Возведение земляного полотна в особых условиях
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Возведение земляного полотна в сыпучих песках
В заросших песках условия строительства и эксплуатации дорог гораздо легче, так как здесь нет подвижных форм рельефа и заносы при правильном ведении строительных работ могут быть совсем исключены. В этих условиях земляное полотно следует возводить, по возможности не нарушая растительного покрова. Вместо закладки боковых резервов грунт для насыпей берут из выемок или грунтовых карьеров.Лучшее время года для производства земляных работ - зима и весна, когда песок становится влажным и легко проходимым для машин. Производительность бульдозеров и скреперов в этот период становится выше. Помимо рационального выбора трассы и времени производства работ, в комплекс мероприятий, обеспечивающих независимость дороги или ее эффективную защиту от песка, входит правильный выбор конструкции земляного полотна и соблюдение особых правил при производстве земляных работ.
Поперечный профиль дороги должен обеспечивать постоянный перенос песка через дорогу, без накапливания, то есть иметь обтекаемую форму с откосами насыпей и выемок не круче 1:2. Откосы и обочины необходимо укреплять для предохранения земляного полотна от выдувания песка.
Придорожные полосы в местах, где образуются песчаные заносы, планируют бульдозером на ширину не менее 15 - 40 м с одной или двух сторон дороги. Большая ширина полосы (25 - 40 м) необходима в местах, где образуются крупные формы рельефа (барханы и цепи барханов); в местах, где образуются мелкие формы рельефа, ширину полосы сокращают до 15 - 20 м. Эти полосы спланированного песка при эксплуатации периодически очищают от наносов песка. За пределами спланированных полос устраивают отсечную полосу, закрепленную щитами, битумной пленкой или растительностью на ширину 25 - 150 м и более в зависимости от характера рельефа песков, степени их подвижности и условий произрастания растительности. В качестве защитного слоя на обочинах, откосах, на берме шириной 1 - 2 м от подошвы откоса, а также в основании дорожного покрытия поверх песчаной насыпи укладывают слой связного грунта (легкого суглинка или обработанного жидким битумом песка) толщиной 10 - 25 см. При уплотнении покрытия (обычно гравийного) материал благодаря прослойке связного грунта не смешивается с нижележащим песком, а на обочинах и откосах песок не выдувается.
При создании незаносимого профиля дороги в условиях подвижных песков на придорожной полосе в пределах 40 - 50 м от оси с каждой стороны выравнивают резервы и кавальеры, убирают остатки материалов, так как всякие неровности могут быть местами начального накопления песка.
Для планировки и надвижки песка в насыпь из боковых резервов применяют бульдозеры с боковыми щеками, а также экскаваторы-драглайны в комплексе с бульдозерами; также применяют скреперы. Во избежание выдувания песка из насыпи земляные работы в местах пересечения подвижных форм рельефа ведут небольшими участками, чтобы за смену, помимо возведения насыпи, осуществить также и укладку по песку защитного слоя в основании и на откосах насыпи, а также на законченных участках дороги установить механическую защиту из щитов. Для защиты дороги от песчаных заносов наиболее радикальной мерой является насаждение на придорожной полосе растительности, не требующей много влаги, а также обработка откосов и обочин битумными и другими вяжущими материалами (полимерными смолами).
В состав дорожно-строительного отряда по возведению земляного полотна на сыпучих песках, помимо бульдозеров, для расчистки и планировки основания и надвижки песка в насыпь с планируемых придорожных полос включают тяжелый прицепной грейдер для разравнивания песка в насыпи и на придорожной полосе, поливо-моечные машины, катки на пневматических шинах для уплотнения насыпи слоями по 30 см, скреперы или прицепные тракторные тележки для подвозки связного грунта для защитного слоя, а также автогрейдеры (двигающиеся по защитному слою) для планировки грунта.
Для нужд строительства в пустынях могут быть использованы дождевые воды, собираемые в искусственных водоемах. Пылеватые пески уплотняют с поливкой водой. Для этого грунт в насыпи сразу после полива переворачивают четырехлемешным плугом влажной стороной вниз и уплотняют катками на пневматических шинах. Верхний сухой слой быстро насыщается водой, поднимающейся по капиллярам и под действием уплотнения. После уплотнения насыпь немедленно покрывают связным грунтом и уплотняют с поливкой водой.
Возведение земляного полотна на засоленных грунтах
Легкорастворимые соли в присутствии воды понижают водоустойчивость грунтов земляного полотна, кроме того, избыток солей, превышающий возможное растворение их в содержащейся в грунте влаге, препятствует уплотнению засоленного грунта до оптимальной плотности, соответствующей незасоленному грунту того же гранулометрического состава. Поэтому не всякий засоленный грунт пригоден для возведения земляного полотна. Возможность использования того или иного засоленного грунта устанавливают в результате лабораторного анализа, на основе классификации грунтов по качественному характеру и степени засоления.Основными типами засоленных грунтов являются солончаковые и солонцовые, а также такырные грунты. Степень засоления грунтов характеризуют средним, выраженным в процентах от массы сухого грунта, суммарным содержанием легкорастворимых солей (хлористого натрия, сернокислого натрия, углекислого натрия и др.) в слое грунта, подлежащего перемещению в насыпь.
При невозможности обхода трассой участков с избыточно засоленными грунтами земляное полотно отсыпают из незасоленных или слабозасоленных грунтов (желательно дренирующих) с принятием мер против их засоления. В условиях сильно засоленных грунтов земляное полотно устраивают в насыпях с возвышением низа одежды над поверхностью земли и над уровнем грунтовых вод на 20% выше, чем при обычных незасоленных грунтах.
При сильнозасоленных связных грунтах и невозможности или нецелесообразности устройства насыпей требуемой высоты для повышения устойчивости земляного полотна и предотвращения избыточного засоления по капиллярам грунта верхних слоев в теле насыпи на всю ее ширину на глубине 65 - 75 см или непосредственно под одеждой устраивают капилляропрерывающую прослойку толщиной 15 - 20 см из гравия размером 10 - 20 мм. Для предохранения прослойки от загрязнения грунтом снизу и сверху ее укладывают слои крупного песка или каменной мелочи толщиной 3 - 5 см.
Для дорог на засоленных грунтах применяют конструктивные профили, изображенные на рис. 1-5. На рис. 1 показан профиль с крутизной откосов 1:3 при высоте насыпей до 2 м; при большей высоте насыпей или при насыпях из привозных грунтов (рис. 2), крутизну откосов принимают 1:1,5 при слабозасоленных и 1:2 при сильнозасоленных грунтах. Для лучшего отвода воды из резервов в них на расстоянии 0,5 - 1 м от внешнего края устраивают продольные лотки (рис. 3). На солончаках и солонцах при необеспеченном отводе воды из резервов устраивают бермы шириной 1,5 - 2 м между подошвой насыпи и резервом (рис.4). При возведении насыпей на солончаках одновременно с устройством ирригационных каналов совмещают резервы с коллекторами глубиной до 2,5-3 м (рис. 5). 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.
Рис.1. Поперечный профиль земляного полотна на засоленных грунтах
При необходимости пересечения мокрых солончаковых (глинистых и суглинистых), находящихся в переувлажненном состоянии вследствие близкого залегания грунтовых вод, насыпи возводят из привозного грунта, желательно песчаного или супесчаного.
Рис.2. Поперечный профиль земляного полотна на засоленных грунтах
Земляные работы начинают выполнять, когда влажность грунтов близка к оптимальной. Наиболее рациональными периодами в году для производства земляных работ на засоленных грунтах являются: на глинистых солончаках с высоким уровнем грунтовых вод - лето и осень (до начала дождей); на песчаных солончаках с высоким уровнем грунтовых вод - весна, начало лета. В условиях сильного засоления грунтов, при отсыпке невысоких насыпей земляные работы проводят весной, когда засоление в верхних горизонтах (резервах глубиной 0,5 м) понижается.
Рис.3. Поперечный профиль земляного полотна на засоленных грунтах
Тонкие корки солей, встречающиеся летом на солончаках, перед возведением насыпи срезают бульдозером с поверхности резервов и основания насыпи и отодвигают на 15 - 20 м от резервов.
Рис.4. Поперечный профиль земляного полотна на засоленных грунтах
Грунт разрабатывают в резервах с перемещением в насыпь бульдозерами или автогрейдерами. Грейдер-элеватор для возведения насыпей на солончаках можно применять при залегании грунтовых вод не ближе 1 м от поверхности земли.
Насыпи из привозного грунта на солончаках отсыпают скреперами или автомобилями-самосвалами в зависимости от дальности возки; отсыпку грунта ведут "с головы". Насыпь отсыпают вначале выше рабочей отметки, но не на полную ширину земляного полотна, затем бульдозерами надвигают грунт в стороны с одновременным его уплотнением. Во избежание прилипания грунта влажность при уплотнении маловодоустойчивых солонцовых и такырных грунтов доводят до 0,9 от оптимальной. При естественной влажности связного грунта выше оптимальной уплотнение каждого слоя начинают лишь после его предварительного подсушивания на воздухе.
Рис.5. Поперечный профиль земляного полотна на засоленных грунтах
Возведение земляного полотна в районах вечной мерзлоты
В зависимости от географического положения мощность сезонно оттаивающего слоя изменяется от 0,2-0,6 м в зоне арктической пустыни и тундры у побережья Северного Ледовитого океана до 3 м и более на широте 55 - 60. В одном и том же районе мощность сезонно оттаивающегося слоя зависит как от природных особенностей (рода грунта и его влажности, экспозиции склонов и их крутизны, вида растительности, мощности снегового покрова, погодных условий данного года, гидрологического режима), так и от хозяйственной деятельности. человека, связанной с освоением территории вечной мерзлоты. В частности, мощность сезонно оттаивающего слоя зависит и от принятой конструкции земляного полотна и водоотводных сооружений, высоты насыпи, снятия или сохранения под ней растительного мохо-торфяного покрова, снегоочистки и других мероприятий, которые выбирают с учетом свойств оттаивающих грунтов.Постоянно мерзлый, но не содержащий льда грунт, например крупнообломочный, щебенистый или песчаный без прослоек и линз льда (сухая мерзлая порода), не подвержен пучению при промерзаний и размоканию при оттаивании. Поэтому, если возможно, дороги следует прокладывать по таким благоприятным грунтам или вблизи от мест их залегания, чтобы получить материал, пригодный для возведения устойчивых насыпей. Насыпи из сухих глинистых или крупно-обломочных, щебенистых и песчаных грунтов, встречающихся в каменистой тундре, на склонах сопок и на песчаных косах, проектируют как и в обычных условиях независимо от температурного режима грунтов. Противоположностью сухих мерзлых пород являются водо-насыщенные глинистые грунты, встречающиеся в тундре, на поймах рек в их низовьях, часто содержащие прослойки, жилы и линзы льда. Оттаивание этих грунтов может вызвать значительные деформации, просадки насыпей и выпирания основания из-под насыпи в сторону. В этих условиях земляное полотно возводят, как правило, в насыпях, причем принимают меры к возможному уменьшению мощности сезонно оттаивающего естественного фунта под насыпью (термоизоляционные насыпи), а также принимают меры к возможному осушению местности. Насыпи из связных глинистых грунтов возводят только при отсутствии дренирующих грунтов и при их влажности, не превышающей 1,2 оптимальной. При этом верхнюю часть насыпи толщиной не менее 0,5м отсыпают ив устойчивых гравийно-песчаных грунтов. На участках с большим насыщением грунтов подземным льдом, а также в тех случаях, когда оттаивание мерзлых грунтов может вызвать появление оврагов или водоемов вблизи земляного полотна, резервы для отсыпки насыпей не закладывают. В таких местах, а также при пересечении выемками торфяных бугров, участков образования наледных бугров и бугров пучения, на крутых неустойчивых косогорах и на участках со слабыми грунтами в основаниях земляное полотно проектируют и возводят по индивидуальным решениям с учетом местных условий.
Подъем верхней границы мерзлых грунтов повышает прочность основания, но слияние их с сезонно промерзающим слоем может нарушить режим надмерзлотных вод, остановить движение потока и вызвать напорное пучение. Когда в зимний период неравномерное промерзание грунта уменьшает пространство для потока грунтовых вод, в них возникает и все более возрастает гидростатическое давление. При дальнейшем промерзании незамерзшая, находящаяся под напором вода через образующиеся в грунте разломы и трещины изливается на поверхность, образуя ледяные поля (наледи), создающие препятствия для движения на десятках километров дороги. Напорная вода при неравномерном промерзании может далеко перемещаться в горизонтальном направлении и являться причиной образования наледных бугров.
При составлении проекта организации работ учитывают суровый климат, неблагоприятные мерзлотно-грунтовые условия, а также труднодоступность и малую освоенность районов вечной мерзлоты. Продолжительность зимнего периода здесь составляет от 185 до 305 дней, поэтому работы, которые не зависят от периода года, выполняют зимой. При производстве строительных работ на открытом воздухе учитывают потери рабочего времени по метеорологическим условиям и вследствие снежных заносов. Эти потери могут достигать 25% от общей продолжительности зимнего периода и зависят от географического положения и группы жесткости погоды в данной местности. За полярным кругом в течение части зимы устанавливается полярная ночь; в этот период затруднены организация и проведение строительных работ на открытом воздухе.
В светлое время года летом осуществляют заблаговременно подготовительные работы по обеспечению зимних работ: рубка леса и кустарника, монтаж оборудования, постройка временных зданий и сооружений. Ряд работ в зимний период может быть выполнен даже с большим успехом, чем летом: возведение насыпей на марях, болотах и других участках со слабыми грунтами; взрывные работы в скальных грунтах, разжижающихся при оттаивании; удаление и замена слабых грунтов из основания земляного полотна в нулевых местах и выемках; рытье котлованов способом промораживания; свайные работы и устройство водозаборов; отсыпка берм и утепление откосов; работы по отсыпке насыпей на участках с сохранением грунтов основания в мерзлом состоянии; сосредоточенные земляные работы (глубокие выемки, насыпи на подходах к мостам), а также монтаж деревянных, стальных и железобетонных конструкций, транспортирование материалов. Не рекомендуются зимой работы по разработке мелких выемок, резервов для невысоких насыпей и канав.
В летний период работы ведут в две-три смены, используя длинный полярный день. В частности, земляные работы с использованием комплексной механизации ведут непрерывно на широком фронте, чтобы полностью использовать короткое лето - наиболее благоприятное время для ведения земляных работ с использованием местных, в том числе связных грунтов из резервов для возведения насыпей. Часто препятствием к использованию местных связных грунтов является их большая влажность при оттаивании. При влажности, превышающей 1,2 оптимальной, связный грунт сильно налипает к машинам и не может быть уплотнен до требуемой плотности. В этих условиях при отсутствии в районе строительства дороги несцементированных крупнообломочных или песчаных грунтов можно эффективно предварительно просушивать избыточно влажные грунты, правильно организовывая подготовительные и основные работы, а также правильно выбирая места для закладки грунтовых карьеров и рациональное очертание поперечного профиля земляного полотна.
Пологие откосы (рис. 6) 1:3, 1:4 при высоте насыпи от 1 до 2 м и более, хотя и требуют некоторого увеличения земляных работ, создают более благоприятные условия для устойчивости основания насыпи и откосов. Вместе с тем при пологих откосах упрощается технология производства механизированных земляных работ, обеспечивается возможность лучшего уплотнения и укрепления откосов, а также уменьшается возможность снежных заносов.
Рис.6. Поперечный профиль насыпи с пологими откосами с использованием грунта из резерва
1 - мохорастительный слой, 2 - верхняя граница вечномерзлых грунтов
Производство работ при возведении насыпей из местных связных грунтов начинают с заблаговременной (за год до основных работ) вырубки леса и удаления мохо-растительного покрова с площади будущих резервов (в весенний период). Осенью на участке устраивают водоотводные и дренажные канавы, а весной следующего года с площади резервов удаляют снег, чтобы создать благоприятные условия для просыхания грунтов. Благодаря высокой солнечной радиации в районах Крайнего Севера, незначительной продолжительности светового дня, небольшой относительной влажности воздуха с конца марта по август-сентябрь просушивание избыточно влажных грунтов в резервах происходит достаточно быстро. Так, при производстве работ в июле при температуре воздуха 25 - 27° С надо 5 - 6 дней, чтобы грунт в резервах просох от влажности 1,6 - 1,9 до 0,8 - 1,2 оптимальной, позволяющей выполнять земляные работы обычными способами. Разработку грунта в резервах и надвижку его в насыпь производят при глубине оттаивания 0,2 - 0,3 м звеном не менее чем из двух бульдозеров без нарушения мохо-растительного слоя в основании насыпи (рис. 7). При разработке избыточно влажных грунтов проходимость обычных машин ухудшается, поэтому применяют машины в "северном" исполнении с уширенными гусеницами или со сниженным давлением в шинах машин на пневмоколесном ходу. Грунт просушивают в резерве с укладкой его в конусы на месте разравнивания для просушки тонкими слоями. Длина фронта работ при послойной разработке оттаявшего на глубину 0,2 - 0,8 м грунта в резервах зависит от интенсивности оттаивания (ориентировочно 0,03 м/сут) и производительности дорожных машин. Производство земляных работ на участках с многолетнемерзлыми грунтами, имеющими при оттаивании недостаточную несущую способность, а также с наличием подземных льдов выполняют зимой с сохранением в основании насыпей мохо-растительного покрова или с подготовкой основания земляного полотна (вырезкой слабого грунта и льда и заменой его устойчивым грунтом). Расчистку полосы от леса производят только на ширину насыпи. Валк
у леса и корчевание пней выполняют зимой.
Рис.7. Схема возведения земляного полотна бульдозерами из резерва на сохраненный мохорастительный слой в основании
1-4 - последовательность укладки грунта в насыпь
Рис.8. Поперечный профиль насыпи из привозный грунтов
Поперечный профиль в этих условиях применяют также с пологими откосами 1: 2 и положе при высоте насыпи менее 2 м (рис. 8).
Несцементированный, крупнообломочный или песчано-гравийный грунт для отсыпки насыпей в этих условиях привозят зимой из карьеров с продольной возкой (рис. 9).
Рис.9. Схема отсыпки насыпи из привозных грунтов: нижний слой в "голову" насыпи, второй слой продольной возкой
Разработку грунта ведут в сосредоточенных карьерах экскаваторами с перевозкой материала автомобилями-самосвалами или тракторными тележками. При производстве работ на участках с подземными льдами, залегающими на глубине менее двойной мощности деятельного слоя, соблюдают следующий порядок и технологию работ:
- расстояния не менее 75 м в каждую сторону от оси дороги объявляют запретными зонами, в пределах которых запрещают нарушать естественный рельеф и особенно растительный покров, корчевать пни, а также осушать заболоченную или заболачивать сухую местность, устраивать продольные или поперечные прорези в основании или у подошвы насыпей; нарушенный мохо-торфяной покров должен быть немедленно восстановлен;
- не допускают скопления воды у насыпи как в период строительства, так и при эксплуатации дороги, для чего производят планировку полосы отвода путем подсыпок без нарушения растительного покрова;
- движение транспортных средств не допускают вне основной дороги; временные дороги располагают за пределами 75 м запретной зоны, там же располагают и временные сооружения;
- отсыпку насыпи начинают после замерзания грунтов деятельного слоя на толщину 20 - 40 см, обеспечивающую проезд транспортных средств без повреждения растительного слоя. С наступлением положительной температуры устройство насыпей на целине прекращают. В теплый период разрешают только заканчивать устройство насыпей, отсыпанных зимой на высоту 60 см и выше;
- зимой снег с насыпей систематически удаляют, чтобы увеличить глубину промерзания.
В проекте производства работ дополнительно указывают: схемы размещения снегозащитных устройств; схемы расположения защитных запретных зон; участки зимних работ. В косогорной местности земляное полотно из щебенистых и фильтрующих грунтов (полунасыпи-полувыемки) сооружают с предварительным оттаиванием грунта или без оттаивания. В первом случае за 20 - 30 дней до начала основных работ для оттаивания грунта на полосе отвода бульдозерами удаляют деревья, кустарник, снимают мохо-торфяной слой и обнажают мерзлый грунт. Расчистку полосы производят на ширину основания насыпи и резервов. Для создания нормальных условий работы по мере оттаивания грунта плужными канавокопателями роют нагорные и водоотводные канавы с повторным их углублением.
Земляные работы выполняют по мере оттаивания в основном бульдозерами, а также экскаватором с погрузкой грунта в автомобили или тракторные прицепы. После оттаивания грейдерами выполняют планировочные работы.
Возведение земляного полотна без предварительного оттаивания мерзлых грунтов начинают сразу после снятия мохо-торфяного слоя и устройства нагорной кананы. Сначала с помощью взрывов на косогоре устраивают полку шириной 3 - 4 м для прохода дорожных машин. Чтобы удалять поступающую из грунта воду, на полке через 5 - 10 м прорывают поперечные ровики-дрены. Последовательными взрывами грунта на верховом откосе и перемещением его бульдозерами полку уширяют до проектных размеров. Пo мере ее уширения ровики удлиняют. Грунт, снятый с откосов, перемещают в насыпь.
После оттаивания и просыхания грунтов окончательно отделывают откосы, придавая им крутизну 1:2 и положе в зависимости от влажности грунтов. Если влажность грунтов откоса более 0,6 предела текучести, sa боковыми канайами отсыпают берму шириной до 3 м для периодической прочистки бульдозером оползающего с откоса грунта.
В отдельные случаях, когда необходимо обеспечить быстрый проезд по строящейся в летний период дороге, на болотистых участках устраивают слань из поперечно уложенных жердей диаметром 14 - 16 см на продольных лагах; слань засыпают гравелистым грунтом слоем 30-40 см и более.
