которого могут
измениться условия использования выделенных для строительства до­
роги земельных угодий, а иногда могут быть повреждены или утрачены
отдельные знаки, определяющие положение трассы. Поэтому перед
началом строительных работ необходимо вновь уточнить ее положение
на местности и восстановить закрепление трассы (рис. 3.31).
Восстановление трассы заключается в нанесении на местности
основных осей сооружений, а также в развитии опорной сети с вос­
становлением и закреплением всех точек и осей земляного полотна
и всех дорожных сооружений. При этом необходимо:
• закрепить полосу отвода;
• вынести все углы поворота и все пикеты на границу полосы
отвода;
• закрепить вершины углов поворота и створных точек на длин­
ных прямых;
а
б
Рис. 3.30. Конструкция пикетного столбика и дополнительного репера:
а — вид с дороги; б — вид сбоку
101
Рис. 3.31. Восстановление и закрепление трассы на местности
• закрепить начало и конец кривых;
• разбить и закрепить оси искусственных сооружений;
• закрепить пикеты и плюсовые точки;
• проверить отметку существующих реперов и установить до­
полнительные;
• проверить продольное нивелирование всех точек и в необходи­
мых случаях на отдельных участках снять поперечные профили для
более точного подсчета объемов земляных работ.
Сроки выполнения полной разбивки должны обеспечивать уста­
новленные темпы земляных работ. Выполнение геодезической разбивочной основы производит заказчик. Полосу отвода закрепляют
путем установки столбов или затесок на деревьях, подлежащих валке
при расчистке дорожной полосы.
Пикеты выносят под прямым углом к оси трассы и закрепляют
столбами или свайками. Выносные пикетные столбы устанавливают
на границе полосы отвода, но не ближе 5 м к наружному краю во­
доотводной канавы, резерва. Схемы закрепления дороги показаны
на рис. 3.32, 3.33.
Ось дороги
Рис. 3.32. Схема закрепления оси дороги на прямом участке трассы:
1 — выносной столб; 2 — выносные колья; 3 — границы полосы отвода; 4 — четные
пикеты (точки со сторожками); В — ширина полосы отвода
102
Ось дороги
Рис. 3.33. Схема закрепления оси дороги на криволинейном участке трассы:
1 — граница полосы отвода; 2 — пикеты (точка и сторожек с надписью); 3 — выносные
столбики с отметками; НК — начало кривой; КК — конец кривой; ВУ — вершина
угла; Т — тангенс кривой; К — касательная к кривой; R — радиус кривой
Все знаки должны быть зарегистрированы в журнале выносок
(табл. 3.12).
Ось дороги закрепляют кольями на длинных прямых участках че­
рез 0,5... 1,0 км. Кроме кольев устанавливают длинные вехи. Такие же
вехи ставят в точках, соответствующих тангенсам кривых.
Угол поворота трассы закрепляют четырьмя знаками: в вершине
угла забивают потайной колышек (металлический стержень сечением
Т аб л и ц а 3.12
Форма из журнала выносок
...
Наиме­
нование
выносных
точек
Пикет
и плюс
1
2
Расстояние до оси, м,
и направление выноски
влево
вправо
3
4
Привязочный угол
Схема рас­
положения
выносок
5
6
П р и м е ч а н и я : 1. В числителе указывается расстояние до выносной точки,
ближайшей к трассе, в знаменателе — до дальней.
2.
Отсутствие записи в колонке S означает, что направление выноски нор­
мально к оси трассы или к линии тангенса.
103
8... 10 мм, длиной 1,0 м, возвышающийся над поверхностью земли
на 10 см и присыпанный фунтом). На расстоянии 0,5 м по направле­
нию наружной биссекфисы угла закапывают угловой опознаватель­
ный столб. На столбе записывают порядковый номер угла, радиус,
тангенс и биссектрису.
На продолжении сторон угла, за пределами земляных работ, зака­
пывают еще два опознавательных столба. Вершину угла привязывают
к двум-фем постоянным предметам на местности.
Километраж восстанавливают путем установки на фанице по­
лосы отвода столбов диаметром 12... 15 см, которые в процессе
сфоительства дороги являются ориентирами, указывающими места
производства работ. При восстановлении фассы за пределами про­
изводства земляных работ в местах, не подверженных затоплению,
оползням, разливам и другим явлениям, устанавливают дополни­
тельные реперы:
• в местах расположения искусственных сооружений;
• в местах фанспортных развязок в разных уровнях, в сложных
узлах пересечений в одном уровне;
• у насыпей высотой более 5 м и выемок глубже 5 м.
При восстановлении фассы проводят закрепление на местности
дополнительных земельных участков, отводимых под сосредоточен­
ные резервы и карьеры, для размещения различных производствен­
ных предприятий, дорожных и фанспортных служб. Во время этих
работ фаницы земельных участков обозначаются бороздами, столба­
ми, узкими просеками, затесами или отметками на деревьях. Отвод
земель в постоянное и временное пользование осуществляют с учетом
требований охраны окружающей среды, рационального использо­
вания сельскохозяйственных и ценных земель и угодий. Совместно
с заказчиком и землевладельцем составляются акты на сады, посевы,
подлежащие уничтожению в процессе строительства дороги.
Кроме постоянной полосы отвода оформляют и отвод временной
полосы, необходимой для производства работ, пропуска фанзитного
фанспорта, складирования материалов и почвенно-растительного
грунта, доставки фузов на строительную площадку, размещения
прюрассовых резервов фунта.
3.10. Разбивочные работы при устройстве
земляного полотна
При усфойстве земляного полотна предусмафивают нанесение
и закрепление разбивочных работ на местности:
• оси земляного полотна и его бровок;
• высоты насыпей и кавальеров;
• глубины выемок и резервов;
• заложения откосов насыпей и выемок, кавальеров и резервов;
104
• ширины и глубины кюветов и канав;
• плана трассы.
В результате разбивки всегда должны быть видны контуры зем­
ляного полотна или положение основных ограничительных линий.
Разбивочные знаки не должны мешать производству земляных работ
и должны сохраняться до полного их завершения.
На высоких насыпях и на подходах к искусственным сооружени­
ям высотные колья устанавливают через 20 ...40 м; на горизонталь­
ных кривых радиусом более 500 м — через 20 м; радиусом от 100
до 500 м — через 10 м; радиусом менее 100 м — через 5 м. На верти­
кальных кривых высотные рабочие отметки наносят на хорды через
20 м на выпуклых кривых, через 10 м — на вогнутых кривых.
В большинстве случаев земляное полотно возводят с присыпны­
ми обочинами; при этом сначала возводят насыпь до отметки низа
конструкции дорожной одежды, а затем параллельно с устройством
слоев одежды послойно с уплотнением отсыпают обочины. Возво­
димая насыпь при разбивочных работах должна быть немного ниже
и шире, чем это предусмотрено проектом. При разбивке земляного
полотна следует учитывать конструкцию дорожной одежды, вычитая
ее толщину из отметок бровки.
Ш ирина земляного полотна по низу дорожной одежды А , м,
определяется зависимостью
Л - B +2hm ,
(3.9)
ще В — проектная ширина земляного полотна, м; Һ — толщина до­
рожной одежды; т — коэффициент заложения откоса.
Расстояние L от оси до подошвы откоса насыпи на равнинной
местности (рис. 3.34) определяется по формуле
L = ^ -+ m H .
2
(3.10)
При разбивочных работах необходимо учитывать величину запаса
насыпи на осадку в процентах от высоты насыпи.
Во/2
L
тН
Вц/2
J
А.
Рис. 3.34. Схема для определения ширины основания насыпи
105
Рис. 3.35. Схема расположения насыпи на косогоре
Рис.
3.36. Схема для расчетов ширины выемки
В случае равномерного поперечного уклона местности 1: п рас­
стояние от оси насыпи до границы верхового L Bи низового L Hоткосов
определяется следующими зависимостями (рис. 3.35):
LB=^-+m(H-h в);
(3.11)
В ^
І'н = -2 + т (Н + һн).
(3.12)
Разбивку выемок осуществляют в следующем порядке:
• до начала разработки выемок осевые точки относят на обрезы;
• потом обозначают линии верхних боковых откосов, которые
показывают ширину разработки выемки (рис. 3.36).
Расстояние от оси до бровки откосов выемки:
L =j+ m H + K .
(3.13)
При трапециевидных кюветах
к = К + К(*П\ + т2),
(3.14)
где Ьк — ширина кювета по дну, м; Ак — глубина кювета, м; т {, т 2 —
коэффициенты откоса кюветов.
106
3.11. Снятие почвенно-растительного слоя грунта
Перед началом работ по устройству земляного полотна с поверх­
ности будущих оснований насыпи и выемок, кавальеров, кювет-резервов, грунтовых карьеров, временных складов для хранения дорож­
но-строительных материалов снимается почвенно-растительный слой.
Разбивка работ по снятию и складированию этого слоя заключается
в выноске в натуру границ срезки и контуров валов для временного
хранения грунта. Для разбивки границ срезки применяют вешки
высотой 1,0... 1,5 м, которые устанавливают через 20...25 м.
Валы растительного грунта в зависимости от рельефа местности
могут устраиваться с одной или обеих сторон земляного полотна.
Их объем определяется потребностью в плодородной почве для пла­
кировки (нанесения) на дно, откосы резервов и откосы земляного
полотна с каждой стороны. Валы почвенно-растительного грунта
должны быть защищены от водной и ветровой эрозии, а также от за­
грязнения нефтепродуктами. Хранящийся в них грунт по мере не­
обходимости используется для рекультивации территории грунтовых
резервов и карьеров, а также всех земель, нарушенных в процессе
проведения дорожно-строительных работ.
Плодородный слой почвы на толщину, предусмотренную проек­
том, обычно снимают автогрейдером или бульдозером. Перед началом
работ границы срезки на местности обозначают бороздами, которые
проводят плугом или отвалом автогрейдера.
При проложении дороги по лесным массивам и ценным землям от­
вод земель для временного хранения почвенно-растительного грунта
является нецелесообразным, поэтому его погружают в транспортные
средства и перевозят на специальные площадки. Эти площадки рас­
полагают на малоценных землях.
^рПІІДІЕдІІДДЗД^
В случае, когда почвенно-рас­
тительный грунт имеет высокую
плотность или в нем остались
корни после корчевки пней, до на­
чала срезки проводят его рыхле­
ние. Схема работы бульдозера или
автогрейдера зависит от ширины
захватки, на которой осуществля­
ются снятие и перемещение грун­
та. Если она не превышает 25 м,
то применяется односторонний
• fci « I I l'-> >i i А.І ід Я
1 г:г:г. I.I
дд ч я а 11 1і*!дч м 1111 в - у г j ■I ■111а ;
в
поперечный способ (рис. 3.37). При
№*■11 1 M l 1 г т г Р П - і ч - П Т Г Г у Щ
1
в о зв ед ен и и в ы сок и х н а сы п ей или
боковых кювет-резервов, а также
при разработке глубоких выемок
срезку и перемещение грунта сле­
дует производить сначала с одной
1
1
1 1
1
1
1 1 1 • 1 1
Рис. 3.37. Схема снятия п л одо­
родного слоя почвы поперечным
с п о с о б о м на п о л о се ш и р и н ой
менее 25 м:
В — вал растительного фунта
107
половины полосы, а затем с другой. В этом случае дорожная полоса
имеет ширину 30 ...40 м и зарезание грунта прямоугольной стружкой
начинается с оси будущей дороги.
Производительность бульдозера Пб при срезке и перемещении
грунта определяе
„
TcuVKnK ,K R
(3.15)
6_
7~к
где Тсм — продолжительность смены; V — объем грунта, перемещае­
мого за один цикл, м3; К„ — коэффициент, учитывающий потери
фунта при его перемещении; АГ,— коэффициент, учитывающий уклон
местности; Кв — коэффициент использования рабочего времени;
Ц время, зафачиваемое на один цикл, ч; Кр — коэффициент раз­
рыхления фунта.
Объем фунта, м, перемещаемого за один цикл, определяется
по формуле
V
1Н
2К
(3.16)
где /
длина отвала бульдозера, м; Н — высота отвала бульдозера,
м; К — коэффициент, характеризующий свойства фунта.
(о начала работ по возведению насыпей и разработке выемок
усфаивают нагорные канавы и ограждающие валы для отвода по­
верхностных вод. Канавы роют, начиная с низовой стороны, с общим
уклоном не менее 5 %о, с обеспечением сброса воды в естественное
русло, тальвег, овраг или водоем. При устройстве нагорных канав
на косогорах извлекаемый фунт укладывают в виде призмы (банкета),
только с низовой стороны.
Контрольные вопросы
1. С какой целью устраиваются подъездные дороги?
2. Каково назначение объездных дорог?
3. Какими материалами могут быть улучшены эксплуатационные по­
казатели грунтовых дорог?
4. Каково устройство колейных дорог с деревянным покрытием?
5. Какие способы применяются для устройства автозимников?
6. В каких местах устраиваются ледовые переправы?
7. В какой период и почему следует производить валку деревьев и кор­
чевку пней?
8. Какие работы производятся при восстановлении трассы дороги?
9. Что входит в перечень разбивочных работ?
10. Где хранится снятый почвенно-растительный слой грунта и где он
используется в дальнейшем?
Глава
4
ФОРМИРОВАНИЕ ВОДНО-ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА
ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
4.1. Водно-тепловой режим земляного полотна
В связи с ростом интенсивности транспортных потоков, уве­
личением грузонапряженности и скорости движения повышаются
требования к прочности земляного полотна.
Тепловой режим грунтов, нарушаемый дорожной одеждой с боль­
шей теплопроводностью и отсутствием снежного покрова на поверх­
ности дороги, способствует увеличению зимнего влагонакопления
под проезжей частью.
Водный режим верхних слоев земляного полотна также ухудша­
ется из-за медленного просыхания грунтов под водонепроницаемым
покрытием.
В отличие от покрытия земляное полотно и основание должны
устраиваться прочными на достаточную перспективу роста интен­
сивности движения. Мероприятиями, повышающими прочность
и устойчивость земляного полотна, помимо поверхностного водо­
отвода являются:
• предохранение верхней части земляного полотна от поступления
воды сверху (приданием поперечных уклонов поверхности полотна,
укреплением обочин) и снизу (устройство полотна в насыпях при до­
статочном его возвышении над уровнем грунтовых вод и надлежащем
уплотнении насыпного грунта); устройство прослоек, изолирующих
или прерывающих капиллярное поднятие; замена неблагоприятных
грунтов в выемках и невысоких насыпях морозоустойчивыми грун­
тами или материалами;
• обеспечение своевременного оттока воды из верхней части
земляного полотна (укладка дренирующих слоев из песка или геотекстильных материалов).
На земляное полотно и дорожную одежду воздействуют атмос­
ферные осадки, выпадающие на поверхность дороги и просачиваю­
щиеся через трещины, швы, края покрытия и обочины (рис. 4.1).
Причем, по данным СоюздорНИИ, через обочины поступает более
40 % выпавших осадков. При затрудненном поверхностном стоке
вода может увлажнять земляное полотно за счет подтопления и ка­
пиллярного перемещения сбоку или снизу при наличии грунтовых
вод.
109
Водоупор
Рис. 4.1. Схема увлажнения земляного полотна:
1 — осадки, просачивающиеся через трещины и разрушения в покрытии; 2 — осадки,
просачивающиеся через обочины; 3 — вода, поступающая из боковых канав и кюветрезервов; 4 — дренирующий слой; 5 — капиллярная вода
Круглогодичный цикл водно-теплового режима земляного по­
лотна для районов с сезонным промерзанием состоит из четырех,
обусловленных временами года, периодов;
1) первоначального осеннего накопления влаги;
2) интенсивного перемещения и накопления влаги при промер­
зании земляного полотна;
3) максимального влагонасыщения при оттаивании грунта;
4) просыхания грунта.
Все периоды увлажнения составляют единый закономерный цикл
перемещения влаги в грунтах земляного полотна в результате воз­
действия на него природных факторов окружающей среды. Сроки
наступления периодов увлажнения зависят от погодных условий
и могут смещаться в ту или другую сторону. Первоначальное нако­
пление влаги в грунтах земляного полотна начинается с переходом
средних суточных температур воздуха через +3; +5°С.
За конец периода первоначального накопления можно принимать
установление среднесуточных температур воздуха ниже -5 °С. Зимнее
накопление влаги в грунтах происходит путем перемещения ее по на­
правлению теплового потока снизу и с боков, от более теплых мест
к более холодным, за счет перераспределения внутренних запасов влаги
и миграции ее от уровня фунтовых вод. Одновременно с накоплением
влаги происходит морозное пучение фунтов, сопровождающееся их
разрушением. Максимальная величина общего пучения в большинстве
случаев определяется в основном величиной общего зимнего влагонакопления. Наиболее опасны пылеватые фунты, у которых большая
поверхностная энергия сочетается с малым сопротивлением подъему
воды в порах. Вследствие этого скорость подтока воды в зону пучения
велика и образование ледяных линз в фунте идет интенсивно.
Третий период оттаивания и максимального влагонасыщения на­
чинается с установлением в верхних слоях земполотна стабильных
положительных температур и продолжается до полного оттаивания
110
фунтов. Вода, выделяющаяся при оттаивании ледяных образований
в мерзлых фунтах, насыщает разуплотненный в процессе пучения
фунт, поэтому резко снижается его устойчивость. Характеристиками
переувлажнения фунта могут считаться толщина слоя с пониженной
несущей способностью и длительность периода ослабленного со­
стояния верхней части земполотна.
По мере профевания земляного полотна начинается четвертый
период — просыхание фунтов, т. е. уменьшение их влажности и вос­
становление плотности и несущей способности.
Для принятия инженерных решений по регулированию водно­
теплового режима земляного полотна необходимо посфоить эпюры
максимально возможных сезонных влажностей fVmax и эпюры до­
пустимых расчетных влажностей Wv
Сравнение этих эпюр позволяет принимать принципиальные
решения по регулированию водно-теплового режима земляного по­
лотна:
• удаление низа консфукции дорожной одежды от уровня фунто­
вых вод. В этом случае в активной зоне должно быть 1Vm!a < Wz, что
достигается понижением уровня фунтовых вод или возвышением
бровки земляного полотна;
• усфойство морозостойких, а также теплоизолирующих слоев —
достаточно эффективное мероприятие при регулировании водно­
теплового режима;
• удаление избыточной воды с помощью дренирующего слоя или
прослойки;
• устройство гидроизоляционных слоев;
• регулирование водно-теплового режима за счет рационального
консфуирования одежды с использованием паронепроницаемых
слоев;
• гидрофобизация (укрепление) фунтов активной зоны органи­
ческими и минеральными вяжущими.
В ряде случаев при возведении земляного полотна используются
водо- и морозоустойчивые щебенистые, фавийные материалы, ко­
торые сохраняют достаточную прочность и устойчивость независимо
от интенсивности воздействия водно-теплового режима.
Прочность и устойчивость земляного полотна обеспечивается
отводом поверхностных вод и воды из-под консфукции дорожной
одежды, понижением уровня фунтовых вод, возведением насыпей
из доброкачественных фунтов, устройством капилляропрерывающих
или водонепроницаемых прослоек, укреплением откосов и обочин,
возвышением земляного полотна над расчетным уровнем фунтовых
или длительно стоящих поверхностных вод на величину, предусмот­
ренную СНиП 2.05.02-85, соблюдением его проектных геомефических парам етров.
Термоизолирующие прослойки могут применяться в качестве
альтернативы:
111
1) устройству традиционных морозозащитных слоев для сниже­
ния деформаций пучения при промерзании конструкции, в которой
в пределах глубины воздействий отрицательных температур имеются
пучинистые грунты;
2) устройству повышенных насыпей или устройству термоизоля­
ции из торфа в зоне вечной мерзлоты, обеспечивающих сохранение
стабильных характеристик деятельного слоя.
Первое направление использования термоизолирующей прослой­
ки может быть реализовано на дорогах общей сети и ведомственных
дорогах в любой дорожно-климатической зоне при наличии сезонного
промерзания-оттаивания фунтов с повышенной пучинистостью.
Второе направление может быть реализовано на дорогах общей
сети и ведомственных дорогах только в зоне многолетнемерзлых
грунтов или в специальных проектных решениях, рассчитанных
на особые условия сфоительства и эксплуатации дороги (временные
дороги, спецдороги и т.п.).
Эффект от применения теплоизолирующего слоя, используемого
для снижения морозного пучения, может быть получен за счет:
• уменьшения объема качественных материалов, используемых
в дорожной одежде для обеспечения ее морозоустойчивости;
• возможности использования в верхней части земляного полотна
местных пучинистых фунтов (без их замены);
• повышения долговечности консфукции вследствие исключения
периодически возникающих деформаций морозного пучения;
• возможности понижения рабочих отметок насыпей на участках,
где при фадиционных консфукциях действуют офаничения СНиП
по минимальному возвышению насыпи над уровнем подземных или
поверхностных вод, а также над уровнем земли;
• понижения расчетной влажности фунта земляного полотна
и соответствующего повышения расчетных значений прочностных
характеристик фунта за счет снижения влагонакопления при про­
цессе морозного пучения;
• снижения фебуемой толщины дренирующего слоя за счет ис­
ключения поступления воды снизу при оттаивании фунтов земляного
полотна.
Эффект от применения теплоизолирующего слоя для предотвра­
щения оттаивания фунта, используемого в консфукции в мерзлом
состоянии в зоне вечной мерзлоты, может быть получен за счет:
• уменьшения объемов привозных фунтов при сооружении зем­
ляного полотна с сохранением мерзлоты;
• обеспечения возможности использования в земляном полотне
фунтов с любой степенью увлажнения в виде мерзло-комковатого
материала;
• обеспечения возможности понижения рабочих отметок насыпей,
сооружаемых в зоне многолетнемерзлых фунтов с соответствующим
уменьшением объемов земляных работ;
112
Т а б л и ц а 4.1
Допустимая величина морозного пучения
Тип дорожной одежды
Вид покрытия
Допустимое морозное пучение, см
Асфальтобетон
4
Цементобентон
3
Облегченный
Асфальтобетон
6
Переходный
Переходное
10
Капитальный
• исключения необходимости замены грунта под конструкцией
дорожной одежды в выемке;
• повышения надежности и долговечности конструкции дорожной
одежды;
• сокращения затрат на уплотнение грунтов при сооружении на­
сыпей;
• снижения экологического ущерба при строительстве дорог в се­
верных районах.
Морозоустойчивость дорожной конструкции оценивается по ве­
личине ее морозного пучения (табл. 4.1). Морозоустойчивость кон­
струкции считается обеспеченной при выполнении условия
/•пуч < *пуч
/л°п
/
9
4
* ,
1
\*
гое /пуч — расчетная величина морозного пучения конструкции; /*®п —
допустимая величина морозного пучения конструкции.
Традиционно применяемыми способами повышения морозо­
устойчивости дорожных конструкций являются:
• использование в рабочем слое взамен местных пучинистых грун­
тов привозных непучинистых или слабопучинистых грунтов (замена
грунта). При выборе фунта учитывают действующую классификацию
грунтов по пучинистости (табл. 4.2);
• увеличение расстояния от низа дорожной одежды до уровня под­
земных или поверхностных вод за счет увеличения высоты насыпей
или усфойства дренажной системы в выемке (осушение земляного
полотна);
• усфойство морозозащитного слоя из непучинистых грунтов
и минеральных материалов, в том числе укрепленных малыми дозами
минеральных или органических вяжущих;
• усфойство основания дорожной одежды из монолитных мате­
риалов (типа тощего бетона или зернистых материалов, обработанных
минеральными или органическими вяжущими).
К нетрадиционным способам повышения морозоустойчивости от­
носятся способы, предусматривающие использование в конструкции
промышленных изделий различного рода:
13
• прослоек гидроизолирующих (полиэтиленовые пленки, гидроизол др.);
• капилляропрерывающих прослоек;
• теплоизолирующих слоев, снижающих глубину промерзания или
полностью исключающих промерзание грунта;
• армирующих прослоек из геотекстиля и геосеток, обеспечиваю­
щих повышение равномерности деформаций пучения конструкции.
Теплоизолирующие слои могут устраиваться из различных мате­
риалов, как естественных (торф), так и искусственных (материалы
с пониженной теплопроводностью, в том числе пенопласты различ­
ных типов, отвечающие определенным требованиям).
Теплоизолирующие слои из экструзионных пенопластов приме­
няют для повышения морозоустойчивости дорожной конструкции
в особо неблагоприятных грунтово-гидрологических условиях, харак­
терных для 2-го и 3-го типов местности по увлажнению. В зависимо­
сти от особенностей конкретного участка можно либо не допустить
промерзания насыпи и ее основания и исключить, таким образом,
морозное пучение грунтов полностью, либо уменьшить глубину про­
мерзания до допустимой величины.
В общем случае вид теплоизолирующего материала и параметры
теплоизолирующего слоя определяются на основе специальных рас­
четов и технико-экономических обоснований.
Теплоизолирующие слои из пеноплэкса могут быть применены как
в насыпях, отсыпанных из пучиноопасных грунтов, так и в выемках,
основание которых сложено пучиноопасными грунтами.
До устройства теплоизолирующего слоя должны быть выполнены
следующие работы:
• подготовка земляного полотна;
• обеспечение водоотвода с поверхности земляного полотна;
• подготовка путей завоза строительных материалов.
Т аб л и ц а 4.2
Классификация грунтов по степени пучинистости при замерзании
(СНиП 2.05.02-85)
Группы ФУНТОВ
по пучинистости
Непучинистый
1 и менее
II
Слабопучинистый
Свыше 1 до 4
III
Пучинистый
Свыше 4 до 7
IV
Сильнопучинистый
Свыше 7 до 10
V
Чрезмерно пучинистый
Свыше 10
1
114
Степень пучинистости
Относительное морозное
пучение
Земляное полотно должно быть спланировано и уплотнено в соот­
ветствии с действующими нормативами. Если требуемого уплотнения
в рабочем слое достичь невозможно, то должны быть выполнены специ­
альные указания проекта. Водоотвод с поверхности земляного полотна
должен быть осуществлен до начала отсыпки выравнивающего слоя под
пеноплэкс. При соответствующем технико-экономическом обосновании
применяют дренирующую прослойку из геотекстиля. Поперечный уклон
дренирующей прослойки принимают не менее 2 %. Для обеспечения
равномерного опирания плит на поверхность земляного полотна, как
правило, устраивают выравнивающий слой из песка толщиной 5... 10 см.
Распределяют песок бульдозерами. По подготовленному выравниваю­
щему слою проезд механизмов и автотранспорта не допускается.
Плиты пеноплэкса (125 х 65 см) укладывают вручную (звено из двух
человек), располагая их длинной стороной вдоль дороги. Выравни­
вание термоизолирующего слоя производят подсыпкой песка под
плиты с контролем нивелировкой. Стыковка плит осуществляется
за счет шпунта, имеющегося на плите.
Плиты следует укладывать таким образом, чтобы поперечные швы
в соседних рядах плит располагались вразбежку, т. е. в одной точке
не должны соединяться четыре плиты (рис. 4.2).
При двухъярусном теплоизолирующем слое швы нижележащего
ряда плит необходимо перекрывать вышележащими плитами. Уло­
женные плиты закрепляют металлическими стержнями диаметром
6... 8 мм и длиной 400 мм. Стержни забивают в плиту заподлицо.
При ширине прослойки до 8 м достаточно закрепить крайние ряды
плит и один-два ряда посередине слоя. Каждая плита крайнего ряда
должна быть закреплена не менее чем двумя стержнями. Плиты
крайних рядов допускается закреплять, забивая стержни заподлицо
с верхней гранью плиты рядом с ней.
Рис. 4.2. Схема укладки плит пеноплэкса в один ярус
115
Первый над плитами слой дорожной одежды или земляного
полотна должен отсыпаться толщиной не менее 0,3 м в плотном
теле по способу «от себя». Распределение песка производят буль­
дозером. Для уплотнения используют вибрационные уплотняющие
средства.
При использовании построечной техники с диаметром следа зад­
него колеса более 37 см и при среднем давлении от заднего колеса
более 0,6 МПа следует выполнить расчет необходимой толщины
защитного слоя над пеноплэксом. После уплотнения этого слоя виб­
рокатком массой 14... 17 т по нему разрешается движение дорожно­
строительных машин.
4.2. Водоотводные сооружения
Осадки, выпадающие на поверхность земли в виде дождей, ча­
стично испаряются, а частично стекают с повышенных мест рельефа
земной поверхности к пониженным, образуя так называемый сток.
Направление стекания воды определяется скатом, т. е. уклоном
местности. На земной поверхности существуют такие линии, про­
ходящие по повышенным местам, от которых местность понижается
в обе стороны (пример таких линий — горные хребты). Эти линии
называются водораздельными , или водоразделами.
Поверхностный сток начинается непосредственно от водораз­
дельных линий. По мере слияния отдельных струек, сбегающих
по смежным склонам, вода концентрируется на линии пересечения
этих склонов, называемой тальвегом, и далее стекает уже по нему
небольшим ручьем. В результате слияния нескольких таких ручьев
сначала образуются небольшие речки, которые, в свою очередь,
объединяются потом в значительные водотоки — реки, протекающие
по длинным и относительно узким углублениям земной поверхности,
называемым речными долинами.
Часть поверхности земли, ограниченная водораздельной линией
и пересекающей тальвег дорогой, представляет собой водосборную
площадь (бассейн), с которой стекающая вода собирается в водоток
(ручей или реку), который должен быть пропущен под дорогой, чтобы
она не служила плотиной, препятствующей стоку по тальвегу, и сама
не подтапливалась этой водой. Участок трассы, по которой дорога
пересекает тальвег, называется замыкающим створом (рис. 4.3).
Система поверхностного дорожного водоотвода предназначена
для предотвращения переувлажнения земляного полотна, перехвата
и отвода воды, поступающей к земляному полотну, или для прекра­
щения ее доступа в верхнюю часть земляного полотна.
Поверхностные воды отводятся в пониженные места рельефа,
лога, овраги, водотоки, входные и выходные русла водопропускных
сооружений.
116
Рис. 4.3. Схема бассейна, пересекаемого дорогой:
1 — дорога, проходящая по замыкающему створу; 2 — водораздельные точки на до­
роге; 3 — водораздел; 4 — лог (тальвег); 5 — водопропускное сооружение (стрелками
показано направление стока поверхностной воды)
Для отвода поверхностных вод предусматривают следующие кон­
структивные решения (рис. 4.4):
• поперечному профилю земляного полотна и дорожной одежды
придают выпуклое очертание;
• устраивают боковые канавы (кюветы), а в некоторых случаях
используют д ля отвода воды резервы и закладывают испарительные
бассейны;
• роют водоотводные канавы для отвода воды в сторону от зем­
ляного полотна;
• устраивают нагорные канавы, перехватывающие воду, которая
поступает по склону местности к дороге;
• строят мосты, трубы для пропуска водотоков и воды из боковых
канав под земляным полотном.
Водоотводные устройства размещаются в придорожной полосе;
при этом расстояние от наружной бровки откоса водосточной ка­
навы, резерва или кювета до границы полосы отвода должно быть
не менее 1 м.
При необеспеченном отводе поверхностной воды и возможности
ее длительного застоя вблизи дороги обеспечивают также возвышение
низа конструкции дорожной одежды над поверхностью земли или
уровнем длительного стояния грунтовых вод, чтобы капиллярное
поднятие не достигало верхних слоев земляного полотна.
Обочинам придают больший поперечный уклон, чем поверхности
покрытия.
В зависимости от вида фунта земляного полотна и типа покрытия
обочины устраивают с уклоном на 20 %о больше, чем покрытие, так
как на их поверхности могут формироваться неровности, вызван­
ные заездом автомобилей в неблагоприятную погоду, а застой воды
на фунте обычно приводит к переувлажнению земляного полотна.
17
а
W2///A
w
л
Граница полосы отвода
Боковые канавы (кюветы) устраивают в выемках и у насыпей.
В лесистой местности односторонние боковые канавы необходимо
предусматривать при любой высоте насыпи, если поперечный уклон
к дороге более 2 %о.
При водонепроницаемых грунтах и недостаточно удовлетвори­
тельных условиях поверхностного стока боковым канавам придают
трапецеидальные сечения с шириной по дну 0,4...0,5 м и глубиной
до 0,7 ...0,8 м. Откосам канав в выемках придают заложение 1:1,5,
а у насыпей внутренний откос канав устраивают с заложением 1:3.
При возведении земляного полотна в сухих местах с обеспечен­
ным стоком поверхностных вод, когда грунтовые воды расположены
глубоко, боковые канавы устраивают треугольного сечения глубиной
не менее 30 см. Крутизна откосов лотков 1:3 обеспечивает автомо­
билям возможность съезда в случае необходимости с дороги при
высоте насыпи до 20 м.
При водопроницаемых песчаных, щебенистых грунтах, обеспе­
чивающих быстрое впитывание воды в любое время года, канавы
не устраивают.
В выемках, расположенных в гравелистых, щебенистых и слабых,
легко выветривающихся скальных породах, устраивают трапеце­
идальные канавы глубиной не менее 0,3 м с откосами 1:1. В прочном
скальном грунте делают треугольные лотки глубиной не менее 0,3 м
с внутренним откосом 1:3 и внешним откосом (1 :1)...(1:0,5), в за­
висимости от вида грунта.
Нагорные канавы служат для перехвата воды, стекающей по ко­
согору к дороге, и для отвода ее к ближайшим искусственным соору­
жениям, в резервы и пониженные места.
Нагорным канавам придают трапецеидальное поперечное сече­
ние, размеры которого обосновываются гидравлическим расчетом.
На косогорах с уклоном менее 1:5 грунт из нагорных канав исполь­
зуют для устройства невысокого валика (банкета) между выемкой
и нагорной канавой. Банкет немного повышает безопасность дороги
от затопления при переполнении нагорной канавы.
В степной равнинной местности, когда невозможно отвести воду
от дороги по боковым водоотводным канавам в естественные по­
нижения местности, устраивают в стороне от дороги испарительные
бассейны.
Емкость одного испарительного бассейна не должна превышать
200...300 м3, глубина — 1,5 м, а уровень воды должен быть на 0,6 м
ниже отметки бровки земляного полотна.
Рис. 4.4. Виды различных водоотводных канав:
а — канавы, совмещенные с боковыми резервами; б — трапецеидальные и придорож­
ные кюветы; в — нагорные канавы у выемок; I — резерв; 2 —берма; 3 — юовет-резерв;
4 — банкет; 5 — нагорная канава; 6 — отвал (размеры указаны в м)
19
Все водоотводные канавы, кроме совмещенных с резервами и бо­
ковыми канавами в выемках, должны быть вырыты до начала земля­
ных работ, чтобы предохранять земляное полотно от переувлажнения
поверхностными водами с самого начала его строительства. Боковые
канавы в выемках устраивают сразу после окончания их разработки.
Грунт при разработке канав в выемке вывозят за ее пределы. При этом
могут быть применены следующие варианты технологии работ:
• грунт в кювете разрабатывается экскаватором с погрузкой в автомобили-самосвалы;
• грунт в канаве разрабатывается автогрейдером или экскаватором
и укладывается на земляное полотно выемки, затем бульдозер пере­
мещает его в соседнюю насыпь;
• грунт разрабатывается экскаватором и укладывается на заюоветную полку с последующей планировкой и уплотнением.
Для устройства водоотводных канав применяют различные сред­
ства механизации, выбираемые в зависимости от объема и глубины
канав.
Располагать трассу канав и лотков необходимо с учетом условий
их гидравлической работы по сбору, отводу и сбросу поверхностных
вод, притекающих к дороге, а также обеспечения наименьшей длины
канавы и строительных затрат.
Длина и конфигурация водоотводов на участках примыкания
к действующим водотокам определяются следующим условием: угол
между направлением канавы и направлением течения воды в водо­
токе не должен превышать 45е.
Для канав, не имеющих укрепления и не покрытых растительно­
стью, минимальная допустимая скорость течения воды по условиям
предотвращения заиливания канав составляет 0,25 —0,30 м/с.
Расстояние между низовой бровкой нагорной канавы и бровкой
выемки должно быть не менее 5 м, а при расположении выемки
в лёссах и лёссовидных грунтах бровка нагорной канавы должна от­
стоять от бровки выемки на расстоянии не менее 10 м.
Укрепление водоотводных и нагорных канав осуществляется в за­
висимости от гидрологических и грунтовых условий:
• растительным грунтом с засевом трав;
• сборными бетонными плитами;
• монолитным бетоном;
• асфальтобетоном;
• торкрет-бетоном (пневмонабрызгом);
• решетчатыми конструкциями с заполнением ячеек каменной
наброской.
При продольных уклонах водоотводных сооружений, вызывающих
скорости течения больше допустимых для заданных грунтов и типов
укреплений, следует предусматривать водогасящие устройства:
• перепады;
• гасители энергии;
120
Т а б л и ц а 4.3
Выбор типа укрепления канав в зависимости от грунтов
и продольного уклона, %
Суглинки
М енее 10
Гасители
энергии
20... 50
50 и более
10... 15
15 ...20
20... 50
50 и более
to
о
о
.#
М енее 5
І#
Супеси
Бетонные
плиты
#•
Гидропо­
сев трав
о•
Грунты
Без укре­
пления
Засев трав
по слою расти­
тельного грунта
быстротоки с водобойными колодцами;
• рассеивающие трамплины.
Монолитные и сборные железобетонные быстротоки целесообраз­
ны на крутых спусках, в местах выхода водоотводных канав в овраги,
суходолы и другие пониженные места.
Гасители энергии выполняются в виде водобойных колодцев,
уступов, стенок.
Перепады устраиваются для снижения скорости течения воды
в кюветах, канавах, резервах, подводящих и отводящих руслах.
Откос насыпи
I
I
Бетонный упор
Откос насыпи
6
Рис.
Сборный быстроток из телескопических железобетонных элемен­
тов:
а — план; б — профиль по / — /
Рис. 4.6. Поперечный сброс воды с дороги телескопическими лотками:
1 — сборный телескопический быстроток; 2 — бетонные лотки; 3 — ограждение
Ориентировочно тип укрепления канав назначается в соответствии
с табл. 4.3.
Сборный быстроток из железобетонных телескопических лотков
применяют при уклонах местности 50... 300 %о и расходах воды от 0,3
до 1,5 м3/с. Отвод воды с поверхности дорог обеспечивается про­
дольными прикромочными сборными или монолитными лотками;
поперечный сброс с откосов насыпи — телескопическими лотками.
Во избежание размывов кромки телескопических лотков должны на­
ходиться на одном уровне с поверхностью откоса (рис. 4.5 ...4.7).
Торкрет-бетон используется для укрепления поверхности откосов
и дна водоотводных сооружений в благоприятных грунтовых и кли­
матических условиях при скорости течения воды не более 3,5 м/с
и уклонах местности 20...50 %о.
Зона размыва откоса
Путепровод
Водоотводный лоток
Рис. 4.7. П оперечны й водоотвод (лотки) на подходах к искусственны м
сооружениям
122
Применение торкрет-бетона в районах распространения пыле­
ватых и лёссовидных суглинков, обводненных или с повышенной
влажностью пучинистых, засоленных и малоустойчивых грунтов,
на оползневых участках, а также в условиях сурового климата и агрес­
сивной среды по отношению к бетону не допускается.
4.3. Дорожные водопропускные трубы
Водопропускные трубы под насыпями на автомобильных дорогах
составляют около половины всех искусственных сооружений, причем
они являются наиболее распространенными дорожными сооружения­
ми: на 1 км дороги их количество составляет 1,0... 1,4.
Трубы располагают в самых низких местах дороги, которые на про­
дольном профиле определяются наименьшей отметкой земли. Выбор
места сооружения трубы зависит от очертания тальвега (русла) в месте
пересечения его автомобильной дорогой.
Область применения труб — малые водотоки, действующие глав­
ным образом периодически (при выпадении дождей, таянии снегов
и т. п.). Диаметр отверстия трубы не превышает 6 м, но в большинстве
случаев используются трубы с диаметром отверстия до 2 м.
По сравнению с малыми мостами трубы для тех же расходов воды
дешевле и проще в эксплуатации. Располагаясь в нижней части на­
сыпи, трубы не изменяют условий движения транспортных средств
и сами малочувствительны к нагрузке.
Трубы иногда применяют для прокладки местных дорог через на­
сыпь, а также в качестве коллекторов для инженерных коммуникаций,
скотопрогонов, пешеходных тоннелей.
Трубы бывают железобетонные, бетонные и металлические. В настоя­
щее время повсеместно применяются сборные железобетонные трубы.
По режиму работы различают трубы напорные, полунапорные и без­
напорные. Для предотвращения аккумуляции воды у насыпи и ее размы­
ва трубы в основном проектируют и строят безнапорными (рис. 4.8).
Основными конструктивными элементами трубы являются ее тело,
фундамент, входной и выходной оголовки.
Тело трубы предназначено для восприятия внешних нагрузок,
а также для формирования необходимого отверстия. Оголовки
осуществляют сопряжение отделки с откосами земляного полотна
и вместе с тем улучшают условия протекания воды. Оголовки, рас­
положенные с верховой стороны трубы, называются входными,
а с низовой стороны — выходными. Фундаменты отделки и оголовка
воспринимают передаваемое на них давление и обеспечивают необ­
ходимую надежность грунтового основания под трубой.
Водопропускная способность безнапорных труб невелика: круглые
трубы отверстием до 2 м могут пропустить расход воды до 12,5 м3/с,
прямоугольные трубы сечением 6 х 3 м — до 63 м3/с.
123
а
Рис. 4.8. Безнапорные трубы:
а — схема работы трубы в безнапорном режиме; б —прямоугольная труба отверсти­
ем L х Н\ в —круглая труба отверстием d\ 1 — первый перепад уровня потока перед
трубой; 2 — тело насыпи; 3 — уровень потока в трубе; 4 — второй перепад уровня
потока за трубой
Для безнапорного режима характерно протекание воды без за­
полнения отверстия трубы даже в том случае, когда перед насыпью
горизонт воды расположен на уровне верха трубы или немного
выше.
По форме поперечного сечения водопропускные трубы могут
быть круглыми, прямоугольными и сложных сечений: овальными,
арочными, круглыми с плоской подошвой, а по количеству отверстий
в одном сооружении — одно-, двух- и многоочковыми. Очертание
и форму поперечного сечения труб принимают на основании гид­
равлического расчета при протекании потока с такой скоростью,
которая бы не размывала насыпь и грунт тальвега перед трубой и на
выходе за ней. Безнапорные трубы выполняют любых поперечных
сечений (рис. 4.9).
В целях регулирования водного потока, обеспечения плавности его
протекания и предотвращения продольных смещений (растяжений)
элементов трубы при оползаниях откосов насыпи входные и выходные
участки трубы оборудуются оголовками. По конструкции оголовки
бывают раструбные, коридорные и портальные (рис. 4.10). Наиболее
простыми по конструкции являются портальные оголовки, выполняе­
мые в виде подпорной стенки. Портальные оголовки не обеспечивают
плавного протекания воды, вследствие чего их применяют при малых
расходах воды.
124
Раструбные оголовки имеют портальную стенку и откосные крылья
переменной высоты, расположенные под углом 17 ...20° к оси трубы.
Коридорные оголовки состоят из портальной стенки и откосных кры­
льев постоянной высоты, установленных параллельно друг другу.
В настоящее время разработаны трубы круглого поперечного
сечения с диаметром отверстия до 2 м без входного и выходного
оголовков (рис. 4.11). Для повышения водопропускной способности
трубы предусматривается размещение на ее входном участке гори­
зонтальной, криволинейной или наклонной диафрагм. Звенья трубы
располагаются по всей ширине подошвы насыпи.
Во избежание опасной фильтрации, разжижения и выноса грунта
насыпи нельзя допускать просачивания воды из трубы в насыпь.
Лучше всего это обеспечила бы непрерывная конструкция трубы.
Однако такая труба со временем изогнулась бы по длине и полома­
лась от неравномерной осадки основания. В средней части насыпи
давление, а значит и осадка, наибольшие, а по краям, под откосами —
наименьшие. Поэтому для сохранности трубу заранее расчленяют
поперечными швами на секции и звенья, которые могут проседать
самостоятельно, не раскрывая швов между звеньями и секциями.
По длине трубу независимо от типа оголовка составляют из од­
нотипных секций, располагая их раструбом к входному оголовку
(рис. 4.12). При соединении секций гладкий конец одной секции
а
б
г
в
д
Рис. 4.9. Формы поперечных сечений труб:
а — круглая; б — прямоугольная; в — сводчатая; г — овоидальная; д — круглая с пло­
ской подошвой
125
а
б
Рис. 4.10. Типы оголовков труб:
а — портальный оголовок; б - раструбный оголовок; в - коридорный оголовок;
/
портальный блок оголовка; 2 — концевая входная секция; 3 — тело насыпи’
4 — средние секции трубы; 5 — гравийно-песчаная подушка; 6 — откосные крылья
оголовка; 7 —фундаментные блоки под секцией трубы; 8 —концевая секция
126
Рис. 4.11. Конструкция безголовочной железобетонной трубы:
1 —фавийно-песчаная подушка; 2 — глиняный замок; 3 — диафрагма; 4 —входное
звено фубы длиной 3,5 ...5,0 м; 5 — тело насыпи; 6 — выходное звено фубы; 7 —
цементный раствор толщиной 100 мм; 8 — зуб из монолитного бетона класса В25;
9 — цементный раствор; 10 — пакля, пропитанная битумом
а
1
Һ
£
т
Т
6
в
Рис. 4.12. Конструкция круглой железобетонной трубы
а
продольный разрез трубы; б — концевая входная секция (КВС-1); в
выходная секция (КВС-2); г —средняя секция (СС)
концевая
127
Рис. 4.13. Сопряжение моста с насыпью при помощи переходных плит:
1 — упорная призма из камня; 2 —дренирующий грунт, уплотненный до к = 0,98;
3 — устой; 4 — пролетное строение; 5 — гравий или щебень (10 см); 6 — сборные
переходные плиты П-3; 7 — монолитный бетон переходных плит; 8 —асфальтобетон;
9 —лежень; 10 — щебеночная подушка (размеры указаны в см)
вводят в раструбное уширение другой, а образующийся зазор гер­
метизируют.
За последнее время на автомобильных дорогах нашли широкое
применение сборные железобетонные цилиндрические трубы с длин­
норазмерными звеньями, длина которых составляет 3,5 м и 5,0 м.
Типовые звенья труб изготавливают диаметром 1,0; 1,2; 1,4 и 1,6 м.
Для обеспечения плавного въезда на мост или путепровод и съезда
с него применяют переходные плиты (рис. 4.13).
Прямоугольные трубы в связи с их большой пропускной спо­
собностью применяются под насыпями высотой до 2 0 м как на пе­
риодически действующих, так и на малых постоянных водотоках.
В случае необходимости эти трубы служат мостом для скота или диких
животных на путях их миграции. В практике дорожного строитель­
ства наряду с цельноблочными секциями отверстиями 2 ,0 ; 2 ,5 ; 3 ,0 ;
4,0 м используются прямоугольные трубы, состоящие из блоков: двух
стеновых, лоткового и блока перекрытия (рис. 4.14), а также трубы
из плитных элементов (рис. 4.15).
Прямоугольные трубы устраивают обычно с оголовками раструбно­
го и коридорного типов; портальные оголовки применяются редко.
Трубы под насыпями высотой 12 м и менее следует укладывать
со строительным подъемом (по лотку), равным
128
I
Рис. 4.14. Типы прямоугольных труб из отдельных блоков:
а
1
с 1-образными стеновыми блоками; б — с /,-образными стеновыми блоками;
блоки перекрытия; 2 — стеновые блоки; 3 — лотковый блок; 4 — стык омоноличивания
1 н%
• 8 = gQ — ПРИ фундаментах на песчаных, галечниковых и граве­
листых грунтах основания;
Н
•8=
— при фундаментах на глинистых, суглинистых и супес­
чаных грунтах основания;
я Н
• 6 = 4 Q — при грунтовых подушках из песчано-гравелистой или
песчано-щебеночной смеси.
Рис. 4.15. Звено прямоугольной железобетонной трубы из плитных элемен­
тов:
1
плита перекрытия; 2 — паз; 3 — шип; 4 — лотковая плита; 5
стеновые плиты
129
Отметки лотка входного оголовка (или входной секции) трубы
следует назначать так, чтобы они были выше отметок среднего звена
трубы как до, так и после проявления осадки. Профиль лотка трубы
образуется ломаной, вписанной в дугу круга (с учетом строительного
подъема).
'
Для равномерной передачи давления на основание, а также во из­
бежание пучения при замерзании грунта фундаменты оголовков за­
кладывают на 0,25 м ниже глубины промерзания.
Способ опирания труб оказывает большое влияние на величину
усилий от давления грунта. В зависимости от грунтовых условий
принимаются следующие способы опирания звеньев железобетон­
ных труб:
• на слой уплотненного грунта;
• на грунтовую подушку;
• на сборные или монолитные железобетонные фундаменты;
• на подушку свайного ростверка.
При крупнообломочных, гравелистых и крупнопесчаных грунтах
основания, для которых условное сопротивление R = 250 кПа, до­
пускается укладка секций круглых железобетонных труб непосред­
ственно на естественный грунт без устройства специальной подушки.
Основание при этом уплотняют на глубину не менее 0,4 м. Если
величина условного сопротивления грунта основания не превышает
150 кПа, то рекомендуется укладывать трубы на бетонный или же­
лезобетонный фундамент. Для круглых труб фундамент имеет лоток
с углом охвата а = 90... 120°.
На свайное основание опирают трубы в слабых грунтах (торфы,
плывуны илистые или болотистые грунты), для которых величина
условного сопротивления не превышает 100 кПа. Сваи объеди­
няют монолитным ростверком толщиной не менее 300 мм. Для
круглых труб в подушке ростверка устраивают ложе с углом охвата
а = 1 2 0 °.
В процессе строительства трубы выполняют следующие геодези­
ческие работы: проверка положения оси трубы в плане; проверка
положения оси трубы в продольном профиле, проверка по ходу по­
ложения контура котлована под оголовки; определение отметок дна
котлована под фундамент трубы; проверка по ходу работ положения
в плане и по высоте элементов трубы. Знаки, закрепительные столбы
и высотные реперы устанавливают так, чтобы была обеспечена их
сохранность на все время строительства.
Котлованы под трубы в несвязных грунтах разрабатывают до про­
ектной отметки, а в связных — ниже проектной отметки на 0 , 1 ...0 , 2 м.
В слабых песчаных грунтах, а также при мокрых глинистых грунтах
дно котлована должно уплотняться с обязательным втрамбовыванием
слоя щебня толщиной не менее 1 0 см.
Котлован необходимо разрабатывать, как правило, непосредствен­
но перед устройством песчано-гравийной подушки. В случае рас­
130
положения трубы на склонах их естественные поверхности в местах
размещения котлована должны быть по возможности выровнены
до одинаковых отметок с обеих сторон котлована на ширину, не­
обходимую для прохода монтажного крана.
Если котлован устраивается в теле насыпи существующего
земляного полотна, то должно быть предусмотрено специальное
крепление, поддерживающее насыпь и гарантирующее полную
безопасность движения транспортных средств, или же откосам
должно быть придано заложение, обеспечивающее их естественную
устойчивость.
Грунт из котлована следует удалять в отвал на такое расстояние,
чтобы на всех этапах работ не возникало опасения обрушения стенок
котлована и препятствий для передвижения строительных машин.
Зачистка дна котлована перед устройством подушки выполняется
ручными инструментами.
В законченном котловане, если позволяет рельеф местности,
должны быть устроены водоотводные канавы для удаления из него
воды. При неблагоприятном рельефе или затоплении котлована не­
обходимо принять меры по откачке воды из водосборных колодцев,
дно которых располагается ниже уровня подошвы котлована.
Грунт для песчано-гравийной подушки, укладываемый в котло­
ван, необходимо разравнивать горизонтальными слоями толщиной
не менее 15 см и тщательно уплотнять механическими трамбовка­
ми. По оси трубы с круглыми звеньями при помощи специальных
трамбовок с криволинейной контактной поверхностью устраивают
спрофилированный лоток по дуге окружности, соответствующей
величине наружного диаметра звена.
Продольный профиль лотка песчано-гравийной (песчано-щебе­
ночной) подушки должен иметь форму дуги окружности, вписанной
в кривую строительного подъема. Плиты прямоугольных труб укла­
дывают на щебеночную (гравийную) подушку толщиной не менее
30 см с тщательным выравниванием ее (втрамбовыванием в грунт
основания котлована).
В первую очередь, как правило, монтируются блоки выходного
оголовка. После установки всех элементов оголовка приступают
к монтажу звеньев труб. Звенья безфундаментных круглых труб укла­
дывают на подготовленную гравийно-песчаную подушку. С обеих
сторон спланированного лотка до начала засыпки трубы грунт должен
быть тщательно уплотнен в целях создания плотного контакта звеньев
с грунтовым основанием.
При укладке трубы вызывает опасение проникновение воды
со стороны насыпи. Выщелачивая раствор, эта вода разрушает кладку
извне, что в дальнейшем невозможно предотвратить без сложного
переустройства. Поэтому звенья трубы покрывают снаружи (со сто­
роны насыпи) гидроизолирующим материалом. В настоящее время
применяют оклеечную или обмазочную гидроизоляцию. Порядок
131
Рис. 4.16. Гидроизоляция поверхности звеньев трубы
нанесения изолирующих слоев для каждого типа гидроизоляции
приведен на рис. 4.16,4.17. Для этого швы между секциями и звенья­
ми, а также между звеньями и оголовками плотно забивают паклей,
пропитанной битумом, или другим упругим гидроизоляционным
материалом.
Конструктивно гидроизоляция состоит из следующих элемен­
тов:
• защитный слой из цементного раствора толщиной 30 мм;
• отделочный слой из горячей мастики толщиной 1,5 ...3,0 мм;
• стеклоткань;
• горячая асбестобитумная мастика толщиной 1,5 ...3,0 мм;
• битумный лак;
• звено трубы.
Техника безопасности при производстве работ по устройству об­
мазочной, мастичной и оклеечной гидроизоляции обеспечивается
при выполнении определенных требований:
а
1
2
3
1
2
3
Рис. 4.17. Стыки звеньев и секций трубы:
а — при оклеечной гидроизоляции поверхности трубы; б — при обмазочной гид­
роизоляции поверхности трубы; 1 — горячая асбестобитумная мастика толщиной
1,5... 3,0 мм; 2 — пропитанная битумом пакля; 3 — цементный раствор толщиной 30 мм;
4 — стеклоткань; / — расстояние между звеньями и секциями трубы (/ = 10...30 мм)
132
• битумоварочные котлы должны быть исправными, без трещин,
с кирпичной обмуровкой толщиной не менее 0,25 м. Котел должен
иметь плотную крышку, подвешенную на канате с противовесом.
Во время работы котел должен быть обязательно закрыт;
• загрузку котла битумом следует производить со стороны, про­
тивоположной топке, и только на 3/4 его емкости;
• нельзя загружать в котел влажные материалы, так как масса
сильно вспенится, перельется через край и воспламенится. Особенно
опасно попадание в котел воды. При варке битума металлические
дверцы топок должны быть закрыты;
• мастика из битума должна нагреваться до температуры не выше
190 °С, причем нельзя допускать перелива пены через край котла.
Нагрев должен контролироваться термометром со шкалой, градуи­
рованной не менее чем на 250 °С;
• заливать водой горящий битум запрещается;
• котлы следует очищать от остатка материалов;
• при смешивании битума с асбестом, а также при работе с песком
разрешается пользоваться только респираторами марок Р-46 или 2000;
• приступая к гидроизоляции, необходимо осмотреть подмости
и настилы и убедиться в их исправности, а также проверить, имеет­
ся ли полный комплект противопожарных средств;
• горячий битум к месту работ следует подавать только в термо­
сах с герметическими крышками емкостью не более 40 кг. Термосы
следует наполнять не более чем на 3/4 их объема. Термосы переносят
двое рабочих на специальном коромысле, продетом в проушины
из круглого железа диаметром 1 0 ... 1 2 мм;
• запрещается присутствие людей в местах, под которыми про­
изводятся гидроизоляционные работы. Производить раскройку
гидроизоляции на подмостях не разрешается;
• нельзя выполнять изоляцию в дождливую и жаркую погоду, зи­
мой при температуре ниже -5 °С и при ветре силой 6 баллов;
• производить гидроизоляционные работы с приставных лестниц
или отдельно уложенных досок запрещается;
• законченные участки гидроизоляции следует ограждать.
Важной частью труб является лоток с продольным уклоном по на­
правлению течения воды внутри трубы. Необходимо также укреплять
русло и нижнюю часть откосов насыпи на подходе и выходе из трубы.
Существует несколько способов укрепления: монолитным бетоном,
одиночным мощением и сборными бетонными плитами. Чаще всего
применяют одиночное мощение при наличии местного камня или
мелкие бетонные плитки.
Для укрепления используется бетон класса Б20, усиленный ме­
таллической сеткой из арматуры класса А-1 (рис. 4.18).
Поверхность укрепления делится на карты размером пример­
но 2,0х 2,0 м асфальтовыми планками размером 3 x 6 x 5 0 см или
антисептированными досками. Асфальтовые планки удерживают133
в
Рис. 4.18. Укрепление откосов насыпи и русла трубы:
а —укрепление монолитным бетоном; б —укрепление одиночным мощением на це­
ментном растворе по щебеночной подготовке; в — укрепление одиночным мощением
на слое щебня; 1 — монолитный бетон класса В20, усиленный арматурной сеткой
с ячейкой 200 х 200 мм из арматуры класса А -1диаметром 6 мм; 2 — щебеночная под­
готовка; 3 — бетонный упорный блок размерами 400x500x200 мм; 4 —цементный
раствор; 5 — рваный камень размерами 160 ...250 мм
ся в проектном положении металлическими штырями диаметром
16... 18 мм и длиной 250 ...300 мм. На асфальтовые планки и на
сухари (бетонные бруски толщиной 60 мм) укладывают арматурную
сетку с ячейками размером 200 х 200 мм из арматуры класса А -1
диаметром 6 мм. Поверх арматуры на нижние ряды асфальтовых
планок устанавливают такие же верхние планки и связывают их
с нижними проволокой. Затем укладывают бетон и уплотняют его
виброплощадками. Толщина слоя бетона при укреплении откосов
в насыпи и русла входного оголовка должна составлять 80 мм; вы­
ходного русла — 1 2 0 мм.
Для предотвращения сползания бетона укрепления с откосов на­
сыпи устраивают упор из бетонных блоков размерами 400 х 500 х 1 500
( 2 0 0 0 ) мм, установленных по линии откоса насыпи.
Применяют два вида одиночного мощения: на слое щебня тол­
щиной 1 0 0 мм и на цементном растворе по щебеночной подготовке.
Первый вид мощения используется при небольших скоростях потока
(до 5,5 м/с) на дорогах II и III категорий, на сельских дорогах.
При укреплении одиночным мощением на цементном растворе
ковер укрепления разбивают на карты 2 х 2 м с помощью асфальтовых
планок или антисептированных досок толщиной 30 мм. Мощение
выполняют рваным камнем размером 150...250 мм. На откосах на­
сыпи ковер укрепления располагают уступами, размеры которых
соответствуют размерам карт (рис. 4.19).
134
При одиночном мощении по слою щебня рваный камень размером
не менее 160 мм укладывают по щебеночной подготовке толщиной
1 0 0 мм.
Для предотвращения сползания камня с откосов насыпи укре­
пления предусматривают упор в нижней части откосов. Упор пред­
ставляет собой канаву размером 500 х 500 мм с внешним откосом 1:1,
заполненную камнем размером 150...200 мм.
Особого внимания заслуживает сборная металлическая гофрирован­
ная конструкция, представляющая собой гибкую структуру замкнутого
или арочного типа и состоящая из гофрированных листов заводского
изготовления, изогнутых по радиусу ее поперечного сечения и оцин­
кованных методом горячей оцинковки. Эти конструкции применяются
в качестве водопропускных труб, пешеходных авто- и железнодорожных
тоннелей, скотопрогонов, путепроводов, хранилищ и т.д.
Соединение листов между собой осуществляется на высокопроч­
ных болтах типа М20. Толщина стальных листов достигает 6 мм,
а оптимальный размер гофр составляет 150 х 50 мм.
Гофрированная труба работает как упругая конструкция с равно­
мерным распределением нагрузки по контуру, где воздействуют только
нормальные напряжения, а изгибающие моменты отсутствуют. Благо­
даря стабилизирующему воздействию грунтовой обсыпки геометри-
О
О
а
б
Рис. 4.19. Укрепление откосов насыпи и русла трубы бетонными плитками
а — входной оголовок; б — выходной оголовок
135
ческая форма трубы не меняется, в то же время поперечные гофры
допускают ее продольные деформации. Возможные осадки основания
из дренирующего материала необходимо компенсировать соответ­
ствующим строительным подъемом трубы во время ее укладки.
Металлические гофрированные структуры обладают рядом пре­
имуществ по сравнению с другими видами труб:
• совместная работа металлической гофрированной трубы и грунта
засыпки обеспечивает гибкость и высокую прочность конструк­
ции;
• специфика формы трубы и гофрированного металла обеспечи­
вает безопасную работу трубы даже при появлении больших про­
дольных вмятин, что является крайне опасным для жестких бетонных
конструкций;
• применение сборных гофрированных элементов позволяет
сократить затраты по сравнению с традиционно используемыми
материалами;
• монтаж металлических гофрированных элементов не требует
применения тяжелой строительной техники. Малая масса и неболь­
шие размеры отдельных листов позволяют использовать даже ручной
способ сборки, что сокращает сроки строительства сооружений;
• затраты на содержание подобных конструкций минимальны.
На наружную поверхность трубы после ее сборки наносят два
слоя горячего битума. В лотке трубы по периметру дуги окружности
с центральным углом 1 2 0 ° укладывают слой асфальтобетона так,
чтобы он располагался на 1 см выше вершины гофра. Асфальтобе­
тон предназначен для защиты цинкового покрытия от механических
повреждений.
4.4. Устройство перехватывающих и подкюветных
дренажей
При устройстве поверхностного дренажа следует учитывать, что
укладка дренирующего слоя из песка или геоматериалов даже на всю
ширину земляного полотна всегда проще и дешевле устройства дре­
нажа глубокого заложения.
При возможном переувлажнении земляного полотна грунтовыми
водами глубокие дренажи устраивают в целях понижения уровня
грунтовых вод на глубину, при которой от их пониженного уровня
капиллярная вода не достигала бы нижней части к о н ст р у к ц и и до­
рожной одежды (рис. 4.20).
Подюоветный одно- или двухсторонний дренаж устраивают при
относительно неглубоком залегании грунтовых вод под боковыми
водоотводными канавами; при глубине до 3 м от бровки земляного
полотна — с полным перехватом или висячим дренажом при залега­
нии воды глубже 3 м. В ряде случаев, чтобы избежать строительства
136
Рис. 4.20. Схема понижения грунтовых вод с помощью дренажей:
Ло
расстояние от уровня грунтовых вод до устройства дренажа;
от уровня грунтовых вод после прокладки дренажа
— расстояние
дренажа, предусматривают устройство в земляном полотне водоне­
проницаемых или капилляропрерывающих слоев.
Траншеи в грунтах роют экскаватором с «обратной» лопатой
или специальными траншейными экскаваторами. Стенки траншей
укрепляют от возможного обрушения инвентарными щитами с при­
менением стоек и распорок. Для устройства дренажа применяются
гончарные, асбестоцементные, пластмассовые, керамические трубы
и трубы из других материалов диаметром 50...300 мм. Их длина за­
висит от типа и массы труб.
Для поступления грунтовой воды в трубы в них изготавливаются
водоприемные отверстия, прорези или ограничиваются стыками
между звеньями трубы (рис. 4.21). Места стыков засыпают щебнем
или оборачивают фильтровальными тканями, геотекстилем.
Для полного перехвата грунтовых вод дренажную колонку заглуб­
ляют в водоупорный слой грунта не менее чем на 0,5 м. Дренажные
трубы укладывают на тщательно спланированное основание из щебня
слоем толщиной 5... 6 см, втрамбованного в грунт. Основание под трубы
планируют с продольным уклоном не менее 3 %о и не более 30 %о.
В случае большего продольного уклона дренажи устраивают
с перепадами. Траншею заполняют послойно одноразмерным щебнем
или гравием (сначала фракцией 40... 70 мм, в последнем слое — фрак­
цией 5... 10 мм) на 30...40 см над трубой, затем дренажную траншею
засыпают крупнозернистым или среднезернистым песком до уровня
фунтовых вод.
Рис. 4.21. Фрагмент дренажа:
/ — стык между трубами; 2 — труба из различного материала; 3 —дренажные отверстия или прорези
137
При перехватывающем дренаже во избежание просачивания воды
в сторону земляного полотна вдоль ближайшей к нему стенки тран­
шеи устраивают водонепроницаемый экран из уплотненной глины
или рулонных изоляционных материалов.
Для предохранения дренажных труб от заиливания на песок
укладывают два слоя дерна корнями вверх или слой грунта, об­
работанного битумом, выше — слой грунта, и все это уплотняют
до оптимальной плотности. Поверхности дренажа придают уклон
до 100 %о. На всех переломах дренажа в плане и продольном профиле,
а также на прямых участках через 60...80 м устраивают смотровые
колодцы. Они облегчают определение мест заиливания и нахож­
дения пробок. Для прочистки дренажа в случае заиливания в нем
пропускают оцинкованную проволоку, концы которой закрепляют
в смотровых колодцах.
..... '
При строительстве дренажа, когда возможно затопление траншеи,
прибегают к специальному водоотливу или замораживанию грунта
вдоль траншеи. При поступлении грунтовых вод с расходом более
1 м/с применяются передвижные водопонижающие установки, от­
сасывающие воду иглофильтрами. Сначала с помощью системы игло­
фильтров понижают уровень грунтовых вод, а потом роют траншею.
Иглофильтры извлекают экскаваторами.
На дорогах, проходящих в выемках глубиной ниже водоносного
горизонта, приходится прорезать водоносные слои. В зависимости
от их залегания дренажи размещают в откосе выемки так, чтобы
не спровоцировать обрушение откоса. Работы ведут в следующей
последовательности:
• снятие растительного грунта;
• устройство траншеи;
• укладка подушки;
• устройство глиняного экрана;
• укладка труб с обертыванием стыков фильтровальной тканью
или обсыпкой щебнем;
• проверка правильности укладки труб лазерным лучом;
• исправление искривленных мест продольного профиля тран­
шеи;
• засыпка фильтрирующим песком;
• укладка глинистого слоя с уплотнением;
• засыпка местным грунтом с уплотнением;
• укладка дернового слоя по поверхности над уложенным дрена­
жом;
• устройство смотровых колодцев.
Подиоветный и закюветный дренажи (рис. 4.22) предназначены
для перехвата и понижения уровня фунтовых вод в пределах выемки
автомобильной дороги, а также д ля повышения устойчивости откосов.
При явно выраженном одностороннем притоке фунтовых вод к вы­
емке такие дренажи усфаивают только со стороны притока.
138
10
9
8
7
Рис. 4.22. Схема размещения дренажа в выемке:
1 — смотровой колодец; 2 — полка; 3 — отметка уровня разработки выемки при
устройстве безполочного дренажа; 4 — первоначальный уровень грунтовых вод; 5 —
нагорная канава; 6 — уровень фунтовых вод после устройства дренажа; 7 — перехва­
тывающий дренаж; 8 —заюоветный безполочный дренаж; 9 —подкюветный дренаж;
10 — заюоветный дренаж; H„v — глубина промерзания
Заюоветный дренаж применяют при нецелесообразности разме­
щения дренажа под кюветом и возможности выполнения закюветной
полки. При соответствующем технико-экономическом обосновании
допускается сооружение заюоветного дренажа без устройства полки
с опережением работ по строительству дренажа перед доработкой
выемки до проектного профиля.
В ряде случаев целесообразно использовать совместно перехва­
тывающий и подкюветный дренажи (например, при необходимости
полного осушения откосной части выемки для обеспечения устой­
чивости откоса).
Перехватывающий дренаж следует применять также в тех случа­
ях, когда водонепроницаемые породы залегают на глубине меньше
глубины промерзания грунта под кюветом или полкой.
При устройстве дренажа необходимо учитывать следующее:
• продольный уклон подюоветных и заюоветных дренажей це­
лесообразно назначать равным уклону дна кювета выемки с учетом
того, что наиболее оптимальный уклон дренажа — 4 ...6 %о\
• в исключительных случаях уклон дренажа рекомендуется при­
нимать равным 0 , 2 ...0,3%;
• концы входящей и выходящей труб в смотровом колодце должны
находиться в разных уровнях с перепадом не менее 0 , 1 м.
Продольный прикромочный дренаж применяют для осушения
дорожных одежд автомобильных дорог (рис. 4.23).
Взамен типовой конструкции дренажа, состоящего из дренажных
труб в обсыпке из щебня и поперечных водосбросов, объединенных
с дренажными трубами через соединительные муфты, применяют
продольный прикромочный дренаж из пластиковых дренажных труб
в оболочке из геотекстильного материала 8, поперечный водосброс
из которых осуществляют пластиковыми трубами.
139
б
Узел А
Узел Б
Рис. 4.23. Конструкции продольного прикромочного дренажа:
а — поперечный разрез; б — план; 1 — втрамбованный щебень; 2 — поперечный
водосброс; 3 дренажная труба; 4 — обсыпка из щебня; 5 — щебеночное основание;
6 — асфальтобетонное покрытие; 7 — песчаный дренирующий слой; 8 —дренажная
труба в оболочке из геотекстильного материала; 9 —тело насыпи; 10—соединительная
муфта (размеры указаны в м)
Рекомендуемые геотекстильные материалы: «Геоком Д-160», «Геоком ДТ-250», «Геоком ДТ-360» и «Геоком Д-250».
Откосный врезной дренаж (рис. 4.24,4.25) применяется в случаях
выхода грунтовых вод из отдельных водоносных слоев на откос вы-
Рис. 4.24. План размещения врезного дренажа на откосе выемки
140
а
а
б
в
Рис. 4.25. Конструкции откосного врезного дренажа:
типовая конструкция; б, в — конструкции из щебня, гравия или крупнозерни­
стого песка в оболочке из геотекстильного материала соответственно без дренажной
трубы и с дренажной трубой; 1 — растительный грунт; 2 — песок средней крупности;
3 — щебень фракцией 20...40 мм; 4 —лоток; 5 — покрытие автомобильной дороги;
6 — подкюветный дренаж типовой конструкции; 7 — щебеночный подкюветный
дренаж в оболочке из геотекстильного материала; 8 — геотекстильная прослойка;
9 — дренажная труба (размеры указаны в м)
емки или значительного (более 5 м3/ч на 1 пог. м откоса) водопритока
грунтовых вод. Его целесообразно использовать также для быстрого
осушения верхнего слоя грунта в весенний период в целях повышения
местной устойчивости откоса. Откосный врезной дренаж, как пра­
вило, выполняют в виде траншей, располагаемых под углом 30...45°
к горизонту относительно продольной оси дороги.
В зависимости от объема водопритока взамен типовой конструк­
ции дренажа (см. рис. 4.28) предлагается использовать конструкцию
из щебня, гравия или крупнозернистого песка в оболочке из геотек­
стильного материала без дренажной трубы или с дренажной трубой.
Вода, поступающая в откосный дренаж, отводится или непосред­
ственно в подкюветный дренаж, или — при мелком заложении от­
косного дренажа — по бетонному лотку, внешняя сторона которого
по отношению к оси дороги выполняется с прорезями или окнами.
Технология строительства откосных врезных дренажей с ис­
пользованием геотекстильных материалов в целом не отличается
от технологии строительства аналогичных подкюветных дренажей.
Особое внимание следует уделять обеспечению плотного примыкания
элементов откосного дренажа к подкюветному дренажу или откосной
стенке бетонного лотка (рис. 4.26).
После устройства траншеи в нее укладывают выравнивающий слой
толщиной 8 ... 1 0 см из песка с коэффициентом фильтрации не менее
5 м/сут. На песок укладывают дренажную трубу, предварительно
завернутую в оболочку из геотекстильного материала. Траншею за­
полняют песком на часть высоты, которая определяется расчетом. По­
верхность песчаного слоя закрывают прослойкой из геотекстильного
41
а
б
в
г
д
е
Рис. 4.26. Технология строительства подкюветного и перехватывающего
траншейных дренажей:
а — устройство траншеи; б — отсыпка выравнивающего слоя из песка средней
крупности; в — укладка дренажной трубы в оболочке из геотекстильного материала;
г — заполнение траншеи песком; д — перекрытие песка геотекстильным материалом;
е — заполнение траншеи грунтом
материала. Оставшуюся часть траншеи заполняют местным грунтом
с его послойным уплотнением.
Все виды дренажного водоотвода располагаются ниже горизонта про­
мерзания, так как дренаж должен действовать в течение всего года.
4.5. Устройство водонепроницаемых
или капилляропрерывающих слоев
Водонепроницаемые (или паронепроницаемые) слои устраивают
на всю ширину земляного полотна или на ширину проезжей части
с превышением ее с каждой стороны на 0,5 м. Такие слои сооружа­
ют из битуминизированных грунтов (грунт или песок, обработанные
органическим вяжущим) или путем укладки синтетической пленки,
рубероида, геотекстиля и др. Перед устройством водонепроницаемых
(или паронепроницаемых) слоев поверхность грунтового слоя тщательно
планируют и профилируют автогрейдером. При насыпях высотой менее
1 м после снятия растительного слоя можно устраивать водонепрони­
цаемый слой путем разрыхления местного грунта на глубину 5... 1 0 см,
розлива по нему органического вяжущего материала с расходом 2 ... 3 л/м,
смешивания за один проход фрезой или два-три прохода автогрейдером
и укатки сначала легкими, а затем тяжелыми катками. В качестве вяжу­
щего могут применяться гудрон, жидкий битум, нефть, эмульсии, отходы
ректификации стирола, регенерации отработанных масел и др.
Водонепроницаемые слои располагают на глубине 0,8... 1,0 м
от бровки насыпи во II дорожно-климатической зоне и 0,6... 0,8 м —
в III климатической зоне, а также при высоте насыпи высотой более
1 м. Такое расположение водонепроницаемого слоя предотвращает
пучение вышерасположенного слоя грунта более допустимой вели­
чины ( 2 . . . 6 см, в зависимости от типа покрытия).
При размещении водонепроницаемого слоя в теле насыпи его
устраивают путем перемешивания слоя грунта толщиной 5 см с ор­
ганическими вяжущими при помощи фрезы или автогрейдера.
142
Водонепроницаемые слои толщиной 3,0... 3,5 см устраивают так­
же из эмульсионно-минеральных или асфальтобетонных смесей IV
марки. Наиболее технологичным является сооружение водонепрони­
цаемого экрана из достаточно прочной и устойчивой к погодно-кли­
матическим воздействиям синтетической пленки толщиной до 1 мм.
Снижению вероятности капиллярного поднятия воды в верхнюю
часть земляного полотна способствуют также теплоизоляционные
слои и дренирующие прослойки.
Капилляропрерывающие слои устраивают на всю ширину зем­
ляного полотна на уровне 1,0 м от бровки. Этот слой преграждает
пути подъема капиллярной влаги и отсыпается из щебня или гра­
вия. Такие слои особенно необходимы в насыпях, расположенных
на засоленных грунтах, так как они предохраняют дорожную одежду,
построенную с использованием органических вяжущих материалов,
от разрушения.
Вода с наличием соли, поднимаясь по капиллярам в дорожную
одежду, интенсивно отслаивает битумную пленку от минерального ма­
териала, а при обратном просачивании в глубину грунтового массива
увлекает с собой частички вяжущего. Снизу и сверху капилляропре­
рывающие слои толщиной 10... 15 см прикрываются противозаиливающими прослойками толщиной по 3... 5 см из каменных высевок,
шлаковых, асбестовых и других местных дорожно-строительных ма­
териалов. Таким образом, общая толщина капилляропрерывающего
слоя с противозаиливающими прослойками составляет 20... 25 см
(не более 30 см).
Технологический процесс устройства капилляропрерывающих
слоев состоит из следующих операций:
• подготовка поверхности с уплотнением верхнего слоя до Ку = 1,0;
• строительство противозаиливающей нижней прослойки с уплот­
нением;
• россыпь щебня фракции 20... 40 мм с уплотнением сначала лег­
кими, а затем тяжелыми катками;
• устройство верхней противозаиливающей прослойки.
Благодаря водонепроницаемым и капилляропрерывающим слоям
верхняя часть земляного полотна будет находиться в зоне с понижен­
ной влажностью, что предохранит ее от пучинообразования.
4.6. Влияние водно-теплового режима на прочность
и деформативные свойства грунтов земляного
полотна
Регулирование водно-теплового режима осуществляется в целях
снижения деформируемости и повышения прочности земляного по­
лотна в процессе эксплуатации дороги. Использование в основаниях
дорожных одежд фунтовых слоев, уплотненных до стандартной плот­
143
ности при оптимальной влажности, впервые было предложено проф.
А.К.Бируля в 1952—1955 гг.
В связных грунтах пленки воды различной толщины обволакивают
минеральные частицы и поэтому находятся в зоне действия их межмолекулярных сил. С повышением влажности грунтов увеличивается
и толщина этих пленок воды, что приводит к снижению несущей
способности грунтов.
В процессе эксплуатации дороги транспортная нагрузка вызывает
деформацию грунтов, которые должны быть упругими, т.е. самовосстанавливающимися. Упругие деформации при сжатии грунтов
зависят от деформации сжатия минеральных частиц, а также от де­
формаций водных пленок с вытеснением их из зоны контактов между
частицами. Модуль упругости минеральных частиц на несколько
порядков выше модуля упругости водяных пленок, поэтому и де­
формации минеральной части грунта намного меньше деформаций
пленок воды. Чем больше влажность грунта, тем меньше его проч­
ность и больше деформируемость пленок.
Процесс выжимания водных пленок из зон контактов при прило­
жении нагрузки развивается во времени вследствие проявления вязких
свойств связанной воды. Поэтому и деформации грунтов происходят
не мгновенно, а растянуты во времени, т.е. имеют вязкий характер.
Основными показателями деформируемости и прочности грунтов
являются модуль упругости, сцепление и угол внутреннего трения.
С увеличением плотности скелета грунта модуль упругости увели­
чивается, поэтому повышение плотности является одним из основных
средств увеличения модуля упругости грунта. Современные уплот­
няющие средства позволяют достичь коэффициента уплотнения 1,08
и более. Однако стабильность переуплотненных грунтов существенно
зависит от водно-теплового режима. Если фунты земляного полотна
не защищены от доступа влаги, то в холодные периоды года происходит
постепенное насыщение их парообразной, пленочной и капиллярной
водой, которая замерзает в поровом и межзерновом просфанствах
фунта и, расширяясь, постепенно его разуплотняет. Этот процесс
развивается в том случае, если количество влаги в фунте больше
оптимального. При меньшем содержании влаги за счет регулирования
водно-теплового режима разуплотнения фунта не происходит.
Методика направленного регулирования водно-теплового режима
была изложена проф. В. М. Сиденко в 1962 г. Она сводится преимуще­
ственно к установлению расчетных значений влажности Wv и проч­
ности грунта на основе теории вероятностей, теплотехнического
расчета слоистой дорожной консфукции и применения прослоек
с высокими показателями сопротивления тепло- и влагообмену.
Водно-тепловой режим верхней части полотна в значительной
степени зависит от тепловлажностных свойств одежд и, в частности,
от свойств самого нижнего слоя. Это позволяет классифицировать
дорожные консфукции по фуппам (моделям).
144
Модель А с пористым граничным слоем, устраиваемым из песка,
щебня, гравия, гранитных высевок, горелых пород шахтных отвалов
и других материалов повышенной паро- и воздухопроницаемости,
получила наибольшее распространение. В ней покрытие 1 (рис. 4.27)
устраивают из одного или двух слоев асфальтобетона с разновидно­
стями в виде толстослойных одиночных (8 ... 15 см) или однослойных
(4 . . . 6 см) покрытий с поверхностной обработкой. Характерной осо­
бенностью таких покрытий является их водонепроницаемость для
атмосферных осадков. Исключение составляют отдельные участки
с трещинами на проезжей части. Как правило, трещины заделывает
дорожно-эксплуатационная служба.
Слой основания 2 является основным несущим слоем, обычно
устраиваемым из каменных материалов, укрепленных органическими
или минеральными вяжущими. При отсутствии вяжущих этот слой
отсыпают из высокопрочных, не укрепленных вяжущими каменных
материалов. Для дорог III и IV категорий применяются малопрочные
каменные материалы. Слой дополнительного основания устраивают
преимущественно из песка или щебня.
Конструкции одежд, построенных по такой модели, имеют ряд
существенных недостатков. При глубоком или близком залегании
грунтовых вод и соблюдении требований СНиП 2.05.02-85 по возвы­
шению бровки полотна основной формой миграции воды (60... 80 %)
является легкоподвижная парообразная влага. Перемещение водяного
пара происходит за счет перепада его упругости вследствие разности
температур. Непрерывная в течение холодного периода термодиффу­
зия пара снизу вверх к дорожному покрытию способствует накопле­
нию конденсируемой жидкой фазы в нижних паропроницаемых слоях
одежды. Чем продолжительнее холодный период, ниже отрицательная
температура и выше пористость (проницаемость) слоев 2 и 3, тем
больше морозное влагонакопление.
Водяные пары конденсируются в жидкую фазу, которая при за­
мерзании переходит в лед. Величина льдообразования при прочих
равных условиях прямо пропорциональна пористости материала
Рис. 4.27. Принципиальные конструктивные схемы дорожных одежд:
а — традиционные: А, Б\ б — рекомендуемые: /... IV
граничного слоя. После оттаивания льда наблюдается повышенное
увлажнение верхней части полотна до IV -0,6...0,S . Такая влажность
грунта превышает рекомендуемые значения для первой группы мест­
ности по условиям увлажнения, а деформативные и прочностные
характеристики грунта при этом ниже на 25...35%.
При близком залегании фунтовых вод песчаные слои уже через
фи-четыре года снижают коэффициент фильтрации и не выполняют
функции дренирования из-за кольматации глинистыми частицами,
мифирующими снизу вверх совместно с влагой. Кроме того, уплотне­
ние щебеночного слоя на песке зафуднено. Несмофя на существен­
ные недостатки такой модели пористые слои по-прежнему широко
применяются при сфоительстве дорожных одежд.
Модель Б в основаниях одежд имеет дренажный слой 8 (см.
рис. 4.27). Грунтовые воды залегают близко от низа консфукции
одежды. Основным источником увлажнения является капиллярно­
восходящая вода. Покрытия проницаемы или не проницаемы для
атмосферных осадков.
Традиционным материалом для устройства дренажей является
песок. Как правило, песок с высоким коэффициентом фильфации —
привозной. Применение песка средней крупности неэффективно.
Использование для устройства дренажей скальных горных пород
приводит к увеличению стоимости дорожных одежд.
Дорожные одежды, посфоенные по этой модели, хотя и регули­
руют водно-тепловой режим за счет отвода избыточной воды, яв­
ляются малоэффективными, поскольку не обеспечивают надежную
и долговечную работу песчаных дренажных слоев, способствуют
конценфации воды в основаниях одежд и даже при эффективном
водоотводе существенно увеличивают влажность фунта ( W = 0,7... 0 ,9 )
и продолжительность расчетного периода из-за увеличения сроков
просыхания верхней части полотна.
Таким образом, модели А н Б, издавна применяемые в нашей
сфане, хотя и содержат конструктивные элементы, направленные
на улучшение водно-теплового режима, являются устаревшими. Они
не обеспечивают направленное регулирование водно-теплового ре­
жима. Их применение должно быть офаничено.
Модель I — для участков дорог с близким залеганием фунтовых
вод при сооружении полотна из фунтов высокой влагопроводности Ь-г
Эта модель рекомендуется взамен модели Б. В модели Б покрытие
и слои основания одежды располагаются на водонасыщенных сло­
ях земляного полотна 4 в течение всего расчетного периода, фунт
имеет избыточное увлажнение W„3 и низкие значения прочностных
и деформативных характеристик.
В модели / одежды устраивается гидроизоляционный слой 9
(см. рис. 4.27) из материалов, препятствующих дальнейшей верти­
кальной миграции капиллярной воды 7. Гидроизоляционный слой
задерживает жидкую фазу, но может пропускать парообразную.
146
В результате такой селекции в грунтовом слое Һ возможно пере­
мещение пленочной влаги за счет некоторого первоначального со­
держания воды в грунте при сооружении полотна и термодиффузии
водяного пара через гидроизоляционный слой 9. При этом в слое
Һ влажность грунта намного ниже: W = (0,6...0,7)ЖИЗ, что наблю­
дается в модели Б. Это позволяет повысить расчетные параметры
грунта, сократить продолжительность расчетного периода, снизить
толщину дорожной одежды, уменьшить возвышение бровки земля­
ного полотна. Проектирование дорожных конструкций по модели
/способствует снижению сметной стоимости на 1 0 ... 15 % по срав­
нению с моделью Б.
Модель I I — для участков дорог с глубоким залеганием грунтовых
вод. Характерной особенностью этой модели является применение
в граничном слое одежды материалов с пониженной паропроницаемостью. Этот слой 10 (см. рис. 4.27) защищает вышележащие слои
одежды от интенсивного пленочного увлажнения. Он в значительной
мере (на 75... 90 %) уменьшает миграцию пленочной влаги, не допу­
скает частичного проникания парообразной влаги. Поэтому такой
слои можно назвать парогидроизоляционным.
Благодаря дифференциации влаги в верхней части полотна обе­
спечивается благоприятный водно-тепловой режим. В связи с этим
в таких конструкциях коэффициент уплотнения грунта следует повы­
шать до Ку = 1,03... 1,05. В процессе эксплуатации дорог происходит
формирование прочной структуры грунта. Максимальная сезонная
влажность грунта в расчетный период снижается на 10... 15%. При
этом повышаются деформативные и прочностные характеристики
на 20...30%, сокращается продолжительность расчетного периода,
уменьшается толщина одежды Н0 и ее сметная стоимость снижается
на 1 0 ... 15%.
Предложение отказаться от пористых граничных слоев и перейти
на плотные обосновано теоретически и проверено экспериментально
на дорогах Украины в 1977 —1979 гг.
Модель I I I —для участков дорог с глубоким залеганием фунтовых
вод. Характерная особенность этой модели — наличие пароизоля­
ционного слоя 12 (см. рис. 4.27), который полностью префаждает
движение пленочной 5 и парообразной 6 влаги снизу в вышележащие
слои. Если этот слой усфаивается не из пленочных рулонных изо­
ляционных материалов, а из укрепленных фунтов, то он допускает
частичную термодиффузию водяного пара. Количество диффундируемого пара в этом случае не может создать в вышележащем слое
условие для движения пленочной влаги.
Благодаря такому направленному регулированию общее коли­
чество влаги материала в слое 11 в процессе эксплуатации прак­
тически не изменяется. Поэтому можно направленно регулировать
водно-тепловой режим слоя 11 на стадии сфоительства. Придавая
этому слою пониженную влажность (0,45 ...0,55) Ж, можно задавать
147
заранее установленное технико-экономическим расчетом значение
прочностных и деформативных характеристик.
Характерной особенностью этой модели является высокая мо­
розостойкость слоев одежды. Это объясняется отсутствием в слое
11 свободной воды и невозможностью возникновения избыточного
внутрипорового давления кристаллов льда, что характерно при про­
мерзании избыточно увлажненных грунтов. Поэтому конструкции
одежд, спроектированные по модели III, являются пучиноустойчи­
выми.
Высокая морозоустойчивость одежд позволяет использовать в слое
3 малопрочные и слабоморозоустойчивые материалы. Это дает воз­
можность применять местные некондиционные материалы, побочные
продукты и отходы промышленности, позволяет существенно снизить
сметную стоимость дорожных одежд.
Однако наибольший экономический эффект может быть до­
стигнут, если слои 11 устраивать из связных грунтов, уплотненных
тонкими слоями ( 1 0 .„ 2 0 см) обычными средствами при начальной
относительной влажности 0,45... 0,55 до коэффициента уплотнения
1,03... 1,05. Для повышения прочности слоя 11 целесообразно ис­
пользовать неукрепленный грунтощебень с содержанием щебня
малопрочных местных горных пород (50.„60% от объемной массы
скелета грунта).
Экономическая эффективность одежд, построенных по этой мо­
дели, достигается за счет повышения на 30... 50 % деформативных Et
и прочностных ф/, С/ свойств слоя 11. Снижение сметной стоимости
может достигать 25... 30 % и более.
Модель I V — для участков дорог с глубоким промерзанием и ин­
тенсивным морозным вдагонакоплением. Характерной особенностью
этой модели является наличие термоизоляционного слоя 13 (см.
рис. 4.27) с большим значением теплового сопротивления:
А.т
где Ат толщина слоя 13 с коэффициентом теплопроводности
Толщина слоя Ат может быть различной (5 ... 50 см) в зависимо­
сти от климатических условий, термического сопротивления вы­
шележащих слоев одежды R09 типа грунта полотна. Для устройства
термоизоляционных слоев могут применяться различные материалы
с высокой термостойкостью и малой влаго- и паропроницаемостью.
Применение для термоизоляционных слоев пористых материалов
с высокой паропроницаемостью приведет, как и в модели Б , к зна­
чительному влагонакоплению и избыточному увлажнению грунтов
верхней части полотна.
Экономический эффект дорожных конструкций, спроектиро­
ванный по модели /К, достигается за счет предупреждения пучинообразования, уменьшения глубины промерзания грунтов, а также
4
148
влагонакопления в верхней части полотна, как и в модели II. При
этом прочностные и деформативные характеристики повышаются
на 20 ...25 %.
Наиболее эффективны и перспективны конструкции с пароизо­
ляционными слоями (модель III). Эта модель в наибольшей мере
удовлетворяет требованиям направленного регулирования водно­
теплового режима и обеспечивает проектирование долговечных,
надежных и экономичных дорожных конструкций.
Контрольные вопросы
1. С какой целью у трубы устраиваются оголовки?
2. Почему трубу расчленяют на секции и звенья?
3. Как определить габаритные размеры длинномерных секций труб?
4. Как рассчитать полную длину водопропускной трубы?
5. Для чего трубы укладывают на фундамент?
6. В каких случаях допускается опирание труб на грунтовую подушку?
7. Когда эффективно используют железобетонный фундамент?
8. Когда применяют свайное основание под трубы?
9. С какой целью устраивается гидроизоляция на водопропускных тру­
бах?
10. Для чего надо укреплять лотки у водопропускных труб?
11. Как вода поступает в дренажную трубу?
12. Какова технология применения геотекстильных материалов при
устройстве дренажей?
13. Как влияет водно-тепловой режим на свойства грунтов земляного
полотна.
Глава
5
УСТРОЙСТВО ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА РАЗЛИЧНЫМИ
МЕХАНИЗМАМИ
5.1. Способы устройства насыпей и разработки
выемок из нескальных грунтов
Обычно отсыпку грунта ведут таким образом, чтобы по всей шири­
не насыпи образовался слой определенной толщины, с поперечным
уклоном от оси в обе стороны, который можно уплотнить. Укладывая
слои грунта один на другой, доводят насыпь до нужной высоты (про­
ектной отметки) — способ послойной отсыпки (рис. 5.1, а).
Основным преимуществом этого способа является возможность
устройства насыпи с требуемой плотностью грунта в любой ее части.
А -А
Слой5
Слой 4
Слой 3
Слой2
Слой 1
земляного
а — способ послойной отсыпки; б — способ «с головы»; в — комбинированный
способ
Кроме того, послойная укладка фунта позволяет вести отсыпку насыпи
из разных грунтов. При этом земляные работы ведут на двух участках
одинаковой длины: на первом осыпают слой грунта, на втором уплот­
няют его. Затем операции меняют местами. Длину участков устанав­
ливают такой, чтобы в течение смены закончить насыпь полностью.
В случае отсыпки насыпи малой или, наоборот, большой высоты
длину участка работ устанавливают с учетом обеспечения необходи­
мого фронта работ для применяемых машин, сохранения влажности
грунта в жаркую погоду и т. п.
При пересечении насыпью земляного полотна участков болот или
оврагов с крутыми склонами применяют способ отсыпки насыпи
«с головы» (рис. 5.1, б). Начиная с границы оврага или болота насыпь
отсыпают до проектной отметки; ее устройство происходит непре2
3
2
5
Рис. 5.2. Способы разработки выемок:
а — лобовой; б, в — ярусный; 1 —• насыпь; 2 — выемка; J, 4 —ярус; 5 — супесчаный
грунт; 6 — суглинок
151
рывно в торце до тех пор, пока она не пересечет весь заболоченный
или овражистый участок.
Основной недостаток этого способа — невозможность уплотнения
фунта в период отсыпки насыпи. Уплотнение происходит в результате
постепенной осадки насыпи под воздействием фавитации, нафуз­
ки от дорожно-сфоительной техники, проезжающих автомобилей
и других факторов.
Для снижения влияния этого недостатка применяют комбиниро­
ванный способ возведения насыпи (рис. 5.1, в) — от минеральногодна
до поверхности болота способом «с головы» из дренирующих грунтов,
а выше — способом послойной отсыпки из обычных фунтов.
Выемки глубиной до 6 м при однородных фунтах разрабатывают
экскаваторами сразу до проектных отметок. Такой способ разработки
называется лобовым (рис. 5.2, а). Если выемку разрабатывают не сра­
зу на полную глубину, а постепенно, по частям, то такой способ на­
зывается ярусным (рис. 5.2, б). Его применяют при глубоких выемках,
когда максимальная высота забоя для экскаваторов меньше глубины
выемки и при чередовании разных фунтовых слоев (рис. 5.2, в).
Начинать разработку выемок следует с низовой стороны; работы
можно вести в поперечном (при коротких и широких выемках) и про­
дольном (при длинных) направлениях. Это позволяет обеспечить по­
стоянный водоотвод и вести работы на широком фронте при большом
количестве средств механизации и различных схемах работ.
5.2. Возведение насыпи земляного полотна
бульдозером
Бульдозерную технику выпускают с неповоротным и поворотным
отвалами, которые можно применять при выполнении подготови­
тельных, основных, отделочных и укрепительных работ. В качестве
ведущей машины бульдозер используют при возведении насыпей
высотой до 1,5 м из фунтов боковых резервов в условиях равнинной
или слабопересеченной местности. Поворотный отвал бульдозера
устанавливают под углом 60, 90° по отношению к продольной оси
фактора; он может перемещать фунт не только прямо перед собой,
но и в стороны. Отвалы оснащают дополнительными приспособле­
ниями в виде открылков, козырьков, откосников, рыхлительных
зубьев для повышения эффективности использования бульдозеров.
В дорожной офасли применяют бульдозеры не только гусеничные,
но и на пневмошинах.
Далее рассмофено возведение насыпи земляного полотна из фун­
та II фуппы двухсторонних боковых резервов бульдозером. Глубина
боковых резервов не должна превышать 1 , 5 м.
Рабочий цикл бульдозера при возведении земляного полотна
из боковых резервов состоит из следующих операций:
152
зарезание грунта;
перемещение грунта;
укладка и распределение грунта;
обратный холостой ход.
Разработку или зарезание грунта осуществляют
клиновым
грунта к месту укладки
чании набора его перед отвалом. Для уменьшения потерь при
перемещении грунта применяют два способа: по траншее в грунте
естественного состояния; по траншее, образованной из валов грунта,
ся во время предыдущих проходов бульдозера.
Укладку
кучами
«вприжим» (рис. 5.4).
или
ходом.
6 ,0 ...6,5
WZZ2Z
б
«О
о
о
3 ,5...3,0
и
1)
X
s
Ф
О
U
X
о
2 ,5 ...2,0
1,5...1,0
в
Рис. 5.3. Способы разработки фунта бульдозером:
а — прямоугольный; б — клиновой; в — гребенчатый (стрелкой показано направление
движения; размеры указаны в м)
153
> /////////7 Л
у////////У ///////.
б
'V////?///////?//////////////////,.
в
Рис. 5.4. Способы укладки грунта, перемещаемого бульдозером:
а — «от себя»; б — «на себя»; в — отдельными кучами; г — «вполуприжим»; д —
«вприжим»
При перемещении грунта на расстояние до 50 м возвращение
бульдозера в забой выполняют задним ходом.
До возведения земляного полотна необходимо:
• восстановить и закрепить трассу дороги и полосу отвода;
• очистить территорию в пределах полосы отвода от кустарника,
пней и валунов;
• произвести плановую и высотную разбивку земляного полотна;
• обеспечить временный водоотвод.
Работы по возведению земляного полотна (рис. 5.5) из боковых
резервов бульдозером для рассматриваемого случая осуществляются
в разработанной технологической последовательности процессов про­
изводства работ на семи захватках д линой 2 0 0 м каждая (основные
земляные работы) и одной захвате длиной 600 м (заключительный
этап земляных работ). Работы выполняются поточным способом.
На первой захватке выполняются следующие технологические
операции:
• срезка растительного слоя грунта бульдозером (в качестве при­
мера принят бульдозер ДЗ-171);
• уплотнение основания насыпи пневмокатком (в качестве при­
мера принят каток ДУ-101).
Толщину срезаемого растительного слоя грунта устанавливают
1 0 см по согласованию с землепользователем.
154
Работы выполняют бульдозером Д З-171 по поперечной схеме.
Грунт срезают от оси дороги поперечными проходами бульдозера,
перекрывая каждый предыдущий след на 0,25...0,30 м, и перемещают
за пределы полосы отвода.
В дальнейшем снятый почвенно-растительный грунт используют
для укрепления резервов и откосов земляного полотна.
Основание будущей насыпи уплотняют катком ДУ-101 за четыре
прохода по одному следу. При уплотнении каждый предыдущий след
перекрывают последующим на 1/3 его ширины. Движение катка
осуществляется по круговой схеме. Основание насыпи должно иметь
коэффициент уплотнения не ниже 0,98.
На второй захват ке выполняют следующие технологические
операции:
• разработка грунта в резерве и перемещение его в насыпь буль­
дозером (принят бульдозер ДЗ-171);
• разравнивание фунта в насыпи бульдозером.
Технологической картой, разработанной Ростовским ДорфансНИИ в 2004 г., предусмофено возведение земляного полотна буль­
дозерами Д З-171 общей сменной производительностью 5 400 м3/см.
Расстояние, на которое перемещают разрабатываемый фунт, состав­
ляет 15 м. Разработку резерва осуществляют по фаншейной схеме
(рис. 5.6) с разработкой фунта клиновым или фебенчатым способом
(см. рис. 5.3). При поперечном уклоне резерва в сторону насыпи
резание выполняют прямоугольным способом.
Разработку фунта следует вести на первой передаче, так как с увели­
чением скорости возрастают потери фунта. Первое резание в резерве
производят на расстоянии от края подошвы насыпи, обеспечивающем
набор фунта на полный отвал. Для более эффективного использования
тяговой мощности фактора разработанный фунт следует перемещать
после первого резания к бровке отсыпаемого слоя, а затем вместе
с фунтом от второго резания — к оси земляного полотна.
Отсыпают фунт слоями от оси земляного полотна к бровке насыпи
у разрабатываемого резерва. При подходе к месту укладки следует
Рис. 5.5. Конструкция земляного полотна в поперечном профиле (размеры
указаны в м)
155
Складирование
почвенно-растительного слоя грунта ч®.
Слой №2
Слой№ 1
Рис. 5.6. Способы траншейной разработки резерва грунта бульдозером:
1... 7 — траншеи; 8... 10 — стенки
приподнять отвал бульдозера и при движении вперед распределить
грунт на участке, затем, возвращаясь задним ходом, произвести до­
полнительную планировку. После разравнивания грунта поверхность
каждого слоя должна иметь уклон 30... 40 %о, на ней не должно быть
замкнутых впадин.
После разработки в резерве первой траншеи на глубину, обеспечи­
вающую устройство слоя насыпи заданной толщины (0,20.„0,30 м),
бульдозер перемещают для разработки второй траншеи, удаленной
от первой на 0 ,6 .„ 0 , 8 м.
Технологической картой предусмотрена одновременная разработка
боковых резервов с двух сторон земляного полотна. Грунт межтраншейных стенок следует использовать для отсыпки верхнего слоя или
для присыпки обочин.
На третьей захватке выполняют работы по уплотнению грунта
насыпи. Грунт уплотняют слоями толщиной 0,25... 0,30 м последова­
тельными круговыми проходами пневмокатка ДУ-101 по всей ширине
насыпи за 1 0 проходов по одному следу.
Уплотнять грунт следует при оптимальной влажности, опреде­
ленной ГОСТ 22733—77, которая не должна выходить за пределы,
указанные в табл. 5.1 для разных типов грунтов.
Первый проход следует начинать на расстоянии 2 м от бровки на­
сыпи. Затем, смещая каток при каждом последующем проходе на 1/3
156
Т а б л и ц а 5.1
Оптимальная влажность грунтов при требуемом уплотнении
Влажность при требуемом коэффициенте
уплотнения
Вид грунта
1,00... 0,98
0,95
0,90
Пески пылеватые, супеси
легкие, крупные
Не более
1,35
Не более
1,60
Не норми­
руется
Супеси легкие пылеватые
0,80... 1,25
0,75 ...1,35
0,70... 1,60
Супеси тяжелые пылеватые
и суглинки легкие пылеватые
0,85... 1,15
0,80... 1,20
0,75... 1,40
Суглинки тяжелые пылеватые,
глины
0,95 ...1,05
0,90... 1,1
0,85... 1,20
ширины следа в сторону бровки, прикатывают края насыпи, после
чего уплотнение продолжают круговыми проходами катка, смещая
полосы уплотнения от краев насыпи к ее оси, с перекрытием каж­
дого следа на 1/3 ширины. Каждый последующий проход по одному
и тому же следу начинают после перекрытия предыдущими проходами
всей ширины земляного полотна.
Требуемый коэффициент уплотнения грунта приведен в табл. 5.2.
При оптимальной влажности грунта для достижения коэффициента
уплотнения 0,95 ориентировочно назначают 6 ... 8 проходов катка
для связных и 4 . . . 6 — для несвязных грунтов; для достижения ко­
эффициента уплотнения 0,98 назначают 8 ... 12 проходов для связных
Т а б л и ц а 5.2
Требуемый коэффициент уплотнения грунта
Глубина
располо­
Элементы жения слоя
земляного
поверх­
полотна
ности по­
крытия, м
Рабочий
(верхний)
слой
До 1,5
Наименьший коэффициент уплотнения грунта при
типе дорожных одежд
капитальном
облегченном и переходном
в дорожно-климатических зонах
I
II, III
IV, V
I
II, III
IV, V
0,98...
0,96
1,0...
0,98
0,98...
0,95
0,95...
0,93
0,98...
0,95
0,95
П р и м е ч а н и е . В нижнем слое грунт уплотняется с коэффициентом
0,95 ...0,98.
157
и 6 . . . 8 — для несвязных грунтов. Необходимое количество проходов
катка по одному следу уточняется пробной укаткой.
При недостаточной влажности грунт увлажняют с помощью по­
ливомоечной машины. В технологической карте расход воды на эти
цели принят в количестве 3 % от объема грунта.
Для связных грунтов на начальном этапе уплотнения давление
в шинах катка не должно превышать 0,2... 0,3 МПа, на заключитель­
ном этапе —0,6... 0,8 МПа. При уплотнении песков давление в шинах
на всех стадиях уплотнения не должно превышать 0,2...0,3 МПа.
Первый и последний проходы по полосе укатки выполняют
на малой скорости пневмокатка (2,0... 2,5 км/ч), промежуточные
проходы — на большей скорости (до 8 ... 1 0 км/ч).
Отсыпку каждого последующего слоя можно производить только
после разравнивания, уплотнения предыдущего слоя и контроля
качества работ.
На заключительном эт апе работы выполняются следующие
технологические операции:
• планировка верха земляного полотна автогрейдером;
• планировка откосов автогрейдером;
• окончательное уплотнение верха земляного полотна катком;
• планировка дна резервов автогрейдером;
• покрытие откосов насыпи и дна резервов растительным грунтом
бульдозером.
Описание рабочих процессов в порядке их
технологической последовательности с расчетом
объемов работ
Единица измерения
Источник обоснова­
ния норм выработки
(ЕНиРы и расчеты)
Номер захваток
Номер процессов
Технологическая последовательность процессов
1. Основные земляные работы
1
1
Расчет
Снятие растительного слоя грунта толщиной
0,1 м бульдозером ДЗ-171 и перемещение его
в обе стороны от оси дороги за пределы резер­
вов в количестве (21,6 + 18 *2) *0,1 *200 = 1152
м3
2
I
Расчет
Уплотнение основания насыпи самоходным
катком ДУ-101 на пневматических шинах
за четыре прохода по одному следу
м2
158
Перед началом планировки необходимо проверить и восстановить
положение оси и бровок земляного полотна в плане на прямых, пере­
ходных и основных кривых, а также в продольном профиле. Планировку
следует начинать с наиболее низких участков (в продольном профиле).
Верх земляного полотна планируют путем последовательных проходов
авгогрейдера, начиная от краев с постепенным смещением к середине.
Перекрытие следов составляет 0,3...0,5 м. Работы выполняют по чел­
ночной схеме за четыре прохода автогрейдера по одному следу.
Откосы насыпи и резервы планируются за два прохода автогрей­
дера по одному следу при его движении непосредственно по откосу
(при заложении откосов не круче 1 : 3 ).
Окончательное уплотнение верха земляного полотна после пла­
нировки выполняется пневмокатком за два прохода по одному следу.
Технология уплотнения аналогична изложенной ранее. Дно резерва
планируется автогрейдером по челночной схеме за четыре прохода
по одному следу. После окончания планировочных работ на данном
участке проводятся работы по восстановлению растительного слоя
грунта путем надвижки его на откосы насыпи и резервов бульдозером
и перемещения его из валиков в поперечном направлении. Технологи­
ческая последовательность процессов с расчетом объемов работ и пот­
ребных ресурсов приведена в табл. 5.3, состав отряда — в табл. 5.4.
Технология операционного контроля качества работ при возведении
насыпи из грунта боковых резервов бульдозером приведена в табл. 5 .5 .
Т аблица 5.3
с расчетом объемов работ и потребных ресурсов
н
о0
X
й
™
и «г
а
о
со ®
X
Заработная плата,
руб.-коп.
на полный
объем работ
О
сSо
о
о.
с
Норма времени,
чел.-ч
на единицу
измерения
1
£
51
*
S
§2
на полный
объем работ
Л
Затраты труда и заработная плата
на захватку длиной 200 м
на единицу
измерения
5 1
§г
на 1 од
1
Потребность
в машиносменах
на 1 км
Количество
работ
1152
5760
1206
1,0
4,8
0,014
16,13
0-30
345-60
4320
21600
8695
0,50
2,5
0,0009
3,89
0-01,93
83-38
5?§
m <е
§1
со *
С
О
X
0
1
СО
(захватка длиной 2 0 0 м)
159
Описание рабочих процессов в порядке их
технологической последовательности с расчетом
объемов работ
IV
160
Расчет
Разработка и перемещение фунта II группы
бульдозером Д З -171 из боковых резервов
в насыпь на расстояние до IS м для отсып­
ки нижнего слоя насыпи на высоту 0,25 м
в количестве (21,6 + 20,1)- 2*0,25* 1,1 *200 =
= 1 146
Расчет
Разравнивание нижнего слоя фунта в насы­
пи бульдозером Д З -171 с перемещением 30%
фунта на расстояние до 5 м
Расчет
Увлажнение фунта водой до оптимальной
влажности поливомоечной машиной МД
433-03 при дальности перевозки 3 км в коли­
честве 3 % от массы фунта при его плотно­
сти 1,75 т/м 3: 1 146-1,75 0,03 = 60
Расчет
Уплотнение нижнего слоя фунта в насыпи
толщиной 0,25 м в плотном теле самоходным
катком ДУ-101 на пневматических шинах при
10 проходах по одному следу
Расчет
Разработка и перемещение фунта II ф уп пы бульдозером Д З -171 из резерва в насыпь
на расстояние до 15 м для отсыпки среднего
слоя насыпи толщиной 0,25 м в количестве
(20,1 + 18,6)/2 0,25 1,1-200= 1064
Расчет
Разравнивание среднего слоя фунта в на­
сыпи бульдозером Д З -171 при перемещении
30 % фунта на расстояние до 5 м
Расчет
Увлажнение фунта водой до оптимальной
влажности поливомоечной машиной МД
433-03 при дальности перевозки 3 км в коли­
честве 3 % от массы фунта при его плотно­
сти 1,75 т/м 3: 1064-1,75 0,03 = 56
Продолжение табл. 5.3
Количество
работ
Потребность
в машиносменах
Затраты труда и заработная плата
на захватку длиной 200 м
Норма времени
чел.-ч
Заработная плата
руб.-коп.
161
Единица измерения
Источник обоснова­
ния норм выработки
(ЕНиРы и расчеты)
Номер захваток
Номер процессов
Описание рабочих процессов в порядке их
технологической последовательности с расчетом
объемов работ
■■■
10
1
Расчет
Уплотнение второго слоя в насыпи само­
ходным катком ДУ-101 на пневматических
шинах при 10 проходах по одному следу
м
VI
Расчет
Разработка и перемещение грунта II группы
из боковых резервов для отсыпки верхнего
слоя насыпи толщиной 0,2 м бульдозером
ДЗ-171 в количестве
(18,6+ 17,4 )/2 -0 ,2-1,1-200 = 792
м3
VI
Расчет
Разравнивание верхнего слоя грунта в насы­
пи бульдозером ДЗ-171 с перемещением 30%
грунта на расстояние до 5 м
м3
VI
Расчет
Увлажнение грунта водой до оптимальной
влажности поливомоечной машиной МД
433-03 при дальности перевозки 3 км в коли­
честве 3 % от массы грунта при его плотно­
сти 1,75 т/м 3: 792* 1,75-0,03 = 42
т
VII
Расчет
1 1
1
1
1
1
V
1
1
2
3
4
Уплотнение верхнего слоя грунта в насыпи
1 самоходным катком ДУ-101 на пневмати­
ческих шинах при 10 проходах в среднем
по одному следу
м3
Итого на сменную захватку длиной 200 м
II. Заключительные земляные работы
1
1
VIII
Расчет
Планировка откосов насыпи и боковых ре­
зервов длиной до 4 м автогрейдером Д З -122
в количестве (3,6 + 1,4)-2-600 = 6000
м
VIII
Расчет
Планировка поверхности земполотна и дна
резервов автогрейдером ДЗ-122 площадью
(17,4 + 15,3 •2) -600 м2 приданием дну резерва
уклона в сторону от оси дороги
м
5
6
162
Продолжение табл. 5.3
Количество
работ
Потребность
в машиносменах
Затраты труда и заработная плата
на захватку длиной 200 м
Норма времени
чел.-ч
Заработная плата
руб.-коп.
(захватка длиной 600 м)
163
Описание рабочих процессов в порядке их
технологической последовательности с расчетом
объемов работ
Расчет
Уплотнение верха насыпи самоходным кат­
ком ДУ-101 на пневматических шинах за два
прохода по одному следу: 17,4 •600 = 10 440
Расчет
Покрытие откосов насыпи и дна резер­
вов растительным грунтом толщиной 0,1 м
бульдозером ДЗ-171 в количестве 3456 м2 при
перемещении фунта на среднее расстояние
до 10 м
Итого на сменную
длиной 600 м
Состав
Машины
Профессия и разряд рабочего
/. Основные земляные работы
Машинист VI разряда
Самоходный каток ДУ-101
Машинист VI разряда
Поливомоечная машина МД 433-03
Водитель IV разряда
II. Заключительные земляные работы
Автофейдер ДЗ-122
Машинист VI разряда
Бульдозер ДЗ-171
Машинист VI разряда
Самоходный каток ДУ-101
Машинист VI разряда
Итого
164
Окончание табл. 5.3
Количество
работ
Потребность
в машиносменах
Затраты труда и заработная плата
на захватку длиной 200 м
Норма времени
чел.-ч
Заработная плата
руб.-коп.
Т аблица 5.4
отряда
Потребность в машиносменах
Коэффици­
ент загрузки
на захватку
Количество
рабочих
Примечание
(захватка длиной 200 м)
21,7
4,34 (5)
5
13,5
2,7 (3)
3
11,6
2,32(3)
|
—
—
3
(захватка длиной 600 м)
|
I
1
1
[
1
1
14
\ ■■
—ЩЩЖ
Принима­
ется один
бульдозер
165
166
Технология операционного контроля качества работ при возведении насыпи из грунта боковых резервов
бульдозером
Таблица
5.5
167
5.3. Применение автогрейдеров при возведении
земляного полотна
Автогрейдер — самоходная колесная землеройно-транспортная
машина с основным отвальным рабочим органом, смонтированным
в пределах колесной базы (рис. 5.7). Отвальный рабочий орган может
свободно поворачиваться на 360°, устанавливаться с различными
углами в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а также вы­
носиться и выдвигаться в сторону.
Автогрейдеры предназначены для профилирования земляного
полотна, строительства грунтовых дорог на нулевых отметках или
на насыпях высотой до 0,6 м. Они копают, профилируют, очищают
кюветы и оросительные каналы малых размеров, распределяют до­
рожно-строительные материалы по поверхности земляного полотна,
планируют и профилируют дорожные корыта, производят засыпку
канав и траншей малых размеров.
Автогрейдеры могут быть использованы для возведения насыпей
высотой до 0 , 8 м из грунтов боковых резервов, однако их произво­
дительность в 2 —4 раза ниже производительности других дорожно­
строительных машин. Цикл работ автогрейдера при устройстве на­
сыпей состоит из зарезания грунта, его транспортирования, укладки
и разравнивания с последующей планировкой (рис. 5 .8 ).
Производительность этих операций определяется площадью
стружки грунта Fc (срезаемого или планируемого) и скоростью ре­
зания. Максимальная производительность ограничивается тяговым
усилием ТТ автогрейдера. Площадь стружки грунта Ғс определяется
Рис. 5.7. Автогрейдер ДЗ-298
Рис. 5.8. Работа автогрейдера на планировке откоса
главным образом величиной коэффициента резания Кр9 который за­
висит от группы грунта и правильности установки отвала автогрейдера
под углом: захвата — Р; резания — а; наклона — у (табл. 5 .6 ):
Гт - / > ( / + /)
К
где Р
(5.1)
К-
автогрейдера
коэффициент сопротивления двиавтогрейдера
уклон
Т а б л и ц а - 5.6
Оптимальные углы установки отвала автогрейдера
Рабочие операции
Углы установки ножа,
захвата р
Зарезание разрыхленного связ­
ного грунта
30... 35
Зарезание несвязного грунта
35...40
о
о
41
•
•
Перемещение влажных грунтов
■
1
резания а
наклона у
До 40
15
До 40
15
35 ...40
1
Перемещение сухих фунтов
35 ...45
40...45
Разравн и вание
70„.90
50...60
5
18
2
Планировка
45 ...55
40 ...45
Срезка фунта на откосах
60 ...65
40...45
18
169
Площадь стружки зависит не только от углов установки отвала,
но и от прочности грунта. При предварительном разрыхлении или
доувлажнении грунта до относительной влажности 0,65...0,70% со­
противление резанию можно уменьшить, а площадь резания грунтов
автогрейдерами FQможет достигать 0,20...0,25 м2.
Возведение насыпей прицепными грейдерами и автогрейдерами
целесообразно осуществлять при высоте насыпей до 0,75 м на рав­
нинном или слабопересеченном рельефе.
В связи с относительно малой производительностью, а также ухуд­
шением строительных свойств грунта (размельчение и пересушива­
ние) в результате разработки его тонкими слоями при перемещении
из резерва в насыпь использование их может быть рекомендовано
для дорог низших категорий при сравнительно небольших объемах
работ.
Вырезание грунта грейдером в резерве и поперечное перемещение
его в насыпь осуществляются круговыми проходами машин. Для со­
кращения потерь времени на развороты машины в концах рабочей
захватки ее длина должна быть не менее 400... 500 м. Работы рекомен­
дуется вести двумя захватками: на одной захватке следует вырезать
грунт из резерва и перемещать его в насыпь, на другой — планировать
и уплотнять ранее отсыпанный слой грунта. По окончании работ
на первых двух захватках работы следует начинать на следующих
двух захватках и т. д.
Автогрейдеры, перемещающие грунт, следует оборудовать удли­
нителями отвала. При работе в легких грунтах наращивают высоту
отвала автогрейдера на 10...15 см.
Для окончательной планировки откосов насыпи и резерва на грей­
дерный отвал следует монтировать откосник. После зарезания грунт
перемещается отвалом и укладывается в насыпь. Как правило,
автогрейдер передвигается по кольцевой схеме: первое зарезание —
в левом резерве, потом — зарезание в правом резерве; первое пере­
мещение грунта — к оси на левой части насыпи, то же — на правой;
последующие зарезания и перемещения повторяются в таком же по­
рядке. Грунт в насыпь укладывается в такой же последовательности.
Во всех случаях основание насыпи планируется и грунт перемещается
и укладывается от оси в сторону резерва.
При первом способе укладки грунта каждая порция грунта по­
сле перемещения разравнивается слоем толщиной 0,15 ... 0 , 2 0 м,
что требует повышенного числа перемещений. При этом в случае
жаркой ветреной погоды грунт сильно пересыхает. Колесами ав­
тогрейдера грунт предварительно уплотняется. Этот способ может
применяться при разработке грунтов повышенной влажности. При
втором способе укладки грунта «вполуприжим» толщина слоя после
планировки гребней больше, чем в первом случае, и достигает 0 , 3 м.
При третьем способе грунт укладывается «вприжим», вследствие чего
одновременно происходит его уплотнение. Толщина слоя увеличи-
170
Рис. 5.9. Схема для определения угла резания
вается до 0,4...0,5 м. При втором и третьем способах грунт меньше
пересыхает и предварительно автогрейдером не уплотняется. Второй
и третий способы укладки грунта применяют при наличии средств
уплотнения, обеспечивающих требуемую степень плотности при
проработке слоя толщиной до 0 , 5 м.
На производительность автогрейдера большое влияние оказывает
установка его рабочего оборудования в зависимости от вида выпол­
няемых работ.
%
Угол резания а — это угол между касательной, проведенной через
режущую кромку и плоскостью резания грунта. Он показывает, под
каким углом находится отвал к поверхности грунта. Его величина при
резании составляет 35...40°. С увеличением угла резания значительно
возрастает удельное сопротивление резанию, поэтому лучше работать
с малыми углами резания.
Рис. 5.10. Схема для определения угла захвата
171
Рис. 5.11. Схема для определения угла наклона
Угол захвата р — это угол, образованный пересечением линий
продольной оси грейдера с направлением отвала. От величины угла
захвата зависит дальность поперечного перемещения грунта отва­
лом. Наименьший угол захвата для хорошо разрыхленных грунтов
составляет 45... 50°.
Рис. 5.12. Схемы (а, 6) установки отвала автогрейдера
172
Угол наклона у показывает поперечный наклон отвала к поверх­
ности земли. От правильности его выбора зависят ширина и глубина
резания, правильность поперечного профиля дороги и производи­
тельность машины. Установку отвала грейдера, углов захвата, резания
и наклона рекомендуется производить в зависимости от выполняемой
операций в соответствии с табл. 5.6. Схемы для определения углов
резания, захвата и наклона приведены на рис. 5 .9 ... 5 .1 1 ; схемы уста­
новки отвала автогрейдера показаны на рис. 5 .1 2 .
5.4. Возведение земляного полотна
грейдером -элеватором
Грейдеры-элеваторы применяются для разработки фунтов I ... III
фуппы. Они наиболее эффективны при разработке связных фунтов
нормальной влажности без твердых включений и крупных корней.
Сыпучие фунты снижают эффективность работы машины.
Основными рабочими органами грейдера-элеватора являются
дисковый нож и поперечный ленточный фанспортер. При движе­
нии фейдера-элеватора дисковый нож вырезает сегментообразную
сфужку фунта и отваливает ее на поперечный ленточный фанспор­
тер, который перемещает фунт в отвал или фанспортное средство.
Особенностью фейдера-элеватора, отличающей его от других земле­
ройных машин, является непрерывность рабочего процесса.
Грейдеры-элеваторы разрабатывают грунт послойно на всю
ширину резерва. Во избежание больших потерь при поступлении
срезанного фунта на фанспортер рыхлить фунт не рекомендуется.
Первый проход (пробивку) обязательно поручают автофейдеру.
Возведение насыпей из боковых резервов фейдером-элеватором
целесообразно при сфоительстве дорог в равнинных степных районах
при высоте насыпей, не превышающих 1,25... 1,50 м, при обеспечении
полной сезонной зафузки 500...700 тыс. м3 и более.
Рациональная длина рабочей захватки для фейдера-элеватора,
работающего круговыми проходами со срезанием фунта в двусторон­
них боковых резервах, составляет 500...600 м; минимальная длина
захватки — 250...300 м. Для перехода фейдера-элеватора из одного
резерва в другой при разворотах в конце захватки в земляном полотне
оставляют разрывы шириной по основанию 1 0 ... 15 м.
На участках разрывов в земляном полотне, а также на участках,
где имеются значительные отклонения от средней величины отметок
насыпи, земляное полотно должно отсыпаться другими землеройнотранспортными машинами: бульдозерами, скреперами.
Для повышения производительности грейдера-элеватора сле­
дует:
•
разрабатывать слои фунта при оптимальном заглублении дис­
кового плуга;
173
Рис. 5.13. Углы установи! дискового ножа (плуга):
а — угол захвата; Р — угол резания; у — угол заострения плуга; I —/ — ось вращения
дискового плуга
• затачивать дисковый плуг по мере затупления его режущей
кромки с углом заострения 10... 15°;
• периодически проворачивать дисковый плуг на оси его закре­
пления в целях обеспечения равномерности износа;
• заменять диск при уменьшении его диаметра на 15... 2 0 % вслед­
ствие износа;
• устанавливать ленточный конвейер под углом к горизонту
не круче 2 2 ° для предотвращения скатывания грунта по ленте транс­
портера вниз;
• уменьшать наклон ленточного конвейера при отсыпке нижних
слоев насыпи и при сильном ветре.
При этом в зависимости от группы грунта по трудности разра­
ботки необходимо опытным путем подобрать величину заглубления
и углы установки дискового плуга (рис. 5.13), обеспечивающие мак­
симальный размер вырезаемой грунтовой стружки с учетом тяговой
мощности машины и наиболее полную передачу грунта на ленту
транспортера (табл. 5.7).
Недостатком работ с применением грейдера-элеватора являет­
ся нарушение структуры грунта, связанное с его размельчением,
и вследствие этого быстрое уменьшение естественной влажности
Т аб л и ц а 5.7
Углы установки дискового угла, обеспечивающие максимальный
размер стружки
Углы установки дискового плуга, °, для
1
Угол
30 ...40
Захвата а
55
45
и>
о
40 ...50
•
•
Резания р
глины
го
о
•
суглинка
—
супеси и разрыхленного грунта
174
40
3
Рис. 5.14. Схема потока по устройству земляного полотна грейдерами-элеваторами в комплексе с другими машинами:
1 — каток; 2 — грейдер-элеватор; 3 — автогрейдер
грунта до начала его уплотнения. Поэтому особое внимание следует
уделять своевременной укатке и увлажнению отсыпаемого грунта
до оптимальной влажности перед его уплотнением.
Работу грейдера-элеватора и работающих с ним машин, осу­
ществляющих послойное разравнивание, увлажнение и уплотнение
отсыпаемых грунтов, следует выполнять двумя смежными захватками
(рис. 5.14).
После отсыпки первого слоя земляного полотна грейдер-элеватор
переводят на второй подготовленный участок. На первом участке
в это время грунт планируют автогрейдером и уплотняют кулачко­
выми катками или катками на пневмоходу. Отсыпав первый слой
на втором участке, грейдер-элеватор возвращается на первый участок
для отсыпки следующего слоя. Автогрейдер и катки ведут плани­
ровку и уплотнение на втором участке. Земляное полотно послойно
отсыпают до нужной отметки. Обочины отсыпают автогрейдером
с планировкой и уплотнением.
Производительность грейдера-элеватора Пэ при работе в отвал
из двусторонних резервов определяется по формуле
э
ТсLhbK l К 2К во
L /V p + tnm ’
(5>2)
гае Тс — продолжительность рабочей смены, ч; L — длина разра­
батываемого участка, км; Һ — глубина борозды, м (обычно h = d/2
(d — диаметр дискового ножа»; b — ширина борозды поверху, м;
К\ — коэффициент потери грунта (К х= 0,8... 0,9); К2 — поправочный
коэффициент на форму борозды {К2 = 0,90 ...0,97); АГвр — коэффи­
циент использования машины во времени (К^ = 0,9); Vp — рабочая
скорость движения, км/ч; /пов — длительность поворотов в конце
участков (для прицепных /пов = 0,02.„0,03 мин).
75
5.5. Использование скреперной техники
при производстве земляных работ
На сосредоточенных и линейных работах по возведению земля­
ного полотна при строительстве автодорог наибольшее применение
находят скреперы различной емкости (рис. 5.15, 5.16). Скреперами
можно разрабатывать: растительный грунт без корней и булыжного
камня; чернозем; лёсс естественной влажности; суглинки легкие
и лёссовидные; торф без корней; гальку и гравий без примеси бу­
лыжного камня; глину жирную мягкую и насыпную, слежавшуюся
без щебня, гравия и гальки, тяжелую ломовую юрскую насыпную,
слежавшуюся со щебнем, гравием и галькой; сухой лёсс; сухой песок,
кроме дюнного и барханного; супеси тяжелые.
Эксплуатационную производительность скрепера определяют
по формуле
Т V к к
П э= с °
р ц
>
(5.3)
где Тс — продолжительность рабочей смены, ч; Vc — геометрическая
емкость ковша скрепера, м3; Кн — коэффициент наполнения ков­
ша; Квр — коэффициент использования машины во времени (Квр =
= 0,85... 0,90); Кр— коэффициент разрыхления грунта; /ц — суммарное
время цикла, мин.
Коэффициенты наполнения ковша и разрыхления грунта в зависи­
мости от видов грунтов и их влажности принимаются по табл. 5.8.
Возведение насыпей из грунта боковых резервов скреперами
целесообразно при высоте насыпей до 2,5 ...3,0 м. При этом для
сокращения стоимости работ можно применять комбинированный
Рис. 5.15. Автоскрепер
176
Рис. 5.16. Применение толкача для набора грунта «с шапкой»
способ возведения насыпей: до 1,5... 2 , 0 м — бульдозерами, а выше —
скреперами. При возведении насыпей из боковых резервов в связи
с небольшой дальностью транспортирования грунта следует исполь­
зовать преимущественно прицепные скреперы.
В сыпучих песках барханного типа, на заболоченных участках, в силь­
но увлажненных фунтах, фунтах с наличием валунов, пней, корней, а так­
же в затвердевших трудноразрабатываемых фунтах применять скреперы
не рекомендуется. Плотные фунты следует предварительно разрыхлять
на толщину срезаемой стружки. Для рыхления глинистых фунтов ис­
пользуют рыхлитель с пятью стойками, для суглинистых — с тремя.
В зависимости от высоты, ширины и протяженности насыпи
принимают рациональные расстояния между въездами на насыпь
с резерва и съездами с нее. Чем выше насыпь и глубже резерв, тем
больше объемы работ по устройству въездов и съездов, тем больше
расстояния между ними.
Расстояния между въездами и съездами при невысоких насыпях
с разностью отметок дна резерва и верха насыпи до 1 ,5 ... 2 , 0 м при­
нимают равными 50... 80 м, а при более высоких насыпях с разностью
отметок до 3...4 м их увеличивают до 100... 120 м. По отношению
к оси насыпи въезды и съезды располагают под углом таким образом,
чтобы крутизна не превышала для прицепных скреперов 180... 2 0 0 %о,
а поперечный уклон — 80... 100%о. При разности отметок насыпи
Т а б л и ц а 5.8
Коэффициенты наполнения ковша Кн и разрыхления грунта
в зависимости от видов грунтов и их влажности
Коэффи
циенты
Песок
сухой
сыпучий
Песок
влажный
(4...8 %)
Глина
плотная
сухая
Тяжелые
суглинки
нормально-влаж­
ные
Легкие
суглинки
и супеси
при нор­
мальной
влажности
10... 12%
177
и резерва до 1,0... 1,5 м и пологих откосах насыпи (1:3; 1:4) въезды
и съезды можно не устраивать. Организацию движения скреперов
следует осуществлять таким образом, чтобы при движении в груженом
состоянии было минимальное количество поворотов.
В целях уменьшения возможности пересыхания укладываемых
в насыпь грунтов, особенно в жаркое сухое время, следует избегать
растягивания рабочих захваток, поэтому такие схемы работы скрепе­
ров, как «зигзаг» и «восьмерка», могут применяться только при наи­
более благоприятных условиях влажности грунтов и высоких темпах
работы, выполняемых крупными (по составу) подразделениями.
При разработке грунта в двусторонних боковых резервах работу
скреперов следует вести по спиральной схеме с поперечной разгруз­
кой грунта в насыпи, что позволяет на протяжении одного кругового
прохода осуществлять два зарезания и две разгрузки грунта.
Работа по спиральной схеме возможна при разности отметок на­
сыпи и резерва до 1,0... 1,5 м, при которой не требуется устройство
въездов на земляное полотно. При отсыпке верхней части насыпи с бо­
лее высокой разностью отметок, когда необходимо устройство въездов
и съездов, работу продолжают по обычной эллиптической схеме.
Состав
Машины
Профессия и разряд рабочего
/. Основные земляные работы
Бульдозер ДЗ-171
Машинист VI разряда
Самоходный каток Д У -101
Машинист VI разряда
Самоходный скрепер МоАЗ-6007
Машинист VI разряда
Поливомоечная машина МД 433-03
Водитель IV разряда
Бульдозер-толкач Д З-94С -1
Машинист VI разряда
II. Заключительные земляные работы
Автогрейдер Д З -122
Машинист VI разряда
Каток ДУ-101
Машинист VI разряда
Бульдозер ДЗ-171
Машинист VI разряда
Итого:
178
Работу скреперов следует организовывать колоннами в шесть—во­
семь и более машин, что обеспечивает лучшие условия работы скре­
перов и более полное использование сопутствующих машин (рых­
лителей, катков и др.). При работе прицепных скреперов на песках
или на плотных тяжелых грунтах и самоходных скреперов во всех
случаях скреперные колонны следует обеспечивать толкачами со­
ответствующей мощности, способствующими работе скреперов при
зарезании грунта. Количество скреперов, обслуживаемых одним
толкачем, принимают обычно пять-шесть.
Для сокращения продолжительности рабочего цикла скрепера
и повышения его производительности следует совмещать операции
подъема заслонки и опускания ковша и закрытия заслонки и подъема
ковша, производя их во время движения скрепера. В начале разгрузки
ковш должен быть опущен до просвета, равного толщине отсыпае­
мого слоя, а заслонка — поднята до отказа. Не допускается разгрузка
грунта кучами, расположенными в одном месте.
Состав отряда приведен в табл. 5.9, а технологическая последо­
вательность процессов возведения земляного полотна с расчетом
объемов работ и потребных ресурсов — в табл. 5 .1 0 .
Т а б л и ц а 5.9
отряда
Потребность в машиносменах
на 1ОООм
на захватку
Коэффициент
загрузки
Количество
рабочих
на машинах
(захватка длиной 100 м)
18,7
1,87(2)
0,94
2
28,7
2,87(3)
0,96
3
65,9
6,6(7)
0,94
7
22,6
2,3(3)
0,7
3
16,5
1,7(2)
0,83
2
1,07
0,64(1)
0,64
1
0,79
0,47( 1)
0,47
1
0,5
0,3(1)
0,3
1
(захватка длиной 600 м )
20
20
179
Описание рабочих процессов в порядке их
технологической последовательности с расчетом
объемов работ
Единица измерения
Источник обоснова­
ния норм выработки
(ЕНиРы и расчеты)
Номер захваток
Номер процессов
Технологическая последовательность процессов возведения земляного
/. Основные земляные работы
1
1
1
1
г
Расчет
Снятие растительного слоя грунта толщиной
0,3 м бульдозером ДЗ-171 и перемещение его
в обе стороны от оси дороги в количестве
25,8 100 = 2 580
м2
I
Расчет
Уплотнение основания насыпи самоход­
ным катком ДУ-101 на пневматических
шинах за четыре прохода по одному следу:
25,8 100 = 2 580
м2
I
Расчет
Разработка и перемещение грунта II группы
в карьере самоходным скрепером МоАЗ-6007
на расстояние 300 м для отсыпки нижнего
слоя на высоту 0,3 м в количестве
(25,8 + 2 4 ,0 )/2 '0 ,3 ' 1,1 *100 = 822
м3
I
Расчет
Работа бульдозера-толкача Д З -94С -1 со­
вместно со скрепером при разработке грунта
в карьере
м3
I
Расчет
Разравнивание грунта в насыпи бульдозером
ДЗ-171 слоем 0,3 м с перемещением 50% от­
сыпанного грунта: 822 0,5 = 411
м3
I
Расчет
I
Расчет
1
2
3
4
5
6
1
7
180
Увлажнение грунта водой до оптимальной
т
влажности поливомоечной машиной МД
|
1 433-03 при дальности перевозки 3 км в коли­
честве 3 % от массы грунта при его плотно­
сти 1,75 т/м 3: 822-1,75-0,03 = 43
Уплотнение нижнего слоя грунта в насыпи
толщиной 0,3 м в плотном теле самоходным
катком ДУ-101 на пневматических шинах при
10 проходах по одному следу
м3
Таблица 5.10
полотна с расчетом объемов работ и потребных ресурсов
Количество
работ
Потребность
в машиносменах
Затраты труда и заработная плата
на захватку длиной 100 м
Норма времени
чел.-ч
(захватка длиной 100 м)
Заработная плата
руб.-коп.
Описание рабочих процессов в порядке их
технологической последовательности с расчетом
объемов работ
11
Расчет
Разработка и перемещение грунта II группы
в карьере самоходным скрепером МоАЗ-600
на расстояние 300 м для отсыпки второго
слоя на высоту 0,3 м в количестве
(24,0 + 22,2)/2-0,3* 1,1 -1001 762
11
Расчет
Работа бульдозера-толкача Д З -94С -1 со­
вместно со скрепером при разработке фунта
в карьере
Расчет
Разравнивание фунта в насыпи бульдозером
ДЗ-171 слоем 0,3 м с перемещением 50% от­
сыпанного фунта: 762-0,5 = 381
Увлажнение фунта водой до оптимальной
влажности поливомоечной машиной МД
433-03 при дальности перевозки 3 км в коли­
честве 3 % от массы фунта при его плотно­
сти 1,75 т/м3: 762-1,75 0,03 = 40
III
182
Расчет
Уплотнение второго слоя фунта в насыпи
толщиной 0,3 м в плотном теле самоходным
катком ДУ-101 на пневматических шинах при
10 проходах по одному следу
Расчет
Разработка и перемещение фунта II фуппы
в карьере самоходным скрепером МоАЗ-6007
на расстояние 300 м для отсыпки третьего
слоя на высоту 0,3 м в количестве
(22,2 + 20,4)/2-0,3-1,1 • 100 = 703
Расчет
Работа бульдозера-толкача Д З -9 4 С -1 со­
вместно со скрепером при разработке фунта
в карьере
Расчет
Разравнивание фунта в насыпи бульдозером
ДЗ-171 слоем 0,3 м с перемещением 50% от­
сыпанного фунта: 7 0 3 /2 = 352
Продолжение табл. 5.10
Количество
работ
Потребность
в машиносменах
Затраты труда и заработная плата
на захватку длиной 100 м
Норма времени
чел.-ч
Заработная плата,
руб.-коп.
Описание рабочих процессов в порядке их
технологической последовательности с расчетом
объемов работ
Расчет
Увлажнение грунта водой до оптимальной
влажности поливомоечной машиной МД
433-03 при дальности перевозки 3 км в коли
честве 3 % от массы грунта при его плотно­
сти 1,75 т/м 3: 703 -1,75 0,03 = 37
Расчет
Уплотнение третьего слоя грунта в насыпи
толщиной 0,3 м в плотном теле самоходным
катком ДУ-101 на пневматических шинах при
10 проходах по одному следу
Расчет
Разработка и перемещение грунта II группы
в карьере самоходным скрепером МоАЗ-6007
на расстояние 300 м для отсыпки верхнего
слоя на высоту 0,3 м в количестве
(20,4 + 18,6)/2-0,3-1,1-100 = 644
Расчет
Работа бульдозера-толкача Д З -94С -1 со­
вместно со скрепером при разработке грунта
в карьере
Расчет
Разравнивание фунта в насыпи бульдозером
ДЗ-171 слоем 0,3 м с перемещением 50% от­
сыпного фунта: 6 4 4 / 2 = 322
Расчет
Увлажнение фунта водой до оптимальной
влажности поливомоечной машиной МД
433-03 при дальности перевозки 3 км в коли
честве 3 % от массы фунта при его плотно­
сти 1,75 т/м 3: 644-1,75 0,03 = 34
Расчет
Уплотнение верхнего слоя фунта в насыпи
толщиной 0,3 м в плотном теле самоходным
катком ДУ-101 на пневматических шинах при
10 проходах по одному следу
Итого
184
Продолжение табл. 5.10
Количество
работ
Потребность
в машиносменах
Затраты труда и заработная плата
на захватку длиной 100 м
Норма времени
чел.-ч
Заработная плата
руб.-коп.
85
Описание рабочих процессов в порядке их
технологической последовательности с расчетом
объемов работ
/ / . Заключительные земляные работы
Расчет
Планировка верха насыпи автогреидером
Д З -122 за два круговых прохода по одному
следу. Объем работ: 18,6*600 = И 160
Расчет
Планировка откосов насыпи длиной до 30 м
автогрейдером Д З -122 при рабочем ходе
в двух направлениях: 2,85 •2*600 = 3 420
Расчет
Уплотнение верха насыпи самоходным кат­
ком ДУ-101 на пневматических шинах за два
прохода по одному следу: 18 *600 = 11160
Расчет
Покрытие откосов насыпи растительным
слоем толщиной 0,2 м и его распреде­
ление бульдозером ДЗ-171 в количестве
2,85-2-0,2 *600 = 684
Итого
Технология операционного контроля качества работ при
Метод и средства
контроля
Основные операции,
подлежащие контролю
Состав контроля
Снятие растительного
слоя грунта
Толщина снимаемого
слоя грунта
Инструментальный.
Измерительная линейка, визирки
1
1
1
Отсыпка грунта в на­
сыпь
Однородность грунта
в теле насыпи
Визуальный
I
186
I
Окончание табл. 5.10
1
S
Норма времени,
чел.-ч
J
S
11160 18600 23500
0,47
0,79
0,00034
3,79
0-00,73
81-47
3420
20500
0,17
0,28
0,00039
1,33
0-00,84
28-73
И 160 18600 23500
0,47
0,79
0,00034
3,79
0-00,73
81-47
0,30
0,5
0,0035
2,39
0-07,5
51-30
X
S
О
а
С
03
X
*
С
\
3
М
« *
cd 1
cd
X
OS
cсIdо?as
*
cd
■
на единицу
измерения
I s
Заработная плата,
руб.-коп.
на полный
объем работ
Я. 5
1
«
C
Q
С
О
Л
1
Затраты труда и заработная плата
на захватку длиной 100 м
на единицу
измерения
§ 2
Р
2
1
cd
А
Н
и
О
X
А
fcj >>
Рх
Потребность
в машиносменах
на полный
объем работ
Количество
работ
(захватка длиной 600 м)
684
5700
1140
2285
(по
нор­
мам)
242-97
11,3
Т а б л и ц а S.11
возведении насыпи из грунта боковых резервов скрепером
Режим и объем
контроля
Лицо,
осущест­
вляющее
контроль
Промеры не реже чем
через 100 м
Мастер
Постоянно
Мастер,
лаборант
Предельные
отклонения от норм
контролируемых
параметров
Место
регистрации
результатов
контроля
± 20 % от проект­
ной толщины
Общий жур­
нал работ
—
То же
87
Основные операции,
подлежащие контролю
Состав контроля
Метод и средства
контроля
Разравнивание грунта
в насыпи
1. Толшина слоя.
2. Высотные отметки
продольного про­
филя.
3. Расстояние между
осью и бровкой зем­
ляного полотна.
4. Крутизна откосов
5. Поперечные укло­
ны
1. Визирки.
2. Нивелир, визирки
3. Рулетка измери­
тельная.
4. Уклономер.
5. Уклономер
Уплотнение грунта
в насыпи
1. Режим уплотнения.
2. Влажность уплот­
няемого слоя.
3. Фактическая плот­
ность фунта
1. Визуальный.
2. Метод режущего
кольца.
3. Метод режущего
кольца
Планировка верха
земляного полотна
и откосов
1. Высотные отметки
продольного про­
филя.
2. Расстояние между
осью и бровкой зем­
ляного полотна.
3. Поперечные укло­
ны.
4. Ровность поверх­
ности.
5. Крутизна откосов
И нструментальный.
1. Нивелир, визирки.
2. Рулетка измери­
тельная.
3. Уклономер.
4. Нивелир, нивелир­
ная рейка.
5. Уклономер
188
Окончание табл. 5.11
Режим и объем
контроля
Лицо
осущест­
вляющее
контроль
Предельные
отклонения от норм
контролируем ых
параметров
Промеры не реже чем
через 100 м.
Промеры не реже чем
через 100 м.
Промеры через 50 м.
Промеры через 50 м.
Промеры через 50 м.
Мастер,
геодезист
1. Постоянно.
2. Не реже одного
раза в смену.
3. Не менее трех
образцов (по оси
земяного полотна
и 1,5... 2,0 м от бров­
ки) не реже чем через
50 м — для верхнего
слоя; не реже чем
через 20 м — для
15>«ких слоев
Мастер,
лаборант
1. Промеры не реже
чем через 100 м.
2. Промеры через
50 м.
3. Промеры не реже
чем через 100 м.
4. Промеры не реже
чем через 50 м в трех
точках на попереч­
нике (по оси к бров­
кам).
5. Промеры через
50 м
Мастер,
1. ± 50 мм от прогеодезист | ектных значений
высотных отметок
2. ± 10 см от про­
ектных значений.
3. ± 0,010 от про­
ектных значений.
4. ± 50 мм от про- I
ектных значений.
5. Уменьшение
крутизны до 10 %
от проектного
значения
2. ± 50 мм от проектных значении
высотных отметок.
3. ±10 см от про­
ектных значений
ширины.
4. Не более 10 %
от проектного зна­
чения в сторону
уменьшения.
5. ± 0,010 от про­
ектных значе­
ний поперечных
уклонов
1. 2. Снижение
плотности грунта
на 4 % от про­
ектных значений
до 10 % опреде­
лений; остальные
результаты —
не ниже проект­
ных значений
Место
регистрации
результатов
контроля
Общий журнал работ.
Журнал
технического
нивелирова­
ния
Общий жур­
нал работ.
Журнал
пробного
уплотнения
грунта.
Журнал
контроля
плотности
земляного
полотна
Журнал
технического
нивелирова­
ния.
Ведомость
приемки
земляного
полотна
189
Технология операционного контроля качества работ при воз­
I
ведении насыпи из грунта боковых резервов скрепером приведена
в табл. 5.11.
5.6.
Разработка грунтов экскаватором
и транспортирование их автосамосвалами
При устройстве земляного полотна из сосредоточенных резер­
вов грунт разрабатывают экскаваторами с «прямой» или «обратной
лопатой» (рис. 5.17) и транспортируют к месту укладки автосамос­
валами.
До возведения земляного полотна необходимо:
• восстановить и закрепить трассу дороги и полосу отвода;
• расчистить территорию в пределах полосы отвода от кустарни­
ков, пней и валунов;
• произвести разбивку земляного полотна и грунтового карьера;
• устроить временные землевозные дороги для транспортирования
грунта;
• устроить съезды в забой и выезды из него;
• обеспечить отвод поверхностных и грунтовых вод от забоя;
• устроить освещение забоя и отвалов при работе в темное время
суток.
Работы по возведению земляного полотна из сосредоточенного
грунтового карьера при разработке грунта экскаваторами ЭО-4225
и транспортированию в насыпь автомобилями-самосвалами КамАЗ55111 на среднее расстояние 2,5 км ведутся в технологической по­
следовательности процессов производства работ на пяти захватках
длиной по 200 м. Длина захватки при выполнении работ по отделке
Рис. 5.17. Разработка грунта экскаватором с «обратной* лопатой
190
24,0
22,2
20,4
22,2
15,0
Рис. 5.18. Схема отсыпки земляного полотна в поперечном профиле автоса­
мосвалами (размеры указаны в м)
земляного полотна принята 800 м. На первой захватке выполняются
следующие технологические операции:
• срезка растительного слоя грунта бульдозером;
• уплотнение основания насыпи пневмокатком.
Толщину срезаемого растительного слоя грунта принимают по со­
гласованию с землепользователем. В карте принята толщина этого
слоя 30 см.
Работы в данной технологической карте выполняют бульдозером
ДЗ-171 по поперечной схеме. Грунт срезают от оси дороги попереч­
ными проходами бульдозера, перекрывая каждый предыдущий след
на 0,25...0,30 м, и перемещают за пределы полосы отвода.
В дальнейшем срезанный растительный грунт используют для
укрепления откосов земляного полотна.
Основание насыпи уплотняют катком ДУ-101 за четыре прохода
по одному следу. При уплотнении каждый предыдущий след пере­
крывают последующим на 1/3 его ширины. Движение катка осущест­
вляют по круговой схеме.
Основание насыпи должно иметь коэффициент упглотнения
не ниже 0,98.
На второй, третьей, четвертой и пятой захватках выполняются
технологические операции по устройству соответственно первого
(нижнего), второго, третьего и четвертого (верхнего) слоев грунта
земляного полотна (рис. 5.18) в следующей последовательности:
• разработка фунта в карьере экскаватором с погрузкой в авто­
мобили-самосвалы ;
• подвозка фунта автомобилями-самосвалами в насыпь для отсып­
ки соответственно первого (нижнего), второго, третьего и четвертого
(верхнего) слоев;
• послойное разравнивание фунта в насыпи бульдозером;
191
• послойное увлажнение грунта водой до оптимальной влажности
(при необходимости);
• послойное уплотнение фунта самоходными катками на пнев­
матических шинах при 10 проходах по одному следу.
Ширина насыпи по верху на уровне дна корыта для принятой толщи­
ны дорожной одежды 0,6 м и крутизне откосов 1:3 составляет 18,6 м.
Отсыпка насыпи с учетом толщины снимаемого растительного
слоя грунта предусмотрена в четыре слоя по 0,3 м каждый.
Технологической картой предусмотрено возведение насыпи
земляного полотна с разработкой грунта экскаваторами ЭО-4225
и транспортированием автомобилями-самосвалами КамАЗ-55111
на расстояние 2,5 км.
Разработку грунтового карьера экскаваторами с «прямой» лопатой
производят по схеме, представленной на рис. 5.19.
Сечение забоя устанавливают в соответствии с рабочими харак­
теристиками выбранного типа экскаватора.
При принятой схеме разработки грунтового карьера экскаватором
сначала устраивается сквозная поперечная траншея. Транспортные
средства в этом случае размещаются выше уровня стоянки экс­
каватора. В дальнейшем разработка карьера ведется продольными
проходами (рис. 5.20).
Рис. 5.19. Схема разработки грунтового карьера экскаватора с «прямой»
лопатой
192
7ГУ/УУ/////
9,4
Рис. 5.20. Сечение грунтового карьера:
19 4 — уширенные лобовые забои; 2, 3, 5 — проходки боковыми забоями; Rp — наи­
больший радиус резания; RB— наибольший радиус выгрузки;
— радиус резания
на уровне стояния гусениц; Нъ — наибольшая высота выгрузки; А — расстояние
от кромки разрабатываемой траншеи до оси прохода экскаватора; Н\ — глубина пио­
нерной траншеи; А, — погрузочная высота автомобиля (размеры указаны в м)
Глубина первой пионерной траншеи Н\ определяется из условия
обеспечения погрузки фунта в автомобиль-самосвал при использо­
вании наибольшей высоты выгрузки Нв:
Н \ = Н Ъ- 0,5 - А„
(5.4)
гае 0,5 — расстояние по высоте между днищем ковша и верхом борта
автомобиля, м; Л| — погрузочная высота автомобиля.
Расстояние Л от кромки разрабаты ваемой транш еи д о о си прохода
экскаватора определяется п о условиям обесп еч ен и я погрузки грунта
в автомобиль-самосвал при использовании наибольшего радиуса
выгрузки RB:
A = RB- 1,0 -Л /2 ,
(5.5)
гае 1,0 — безопасный зазор между кромкой выемки и колесом автомобиля-самосвала, м; Ь — ширина базы автомобиля-самосвала, м.
Ось прохода экскаватора при разработке второй траншеи должна
располагаться на расстоянии RBот оси движения автомобиля-самосвала, который в нашем случае будет двигаться на уровне основания
пионерной траншеи. При разработке третьей траншеи положение оси
прохода определяется размещением транспортных средств, которые
будут двигаться на уровне стоянки экскаватора. При разработке
четвертой траншеи автомобили-самосвалы размещаются на уровне
основания первого яруса, а при разработке пятой траншеи — на уров­
не стоянки экскаватора.
Подобными расчетами можно определить количество проходов
экскаватора и разработать схему его работы при других исходных
данных и размерах фунтового карьера.
193
15,0
9,0
Рис. 5.21. Схема разгрузки грунта в насыпь:
1... 5 — последовательность отсыпки грунта (размеры указаны в м)
Уклоны дна проходок должны предотвращать приток и скопление
в забоях грунтовых и поверхностных вод.
Рабочий цикл экскаватора с «прямой» лопатой состоит из сле­
дующих операции:
• копание грунта (движение стрелы, рукояти и ковша);
поворот на разгрузку (поворот платформы со всем рабочим
оборудованием);
• разгрузка (открывание днища ковша или поворотом ковша от­
носительно рукояти);
• поворот в забой;
опускание стрелы и рукояти с ковшом на подошву забоя.
Транспортирование грунта из карьера в насыпь производят авто­
мобилями-самосвалами КамАЗ-55111.
Количество транспортных средств, необходимых для перевозки
грунта, определяют расчетным путем с учетом фактических условий
работы и дальности возки. В каждый автомобиль-самосвал КамАЗ55111 загружают 7,5 м3 грунта.
Грунт транспортируют до места производства работ и выгружают через
каждые 5 м вдоль насыпи и через каждые 5 м по се ширине (рис. 5.21).
Расстояние между центрами куч вдоль насыпи /н определяют
по формуле
Qn
/Н
Вһр’
где Q — грузоподъемность автомобиля-самосвала, т; п — количество
куч, выгружаемых в каждом поперечном створе; В — ширина полосы
(или средняя линия) рассыпаемого материала, м; Һ — толщина слоя,
м; р — плотность материала, т/м3.
После подстановки значений получаем:
13-5
/Н
4,97 *5 м.
24,9 0,3 1,75
Расстояние между центрами куч по ширине /ш насыпи определя­
ется по формуле
194
Lm= B/n = 24,9:5 = 4,98 « 5 м.
Грунт уплотняют слоями толщиной 0,30 м последовательными
круговыми проходами пневмокатка ДУ-101 по всей ширине насыпи
за 10 проходов по одному следу.
Уплотнять грунт следует при оптимальной влажности, определен­
ной по ГОСТ 22733—77, которая не должна выходить за пределы,
указанные в табл. 5.12 для разных типов грунтов.
При недостаточной влажности грунт увлажняют с помощью по­
ливомоечной машины. В технологической карте расход воды на эти
цели принят в количестве 3 % от объема грунта.
Первые два прохода катка следует выполнять на расстоянии 2 м
от бровки насыпи, а затем, смещая проходы на 1/3 ширины следа
в сторону бровки, уплотняют края насыпи, не доходя 0,3 ...0,5 м
до откоса. После этого продолжают уплотнение круговыми проходами
от края к середине.
В целях уплотнения грунта в краевых частях насыпи, прилегаю­
щих к откосу, ее следует отсыпать на 0,3...0,5 м шире проектного
очертания.
Каждый последующий проход по одному и тому же следу на­
чинают после перекрытия предыдущими проходами всей ширины
земляного полотна.
При оптимальной влажности грунта для достижения коэффициен­
та уплотнения 0,95 ориентировочно принимают 6... 8 проходов катка
для связных и 4... 6 проходов —для несвязных грунтов; для достиже­
ния коэффициента уплотнения 0,98 принимают 8... 12 проходов для
связных и 6...8 — для несвязных грунтов. Необходимое количество
проходов катка по одному следу уточняют пробным уплотнением.
Для связных грунтов на начальном этапе уплотнения давление
в шинах пневмокатка не должно превышать 0,2 ...0,3 МПа; на за-
Т аблица S.12
Оптимальная влажность грунтов
Вид грунта
Пески пылеватые, супеси
легкие, крупные
Влажность, %, при требуемом
коэффициенте уплотнения
Не более
1,35
Не более
Не норми
руется
Супеси легкие и пылеватые
Супеси тяжелые пылеватые
и суглинки легкие пылеватые
Суглинки тяжелые пылеватые
глины
195
Технологическая последовательность процессов
о
и
и
й
>
У
О
о.
с
а<и
О
X
*
о
н
c
d
Л
зсо
а4>
2о
Я
Icd
ао н
о
X
ю
а (б
о &
ю
3
о л
н
оsr
2
о
Л
04
*
5 *
К
Ш
он К Я
о
S
Описание рабочих процессов в порядке их
технологической последовательности с расчетом
объемов работ
к ш
§X
оа
4)
2со
X
св
ш
X
S
§
1. Основные земляные работы
1
I
Расчет
Снятие растительного слоя грунта толщиной
0,3 м бульдозером ДЗ-171 и перемещение его
в обе стороны от оси дороги в количестве
(25,8 + 2)-200-0,3 > 1670
м
2
I
Расчет
Уплотнение основания насыпи самоходным
катком ДУ-101 на пневматических шинах
за четыре прохода по одному следу
м
3
II
Расчет
Разработка грунта II группы экскаватором
ЭО-4225 с погрузкой грунта а автомобилисамосвалы
м
4
II
Расчет
Транспортирование грунта по грунтовым
дорогам на среднее расстояние 2,5 км
с разгрузкой его в насыпь автосамосвала­
ми КамАЗ-55111 при иср= 22 км/ч. Коли­
чество грунта при его плотности 1,75 т/м 3
1645 • 1,75 = 2 880
5
II
Расчет
Разравнивание нижнего слоя грунта в насы­
пи бульдозером ДЗ-171 с перемещением 50 %
отсыпанного грунта на расстояние до 5 м
6
II
Расчет
Увлажнение грунта водой до оптимальной
влажности поливомоечной машиной МД
433-03 при дальности перевозки 3 км в коли­
честве 3 % от массы грунта: 2 880 0,03 = 86,4
7
II
Расчет
Уплотнение нижнего слоя грунта в насыпи
толщиной 0,3 м в плотном теле самоходным
катком ДУ-101 на пневматических шинах при
10 проходах по одному следу
196
м
м
Т а б л и ц а 5.13
с расчетом объемов работ и потребных ресурсов
Количество
Потребность
в машиносменах
Затраты труда и заработная плата
на захватку длиной 200 м
Норма времени
чел.-ч
Заработная плата
руб.-коп.
(захватка длиной 200м)
197
Описание рабочих процессов в порядке их
технологической последовательности с расчетом
объемов оабот
Расчет I Разработка грунта II группы экскаватором
ЭО-4225 с погрузкой грунта в автомобилисамосвалы
м
Расчет I Транспортирование грунта по грунтовым до­
рогам на среднее расстояние 2,5 км с разгруз­
кой его в насыпь автосамосвалами КамАЗ55111 при vcp= 22 км/ч. Количество грунта
при его плотности 1,75 т/м 3: 1525 • 1,75 = 2 669
Расчет
грунта в насыпи
бульдозером ДЗ-171 с перемещением 50% отгрунта
м
Расчет I Увлажнение грунта водой до оптимальной
влажности (поливомоечной машиной МД
433-03 при дальности перевозки 3 км в коли­
честве 3 % от массы грунта: 2 670 0,03 = 80,1
Расчет I Уплотнение второго слоя грунта в
голщиной 0,3 м в плотном теле cai
сатком ДУ-101 на пневматических
одному
м
Расчет
м
грунта II группы
автомобили
самосвалы
Расчет I Транспортирование грунта по грунтовым до­
рогам на среднее расстояние 2,5 км с разгруз­
кой его в насыпь автосамосвалами КамАЗ55111 при иср= 22 км/ч. Количество грунта
при его плотности 1,75 т/м 3: 1405-1,75 = 2459
Расчет
198
Разравнивание третьего слоя грунта в насы­
пи бульдозером ДЗ-171 с перемещением 50 %
отсыпанного грунта на расстояние до 5 м
м
Продолжение табл. 5.13
Количество
работ
Потребность
в машиносменах
Затраты труда и заработная плата
на захватку длиной 200 м
Норма времени
чел.-ч
Заработная плата,
руб.-коп.
199
Описание рабочих процессов в порядке их
технологической последовательности с расчетом
объемов работ
Расчет
Увлажнение грунта водой до оптимальной
влажности поливомоечной машиной МД
433-03 при дальности перевозки 3 км в коли
честве 3 % от массы грунта: 2 460-0,03 = 73,8
Расчет
Уплотнение третьего слоя грунта в насыпи
толщиной 0,3 м в плотном теле самоходным
катком ДУ-101 на пневматических шинах при
10 проходах по одному следу
Расчет
Разработка грунта II группы экскаватором
ЭО-4225 с погрузкой грунта в автомобилисамосвалы
Расчет
Транспортирование грунта по грунтовым
дорогам на среднее расстояние 2,5 км
с разгрузкой его в насыпь автосамосвала­
ми КамАЗ-55111 при vcp= 22 км/ч. Коли­
чество грунта при его плотности 1,75 т/м :
1290 -1,75 = 2 260
Расчет
Разравнивание верхнего слоя грунта в насы­
пи бульдозером ДЗ-171 с перемещением 50 %
отсыпанного грунта на расстояние до 5 м
Расчет
Увлажнение грунта водой до оптималь­
ной влажности поливомоечной маши­
ной МД 433-03 при дальности перевозки
3 км в количестве 3 % от массы грунта:
2 260 0,03 = 67,8
Расчет
Уплотнение верхнего слоя грунта в насыпи
толщиной 0,3 м в плотном теле самоходным
катком ДУ-101 на пневматических шинах при
10 проходах по одному следу
Итого
200
Продолжение табл. 5.13
Количество
Потребность
в машиносменах
Затраты труда и заработная плата
на захватку длиной 200 м
Норма времени
чел.-ч
Заработная плата
руб.-коп.
20843
201
Единица измерения
Источник обоснова­
ния норм выработки
(ЕНиРы и расчеты)
Номер захваток
Номер процессов
Описание рабочих процессов в порядке их
технологической последовательности с расчетом
объемов работ
II. Заключительные земляные работы
1
I
Расчет
Планировка верха насыпи автогрей­
дером Д З -122 за два круговых прохода
по одному следу. Объем работ на 1 км:
18,6-1000= 18600
м2
2
I
Расчет
Планировка откосов насыпи длиной до 30 м
автогрейдером ДЗ-122 при рабочем ходе
в двух направлениях: 2,85 •2-1 000 = 5 700
м2
3
I
Расчет
Покрытие откосов насыпи растительным
слоем толщиной 0,2 м и его распределение
бульдозером ДЗ-171: 2,85-2-0,2-1000 = 1 140
м3
Итого
ключительном этапе — 0,6...0,8 МПа. При уплотнении песков дав­
ление в шинах на всех стадиях уплотнения не должно превышать
0,2 ...0,3 МПа.
Первый и последний проходы по полосе участка выполняют
на низкой скорости пневмокатка (2,0...2,5 км/ч), промежуточные
проходы — на высокой скорости пневмокатка (до 8 км/ч).
Отсыпку каждого последующего слоя можно производить только
после разравнивания и уплотнения предыдущего слоя, а также после
контроля качества работ.
На заключительном этапе работы выполняются следующие тех­
нологические операции:
• планировка верха земляного полотна автогрейдером;
• планировка откосов автогрейдером;
• покрытие откосов насыпи растительным грунтом.
Технологической картой предусматривается выполнение плани­
ровочных работ автогрейдером Д З-122.
Перец началом планировки необходимо проверить и восстановить
положение оси и бровок земляного полотна в плане на прямых, пере­
ходных и основных кривых, а также в продольном профиле.
202
Окончание табл. 5.13
Количество
работ
Потребность
в машиносменах
Затраты труда и заработная плата
на захватку длиной 200 м
Норма времени
чел.-ч
Заработная плата
руб.-коп.
(захватка длиной 800 м)
Планировку следует начинать с наиболее низких участков (в про­
дольном профиле).
Верх земляного полотна планируют путем последовательных про­
ходов автогрейдера начиная от краев с постепенным смещением к се­
редине. Перекрытие следов составляет 0,3 ...0,5 м. Работы выполняют
по челночной схеме за четыре прохода автогрейдера по одному следу.
Откосы насыпи планируются за два прохода автогрейдера по одно­
му следу при его движении непосредственно по откосу (при крутизне
откосов не менее 1:3).
После окончания планировочных работ на данном участке прово­
дятся работы по нанесению (плакировке) растительного слоя грунта
путем надвижки его на откосы насыпи бульдозером, перемещая его
из валиков в поперечном направлении.
Технологическая последовательность процессов с расчетом
объемов работ и потребных ресурсов приведена в табл. 5.13. Состав
отряда приведен в табл. 5.14.
Технология операционного контроля качества работ при воз­
ведении насыпи земляного полотна экскаваторами приведена
в табл. 5.15.
203
Состав
Профессия и разряд рабочего
Машины
/. Основные земляные работы
|
Экскаватор ЭО-4225
Машинист VI, V разрядов
Автосамосвал КамАЗ-55111
Водитель
Бульдозер ДЗ-171
Машинист VI разряда
Поливомоечная машина МД 433-03
Водитель
Самоходный каток на пневмошинах
ДУ-101
Машинист VI разряда
/ / . Заключительные земляные работы
Автогрейдер ДЗ-122
Машинист VI разряда
Самоходный каток на пневмошинах
ДУ-101
Машинист VI разряда
Бульдозер ДЗ-171
Машинист VI разряда
Итого:
Технология операционного контроля качества работ при
Основные операции, под­
лежащие контролю
Состав контроля
Снятие растительного
слоя грунта
Толщина снимаемого
слоя грунта
И нструм е нтал ьн ый.
Измерительная ли­
нейка, визирки
Разработка грунта
экскаватором
1. Отсутствие негаба­
ритных камней.
2. Однородность
грунта
Визуальный
204
Метод и средства
контроля
Т а б л и ц а 5.14
отряда
Потребность в машиносменах
на 1ООО м
I
на 200 м
Коэффициент
загрузки
Количество
рабочих
(захватка длиной 200м)
I
37,6
7,6 (8)
0,95
16
|
320,8
64,2 (65)
0,99
65
|
16,5
3,3 (4)
0,83
4
|
22/7
4,6 (5)
0,92
5
24,65
4,89 (5)
0,98
5
(захватка длиной 800м)
1,07
0,85 (1)
0,85
1
0,79
0,63 (1)
0,63
1
0,5
0,41 (1)
0,4
1
90
98
Т а б л и ц а 5.15
возведении насыпи земляного полотна экскаваторами
Режим и об1
контроля
Лицо, осуществля
ющее контроль
Промеры
не реже чем
через 100 м
Мастер
Постоянно
Мастер
рант
Предельные от*
клонения от норм
контрол ируем ых
параметров
±20 % от про­
ектной толщи
ны
Место регистра­
ции результатов
контроля
Общий журнал
Общий журнал
205
Основные операции, под
лежащие контролю
Состав контроля
Метод и средства
контроля
Отсыпка грунта в на
сыпь автосамосва­
лами
1. Порядок и способ
отсыпки.
2. Регулирование дви­
жения автомобилей
по отсыпаемому слою
Инструментальный
1. Рулетка измери­
тельная.
2. Визирки
Разравнивание грунта
в насыпи
1. Толщина слоя.
2. Высотные отметки
продольного про-
Инструментальный.
1. Визирки.
2. Нивелир, визирки
3. Рулетка измери­
тельная.
4. Уклономер
3. Расстояние между
осью и бровкой зем­
ляного полотна.
4. Крутизна откосов.
5. Поперечные укло­
ны
Уплотнение грунта
в насыпи
206
1. Режим уплотнения
2. Влажность уплот­
няемого слоя.
3. Фактическая плот­
ность грунта
Визуальный.
1. Визуальный.
JIабораторный.
2. Метод режущего
кольца.
3. Метод режущего
кольца
Продолжение табл. 5.15
Режим и объем
контроля
Лицо, осуществля­
ющее контроль
Постоянно
Мастер
1. Промеры
не реже чем
через 100 м.
2. Промеры
не реже чем
через 100 м.
3. Промеры
не реже чем
через 100 м.
4. Промеры
через 50 м.
5. Промеры
через 50 м
Мастер, геодезист
1. Постоянно.
Мастер, лабо2. Не реже одно-1 рант
го раза в смену.
3. Не менее
трех образ­
цов (по оси
земполотна
и 1,5 ...2 ,0 м
от бровки)
не реже чем че­
рез 50 м — для
верхнего слоя,
не реже чем че­
рез 20 м — для
нижних слоев
Предельные от­
клонения от норм
контролируемых
параметров
Место регистра­
ции результатов
контроля
Общий журнал
работ
1. 2. ±50 мм
от проектных
значений вы­
сотных отметок.
3. ±10 см
от проектных
значений ши­
рины.
4. Уменьше­
ние крутизны
до 10 % от про­
ектного значе­
ния.
5. ±0,010
от проект­
ных значений
поперечных
уклонов
Общий журнал
работ.
Журнал техни­
ческого ниве­
лирования
Общий журнал
2. Снижение
работ.
плотности
Журнал проб­
грунта на 4 %
ного уплотне­
от проект­
ния грунта.
ных значений
Журнал контро
до 10 % опреде- I ля плотности
лении; осталь­
земляного по­
ные результалотна
ты
не ниже
проектных
значений
207
Основные операции, под*
I лежащие контролю
Планировка верха
земляного полотна
и откосов
Состав контроля
1. Высотные отметки
продольного про­
филя.
2. Расстояние между
осью и бровкой зем­
ляного полотна.
3. Поперечные укло­
ны.
4. Ровность поверх­
ности.
5. Крутизна откосов
Метод и средства
контроля
И нструментал ьный.
1. Нивелир, визирки.
2. Рулетка измери­
тельная.
3. Уклономер.
4. Нивелир, нивелир­
ная рейка.
5. Уклономер
Требования техники безопасности для одноковшовых экскава­
торов являются общими и выполняются независимо от типа машин
и вида сменного рабочего оборудования. Для работы экскаватор
устанавливают на твердом, заранее спланированном основании
(площадке) с уклоном, не превышающим допустимой величины,
обусловленной техническим паспортом.
Для предупреждения опасности самопроизвольного смещения
(откатывания) под гусеницы подкладывают инвентарные упоры.
Ожидающие погрузки транспортные средства должны находиться
за пределами радиуса действия ковша экскаватора (не ближе 5 м),
становиться под погрузку и отъезжать после ее окончания — только
с разрешающего сигнала машиниста.
Погрузка в автотранспорт производится со стороны заднего или
боковых бортов.
При погрузке разных по свойствам фунтов в кузов самосвала
сначала фузят сухой, а затем вязкий грунт. Для предотвращения
поломок транспортных средств фунт высыпают с минимальной вы­
соты, допускающей беспрепятственное открывание днища ковша;
при этом фунт равномерно распределяют по кузову и следят, чтобы
он не пересыпался через борта.
ш
208
Окончание табл. 5.15
Режим и объем
контроля
1. Промеры
не реже чем
через 10 м.
2. Промеры
через 50 м.
3. Промеры
не реже чем
через 100 м.
4. Промеры
не реже чем че­
рез 50 м в трех
точках на попе­
речнике (по оси
к бровкам).
5. Промеры
через 50 м
Предельные отЛицо, осуществля- | клонения от норм
ющее контроль
контролируемых
параметров
Мастер, гео­
дезист
1. ±50 мм
от проектных
значений вы­
сотных отметок.
2. ±10 мм
от проектных
значений.
3.± 0,010
от проектных
значений.
4. ±50 мм
от проектных
значений.
5. Уменьше­
ние крутизны
до 10 % от про­
ектного значе­
ния
Место регистра­
ции результатов
контроля
Журнал техни­
ческого ниве­
лирования.
Ведомость при­
емки земляного
полотна
5.7. Гидромеханизированные способы возведения
насыпи
Гидромеханизация представляет собой непрерывный технологи­
ческий комплекс механизированных процессов и технологических
приемов земляных работ, связанных с разработкой грунтов, их
транспортированием и укладкой в тело сооружений, в отвал или
штабеля гидравлическими методами. Применение гидромеханизации
возможно при любых нескальных грунтах в пределах экономической
целесообразности.
В дорожном строительстве гидромеханизация особенно эффек­
тивна при крупных и концентрированных объемах земляных работ
(более 200 тыс. м3) для намыва в штабеля грунта, предназначенного
для возведения насыпей, для выполнения крупных объемов земляных
работ, при намыве подходов к строящимся крупным мостам, при
сооружении дамб.
При гидромеханизарованных работах для сооружения земляного
полотна применяется преимущественно разработка фунта в водоемах
землесосными снарядами с гидротранспортом пульпы к месту намы­
ва на расстояние до 2 км. Гидротранспорт на большие расстояния,
209
как правило, требует дополнительной станции для перекачки пульпы,
что существенно увеличивает стоимость работ.
Відромониторная разработка грунта. Гидромонитор предназна­
чен для превращения статического напора подводимой к нему воды
в скоростной напор струи, истекающей из насадки, и для управления
струей в процессе разработки грунта.
Процесс разрушения грунта гидромонитором происходит в резуль­
тате потери частицами сцепления при динамическом воздействии
струи в момент удара, а также проникновения воды по порам и тре­
щинам в размываемую толщу.
Воду под давлением подводят к гидромонитору от насосной
станции. Необходимый напор и расход воды принимают в зависи­
мости от плотности, гранулометрического состава грунта и местных
условий. Расход воды, м3, на 1 м3 добываемого грунта: пылеватые
пески — 4...6; супеси — 4... 10; суглинки — 10... 16; глины — 12... 18;
жирные глины — 14...20.
Процесс управления гидромонитором и сменой насадок может
быть автоматизированным, а управление —дистанционным, что по­
зволяет максимально приблизить гидромонитор к забою и повысить
эффективность разрушения грунта. Для самотечного транспортиро­
вания грунта канавам и лоткам придают уклоны, обеспечивающие
такую скорость движения пульпы, при которой частицы грунта, пере­
мещаясь во взвешенном состоянии, не будут оседать на дно.
Гидромонитор (рис. 5.22) состоит из двух колен (нижнего и верх­
него), ствола, насадки и шарниров поворота ствола в горизонталь­
ной и вертикальной плоскостях. Насадки окончательно формируют
компактность струи воды, вылетающей из ствола гидромонитора.
Изготавливают их из чугуна или стали; внутреннюю поверхность
тщательно обрабатывают.
Соединение верхнего колена со стволом гидромонитора осу­
ществляется с помощью шарового шарнира, закрепляемого двумя
Рис. 5.22. Схема гидромонитора с ручным управлением:
/ — нижнее колено; 2 — верхнее колено; 3 — водило; 4 — насадка; 5 — ствол; 6 —
вертикальный шарнир; 7 — горизонтальный шарнир; 8 — платформа для перемещения
гидромонитора в забое (или движитель)
1 2
4
3
5
6
12
11
10 9
7
8
Рис. 5.23. Схема телескопической трубы для подвода воды к гидромонитору:
1 — шланг к малому тройнику; 2 — задвижка малая; 3 — тройник малый; 4 — за­
движка большая; 5 —шланг от тройника к внешней трубе; 6 — переходник; 7 — ги­
дромонитор; 8 —ползун с уплотнением; 9 —наружная труба; 10—внутренняя труба;
11 — сальниковое уплотнение; 12 — тройник большой
чугунными цапфами, что делает возможным поворот ствола в гори­
зонтальной плоскости на 360°.
Для уменьшения числа передвижек гидромонитора с разборкой
водовода нижнее колено гидромонитора присоединяют к напорному
водоводу с использованием телескопической трубы (рис. 5.23).
На стволе гидромонитора с ручным управлением имеются две
стойки для крепления рычага управления, называемого водилом.
Усилие для поворота ствола на должно превышать 10 кг.
Современные гидромониторы, используемые в строительстве,
классифицируются:
• по способу управления — на ручное и дистанционное;
• по способу передвижения — на самоходные и несамоходные;
• по создаваемому напору — на гидромониторы низкого давления
(до 15 атм.); среднего давления (от 15 до 50 атм.) и высокого давления
(более 50 атм.);
• по расположению к забою — на гидромониторы, располагаемые
на безопасном расстоянии, и гидромониторы ближнего боя.
Гидромониторный размыв грунта осуществляется по двум тех­
нологическим схемам: с размывом фунта в целике или после пред­
варительного рыхления. Несвязные и малосвязные фунты (пески,
супеси, легкие суглинки, песчаные глины) размываются в целике,
остальные — после предварительного рыхления. Размыв фунта в це­
лике можно производить ф ем я способами: всфечным, попутным
и попутно-встречным забоем.
При встречном забое направления Сфуи воды и потока пульпы
не совпадают (рис. 5.24, 5.25). Гидромонитор располагается на подо­
шве забоя, и фунт размывается выше подошвы.
211
6
Рис. 5.24. Разработка грунта гидромониторно-землесосной установкой:
1 — разрабатываемый грунт; 2 — гидромонитор; 3 — водовод; 4 — землесосная уста­
новка; 5 — трубопровод; 6 — зумпф
При попутном забое направления струи и пульпы совпадают.
Гидромонитор располагается на верхней площадке.
Попутно-встречный забой применяется при размыве крупных
песков и песчано-гравелистых грунтов, коща требуется частая под­
гонка грунта.
Зем лесосная разработка грунта. Для перемещения пульпы
по трубам под напором применяются землесосы и гидроэлеваторы.
Землесос — одноступенчатый центробежный насос одностороннего
всасывания специальной конструкции, приспособленный для пере­
качки воды с грунтом.
Землесос, оборудованный рыхлителем, может разрабатывать грунт
под водой. Землесос с приводом и необходимым оборудованием пред­
ставляет собой передвижной или плавучий земснаряд.
Опыт показывает, что несвязные грунты лучше разрабатывать
фрезами закрытой формы (митрообразной формы), а для разработки
связных фунтов использовать фрезы открытой формы.
Применяются два способа намыва насыпей: эстакадный и безэстакадный. Эстакадный способ используется для намыва сооружений
из тонко- и мелкозернистых песков. Гидросмесь выпускается на намы­
ваемую поверхность из выпусков распределительного пульповода, уло-
Рис. 5.25. Встречный (а) и попутный (б) способы разработки ф унта гидро­
монитором:
/ — землесосная станция (стрелками показано направление потока воны)
212
женного на эстакадах (рис. 5.26). Обычно эстакады изготавливаются
из бревен диаметром 20... 22 см и длиной 6,5 м. Отверстия для выпуска
пульпы диаметром 150...200 мм размещаются на распределительном
пульповоде через 6... 8 м друг от друга; интенсивность вытекания
гидросмеси (пульпы) регулируется шиберными задвижками.
Достоинствами эстакадного способа являются: равномерность
распределения потока смеси, возможность регулировки интенсив­
ности намыва и равномерного осаждения мелких фракций грунта.
Песчаные насыпи, устраиваемые гидронамывом, не требуют допол­
нительного уплотнения.
При безэстакадном способе с односторонним или двусторон­
ним расположением пульповодов на оси намываемой части насыпи
устраивают один или два дренажных колодца с горизонтальными
водосбросами внизу. Намыв производят слоями от 0,2 до 2,5 м
(в зависимости от вида намываемого грунта). Намываемая насыпь
размечается на отдельные участки (карты) с дренажными колодцами
и водосбросными трубами.
Распределительный пульповод укладывается по намываемому
грунту, и гидросмесь выпускается сосредоточенно из торца конечной
трубы. Трубы распределительного пульповода соединяются быстро­
разъемными соединениями.
Наращивание или укорачивание распределительного пульповода
производится после образования у торца трубы слоя намыва требуе­
мой толщины и осуществляется при помощи крана с уширенными
гусеницами.
Контроль за технологией намыва обеспечивает правильность
прокладки распределительных пульповодов, подачу пульпы в соот­
ветствии со схемой намыва и принятой его интенсивности. Основ­
ными физико-механическими характеристиками намытого грунта
являются его гранулометрический состав и плотность скелета, при
намыве равная обычно от 1,53 до 1,55 г/см3. Гранулометрический
состав намытого песка определяется в соответствии с раскладкой
Рис. 5.26. Схема эстакадного способа намыва насыпи:
1 — дамба попутного обвалования; 2 — проектный откос; 3 — упор; 4 — распреде­
лительный лоток; 5 — распределительный пульповод; 6 — патрубок; 7 — эстакада;
8 — пляж (карта) намыва
213
его по крупности в продольном и поперечном профилях намытого
земляного полотна, а плотность — путем отбора образцов песка не­
нарушенной структуры режущими кольцами или проведения зондировочных испытаний.
Контроль технологии намыва включает в себя наблюдения за рас­
ходом и консистенцией пульпы в месте выпуска и правильном рас­
пределением ее по карте намыва (не должно быть сосредоточенных
потоков, промоин и застойных зон).
Спустя 2...3 сут после намыва каждого яруса берут пробу фунта
через 0,2...0,3 м по вертикали, для чего усфаивают шурфы.
Для определения прочности грунта на месте без отбора проб
целесообразно использовать метод пенетрации, сущность которого
состоит в погружении конуса в грунт под нагрузкой. Пенефапию
следует производить при нескольких ступенях нагрузки (обычно
4...6) в пределах 0,2... 1,2 Н — сразу после намыва; 3...27 Н — для
консолидированного фунта.
Рассмафивая гидромеханизированные работы, можно отметить
следующие основные факторы, офицательно влияющие на состоя­
ние водоемов:
• при работе земляного снаряда в рабочем водоеме увеличивается
мутность воды;
• на работающем землесосном снаряде имеются источники зафязнения водоема смазочными материалами;
• при укладке фунта разрабатываемыми землесосными снарядами
на карты намыва сбрасываемая вода содержит большое количество
глинистых, илистых или пылеватых взвешенных частиц, которые
вызывают нежелательное зафязнение водоема;
• образование фунтовых отложений на дне водоема в местах сбро­
са осветленной воды нарушает его естественное состояние в плане
и профиле, что офажается на фауне и флоре.
Безопасное использование средств гидромеханизации обеспечи­
вается при соблюдении следующих правил:
• территория размыва в населенном месте должна быть надежно
офаждена, чтобы посторонние лица не находились в зоне действия
гидромониторов;
• к работе с гидромониторами и на землесосных снарядах допу­
скаются рабочие, прошедшие обучение и сдавшие экзамен по уста­
новленной профамме;
• если по участку, подлежащему размыву, проходит линия электро­
передачи, то ее следует заранее перенести;
• запрещается производить любые работы в районе действия сфуи
гидромонитора без прекращения подачи воды;
• насадку гидромонитора разрешается заменять только после от­
ключения подачи воды;
• ствол гидромонитора, соединенного с водоводом, при прекраще­
нии подачи воды должен быть повернут в безопасное направление;
214
• эстакады строятся только по проектам, их прочность обосно­
вывается расчетом.
При разработке фунта средствами гидромеханизации причинами
несчастных случаев могут быть:
• обвал фунта в забое;
• удар сфуи из гидромонитора;
• поражение элеетрическим током;
• неправильное обращение с машинами.
5.8. Методы организации устройства
земляного полотна
При строительстве автомобильных дорог, особенно большой
протяженности, применяют поточный метод организации работ.
Сущность его в специфичных условиях дорожного строительства
заключается в следующем:
• в равные короткие промежутки времени (смену, сутки) заканчива­
ется сфоительство равных по длине участков дороги, причем готовая
дорога наращивается непрерывной лентой в одном направлении;
• все работы выполняют механизированные офяды (подразделе­
ния), специализированные по основным видам работ и оснащенные
соответствующим комплектом дорожно-сфоительных машин;
• специализированные офяды равномерно друг за другом пере­
двигаются по сфоящейся дороге и последовательно выполняют все
сфоительно-монтажные работы; после прохода последнего офяда
дорога полностью готова к сдаче в эксплуатацию.
Основные виды работ при сфоительстве автомобильных дорог
поточным методом выполняют в следующей технологической по­
следовательности:
• подготовительные работы — посфойка временных жилищно­
бытовых зданий и организация связи, а также зданий и сооружений
производственных предприятий, монтаж их оборудования и подго­
товка к развертыванию комплексного потока на дороге;
• посфойка зданий и сооружений дорожной линейной и автофанспортной служб;
• сфоительство средних и больших мостов и других инженерных
сооружений на дороге;
• сфоительство малых искусственных сооружений;
• производство сосредоточенных работ по возведению земляного
полотна;
• усфойство земляного полотна и укрепительные работы;
• усфойство дорожной одежды (основания и покрытия);
• обстановка пути и отделочные работы.
Основной организационной единицей при поточном строительстве
автомобильных дорог является специализированный (или частный)
2 5
поток. Под специализированным потоком понимают находящийся
в действии комплекс всех материально-технических и трудовых ресур­
сов, необходимых для строительства отдельной дорожной конструк­
ции или выполнения отдельного вида работ поточным методом.
Объединение в непрерывном и ритмичном процессе всех спе­
циализированных линейных потоков, подразделений, выполняющих
сосредоточенные работы, производственных предприятий и транс­
портных подразделений образует комплексный поток по строитель­
ству дороги.
Полный комплексный поток обычно действует только в течение
летнего строительного сезона, а зимний — отдельными специализиро­
ванными потоками, технология которых лучше других приспособлена
к выполнению работ в зимних условиях.
Поточное строительство автомобильных дорог характеризуется
следующими параметрами:
• период действия (развертывания, свертывания) потока;
• участок работы отряда;
• скорость специализированного потока;
• длина (захватка) потока;
• фронт работ;
• период установившегося комплексного потока.
Величина этих параметров зависит от уровня организации строи­
тельства и конкретных условий производства работ на каждом объ­
екте.
Показателем, определяющим эффективность применения по­
точной организации работ для конкретных условий строительства,
служит коэффициент условной эффективности применения поточной
организации работ:
Т уст
_ Л
v
/n ““ г р
9
*
-•*
•
•
•
■
'
•
'
д
где Ту„ — период установившегося потока; Та — полное время дей­
ствия комплексного потока.
Для предварительных решений по организации комплексного по­
тока можно пользоваться следующими рекомендациями:
• при Эп> 0,70 — применение поточной организации работ дает
значительный экономический эффект;
• при Эп= 0,30 ...0,70 — возможность применения как поточного,
так и других методов организации работ;
• при Эп < 0,30 — применение поточного метода организации
работ неэкономично.
При строительстве автомобильных дорог в отдельных случаях
применяют непоточные методы организации работ:
• циклический (последовательный);
• участковый (параллельный);
• смешанный.
216
Указанные методы могут быть применены:
• при строительстве коротких участков дороги, на которых нельзя
организовать установившийся комплексный поток;
• восстановительных работах, имеющих разнообразные виды работ
и большую неравномерность по протяжению дороги;
• строительстве сельских дорог с сезонным использованием машин
и транспортных средств, временно освободившихся от сельскохозяй­
ственных работ.
Сущность циклического (последовательного) метода органи­
зации работ заключается в том, что все виды работ выполняются
поочередно на всем протяжении строящейся дороги. Циклический
метод иногда называют рассредоточенным, или методом широкого
фронта. Самостоятельно его применяют редко. Чаще его применяют
для организации отдельного вида работ на конкретном участке при
смешанном методе организации строительства.
Особенности циклического метода:
• возрастает по сравнению с поточным методом потребность
в средствах механизации;
• снижается производительность машин и ухудшаются условия их
обслуживания и ремонта;
• усложняются руководство и контроль за качеством;
• снижается квалификация рабочих;
• на протяжении всего периода строительства дорога недоступна
для проезда автомобилей.
Сущность участкового (параллельного ) метода организации
строительства заключается в том, что строящуюся дорогу разбивают
на отдельные участки, строительство которых выполняют и заканчи­
вают в строгой последовательности. Каждый участок вводится в экс­
плуатацию немедленно, после окончания на нем работ, т. е. раньше,
чем будет закончена вся дорога.
Особенности участкового метода:
• по сравнению с циклическим методом срок производства работ
на каждом участке сокращен;
• работы производятся на части дороги, что улучшает условия
использования ресурсов, контроль качества работ;
• неоднократная передислокация.
Протяженность участков устанавливают исходя из следующих
требований:
• обеспечение примерно равной трудоемкости на отдельных
участках;
• совмещение границ участков с границами зон снабжения дорожно-строительными материалами;
• создание широкого фронта работ для всех средств механиза­
ции.
В целях сокращения или ликвидации простоев средств механиза­
ции можно совмещать работы на отдельных участках.
217
Сущность участкового метода заключается в том, что на одном
объекте применяются поточные и непоточные методы работ.
Контрольные вопросы
1. Какие способы отсыпки насыпи и разработки выемки наиболее часто
применяются?
2. На какое расстояние целесообразно перемещать грунт бульдозером?
3. Какие схемы зарезания применяются при разработке грунта бульдо­
зером?
4. Назовите углы установки отвала автогрейдера.
5. Как скреперная техника въезжает на насыпь и съезжает с нее?
6. С какой целью применяется толкач при наборе грунта скрепером?
7. В каких случаях производится замена дискового ножа?
8. В чем заключаются меры безопасности при разработке грунтового
карьера экскаватором?
9. Как обеспечивается отвод поверхностных и грунтовых вод из забоя?
10. Как осуществляется намыв грунта эстакадным способом?
11. В чем отличие гидромониторной разработки грунта от землесосной?
12. Что такое скорость потока при сооружении земполотна?
13. В какой период действует полный комплексный поток?
Глава 6
УПЛОТНЕНИЕ ГРУНТОВ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
6.1. Уплотняющее оборудование и методы
уплотнения грунтов
Разнообразие видов земляных работ в дорожно-строительном
производстве формирует парк машин для уплотнения грунтов. Этот
парк состоит из различных типов машин, отличающихся друг от друга
не только конструкцией, но и принципом работы.
Основной парк машин для уплотнения фунтов предназначен для
работы на насыпных фунтах.
Эффективность уплотнения фунтов земляного полотна зависит
от используемых методов, которые в значительной степени опреде­
ляются физико-механическими свойствами уплотняемых материа­
лов. В дорожном сфоительстве применяются следующие основные
методы уплотнения:
• укатка самоходными и прицепными катками статического дей­
ствия;
• трамбование с помощью плит и фамбующих машин;
• вибрирование вибрационными катками и плитами;
• комплексный метод, при котором материал подвергается одновре­
менно укатке и вибрированию или фамбованию и вибрированию.
Укатка является наиболее распросфаненным методом уплотне­
ния материалов, который позволяет получить требуемое качество
уплотнения при высокой производительности и относительно малой
стоимости работ. Уплотняющее действие катков зависит от кон­
тактного давления, площади контакта катков с уплотняемым слоем,
особенностей эпюры контактных давлений, скорости укатки и числа
проходов по одному следу. Площадь контакта колеса с уплотняемым
слоем и форма эпюры контактных давлений определяют толщину
прорабатываемого слоя.
Для укатки применяют катки на пневматических шинах, жестких
вальцах, а также решетчатые, кулачковые, ребристые, самоходные
и прицепные катки. Самоходные катки более маневренны и удобны
с точки зрения организации работ, но прицепные катки в ряде слу­
чаев имеют больший вес, что обеспечивает максимальную толщину
уплотняемого консфуктивного слоя.
Скорость укатки существенно влияет на эффективность уплот­
нения, особенно в тех случаях, когда материал обладает резко выра-
219
женными вязкими свойствами. Для таких
укатки
начальный
ния, приводит к увеличению плотности
и прочности уплотненного конструктив­
ного слоя.
Рабочими органами катков статиче­
ского действия служат жесткие вальцы
Рис. 6.1. Эпюра напряже- или эластичные колеса, которые перений в грунте при статиче- катываются по грунтовой поверхности,
ском уплотнении
Давление на поверхности контакта этих
рабочих органов р грунтом развиваются
статическое уплотнение. Изсилы тяжести _
за контактных давлений в грунте возникают напряжения ст, которые
и яипаттгя ппичинпй легһопмаішй. Необоатимые составляющие этих
деформаций определяют эффект уплотнения.
К недостаткам катков статического действия следует отнести неболь­
шую глубину уплотнения в связи с тем, что напряжения в грунте от дей­
ствия рабочего органа затухают с глубиной очень быстро (рис. 6.1).
Кроме напряжений на величину деформации грунта, а следовательно,
и на глубину уплотнения значительное влияние оказывают время дей­
ствия нагрузки и скорость изменения напряженного состояния.
Для повышения эффективности воздействия этих машин следу­
ет увеличивать нагрузку при одновременном увеличении площади
контакта, а также число повторений приложения нагрузки (число
проходов по следу).
6.2. Катки на пневматических шинах
Катки на пневматических шинах производились сначала как
прицепное оборудование с большим числом колес на одной оси.
Возможность регулирования нагрузки на колесо и давления воздуха
в шинах расширило область применения этих машин как по виду
грунтов, так и по условиям работы. Они оказались пригодными для
уплотнения как связных, так и несвязных грунтов и применимыми
в зимнее время.
Самоходные пневмокатки в связи с их высокой эффективностью
стали использоваться при уплотнении грунтов, укрепленных различ­
ными вяжущими материалами, дорожных оснований, устраиваемых
из щебня, а также конструктивных слоев дорожной одежды, соору­
жаемых из черных смесей и асфальтобетона.
Размер, тип шин, давление воздуха в них и нагрузка на колесо
определяют величину контактного давления и характер его распре­
деления — этим обеспечиваются эффективность уплотнения и до­
стигаемая плотность материала.
220
Рис. 6.2. Схема воздействия пневмокатка на грунт
Расстановка колес в плане оказывает большое влияние на уплотне­
ние грунтов. Колеса должны быть расположены как можно ближе друг
к другу (размер А) в целях повышения эффекта уплотнения (рис. 6.2).
Число колес на осях определяет поперечную устойчивость катка
и ширину уплотняемой полосы. Для эффективного уплотнения на­
грузка должна быть близка к предельно допустимой. Поэтому при
большом количестве колес увеличивается общая масса катка.
Катки на пневматических шинах обладают значительно большими
по сравнению с катками с жесткими вальцами скоростями уплотнения
и производительностью. Высокие скорости предъявляют определен­
ные требования к механизму реверсирования их движения. Перемена
направления должна бьггь быстрой, но вместе с тем плавной — это
особенно важно при уплотнении дорожных покрытий.
Увеличение числа колес на одной оси ведет к расширению по­
лосы укатки и повышает производительность работы. Однако при
постоянной массе катка это приводит к снижению нагрузки на колесо
и уменьшению толщины уплотняемого слоя грунта, что снижает про­
изводительность работы.
Критерием для выбора окончательного варианта служат произ­
водительность, стоимость единицы работы и толщина уплотняемого
слоя, которая не должна быть меньше значений, представленных
на рис. 6.3.
Число проходов катка влияет как на производительность укатки,
так и на стоимость уплотнения. Увеличение числа проходов увели­
чивает плотность и прочность материала.
Применение катков на пневматических шинах целесообразно
в тех случаях, когда предельное сопротивление материала невелико,
221
120
Масса пневмоколесного катка, т
Рис. 6.3. Зависимость толщины уплотняемого слоя грунта от массы катка
но материал проявляет вязкие свойства, что требует увеличения
времени воздействия. Катки на пневматических шинах развивают
максимальные контактные давления до 15... 18 кг/см2.
Допустимую толщину уплотнения грунта Һдля катков на пневма­
тических шинах определяют по формуле
(6.1)
где Wm, Wa — соответственно фактическая и оптимальная влажность
грунтов, % ; Р — нагрузка на колесо, кг; р т— давление воздуха в ши­
нах, кг/см2; ^ — статический коэффициент жесткости
Эластичные колеса, в отличие от жестких, в месте контакта их
с грунтом не только сжимают грунт, но и деформируются сами, что
увеличивает контактную поверхность и распределение давления
по ней становится более равномерным. В качестве эластичных колес
используются автомобильные, авиационные или специальные пнев­
матические покрышки.
6.3. Катки с жесткими вальцами
Жесткие вальцы подразделяются на гладкие, кулачковые, решет­
чатые. Гладкие вальцы имеют сплошную цилиндрическую поверх­
ность (рис. 6.4).
Жесткобарабанные катки используются обычно для уплотнения
щебеночных материалов, слоев из битумоминеральных и асфальто­
бетонных смесей. Для послойного уплотнения насыпных грунтов
применяются в основном только прицепные катки, которые часто
работают в сцепке, состоящей из двух-трех вальцов.
Самоходные катки с гладкими вальцами для уплотнения грунтов
не применяются из-за больших сопротивлений, возникающих при
их передвижении по рыхлым грунтам. В связи с недостаточным сце-
222
плением вальцов с грунтом такие катки
вязнут в рыхлых слоях. Однако в сцепке
с одноосным колесным тягачом на пнев­
матических шинах такие катки широко
применяются при уплотнении грунтов,
особенно в сочетании с вибрационным
воздействием.
Прицепные катки с гладкими вальца­
ми являются высокопроизводительными
машинами. На связных грунтах их производительность достигает 150...200 м3/ч.
с‘
ЭпюРа напряжеТакие катки следует применять в сцепке ний в фунте при воздей~
по 2... 3 шт., так как при этом снижаются ствии жесткого гладкого
вальца
эксплуатационные
ования
Положительным качеством этих катков является простота устрой­
ства и ухода за ними в процессе эксплуатации. Очистка рабочей
поверхности катка от налипшего грунта производится сплошным
ножом. Толщина слоя уплотнения составляет от 15 до 25 см на участке
протяженностью 50... 100 м.
По сравнению с катком на пневматических шинах рассматриваемые
катки при прочих равных условиях имеют меньшую площадь контакта
с материалом, что объясняется большой жесткостью вальца катка.
Максимальное уплотняющее давление от катков с жесткими вальцами
может достигать 40 ...50 кг/см2, но продолжительность воздействия
на материал в 3—4 раза меньше по сравнению с пневмокатками.
Кулачковые катки снабжены кулачками или сегментами, пред­
ставляющими собой стержни разного размера по высоте и площади
контакта их с грунтом. Кулачки располагаются в шахматном порядке
по образующей на цилиндрической поверхности вальца.
Уплотнение грунтов при работе кулачковых катков идет не сверху
вниз, как при работе других машин, а снизу вверх (рис. 6.5), поэтому
погружение
обя­
зательное условие для успешного уплотнения грунта. Это обстоя­
тельство обусловливает применение кулачковых катков только при
уплотнении рыхлых связных грунтов.
Кулачковые катки характеризуются большим удельным давлением
на фунт, значительно превосходящим пределы прочности фунтов.
Кулачковые катки наиболее эффективны для уплотнения связных
фунтов. При работе на несвязных фунтах уплотняющее действие
кулачковых катков незначительно.
При уплотнении кулачковыми катками в верхней части образустадии
на грунт всей поверхностью и работает с уменьшенным удельным
давлением, но затем кулачки разрывают корку, перемешивают фунт
и уплотняют нижележащие слои.
П А
TTY
Vш
223
При уплотнении насыпи высотой более 2 м крайние проходы
нужно делать на ближе 0,3 м от бровки земляного полотна, чтобы
предотвратить разрушение откоса и сползание катка под откос.
Кулачковые катки не могут быть использованы в осенне-зимний
период, так как между кулачками заклиниваются смерзшиеся комья
грунта, поэтому ломаются очистительные устройства.
Промышленность выпускает вибрационные прицепные кулачко­
вые катки массой 3, 6, 12 т и самоходные. Кулачковые катки такого
типа повышают эффективность виброуплотнения.
Вальцы решетчатых катков изготавливаются из круглой прут­
ковой стали или монтируются из отдельных звеньев, также отлитых
из стали.
Решетчатые катки, по сравнению с кулачковыми, при одинако­
вой массе обладают немного большей глубиной проработки. Осо­
бенно эффективны они при зимних работах, когда уплотняемые
грунты содержат мерзлые комья. В связи с большими контактными
давлениями при работе тяжелых решетчатых катков происходит
дробление как мерзлых комьев, так и других крупных включений,
что способствует получению лучшей упаковки грунта. На несвязных
и малосвязных грунтах вследствие высоких напряжений происходит
интенсивное перемещение частиц грунта и их агрегатов в стороны
и вверх, т. е. происходит непрерывное разрушение их структуры
(рис. 6.6).
Качение вальца
I проход
П проход
777 ////// ////// /77 /7/У// 777 777 777 777 //Г/77 У// 777 /У/'777-/77777777
IV проход
777 777 777 77^ 777 ///"/77 7/777/7/77// 777 777 777 777 777 /// V// 777 777 777
V проход
( проход
Рис. 6.5. Процесс уплотнения фунта кулачковым катком
224
Рис. 6.6. Схема напряженных зон, возникающих в грунтовом массиве под
воздействием решетчатого катка:
А — напряженное состояние; Б — напряжения отсутствуют; В — двойное напряжен­
ное состояние
Катки с металлическими решетчатыми вальцами хорошо уплот­
няют грунты, содержащие гравий и щебень. Масса их с загрузкой
балласта достигает 25 т; толщина уплотняемого слоя в плотном теле
достигает 30...35 см.
6.4. Вибрационная уплотняющая техника
Виброуплотнение — наиболее эффективный метод для уплотне­
ния несвязных материалов. При вибрировании частицы материала
приходят в колебательное движение, разъединяются, что уменьшает
силы трения и сцепления между ними, облегчает процесс уплотне­
ния. Если между частицами действуют интенсивные силы сцепления,
то разъединение их при вибрировании не происходит и основное
преимущество метода не реализуется, поэтому и метод вибрирования
малоэффективен при уплотнении связных материалов.
Вибрационные машины для уплотнения грунта подразделяются
на катки (самоходные и прицепные) и поверхностные вибрационные
плиты.
Вибрационные катки изготавливают с гладкими, кулачковыми
и решетчатыми вальцами. Последние применяют для уплотнения
связных, преимущественно переувлажненных, грунтов, мерзлых
грунтов, а также техногенных отходов.
Применение гладковальцовых вибрационных катков эффективно
только на несвязных и слабосвязных грунтах с небольшим содержа­
нием глинистых фунтов. Масса вибрационного катка по сравнению
со статическим может быть уменьшена при уплотнении песков при­
мерно в пять раз, при супесях — в два раза, а суглинков — всего
на 10 ...30%.
Вибрационные плиты — поверхностные уплотняющие машины,
представляющие собой жесткий металлический поддон (плиту),
225
на котором расположен центробежный
возбудитель колебаний. При вращении
эксцентрика развивается центробежная
сила, под действием которой происходят
колебания вибрационной плиты. Колеба­
ния силы изменяются во времени по си­
нусоидальному закону, поэтому рабочий
орган поверхностной вибромашины
также должен совершать гармонические
колебания (рис. 6.7). Однако поверхность
грунта ограничивает эти колебания и из­
меняет их характер. Эффективность виб­
Рис. 6.7. Эпюра напряже­
рационного уплотнения в значительной
ний в грунте при его вибро­
мере зависит от содержания глинистых
уплотнении вибрационным
частиц в грунте (рис. 6.8).
катком
Поверхность контакта вибрационных
плит с грунтом представляет собой плоскость. Вибрационные плиты
получили широкое распространение при уплотнении как крупно­
зернистых, так и мелкозернистых несвязных грунтов. Легкие вибра­
ционные плиты применяются при небольших объемах работ, при
уплотнении грунтов в стесненных условиях производства (рис. 6.9).
При уплотнении грунтов вибрированием масса вальца (плиты)
за счет встроенного в него возбудителя колебаний приводится в со­
стояние колебательных движений. За счет кинетической энергии
последнего вводятся в состояние колебательных движений рас­
положенные в зоне контакта частицы грунта, которые оказываются
под действием инерционных сил, пропорциональных массам этих
частиц. В результате разности в силах инерции в местах контактов
к.
Ф
О
0X
СО
Я
1
<и
О
•0*
Ё
4)
§
5
•Ө*
■оӨ
о
О
4
8
12
16
20
Содержание глинистых частиц, %
Рис. 6.8. Зависимость коэффициента эффективности Кэ от содержания
в грунте глинистых частиц
226
Рис. 6.9. Эпюра напряжений в грунте при использовании вибрационных
плит
частиц возникают напряжения сдвига. До известного предела эти
напряжения уравновешиваются силами сцепления между частицами.
После превышения этих пределов возникают взаимоперемещения
этих частиц. Напряжения сдвига пропорциональны инерционным
силам, определяемым массами и ускорениями, которые развиваются
при колебательных движениях вальцов.
Относительные перемещения частиц наступают тем быстрее, чем
больше различие в массах отдельных частиц, составляющих грунт,
и чем слабее силы связей между ними. Поэтому вибрированием хо­
рошо уплотняются несвязные и слабосвязные грунты.
Совершающие колебательные движения частицы, находясь под
действием сил тяжести, стремятся занять положение, соответствую­
щее их наименьшему потенциалу, т. е. перемещаются вниз. При ин­
тенсивном вибрировании основная масса частиц грунта находится
в состоянии относительных перемещений. Чем крупнее частицы,
тем на большее расстояние они перемещаются, что и приводит к за­
полнению мелкими частицами межзернового пространства и уплот­
нению грунта.
На связных грунтах практически не происходит относительного
перемещения фунтовых частиц, что резко снижает эффективность
применения вибрационных машин на таких фунтах.
Характер колебаний рабочего органа вибрационной машины
определяется соотношением между вынуждающей силой и его массой,
а также частотой и свойствами уплотняемого фунта. Когда значение
вынуждающей силы Р намного меньше массы вибратора Q, колебания
последнего носят гармонический характер. С увеличением отноше­
ния Р /Q амплитуды колебаний вибратора возрастают, а характер
колебаний еще близок к гармоническому, но уже происходит офыв
рабочего органа от поверхности фунта. При очень больших соотно­
шениях Р/Q гармонический характер колебаний машины нарушает­
ся. При этом колебания характеризуются периодическими ударами
227
поверхность
трем
«балансного
можно назвать ударными, а режим коле­
баний — виброударным. В таком режиме
материал воспринимает как вибрацион­
ное воздействие, так и ударный импульс.
Виброударный режим работы позволяет
применять вибрационные машины и для
грунтов средней вязкости.
Переход на ударные колебания хотя
P/Q
и снижает число ударов вибратора о грунт
Рис. 6.10. Зависимость плот­ в единицу времени, значительно повыша­
ности грунта от относитель- ет размах его колебаний в момент удара
ного значения возмущаю- и интенсивносхь воздействия вибратора
силы
случаях
снижаться)
грунт
быть объяснена зависимостью характера колебаний от величины
соотношения P /Q (рис. 6.10).
Участок ОА —гармонические колебания вибратора; рост вынужда­
ющей силы вызывает увеличение получаемой в итоге плотности грунта.
Рост плотности грунта является следствием возрастания амплитуды
сил
участке
нарушается. Колебания
возникающие при этом импульсы ударов еще малы и не могут компен­
сировать те потери эффекта, которые связаны со снижением развиваю­
щихся при гармонических колебаниях инерционных сил грунта.
На участке ВС при последующем увеличении вынуждающей силы
удар становится все более интенсивным, растут как контактные дав­
ления , так и развивающиеся напряжения в грунтах. Все это приводит
к постепенному росту эффекта уплотнения.
6.5. Уплотнение грунтов трамбованием
Трамбование — эффективный метод уплотнения грунтов, при
котором материал уплотняется за счет энергии падающей трамбовки.
Уплотняющее действие прямо пропорционально массе трамбовки
и высоте ее падения. При ударе падающей трамбовки о поверхность
материала в нем возникает напряженно-деформированное состояние.
Толщина уплотнения зависит от глубины распространения волны
напряженно-деформированного состояния.
В настоящее время для трамбования применяют преимуществен­
но плиты массой 1 ...3 т, которые сбрасывают с высоты до 3 м (рис.
228
Рис. 6.11. Трамбующая плита на экскаваторе:
Н —высота сбрасывания плиты; т —масса трамбовки (плиты)
6.11). Для трамбования характерна большая глубина воздействия,
поэтому этот метод применяется преимущественно для уплотнения
грунтов слоями большой толщины. Для уплотнения слоев дорожной
одежды метод трамбования применяется редко, так как толщина
слоев не требует большой силы удара, при этом может разрушаться
щебень в конструктивных слоях.
Трамбующие машины оказывают на грунт ударное циклическое
воздействие. Процесс удара (контакт трамбующей плиты с поверх­
ностью грунта) происходит за малый промежуток времени. Вслед­
ствие этого на контактной поверхности развиваются очень большие
давления. Кинетическая энергия трамбовки переходит в другие виды
энергии. При этом эффект уплотнения определяется величиной
необратимой деформации и ее распределением по толщине слоя
грунта.
Возникающие на поверхности фунта максимальные контактные
давления зависят от величины удельного импульса удара и от его
формы («осфоты импульса»).
Удельный импульс удара / определяется по формуле
i =Л
(6.2)
где т — масса плиты; и\ — скорость в момент удара; F — площадь
контакта плиты с фунтом.
В координатах о —t (контактное давление —время) удельный им­
пульс представляет собой площадь эпюры, которой характеризуются
229
б
t
Рис. 6.12. Изменение формы импульса удара по мере удаления от поверхности
грунтового полупространства:
а —h/b = 0,5; б — h/b = 1,0 (Һ— толщина слоя; b —поперечный размер падающего
груза)
нарастание и спад этих давлении во времени (рис. ола). удар штампа
о поверхность грунтового полупространства вызывает в последнем
волновые процессы. Главными являются волны напряжений и вол­
ны деформаций, возбуждаемые первым ударом, так как именно они
определяют эффект уплотнения.
Уплотнение различных грунтов при оптимальной влажности
до нормативных значений достигается при различной величине
предельного импульса.
Значения предельных импульсов для различных грунтов
оптимальной влажности
_ ^
Виды грунтов
Предельный импульс,
,
к г/с•м
Грунты малосвязные (песчаные, супесчаные,
пылеватые)......................................................................................0,05...0,08
Грунты средней связности (суглинистые)................................. 0,08...0,15
Грунты высокой степени связности
(тяжелосуглинистые)......................................................................0,15... 0,22
Грунты весьма связные (глинистые)...........................................0,22...0,30
Возникающая на поверхности грунта волна напряжений распро­
страняется внутрь грунтового массива. Волна характеризуется:
скоростью распространения;
амплитудным значением напряжений;
временем нарастания напряжения;
временем спада напряжений;
общим временем нахождения объема грунта в напряженном
состоянии.
230
С удалением от поверхности грунтового полупространства изме­
няются не только амплитудные значения напряжения, но и форма
импульса.
Для эффективного уплотнения трамбованием выбранное значение
контактных давлений должно быть обеспечено соответствующим
подбором массы трамбовки и ее скоростью в момент удара. При
этом величина удельного импульса не должна превышать значения
предельного импульса. Под последним понимается такой импульс
удара, при котором контактные давления равны пределу прочности
грунта.
К трамбующим машинам относятся также взрывные трамбовки
и катки с падающими грузами. В зарубежной практике имеются кон­
струкции катков с вальцами, которые имеют трех-, четырех- и пяти­
угольный профили. Эти машины тоже относятся к типу трамбующих.
Для уплотнения несвязных грунтов в стесненных условиях могут
эффективно применяться вибротрамбовки.
6.6. Технология уплотнения земляного полотна
Уплотнение земляного полотна является одной из наиболее от­
ветственных операций, поэтому при возведении земляного полотна
вопросам уплотнения необходимо уделять особое внимание.
Рациональным режимом работы всех прицепных катков являются
предварительная подкатка и оптимальные скорости движения. Под
подкаткой понимается предварительное уплотнение грунтов более
легкими катками, что иногда уменьшает общее число проходов.
В первоначальный период укатки, при рыхлых грунтах, рекоменду­
ются малые скорости движения катка с постепенным повышением их
по мере уплотнения фунта. Последние проходы катка рекомендуется
производить на пониженных скоростях.
Технология укатки заключается в следующем: доставленный на по­
верхность земляного полотна фунт распределяется и разравнивается
по всей ширине земляного полотна слоем фебуемой толщины с укло­
ном 10 ...20 %о от проезжей части к обочинам; при необходимости
фунт доувлажняюг. Для уточнения оптимальной толщины слоя фунта
и пофебного числа проходов уплотняющих средств осуществляют
пробное уплотнение. Толщину слоя фунта при пробном уплотнении
принимают в 1,5—2 раза больше расчетной. После нечетных проходов
определяют влажность и плотность фунта по толщине слоя. За рас­
четную принимают ту часть слоя, где плотность не ниже фебуемой.
Опытное уплотнение производят при различных скоростях работы
машин для определения оптимального режима их работы. Грунт
укатывают прицепными катками по кольцевой схеме с постоянным
смещением от обочин к оси дороги. Первый и второй проходы на­
чинают на расстоянии 2 м от бровки земляного полотна.
231
Укатку грунта самоходными катками можно выполнять по коль­
цевой или челночной схеме (рис. 6.13). При укатке должно быть
обеспечено перекрытие следа уплотняющих машин для обеспечения
равномерности уплотнения.
В начале процесса уплотнения применяют более легкие катки,
потом — более тяжелые. Это обусловлено тем, что предельные сопро­
тивления уплотняемого рыхлого грунта в начале уплотнения намного
меньше, чем сопротивление при окончательном уплотнении. Приме­
нение тяжелых уплотняющих средств на рыхлых грунтах может при­
вести к разрушению грунта и выжиманию его из-под уплотнителей.
При использовании катков с регулируемым давлением воздуха
в шинах первые проходы целесообразно выполнять при пониженном
давлении воздуха в шинах. Это способствует уменьшению потребной
силы тяги для перемещения катка по рыхлому грунту и предотвращает
выжимание грунта из-под колес катков. При последующих проходах
постепенно увеличивают давление воздуха в шинах. Если при первых
проходах самоходных катков на пневмошинах происходит выжимание
грунта из-под колес, то начинать укатку целесообразно при движении
катка ведущими колесами вперед. Это уменьшает потребную силу
тяги и выдавливание грунта.
Начальная плотность грунтов оказывает существенное влияние
на продолжительность процесса уплотнения. При отсыпке полотна
скреперами или автосамосвалами начальная плотность повышена,
что позволяет сократить число проходов катков. При равномерном
разрыхлении грунта может быть достигнуто высокое уплотнение
легкими катками, однако уплотняющее воздействие скреперов и ав­
тосамосвалов меньше уплотняющего действия катков. Поэтому даже
при интенсивном движении скреперов и автосамосвалов нижняя
часть слоя недоуплотняется. Кроме того, уплотнение скреперами
и автосамосвалами не обеспечивает требуемой однородности. При
отсыпке насыпи скреперами или автосамосвалами необходимо тща­
тельно регулировать их движение по ширине. Лишь в этом случае
а
б
Рис. 6.13. Кольцевая (а) и челночная (б) схемы укатки грунта:
а
{1 ■■■7)
232
проходы прицепного катка; б — (7... 7) — проходы самоходного катка
можно ограничиться доуплотнением катками на пневмошинах, со­
кратив число их проходов до двух—четырех. Эффективность такого
регулирования оказывается очень высокой.
При отсыпке насыпей автогрейдером и грейдерами-элеваторами
грунт имеет пониженные значения начальной влажности и плотности
по сравнению с отсыпкой земполотна другими машинами. Поэтому
слои фунта необходимо уплотнять особенно тщательно. Число про­
ходов катков на пневматических шинах в этом случае должно быть
увеличено на 25... 30 % по сравнению со средними расчетными зна­
чениями.
При организации укатки необходимо учитывать, что с увеличени­
ем длины захватки производительность катков увеличивается. Однако
увеличение длины захватки приводит также к уменьшению влажно­
сти фунта вследствие его высыхания. Следовательно, увеличивается
количество проходов катков для достижения фебуемой плотности
или дополнительного увлажнения фунта. Поэтому рациональную
длину захватки устанавливают на основе технико-экономического
сравнения.
Скорость укатки оказывает значительное влияние как на качество
уплотнения, так и на производительность фуда и стоимость работ.
Однако повышение скорости укатки приводит к уменьшению продол­
жительности воздействия катков на фунт и уменьшает эффективность
уплотнения. Влияние скорости укатки особо ощутимо при последних
проходах катка, когда в.наибольшей мере проявляются силы вязкого
сопротивления фунта уплотнению, поэтому последние проходы кат­
ков целесообразно проводить на пониженных передачах.
Применение вибрационных катков имеет некоторые особенности.
Виброкатки являются эффективным средством уплотнения несвяз­
ных фунтов, а также песчано-фавийных смесей, содержащих менее
6 % глинистых частиц. Для их уплотнения используют виброкатки
и самоходные вибрационные машины: виброкатки — для уплотне­
ния слоев фунта толщиной до 1,5 м при длине захватки 200... 300 м;
самопередвигающиеся машины — для уплотнения слоев толщиной
до 0,8 м на прямолинейных участках длиной 50... 100 м. Продольные
уклоны не должны превышать 100 %о, поперечные — 50 %о. При­
цепные вибрационные катки работают по кольцевой схеме, само­
ходные — по челночной (см. рис. 6.13). Кроме того, прицепные катки
применяются для уплотнения откосов земляного полотна.
6.7. Рекомендации по выбору и использованию
грунтоуплотняющего оборудования
Устойчивость земляного полотна автомобильных дорог и других
земляных инженерных сооружений, их надежность и прочность обес­
печиваются равномерным послойным уплотнением фунта различ­
233
ными машинами. Выбор того или иного типа уплотняющих машин
для послойного уплотнения земляного полотна в насыпях и других
сооружениях определяется:
• видом грунта и его физико-механическими свойствами;
• требуемой плотностью грунта;
• объемом работ на объекте;
• погодно-климатическими условиями;
• технико-экономическими показателями.
Количество работы, необходимой для уплотнения до нормативных
значений, зависит от связности грунтов (табл. 6.1).
Для достижения требуемых норм плотности грунты должны иметь
следующую влажность при уплотнении:
• связные — (0,9... 1,2) fV0;
• несвязные и малосвязные — (0,8... 1,2)Wa (W a — оптимальная
влажность).
При влажности менее оптимальной грунт увлажняют, или применяют
более тяжелые средства уплотнения, или уменьшают толщину отсы­
паемого слоя. При интенсивных дождях работы по уплотнению пре­
кращают. Если грунт переувлажнен, то его необходимо осушить путем
введения добавки извести (2 % по массе) или заменить привозным.
Уплотнение грунтов в насыпях выполняют сразу после отсыпки.
Равномерное уплотнение грунта по всей ширине насыпи обеспечи­
вается перекрытием следа предыдущего прохода машины на 1/3 ши­
рины катка и одинаковым количеством проходов по следу на всей
уплотняемой площади. Необходимое число проходов по одному следу
в зависимости от требуемой плотности и типа машин определяют
по формулам или пробной укаткой.
Количество проходов для катков всех типов определяют по фор­
муле
Т абли ц а
Значения удельной работы, необходимой для достижения заданной
плотности грунтов
Грунты
Несвязные
234
Коэффициент уплотнения
-Дуд, кгс/см
л
« = 4 ^ ,
(6.3)
яf
ще Луд —удельная работа машин для уплотнения; Н0 —толщина уплот­
няемого слоя в плотном теле; q — линейное давление статического
катка (для виброкатков следует учитывать коэффициент эффектив­
ности K3) ; f — коэффициент сопротивления движению катка.
Количество проходов (ударов) для трамбующих машин всех типов
определяется по формуле
п=4 « £ » ,
(6.4)
ЯоП
где q0 — статическое давление трамбующего органа машины; Һ — вы­
сота падения трамбующего груза.
При использовании прицепных и полуприцепных катков на пнев­
матических шинах для послойного уплотнения целесообразно при­
менять катки с регулируемым давлением в шинах.
Эффективность уплотнения катками на пневматических шинах
зависит главным образом от размера контакта шины при максимально
допустимой нагрузке на грунт и величине давления воздуха в шинах.
Это достигается на связных грунтах при давлении воздуха в шинах
0,6...0,8 МПа и оптимальной толщине слоя 30...40 см.
Статические давления виброударных машин для получения опти­
мальной плотности грунта должны быть следующими:
• переувлажненные несвязные грунты (пески) — 3...4 кПа;
• супесчаные грунты оптимальной влажности — 15...20 кПа;
• тяжелая супесь оптимальной влажности — 25 ...30 кПа.
Выбор уплотняющей машины производится на основе сравнения
технико-экономических показателей (табл. 6.2).
Виброударные машины уплотняют грунт до К = 0,95 за один про­
ход. Для получения более высокой плотности назначают два-три
прохода по одному следу.
Самоходные катки целесообразно применять при окончательном
уплотнении верхних слоев насыпи, фунтового основания и резервов.
Уплотнение насыпей из крупнообломочных и скальных фунтов
следует выполнять тяжелыми уплотняющими средствами.
Наилучшее сочетание типов машин для уплотнения связных
фунтов — это звено из кулачковых или решетчатых прицепных
катков и катков на пневматических шинах. Протяженность фронта
работ — не менее 100 м.
Величины захваток для различных типов машин:
• кулачковые катки — 250...300 м;
• катки на пневматических шинах — 200 м;
• вибрационные катки — 200...250 м;
• виброуплотняющие плиты и трамбующие машины при уплот­
нении скальных и фавелистых фунтов — более 50 м.
235
<N
vd
л
Я
s
4
Ю
03
H
оu
О
S
«О
5
О
Б
S
гев
2
aо
ю
2
CQ
236
Масса ударной части.
s
Для повышения темпов возведения земляного полотна уплотнение
проводят на повышенных скоростях с применением более мощных
тягачей, снижением толщины уплотняемого слоя на 30... 40 % и уве­
личением на 1/3 количества проходов машин по следу.
Рациональный режим работы уплотняющей машины или звена
катков определяется пробной укаткой на месте производства работ.
При этом для достижения требуемой плотности слоя находят опти­
мальную толщину отсыпки и необходимое число проходов машины
по следу.
Виброкатки для уплотнения грунтов могут быть прицепными,
буксируемыми гусеничными или пневмоколесными тягачами, а также
самоходными, у которых вибрационный валец шарнирно сочленен
с одноосным колесным тягачом.
Эффективность применения прицепных вибрационных катков
определяется толщиной уплотняемого слоя грунта, рабочей скоро­
стью и количеством проходов виброкатка по следу. Рекомендации
по определению максимальной толщины уплотняемого слоя и необ­
ходимого количества проходов по следу для виброкатков при скорости
укатки 2...3 км/ч представлены в табл. 6.3.
Самоходные шарнирно-сочлененные катки более маневренны,
чем прицепные. Однако их проходимость и устойчивость на плохо
спланированных поверхностях недостаточна. Аналогично они ведут
себя и на рыхлых маловлажных песках или переувлажненных грун­
тах. Поэтому целесообразнее применять их д ля укатки верхней части
земляного полотна или оснований.
Основными конструктивными параметрами виброкатка являются
его общая масса, масса колеблющегося вальца, масса его пригруза, ам­
плитуда и частота колебаний, диаметр и ширина вальца. Этими пара­
метрами и определяется динамическое воздействие катка на грунт.
Масса вибрационного вальца и его пригруза у самоходного шарнирно-сочлененного катка составляет в среднем 45... 55 % его общей
массы, поэтому его уплотняющую способность можно приравнять
к способности прицепного виброкатка с массой, соответствующей
половине массы самоходного катка. Так, каток ДУ-85 по воздействию
его вибровальца на грунт аналогичен прицепному виброкатку массой
около 6...7 т.
Экспериментально установлено, что толщина уплотненного слоя
(глубина уплотнения) примерно пропорциональна массе катка.
На степень уплотнения и толщину прорабатываемого вибра­
ционным катком слоя грунта большое влияние оказывает режим
укатки — рабочая скорость и количество проходов катка. Чем ниже
скорость катка, тем выше плотность и глубина уплотнения. Однако
с уменьшением скорости падает производительность катка. Поэтому
скорость 1,5 ...2,5 км/ч — это та скорость, при которой плотность,
толщина слоя и производительность находятся в оптимальном со­
отношении.
237
m
чо
О
cd
SJ
s
s:
00
VO
cd
oo
О О О
T
j
- 40
40
oo I 40
00
m
m
t
-
О
tj-
H
#
А
•
»п
in
Os
•
*
#
2
о
г
05
о
оч
оU
0
S
4О
>
С
*
1
оо
•
л
V
•
»n
оо
»П
00
•
•
•
о
04
oo
о
о
о
ш
ш
ЧО
•
W
•
«П
m
о
оо
ооо *n ог#
•
V
•
Г-*
*П
о
чо
in
»n
40
о
VO
•
ш
о
#
ф
оVO
03
•
A
IV
#
»n
»n
»n in
<
*
o I in
•
w
#
•
•
V
•
•
о
1 »n
in
о
со
Tl*
#
A
#
со
>
»
с
ю
й
O
J
H
,0«и
о
ГП
о
•
w
•
Os
о
w»
m
04
О
1
OO 1 in
Os
04
О
О
f l
1
•
a
ШІ
оm
in
О
Tf
1
W
#
оN
<
in
fO
oo
ON
О
о
W>
о
о
о
о
H
s
S
4>
CD
э
&
в
о
о
и
CQ
О
m
rj-
238
чо
При использовании кулачковых виброкатков.
s
в
s
sо
*
cl
2
4>
о
о
40
#
•
#
о
*п
oo
•
«Л I
40
»п
00
ш
W
W
fN
40
Повышение скорости укатки должно компенсироваться увеличе­
нием числа проходов катка по одному следу. Рост скорости приводит
к уменьшению времени вибрирования грунта, поэтому необходимо,
чтобы общее время вибрирования грунта на разных скоростях было
приблизительно одно и то же. Кроме того, уплотнение на повышен­
ных скоростях приводит к снижению амплитуды колебаний грунта
в приповерхностных слоях насыпи. Поэтому такой режим работы
виброкатка требует более пропорционального увеличения количества
проходов и затрудняет достижение высокой плотности грунта.
Уплотнение крупнообломочных, крупнозернистых грунтов слоями
до 120... 140 см следует производить виброкатками массой 12... 15 т.
Число проходов при этом должно составлять 8... 10 по одному следу.
Виброуплотнение непылеватого песка и песчано-гравийной смеси
при толщине слоя до 40... 50 см можно производить катками массой
3... 6 т; число проходов — 10. При использовании катка массой 7... 8 т
число проходов может быть уменьшено до 8, а толщина слоя не долж­
на превышать 60...70 см. Для катков массой 9... 11 т толщина слоя
не должна превышать 85...95 см; для катков массой 12... 14 т число
проходов может составить 6 при толщине слоя не более 100... 120 см.
При этом если требуемый коэффициент уплотнения не превышает
0,95, то скорость укатки может быть повышена до 5...6 км/ч. Если
требуемая степень уплотнения должна достигать Ку = 0,98... 1,00,
то уплотнение следует проводить только на скоростях не более
2.0...2.5.км/ч.
Тип катка определяют в зависимости от вида и состояния грунта,
который подлежит уплотнению. Так, пылеватые грунты и супеси при
излишне большой или недостаточной влажности практически невоз­
можно уплотнить до Ку = 0,95 даже тяжелыми виброкатками массой
12... 14 т. Эти грунты рекомендуется уплотнять только при влажности,
близкой к оптимальной, и лучше использовать кулачковые виброкат­
ки. В противном случае следует уменьшать толщину отсыпаемого слоя
грунта в 1,5 ...2 раза при одновременном увеличении числа проходов
по одному следу до 12... 14.
Плохо уплотняются также одномерные и связные фунты, содержа­
щие большое количество глинистых частиц. Для высококачественного
уплотнения насыпи из одномерного фунта (Ку= 0,98) применяют два
технологических приема:
• толщину отсыпаемого слоя назначают в соответствии с состоя­
нием фунта и массой виброкатка, а уплотнение ведут с увлажнением
песка до оптимальных значений. При этом скорость укатки — не бо­
лее 2,0...3,0 км/ч при числе проходов не менее 6...8;
• используют комбинированное уплотнение отсыпаемой и хорошо
увлажняемой насыпи. Сначала уплотняют вибрационным катком
на соответствующих режимах работы, а затем применяют решетчатый
или пневмоколесный каток для доуплотнения верхнего приповерх­
ностного слоя отсыпки.
239
При уплотнении связных грунтов даже при оптимальной влажно­
сти требуются значительные статическое и динамическое усилия. Тех
виброударных воздействий, которые развивают современные вибро­
катки среднего и тяжелого типов, достаточно только для уплотнения
связного грунта, отсыпанного более тонкими слоями по сравнению
с несвязным грунтом. Легкие катки для этих целей применять во­
обще не рекомендуется.
Виброкатки среднего и тяжелого типов для уплотнения суглинка
рекомендуются при влажности, близкой к оптимальной, с использо­
ванием кулачкового бандажа. При этом толщина отсыпаемого слоя
грунта не должна превышать 30 ...40 см, а число проходок по одному
следу должно быть не менее 10... 12.
Уплотнение комковатых суглинков и глин естественной или
пониженной влажности целесообразно производить кулачковыми
катками.
В последние годы фирма «Раскат» в Рыбинске освоила производ­
ство широкой номенклатуры вибрационных катков для применения
в дорожном строительстве.
Вибрационный самоходный каток ДУ-74 предназначен для уплот­
нения несвязных грунтов при строительстве дорог, насыпей, площа­
док и других сооружений. Его масса — 8,5 т.
Вибрационный самоходный каток ДУ-85 массой 13 т предназна­
чен для уплотнения различных дорожно-строительных материалов,
преимущественно грунтов, в том числе укрепленных различными
вяжущими материалами, а также песка, щебня, гравийной смеси при
строительстве дорог и других инженерных сооружений. Он агрегата руется с одноосным тягачом. Благодаря мощному силовому агрегату
может производить работы на скоростях до 6,5 км/ч. Ширина уплот­
няемой полосы — 2 м; величина вынуждающей силы — 150 кН.
Каток прицепной вибрационный ДУ-94 предназначен для уплотне­
ния толстых слоев различных несвязных грунтов. Масса катка — 7,5 т;
ширина уплотняемой полосы — 2 м. Вынуждающая сила при частоте
37,5 Гц составляет 150 кН; мощность двигателя — 44 кВт. При уста­
новке кулачкового бандажа масса катка составляет 8 т (ДУ-94-1).
Каток самоходный вибрационный ДУ-111 предназначен для уплот­
нения грунтов, отсыпанных слоями небольшой толщины. Масса
катка — 7 т; мощность двигателя — 57,4 кВт; линейное давление
вальца — 28 кН/м. Частота колебаний вальца может устанавливаться
в двух режимах работы: 35 и 25 Гц. Вынуждающая сила составляет
соответственно 146 и 95 кН. Ширина уплотняемой полосы — 1,7 м.
Машина грунтотрамбующая (МГТ) — высокоэффективный грун­
тоуплотняющий самоходный агрегат, предназначенный для уплот­
нения грунтовых масс, отсыпанных толстыми слоями, на широком
фронте работ. Масса машины — 16 т. Машина унифицирована
с тягачом катка ДУ-85. Двигатель — ЯМЭ-236Г-1 мощностью 110 кВт
позволяет легко перемещаться по рыхлым грунтам, отсыпанным тол-
240
щиной 0,6... 1,0 м. Ширина укатки 2000 мм обеспечивает высокую
производительность. При уплотняющей нагрузке трамбующей плиты,
равной 600 кН, и высокой частоте ударов (до 30 Гц) обеспечивается
полная проработка слоя грунта на всю толщину до требуемых зна­
чений в кратчайшее время.
Несмотря на наличие комбинированного рабочего органа и боль­
шие габаритные размеры машина обладает высокой маневренностью
благодаря складывающейся раме. Эта машина является уникальной
при уплотнении больших объемов грунтовых масс в ходе строительства
насыпей, аэродромов и других инженерных сооружений, возводимых
из грунтов различных типов. Благодаря высокой производительности
и простоте конструкции стоимость уплотнения 1 м3грунта значитель­
но ниже стоимости уплотнения его другими машинами (табл. 6.4).
Плита вибрационная ДУ-90 предназначена для уплотнения несвяз­
ных и малосвязных грунтов, гравийно-щебеночных материалов при
производстве строительных работ небольших объемов и в стесненных
условиях. По конструкции ДУ-90 — самоходная нереверсивная двух­
массовая вибрационная плита с рукояткой управления для операто­
ра. Масса плиты — 270 кг; ширина уплотняемой полосы — 550 мм.
Двигатель ВСН-6Д мощностью 4,4 кВт позволяет перемещаться
с рабочей скоростью до 0,85 км/ч. Вынуждающая сила при частоте
75 Гц составляет 22,6 кН. Трансмиссия — механическая. Для транс­
портировки плита оснащена специальными колесами.
Стесненными считаются места, где уплотнение фунта обратных
засыпок невозможно осуществить машинами непрерывного действия,
имеющими большие размеры в плане.
Плита может быть также использована и при ямочном ремонте
асфальтобетонных покрытий дорог и внуфиквартальных проездов
(табл. 6.5).
При выборе уплотняющей техники можно руководствоваться
данными, приведенными в табл. 6.6.
Т аблица
Рекомендации по использованию МГТ
Вид грунта
Требуемая
степень
уплотнения
Толщина
отсыпаемого
слоя, см
Число прохо
дов по одно­
му следу
Песок
Супесь
Суглинок легкий
Гравийно-щебеночная смесь
Мерзлый грунт
241
»о
чо
cd
Я
I о I
S н я
н 0
Ь а> Я
о £
<и я 8
<D
X 1 >»
О) ■ 0
S « О
Л ■О
С § W
н Е
ио * н
£ О S
<и
5
I
с:ге
о>
S
S
а
С
s
VO
СО
н
С СР
Ё <
CQ
л
>>
5
15
0
іо
8 >»
о. 5
с О
X
55
sr
о
я О
s и
0 О
s
aCQs
2
s
со
со
VO
о
о
»o
»n
40
о
с
cd 5
O'
VO
го
00
3
I
<u
0С3 2
о
3 n
и 0!
н О
0
H
s
VO
»o
ГО
со
(N
1
П
(N
о
о
О
00
00
OS
VO
Os•s
О
О
ON#>
i/~)
Osс
»n
го
СО
о
S
O
OS
оо
чо
О
»о
го
со
(N
<N
О
о
со
m
со
г-
г^
»л>
*п
Os•*
T
f
ON
VO
ON
О
О
О
со
ON•ч
Os#»
О
О
1
S
л
a
о
2
А
X
О
с
<и
Н
О
§
S
>»
ю
4)
#\
ON
с*
О
о
Os
о
Os•>
Tf VO
On
О
О
ГOs#*
»о
Os•ч
г^
OS#>
со
ON
ON
о
О
о
#s
О
о
О
ON
о
О
о
£
»4
О
4>
s
о
л
с
£
а
,
E7
Я
*
с
g
я
CD
*
О
о
<u
с
242
л
о
О)
&
и
И
О
X
§
U
X
0
X
О)
V
O
а>
3
1
о
X
>Я
Я
со
л
D,
сг
X
о
н
(U
V
O
о
Й
§
•Ө*
Q
<
40
40
л
и
S
е?
ю
сЗ
Н
5
СП
&
J
3
2
0л)
2
о
Ё*
303
с
о
0
р
я*
1
X
5
S
a
Ё
Л
а
я
X
243
0
45
V§
5
a:
3*
a:
1
244
245
Контрольные вопросы
1. Какие способы возведения насыпи применяют в нескальных грун­
тах?
2. В чем отличие между лобовой и ярусной схемами разработки выемок
экскаватором?
3. Для каких грунтов наиболее эффективно применение вибрационной
уплотняющей техники?
4. Чем отличается уплотнение грунтов кулачковыми катками от других
катков статического действия?
5. Чем руководствуются при выборе того или иного типа уплотняющих
машин?
6. Может ли коэффициент уплотнения быть больше 1,0?
7. Для уплотнения каких грунтов наиболее эффективно применение
решетчатых катков?
8. Каким образом уплотняют слой грунта около бровки земляного по­
лотна?
9. Что такое кольцевая и челночная схемы уплотнения грунтов?
10. В каких случаях применяется трамбование фунтов?
Глава 7
УКРЕПИТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ ПРИ УСТРОЙСТВЕ
ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
7.1. Применение биологических типов конструкций
для защиты откосов от водной и ветровой эрозии
Укрепительные работы следует осуществлять сразу после устрой­
ства земляного полотна дороги или конусов искусственных соору­
жений, а при высоких насыпях и глубоких выемках — сразу после
окончания работ на их отдельной части (ярусе). Для укрепления
откосов насыпей, возводимых на слабых основаниях или из грунтов
повышенной влажности, необходимо разрабатывать индивидуальный
проект. Выбор мероприятий по укреплению откосов и конусов за­
висит от физико-механических свойств грунтов земляного полотна,
погодно-климатических факторов, гидрологического режима подтоп­
ления, высоты насыпи и глубины выемки. Конструкции укрепления
являются одним из комплексов факторов, обеспечивающих прочность
и устойчивость земляного полотна на весь период эксплуатации.
В зависимости от ответной реакции конструкций укреплений
на гравитационные, силовые и погодно-климатические воздействия
они подразделяются на три группы:
• биологические типы конструкций укреплений, предназначенные
для защиты откосов от эрозионных процессов, сплывов, оплывин
в районах с благоприятными климатическими условиями;
• несущие конструкции, предназначенные для компенсации сдви­
гающих усилий, возникающих в грунте поверхностных слоев откосов,
а также силовых воздействий паводковых и поверхностных вод;
• защитные и изолирующие конструкции, предназначенные для
изоляции поверхностных слоев откоса от температурных воздействий,
впитывания атмосферных осадков и отвода грунтовых вод.
Биологические типы укреплений предусматривают применение
одерновки, засева трав различными методами, устройство прорас­
тающих плетней, посадку кустарника. Сплошную одерновку приме­
няют для укрепления откосов из глинистых и суглинистых фунтов,
а также подтапливаемых участков насыпей при скорости течения
менее 0,6 м/с и отсутствии волн. В настоящее время из-за фудностей
с заготовкой дерна этот способ применяется редко.
Дерн укладывают горизонтальными или наклонными по отно­
шению к откосу рядами, фавой вниз, за исключением последнего
верхнего ряда, который укладывают фавой вверх.
247
Одерновку клеткой применяют для защиты откосов от развития
эрозионных процессов. Для устройства клеток применяют дерновые
ленты шириной 0,25 м, длиной 2...3 м или штучные дернины раз­
мерами 20x30 и 30x50 см при толщине дерна 6... 10 см. Дерновые
ленты укладывают на поверхности откоса по двум взаимно-перпендикулярным направлениям под углом 45° к образующей откоса.
Ячейки размером не более 1,5 х 1,5 м заполняют растительным грун­
том заподлицо с дерновой лентой и засевают многолетними (от двух
до восьми лет) злаковыми и бобовыми травами. Самовозобновление
этих трав позволяет получить постоянный травяной покров на по­
верхности откосов.
Если кислотность грунтов, слагающих откосы, меньше 5 или засо­
ленность более 5 мг-экв Na на 100 г почвы, то необходимо перед за­
севом трав вносить в грунт известковые материалы: известковые туфы,
гашеную известь, доломитовую муку из расчета 20 кг на 100 м2 при
посеве по растительному грунту и 15 кг на 100 м2 — при гидропосеве.
После засева трав поверхность откоса покрывают пленкообразующи­
ми материалами или мульчируют древесными опилками, торфяной
крошкой, рубленой соломой длиной 3...4 см с расходом на 100 м2:
• опилок — 40,0 кг;
• соломы — 20,0 кг;
• битумной эмульсии — 0,1 кг;
• воды — 0,5 кг;
• латекса — 4,0 кг (в сухом веществе);
• смеси азотных, фосфорных и калийных удобрений — 5,0... 8,0 кг.
В качестве пленкообразующих материалов при гидропосеве реко­
мендуется применять синтетические латексы или катионоактивные
битумные эмульсии.
Качество дерна, полученного через 2... 3 мес после травосеяния
на откосах земляного полотна, определяется по его толщине (толщина
должна составлять 5... 12 см) и количеству побегов на учетной пло­
щадке размером 400 см2. Минимальное количество побегов должно
быть не менее 20 для степной, 40 — для лесостепной и 60 — для
лесной зон.
При длительной засушливой погоде после гидропосева необходимо
организовать полив (2 ...4 м3 воды на 100 м2 ежедневно) в течение
5... 10 дней.
На участках размывов и редкого травостоя следует произвести
повторный посев трав.
В первый год травостой, достигший высоты 25... 30 см, нужно ска­
шивать 1—2 раза до цветения. Через три—пять лет травы необходимо
оставлять нескошенными для созревания и самозасева.
При гидропосеве трав во избежание частого засорения насоса гид­
росеялки и поломок ее мешалки необходимо тщательно просеивать
материалы, предназначенные для гидропосева. Запрещается заправка
цистерны гидросеялки при работающем двигателе.
248
Не разрешается работа мешалки при открытых люках цистерны
и передвижение с наполненной цистерной со скоростью более 40 км/ч
во избежание опрокидывания. Передвигать и останавливать гидросе­
ялку следует на расстоянии более 1,0 м от кромки проезжей части.
Рабочую смесь из семян и удобрений для гидропосева приготав­
ливают на специально организованной базе, которая должна иметь
складские помещения для хранения семян и удобрений, емкости для
пленкообразующих материалов, вибросита с ячейками 10 х 10 мм или
приспособления для измельчения соломы, весы для развески семян
и удобрений.
Заправка гидросеялки производится при включенной системе
перемешивания.
Для зашиты откосов крутизной не более 1:1,5, сложенных гли­
нистыми грунтами, от развития деформаций локального сползания,
пластического скольжения, пластического течения, поверхност­
ных сплывов может применяться сплошная посадка кустарников.
Кустарники должны иметь густую наземную поросль и мощную
корневую систему. Их посадка производится черенками, кольями
и прутьями.
Плетневые прорастающие укрепления применяют в тех случаях,
когда посадки черенками оказывается недостаточно для обеспечения
местной устойчивости откосов, особенно сложенных глинистыми
грунтами, склонными к сплывообразованию. Прорастающие плет­
невые конструкции из всех биологических типов наиболее устойчивы
к размывающему воздействию ливневых и паводковых стоков.
Для устройства плетневых укреплений применяют колья и хлысты,
способные к прорастанию. Колья длиной 1 м, толщиной в комле
4... 5 см и хлысты длиной не более 2 м, толщиной в комле 3... 4 см по­
мещают в канаву глубиной 0,5... 0,6 м. На дно канавы устанавливают
плетень с наклонной захлесткой из прорастающих хлыстов. Концы
кольев и хлыстов выпускают наружу, при этом хлысты должны возвы­
шаться над концами кольев на 0,3... 0,4 м. Канаву и плетень засыпают
растительным грунтом и утрамбовывают. Минимальное расстояние
между плетнями — 2,0 м. Для экономии посадочный материал можно
высаживать лентами шириной 0,7...0,8 м или перекрещивающимися
лентами, что обеспечивает устойчивость конструкций укрепления
на откосе.
7.2. Укрепление земляного полотна травосмесями
Для создания в короткие сроки на откосах устойчивого травяного
покрова, надежно защищающего земляное полотно от эрозионных
разрушений, необходимо применять травы, отличающиеся большой
долговечностью, неприхотливостью к почвенно-фунтовым условиям
на откосах, достаточно бысфым развитием мощной корневой систе­
249
мы, способностью своими корнями и корневищами образовывать
на откосах прочный дерновый покров.
Перечисленным требованиям наиболее полно удовлетворяют мно­
голетние злаковые и бобовые травы. Они характеризуются большой
долговечностью — продолжительность жизни составляет от 2 до 15
лет (овсяница красная). Минимальная температура, необходимая
для произрастания трав, составляет 3 °С, для люцерны — 0,6 °С (для
зерновых — 7 °С). Скорость заглубления корней в среднем за период
составляет от 0,8 до 1,5... 1,7 см/сут. Особенно быстро корни прони­
кают в глубь песчаного слоя, через 51 день они достигают глубины
70... 100 см. Корни трав в откосах растут вертикально. Основная масса
корней (60... 80 %), особенно злаковых, размещается в поверхностном
слое толщиной до 20 см (дерновый горизонт). Проникающие в грунт
корни трав скрепляют песчаные, пылеватые и глинистые частицы
грунта в более монолитную массу, лучше противостоящую факторам
эрозии, чем обнаженные неукрепленные грунты. Травы улучша­
ют структуру почвогрунтов, накапливают органическое вещество,
создают на откосах более благоприятные условия для дальнейшего
развития и возобновления травяного покрова.
У многолетних трав различных биологических групп разное
строение корневой системы, что имеет существенное значение для
образования дерна. Кроме того, разные виды многолетних трав
неодинаковы по долголетию, скорости развития, по-разному реаги­
руют на недостаток влаги, питательных веществ, обладают различной
засухо- и морозоустойчивостью. Поэтому для высева на откосах зем­
ляного полотна следует применять травосмеси, состоящие из семян
многолетних трав трех биологических групп: злаковые рыхлокусто­
вые, злаковые корневищные, бобовые стержнекорневые. Лучшими
рыхлокустовыми травами-задернителями являются овсяница луговая,
житняк, пырей, тимофеевка луговая.
Корневищные злаковые травы образуют обильное количество
мочковатых тонких корней, способных создать дернину подобно
рыхлокустовым злакам и, кроме того, имеют большое количество под­
земных побегов (корневищ), которые хорошо развиваются и распро­
страняются в разных направлениях в почвогрунте на глубине 5... 12 см
параллельно его поверхности. Наличие корневищ придает дернине
большую прочность в горизонтальном направлении на разрыв. Наи­
лучшими корневищными травами-задернителями являются овсяница
красная, костер безостый, пырей ползучий, мятлик луговой.
Стержневые бобовые травы имеют центральный корень значи­
тельной толщины, который от корневой щетки идет в глубь почвы,
сильно ветвится, образуя множество тонких боковых корней. Одни
бобовые травы при посеве в чистом виде не способны образовывать
прочную дернину, но центральные корни бобовых трав, проникая
в откосах на глубину 2... 3 м и более, связывают поверхностный слой
с грунтом и тем самым способствуют лучшему укреплению дернины,
250
образованной рыхлокустовыми и корневищными злаковыми травами.
Корни бобовых развиваются, углубляются с каждым годом, не от­
мирают в течение всей жизни травы и ежегодно из почек корневой
щетки образуют новые побеги. Представители бобовых: люцерна си­
няя и желтая, клевер красный, розовый, белый, донник, эспарцет.
Травосмеси составляются обычно из трех компонентов, по одному
виду местных акклиматизированных трав от каждой биологической
группы в процентном соотношении:
• рыхлокустовые злаковые травы — 30... 55 % (для легких почвогрунтов — 30 %; для связных тяжелых почвогрунтов — 55 %);
• корневищевые злаковые травы — 35... 55 % (для легких почво­
грунтов — 55 %; для связных тяжелых почвогрунтов — 35 %);
• стержнекорневые бобовые травы — 5... 20 % (для лесной зоны —
5... 10 %; для степной зоны — 15... 20 %).
В отличие от грунта материнских пород почвенно-растительный
слой обладает плодородием, которое определяется условиями для
жизни растений. Почвы имеют хорошую структуру и благоприятный
водно-воздушный режим. В качестве растительного грунта для уклад­
ки на откосы следует использовать только поверхностный гумусовый
слой почвы. Средняя толщина растительного слоя на откосах должна
быть не менее 10 см.
Использование торфа. Торф богат органическими веществами,
способен удерживать объем воды, в несколько раз превышающий его
по массе, и намного медленнее высыхает, более богат элементами
питания. Корни растений имеют лучший водно-воздушный режим.
Поэтому смесь торфа с почвогрунтом или чистый торф, укладывае­
мый на откосы земляного полотна, обеспечивает хорошую среду для
выращивания многолетних трав. На откосы следует укладывать смесь
торфа с грунтом в пропорции 60... 80 % торфа и 20... 40 % грунта. Это
уменьшает возможность возгорания торфа до посева, а также смыв
и выдувание торфа, которым он легко подвергается до разрастания
трав.
Применение удобрений. Минеральные удобрения в своем составе
имеют азот, фосфор, калий и другие элементы питания, необходимые
для роста и развития трав. Минеральные удобрения следует вносить
в растительный грунт (на 100 м2 поверхности откоса) по следующей
норме:
• азотные (селитры) — 1,0...2,0 кг;
• фосфорные (суперфосфаты) — 1,5 ...3,0 кг;
• калийные (хлористый калий или калийная соль) — 1,5 ...2,0 кг.
Состав смеси для гидропосева (на 3 т воды):
• битумная эмульсия с концентрацией битума 50 %, дополненная
3... 5 % ССБ, - 0,800 т;
• торфокрошка или опилки — 0,320 т;
• комплексные удобрения — 0,075 т;
• семена многолетних трав — 0,010 т.
251
7.3. Несущие защитные и изолирующие типы
конструкций укрепления откосов
К несущим защитным и изолирующим типам укрепления откосов
относятся решетчатые конструкции, бетонные, железобетонные и ас­
фальтобетонные плиты, гибкие железобетонные и асфальтобетонные
покрытия, грунты, обработанные вяжущими, конструкции из набрызгбетона и синтетических материалов, старые покрышки.
Решетчатые конструкции состоят из отдельных сборных элемен­
тов (балочек), объединенных при стыковке в специальные узловые
соединения (рис. 7.1). Металлические штыри или железобетонные
анкеры в монтажных стыках прикрепляют конструкцию к поверх­
ностным слоям откоса.
Сборные элементы могут иметь диагональное или прямоугольное
расположение в конструкции укрепления. Ячейки заполняют мате­
риалами, выбор которых зависит от характера работы решетчатой
конструкции (защитный или несущий тип), гидрологических условий
подтопления, реакции грунта в пределах активной зоны на воздействие
погодно-климатических факторов, дальности транспортирования.
Гибкие железобетонные элементы для создания решетчатых кон­
струкций представляют собой три железобетонных бруска, соединен­
ных между собой двумя-тремя арматурными стержнями диаметром
5...6 мм. Длина каждого бруска — до 1 м, общая масса — до 60 кг.
Благодаря гибкому соединению их между собой ими удобно укреплять
дно и откосы канав с различным заложением откосов в труднодо­
ступных для техники местах.
Ячейки решетчатых конструкций заполняют растительным
фунтом, в который гидропосевом или механизированным методом
Упорный брус
252
Рис. 7.1. Схема решетча­
той конструкции с диаго­
нальным расположением
элементов
высевают семена трав; местным морозостойким (непучинистым)
и неусадочным грунтом с засевом трав методом гидропосева; гравийно-песчаными смесями; щебнем размером 40...70 мм; каменной
наброской с размером камня 50... 100 мм; грунтами, обработанными
вяжущими.
Решетчатые конструкции могут состоять из разных по массе
сборных элементов. Массу подбирают, изменяя размеры попереч­
ного сечения элементов или применяя различные материалы для их
изготовления (железобетон, бетон, керамзитобетон, песчаный бетон,
армированный цементогрунт).
Толщину сборных элементов (рациональное сечение) определяют
исходя из условий работы решетчатой конструкции совместно с по­
верхностным слоем откоса неподтапливаемой или подтапливаемой
насыпей с учетом в последнем случае силовых воздействий вод, а так­
же возможного изменения напряженного состояния или уменьшения
прочности грунта в пределах активной зоны. Применяют сборные
элементы сечением от 5 х 10 до 10 х 20 см, длиной от 1 до 2 м.
При необходимости дальнейшего увеличения длины сборных эле­
ментов (по расчету) их целесообразно объединять в сборные рамы.
Минимальное сечение сборных элементов при требуемой длине
определяют (в случае защитного типа конструкции) исходя из необхо­
димой прочности при транспортировании и возможных деформациях
при монтаже. Сечение можно выбрать на основе расчета сборного
элемента как балки на двух опорах под действием собственной массы
с коэффициентом динамичности, равным 1,5.
Чтобы воспринять сдвигающее усилие от действия массы всей
решетчатой конструкции, а также грунтовой призмы в пределах
активной зоны поверхностного слоя грунта, у подошвы земляного
полотна устраивают бетонный или железобетонный упор.
Упоры могут быть монолитными сечением 30 х 40; 30 х 15 см или со­
стоять из сборных блоков сечением 20 х 30; 30 х 34 см. Такими упорами
в определенных случаях могут служить сами сборные элементы, обра­
зующие нижний пояс. Упор выполняют либо сплошным ленточным,
либо прерывистым, устанавливаемым только перед стыками нижних
элементов по типу отдельных упорных зубьев или железобетонных
сваек. Последний вид упора целесообразно использовать для облег­
ченных решетчатых конструкций защитного типа с диагональным
расположением элементов.
Длину штырей и сваек (от 0,5 до 2,0 м) назначают в зависимости
от предполагаемой мощности активной зоны поверхностных слоев
откоса, где прочность грунта может быть нарушена в результате
циклических воздействий промерзания-оттаивания, увлажнения
(набухания)-высушивания, а также силовых воздействий паводковых
или текучих вод (подтапливаемые конусы и откосы). Металлические
штыри выполняют из арматуры периодического профиля диаметром
20...35 мм, железобетонные свайки — диаметром 30...80 мм.
253
При комбинированных типах решетчатых несущих конструкций
(в комбинации с анкерными затяжками или свайными полями) часть
штырей (по расчету) заменяют анкерными затяжками или заделывают
в ростверк свайного поля.
В зависимости от предназначения сборных элементов в них при­
меняют арматуру в виде плоского или объемного каркаса из стержней
диаметром от 4 до 8 мм.
Сборные решетчатые конструкции различают по видам в зави­
симости от области их использования и особенностей элементов.
Это позволяет выбрать необходимый вариант с учетом назначения
решетчатой конструкции для предотвращения развития локальных
деформаций в поверхностных слоях откосов.
Бетонные плиты предназначены для защиты конусов путепрово­
дов и откосов периодически подтопляемых насыпей от воздействия
воды при скорости течения до 3 м/с, высоте волны до 0,6 м и при
слабом ледоходе.
Бетонны е плиты прим еняю т разм ерам и 1,0 х 1 ,0 x 0 ,1 6 и
1,0 х 1,0 х 0,2 м.
Толщину и размеры плит определяют расчетным путем в зависи­
мости от скорости течения воды, высоты волн и крутизны укрепляе­
мого откоса. Бетонные плиты допускается укладывать только на от­
косах не круче 1:2 из дренирующих грунтов и только после полной
стабилизации насыпи. Изготавливают плиты из гидротехнического
бетона. Марку бетона по водонепроницаемости и морозостойкости
назначают в зависимости от климатических условий района строи­
тельства.
Для удобства монтажа в бетонных плитах делают монтажные петли
из арматуры диаметром 6 мм.
Бетонные плиты укладывают на щебеночный или гравийный слой,
толщину и гранулометрический состав которого устанавливают в за­
висимости от гидрологического режима подтопления.
В нижней части конструкции из сборных бетонных плит устраи­
вают бетонный упор или каменную упорную призму.
Ж елезобетонные плиты подразделяют на мелкоразмерные
(0,49x0,49x0,08 м) и крупноразмерные (1,00x1,00x0,14 м). Мел­
коразмерные армированные плиты могут быть прямоугольной или
шестиугольной формы. Область их применения ограничивается ко­
нусами путепроводов, а также откосами регуляционных сооружений
(дамба, траверсы, пойменная насыпь) со слабым гидрологическим
режимом подтопления. Крупноразмерные плиты подразделяются
на сборные разрезные, омоноличенные по контуру и монолит­
ные.
Сборные разрезные плиты размером 3,0 х 2,5 м, толщиной 0,15
и 0,20 м предназначены для защиты откосов постоянно или перио­
дически подтопляемых насыпей и береговых откосов не круче 1:2,
подверженных действию ветровых волн высотой до 1,0... 1,5 м.
254
Толщину плит определяют расчетным путем при технико-эконо­
мическом обосновании. Для изготовления разрезных железобетонных
плит применяют гидротехнический бетон.
Плиты армируют стальными сетками. В каждую плиту закладыва­
ют две сетки: верхнюю и нижнюю. Рабочая арматура в сетках распола­
гается перпендикулярно урезу воды. Как правило, для армирования
плит следует применять сварные сетки, поставляемые промышлен­
ностью (ГОСТ 10822—75 «Арматурные изделия и закладные детали
сварные для железобетонных конструкций. Технические требования
и методы испытаний»). В плитах толщиной 0,15 м используют арма­
туру класса A-II, в плитах толщиной 0,2 м — арматуру класса A-I.
Для монтажа плит предусмотрены четыре монтажные петли.
Плиты укладывают на обратный фильтр, состоящий из слоев
крупнозернистого песка толщиной 10 см, мелкого гравия или щеб­
ня толщиной 10 см и крупного гравия или щебня толщиной 15 см.
Между собой плиты соединяют металлическими хомутами (по одному
на каждую сторону плиты), создающими шарнирное соединение, или
путем сварки выпусков арматуры. Выпуски арматуры и шарнирные
хомуты после укладки плит на откосе покрывают каменноугольным
лаком «Морской». В нижней части укрепления при производстве
работ в сухое время, когда отсутствует подтопление, устраивают упор­
ную рисберму на глубину 1 м. При наличии воды вместо рисбермы
сооружают банкет из камня, отсыпаемого до уровня воды на период
строительства.
Железобетонные плиты, омоноличенные по контуру, предназначе­
ны для защиты откосов постоянно или периодически подтопляемых
насыпей и береговых откосов, подверженных действию ветровых
волн высотой до 3 м. Размеры плит в плане — 2,5 х 3,0 или 2,5 х 1,5 м;
толщина — 10, 12, 15, 17 и 20 см. Для изготовления плит применя­
ют помимо обычного (марки 200) предварительно-напряженный
железобетон (марки 300). Все плиты (кроме плит толщиной 10 см)
армируют двумя сетками: верхней и нижней. В среднюю часть пли­
ты толщиной 10 см из предварительно-напряженного железобетона
укладывают одну сетку.
В плитах из обычного (ненапряженного) железобетона рабочую
арматуру изготавливают из арматурной стали класса A-III марки
Ст5 периодического профиля; в плитах из предварительно-на­
пряженного железобетона — из стали класса А-Шв марки 25Г2С
или 35ГС (ГОСТ 5781—75 «Сталь горячекатаная для армирования
железобетонных конструкций»), подвергнутой упрочнению путем
вытяжки с обязательным контролем напряжений и удлинений. Рас­
пределительная арматура принята из стали класса А-I марки СтЗ.
Плиты укладывают на слой щебеночной или гравийной подготовки
из разноразмерного щебня или гравия толщиной 10 см. Пучинистые
грунты, если они залегают под укрепляемой поверхностью откоса,
необходимо на глубину промерзания заменить песчаным грунтом
255
с последующим уплотнением его до величины не менее 1,55 т/м3. При
монтаже плиты размещают на откосе в направлении, параллельном
урезу воды, стороной, равной 2,5 м, с перекрытием швов.
Если длина плит превышает длину образующей откоса, то концы
плит заглубляют в упорную призму. После укладки сборные плиты
омоноличивают в карты. Размер карт зависит от площади укрепляемо­
го откоса и гидрологического режима подтопления. Длина карты, т.е.
расстояние между температурно-усадочными швами, в направлении,
параллельном урезу воды, на прямых участках откоса не должна пре­
вышать 40 м и принимается кратной ширине плит. Вдоль образующей
откоса длину карт принимают не более 20 ...22 м при высоте волны
до 1,5 м и не более 15 м при высоте волны более 1,5 м. Температурно­
усадочные швы устраивают на ленточном фильтре.
Для последующего омоноличивания по контуру в плитах уста­
навливают заанкеренные закладные детали. Плиты омоноличивают
следующим образом: на стыках, расположенных параллельно урезу
воды, под плиты укладывают железобетонные подкладки шириной
30 см, толщиной 10 см; на верхней поверхности подкладок — за­
кладные металлические пластинки, к которым приваривают нижние
пластинки закладных деталей плит.
Верхние пластинки закладных деталей двух соседних плит свари­
вают между собой арматурной сталью. Стыки в направлении обра­
зующей откоса соединяют с помощью закладных планок стержнями
из арматурной стали. Поверх стыков по всей длине швов на краях
плит укладывают сетку из арматуры диаметром 8 мм, а весь стык
между плитами заливают цементным раствором (с соотношением
цемента и песка 1:3) и уплотняют игольчатыми вибраторами. Все
швы должны быть грунтонепроницаемыми, а швы, параллельные
урезу воды, — равнопрочными плитам.
Гнезда монтажных скоб после укладки также заполняют цемент­
ным раствором. Целесообразно использовать для указанных целей
аэроцемент.
Монолитные железобетонные плиты предназначены для зашиты
откосов постоянно или периодически подтопляемых насыпей, а так­
же береговых откосов, подверженных воздействию ветровых волн
высотой до 3 м. Плиты размерами 5x5 или 10х 10 м и толщиной
0,15...0,30 м применяют для укрепления откосов крутизной 1:2.
Плиты армируют сетками: нижняя сетка — сплошная; верхняя —
по контуру плиты.
Рабочую арматуру в нижней части сетки располагают перпен­
дикулярно урезу воды. Для армирования плит применяют арматуру
классов А-I и A-II.
Укладывают плиты на подготовку толщиной 15 см из гравия или
щебня. Под швы укладывают сборные железобетонные элементы
шириной 30 см, толщиной от 7 до 10 см и в зависимости от толщины
плиты покрывают битумом слоем толщиной 1 см. В некоторых слу­
256
чаях плиты заменяют продольными и поперечными трехслойными
ленточными фильтрами. Толщину основания под плитами при этом
принимают равной 10 см.
При объединении плит стержнями арматуры (каркас К-2) обра­
зуются конструктивные швы, в которые помещают сосновые доски
толщиной 2 см, пропитанные креозотом. Конструкцию укрепления
делят на секции длиной 35 м температурно-усадочными швами, ко­
торые отличаются от конструктивных отсутствием каркаса К-2.
Асфальтобетонные плиты предназначены для защиты откосов
подтопляемых насыпей и берегов от воздействия воды при скоростях
течения до 2,5 м/с и волнобоя при незначительной (менее 0,4 м)
мощности льда и отсутствии в водном потоке материала, способ­
ствующего истиранию битумной пленки. Размеры асфальтобетонных
плит — 1,0х 1,0x0,6; 3,8x2,9x0,1; 3,9х 1,4х 1,1 м. Можно применять
асфальтобетонные плиты с другими типами конструкций (например,
укладывать в пределах зоны динамического воздействия железобе­
тонные плиты, а выше и ниже — асфальтобетонные).
Плиты размером 1,0 х 1,0 х 0,6 м используют для укрепления от­
косов подтопляемых насыпей. Плиты армируют сварными сетками
из холоднотянутой проволоки марки СтЗ диаметром 3 мм. Для
подъема и перемещения плиты в ее торце к арматурной сетке при­
варивают две монтажные петли.
Плиты размерами 3,9 х 2,9 х 0,1 и 3,9 х 1,4 х 0,1 м рекомендуется
применять для укрепления откосов насыпей, берм и берегов, под­
верженных периодическому или постоянному подтоплению, при
высоте волн до 0,7 м.
Плиты армируют рулонной сеткой заводского изготовления из хо­
лоднотянутой проволоки марки СтЗ диаметром 5 мм с ячейками
20x20 см. Для соединения плит между собой к сетке прикрепляют
поперечные и продольные арматурные стержни диаметром 16 мм
с выпусками длиной 10 см. С одной стороны поперечные выпуски
арматурных стержней отгибают в виде петель. Плиты изготавли­
вают в заводских условиях или на полигоне. В заводских условиях
асфальтобетон уплотняют на вибростолах или вибропрессованием.
На полигонах плиты уплотняют виброкатками или тяжелыми плос­
костными вибраторами.
Гибкие железобетонные плиты предназначены для защиты откосов
при расчетной высоте волн 0,4 м и средней скорости течения в преде­
лах подтопления откоса до 2,5 м/с. Гибкое железобетонное покрытие
толщиной 5 см укладывают на щебеночный слой толщиной 0,1 м.
Отдельные плиты размерами в плане 2,625x4,500 и 2,625x7,500 м,
из которых состоит покрытие, после укладки на откос соединяют,
сваривая выпуски арматуры. Швы между плитами заполняют раст­
вором. Гибкость плит обеспечивается разрезными прямоугольными
элементами размером 375x750 мм. Гибкое железобетонное покрытие
имеет общую арматуру, которая в местах разрезки бетона на отдель-
257
ные плиты при изгибе выполняет роль шарнира. Бетон разрезают
с обеих сторон на глубину, равную половине толщины плиты.
При съеме с формы между элементами плитного покрытия об­
разуются зазоры шириной до 0,5... 1,0 мм, которые обеспечивают
пропуск фильтрационного потока из тела насыпи, снижая тем са­
мым гидродинамический напор. Для образования гибкого шарнира
и предохранения стержней арматуры от коррозии в местах разреза
покрытия на плиты арматурные стержни на 100 мм их длины по­
крывают защитным слоем полиэтилена толщиной 2 мм.
Плиты армируют сеткой из проволоки диаметром 5 мм с размера­
ми ячеек 187x250 мм, проходящей по середине плиты, параллельно
верхней плоскости.
Плиты (по длинной стороне) стыкуют с помощью заложенных
в бетон петель из арматурных стержней диаметром 10 мм, которые
приваривают к общей для соседних плит стальной пластине толщиной
5 мм. По короткой стороне плиты стыкуют с помощью закладных
стержней диаметром 10 мм, которые соединяют сваркой. Швы по­
крытия после закладки в них одиночных стержней диаметром 5... 6 мм
омоноличивают.
Гибкое покрытие должно быть уложено на слой мелкого щебня
или гравия со средним диаметром частиц не более 1,5 см и толщиной
не менее 0,1 м при коэффициенте неоднородности более 3. В ниж­
ней части конструкции располагают бетонный упор или каменную
призму.
Работы по укреплению откосов выполняют в период между па­
водками.
Гибкие асфальтобетонные покрытия применяют в виде сплош­
ных покрытий, которые изготавливают в заводских условиях или
непосредственно на месте укрепительных работ. Такие конструкции
подразделяются на асфальтовые маты, гибкие битумные мембраны
или погребенные под защитным слоем экраны, а также собственно
гибкие асфальтовые покрытия.
Асфальтовые маты состоят из обработанной битумом арматуры
(пенька, джут, конопля, картон), размещенной внутри слоя мелкозер­
нистого асфальтобетона толщиной 2,5 см. Более мощные конструкции
матов имеют толщину до 13 см, ширину 0,75... 1,00 м, длину 7,5 м.
Усиленные асфальтобетонные маты состоят из армированного или
неармированного асфальтового ядра, помещенного между двумя слоями
пропитанного битумом синтетического войлока, и имеют водонепрони­
цаемый защитный наружный слой. Асфальтовые маты такой конструк­
ции укладывают на подготовленную и обработанную стерилизующими
веществами поверхность откоса и соединяют внахлестку с перекрытием
в 7,5 см. Заделывают швы мастикой или цементным раствором. Воз­
можны варианты многослойных матов: трех- и пятислойные.
Гибкие битумные мембраны представляют собой тончайшие
асфальтобетонные покрытия в виде оболочек-мембран, которые
258
должны быть защищены слоем грунта толщиной не менее 0,3 м или
обработанными битумом галькой и щебнем.
Погребенные под защитным слоем экраны состоят из прослойки
вязкого битума толщиной 6 мм и слоя связного грунта.
Эти конструкции предназначены для предохранения откосов на­
сыпей из глинистых грунтов от проникания атмосферных осадков
при устройстве защитных и изолирующих слоев, а также в случае
подтопления при отсутствии течения и волн.
Гибкие асфальтобетонные покрытия отличаются от матов большей
толщиной и арматурой из металлической сетки.
Элементы сборных гибких покрытий выполняют в виде плит
и матов из горячего гидротехнического асфальта и армируют каркасом
из стержней и стальной сетки (ГОСТ 10822—75).
В зависимости от интенсивности внешних воздействий асфальто­
бетонные покрытия могут быть одно- или двухслойными. В послед­
нем случае общую толщину покрытия определяют расчетным путем.
Верхний слой покрытия укладывают, перекрывая швы нижнего слоя.
Края гибкого покрытия должны быть надежно закреплены в грунте
подошвы откоса на глубину не менее 30 см или сопряжены с другими
типами конструкций.
Конструкции укрепления из грунтов, обработанных вяжущими,
могут выполнять функции защитных или несущих. Они рекомендо­
ваны только в тех случаях, когда неэффективны и нецелесообразны
укрепления с помощью травосеяния, сборных плит, монолитного
цементобетона, решетчатых конструкций, особенно в районах с не­
благоприятными климатическими и грунтовыми условиями.
Такие конструкции предназначены для быстрой защиты откосов
насыпей и выемок от процессов выветривания, водной и ветровой
эрозии, для укрепления поверхности высоких откосов и устройства
водонепроницаемого покрытия на бермах. Их используют в районах,
где растительный грунт представляет собой большую ценность для
сельского хозяйства и не может быть применен для укрепления от­
косов.
Необходимым условием использования грунтов, обработанных
вяжущими, является наличие местных песчаных, супесчаных, легких
суглинистых грунтов, гравийно-песчаных смесей, пригодных для при­
готовления цементогрунта или битумогрунта, а также машин и обо­
рудования для приготовления смесей, их укладки, разравнивания,
уплотнения и последующего ухода за готовой конструкцией.
7.4. Укрепление откосов методом пневмонабрызга
Накопленный к настоящему времени отечественный и зарубеж­
ный опыт в области гидро- и транспортного строительства свиде­
тельствует о том, что для укрепления откосов земляного полотна
259
автодорог можно эффективно использовать метод пневмонабрызга.
Основные трудности, которые возникают при его применении, свя­
заны с технологией укладки материала на наклонной поверхности
и его уплотнением.
Для этого способа характерно самоуплотнение бетонных, цемен­
тогрунтовых или комплексных смесей под интенсивным действием
инерционных сил, а также совмещение в едином производственном
комплексе процессов транспортирования, нанесения и уплотнения при
полной механизации всех технологических операций. Бетонирование
набрызгом производится с помощью специальных машин (бетоншприцмашин) и механизмов. Нанесение материала на откосы земляно­
го полотна производится методом набрызга, или торкретирования.
К настоящему времени сформировались два понятия: торкретбе­
тон и набрызгбетон. Материал при крупности заполнителя до 8 мм
принято называть торкретбетоном , а при более крупном запол­
нителе (до 20...25 мм) — набрызгбетоном. Торкретбетон отличается
более высоким содержанием цемента и на практике используется
для создания жестких гидроизоляционных покрытий, декоратив­
ных элементов и изготовления тонкостенных покрытий и оболочек.
Процесс нанесения набрызгбетона является дальнейшим развитием
способа торкретирования, которое с технологической точки зрения
разделяется на «сухое» и «мокрое» торкретирование.
При «сухом» способе неувлажненная смесь (естественной влаж­
ности до 8 %) вводится в машину и посредством сжатого воздуха
транспортируется по шлангу к распылительному соплу, к которому
под давлением подводится вода для затворения. Таким образом, сухая
смесь увлажняется только непосредственно перед ее вылетом из сопла
и в виде пластичного бетона наносится на рабочую поверхность.
При «мокром» способе вода для затворения вводится заранее в ис­
ходную смесь перед загрузкой ее в машину. Готовая цементогрунтовая
или бетонная смесь транспортируется по трубопроводам посредством
сжатого воздуха или насосов.
Преимущества «сухого» метода заключаются в более экономичном
и надежном машинном оборудовании, возможности транспортирова­
ния сухой смеси на большие расстояния, получении материала с более
высокими прочностными свойствами, удобной технологии введения
в смесь добавок для ускорения схватывания и твердения.
Преимуществами «мокрого» способа нанесения смеси на поверх­
ность являются отсутствие пылеобразования и более низкие потери
исходной смеси за счет отскакивания набрызгиваемого материала.
Набрызгбетон наносится на предварительно подготовленную по­
верхность, которая может представлять собой скальное или грунтовое
основание, кирпичную или каменную кладку, бетон. Для защиты
склонов скальных трещиноватых выемок от выветривания приме­
няют облицовку толщиной 2...3 см путем нанесения слоя торкрет­
бетона на специальные арматурные сетки, что позволяет отказаться
260
от устройства защитных стенок, крытых галерей и других сложных
инженерных сооружений. При этом затраты снижаются на 30 ...40 %,
что свидетельствует о реальных перспективах использования метода
пневматического набрызга для создания различных конструктивных
типов защиты откосов земляных сооружений от процессов выветри­
вания и размывов атмосферными осадками.
При необходимости можно изменять свойства набрызгбетона пу­
тем введения специальных составов или добавок. Для создания изо­
ляционных покрытий в сухую смесь вводят керамзит или пенопласт
в виде шариков, что позволяет снизить удельную массу материала
и повысить его теплоизоляционные характеристики. Можно также
армировать набрызгбетон металлическими или синтетическими фиб­
рами (стержнями), рубленым базальтовым или стекловолокном.
Для «сухого» способа нанесения набрызгбетона в основном при­
меняются три типа машин: камерные, шнековые, роторные. Все эти
машины используют сжатый воздух в качестве транспортного сред­
ства, под действием которого бетонная или песчано-цементная смесь
в сухом виде с заполнителем или без него поступает в специальный
шланг. На одну массовую часть воздуха приходится в зависимости
от диаметра шланга от 4 до 25 массовых частей сухой смеси. На конце
шланга расположено сопло, в котором смесь увлажняется. При по­
даче смеси к месту укладки сопло должно находиться на расстоянии
около 1 м от грунтовой поверхности. Распределение увлажненной
смеси под большим давлением (со скоростью 100...200 м/с и более)
позволяет получить плотный материал с повышенными (по сравне­
нию с обычным виброуплотненным бетоном или цементогрунтом)
показателями прочности, воздухопроницаемости, сцепления с по­
верхностью цеменогрунта и т.д. Этим способом можно устраивать
покрытия толщиной около 40... 50 мм и наносить слои как с мелким,
так и с более крупным (до 25 мм) заполнителем.
Для пневмонабрызга выпускают однокамерные и двухкамерные
машины. Однокамерные машины — это машины цикличного дей­
ствия, которые после переработки определенного объема материала
необходимо останавливать для загрузки их очередной порцией сухой
смеси. Такие машины отличаются простотой конструкции, надежно­
стью в работе и простотой обслуживания.
Двухкамерные машины рассчитаны на непрерывную работу,
но могут использоваться и в режиме цикличности. Это наиболее ста­
рый тип машин, изобретенный Карлом Эйкли еще в 1907 г., которые
успешно работают в настоящее время.
Шнековые машины непрерывного действия отличаются не­
большими размерами. Сущность их работы заключается в том, что
машина загружается сухой смесью из открытой приемной воронки
и при помощи шнека подает сухую смесь в нагнетательную камеру,
откуда она с помощью сжатого воздуха поступает в материальный
шланг и сопло. Такая конструкция машин позволяет непрерывно
261
наносить набрызгбетон, обеспечивая стабильность технологических
параметров и тем самым высокое качество материала. Такие машины
выпускает известная швейцарская фирма «Алива».
Машины роторного типа являются наиболее совершенными ма­
шинами непрерывного действия. Особенностью их является то, что
сухая смесь через открытую загрузочную воронку с помощью ротора
с вертикальной осью вращения загружается в цилиндрические ячейки
и равномерно поступает в материальной шланг и затем под действием
сжатого воздуха — в сопло. Преимуществом таких машин является их
универсальность, позволяющая работать на заполнителях различной
крупности и переходить в течение нескольких минут с «мокрого» спо­
соба на «сухой». К универсальным относятся отечественные машины
БМ-68, БМ-70, швейцарские «Алива-280. Универсал».
Специально выпускаемые машины для «мокрого» способа отли­
чаются между собой в основном способами подачи бетонной смеси
в транспортирующий трубопровод (шланг). Подача бетонной смеси
осуществляется с помощью поршневых, роторных или червячных на­
сосов, которые непрерывно перемещают исходную смесь в сопло, куца
дополнительно подводится сжатый воздух для увеличения скорости
вылета набрызгиваемого материала. По этому принципу работают
машины фирм «Челендж» (США), «Монтанбюро» (ФРГ).
Особенностью набрызгбетонирования является способность к са­
морегулированию водоцементного отношения. Независимо от того,
как наносится набрызгбетон (вручную или специальным механиз­
мом), он потребляет только такое количество воды, которое требуется
для обеспечения его сцепления с бетонируемой поверхностью. Если
воды подается больше или меньше оптимального отношения, то на­
брызгбетон просто не удержится на бетонируемой поверхности.
Преимущество способа пневматического набрызга заключается
не только в удачном объединении процессов транспортирования
и уплотнения смеси на поверхности грунтовых откосов, но и в соз­
дании прочной и долговечной облицовки толщиной до 6 см.
В нашей стране был создан комплект машин для поточной об­
лицовки каналов малого сечения торкретбетоном с производитель­
ностью до 860 м2 в смену.
Важное значение имеют вопросы получения материала с заранее
заданными свойствами на основе как минеральных, так и органиче­
ских вяжущих с применением для сухих смесей супесчаных и сугли­
нистых грунтов (табл. 7.1). В качестве грунтовых составляющих может
использоваться песок мелкозернистой, супесь легкая и тяжелая,
суглинок легкий и средний, отсевы камнедробления.
Анализ процессов, протекающих в конце сопла, показывает, что
качество рабочей смеси, в первую очередь, зависит от скорости воз­
душной струи, обеспечивающей дробление воды на капли, смешение
их с воздухом и коагуляцию капель мелких частиц твердой и жидкой
фаз в условиях интенсивной турбулентности воздушного потока.
262
Т а б л и ц а 7.1
Характеристики рабочих смесей
Грунты
Оптимальная
влажность
смеси, %
Цемент
сухой, %
Грунт
сухой, %
Объемная
масса,
г/см3
Песок мелкозернистый
10,5
19,6
80,4
1,83
Супесь мелкая
12,5
25,6
74,4
2,06
Супесь тяжелая
13,5
22,2
77,8
2,03
Суглинок легкий
13,0
25,0
75,0
2,08
Суглинок средний
14,5
25,0
75,0
1,74
Зависимость прочности цементогрунта от скорости воздушной
струи в дозвуковой области приближенно следует гиперболическому
закону (рис. 7.2).
Возможность компоновки набрызгбетонмашин с транспортны­
ми, загрузочными устройствами и вспомогательным оборудованием
в единый агрегат позволяет увеличить производительность и улучшить
качество работ, повысить уровень механизации, снизить трудозатраты
и себестоимость. В настоящее время разработаны и используются
специальные манипуляторы. Манипулятор состоит из поворачиваю­
щегося во все стороны рукава (хобота), на котором закреплено сопло.
Фирмой «Эймко» для нанесения набрызгбетона разработан выдвижной
манипулятор, позволяющий дистационно осуществлять поворот сопла,
а также вращение и подъем стрелы манипулятора в радиусе 4,5 м.
Если набрызгбетон наносится на слабые размокаемые породы,
то для предотвращения оседания и разрушения основания предва­
рительно уплотняют откосы с помощью катков и трамбовок. В этом
случае для обеспечения лучшего контакта набрызгбетона со слабой по-
Скоростъ вылета струи из сопла, м/с
Рис. 7.2. Зависимость прочности цементогрунта от скорости вылета струи
из сопла
263
родой целесообразно основание предварительно смачивать 50%-ным
раствором жидкого стекла, что увеличивает сцепление и укрепляет
поверхность откосов. Если приходится бетонировать армированные
поверхности, то необходимо иметь арматурную сетку с ячейками раз­
мером не менее 100 х 100 мм при наибольшем диаметре проволоки
6 мм и она должна отстоять от поверхности не менее чем на 20 мм.
Если набрызгбетон наносится на поверхность с отрицательной
температурой, то предварительно ее очищают от кусков льда, про­
дувают сжатым воздухом. Чтобы не образовывался на поверхности
слой льда, ее не следует промывать обыкновенной водой, в крайнем
случае необходимо пользоваться водой с антиморозными добавками
или антифризами.
^
:j
Основными технологическими параметрами, наиболее существен­
но влияющими на физико-механические свойства набрызгбетона,
являются: водоцементное отношение, давление воздуха в машине,
скорость вылета материала, расстояние и угол наклона сопла к грун­
товой поверхности.
. •и
Большое значение для получения качественного покрытия из наб­
рызгбетона и уменьшения количества отскакиваемого материала имеет
расстояние между соплом и бетонируемой поверхностью. Если это рас­
стояние слишком мало, то на поверхности вообще не может создаваться
никакого слоя набрызгбетона, так как он будет непрерывно разрушать­
ся струей и отбрасываться в сторону. Если расстояние до укрепляемой
поверхности более 120 см, то это отрицательно сказывается на проч­
ности набрызгбетона, его сцеплении и количестве отскока.
Оптимальное расстояние между соплом и бетонируемой поверхно­
стью — 100... 120 см, а давление воздуха на выходе — 0,10... 0,13 МПа.
Эти параметры обеспечивают скорость вылета материала 50... 60 м/с.
Наибольшая прочность набрызгбетона и наименьший отскок получа­
ются, когда ось сопла располагается перпендикулярно поверхности.
Набрызгбетон после нанесения нуждается в определенном уходе.
Очень важно предохранить его от замораживания, высыхания, раз­
личных сотрясений, а также от механических и химических воздей­
ствий, особенно в период схватывания и твердения (не менее 6 ч)
при использовании добавок-ускорителей или специальных быстротвердеющих цементов, а в случае применения обычных цементов без
добавок-ускорителей — 3 сут.
После нанесения (через 10... 12 ч) покрытие из набрызгбетона обыч­
но увлажняют распыленной струей воды несколько раз в сутки (в за­
висимости от влажности воздуха один или два раза). Когда температура
воздуха ниже 5 °С, увлажнять набрызгбетон не следует. В этом случае,
а также когда при высокой температуре воздуха нет возможности обес­
печить увлажнение водой, поверхность набрызгбетона от высыхания
можно предохранить путем покрытия бетонной поверхности лаком
(этиноль) или устройством предохранительной завесы (смоченная
ткань, циновки и т.д.), что создает высокую влажность воздуха.
264
При ведении набрызгбетонных работ на открытом воздухе надо
предусматривать мероприятия по защите свежего, еще не схватив­
шегося слоя от сильного дождя во избежание его размывания и пов­
реждения, а также от сухого воздуха, ветра и активного солнечного
излучения. Для этого чаще всего используют различные пленки или
покрытия из брезента или плотной ткани, смоченные водой. Лучше
всего —обеспечить набор прочности набрызгбетона в условиях 100%ной влажности среды в течение первых 3... 7 сут.
При нанесении покрытий из набрызгбетона возможны различные
их повреждения и дефекты, которые в основном носят или конструк­
ционный, или технологический характер. В первом случае повреж­
дения имеют вид трещин, сколов, растрескиваний. Такие дефекты
чаще всего возникают в результате очень тонких слоев набрызгбетона
или недостаточной степени армирования, несоответствия толщи­
ны набрызгбетонного покрытия воспринимаемым нагрузкам или
их функциональному назначению (например, статический расчет,
не учитывающий возможные динамические воздействия).
Технологические дефекты могут быть самые разнообразные
и в основном возникают в результате плохой подготовки основания
(грязная поверхность, плохой водоотвод, возможность промерзания
и др.), неправильного подбора состава смеси и низкого качества ее
компонентов (старый слежавшийся цемент, потерявший свою актив­
ность, загрязненность инертных заполнителей, избыточное количе­
ство добавок — ускорителей схватывания и твердения и др.).
Однако больше всего дефектов возникает из-за низкой квалифи­
кации и недобросовестности исполнителя (рабочего-сопловщика),
который не соблюдает необходимые технологические параметры
при нанесении набрызгбетона. В этом случае чаще всего нарушается
структура набрызгбетона (сильная рыхлость, расслоение, пористость),
резко увеличивается отскок. При армировании покрытия в местах
пересечения арматуры возникают пустоты, наблюдается появление
ржавых полос или пятен, что свидетельствует о недостаточном слое
набрызгбетона над арматурой. Часто из-за плохо выполненного дре­
нажа подземных вод на поверхности набрызгбетона возникают белые
потеки (высолы), а зимой — обледенения, вздутия и трещины. При
неправильном управлении соплом и неравномерной подаче воды
на поверхности набрызгбетона возникают сухие или мокрые пятна.
7.5. Использование геоматериалов
в дорожной отрасли
Наряду с центральными районами России интенсивное транс­
портное строительство предусматривается в местах добычи энерго­
носителей, полезных ископаемых, т.е. в основном в малообжитых
местах, местах со сложными природно-климатическими условиями
265
(болота, вечная мерзлота, гористая и песчаная местность, засо­
ленные грунты, оползни и осыпи, проявления карста). Для обес­
печения заданных темпов и качества дорожно-строительных работ
необходимо применение специальных технологических приемов
и материалов.
Стоимость устройства земляного полотна в сложных инженерно­
геологических условиях будет на 30...60% выше, чем в обычных.
Это обусловлено отсутствием доброкачественных грунтов на месте
строительства дорог и необходимостью их доставки автотранспор­
том издалека, проведением мероприятий по регулированию водно­
теплового режима, ограниченной возможностью применения всего
имеющегося набора дорожных машин, близким залеганием грунтовых
вод, коротким строительным сезоном, суровыми климатическими
условиями, отсутствием развитой железнодорожной сети и работой
дорожных машин при экстремальных температурах.
Использование местных каменных материалов и грунтов возможно
при улучшении их свойств добавками различных вяжущих. Однако
во многих случаях укрепление грунтов сдерживается погодными
условиями, составом грунтов и временем проведения работ. Поэтому
при строительстве дорог в сложных условиях следует рассматривать
варианты конструктивно-технологических решений с использова­
нием геотекстильных материалов. Сравнение вариантов необходимо
производить с учетом функции, выполняемой геотекстильным ма­
териалом:
• армирующих прослоек, усиливающих грунтовый массив, повы­
шающих его устойчивость и уменьшающих деформации;
• разделяющих мембран, исключающих перемешивание слоев,
различных по составу и состоянию грунтов, улучшающих условия
работы слоев и конструкции в целом;
• дренирующих прослоек, обеспечивающих фильтрацию воды
из основания или тела насыпи и ускоряющих ее осадку (эту функ­
цию могут выполнять только иглопробивные материалы толщиной
не менее 3 мм);
• фильтра, задерживающего грунтовые частицы, перемещаемые
потоком воды;
• покрытия, защищающего откосы от водной или ветровой эро­
зии.
Геотекстильные материалы по своим физико-механическим свой­
ствам должны удовлетворять требованиям, приведенным в табл. 7.2.
За рубежом подобный материал применяется с 60-х гг. XX в.
В 1975 г. СоюздорНИИ и ВНИИстройматериалы разработали техно­
логию получения синтетического текстильного материала «дорнит»,
и с 1982 г. началось его широкое применение в дорожной отрасли.
Значительные объемы работ с использованием геотекстильных мате­
риалов были выполнены в нефтеносных регионах Тюменской области
и Западной Сибири.
266
Т аблица 7.2
Физико-механические свойства геотекстиля
Назначение гео
текстиля
Раз­
рывная
нагрузка
Н/см
Удлине­
ние при
разрыве.
Модуль
дефор­
мации,
Н/см
щина
мм
Потери
прочности
при из­
гибе, %
Армирующая
прослойка
Разделяющая
мембрана
Дренирующая
прослойка
Укрепление от
косов
Прослойка под
сборным це­
ментобетонным
покрытием
По структуре синтетические текстильные материалы подраз­
деляются на тканые и иглопробивные. Иглопробивные материалы
имеют беспорядочную спутанно-волокнистую структуру, просты
в изготовлении, надежны в работе в качестве фильтрующих эле­
ментов. К нетканым, или иглопробивным, относится большинство
геотекстильных материалов.
Тканые материалы имеют упорядоченную структуру в виде двух
взаимно-перпендикулярных систем нитей, переплетенных между со­
бой. По сравнению с неткаными эти материалы отличаются большей
трудоемкостью производства, сложностью технологического обору­
дования. Однако они имеют высокую прочность и малую деформативность по основе, повышенную деформативность в диагональном
направлении и повышенную сопротивляемость прорыву.
Геотекстильные материалы и георешетки претерпели существенное
изменение. Появилось много продукции из различных материалов:
полипропилена, стекловолокна, базальта, капрона, лавсана (рис. 7.3).
Факторами, определяющими область применения геоматериалов,
являются механические, гидравлические и эксплуатационные ха­
рактеристики в условиях той фунтовой среды, в которую они будут
помещены в качестве консфуктивного элемента.
Геотекстиль в фунтовом массиве может выполнять роль арматуры,
разделяющей мембраны, фильфа, дрены, капилляропрерывающего
защитного слоя.
267
Рис. 7.3. Образцы геоматериалов
Армимирующий эффект геотекстильной прослойки проявляется
двояко:
• текстильное полотно за счет собственной прочности и сопро­
тивления растяжению препятствует сдвигу одних частей грунтового
массива относительно других;
• работая совместно с грунтом, она обеспечивает перераспреде­
ление напряжений между частями массива, обеспечивая передачу
части напряжений с перегруженных зон на соседние недогруженные
участки, вовлекая их в работу.
Разделяющей мембраной геотекстильная прослойка служит при
укладке ее между слоями разнородных по пористости и грануломе­
трическому составу грунтов. Прослойки препятствуют проникнове­
нию мелких частиц в межзерновое пространство крупнозернистого
материала или погружению крупных частиц грунта (щебеночных,
гравийных) в подстилающий грунт под воздействием знакоперемен­
ных нагрузок и вибрации. Такие условия встречаются при укладке
щебеночных оснований на слой одномерного песка или переувлаж­
ненного грунта при устройстве насыпей на слабых грунтах, а также
при использовании текстильного полотна в качестве прослойки,
обеспечивающей независимость деформирования соседних слоев
268
конструкции. Подобным образом работает геотекстильная прослойка
в качестве грунтозадерживающего слоя. Она препятствует размыву
грунта поверхностными водами, выносу грунтовых частиц фильтра­
ционными потоками, просыпанию грунта сквозь щели ограждающих
конструкций.
В дренажных конструкциях текстильный фильтр, взаимодействуя
с прилегающим грунтом, может задерживать не только крупные части­
цы, превышающие размер пор фильтра, но и тонкие частицы за счет
самопроизвольного возникновения грунтового фильтра на контакте
с текстильным полотном.
В качестве дрены, отводящей воду из грунта, могут быть ис­
пользованы текстильные полотна, сохраняющие толщину не менее
2...3 мм в обжатом массой вышележащей конструкции состоянии
и обладающие водопроницаемостью в плоскости полотна. Дрени­
рующий эффект текстильных прослоек используют при ускорении
консолидации водонасыщенных грунтов как в основании, так и теле
насыпи. Геотекстиль применяют в качестве капилляропрерывающей
прослойки. Располагаясь в грунте, такая прослойка при определенных
условиях может прервать вертикальный капиллярный поток воды
в активную зону под действием температурного градиента при про­
мерзании, исключив переувлажнение, льдонакопление и снижение
несущей способности грунта в верхней части земляного полотна.
Будучи уложенным на поверхность откосов, геотекстиль может
выполнять функции защитного слоя, предохраняя грунт от водной
и ветровой эрозии. Все многообразие конструкций с текстильны­
ми прослойками основывается на выполнении этим материалом
одной из перечисленных функций или их комбинаций, из которых
в транспортном строительстве наибольшее распространение полу­
чили насыпи на слабых грунтах, откосы и дренажные конструкции.
Особенности условий работы геотекстильных материалов — в их
совместной работе с грунтом, в постоянном контакте с ним или
зернистым материалом, в устойчивости синтетического текстильного
материала к воздействию воды и погодно-климатических факторов,
в характере воспринимаемых нагрузок.
При использовании георешеток для армирования грунтов в про­
цессе уплотнения зернистый материал частично проникает через
ячейки, что обеспечивает эффект зацепления частиц грунта с ре­
шеткой. Это заклинивание позволяет георешетке оказывать сопро­
тивление горизонтальному сдвигу насыпи и повышать несущую
способность подстилающего слоя фунта. Заклинивание между сеткой
и заполнителем предотвращает поперечное перемещение частиц
в основании насыпи. Таким образом, предотвращается перемещение
вверх более мелких частиц при знакопеременных нафузках.
При усфойстве в основании земляного полотна прослойки из гео­
текстиля отдельные полотнища необходимо склеивать, сшивать или
скреплять скобами. Для пропуска дорожно-строительных машин гео-
269
текстильное полотно необходимо засыпать слоем грунта или щебня
толщиной не менее 0,3 м.
При наличии пней, кочек, углублений, воды на поверхности
основания насыпи перед укладкой геотекстиля следует отсыпать
песчаный выравнивающий слой, толщина которого должна быть
равна величине неровностей.
Закрепление геотекстиля в откосных частях земляного полотна
следует производить путем заворачивания свободных концов полотен
длиной 1,5...2,0 м вокруг края грунтового слоя, отсыпанного по гео­
текстилю. Завернутые концы должны быть засыпаны следующим
по высоте грунтовым слоем.
Дренирующие и капилляропрерывающие прослойки из нетканых
синтетических материалов необходимо устраивать с низовой по от­
ношению к стоку воды стороны. Полотнища материала укладываются
внахлестку с перекрытием на 0,1 м и скрепляются. Передвижение
транспортных средств или строительных машин непосредственно
по разложенному материалу не допускается. Вышележащие слои
грунта следует устраивать путем надвижки каменных материалов или
грунта способом «от себя».
7.6. Применение габионов и матрасов Рено
для укрепительных работ
Впервые габионные конструкции были запатентованы во второй
половине XIX в. во Франции. Их широкое применение началось
с 1880-х гг. итальянской компанией Maccaferri Raffaele, которая в на­
стоящее время имеет свои отделения в 20 странах мира, в том числе
с 1994 г. в России.
Габионы (рис. 7.4) представляют собой пространственную ко­
робчатую конструкцию из оцинкованной сетки двойного кручения,
заполненную природным камнем. С их использованием можно ре­
шать комплекс задач по инженерно-экологической защите берегов
водоемов от размывов, земляного полотна автомобильных и железных
дорог от эрозионных процессов. Кроме того, габионные конструкции
применяют для армирования слабонесущих грунтов, возведения под­
порных стенок, защиты от осыпей и камнепадов.
Качество проволоки и цинкового покрытия должно соответство­
вать требованиям ГОСТ 351258-99 «Сетки проволочные крученые
с шестиугольными ячейками для габионных конструкций. Техниче­
ские условия».
По краям конструктивный блок габиона усиливается проволокой
значительно большего диаметра, чем толщина проволоки сетки. Га­
бионы могут быть разделены на отсеки путем установки диафрагм,
которые обеспечивают жесткость конструкции и облегчают работы
по сборке и установке их на место. Особенно эффективны диафрагмы
270
Рис. 7.4. Конструкция коробчатых габионов (размеры указаны в м)
для сооружений, подверженных интенсивному волновому воздей­
ствию или водному потоку с большой скоростью (рис. 7.5).
Для более полной защиты габионной сетки от коррозии в мор­
ской воде или другой химически агрессивной среде оцинкованная
проволока перед изготовлением сетки дополнительно покрывается
поливинилхлоридом (ПВХ) толщиной 0,4...0,6 мм. Металлическая
сетка, применяемая при изготовлении габионов, имеет переменную
разрывную нагрузку от 3 500 до 5 300 кг/м. Благодаря этому габион­
ные конструкции обладают способностью воспринимать нагрузки,
обусловленные большими деформациями грунта. При нарастании
напряжений конструкция начинает деформироваться, но разрушения
самой габионной структуры не происходит, а защитное сооружение
а
Рис.
б
7.5. Применение (а, б) габионных конструкций для укрепительных
работ
271
сохраняет свои прочность, устойчивость и со временем приспоса­
бливается к подвижкам грунта, реагируя на них незначительными
прогибами.
Й
Высокая пористость габионных структур полностью исключает
возможность возникновения гидростатического давления, что обе­
спечивает им высокие дренирующие свойства. Это качество по­
зволяет отказаться от работ по устройству застенного дренажа при
сооружении подпорных стенок. Со временем в результате заполнения
межзернового пространства в габионах грунтом и прорастания трав
эффективность защитных свойств и эстетическая привлекательность
их возрастают.
Благодаря тому что габионные конструкции не препятствуют росту
растительности и смешиваются с окружающей природной средой, они
представляют собой естественные строительные блоки для улучшения
ландшафта. Практически они становятся элементами рельефа.
Матрасы Рено — это конструкции, подобные габионам, имею­
щие значительно ббльшую площадь поверхности и толщину от 0,15
до 0,50 м. Изготавливаются они также из оцинкованной сетки
двойного кручения с шестигранными ячейками меньшего размера,
чем те, которые используются при производстве габионной сетки.
Матрасы Рено разделены на отсеки диафрагмами, расположенными
обычно через 1 м2. Диафрагмы изготавливаются из такой же сетки,
что и основание, боковые и верхние части (рис. 7.6). По краям они
армируются проволокой диаметром 3...4 мм, что обеспечивает уси­
ление конструкции и облегчает ее сборку.
Как и у габионов, оцинкованная про­
волока для матрасов Рено может быть по­
крыта ПВХ для использования в условиях
воздействия агрессивной среды.
\
В последние годы для укрепления
неустойчивых массивов грунта, откосов
насыпей и выемок все чаще находит при­
менение система армированного грунта
TERRAMESH (рис. 7.7).
Грунт армируется панелями из оцин­
кованной сетки двойного кручения с ше­
0 4
стигранными ячейками, с покрытием
из ПВХ. Края панели, а также лицевая
грань
армированы
стальной
проволокой
< х
диаметром 3...4 мм. Лицевая грань этой
ч системы выполнена в виде коробчатого
У
у
габиона и заполнена камнем.
Для защиты автомобильных дорог
Рис. 7.6. Сетка двойного
кручения с шестигранными от падения камней с трещиноватых выячейками для изготовления ветривающихся скальных склонов может
матрасов Рено
применяться сетка Massaferri. Она также
К
272
Рис. 7.7. Система армированного фунта TERRAMESH (размеры указаны в м)
изготавливается из усиленной стальной проволокой оцинкованной
сетки двойного кручения с шестигранными ячейками (рис. 7.8).
Конструкции укрепления из габионов и матрасов Рено значитель­
но экономичнее бетонных, железобетонных и каменно-набросных,
что объясняется рядом факторов:
• габионные конструкции не требуют квалифицированного труда,
а сборка обычно осуществляется непосредственно на строительной
площадке с использованием обычной строительной техники и мест­
ных каменных материалов;
• эксплуатационные расходы минимальны. Даже при локальных
разрывах сетки или армирующей проволоки ремонтные работы
не представляют сложности, при этом прочность и устойчивость
конструкции в целом сохраняются;
• стоимость укрепительных работ с помощью габионных конструк­
ций на 10... 15% ниже по сравнению с другими конструктивными
решениями;
• конструкции не подвержены влиянию природно-климатических
факторов, габионы могут устанавливаться непосредственно в воде;
Рис. 7.8. Сетка для защиты от камнепада
273
оА
C
S
Рис. 7.9. Укрепление берегов от размыва с помощью габионных конструкций
и матрасов Рено:
1 — конструкция из габионов; 2 — меженный уровень воды; 3 — уложенные на берег
матрасы Рено; 4 — фильтр из геотекстиля; 5 — временная анкерная свая; 6 — осно­
вание из матрасов Рено (размеры указаны в м)
• нет необходимости в устройстве дополнительного застенного
дренажа;
• минимальные расходы на подготовку основания — под габион­
ные конструкции требуется простое выравнивание поверхности.
Матрасы Рено и габионы можно применять для укрепления под­
топляемых участков насыпи (рис. 7.9).
Контрольные вопросы
1. Почему для высева на откосы одновременно используются семена трав
трех биологических групп?
2. Каким требованиям должны удовлетворять многолетние злаковые
и бобовые травы?
3. С какой целью на откосы укладывают смесь торфа с грунтом и каков
ее состав?
4. Каков состав смеси для гидропосева трав?
5. Какие достоинства имеет технология укрепления методом пневмонабрызга?
6. Какие машины применяются для нанесения смеси на откосы?
274
7. С какой целью в смесь вводят керамзит, пенопласт, стальные или
синтетические фибры?
8. Какие технологические параметры наиболее существенно влияют
на свойства набрызгбетона?
9. В чем конструктивное отличие габионов от матрасов Рено?
10. Какие материалы используются при укреплении габионами и матра­
сами Рено?
И. В чем заключаются преимущества укрепительных работ с помощью
габионов и матрасов Рено?
12. Что представляют собой решетчатые конструкции для укрепления
откосов земляного полотна?
13. Какова технология укладки бетонных плит на откосы земляного по­
лотна?
Глава
8
УСТРОЙСТВО ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
В СЛОЖНЫХ УСЛОВИЯХ
8.1. Возведение земляного полотна
в ночное время
Выполнение земляных работ в ночной период времени сопряже­
но с повышенной трудоемкостью и выполнением ряда требований
для обеспечения эффективности и высокого качества. Необхо­
димость круглосуточной работы возникает при больших объемах
дорожно-строительных работ в сжатые сроки. Ночные работы от­
личаются от дневных необходимостью искусственного освещения
объектов работ. Продолжительность и характер ночи определяются
географической широтой района строительства, временем года
и погодой.
В средних широтах в летнее время продолжительность ночи не­
большая и составляет 4...5 ч, в весенние и осенние месяцы она до­
стигает 9... 12 ч, а в зимнее время — 14... 16 ч. В южных районах ночи
значительно темнее, чем в северных.
Общее восприятие местности и отдельных предметов, а также
глазомерное определение расстояний в ночное время существенно
изменяются. Все предметы теряют свои цветовые тона, детали стано­
вятся неразличимыми, расстояния искажаются (табл. 8.1). До темных
предметов расстояния кажутся больше, чем в действительности,
до белых — меньше. На близком расстоянии предметы кажутся более
крупными, а тени более густыми. В этих условиях вертикальные тени
Т аб л и ц а 8.1
Расстояние видимости и слышимости в ночное время
Источник света
Расстояние
видимости, км
Характер звуков
Горящая спичка
Удар топора
звон пилы
Карманный фонарь
Громкий крик
Костер
грузовой
машины
276
Дальность
слышимости, км
могут восприниматься за различные предметы, в то же время стоящих
людей можно принять за кусты. Все это затрудняет ориентирование
и выполнение дорожно-строительных работ на местности и в значи­
тельной степени повышает требования техники безопасности к их
производству.
Для ночных условий характерна хорошая видимость даже не­
больших источников света, что значительно облегчает использова­
ние световой сигнализации, светового обозначения путей движения
машин, мест набора и разгрузки грунта.
Особенностью ночного времени является также улучшение слы­
шимости, так как в это время нет больших изменений температуры
воздуха по высоте, больше влажность и меньше фоновый уровень
шума.
Из общего комплекса земляных работ на темное время суток
целесообразно планировать такие, которые не требуют большой
точности. Ночью целесообразно производить отсыпку насыпей,
разработку выемок и сосредоточенных резервов грунта бульдозера­
ми, скреперами и экскаваторами, вывозку материалов, уплотнение
грунтов.
Вследствие недостаточной видимости, нарушения привычного су­
точного режима, повышенного нервного напряжения производитель­
ность в ночное время обычно снижается. Однако в южных районах
и в лунные светлые ночи вследствие уменьшения изнуряющей жары
и достаточной естественной освещенности производительность может
оказаться более высокой, чем днем.
Некоторые технологические операции ночью выполняются легче.
Например, уплотнение грунта в сухую погоду облегчается, так как
ночью он медленнее высыхает и дольше сохраняет оптимальную
влажность. Транспортирование фунта автосамосвалами и скреперной
техникой по пыльным дорогам ночью может облегчаться вследствие
повышенной влажности воздуха и снижения пылеобразования. Но­
чью можно производить рыхление на более значительных площадях,
так как уменьшается опасность пересыхания.
Освещенность в ночное время должна обеспечивать хорошую
видимость рабочих органов машин, разбивочных обозначений
и результатов работы (например, нож автофейдера и перемещаемый
валик грунта), пути движения машин (например, пути движения
скрепера от выемки к насыпи), а также общий обзор участка ра­
бот для хорошего ориентирования водителей машин, обеспечения
безопасности движения, оперативного руководства и контроля
за работами. Соответственно дорожные машины одновременно
оснащаются тремя типами источников света: для освещения мест­
ности перед машинами; для освещения рабочих органов; для осмофа
отдельных узлов машин и их запуска в ночное время. Кроме того,
на участках работ предусмафивается общее равномерное освещение
местности.
277
Освещенность рабочих мест и поверхностей
Виды и объекты работ
Минимальная
освещенность, лк
Территория в районе выполнения работ........................................2 ,0 *
Разработка и перемещение грунта скреперами,
автогрейдерами и другими землеройными машинами
(кроме экскаваторов)........................................................................ 5 0 *
Разработка грунта экскаваторами............................................. 5,0*...1 0 ,0 **
Планировочные работы......................................................................до о*
Места разворота транспортных средств.........................................3,0*
Места производства буровых работ................................................10,0*
Постоянные пути движения лю дей ................................................. 150 *
Кабины машин и механизмов........................................................ 30 0***
^Освещенность в горизонтальной плоскости до 10 м перед машиной.
Освещенность в вертикальной плоскости по всей высоте забоя или высоте
разгрузки.
Освещенность на расстоянии 0 ,8 м от пола.
При отключении светильников и прожекторов общего освещения
должно использоваться напряжение не более 200 В, а для светиль­
ников стационарного местного освещения и светильников общего
освещения, установленных на доступной для прикосновения людей
высоте, 36 В. Для ручных переносных светильников следует поль­
зоваться напряжением 12 В.
Помимо освещенности на производительность машин сущест­
венное влияние оказывает и качество освещения (равномерность
распределения светового потока, постоянство освещения на рабочей
поверхности, наличие резких теней).
Для обеспечения эффективной работы ночью необходимо в свет­
лое время провести подготовительные мероприятия: разбивку полот­
на, установку указательных и ограждающих знаков, подготовку людей
и техники к ночной работе, установку и проверку осветительной
аппаратуры.
Рабочий состав ночных смен следует до темноты ознакомить
на местности с участками возведения земляного полотна и разбивочными обозначениями. Работу ночной смены рекомендуется на­
чинать засветло, тогда люди уже освоятся с особенностями местных
условий и характером предстоящих ночных работ. Для облегчения
маневров машин и исключения несчастных случаев длина захваток
принимается немного большей, чем днем, а количество машин
на захватке уменьшается. Пути их перемещения, места набора и от­
сыпки грунта нужно планировать так, чтобы исключить встречное
движение и тем самым уменьшить ослепляющее действие встреч­
ных машин. Основные пути движения машин ночью лолж ны Rkitu
278
по возможности прямолинейными, без крутых поворотов и сложных
пересечений.
Линейные работы по возведению земляного полотна наиболее
часто выполняются с помощью бульдозеров, скреперов и автогрей­
деров, оборудованных достаточно мощными фарами, которые по­
зволяют успешно вести работы в ночное время. На бульдозерах свет
фар нужно направлять так, чтобы левая передняя фара освещала верх
отвала, а правая — ось движения и разбивочные обозначения. Задние
фары следует регулировать с таким расчетом, чтобы световые пятна
от них находились на расстоянии 10... 15 м от трактора.
Для освещения отдельных местных предметов желательно устанав­
ливать дополнительную фару-искатель на шарнирном креплении. Для
прицепных скреперов одну заднюю фару трактора целесообразно на­
правлять на поверхность грунта перед скрепером, а другую — на верх
ковша. При таком положении фар скреперист имеет возможность
наблюдать за набором и разгрузкой грунта.
Наиболее эффективными при производстве земляных работ яв­
ляются светильники-софиты, объединяющие несколько источников
света. Они устанавливаются на кронштейнах на уровне глаз водителя
или немного выше. Освещенность в этом случае может регулировать­
ся количеством одновременно включаемых в софите ламп.
Большое значение имеет оборудование участков работ световыми
маяками для обозначения путей движения землеройных машин, а так­
же границ насыпей, выемок и опасных мест. При работе в ночных
условиях необходимо обеспечить оперативное руководство непо­
средственно на рабочих участках.
8.2. Предохранение грунтов при разработке
карьера (выемки) от промерзания
Земляные работы зимой производятся в целях ликвидации сезон­
ности дорожных работ и неравномерности использования имеющихся
сил и средств на протяжении всего года. В это время следует выпол­
нять работы, которые минимально связаны с разработкой мерзлых
грунтов, т. е. производить разработку выемок и грунтовых карьеров,
в которых слой мерзлоты значительно меньше слоя талого грунта.
Следует разрабатывать скальные, песчаные, гравелистые, щебени­
стые нормальной влажности грунты, которые при отрицательных
температурах не смерзаются.
Подготовка грунтового массива к разработке в зимних условиях
должна быть завершена до наступления осенней распутицы. Обычно
под грунтовые карьеры отводятся земли, не пригодные для сельско­
хозяйственного использования: на склонах балок, оврагов и прочих
неудобьях. Поэтому в сухой период к будущим резервам следует про­
ложить временные грунтовые дороги с обеспечением выпуклого попе-
279
речного профиля и водоотвода. Вдоль них необходимо выставить вехи,
которые зимой будут указывать направление и не позволят водителям
заехать в занесенные снегом овраги и другие понижения рельефа.
С поверхности резерва снимается почвенно-растительный слой.
От промерзания фунт предохраняется предварительной обработкой
его поверхности (вспахиванием и боронованием, обваловыванием
или окучиванием), утеплением снегом или теплоизолирующими
материалами. Возможно также использование гигроскопических
солей NaCl, MgCl2 и др. Поверхностный слой грунта вспахивается
до наступления морозов на глубину 0,20 ...0,35 м с последующим
боронованием на глубину 0,15...0,20 м.
Обязательным условием является обеспечение естественного стока
поверхностных вод с утепляемого участка в целях предохранения его
от водонасыщения.
Для задержания снега в целях утепления фунта используются валы
фунта, снежные фанш еи и валы, снегозадерживающие шиты
Часть фунта под слоем, разрыхленным вспашкой и боронова­
нием, все-таки промерзает. Глубина промерзания Н в этом случае
приближенно может быть определена по формуле
(8.1)
Н = А ( 4 Р - Р 2),
где А — коэффициент, учитывающий способ утепления грунта,
приведенный в табл. 8.2; Р — коэффициент относительной моро­
зостойкости.
Коэффициент относительной морозостойкости определяется
по формуле
Р = 7 2 /1 0 0 0 ,
(8.2)
где Т — среднемесячная офицательная температура, °С; Z — количе­
ство дней с офицательной температурой для рассчитываемого периода
зимы (произведение TZ называется числом зимних фадусодней).
Влияние слоя снега на глубину промерзания можно приближенно
определить по формуле
Н = 60(4Р - Р 2) ^ - Вһси,
(8.3)
|
60(4/>-/>2)*
Лен
(8.4)
откуда
,
где кут коэффициент, зависящий от свойств утепляющего материала
(табл. 8.3), В коэффициент сравнительной температуропроводности
различного снега, который принимается: для рыхлого снега — 3; для
слежавшегося насыпного снега — 2; для протаявшего снега — 1,5;
Һ — толщина слоя снега.
Предохранение грунта от промерзания путем укрытия его те­
плоизоляционными материалами является одним из широко из-
280
<ч
00
cd
SJ
S
CO
00
cd
h
у
s
£
cd
H
Tj-
CN
го
•ч
гч
О
Tf Оч
о
Q,
tfm U
S
a
4
VO
£
Д
D
VO
C
*}
CO
a
H
ce
s
о
§
и
ГО
5л nQ
X S
T
05 О
(N
00 СП
ГЧ
гч
г-
ON
сч
сч
гч
чо
го
чо
О
о
чо Оч
£
гч*
£ 5
*2
>5
О
оо
С
s
1
н
гч
СПг»
гч
гч
чо
го
гч
го•ч
ON
гч
О
к
03
<D
*
<D
£
X
о
3
u
о
ш
а
го
ГО
гч
#ч
го
•Ч
ГО
гч
гч
N
«
03
с
5
6
Icd
со
<и
в
1
с
н
Ь4
S
оо
а>
С
ъс
0
5£
1
U
C
d
X
X
N
281
вестных и надежных способов. Теплоизоляционный слой нарушает
естественные условия теплообмена. Накопленная за лето теплота
через теплоизоляционные слои расходуется намного медленнее,
и грунты под ними продолжительное время сохраняются талыми.
Разработка такого грунта зимой не представляет затруднений; про­
изводительность землеройного оборудования практически не от­
личается от летней.
По сравнению со способами механического и взрывного рыхления
мерзлоты способ теплоизоляции имеет ряд преимуществ. При меха­
ническом и взрывном способах образуется много негабаритных глыб.
За счет их наличия в массе грунта цикл черпания при экскавации
удлиняется, а из-за более высокого коэффициента разрыхления про­
мерзших пород снижается и степень использования емкостей ковша.
Зимняя производительность землеройного оборудования при этих
способах снижается до 60... 70 % по сравнению с летней.
В качестве теплоизоляционных материалов традиционно приме­
няются опилки, сухая листва, солома, ветки деревьев, шлаки, торф.
В связи с нетехнологичностью работ с использованием этих мате­
риалов и непостоянством их теплоизоляционных свойств утепление
ими грунтов в широких масштабах затруднено. В последнее время
проведен ряд исследований по изысканию эффективных материа­
лов. Сейчас имеется достаточно простая конструкция компактной
установки для приготовления пенопласта и отработана технология
ее применения.
Пенопласт изготавливают непосредственно на месте работ и на­
носят на утепляемую поверхность из шланга в виде желеобразной
пены, которая через минуту уже начинает затвердевать. Пенопласт
прочно схватывается с укрываемой поверхностью и надежно защи­
щает грунт от промерзания.
Утепление пенопластом может с успехом применяться для защиты
от промерзания песчаных, супесчаных, суглинистых и глинистых
грунтов.
Исходными материалами для изготовления пенопласта являются
мочевиноформальдегидная смола («Крепитель М») — 35 %; пено­
образователь П О -1 — 4 %; соляная кислота в концентрации 5... 6 % —
16 %; вода — 45 %.
Пенопласт на основе мочевиноформальдегидной смолы («Кре­
питель М») может использоваться в карьерах с гравийно-песчаными
и обычными грунтами, для утепления грунтов при разработке выемок,
котлованов, траншей, для утепления различных сооружений. Он может
применяться в районах, где скорость ветра не превышает 30 м/с. При
скорости ветра до 20 м/с требуется укрепление поверхности пенопла­
ста, а при скорости 25 м/с и выше — упрочнение самого пенопласта.
Пенопласт может наноситься слоем 10... 30 см; при этом себестоимость
разрабатываемых грунтов с учетом материалов, механизмов, затрат
труда и транспортных расходов увеличивается на 7... 20 %.
282
Пенопласт на основе мочевиноформальдегидной смолы («Крепи­
тель М») является пористым материалом с размером пор 0,5... 3,0 мм.
Объемная масса воздушно-сухого образца пенопласта составляет
10... 15 кг/м3. Пенопласт, изливающийся в виде пены, имеет хорошую
адгезию к поверхности грунта и других материалов (дереву, металлу,
бетону). Он может наноситься на вертикальные и наклонные по­
верхности. Первоначальная влажность (после изготовления) пено­
пласта — 400... 450 %, при сухой погоде происходит его интенсивное
высыхание. При дожде пенопластовое покрытие легко впитывает
влагу, которая накапливается в основном в верхнем слое.
При продолжительном дожде влажность верхнего слоя повыша­
ется до 100%, затем влага перемещается в нижние слои. При ясной
сухой погоде пенопласт также быстро отдает влагу. Теплопроводность
пенопласта по мере насыщения влагой быстро растет, тем не менее
даже влажный пенопласт обеспечивает надежную защиту грунта
от промерзания. После изготовления и укладки по мере твердения
пенопласт дает усадку в пределах 5... 15 %. При нарушении технологии
приготовления пенопласта (некачественные исходные компоненты,
недостаток соляной кислоты) его усадка будет больше.
При низких температурах (-5...-10°С) усадка пенопласта будет
также выше указанной нормы. Прочность пенопласта невелика: при
кратковременном сжатии она равна 4,250 г/см2, поэтому по поверх­
ности пенопласта не рекомендуется ходить, тем более ездить.
Мочевиноформальдегидная смола («Крепитель М») получается
путем конденсации мочевины с формальдегидом в слабощелочной
или нейтральной среде. Смола представляет собой однородную
по цвету сиропообразную жидкость без видимых механических при­
месей с удельной массой 1,10... 1,35 г/см3. Вязкость по вискозиметру
составляет 4... 10 с. Растворимость в воде полная, не растворяется
в органических растворителях; окраска светлая. Твердение моче­
виноформальдегидной смолы как при обычной температуре, так
и при нагревании происходит под действием отвердителя-кислоты.
При добавке отвердителя смола коагулирует, образует гель, а затем
превращается в твердую массу. Смола при твердении проходит три
стадии:
• в первой стадии (фаза А) смола является вязкой жидкостью
и легко растворяется в воде;
• во второй стадии (фаза Б) смола представляет собой рыхлое,
эластичное, студнеобразное тело и содержит 40... 50 % воды. В таком
виде смола частично растворяется в воде;
• в третьей стадии (фаза В) смола становится жесткой, неплавкой
и нерастворимой. При этом происходит выделение 20...25% воды.
Пенообразователь П О - 1 представляет собой нейтральный ке­
росиновый контакт, содержащий до 45 % сульфокислот. Для обес­
печения необходимой плотности и стойкости пены к раствору
нейтрализованного контакта добавляют 4,5 % клея или 10 % спирта
283
(или этиленгликоля). Пенообразователь П О -1 —жидкость темно-коричневого цвета без осадка и посторонних включений, обладающая
следующими свойствами: удельная масса — 1,1 г/см3; реакция среды
нейтральная или щелочная; кратность пены — не менее 10; стойкость
пены — не менее 30 мин.
Кратность пены определяется в стеклянном градуированном ци­
линдре емкостью 1ООО см3, в который наливают 98 см3 воды и 2 см3
пенообразователя. Затем цилиндр закрывают пробкой и в течение
30 с энергично взбалтывают. При этом цилиндр удерживают с торцов
руками в горизонтальном положении и встряхивают в направлении
продольной оси. После встряхивания цилиндр устанавливают на сто­
ле, пробку удаляют и производят отсчет образовавшейся пены. От­
ношение полученного объема пены к объему раствора (100 см3) дает
величину кратности пены.
Стойкость пены — время, в течение которого пена, полученная
для определения кратности, разрушается на 1/5 своего первоначаль­
ного объема.
Соляная кислота — бесцветная жидкость с резким запахом,
свойственным хлористому водороду. Обычная концентрированная
соляная кислота содержит 37 % НС1 и имеет удельный вес 1,19 г/см3.
Кислота такой концентрации дымит на воздухе. Для изготовления
пенопласта используют кислоту 5 —6%-ной концентрации. Соляная
кислота является сильной кислотой, поэтому при работе с ней со­
блюдают меры предосторожности.
Вода применяется обычная, водопроводная, без химических или
механических примесей.
Водный раствор смолы («Крепитель М») и пенообразователь
ПО-1 представляют собой легко вспенивающуюся смесь. В установке
вспенивание достигается в реакторе простой конструкции с помощью
сжатого воздуха. «Крепитель М» под действием соляной кислоты полимеризуется, поэтому при опрыскивании вспененной массы соляной
кислотой пена быстро твердеет, образуя пенопласт. Структура пены
при этом в основном сохраняется.
Изготовление пенопласта и нанесение его на утепляемую поверх­
ность происходят одновременно. Покрытие пенопластом поверхности
грунта является простой и нетрудоемкой операцией. Рабочий держит
гибкий рукав, по которому от реактора изливается пена, и направ­
ляет струю этой пены на покрываемую поверхность, на которой
она твердеет, образуя пенопластовое покрытие. Пенопласт должен
укладываться плотно. Для этого струю пены следует направлять под
углом 40...90° к покрываемой поверхности.
Неплотная укладка, когда пенопласт ложится на поверхность под
собственной массой, может применяться в районах, где скорость
ветра не превышает 7... 10 м/с. При утеплении не требуется пред­
варительной подготовки покрываемой поверхности (разравнивание
грунтовой поверхности, снятие дерна и т.п.). В случае нанесения
284
пенопласта на поверхность уступа, сложенного рыхлыми породами,
угол его не должен превышать угол естественного откоса этой по­
роды. При утеплении свежих отвалов и различных склонов рыхлой
породы необходимо, чтобы пенопластовое покрытие наносилось по­
сле их осадки. В противном случае возможно разрушение покрытия
по мере уплотнения породы.
Покрытие пенопластом рекомендуется производить при темпе­
ратуре окружающего воздуха не ниже О°С. При температуре от 0 до
-10 °С установку необходимо утеплить или обеспечить подогревом.
Пенопластовое покрытие рекомендуется укладывать за 1,0... 1,5 мес
до наступления холодов. Уложенный раньше этого срока пенопласт
под действием солнечных лучей начинает стареть и разрушаться с об­
разованием трещин и ухудшением теплоизоляционных свойств.
Установкой с подогревом можно производить покрытие грунтов
в зимнее время при температуре ниже -10 °С. Однако в этом случае
утепляющие свойства пенопласта могут сохраняться в течение корот­
кого времени. Через 30...40 дней структура пенопласта нарушается,
он садится и уплотняется.
В районах, где скорость ветра превышает 20 м/с, края пенопла­
стового утеплителя стремятся загнуться кверху, что может стать при­
чиной срыва покрытия по краям.
Правила техники безопасности при работе с пеноустановками:
• при производстве работ в карьере должны соблюдаться все
требования правил технической безопасности для предприятий, раз­
рабатывающих месторождения открытым способом;
• баки реакторной установки должны иметь паспорт, допускаю­
щий использование их под давлением: рабочие баки для смеси —
до 7 кг/см2; баки соляной кислоты — до 3 кг/см2;
• баки со смолой, пенообразователем или водой при заправке
должны находиться в предохранительном ящике;
• бутыль с кислотой при заправке установки должна содержаться
в предохранительном ящике;
• на установке всегда должен быть 5%-ный раствор соды на случай
попадания кислоты на кожу или в глаза;
• лица, работающие на установке, обязаны пройти специальную
подготовку, дающую право работы на ней.
Правила приемки и хранения материалов:
1) необходимо проверить наличие паспорта завода-изготовителя
на каждую поступившую партию исходных материалов. В паспорте
должны быть указаны: номер партии; масса партии; соответствие
физико-химических свойств компонентов требованиям технических
условий;
2) следует проверить состояние тары, которая должна быть проч­
ной, с плотно закрытым заливочным отверстием. На таре должна
быть бирка с обозначением завода-изготовителя, номера партии,
массы;
285
3)
отобрать от каждой партии пробу для направления ее в хими­
ческую лабораторию на анализ по физико-химическим показателям.
Для отбора проб вскрывают 5 % бочек (не менее двух от каждой пар­
тии). Объем пробы с одной партии должен быть не менее 1 л. После
отбора проб вскрытые бочки плотно закупоривают.
Наилучшим условием хранения мочевиноформальдегидной смолы
является температура 5 °С. К быстрой коагуляции смолы приводят
прямая солнечная радиация и открытый способ хранения. На устой­
чивость смолы и качество полученного пенопласта не влияют трех­
кратное замораживание и постепенное оттаивание. Температура
хранения пенообразователя должна быть не выше 30 °С и не ниже
5 °С. В случае замораживания пенообразователя в таре его помещают
в отапливаемое помещение до полного оттаивания. После оттаивания
пенообразователь следует тщательно перемешать. Недопустим отбор
из емкости части замороженного пенообразователя для оттаивания.
При загустении пенообразователя в результате испарения воды он
может быть разбавлен водой до требуемого удельного веса.
Пенообразователь можно хранить и транспортировать в чистой
и плотно закупоренной таре: в цистернах, металлических бочках
и бидонах. Тары из-под нефтепродуктов перед заполнением ее пе­
нообразователем необходимо очистить горячей водой, паром, так как
попадание даже незначительного количества нефтепродуктов в пе­
нообразователь может привести к потере пенообразующих свойств.
8.3. Разработка выемок и возведение насыпей
при отрицательных температурах
Рыхление грунта при глубине промерзания до 0,25...0,30 м произ­
водится тяжелыми рыхлителями или кирковщиками. При небольших
объемах работ и глубине промерзания 0,4...0,5 м могут применяться
шары-молоты, а при мерзлых грунтах толщиной до 0,6... 0,7 м — клины-молоты, которые подвешиваются к стреле экскаватора. В настоя­
щее время дорожно-строительные организации используют специаль­
ные самоходные баровые установки для нарезания щелей в мерзлом
грунте с последующим удалением мерзлых блоков экскаваторами.
При глубине промерзания более 0,3 ...0,5 м и больших объемах
работ наиболее целесообразным и эффективным является взрывной
способ рыхления мерзлоты. Взрывные работы производятся обычно
методом шпуровых зарядов. Диаметр шпуров принимается 45... 50 мм
при глубине промерзания до 1,5 м; при глубине до 2 м — 60...70 мм.
Для бурения шпуров в мерзлоте применяются передвижные буровые
станки.
Ориентировочный расход взрывчатых веществ для рыхления мерз­
лого слоя грунтов, кг/м3: суглинки и глины — 0,5 ...0,8; пески и рас­
тительный грунт — 0,4...0,5; гравелистые и щебенистые — 0,4...0,7.
286
Глубина заложения зарядов составляет обычно 0,75...0,90 м слоя
мерзлоты, шпуры заполняются взрывчатым веществом не более чем
на половину их глубины и снабжаются детонаторами. В шпур после
ВВ закладывается слой песка или легкого супесчаного (сухого) грунта
(толщиной 12... 15 см) без уплотнения; остальная часть шпура заби­
вается любым грунтом, который постепенно трамбуется. Наилучшим
материалом для забивки шпуров является увлажненная смесь из одной
части глины и трех частей крупнозернистого песка. Взрывать заряды
рекомендуется электрическим способом — наиболее эффективным.
При снаряжении шпуров средства подрыва ВВ дублируются.
Количество одновременно взрываемых зарядов принимается
из расчета, чтобы при морозе до -10 °С весь разрыхленный мерзлый
грунт можно было убрать в течение одной смены. При более низких
температурах уборка разрыхленного грунта должна заканчиваться
в течение 4...6 ч.
Как правило, выемки при отрицательных температурах разрабаты­
ваются экскаваторами с емкостью ковша не менее 0,5 м3 и толщине
мерзлого слоя до 0,15...0,25 м. Его извлечение может производиться
без рыхления. Для разработки сухих гравийно-песчаных и супесчаных
грунтов при глубине промерзания до 3 см могут использоваться скре­
перы с емкостью ковша не менее 6,0... 6,5 м3. При толщине мерзлого
слоя более 3 см необходимо предварительное рыхление и удаление
его бульдозером. Нахождение груженых скреперов в пути должно
быть меньше времени, за которое грунт примерзает к стенкам ковша
скрепера. Это время определяется опытным путем в соответствии
с температурой воздуха и состоянием грунтов.
Прочность и устойчивость насыпей, возводимых в зимнее время,
зависят от свойств применяемых фунтов, количества мерзлых ко­
мьев и порядка сооружения насыпи. Лучшими фунтами являются
скальные, фавелистые, песчаные и супесчаные. Содержание мерз­
лых комьев не должно превышать 20...30% по объему, а размер их
может быть не более 0,5 толщины отсыпаемого слоя с равномерным
распределением в талом грунте. Мерзлый грунт следует отсыпать
не ближе 1 м к поверхности откосов. Снег и лед в насыпь попадать
не должны. В верхние слои насыпи (1,5 м от бровки земляного по­
лотна) допускается укладка только талого фунта.
В продольном профиле насыпи возводятся горизонтальными
слоями от краев к середине на всю ширину земляного полотна;
толщина слоя зависит от применяемых средств уплотнения. В по­
перечном профиле слои фунта укладываются с уклоном 30 %о от оси
в обе стороны.
Зимой выемки обычно разрабатывают при максимальной вы­
соте забоя любым способом. Снег с площади резерва удаляется
с учетом объема фунта для сменной выработки. Такая организация
работ способствует уменьшению промерзания фунта. Для снижения
теплопотерь в процессе транспортирования фунта целесообразно
287
применять утепленные самосвалы; сверху грунт в кузове закрывают
брезентом.
Выбор грунтоуплотняющего средства при производстве земляных
работ в зимний период должен осуществляться по скорректирован­
ным принципам и критериям по сравнению с летними условиями.
Для замедления скорости промерзания грунта и обеспечения возмож­
ности его быстрого уплотнения возведение насыпи целесообразно
вести более толстыми слоями (не менее 40...50 см) и более узкими
по ширине захватками (не более трех-четырех полос, каждая из ко­
торых равна ширине рабочего органа катка). Длину захваток тоже
следует сокращать до разумного минимума, составляющего (при
морозе -20...-30°С) примерно 20...30 м.
Грунтоуплотняющая техника должна иметь более высокую про­
изводительность (минимум на 25 ...30%), чем производительность
механизмов при укладке грунта в насыпь. Такая машина или каток
должны иметь возможность вести уплотнение челночным способом,
т.е. без разворотов в конце захватки, на которые, как правило, затра­
чивается определенное время из незначительного его резерва на всю
операцию зимнего уплотнения.
Продолжительность обработки грунта зимой
Температура воздуха, °С ..................- 3 ...- 5
Время от момента выемки
грунта до окончания
процесса его уплотнения
в насыпи, ч ..................... ................... 3 ...2
-1 0 ...-2 0
2 ... 1
-2 0 ...-3 0
1,0...0,5
При скорости ветра более 5...6 м/с указанное время уплотнения
фунта уменьшают до двух раз. Качественное уплотнение фунта и ми­
нимальные осадки зимнего земляного полотна при его последующей
эксплуатации возможны только при попадании в насыпь офаниченного количества мерзлых комьев (табл. 8.4), так как при большом их
объеме фунт насыпи быстрее смерзается и хуже уплотняется.
Т а б л и ц а 8.4
Допустимый объем мерзлого грунта в теле насыпи
Характеристика климата
Суровый
Средняя температура
воздуха зимой, °С
Ниже -15
Холодный
Умеренный
Теплый
288
Выше -5
Допустимое количество
мерзлых комьев, %
Величина мерзлых комьев ограничивается способностью грун­
тоуплотняющего средства раздавливать их основную часть на более
мелкие фрагменты (не более 80... 100 мм). При уплотнении пневмоколесными катками с нагрузкой на шину не ниже 4,5... 5,0 т
размеры мерзлых комьев не должны превышать 150...200 мм; при
использовании прицепных и самоходных шарнирно-сочлененных
виброкатков с гладкими или лучше кулачковыми вальцами и массой
вибровальцового модуля не менее 7...8 т — должны быть не более
200... 250 мм; при наличии трамбующих машин или плит на экскава­
торах, а также решетчатых или ребристых тяжелых катков —должны
быть не более 250...300 мм.
Катки с гладкими вальцами мало пригодны для уплотнения грунта
и зимних условиях в связи с незначительной толщиной уплотнения,
необходимостью большого фронта работ но укатке и быстрого промер­
зания фунта. Малоэффективны и катки на пневматических шинах.
Лучший способ уплотнения футов в зимнее время —фамбование,
при котором можно отсыпать фунт наиболее толстыми слоями.
При попадании в тело насыпи мерзлых комьев наряду с фамбовочными машинами целесообразно применять решетчатые катки,
уплотняющие слой фунта до 50 см. Масса катка не должна быть
менее 25 т. Кроме того, можно использовать и тяжелые кулачковые
виброкатки, режим работы которых близок к вибротрамбующему.
Таким образом, в зимних условиях в промышленном и фажданском сфоительстве следует применять фамбовочные машины и на­
весные фамбующие плиты на факторе, позволяющие производить
работы на узком фронте и при значительной толщине уплотняемого
слоя фунта. При этом статическое давление под фамбующей плитой
должно составлять не менее 1,5... 2,0 МПа.
8.4. Земляное полотно в условиях вечной мерзлоты
Под термином «вечномерзлые» понимают многолетнемерзлые
фунты, температура которых остается офицательной независимо
от сезонных изменений температуры воздуха в течение длительно­
го периода (годы, сотни, тысячи лет). На территории России эти
фунты занимают более 65 % площади сфаны в Восточной Сибири,
на Крайнем Севере, в Якутии и на Дальнем Востоке. В отдельных
местах (Оймякон, Верхоянск) зимняя температура достигает -72 "С,
а летом повышается до +25 "С. Самыми холодными месяцами в году
являются декабрь, январь и февраль. Ручьи, малые и средние реки
в этих местах полностью промерзают уже в начале января, а паводок
проходит в конце мая — начале июня.
В теплый период года грунт оттаивает на некоторую глубину,
а с наступлением зимы вновь замерзает — этот слой называется
деятельным (рис. 8.1).
289
Рис. 8.1. Схема размещения различных слоев грунта в условиях «вечной»
мерзлоты:
1 —деятельный слой; 2,3 —соответственно верхняя и нижняя границы вечномерзлых
фунтов; 4 — фунты при положительной температуре
В верхних горизонтах, как правило, преобладают мощные залежи
пылеватых суглинков, супесей и других мелкозернистых льдонасы­
щенных отложений. Под поверхностью могут протекать фунтовые
воды, которые в зависимости от расположения относительно толщи
вечной мерзлоты подразделяются на три категории:
• надмерзлотные, залегающие над верхней границей вечной
мерзлоты;
• межмерзлотные, расположенные в толще многолетнемерзлых
фунтов;
• подмерзлотные, залегающие под нижней границей вечной
мерзлоты.
Особенностями природных условий, влияющих на строительство
дорог, являются:
• наличие толщи вечной мерзлоты мощностью до 500 м;
• малая толщина деятельного слоя, равная 0,5 ...2,5 м, и наличие
в нем водо-льдонасыщенных глинистых и пылеватых фунтов;
• залегание на глубине до 10 м надмерзлотных вод, способствую­
щих переувлажнению земляного полотна и образованию наледей;
• наличие ледяных линз у верхней фаницы вечномерзлых фунтов;
• малая продолжительность периода с положительными темпера­
турами воздуха.
При промерзании фунтов происходит перераспределение влаги,
которое заключается в мифации ее к фанице промерзания. Вода!
заполнившая поры фунта, при замерзании увеличивается в объеме,
в результате чего происходит пучение земляного полотна, которое
из-за неоднородности фунтов не везде одинаково. Максимальная
величина пучения наблюдается в пылеватых и глинистых фунтах,
минимальная — в макропористых фунтах. Зимнее пучение вызывает
деформацию земляного полотна и нежестких покрытий и приводит
иногда к разрушению жестких.
290
В насыпях высотой до 0,8 м наблюдается понижение верхней гра­
ницы вечной мерзлоты, вызывающее деформации земляного полотна.
При высоте насыпи более 1 м с сохранением растительного слоя или
мохоторфяного покрова верхняя граница вечной мерзлоты может
повышаться, обеспечивая устойчивость земляного полотна.
При возведении земляного полотна просеку прорубают только
в пределах основания насыпи. Не допускается корчевка пней и на­
рушение растительного слоя. Мох для нужд строительства можно
снимать не ближе чем в 100 м от трассы. При строительстве автомо­
бильных дорог на высоких террасах, пологих склонах гор и плоских
водоразделах в грунтах, влажность которых во время оттаивания
не превышает предела текучести, земляное полотно возводят с обя­
зательным сохранением растительного слоя в основании.
Насыпи высотой до 2 м должны иметь откосы 1:5 (минимальное
заложение откосов может быть принято 1:3). При высоте от 2 до 6 м
заложение должно быть 1:4 (минимально — 1:2).
Насыпи высотой более 6 м следует проектировать из расчета обес­
печения устойчивости откосов. При строительстве дорог в каменистой
тундре, на склонах сопок при наличии скальных, гравийно-галечных
и песчаных грунтов, не содержащих линз льда, насыпи и выемки
должны иметь откосы 1:1,5, чтобы не быть занесенными снегом.
При выборе конструкции земляного полотна следует учитывать
форму рельефа и виды фунтов; глубину залегания вечной мерзлоты,
наличие местных карьеров фунта, изолирующих и утепляющих мате­
риалов и возможностей их заготовки, доставки без усфойства слож­
ных сооружений, а также условия эксплуатации и снегозаносимости
дороги; места заложения резервов и способы возведения земляного
полотна и необходимость усфойства снегозащиты и снегоудаления
в случае его возведения в зимний период. При сооружении земляного
полотна по возможности следует использовать бульдозеры.
В большинстве случаев работы по отсыпке насыпей высотой до 1 м
ведутся бульдозерами, доставляющими фунт из прифассового резер­
ва и автовозкой с разработкой фунта в карьере экскаватором.
При определении времени начала работ по усфойству земляного
полотна следует по климатическому справочнику выбирать период
с устойчивой температурой воздуха 5 °С, который соответствует оттаи­
ванию фунтов. Исходя из технологии производства работ и скорости
оттаивания определяют дату начала земляных работ. Если разработку
резерва принято вести слоями толщиной 20... 30 см, то начало работ
должно предусмафивать время на оттаивание слоя грунта после
снятия растительного слоя.
Строительство фуб и мостов возможно в любое время года, но пере­
броска сфоительного подразделения в осеннее и летнее время на зна­
чительные расстояния зафуднена. Из этих соображений строительство
искусственных сооружений надо предусматривать в зимнее время, а до­
ставку материалов и оборудования производить заблаговременно.
291
Зимой целесообразно выполнять:
• устройство автозимников вдоль строящейся дороги;
• доставку грузов, монтаж оборудования, строительство временных
зданий и сооружений;
• разработку выемок в грунтах, разжижающихся после оттаива­
ния;
• рытье котлованов и траншей в мерзлом грунте для опор мостов
и оснований труб;
• строительство мостов и труб;
• возведение насыпей на участках, для которых предусмотрено
сохранение основания в мерзлом состоянии.
Для обеспечения устойчивости земляного полотна необходимо
выполнить работы по водоотводу грунтовых и поверхностных вод
от дороги. С этой целью строят фильтрующие насыпи, мосты, трубы
и т. д. Отвод поверхностных вод от земляного полотна осуществляется
с помощью боковых водоотводных канав, нагорных мерзлотных ва­
ликов, водонепроницаемых замков и нагорных канав для перехвата
и отвода поверхностной воды с нагорной стороны земляного полотна,
а также при помощи деревянных лотков.
На рис. 8.2 показаны конструкции водоотводных сооружений,
устраиваемых для удаления воды с косогорных участков дороги. Глу­
бина сооружений — не менее 1 м от дневной поверхности; уклон —
не менее 30 ...40% ; рабочее сечение — не менее 0,5 м2; ширина
по дну — не менее 0,4 м.
Для отвода грунтовых вод в районах несливающейся вечной мерз­
лоты (деятельный слой зимой не сливается со слоем вечной мерзлоты)
устраивают дренажи.
Все водоотводные сооружения должны иметь устойчивое основа­
ние. Если грунты легко размываются, то дно и откосы кюветов и ка­
нав необходимо укреплять засевом трав, одиночным или двойным
слоем лугового или тундрового дерна, камнем на мху или устраивать
деревянные, каменные и бетонные лотки. Фильтрующие насыпи
рекомендуется сооружать в исключительных случаях: на водотоках,
действующих только в летнее время, не имеющих ледохода и карчехода
и не подверженных наледеобразованию. Насыпи в этом случае возводят
из камня одинаковой крупности (30...40 см), прочного, стойкого к вы­
ветриванию. Для предотвращения заливания грунтом сверху и с боков
фильтрующей насыпи необходимо устраивать изоляцию из мха или
торфа толщиной 10 см по слою щебня или гравия толщиной 20 см,
а входные и выходные поверхности укреплять камнем. Верхний слой
фильтрующей насыпи и дрены в верхнем бьефе должны возвышаться
над наивысшим подпорным горизонтом воды не менее чем на 0,5 м.
При производственном освоении многолетнемерзлых грунтов
особую актуальность приобретает охрана окружающей среды, так как
ландшафтные изменения при строительстве транспортных сооруже­
ния характеризуются всеми видами проявлений — от частичного на-
292
1
2
2
б
Рис. 8.2. Конструкции водоотводных сооружений:
а —утепленная канава; б — фильтрующее сооружение; 1 — снег; 2 — мох, торф; 3 ле­
жень; 4 — поперечник (d = 14...20 см); 5 — грунтовая засыпка (размеры указаны в м)
рушения растительного покрова при однократном проезде гусеничной
машины до его полного уничтожения при подготовке строительной
площадки. Поэтому в этих районах должна создаваться служба
мерзлотного контроля, в задачу которой входят изучение факторов,
влияющих на изменение мерзлотной обстановки под воздействием
технологических процессов, и обеспечение долгосрочного геокрио­
логического прогноза. Технология и организация производства работ
в районах вечной мерзлоты должны обеспечивать ее сохранение
в стабильном состоянии на весь период эксплуатации сооружения.
Высота насыпи земляного полотна, его конструкция утверждаются
службой мерзлотного контроля лишь в том случае, если представле­
ны гарантии сохранения мерзлых грунтов в естественном состоянии
и обеспечения естественного распределения паводковых стоков.
Надежность работы земляного полотна обеспечивается с помощью
боковых берм из торфа, намораживания торфяной плиты в нижней
части полотна или комбинированием этих методов с созданием
293
пологих откосов в виде теплоизоляционных торфяных присыпок
и приоткосных берм, а несущую способность насыпи повышают
за счет устройства в ее основании деревянного или сланевого на­
стила. Теплоизоляционный эффект насыпного полотна усиливается
при размещении его основания непосредственно на мохоторфяном
слое, а также при укладке в основание тепло- и гидроизоляционных
синтетических или природных материалов.
Заслуживает внимания американский способ создания развитой
сети дорог в арктическом исполнении на Аляске. В качестве теп­
лоизоляционного дорожного покрытия там используют прочную
конструкцию фирмы «Аркокемикл» из полиуретана с гидрофобным
наполнителем, который придает материалам гидроизоляционные
свойства. Конструктивно это покрытие представляет собой полотно
с нижним и верхним основаниями из синтетического полимера,
между которыми заключено несколько слоев пенополиуретана тол­
щиной 3... 8 мм. Каждый слой имеет плотную пленку на верхней
стороне и прочно приклеивается к пленке нижнего слоя. Полотно
может включать в себя частицы перлита, размещенные в составе
органического вяжущего, содержащего химически связанный пено­
полиуретан, под влиянием которого покрытие становится устойчивым
в условиях низких и высоких температур.
В холодное время года в результате промерзания поверхностных,
подрусловых и грунтовых вод могут образовываться наледи. Эти воды,
изливаясь на поверхность или оставаясь в пределах деятельного слоя,
замерзают и формируют наледные поля. Особенно интенсивно наледи
образуются, когда поток воды на небольшой глубине подстилается
водонепроницаемыми грунтами. В районах вечной мерзлоты, где
таким водоупором является верхняя граница толщи мерзлых грунтов,
возможность появления наледей также не исключена.
Возведение земляного полотна в районах вечной мерзлоты в не­
которых случаях может вызывать появление наледи на дороге, так
как при строительстве иногда удаляется растительный покров и грунт
уплотняется, что увеличивает скорость, глубину промерзания грунта
и создает мерзлотную перемычку, перехватывающую грунтовые воды.
Они представляют опасность для дорожного движения.
Образование наледей начинается в начале ноября и продолжается
до марта-апреля. К концу зимы их образование от поверхностных
и грунтовых вод уменьшается или вовсе прекращается, однако весной
наледь может расти за счет снеготаяния. Эти воды в теплое время
суток выклиниваются перед насыпью, а в холодное время замерзают,
постепенно накапливаясь и образуя наледь у дороги. В трубах, осо­
бенно длинных, талые воды замерзают и днем.
Одним из мероприятий, направленных на задержание наледи
с верховой стороны, является устройство мерзлотного пояса. Мерз­
лотный пояс представляет собой широкую канаву, под которой
грунт промерзает интенсивнее, чем в естественных условиях. Слой
294
сезонного промерзания в этом месте быстрее достигает водоупора,
вследствие чего создается мерзлотная перемычка на пути движения
воды. Простейшим мерзлотным поясом может служить расчищенная
ог снега полоса шириной до 5... 10 м. Постоянный мерзлотный пояс
устраивается с заглублением канавы в грунт до 1 м и шириной по дну
2...5 м. В длину он может достигать десятков и даже сотен метров,
пересекая всю ширину грунтового водотока.
8.5. Дорожное строительство на засоленных грунтах
Легкорастворимые соли в присутствии влаги понижают водоустой­
чивость грунтов земляного полотна. Избыток солей, превышающий
возможное растворение их в содержащейся в грунте влаге, препятствует
уплотнению засоленного грунта до требуемых параметров. Пригодность
засаленных грунтов для использования в земляном полотне устанавли­
вают в результате лабораторных исследований, на основе классифика­
ции грунтов по степени засоления и по качественному характеру.
Основными типами засоленных грунтов являются солонцы, со­
лончаки и такыры. Солонцы — это засоленные грунты, содержащие
в поверхностных слоях в свободном состоянии более 1 % легко­
растворимых хлористых, сернокислых и углекислых солей натрия,
кальция и магния.
Внутри и на окраинах песчаных пустынь в пониженных местах
встречаются ровные оголенные пространства, покрытые тяжелосу­
глинистыми засоленными грунтами, получившими название такыров.
Поверхность такыров в сухом состоянии отличается большой твердо­
стью из-за повышенного содержания в фунте глинисто-коллоидных
частиц и поглощенного нафия, поэтому при увлажнении фунт при­
обретает сильную липкость. После дождей такыры могут покрываться
водой слоем до 30... 40 см, а после высыхания они разделяются сеткой
полигональных фещ ин на отдельные фрагменты, края которых заг­
нуты кверху подобно кровле китайских пагод.
В районах с высоким уровнем залегания фунтовых вод всфечаются участки с сильно засоленными фунтами, называемыми солон­
чаками. Эти фунты отличаются плотной структурой и повышенной
связностью в течение сухого периода года. Однако при увлажнении
из-за наличия гифоскопических солей (NaCl, СаС12, MgCl2) засолен­
ные фунты бысфее теряют свою прочность и несущую способность.
Просыхают они гораздо медленнее незасоленных фунтов. В случае
избыточного засоления гигроскопическими солями при близком зале­
гании фунтовых вод к поверхности образуются «мокрые» солончаки,
сильно переувлажненные даже в сухое время года. Повышенное со­
держание сульфатов (Na2S04, MgS04) при увлажнении и снижение их
содержания при высыхании могут привести к разуплотнению фунтов
и даже к образованию «пухлых» солончаков.
295
Степень засоления грунтов характеризуется средним, выражен­
ным в процентах от массы сухого грунта, суммарным содержанием
легкорастворимых солей хлористого натрия, сернокислого натрия,
углекислого натрия в слое фунта, предназначенного для перемещения
в насыпь. По принятой дорожной классификации принято выделять
следующие виды засоления фунтов, %:
Слабозасоленные...................................................................................0 ,3 ... 1,0
Среднезасоленные................................................................................ 0,5... 8,0
Сильнозасоленные............................................................................. 2,0... 10,0
Избыточно засоленные.....................................................................5,0... 10,0
При определении возможности применения фунтов для дорож­
ного сфоительства учитываются качественный характер солей, дорожно-климатическая зона, а также степень засоления.
Допускается использовать при возведении земляного полотна
фунты, имеющие засоление, %:
Гипсом.......................................................................................................... Д о 3,0
Хлоридное................................................................................................... До 2,0
Сульфатно-хлоридное..........................................................................1,0... 2,0
Хлоридно-сульфатное........ .................................................................0,3... 1,0
Сульфатное....................................................................................................... 0,3
При невозможности обхода фассой дороги участков с избыточно
засоленными фунтами земляное полотно отсыпают из незасоленных
или слабозасоленных фунтов, желательно дренирующих, с принятием
мер против их засоления.
В условиях сильнозасоленных фунтов земляное полотно устраи­
вают в насыпях с возвышением низа консфукции дорожной одежды
над поверхностью земли и над уровнем фунтовых вод на 20 % больше,
чем при обычных доброкачественных фунтах.
При сильнозасоленных связных фунтах и невозможности или
нецелесообразности усфойства насыпей фебуемой высоты для по­
вышения устойчивости земляного полотна и предотвращения избы­
точного засоления по капиллярам фунта верхних слоев в теле насыпи
на всю ее ширину на глубине 65...75 см или непосредственно под
одеждой усфаивают капилляропрерывающую прослойку толщиной
15... 20 см из фавия размером 10... 20 мм. Для предохранения фунтов
от зафязнения снизу и сверху ее укладывают слои крупного песка
или каменной мелочи толщиной 3... 5 см.
Консфукгивные профили дорог на засоленных фунтах приведены
на рис. 8.3.
На рис. 8.3, а изображен профиль с крутизной откосов 1:3 при
высоте насыпи до 2 м. При большей высоте насыпей или при насы­
пях из привозных фунтов (рис. 8.3, б) крутизну откосов принимают
1:1,5 при слабозасоленных и 1:2 при сильнозасоленных фунтах. Для
296
б
в
Рис. 8.3. Конструктивные профили:
а — с крутизной откосов 1 :3 при высоте насыпи до 2 м;б — при большей высоте на­
сыпей или при насыпях из привозных фунтов; в — с продольными лотками
улучшения отвода воды из резервов в них на расстоянии 0,5... 1,0 м
от внешнего края устраивают продольные лотки (рис. 8.3, в). На со­
лончаках и солонцах при необеспеченном отводе воды из резервов воз­
водят бермы шириной 1,5...2,0 м между подошвой насыпи и резервом
(рис. 8.3, б). При сооружении насыпи на солончаках одновременно
с устройством ирригационных каналов совмещают резервы с коллек­
торами глубиной до 2,5... 3,0 м. В этом случае между подошвой насыпи
и бровкой коллектора оставляют берму шириной не менее 3...4 м.
Крутизну откосов коллекторов и внешних откосов резервов принимают
1:1.5. При необходимости пересечения мокрых солончаков (глинистых
и суглинистых), находящихся в переувлажненном состоянии вследствие
близкого залегания грунтовых вод, насыпи возводят из привозного
грунта, желательно песчаного или супесчаного.
Земляные работы начинают выполнять тогда, когда влажность
грунта близка к оптимальной. Наиболее рациональными периодами
для производства земляных работ на засоленных фунтах являются:
на глинистых солончаках с высоким уровнем фунтовых вод — лето
и осень (до начала дождей); на песчаных солончаках с высоким
уровнем фунтовых вод — весна, начало лета. В условиях сильного
засоления фунтов при отсыпке невысоких насыпей земляные работы
производят весной, когда засоление в верхних горизонтах (резервах
глубиной 0,5 м) понижается.
297
Тонкие корки солей, встречающиеся летом на солончаках, перед
возведением насыпи срезают бульдозером с поверхности резервов
и основания насыпей и отодвигают на 15...20 м от резервов.
Грунт разрабатывают в резервах с перемещением в насыпь бульдо­
зерами или автогрейдерами. Грейдер-элеватор применяется для воз­
ведения насыпей на солончаках при залегании фунтовых вод не ближе
1 м к поверхности земли. Насыпи из привозного фунта на солончаках
возводят скреперами или автомобилями-самосвалами (в зависимости
от дальности возки); отсыпку фунта ведут «с головы». Насыпь усфаивают сначала выше рабочей отметки, но не на полную ширину земля­
ного полотна, затем бульдозерами надвигают фунт с одновременным
его уплотнением. Во избежание прилипания фунта влажность при
уплотнении маловодоустойчивых солонцовых и такырных фунтов
доводят до 0,9 от оптимальной. При естественной влажности связного
фунта выше оптимальной уплотнение каждого слоя начинают лишь
после его предварительного подсушивания на воздухе.
В засоленных фунтах при возведении насыпей соблюдают сле­
дующие правила. В сильнозасоленных суглинистых и пылеватых
фунтах, содержащих более 3 % водорастворимых солей, в насыпи
на высоте 0,3... 0,5 м от низа дорожной одежды усфаивают прослойку
толщиной 10... 15 см из фавия или щебня с размерами частиц от 5
до 50 мм, которую укладывают на крупнозернистый песок толщиной
5 см. На такырах сооружают безюоветный и безрезервный профиль
дорог без покрытия. Грунт на образование насыпей снимают тонким
слоем с полосы шириной по 30 м в каждую сторону от насыпи.
В засоленных фунтах резервы закладывают из расчета, что дно
резерва должно находиться на 0,20 ...0,25 м выше максимального
уровня фунтовых вод. Поперечные отводы воды в пониженных ме­
стах усфаивают чаще обычного и не реже чем через 0,5 км. Откосы
насыпи делаются более пологими, чем в обычных условиях.
8.6. Возведение земляного полотна
на слабых и переувлажненных грунтах
Показатели естественной влажности фунтов, используемых при
возведении земляного полотна автомобильных дорог, изменяются
в широких пределах и, как правило, отличаются от показателей
оптимальной влажности, соответствующей этим фунтам. В соответ­
ствии со СНиП 2.05.02-85 фунты земляного полотна подразделяются
по степени увлажнения на недоувлажненные; нормальной влажности;
повышенной влажности и переувлажненные.
К фунтам с допустимой влажностью относятся фунты, влажность
которых соответствует фебованиям табл. 8.5.
Аналогичные ф аницы допустимой влажности предусмотрены
СНиП 3.06.03-85. В соответствии с этим нормативным документом
298
Т аблица 8.5
Допустимая влажность для различных типов грунтов
Грунты
Допустимая влажность WmaX9 в долях
от оптимальной, при требуемом коэф­
фициенте уплотнения грунта
Более 1,00 1,00 ...0,98
0,95
0,90
Пески пылеватые, супеси легкие
крупные
1,30
1,35
1,60
1,60
Супеси легкие и пылеватые
1 ,2 0
1,25
1,35
1,60
Супеси тяжелые пылеватые; су­
глинки легкие и легкие пылеватые
1,10
1,15
1,30
1,50
Суглинки тяжелые и тяжелые
пылеватые, глина
1 ,0 0
1,05
1 ,2 0
1,30
П р и м е ч а н и я . 1. При возведении насыпей из непылеватых песков в летних
условиях допустимая влажность не ограничивается.
2. Данные ограничения не распространяются на насыпи, возводимые гидро­
намывом.
* 3. При возведении насыпей в зимних условиях влажность не должна, как
правило, быть более 1,3 W0 — при песчаных и непылеватых супесчаных; 1,2 W0 —
при супесчаных пылеватых и суглинках легких; 1,1 W0 — при других связных
фунтов.
4. Допустимая влажность фунта может уточняться с учетом технологических
возможностей имеющихся в наличии уплотняющих средств в соответствии
с нормами СНиП 3.06.03-85.
влажность фунтов, уплотняемых катками на пневмошинах, по отно­
шению к оптимальному значению, определяемому по ГОСТ 22733—77,
не должна превышать приведенные в табл. 8.6 значения.
При наличии фунтов повышенной влажности можно выполнять
следующие работы по сооружению земляного полотна: устройство
сооружений для дренажа и водоотвода; разработка фунтов в выемках,
в резервах — с перемещением их в насыпь; сооружение насыпи, в том
числе с устройством осушающих прослоек и осушением добавками;
складирование фунта в насыпных бермах, банкетах, отвалах; укреп­
ление откосов; устройство противооползневых и других защитных
сооружений.
При работе с грунтами повышенной влажности во избежание
дополнительного увлажнения следует обеспечивать своевременный
и постоянный отвод поверхностных ливневых и талых вод. Не допус­
кается выполнять работы, затрудняющие сток влаги и ее испарение
(рыхление, подготовка забоев, устройство котлованов и бессточных
заглублений и т.п.), при фунтах повышенной влажности.
299
Т а б л и ц а 8.6
Допустимая влажность грунтов при уплотнении их пневмокатками
Пески пылеватые, супеси
легкие крупные
0,95
0,90
Не более
1,35
Не более
1,60
Не норми­
руется
0,80...1,25
0,75... 1,35
0,70... 1,60
0,80... 1,20
0,75... 1,40
0,90... 1,10
0,85... 1,20
0,95... 1,05
•
•
•
Суглинки тяжелые и тяжелые
пылеватые, глина
>•
Супеси тяжелые пылеватые;
суглинки легкие и легкие
пылеватые
о
Супеси легкие и пылеватые
1,00...0,98
00
Грунты
Влажность при требуемом коэффициенте
уплотнения
Система водоотвода поверхностных вод с территории производства
работ включает в себя:
• водоотводные и нагорные канавы для перехвата поверхностного
стока с верховой стороны;
• заблаговременную планировку рабочей площадки с образовани­
ем уклонов поверхности для улучшения стока атмосферных осадков
и талых вод;
• водосборные и водоотводные канавы из пониженных мест;
• защитные валы, призмы и банкеты, преграждающие поверх­
ностный сток с верховой стороны.
Для обеспечения водоотвода в максимальной степени должны быть
использованы постоянные сооружения, предусмотренные проектом.
В случае невозможности их сохранения в процессе строительства
на период производства работ устраивают временные сооружения.
Проложение водоотводных канав и отсыпка банкетов должны быть
увязаны с размещением в плане забоев, дорог для перевозки грунта,
проездов и линий коммуникаций.
Геометрические параметры временных водоотводных устройств
должны быть рассчитаны на пропуск ливневого стока с повторяемо­
стью, в три раза большей срока строительства сооружения. Бровка
временных водоотводных канав или защитных валов должна возвы­
шаться над расчетным уровнем воды не менее чем на 0,1 м. Продоль­
ный уклон водоотводных канав должен составлять не менее 3 %.
При земляных работах в грунтах повышенной влажности или ис­
пользовании их в качестве оснований целесообразно предусматривать
мероприятия по заблаговременному снижению влажности: устройство
дренажей, поглощающих колодцев, водоотводящих систем и др.
300
Размещение, конструкция и расчетное время действия осушительных
устройств устанавливаются индивидуально, по нормам проектирования
мелиоративных систем с учетом временного характера сооружений.
В случае выпадения дождя до окончания уплотнения продолжать
укатку связного грунта можно после срезки и удаления во временный
отвал верхнего разжиженного слоя толщиной 10... 15 см.
Для защиты забоя или насыпи от увлажнения осадками можно
применять набрызг гидрофобизирущих веществ или пленочные
покрытия из полимерных материалов (в случае экономической це­
лесообразности) .
Перехватывающий дренаж, предупреждающий выход грунтовых
вод на откосы выемки, устраивают, как правило, до начала разра­
ботки выемки.
Постоянный подкюветный дренаж в нулевых отметках и при
наличии невысоких насыпей, сооружаемых продольной возкой,
устраивают заблаговременно, в выемках — сразу после выхода на со­
ответствующую отметку дренирования.
При устройстве дренажей в глинистых слоях высокой и избыточ­
ной влажности грунт из траншей следует вывозить в кавальер или
укладывать в банкет за пределами основания земляного полотна.
Грунты повышенной влажности могут быть использованы при
условии достижения к моменту окончания строительства дороги
требуемой прочности и устойчивости земляного полотна. Плотность
грунтов в земляном полотне, предъявленной к сдаче в эксплуатацию
дороги, должна соответствовать нормативным требованиям.
При производстве земляных работ следует учитывать вид грунта
и его свойства при различной влажности; несущую способность
естественных оснований и насыпных слоев; изменение влажности
при уплотнении во времени под действием собственной массы (кон­
солидации); изменение влажности в результате естественного просушивания или влагонакопления (с учетом погодных условий в период
производства земляных работ); возможность осушения и укрепления
путем введения в фунт инертных или активных добавок.
Рекомендуемый способ разработки выемок и сооружений насыпей
из фунтов повышенной влажности принимают на основе технико­
экономического сравнения вариантов.
При отсыпке в насыпь фунтов допустимой степени переувлажне­
ния возможно применение типовой технологии разработки, ф анспортирования, отсыпки, укатки и планировки фунта. При более
высокой влажности связных грунтов следует применять машины
на гусеничном ходу и предусмафивать устройство временных дорог
для перевозки фунта или укладку на существующих дорогах покрытий
сборно-разборного или облегченного типа.
Для разработки и перемещения связных фунтов высокой степени
влажности целесообразно применять бульдозеры с гусеницами уве­
личенной ширины (болотной модификации).
301
Резание грунтов повышенной влажности бульдозерами в сухую
погоду рационально производить по гребенчатой схеме, оставляя
перемычки шириной 1,0... 1,5 м. Грунт в насыпи в этих условиях также
следует распределять полосами, между которыми должны оставаться
промежутки шириной 0,5... 1,0 м. Они заполняются повторными про­
ходами непосредственно перед подготовкой захватки к уплотнению.
Указанные приемы ускоряют высушивание грунта.
При повышении влажности глинистых грунтов производитель­
ность бульдозеров уменьшается в 1,5 —3 раза из-за прилипания их
к отвалу, поэтому на поверхность рабочего органа бульдозера наносят
гидрофобизирущую смазку.
Прицепные скреперы целесообразно использовать при разработке
грунта повышенной влажности в выемках или притрассовых карье­
рах и перемещении его в насыпь или карьер на расстояние от 80
до 600 м; самоходные скреперы применяют при удалении фунтового
резерва от места укладки на расстояние 600... 3000 м. Прицепными
скреперами с гусеничным тягачом можно разрабатывать связные
фунты допустимой и средней, а несвязные фунты — любой степени
переувлажнения; самоходными скреперами можно зарезать связные
фунты допустимой, а несвязные — допустимой и средней степеней
переувлажнения. Разработка фунтов повышенной влажности скрепе­
рами выполняется без предварительного рыхления с использованием
толкачей на гусеничном ходу. Один толкач обеспечивает работу звена
скреперов из пяти-шести машин.
Производительность скреперов существенно снижается при повы­
шении влажности глинистых фунтов. Основными причинами этого
являются повышенная липкость фунта и ухудшение проходимости ма­
шин вследствие усиления колееобразования. Уменьшить влияние этих
факторов можно гидрофобизирующей смазкой внутренней поверх­
ности ковша, снижением давления в шинах до (2,5...3,0)-105 Па.
Разработку фунтов повышенной влажности в выемках или при­
трассовых карьерах при расстоянии перемещения более 80 м для
связных фунтов высокой степени переувлажнения, более 600 м —для
связных фунтов средней степени переувлажнения, более 3 000 м —для
всех видов фунтов целесообразно выполнять экскаватором с пере­
возкой фунта автомобилями-самосвалами.
Связные фунты высокой и избыточной степени переувлажнения,
а также несвязные грунты избыточной степени переувлажнения
следует разрабатывать преимущественно экскаватором-драглайном.
Движение автомобилей-самосвалов повышенной проходимости
осуществляется на верхнем уровне забоя, где находится и рабочая
площадка экскаватора.
Фронтальные гусеничные пофузчики целесообразно применять
в комплекте с бульдозерами для пофузки в автомобили-самосвалы
несвязных и малосвязных фунтов повышенной влажности в резервах
и прифассовых карьерах при прочном основании забоя.
302
Послойную отсыпку используют при возведении насыпи из грун­
тов допустимой и средней степеней переувлажнения, при этом толщи­
ну технологических определяют пробной укаткой. Перед уплотнением
поверхность каждого слоя выравнивают бульдозером, а в процессе
укатки, особенно на завершающих этапах, проводят планировку
поверхности с преданием поперечным уклонам значения 40...50 %о.
Наличие на поверхности колей, местных углублений и возвышений
в процессе укатки и после ее окончания не допускается.
Грунты высокой и избыточной степени переувлажнения, уплотне­
ние которых происходит в процессе консолидации, транспортируют
автомобилями-самосвалами и погружают в насыпь способом «вприжим» с расчетом получить слой проектной толщины. Аналогичным
способом отсыпают кавальер и другие насыпи, не требующие уплот­
нения. При недостаточной несущей способности глинистого слоя
вышележащий слой более сухою или дренирующего грунта отсыпают
«от себя» с надвижкой бульдозером и последующим уплотнением
и планировкой.
Для ускорения консолидации грунтов повышенной влажности
предусматривают специальные конструктивные и технологические
мероприятия.
Уплотнение глинистых грунтов допустимой степени переувлажне­
ния до требуемой плотности проводят в два этапа: на первом этапе —
катками на пневматических шинах массой 10... 15 т (без балласта)
с пониженным до 0,2 ...0,3 МПа давлением в шинах за четыре-шесть
проходов; на втором этапе тяжелыми катками на пневматических
шинах массой 15... 25 т с давлением в шинах более 0,5 МПа за четыре-шесть проходов. Толщину слоя и требуемое число проходов катка
определяют пробной укаткой.
Уплотнение грунтов средней степени переувлажнения до наи­
большей (при данной влажности) плотности (Ку > 0,90) осущест­
вляют прицепными катками на пневматических шинах с гусеничной
тягой средней массы (без балласта) с пониженным до 0,2 ...0,3 МПа
давлением в шинах. Возможность использования тяжелых катков,
а также толщину слоев и требуемое число проходов катка определяют
пробной укаткой.
В связи с агрегированностью структуры грунтов повышенной
влажности особое внимание необходимо уделять контролю равномер­
ности уплотнения. При увеличении по мере укатки колееобразования
и выдавливания грунта из-под вальцов укатку следует прекращать,
так как дальнейшее увеличение числа проходов катка ослабляет
естественную структурную прочность грунта.
Главным препятствием для уплотнения машинами глинистых
грунтов повышенной влажности является их недостаточная проч­
ность. Нагрузку, при которой происходит выдавливание грунта
из-под катка без изменения его объема, проф. Н.Я.Хархута назвал
пределом прочности.
303
Тяжелые глинистые грунты повышенной влажности не удается
уплотнять до расчетных параметров путем увеличения количества
проходов катка. Процесс уплотнения таких грунтов машинами про­
исходит в основном за счет вдавливания воздуха, так как избыточная
вода в них практически не отжимается. Поэтому при избыточной
влажности грунт уплотняется только до определенной степени,
соответствующей данной влажности. Вследствие малой водопро­
ницаемости таких грунтов отжатие из них поровой воды возможно
лишь при длительном воздействии нагрузки, создающей достаточный
коэффициент фильтрации. Если контактное давление не намного
превышает предел прочности и выдавливание из-под колеса незна­
чительно, то уже за один-два прохода катка ликвидируются крупные
комья и слой приобретает однородность.
Увеличение количества проходов уплотняющей техники по одному
следу может привести лишь к снижению прочности слоя, но плот­
ность его практически не возрастает.
8.7.
Возведение земляного полотна
на косогорных участках и в горных условиях
При устройстве земляного полотна на косогорах технологию работ
определяют его конструктивные особенности и грунтово-геологические условия местности. Наиболее приемлемой для строительства
является раскрытая выемка или полувыемка. При крутых и высоких
склонах и откосах для удержания осыпающего грунта со склона и вер­
хового откоса устраивают верховые бермы или берму с подпорной
стенкой. При недостаточной устойчивости верховой части склона
или откоса может потребоваться верховая подпорная или одевающая
стенка. Подпорные стенки, как верховые, так и низовые, строят от­
дельными секциями в наиболее сухой период года, т. е. с соблюдением
мер, исключающих нарушение устойчивости грунтов. Их возводят
из сборного или монолитного железобетона, а также могут приме­
няться габионные конструкции.
Работу машин организуют с учетом особенностей местности. Так,
при работе бульдозеров под уклон производительность увеличивается,
а при работе в гору — понижается. Особое внимание надо обращать
на соблюдение мер безопасности, предотвращать возможность об­
разования козырьков грунта при работе экскаваторов, принимать
меры против сползания и опрокидывания машин, освещать объекты
работы в ночное время.
Возведение земляного полотна на косогорах включает в себя:
• восстановление трассы;
• устройство пешеходной тропы;
• обеспечение рабочего проезда;
• возведение земляного полотна полного профиля.
304
Устройство пешеходной тропы возможно в уровне отметок верха
земляного полотна строящейся дороги, в верхней части и в пределах
проектного поперечника. Иногда пешеходную тропу выносят за пре­
делы проектного поперечника, преимущественно выше по косогору,
из-за встретившихся скальных выступов, обрывистых склонов и дру­
гих труднодоступных мест. Рабочий проезд устраивают чаще всего
путем расширения пешеходной тропы до 3,5... 4,0 м бульдозером, что
позволяет обеспечить проезд построечного транспорта и дорожных
машин к местам сосредоточенных работ. Для повышения произво­
дительности бульдозера вертикальную режущую кромку ножа усили­
вают зубьями, которые предохраняют его от одностороннего износа.
Полку рабочего проезда оборудуют временными переездами через
водотоки, по возможности устраивают постоянные водопропускные
сооружения хотя бы на половине проектной ширины.
После обеспечения рабочего проезда приступают к строительству
мостов, труб, подпорных стенок, к выполнению земляных работ
с требуемым суточным объемом.
Возведение земляного полотна полного профиля при устройстве
полувыемки ведут по одной из схем, представленных на рис. 8.4.
При расположении полки рабочего проезда в проектных отметках
земляного полотна разработку фунта проводят постепенным расши­
рением ее в сторону косогора бульдозером или экскаватором. При
этом возможно применение взрывных методов и уборка оставшейся
разрыхленной массы бульдозером.
При разработке фунтов на косогорном участке двумя бульдозерами
один из них перемещается выше и впереди второго, который зарезает
и перемещает фунт на полосу рабочего проезда, а первый бульдозер
фанспортирует его по готовой части земляного полотна в отвал. Рабо­
та осуществляется одновременно на двух захватках длиной 35... 50 м.
Когда один бульдозер разрабатывает фунт на первой захватке, нахо­
дящийся ниже второй бульдозер перемещает его под откос в створе
со второй захваткой. Затем они одновременно меняют захватки. В про­
цессе разработки крайней приоткосной захватки верхний бульдозер
одновременно с помощью откосника или автофейдер своим отвалом
осуществляет планировку верхового откоса. Нижний бульдозер рабо­
тает с более высокой производительностью, чем верхний, так как ему
не приходится разрабатывать фунт естественной плотности.
При разработке фунта экскаваторами на первом уступе работает
экскаватор с меньшей емкостью ковша, который разрабатывает фунт
и разгружает его непосредственно под откос. После этого второй
экскаватор с большей емкостью ковша дорабатывает фунт во втором
уступе до проектных очертаний. Разработанный им объем грунта
бульдозером перемещается под откос.
Разработку фунта взрывным способом и уборку его бульдозером
осуществляют на захватке большей протяженности, так как фебуется
участок для подготовки взрывов и участок, на протяжении которого
305
AZM // / /Я М ///'Л / /// // / /2.
%
///////////sza
в
Рис. 8.4. Типовые поперечные профили дороги на косогорах:
а — раскрытая выемка; б — полувыемка-полунасыпь; в — на крутых косогорах;
г — на крутых косогорах при затяжных откосах насыпи; д — с верховой подпорной
стенкой
306
скважины для взрывов уже подготовлены. Взрывы ведут в такое вре­
мя , когда они в меньшей степени сдерживают работу машин (во время
обеденного перерыва и между сменами).
После окончания основных работ по возведению насыпи или выем­
ки производят планировку, а затем укрепление поверхности земляного
полотна. Планировка необходима для того, чтобы выровнять верхнюю
часть земляного полотна и откосы в соответствии с проектными от­
метками. Планировку откосов насыпи выполняют после планировки
поверхности земляного полотна, а в выемках, наоборот, сначала пла­
нируют откосы, а потом дно выемки. После планировки целесообразно
сразу укрепить откосы для зашиты их от размыва водой или воздействия
других факторов. Планировку поверхности насьши и дна выемки выпол­
няют автогрейдерами. Эту работу рационально осуществлять машинами,
оборудованными системой автоматического управления отвалом.
Пологие откосы насыпей с заложением 1:3 и более планируют
автогрейдером при непосредственном движении по ним. Пологие
откосы (1:4 и более) можно планировать бульдозером при движении
непосредственно по откосу перпендикулярно оси дороги сверху вниз.
Крутые откосы с заложением 1:3 и менее планируют автогрейдером
или бульдозером, оборудованным удлинителем ножа, с выносом его
в сторону. Откосы высоких насыпей и глубоких выемок планируют
с помощью экскаваторов. При насыпях до 5...7 м целесообразно
применять экскаватор-планировщик с телескопической стрелой; при
большой высоте насыпей (до 14 м) — экскаватор с двухотвальным
планировщиком или драглайн с обычным ковшом.
При планировке откосов осуществляют контроль за ровностью
поверхности и соблюдением необходимого уклона откоса. Для этого
применяют переносные откосные лекала различных конструкций.
Земляное полотно горных дорог существенно отличается от та­
кового в равнинной местности: дорога часто проходит по склонам;
высокие насыпи часто чередуются с глубокими выемками и полувыемками; в конструкцию нередко входят в больших объемах сложные
специальные сооружения; постройку земляного полотна в скальных
грунтах ведут взрывным способом. Стоимость этих работ достигает
55... 60 % общей стоимости дороги.
Производство работ при строительстве автодорог в горной мест­
ности характеризуется следующими особенностями:
• изменение многих важнейших в строительном отношении фак­
торов на очень коротких отрезках склонов;
• под воздействием снежных лавин и селей, обвальных, оползневых
и других явлений участки земляного полотна горных дорог медленно,
а иногда и внезапно разрушаются;
• при возведении земляного полотна снижается устойчивость по­
род подсекаемой или нагружаемой части склона;
• в ряде горных районов возможны резкая перемена погоды, ка­
тастрофическое повышение уровня горных потоков, оттепели;
307
• строительство горных дорог развертывается в районах со слабой
сетью железных дорог, что приводит к необходимости иметь одну базу
снабжения строительства с удалением ее на 60... 80 км от строящейся
автодороги;
• к строящейся дороге нет автомобильного подъезда;
• при строительстве дороги возникает необходимость взрывных
работ.
В горных районах к буровзрывным работам прибегают в основном
при устройстве выемок. Использование скальных грунтов для воз­
ведения земляного полотна выгодно при разработке смежных выемок
и малой (до 50...75 м) дальности перемещения взорванной горной
породы (при использовании для перемещения бульдозеров) или при
перемещении взорванной породы из выемки в насыпь взрывом.
При разработке выемок применяют три способа взрывов: рыхле­
ние скальных пород, выброс их и направленный сброс.
При рыхлении скального грунта обеспечиваются дальнейшая
разработка породы экскаваторами с прямой лопатой и погрузка
ее в транспортные средства. В этом случае требуются наименьший
объем буровых и взрывных работ и минимальный расход ВВ, однако
исключаются транспортные работы по удалению грунта в отвал.
При взрывах с направленным сбросом горная порода разрушается
и скальный грунт укладывается в насыпь без погрузки и транспорти­
рования. Несмотря на повышенный расход ВВ этот способ наиболее
экономичен, но требует соответствующих расчетов и технико-эконо­
мического обоснования.
При разработке средних и мелких выемок целесообразно приме­
нять взрыв на сброс, а при больших объемах работ — направленный
сброс. Во всех случаях шпуры или скважины следует располагать так,
чтобы после взрыва поперечный профиль больше соответствовал
проектному.
При строительстве автомобильных дорог в горной местности земля­
ное полотно возводят преимущественно из скальных пород. Технология
устройства полотна имеет ряд особенностей. Основная часть общего
объема земляных работ приходится на скальные породы, что повышает
трудоемкость и стоимость работ. При этом обычные методы рыхления
и резания грунта не пригодны из-за значительного сопротивления. Для
разрыхления таких пород применяют комплекс буровзрывных работ.
Разрыхленная скальная порода обладает хотя и меньшей, чем гор­
ный массив, но все же повышенной прочностью, поэтому ее погрузка
в транспортные средства, разравнивание и уплотнение в насыпи тре­
буют ббльших трудозатрат, чем при разработке обычных грунтов.
Для горной местности характерна большая неоднородность про­
дольного и поперечного профилей. На коротких участках чередуются
выемки, насыпи, полунасыпи-полувыемки. Очень изменяются и фи­
зико-механические свойства фунтов. Вследствие этого могут менять­
ся и технологические приемы возведения полотна вдоль фассы.
308
х в скальных грунтах устраивают как насы
возводят из привозных скальных грунтов
)тке выемок, или из нескальных г р у н т о в .
грун
тах состоит из следующих операций: подготовительные, буровые,
также
для укладки ее в насыпь, дооаботка выемки
очертания.
трудоемкими
буровые
комплексе
буровзрывных работ.
В дорожном строительстве производство буровзрывных работ
осуществляется преимущественно шпуровым методом (диаметр
шпура —;
—до 75 мм, глубина — менее 5 м) с высотой уступов
массиве 2 . 3 м, иногда до 6 м, реже — скважинным
уступа
Метод шпуровых зарядов применяется при небольшом объеме
взрывных работ и там, где неприменимы другие методы. Он позвополучать
распределения
Метод шпуровых зарядов очень трудоемкий, так как требует
значительных расходов на бурение шпуров вследствие их близкого
расположения друг к другу, поэтому шпуровые заряды используются
только в следующих случаях:
• при рыхлении мерзлых грунтов и корчевке пней;
зачистке откосов в скальных породах при производстве выемок
и полувыемок на выброс и сброс и доработке их до проектной ве­
личины;
• дроблении негабарита, крупных валунов, фундаментов и камен­
ных (бетонных) конструкций, подлежащих разборке;
• проходке в скальных породах туннелей, шурфов и штолен;
• расчистке дорожных завалов в горных местностях;
• рыхлении скальной породы при устройстве мелких выемок.
При одной открытой поверхности шпуры выбуриваются перпендикулярно ей, а при двух открытых поверхностях
параллельно
одной из них (рис. 8.5).
Глубина шпуров в скальных породах зависит от крепости этих пород
и бурится больше глубины (высоты) разрабатываемого массива в креп­
ких породах — на 10... 15 %, в породах средней крепости — на 5... 10 %,
а в мягких породах и при разработке мерзлого грунта — без перебура.
Глубина перебура /пб, м, может быть определена по формуле
М1б “
пб ’
(8.5)
где А'пб — коэффициент перебура
при породах средней крепости 4...6, при мягких породах — 1...2%;
d — диаметр шпура, м.
309
а
б
в
Рис. 8.5. Расположение шпуров или скважин:
а — при одной открытой поверхности; б — при двух открытых поверхностях; в — на­
клонные шпуры (или скважины), параллельные одной из открытых поверхностей
Величина шпурового заряда рыхления С рассчитывается по фор­
муле
С = КтНһ£,
(8.6)
где К — удельный расход ВВ, кг/м3; т — коэффициент сближения
зарядов, принимаемый равным 0,9... 1,6 (в зависимости от прочности
взрываемой породы); Н — высота уступа, м; Лр — расчетная линия
сопротивления, м, принимаемая при одной открытой поверхности
0,9... 1,0 Н, а при двух открытых поверхностях — 0,7... 1,0 Н.
Расчетная линия сопротивления измеряется в этом случае на уров­
не подошвы уступа или рассчитывается по формуле
(8.7)
При строительстве дорог чаще всего применяют механические спо­
собы бурения (вращательный, ударный и ударно-вращательный).
Эффективность бурения зависит от прочности пород и оценива­
ется скоростью бурения (табл. 8.7).
Вращательный способ применяют для бурения мягких и средних
скальных пород ГУ—VI групп. Принцип вращательного бурения
основан на снятии резцом стружки под действием осевого и враща­
тельного усилий. Скорость бурения зависит от прочности породы,
осевого усилия, скорости вращения резца и его формы, способа
удаления разрушенного каменного материала.
310
Т а б л и ц а 8.7
Затраты времени на бурение шпуров в скальных породах
различной прочности
Скальный грунт
Группа
Время стандарт­
по трудности ного бурения
разработки 1 м шпура, мин
Гкпс, глина твердая кембрийская, дресва,
конгломерат слабосцементированный
IV
3,1
мягкии
тый выветрившийся; коренные глубинные
породы (граниты, гнейсы, габбро-диокрупнозернистые
ракушечники
V
4,2
Ангидрит; известняк мергелистый слабый;
коренные глубинные породы среднезер­
нистые выветрившиеся; песчаники слабые
на известковом цементе
VI
5,7
Доломит, змеевик, кварцит сланцевый
выветрившийся; коренные глубинные
породы мелкозернистые выветрившиеся;
коренные излившиеся породы (андезиты,
базальты, трахиты) сильновыветрившиеся
VII
7,7
Известняк крепкий доломитизированный;
кварцит сланцевый, конгломерат из оса­
дочных пород на известковом и крем­
нистом цементе; коренные излившиеся
породы выветрившиеся
VIII
10,4
Известняк плотный окварцованный;
коренные излившиеся породы со следами
выветривания
IX
14,0
Кварцит без сланцеватости; коренные из­
лившиеся породы без следов выветривания
X
18,9
Кварцит мелкозернистый; коренные из­
лившиеся породы микроструктурные без
следов выветривания
XI
25,5
Ударный, или ударно-поворотный, способ применяют для буре­
ния более прочных пород VI —IX групп. Принцип ударного бурения
основан на скалывании горной породы вследствие прерывистых уда­
ров лезвия бура. Скорость бурения зависит от осевого динамического
усилия и частоты ударов.
31
для
ных пород, в том числе и очень крепких (X—XI групп). Принцип
ударно-вращательного бурения основан на скалывании породы при
действии осевого усилия, крутящего момента и динамических ударов.
Этот способ бурения, сочетающий первые два, обеспечивает более
высокую производительность.
шпуров
электросверла
Для
ручные
кг для бурения
лонок.
Ьурение ведут сменными бурами со съемными коронками из вы­
сокопрочной стали. Коронки предназначены для ударно-поворотного
и вращательно-ударного бурения (рис. 8.6).
По мере углубления шпура бур заменяют на более длинный. При
этом каждый последующий бур на 0,7... 1,0 м длиннее предыдущего.
Раздробленную породу выдувают из шпура сжатым воздухом, про­
пускаемым через осевой канал бура.
Для бурения вертикальных, горизонтальных и наклонных шпуров
могут применяться специальные машины (рис. 8.7). С их помощью
осуществляется подготовка к вторичному взрыванию горных пород
разрушение
обладают следующими
исключение тяжелого ручного
следовательно, травматизма и профзаболеваний, обусловленных
виброинструментом
---
jflh
а
312
б
Рис. 8.6. Коронки для бурения
шпуров:
а - КСК 40-25-6; б - КСК 40-25-7
Рис. 8.7. Машина для бурения вертикальных, горизонтальных и наклонных
шпуров
• увеличение производительности труда при бурении шпуров;
• повышение производительности погрузочно-транспортного
оборудования;
• отсутствие необходимости тщательной раскладки негабаритов,
как при ручном бурении шпуров;
• возможность вести бурение сразу буром максимальной длины,
что позволяет перейти на один типоразмер применяемых буров;
• планировка рабочих площадок и подъездов к месту работ.
Производительность различных буровых машин определяют
по ЕНиР и уточняют опытным путем. После выполнения буровых
работ приступают к подготовке скважин для подрыва.
Производство взрывных работ основано на энергии взрыва. При
взрыве ВВ в шпурах или скважинах происходит мгновенное химиче­
ское превращение вещества, сопровождающееся выделением боль­
шого количества теплоты и образованием газов, давление которых
при высокой температуре очень повышается. Эти газы осуществляют
механическую работу.
По характеру действия ВВ подразделяются на метательные и бри­
зантные. Метательные ВВ имеют небольшую скорость взрывного
разложения. Давление газов нарастает постепенно, чтобы обеспе­
чивать значительный разлет породы, на которую действует взрыв,
в течение более продолжительного времени.
Бризантные, или дробящие, В В отличаются большой скоростью
взрывного разложения. Давление газов нарастает быстро, что приво­
дит к резкому кратковременному воздействию на породу. При таком
воздействии горная порода раздробляется, но не разбрасывается
на значительное расстояние.
В дорожном строительстве используют в основном аммиачно-селитренные ВВ: аммонит, тротил, аммиачные селитры. Достоинством
этих веществ является малая чувствительность к ударам, нагреванию
и трению, что обеспечивает безопасность работ. К недостаткам от­
носятся их гигроскопичность и слеживаемость. При содержании
313
5...8% влаги или при слеживаемости аммиачно-селитренные ВВ
теряют взрывчатые свойства. Смесь аммиачной гранулированной
селитры и специальных добавок (фуксин, апатит) для предупреждения
слеживаемости называется игданитом.
Обычно для инициирования взрыва применяют огневой или
электрический способ. В первом случае ВВ взрывают с помощью
капсюля-детонатора, который имеет легковзрываемое ВВ, взры­
вающееся от огнепроводного шнура. Во втором случае ВВ взрывают
с помощью электродетонатора, соединенного электрическим шнуром
с подрывной машинкой. Сердцевина огнепроводного шнура состоит
из пороха, оболочка — водонепроницаема. Скорость горения шну­
ра — около 1...2 см/мин. Капсюль-детонатор, соединенный со шну­
ром, называется зажигательной трубой.
Шпур (скважину) продувают воздухом, заполняют патронированным (или порошкообразным) ВВ в половинном объеме всего
количества, установленного расчетным путем. В шпур вставляют
зажигательную трубку и заполняют ее оставшимся количеством ВВ.
Шпур засыпают до верха песком или сухим грунтом, который слег­
ка уплотняют деревянной трамбовкой. При огневом взрывании
поджигают огнепроводный шнур, а при электрическом взрывании
в электродетонатор подают импульс с помощью подрывной ма­
шинки.
Огневой способ прост, не требует высокой квалификации взрыв­
ника, однако недостаточно надежен и дает возможность за один раз
взорвать не более 10... 15 шпуров.
Электрическим способом можно взорвать за один раз гораздо
большее количество шпуров, он более надежен, но требует специ­
ального расчета и проверки электросети (рис. 8.8).
Эффективно короткозамедленное элекгровзрывание, при котором
заряды взрывают в определенной последовательности с заданным
интервалом в тысячные и сотые доли секунды. Взрыв происходит
в момент, когда часть породы взорвана. Последующий взрыв про­
исходит в облегченных условиях — при обнаженной поверхности
взорванного массива и остаточных напряжениях от предыдущего
взрыва. Замедление достигается применением специальных электро-
Рис. 8.8. Электродетонатор ЭД-8Ж мгновенного действия для инициирования
зарядов взрывчатых веществ:
/ — кумулятивная воронка; 2 — имитирующее взрывчатое вещество; 3 — медный
провод в полиэтиленовой изоляции; 4 — биметаллический корпус
314
детонаторов или определенной последовательностью подключения
в сеть обычных электродетонаторов.
Этот способ взрывания широко применяется в последнее время,
так как он имеет рад преимуществ: понижается сейсмичность взрыва,
уменьшается расход ВВ (на 20... 30 %) и объем буровых работ, повы­
шается выход взорванной породы на 1 кг ВВ.
Эффективность взрыва зависит от расположения заряда в массиве
породы, количества ВВ и свойств среды. Наименьшее расстояние
от заряда до открытой поверхности называется линией наименьшего
сопротивления Wc, которая является одной из основных характери­
стик при расчете заряда, так как в этом направлении сопротивление
среды действию взрыва ослаблено.
При взрыве образуется воронка, величина которой определяет
объем взорванной породы. Воронка характеризуется радиусом г,
радиусом действия заряда R и показателем действия взрыва п:
г
(8 .8)
Различают воронки нормального выброса (я = 1), уменьшенного
выброса (п < 1) и усиленного выброса (я > 1). Соответственно под­
разделяются и заряды на нормальный, уменьшенный и усиленный.
При взрыве различают четыре сферы действия заряда: сжатия, вы­
броса, разрыхления и сотрясения. Первые три называются сферой
разрушения, а ее радиус — радиусом разрушения.
При п < 0,75 заряд производит только рыхление породы; он на­
зывается выпирающим. Если действие заряда не доходит до дневной
поверхности и порода внутри массива только разрыхляется, то заряд
называется камуфлетным. Объем взорванной породы V пропорциона­
лен объему сферы разрушения и количеству открытых поверхностей:
У= а Н \
(8.9)
где а — коэффициент, равный для одной открытой поверхности —
0,4; для двух — 0,8; для трех — 1,3; Н — глубина расположения заряда, м;
При шпуровом методе взрывания параметры взрывных работ
можно рассчитать по приведенным далее формулам.
Линия наименьшего сопротивления
(8.10)
где d — диаметр шпура, дм; А — плотность ВВ в заряде, кг/дм3;
т — относительное расстояние между шпурами, равное 1,0... 1,5;
qp — удельный расчетный расход аммонита № 9, кг/м3 (табл. 8.8)
(при применении других ВВ необходимо вводить поправочные ко­
эффициенты: для аммонита № 6 — 0,85; для аммонита № 7 — 0,90;
для аммиачной селитры — 1,45).
315
Т аблица 8.8
I различных горных пород
j
Удельный
расчетный расходя аммонита для
Группа гор­ Удельный расчетный расход ам­
ной породы монита № 9 для зарядов, кг/м5
по трудности
На сброс
разработки На рыхление
Горная порода
V
0,60...0,70