Требования к грунтам земляного полотна

Вопросы / ответыТребования к грунтам земляного полотна
0 +1 -1
antfiksa Админ. спросил 1 месяц назад
1 ответ
0 +1 -1
antfiksa Админ. ответил 1 месяц назад

Грунтами называют любые горные породы, слагающие верхние слои земной коры, преимущественно затронутые процессами выветривания, а в самой верхней части — почвообразованием. По совокупности признаков грунты делят на классы, группы, подгруппы, типы, виды и разновидности. В соответствии с принятой классификацией по характеру структурных связей различают два класса грунтов: скальные и нескальные.
Скальные грунты характеризуются высокой прочностью связей между зернами, залегают в виде сплошного или трещиноватого массива, поддаются разработке только после предварительного рыхления. Скальные грунты различают по прочности в водонасыщенном состоянии, степени размягчаемости в воде и степени растворимости в воде.
Крупнообломочные и песчаные грунты подразделяют на разновидности в зависимости от зернового состава. Наибольшее распространение в дорожном строительстве имеют глинистые грунты.
Требования к грунтам, допускаемым к их использованию при строительстве земляного полотна автомобильных дорог, определяются их физическими свойствами. К наиболее существенным физическим свойствам относят: максимальную плотность грунта (при стандартном уплотнении), плотность сухого грунта, плотность минеральных частиц грунта, влажность (при естественном залегании и оптимальная), пористость, высота капиллярного поднятия, коэффициент фильтрации, размываемость, липкость.
Для насыпей применяют грунты, состояние которых под действием природных факторов не изменяется или изменяется незначительно, что не влияет на их прочность и устойчивость в земляном полотне. К таким грунтам относят: скальные неразмягченные породы, крупнообломочные, песчаные (кроме мелких и пылеватых), супеси легкие и крупные. Эти грунты применяют для возведения земляного полотна без ограничений. Грунты глинистые, мелкие и пылеватые пески, размягчаемые скальные грунты, некоторые грунты особых разновидностей также пригодны для строительства земляного полотна, но при этом необходимо учитывать некоторые ограничения.
Возможность и целесообразность применения этих грунтов устанавливают в зависимости от местных условий с учетом технико-экономических соображений.
Не применяют для насыпей грунты: глинистые избыточно засоленные; глинистые, влажность которых выше допустимой; торф, ил, мелкий песок и глинистые грунты с примесью ила и органических веществ; верхний почвенный слой, содержащий в большом количестве корни растений; тальковые, пирофилитовые грунты и трепелы для насыпей на переувлажненном основании и на участках, где возможен длительный застой воды; содержащие гипс в количестве, превышающем нормы.
Источниками грунта для отсыпки насыпей являются: выемки, грунтовые карьеры и боковые резервы.
Насыпи, как правило, возводят из однородных грунтов, но при необходимости их можно отсыпать и из разных грунтов, однако располагать эти грунты надо отдельными слоями. Предпочтительно в верхней части насыпи (1,0-1,5 м) применять более прочные грунты, потому что эта часть насыпи обычно подвергается более интенсивному воздействию природных факторов и транспортных средств. При отсыпке нижней части из дренирующих грунтов толщина этого слоя должна быть больше высоты капиллярного поднятия в этом грунте, чтобы предотвратить приток воды в верхнюю часть насыпи.
 Технология работ по сооружению земляного полотна
Строительство земляного полотна включает следующие технологические процессы:
— разбивку земляного полотна;
— строительство временных дорог;
— расчистку территории в пределах дорожной полосы;
— снятие растительного грунта и укладку его в штабели;
— строительство дренажных и водоотводных канав;
— разработку грунта в выемках и карьерах;
— перемещение грунта в насыпь или отвал;
— послойное разравнивание грунта в насыпи, уплотнение грунта;
—  планировку поверхности земляного полотна;
— перемещение и разравнивание растительного грунта на поверхности откосов;
—  укрепление откосов земляного полотна.
Для выполнения указанных технологических процессов используют специальные дорожно-строительные машины, предназначаемые для земляных работ.
 В их число входят: автогрейдеры, бульдозеры, экскаваторы, скреперы, одноковшовые погрузчики, катки, трамбующие машины, планировщики откосов, кусторезы, корчеватели, канавокопатели. Для транспортирования грунта на значительные расстояния применяют автомобили-самосвалы.
В зависимости от рельефа местности изменяется конструкция земляного полотна, насыпи чередуются с выемками, изменяется направление и поперечная крутизна косогорных участков, постоянно изменяется высота насыпей и глубина выемок. В связи с этим изменяются объемы работ и трудоемкости отдельных технологических процессов. Все это определяет различия в выполнении отдельных технологических процессов или технологии в целом.
Совокупность технологических процессов по строительству земляного полотна разделяют на следующие три группы: подготовительные работы, основные работы и отделочные работы.
Подготовительные работы — восстановление трассы, отвод и закрепление земель в постоянное пользование, расчистка полосы отвода, разбивка земляных сооружений, устройство водоотводных канав и дренажей.
Основные работы — разработка выемок и отсыпка насыпей. В состав этих работ входят такие технологические процессы, как рыхление и планировка грунта, уплотнение основания насыпей, разработка и транспортирование грунта в места отсыпки насыпей и отвалов, послойное разравнивание и уплотнение грунта в насыпи.
Отделочные работы — планировка поверхности земляного полотна, укрепление откосов насыпей и выемок, восстановление растительного слоя на территориях, отведенных во временное пользование.
Для всех технологических процессов следует разработать или подобрать типовые технологические карты, в которых предусматривают машины соответствующей производительности для каждой операции и указывают схемы перемещения машин в процессе работы. Количество машин должно обеспечивать заданный темп работ при минимальных расходах на их выполнение.
При выборе типов и марок машин необходимо учитывать следующие условия: вид работ и технологического процесса; тип, разновидность и состояние грунта; дальность его транспортирования; сроки выполнения работ, требуемый темп работы и рельеф местности.
Возведение насыпей и разработка выемок
 Способы отсыпки насыпей и разработки выемок
Объемы работ при строительстве земляного полотна на автомобильных дорогах в большой степени зависят от категории дороги и рельефа местности. В зависимости от категории дороги изменяются ширина земляного полотна, требования к максимальному продольному уклону и минимальному возвышению бровки земляного полотна над поверхностью земли. От рельефа местности зависят преобладающие типы поперечных профилей земляного полотна: в равнинной местности невысокие насыпи с высотой малоизменяющейся по длине дороги, в пересеченной и холмистой местности имеют место чередующиеся насыпи и выемки, при этом глубина выемок и высота насыпей изменяются в широком диапазоне.
Выбору способов и технологий строительства земляного полотна предшествует решение задачи о распределении земляных масс. Длительное время было принято считать, что оптимальным вариантом продольного профиля дороги считается такой, при котором объем грунта, полученного при разработке выемок, равен объему грунта, необходимого для отсыпки насыпей. Однако при расположении дороги в равнинной местности на участках большой протяженности может не быть выемок. К тому же в выемках может быть грунт не пригодный для отсыпки насыпей. В этих случаях следует использовать другие источники грунта — боковые резервы или грунтовые карьеры. Баланс земляных масс определяется следующим соотношением:
VH = VВ + VБP + VГК, где                                                       (8)
VH — объем грунта, требуемый для отсыпки насыпей;
VВ — объем грунта получаемый при разработке выемок;
VБР — объем грунта из боковых резервов;
VГК — объем грунта из грунтовых карьеров.
 
В результате распределения земляных масс работы по строительству земляного полотна распределяют на следующие три группы:
— отсыпка насыпей из грунта выемок;
— отсыпка насыпей из грунта карьеров;
—  отсыпка насыпей из боковых резервов.
Каждый из указанных источников грунта имеет присущие ему преимущества и недостатки. Преимущества грунта из выемок состоят в том, что в этом случае минимальный ущерб наносится природе, не требуется дополнительная территория для резервов или карьеров, нет необходимости в специальных площадках (отвалах) для размещения грунта из выемок. Как правило, грунт направляется из выемки в рядом расположенную насыпь, что уменьшает дальность перемещения грунта и сокращает затраты на строительство земляного полотна. Недостатком являются ограничения в выборе грунта, приходится работать с тем грунтом, что оказался в месте расположения выемки, он может быть пылеватым, переувлажненным или засоленным. Недостатком также является сам факт наличия выемки, ее снегозаносимость, более сложный водно-тепловой режим, трудности эксплуатации.
Основное преимущество насыпей из грунта боковых резервов состоит в том, что грунт перемещается на небольшое расстояние и стоимость возведения земляного полотна минимальна. Однако наличие вдоль дороги резерва приводит к тому, что в нем скапливается стекающая с дороги и прилегающей местности вода. Это приводит к заболачиванию резерва, избыточному увлажнению грунта насыпи, что существенно ухудшает условия работы дорожной одежды. Принято считать, что грунт из боковых резервов целесообразно применять для дорог низких технических категорий и в районах с сухим климатом.
При строительстве дорог I-III категорий отдают предпочтение насыпям, отсыпаемым из карьерного грунта. В этом случае представляется возможным при выборе места расположения карьера подобрать тип грунта, при разработке карьера удалять прослойки непригодного грунта. При необходимости возможно обогащение пылеватых глинистых грунтов посредством добавления к ним песчаных грунтов и перемешивания до укладки в насыпь. В этом случае удается достигать более высокого качества земляного полотна и получать насыпи со стабильными свойствами. Однако стоимость строительства насыпей из грунта карьеров, как правило, выше стоимости строительства насыпей из грунта выемок и боковых резервов.
Принято различать два способа отсыпки насыпей:
— послойный;
— с головы.
Послойный способ предполагает разделение насыпи на горизонтальные слои толщиной до 50 см с доставкой грунта, его разравниванием и уплотнением. Толщина слоя устанавливается в зависимости от используемого оборудования для уплотнения.
Основное достоинство этого способа — возможность достижения высокой и одинаковой плотности грунта по всему сечению насыпи от нижних до верхних слоев. Такой способ позволяет вести отсыпку насыпей из различных грунтов (рис. 36, а).
При строительстве земляного полотна на участках пересечения болот, при размещении насыпи на слабых избыточно-увлажненных грунтах, при пересечении оврагов и в других случаях, когда осуществлять послойную укладку грунта становится затруднительно, а иногда невозможно, применяют способ отсыпки насыпи «с головы», то есть весь объем грунта до проектной отметки насыпают сразу, и так на всем протяжении участка (рис. 36, б).
Недостаток этого способа — необходимость уплотнения грунта сразу на всю высоту насыпи, что — труднодостижимо. В этом случае требуется время, чтобы дополнительное уплотнение произошло под действием собственного веса и проезжающих автомобилей.
Возможна и комбинация указанных способов — нижнюю часть насыпи отсыпают «с головы», а несколько верхних слоев — послойно (рис. 36, в).
Разработка выемок в зависимости от их глубины возможна несколькими способами. При глубине до 6 м наиболее часто применяется лобовой способ, когда экскаватор в состоянии разрабатывать грунт сразу по всему сечению. При невозможности лобового способа при выемках глубиной более 6 м сечение выемки разбивают на несколько ярусов. Разработку выемок можно вести в поперечном (при коротких и широких выемках) и продольном направлениях. Это позволяет увеличивать темп ведения работ.
В проекте организации работ по строительству земляного полотна предусматривают разделение дороги на участки с одинаковым видом работ: насыпи из выемок, насыпи из боковых резервов, насыпи из грунта карьеров.
 Возведение насыпей из грунта выемок
В большинстве случаев грунт из выемок используют для отсыпки насыпей на смежных участках дороги. В зависимости от дальности перемещения грунта возможны три технологии с применением бульдозеров, скреперов или автомобильно-экскаваторных комплексов. При разработке коротких и неглубоких выемок и перемещении грунта в смежные насыпи при дальности, не превышающей 100 м, применяют бульдозеры, работающие по ярусно-траншейной схеме (рис. 37).
Разработку выемок начинают с участков, наиболее близких к насыпи. В зависимости от поперечного сечения выемки и параметров бульдозера определяют число ярусов и траншей, по которым перемещают грунт.
Рис. 36. Схема отсыпки насыпей: а) послойная, б) «с головы», в) комбинированная
Рис. 37 Последовательность разработки стенок при разработке нижнего яруса выемки и полок откосов выемки:
1-3  ярусы, 4  крайняя стенка (стенки разрабатывают одновременно с разработкой полок откоса); 5  траншея; 6  полки; а  ширина захвата при проходе бульдозером
Разработку верхнего яруса начинают вслед за разбивкой и обозначением границ выемки. Каждый ярус на всю ширину и длину выемки разрабатывают продольными траншеями с оставлением между ними стенки шириной до 1 м. Грунт перемещают в насыпь и укладывают слоями требуемой толщины. Траншею постепенно углубляют в сторону насыпи, что позволяет перемещать значительный объем грунта за один цикл. Стенки траншеи срезают после разработки верхнего яруса по всей длине выемки и срезанный грунт перемещают в насыпь. По такой же схеме разрабатывают и остальные ниже расположенные ярусы. Образовавшиеся ступенчатые откосы выравнивают бульдозером, движущимся сверху вниз и сдвигающим срезанный грунт в крайнюю траншею, из которой его перемещают в насыпь.
Отсыпку каждого слоя в насыпь следует начинать с крайних боковых полос с последующим смещением к оси дороги. При этом необходимо предусматривать запас по толщине слоя 10-20 % на уплотнение. Разравнивание готового слоя выполняют автогрейдером, а затем уплотняют.
К концу смены последний отсыпанный слой должен быть тщательно спланирован, чтобы обеспечить сток в случае выпадения атмосферных осадков.
.
При разработке выемок и перемещении грунта в насыпи на расстояние более 100 м наиболее эффективным является применение отрядов с ведущей машиной скрепер. В табл. 5.2 приведены ориентировочные сферы применения скреперов с ковшами различной емкости в зависимости от дальности перемещения грунта.
Резание грунта и заполнение ковша скрепера необходимо выполнять на прямолинейных участках, используя следующие приемы резания, показанные на рис. 38:
— стружкой одинаковой толщины по всей длине резания;
— стружкой переменной толщины клинообразной формы, применяется при разработке любых грунтов на горизонтальных участках;
— стружкой гребенчатой формы с попеременным заглублением и выглублением ковша, применяется при разработке сухих песчаных и супесчаных грунтов на горизонтальных и наклонных участках.
Рис. 38. Схема набора грунта: а  траншейно-гребенчатая; б  ребристо-шахматная; 1-15  последовательность проходов; b  ширина захвата грунта; L  путь наполнения ковша (стрелкой показано направление движения скреперов)
Для более эффективного заполнения ковша участки набора грунта размешают в шахматном порядке, используя шахматно-гребенчатую или шахматно-ребристую схемы показанные на рис. 38.
Скреперами можно разрабатывать песчаные, супесчаные, глинистые и суглинистые грунты. Ограничением для применения скреперов являются заболоченные участки, участки с переувлажненным грунтом, сыпучие однородные пески, наличие в грунте включений валунов, территории, не очищенные от кустарника и пней, разработка плотных грунтов без предварительного рыхления.
Отсыпку слоя грунта скрепером выполняют «от себя», чтобы использовать проезд груженого скрепера для уплотнения отсыпанного грунта. В плотных грунтах при резании грунта для увеличения производительности применяют толкачи.
При работе в выемках грунт разрабатывают ярусами высотой 0,5-0,8 м. Ярус начинают разрабатывать с самой высокой отметки и укладывают грунт в самую низкую точку насыпи. По мере разработки выемки уступы, образующиеся в поперечном сечении выемки, срезают автогрейдерами или бульдозерами.
Производительность скрепера при отсыпке грунта в насыпь зависит от выбора схемы движения скрепера (рис. 39).
Рис. 39. Схемы движения скрепера при разгрузке грунта в выемке с перемещением его в насыпь: а — из выемки в насыпь; б — из выемки в две насыпи
При разработке узкой выемки большой протяженности с отсыпкой грунта в две насыпи с обоих сторон выемки выгодно принять движение скрепера по сквозной схеме. В этом случае уменьшается количество поворотов и повышается производительность скреперов.
При дальности перемещения грунта, превышающей 1 км, при разработке выемок и грунтовых карьеров в качестве ведущей машины широко применяют экскаваторы. В зависимости от категории грунта по трудности разработки и от других условий применяют экскаваторы с различным рабочим оборудованием: прямая лопата, обратная лопата и драглайн.
В состав комплексного отряда по отсыпке насыпей из грунта выемок и карьеров обычно включают:
— бульдозеры для снятия растительного или другого грунта, не пригодного для отсыпки насыпи, а также для устойчивого поддержания подъездных землевозных дорог в проезжем состоянии и для разравнивания грунта, доставленного транспортными средствами;
— автогрейдеры для послойного разравнивания и планировки поверхности насыпи и выемки;
— катки или другие уплотняющие средства для уплотнения грунта.
Перед разработкой выемки должно быть выполнено дополнительное геологическое обследование для уточнения условий залегания грунтов. При неоднородных грунтах следует разработать детальные схемы последовательности разработки выемки и укладки грунта в насыпь, обеспечивающие устойчивость и однородность земляного полотна.
Разработку выемок начинают с низовой стороны, чтобы у забоя был обеспечен отвод воды. В случаях глубоких выемок вначале проходят пионерную траншею. Разработку пионерной траншеи выполняют боковым забоем, когда транспортные средства размещают сбоку от экскаватора, или лобовым забоем, когда транспортные средства следуют за экскаватором и располагаются сзади него (рис. 40).
Рис. 40. Схема разработки выемки: а  боковым забоем; б  лобовым забоем
Лобовым забоем разрабатывают первые проходки ярусов выемки или карьера в случае отсутствия пионерных траншей, а также неглубокие короткие выемки, если их можно выполнить за один проход.
Разработка боковым забоем обеспечивает лучшие условия для подъезда и погрузки траншейных средств, уменьшается угол поворота стрелы экскаватора, повышается производительность. Размеры забоев определяют в зависимости от технических параметров экскаваторов, приведенных в табл. 5.8.
Разработку пионерных траншей производят лобовым забоем нормальной ширины или
уширенным (рис.41).
Рис. 41. Схема разработки выемки уширенным забоем: 1  траектория перемещения экскаватора; 2  места стоянки экскаватора
Для перемещения грунта, разрабатываемого экскаваторами, применяют автомобили-самосвалы и прицепные землевозные тележки грузоподъемностью до 40 т.