Бесплатная библиотека стандартов и нормативов www.docload.ru

Все документы, размещенные на этом сайте, не являются их официальным изданием и предназначены исключительно для ознакомительных целей.
Электронные копии этих документов могут распространяться без всяких ограничений. Вы можете размещать информацию с этого сайта на любом другом сайте.
Это некоммерческий сайт и здесь не продаются документы. Вы можете скачать их абсолютно бесплатно!
Содержимое сайта не нарушает чьих-либо авторских прав! Человек имеет право на информацию!

 

СПРАВОЧНИК ДОРОЖНОГО МАСТЕРА

Строительство, эксплуатация и ремонт автомобильных дорог

Учебно-практическое пособие

Москва
Инфра-Инженерия
2005

Содержание

Введение

РАЗДЕЛ I ВОЗВЕДЕНИЕ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

Глава 1. Общие сведения о возведении земляного полотна

1.1. Состав дорожно-строительных работ

1.2. Основы комплексной механизации и автоматизации технологических процессов

1.3. Выбор землеройно-транспортных машин

1.4. Методы организации дорожно-строительных работ

1.5. Классификация грунтов

1.6. Расположение грунтов в теле насыпи

1.7. Теоретические предпосылки основ уплотнения земляного полотна

1.8. Определение оптимальной плотности и влажности грунта

1.9. Требования к плотности грунта в теле насыпи

1.10. Выбор машин для уплотнения земляного полотна

1.11. Производство работ по уплотнению земляного полотна

1.12. Контроль качества уплотнения насыпей

Глава 2. Строительство водоотводных устройств и сооружений

2.1. Отвод поверхностных вод

2.2. Понижение уровня и отвод грунтовых вод

2.3. Устройство водонепроницаемых и капилляропрерывающих слоев

2.4. Строительство водопропускных труб

Глава 3. Возведение земляного полотна в нескальных грунтах

3.1. Восстановление и закрепление трассы

3.2. Расчистка дорожной полосы

3.3. Разбивка земляного полотна

3.4. Удаление растительного слоя

3.5. Рыхление нескальных грунтов

3.6. Возведение земляного полотна из боковых резервов автогрейдерами

3.7. Возведение земляного полотна из боковых резервов бульдозерами

3.8. Возведение земляного полотна из боковых и сосредоточенных резервов и грунтовых карьеров скреперами

3.9. Особенности возведения земляного полотна на косогорах

3.10. Возведение земляного полотна из привозного грунта

3.11. Разработка выемок в нескальных грунтах бульдозерами и скреперами

3.12. Разработка выемок экскаваторами

Глава 4. Сооружение земляного полотна в особых условиях

4.1. Особенности возведения земляного полотна в горных условиях

4.1.1. Бурение скальных пород

4.1.2. Взрывчатые вещества, способы и средства взрывания

4.1.3. Производство взрывных работ

4.1.4. Технология возведения земляного полотна в скальных грунтах

4.2. Возведение земляного полотна на болотах

4.2.1 Типы болот и способы возведения на них насыпей

4.2.2. Возведение земляного полотна на поверхности болота

4.2.3. Возведение земляного полотна на болоте с полным или частичным выторфовыванием

4.2.4. Возведение земляного полотна на поверхности болота после устройства дренажных прорезей или дрен

4.3. Возведение земляного полотна в зимних условиях

4.3.1. Правила производства земляных работ в зимних условиях

4.3.2. Предохранение грунтов от промерзания

4.3.3. Рыхление мерзлых грунтов

4.3.4. Оттаивание мерзлых грунтов

4.3.5. Технико-экономическое обоснование способа подготовки грунта к разработке в зимнее время

4.3.6. Особенность возведения земляного полотна в зимнее время

4.4. Возведение земляного полотна в районе вечной мерзлоты

4.4.1. Особенности приложения трассы в районе вечной мерзлоты

4.4.2. Характеристика условий строительства земляного полотна в районе вечной мерзлоты

4.4.3. Технико-экономическое обоснование и технология производства работ

Глава 5. Планировочные и укрепительные работы

5.1. Планировка земляного полотна

5.2. Укрепление земляного полотна

5.3. Контроль качества земляного полотна и правила его приемки

РАЗДЕЛ II ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Глава 6. Основы дорожно-строительных материалов

6.1. Свойства дорожно-строительных материалов

6.1.1. Физические свойства

6.1.2. Механические свойства

6.1.3. Химические свойства

6.1.4. Конструкционные свойства

6.1.5. Технологические свойства

6.1.6. Эксплуатационные свойства

6.2. Природные каменные материалы

6.2.1. Горные породы, их происхождение и классификация

6.2.2. Обломочные горные породы

6.3. Минеральные вяжущие материалы

6.3.1. Воздушная известь

6.3.2. Портландцемент

6.3.3. Особые виды портландцемента

6.4. Цементобетоны

6.4.1. Свойства бетонной смеси

6.4.2. Расчет состава бетона

6.5. Органические вяжущие материалы

6.5.1. Битумы нефтяные

6.5.2. Битумы сланцевые

6.5.3. Каменноугольные дегти

6.5.4. Битумные эмульсии

6.5.5. Добавки, вводимые в органические вяжущие материалы

6.6. Асфальтобетон

6.6.1. Требования к материалам

6.6.2. Структурно-механические свойства асфальтобетона

6.6.3. Нормативные требования к асфальтобетону

6.6.4. Расчет состава асфальтобетонной смеси

6.6.5. Холодный асфальтобетон

6.6.6. Литой асфальтобетон

6.6.7. Дегтебетон

РАЗДЕЛ III ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ПРЕДПРИЯТИЯ ДОРОЖНОГО ХОЗЯЙСТВА

Глава 7. Проектирование производственных предприятий

7.1. Проектирование карьеров нерудных материалов

7.1.1. Буровзрывные работы

7.2. Базы по переработке нерудных материалов

7.2.1. Технологические процессы переработки камня

7.2.2. Механизация технологических процессов переработки камня

7.2.3. Переработка гравийно-песчаных материалов

7.2.4. Обогащение и улучшение каменных материалов

7.3. Базы битумных материалов

7.3.1. Обезвоживание и нагрев битума

7.3.2. Приготовление битумных эмульсий

7.3.3. Технология получения битума из гудрона на окислительных установках

7.4. Заводы для приготовления асфальтобетонных смесей

7.4.1. Технология приготовления асфальтобетонной смеси

7.4.2. Проектирование генерального плана АБЗ

7.4.3. Переработка старого асфальтобетона

7.4.4 Контроль качества исходных материалов и асфальтобетонной смеси

7.5. Проектирование заводов по приготовлению цементобетонных смесей

7.5.1. Приготовление цементобетонной смеси

7.5.2. Организация складов на цементобетонном заводе

7.5.3. Транспортирование цементобетонных смесей

7.5.4. Проектирование генерального плана цементобетонного завода

7.5.5. Контроль качества цементобетонной смеси

7.6. Технология изготовления железобетонных изделий

7.6.1. Технология изготовления арматурных конструкций

7.6.2. Формовочная оснастка

7.6.3. Уплотнение цементобетонной смеси на стадии формования изделия

7.6.4. Тепловая обработка железобетонных изделий

7.6.5. Организация склада готовой продукции и контроль качества готовой продукции

РАЗДЕЛ IV ДОРОЖНЫЕ ОДЕЖДЫ

Глава 8. Устройство дорожных одежд

8.1. Общие сведения о строительстве дорожных одежд

8.1.1. Классификация дорожных одежд

8.1.2. Теоретические основы повышения устойчивости покрытий низшего типа

8.1.3. Строительство дорожных одежд низших типов

8.1.4. Осушение верхней части земляного полотна и дорожной одежды

8.2. Дорожные одежды с покрытиями переходных типов

8.2.1. Устройство гравийных оснований и покрытий

8.2.2. Устройство щебеночных оснований и покрытий

8.2.3. Устройство мостовых

8.3. Устройство дорожных одежд из укрепленных грунтов и местных малопрочных каменных материалов, обработанных вяжущими

8.3.1. Требования, предъявляемые к грунтам, подлежащим укреплению вяжущим и укрепленному грунту

8.3.2. Укрепление грунтов минеральными вяжущими материалами

8.4. Дорожные одежды усовершенствованных типов

8.4.1. Характеристика усовершенствованных покрытий облегченного типа

8.4.2. Устройство покрытий и оснований способом пропитки

8.4.3. Укрепление щебеночного основания пескоцементной смесью по способу пропитки

8.4.4. Устройство покрытий и оснований способов смешения на дороге

8.4.5. Устройство поверхностной обработки

8.5. Устройство асфальтобетонных покрытий

8.5.1. Транспортирование горячих асфальтобетонных смесей

8.5.2. Организация производства работ

8.5.3. Подготовительные работы

8.5.4. Укладка асфальтобетонной смеси

8.5.5. Уплотнение асфальтобетонной смеси

8.5.6. Особенности строительства покрытий из литых асфальтобетонных смесей

8.6. Устройство цементобетонных покрытий

8.6.1. Требования к материалам, применяемым для устройства цементобетонных покрытий, и дорожному цементобетону

8.6.2. Конструкции дорожных одежд с цементобетонным покрытием

8.6.3. Определение скорости потока и сменной потребности в материалах

8.6.4. Проектирование вариантов машинно-дорожных отрядов

8.6.5. Проектирование технологической последовательности строительства цементобетонного покрытия

8.6.6. Разработка технологических карт на устройство цементобетонного покрытия

8.6.7. Организация строительства однослойного цементобетонного покрытия

8.7. Устройство сборных покрытий из бетонных и железобетонных плит

8.7.1. Конструкции сборных покрытий

8.7.2. Технология строительства сборных покрытий

РАЗДЕЛ V ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Глава 9. Воздействие автомобильных дорог на окружающую среду

9.1. Влияние экологических факторов среды обитания на здоровье населения

9.2. Оценка уровня загрязнения почв в придорожной полосе автотранспортными выбросами свинца

9.3. Оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха

9.4.Оценка уровня шумового воздействия автотранспорта

9.5. Сохранение плодородия земель

9.6. Рекультивация земель

РАЗДЕЛ VI РЕМОНТ И СОДЕРЖАНИЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

Глава 10. Общие принципы и положения

10.1. Классификация работ

10.2. Нормативные требования к эксплуатационному состоянию автомобильных дорог

10.2.1. Общие положения

10.2.2. Требования к эксплуатационному состоянию дорог и улиц

10.2.3. Требования к техническим средствам организации дорожного движения и оборудованию дорог и улиц

10.2.4. Дорожные ограждения и бортовой камень

10.2.5. Методы контроля

10.3. Наиболее распространенные деформации и разрушения земляного полотна и дорожных одежд

10.4. Нормы межремонтных сроков дорожных одежд и покрытий

Глава 11. Содержание автомобильных дорог

11.1. Задачи содержания автомобильных дорог

11.2. Состав работ по содержанию автомобильных дорог

11.3. Содержание автомобильных дорог весной, летом и осенью

11.3.1. Содержание земляного полотна и полосы отвода

11.3.2. Содержание проезжей части

11.3.3. Обеспыливание дорог

11.3.4. Содержание обстановки дороги, зданий и сооружений дорожной службы

11.3.5. Пропуск ледохода и паводка

11.3.6. Особенности содержания дорог в горной местности

11.4. Содержание автомобильных дорог в зимний период

11.4.1. Очистка дорог от снега

11.4.2. Борьба с зимней скользкостью на автомобильных дорогах

11.4.3. Наледи и борьба с ними

11.4.4. Защита автомобильных дорог от снежных лавин

11.5. Озеленение автомобильных дорог

11.5.1. Снегозащитные насаждения

11.5.2. Декоративные насаждения

11.5.3. Уход за насаждениями, их усиление, рубки ухода

Глава 12. Ремонт автомобильных дорог

12.1 Задачи ремонта автомобильных дорог

12.2. Состав работ по ремонту автомобильных дорог

12.3. Ремонт земляного полотна и водоотводных сооружений

12.4. Технология ремонта дорожных покрытий

12.5. Ремонт обстановки дороги

Глава 13. Капитальный ремонт автомобильных дорог

13.1. Задачи капитального ремонта автомобильных дорог

13.2. Состав работ по капитальному ремонту автомобильных дорог

13.3. Технология работ по капитальному ремонту земляного полотна и водоотводных сооружений

13.4. Технология капитального ремонта дорожных одежд

13.5. Капитальный ремонт обстановки дороги

Глава 14. Основные природоохранные требования и рекомендации при содержании и ремонте автомобильных дорог и инженерных сооружений

14.1. Общие требования

14.2. Охрана окружающей среды при ремонте автомобильных дорог

14.3. Охрана природной среды при выполнении работ по содержанию дорог

14.4. Борьба с транспортным шумом

РАЗДЕЛ VII ЗИМНИЕ ДОРОГИ И ЛЕДОВЫЕ ПЕРЕПРАВЫ

Глава 15. Зимние дороги

15.1. Проектирование автозимников

15.2. Строительство автозимников

15.3. Содержание автозимников

Глава 16. Ледовые переправы

16.1. Проектирование ледовых переправ

16.2. Строительство ледовых переправ

16.3. Содержание и ремонт ледовых переправ

Глава 17. Инструкция по безопасному передвижению по ледовым дорогам, переправам и через водные преграды

17.1. Общие требования

17.2. Меры безопасности при ледовых переправах

РАЗДЕЛ VIII ОРГАНИЗАЦИЯ ДВИЖЕНИЯ НА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГАХ

Глава 18. Инженерные устройства

18.1. Дорожные знаки

18.2. Дорожная разметка

18.3. Дорожные ограждения

18.4. Направляющие устройства

18.5. Организация движения и ограждение мест производства дорожных работ

РАЗДЕЛ IX ТАРИФНО-КВАЛИФИКАЦИОННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ ПРОФЕССИЙ И ДОЛЖНОСТЕЙ СПЕЦИАЛИСТОВ И РАБОЧИХ ДОРОЖНОГО ХОЗЯЙСТВА

Глава 19. Общая часть

19.1. Тарифно-квалификационная характеристика специалистов дорожного хозяйства

19.1.1. Мастер участка

19.1.2. Начальник участка

19.1.3. Производитель работ (прораб)

19.1.4. Техник

19.1.5. Лаборант

19.2. Тарифно-квалификационная характеристика рабочих дорожной отрасли

19.2.1. Аппаратчик окисления битума

19.2.2. Асфальтобетонщик

19.2.3. Бетонщик

19.2.4. Вальщик леса

19.2.5. Грохотовщик

19.2.6. Дробильщик

19.2.7. Дорожный рабочий

19.2.8. Землекоп

19.2.9. Изолировщик на гидроизоляции

19.2.10. Каменщик

19.2.11. Мостовщик

19.2.12. Плотник

19.2.13. Стропальщик

19.3. Тарифно-квалификационная характеристика машинистов машин и механизмов

19.3.1. Оператор машин и механизмов

19.3.2. Водитель автомобиля

19.4. Тарифно-квалификационная характеристика машинистов дорожно-строительных машин

19.4.1. Машинист машин и механизмов

19.4.2. Машинист бульдозера

19.4.3. Машинист скрепера

19.4.4. Тракторист

19.4.5. Машинист экскаватора

19.4.6. Слесарь по ремонту дорожно-строительных машин и тракторов

РАЗДЕЛ X ТИПОВЫЕ ИНСТРУКЦИИ ПО ОХРАНЕ ТРУДА

Глава 20. Типовые инструкции по охране труда рабочих дорожной отрасли

20.1. Типовая инструкция по охране труда для бетонщиков ТОИ Р-66-04-93

20.2. Типовая инструкция по охране труда для землекопов ТОИ Р-66-05-93

20.3. Типовая инструкция по охране труда для монтажников стальных и железобетонных конструкций ТОИ Р-66-16-93

20.4. Типовая инструкция по охране труда для стропальщиков ТОИ Р-66-18-93

20.5. Типовая инструкция по охране труда для электросварщиков ручной сварки ТОИ Р-66-20-93

20.6. Типовая инструкция по охране труда для аккумуляторщиков ТОИ Р-66-21-95

20.7. Типовая инструкция по охране труда для арматурщиков ТОИ Р-66-22-95

20.8. Типовая инструкция по охране труда для асфальтобетонщиков ТОИ Р-66-23-95

20.9. Типовая инструкция по охране труда для дорожных рабочих ТОИ Р-66-25-95

20.10. Типовая инструкция по охране труда для изолировщиков на гидроизоляции ТОИ Р-66-27-95

20.11. Типовая инструкция по охране труда для слесарей по ремонту дорожно-строительных машин и тракторов ТОИ Р-66-54-95

Глава 21. Типовые инструкции по охране труда машинистов машин и механизмов

21.1. Типовая инструкция по охране труда для машинистов автомобильных, гусеничных и пневмоколесных кранов ТОИ Р-66-10-93

21.2. Типовая инструкция по охране труда для водителей грузовых автомобилей ТОИ Р-66-24-95

21.3. Типовая инструкция по охране труда для машинистов бетононасосных установок (передвижных) ТОИ Р-66-32-95

21.4. Типовая инструкция по охране труда для машинистов бетоносмесителей передвижных (автобетоносмесителей) ТОИ Р-66-33-95

21.5. Типовая инструкция по охране труда для машинистов компрессоров передвижных с электродвигателем ТОИ Р-66-37-95

21.6. Типовая инструкция по охране труда для машинистов погрузчиков автомобильных ТОИ Р-66-40-95

Глава 22. Типовые инструкции по охране труда машинистов дорожных машин

22.1. Типовая инструкция по охране труда для машинистов бульдозеров ТОИ Р-66-12-93

22.2. Типовая инструкция по охране труда для машинистов экскаваторов одноковшовых ТОИ Р-66-14-93

22.3. Типовая инструкция по охране труда для машинистов автогрейдеров ТОИ Р-66-30-95

22.4. Типовая инструкция по охране труда для машинистов автогудронаторов ТОИ Р-66-31-95

22.5. Типовая инструкция по охране труда для машинистов катков самоходных с гладкими вальцами ТОИ Р-66-36-95

Глава 23. Охрана труда. Обеспечение бесплатной специальной одеждой, специальной обувью и другими средствами индивидуальной защиты специалистов, служащих и рабочих дорожного хозяйства

23.1. Общие положения

Библиографический список

Справочник содержит необходимые сведения по технологии возведения земляного полотна, дорожно-строительным материалам и производственным предприятиям дорожного хозяйства. Изложена технология и организация строительства дорожных одежд, а также правила ремонта и содержания автомобильных дорог.

В справочнике даны рекомендации по проектированию, строительству и эксплуатации автозимников и ледовых переправ.

В помощь руководителям дорожных хозяйств приведена тарифно-квалификационная характеристика основных профессий и должностей специалистов и рабочих, дан справочный материал по обеспечению рабочих бесплатной специальной одеждой и обувью.

Справочник предназначен для инженеров и мастеров, занятых строительством, эксплуатацией и ремонтом автомобильных дорог. Он может быть использован и студентами, обучающимися по специальности «Автомобильные дороги и аэродромы».

КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ:

С.Г. Цупиков, канд. техн. наук, проф. - введение, гл. с I по IX (кроме гл. IV п. 4.1...4.4; гл. VII п.7.1 и 7.2; гл. IX п. 9.1 и 9.2);

А.Д. Гриценко, канд. техн. наук, проф. - гл. с X по XIV;

A.M. Борцов, канд. техн. наук. доц. - гл. XVIII;

И.М. Гуряева, канд. техн. наук, доц. - гл. с XV по XVII;

Т.В. Москвитина, инж. - гл. XIX и XXIII;

Н.С. Казачек, канд. техн. наук, доц. - гл. с XX по XXII;

В.В. Кузьмин, канд. техн. наук, доц. - гл. IV п. 4.1 ...4.4 и гл. VII п.7.1 и 7.1.1;

О.А. Иванова., инж. - гл. IX п. 9.1 и 9.2.

Введение

Автомобильная дорога - это комплекс сложных и дорогостоящих инженерных сооружений, без которых не может работать автотранспорт, перевозящий около 80 % грузов страны. Транспортная сеть влияет на размещение производственных сил, освоение новых районов и природных богатств, способствует повышению эффективного использования местных ресурсов и сельскохозяйственных угодий. Чтобы народное хозяйство работало в нормальных условиях, необходимо иметь 500...600 км автомобильной дороги на 1 тыс. км2 территории. В настоящее время автодорожная сеть Российской Федерации составляет менее 100 км на 1 тыс. км2 территории. Для сравнения, в Испании - 260, в Польше - 980, во Франции - 2420 км на 1 тыс. км2.

От сложности дорожной сети и ее качества зависит эффективность использования автомобильного транспорта и безопасность дорожного движения.

Освоение северных и северо-восточных районов немыслимо без развития сети автомобильных дорог. Строительство дорог в этих районах связано со значительными трудностями, поскольку приходится прокладывать их в сложных природных условиях (пересеченный рельеф, вечная мерзлота, болота, малая продолжительность летнего строительного сезона и др.). Рост объемов дорожно-строительных работ требует не только дальнейшего укрепления производственной мощности дорожно-строительных организаций, но и полного рационального использования техники, существенного улучшения организации и технологии строительства.

Работы по строительству автомобильных дорог можно разделить на подготовительные, строительно-монтажные, заготовительные, включающие работу производственных предприятий и складское хозяйство, транспортные. Затраты труда и материальные ресурсы на разработку месторождений нерудных материалов, переработку, обогащение, приготовление полуфабрикатов и изделий составляют около 50 % от всех затрат на строительство автомобильной дороги. Достаточно сказать, что на строительство одного километра дороги III технической категории требуется: песка - 4500 м3, щебня - 2500 м3 битума - 100 т, минерального порошка - 120 т.

Для строительства, ремонта и содержания автомобильных дорог и сооружений применяют разнообразные природные и искусственные материалы. Природные строительные материалы добывают в местах их образования, обычно в верхних слоях земной коры (например, песок, гравий). Искусственные строительные материалы изготавливают по специальной технологии из природного сырья или отходов промышленности, из смеси разных материалов, причем, свойства исходных составляющих претерпевают физико-химические изменения, в результате чего получается новый материал с новыми свойствами, отличающийся от исходного сырья. Так, после смешения и уплотнения смеси щебня, песка, цемента и воды и последующего отвердевания смеси получают цементобетон.

Строительные материалы, которые могут быть получены в районе строительства из местного природного сырья или отходов промышленности с использованием для их добычи и переработки сравнительно несложного оборудования, называют местными строительными материалами. Применение местных материалов в дорожном строительстве при рациональном конструировании сооружений снижает их стоимость, экономит материалы промышленного производства, сокращает транспортные расходы и обеспечивает строительству более широкий фронт работ. К этой группе относят песок, гравий, щебень из местных каменных пород.

Материалы из сырья, имеющего ограниченное распространение и для производства которых необходимо заводское оборудование и квалифицированный персонал, называют строительными промышленного (централизованного) производства. К этой группе относят цементы, битумы, дегти, металл, которые поступают на строительство в готовом виде.

При приемке материалов, поступающих на объекты в готовом виде, задача мастера сводится к умению проверить качество, организовать их правильную перевозку, хранение и использование. При добыче, переработке и изготовлении материалов на месте строительства (например, каменных материалов, цементо- и асфальтобетонов) мастер организует и руководит работами в притрассовых карьерах, на бетонных заводах, полигонах и базах. В этом случае необходимо глубоко знать не только свойства исходного сырья, полуфабрикатов, составляющих бетона, но и умело организовать технологию производства материалов. Наряду с этим, мастер обязан организовать систематический текущий контроль производства полуфабрикатов, материалов и изделий, их хранение и использование.

За последние годы были пересмотрены многие строительные нормы и правила, государственные стандарты на материалы, полуфабрикаты, изделия, правила производства работ и другие документы. Внедрены новые технологии скоростного строительства автомобильных дорог и новые высокопроизводительные комплекты дорожных машин и оборудования производственных предприятий.

Прогресс в области дорожно-строительных материалов способствовал повышению требований к ним, а также применению новых материалов, в частности - широкому использованию геотекстиля, пластиковых георешёток, щебеночно-мастичного асфальта и др.

Таким образом, возникла необходимость в издании данного справочника с учетом требований по повышению эффективности производства и качества продукции, а также последних достижений науки и техники.

На строительстве, реконструкции и содержании автомобильных дорог в настоящее время заняты тысячи дорожно-строительных организаций, поэтому потребность в справочной литературе по дорожному строительству очень велика.

РАЗДЕЛ I
ВОЗВЕДЕНИЕ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

Глава 1.
Общие сведения о возведении земляного полотна

1.1. Состав дорожно-строительных работ

Все работы, связанные со строительством автомобильных дорог, можно разделить на три группы:

Строительно-монтажные - направлены на создание конечной продукции. При возведении земляного полотна к ним относят:

1. Подготовительные работы:

- восстановление и закрепление трассы;

- расчистка дорожной полосы от леса, кустарника, пней, камней и др.;

- разбивка земляного полотна;

- удаление растительного слоя;

- обеспечение водоотвода.

2. Основные работы:

- разрыхление грунта;

- разработка, перемещение и укладка грунта;

- послойное разравнивание;

- уплотнение.

3. Отделочные работы:

- планировка земляного полотна;

- укрепление откосов земляного полотна;

- рекультивация земель.

Строительно-монтажные работы при возведении земляного полотна подразделяют на линейные и сосредоточенные. Линейными называют работы, объемы которых равномерно распределены по всей строящейся дороге и повторяются на каждом километре лишь с небольшим отклонением. Сосредоточенными называют работы, которые резко отличаются по объему, технологии выполнения от работ, выполняемых на смежных участках.

Заготовительными называют работы по заготовке дорожно-строительных материалов, приготовлению смесей, по производству плит, блоков и др. изделий. Эти работы выполняют на производственных предприятиях; они имеют некоторые преимущества в сравнении с строительно-монтажными работами, а именно:

- постоянство места работы и технологии;

- лучшие условия труда;

- меньшая зависимость от погодно-климатических условий.

Транспортными называют работы по перемещению грунтов, дорожно-строительных материалов.

Складские работы неразрывно связаны со всеми видами работ. Они включают прием, разгрузку, сортировку, хранение в пределах складской территории. Складские работы создают гарантию ритмичной работы строительной организации, но в то же время увеличивают накладные расходы.

Строительно-монтажные, заготовительные, транспортные и складские работы должны быть тесно связаны между собой.

Технологический процесс по устройству дорожной одежды включает:

- предварительную заготовку каменных материалов;

- транспортирование и хранение материалов на складах;

- приготовление различных смесей, изделий и их транспортировку;

- распределение каменных материалов, полуфабрикатов и их уплотнение.

Строители автомобильных дорог кроме земляного полотна и дорожной одежды сооружают водопропускные трубы, мосты, здания дорожно-эксплуатационной службы, производят обустройство автомобильных дорог.

Соотношение между отдельными видами работ в процентах примерно следующее:

- подготовительные работы                                   1...3

- земляное полотно                                                 15...40

- мосты и другие искусственные сооружения      8...12

- дорожная одежда                                                  40...60

- обстановка пути                                                    3...5

- здания дорожно-эксплуатационной службы     1...2

1.2. Основы комплексной механизации и автоматизации технологических процессов

Строительство, ремонт и содержание автомобильных дорог требуют высокоэффективного обслуживания средствами механизации. Механизация работ является основным фактором повышения производительности труда и улучшения качества работ.

Работы, в которых строительные процессы полностью или частично выполняются с помощью машин и механизмов, называют механизированными. Например, к механизированным работам будет отнесено возведение земляного полотна, когда разработка грунта, перемещение, разравнивание и уплотнение его будет выполнено дорожной техникой, а планировка откосов вручную. Механизация резко повышает производительность труда. Например, выработка одного рабочего при приготовлении цементобетонной смеси вручную составляет 2,5...4,0 м3/смену, а при использовании бетономешалки 15 м3/смену, или 1 бульдозер заменяет 150 землекопов.

Уровень механизации строительства оценивают по формуле

Ум = Qм /Qобщ ·100%,                                                                                                  (1.2.1)

где Qм - объем механизированных работ;

Qобщ - общий объем работ в тех же единицах измерения.

Уровень механизации труда характеризует степень использования ручного труда:

Умт = чм/чр·100%,                                                                                                       (1.2.2)

где чм, чр - численность работников, занятых на механизированных операциях и общая численность рабочих.

Комплексной механизацией называют такую организацию труда, когда комплект машин выполняет полный цикл работ

Укм = Qкм /Qобщ ·100%,                                                                                               (1.2.3)

где Qкм - объем работ, выполняемый комплектом машин без использования ручного труда.

Комплексная механизация освобождает человека от тяжелого физического труда при непосредственном выполнении рабочих операций.

Автоматизация является высшей формой комплексной механизации. Она позволяет осуществлять производственные процессы и управление ими без участия человека. Автоматизация обеспечивает резкое повышение производительности труда. Например, выработка одного рабочего на автоматизированном цементобетонном заводе составляет 80 м3 цементобетона в смену против 15 м3 на заводе без автоматизации. Кроме того, автоматизация облегчает условия труда на производстве, улучшает качество выпускаемой продукции, снижает затраты энергии на единицу продукции и стоимость.

Автоматизация может быть полной и частичной. При полной автоматизации весь технологический процесс выполняется и управляется приборами по заранее разработанной программе. Роль человека заключается в настройке и наблюдении за работой приборов. Полная автоматизация освобождает человека от физического труда по управлению машинами и облегчает умственный труд.

При частичной автоматизации управление технологическими процессами осуществляет человек. Уровень автоматизации определяют по формуле

                                                                                    (1.2.4)

где  - сумма произведений количества машино-смен на их стоимость для работ, выполняемых с применена ем автоматизации;

- то же для работ, выполняемых без применения автоматизации.

В настоящее время в дорожном машиностроении освоен выпуск новых дорожных машин и оборудования, снабженных приставками «Автоплан», «Профиль», «Стабилослой» и др. для автоматизации основных технологических операций.

Под индустриализацией дорожного строительства понимают широкое использование в строительном производстве высокопроизводительных автоматизированных комплектов машин. Например, строительство цементобетонного покрытия безрельсовым комплектом машин ДС-110, строительство искусственных сооружений из сборных конструкций. Индустриальное производство создает наилучшие условия для роста производительности труда и снижения себестоимости работ.

1.3. Выбор землеройно-транспортных машин

Грунтово-гидрологические условия по длине трассы, как правило, неоднородны, изменяются и параметры земляного полотна, что обусловливает необходимость использования разнотипных землеройно-транспортных машин для возведения земляного полотна. Каждая машина имеет определенные границы рационального использования (см. табл. 1.1, 1.2).

Таблица 1.3.1

Рациональная дальность перемещения грунта бульдозерами при совместной работе со скреперами или экскаваторами с автомобилями-самосвалами, м

Базовый трактор (бульдозер)

Скреперы на буксире гусеничных тракторов с ковшом емкостью, м3

Экскаваторы с ковшом емкостью, м3 с автомобилями-самосвалами

3,0

7,0

10

0,65

1,25

ДТ-75

40

35

31

93

66

Т-100М

92

59

61

143

80

Т-130

112

69

71

160

90

Т- 180ГМ

115

75

73

170

100

ДЭТ-250

135

93

90

190

110

Таблица 1.3.2

Рациональная дальность перемещения грунта скреперами при совместной работе на участке с экскаваторами с автомобилями-самосвалами, м

Базовым трактор и объем ковша скрепера g, м

Экскаватор с ковшом емкостью, м3

0,65 м3 с автомобилями-самосвалами грузоподъемностью до 5,0 т

1,25 с автомобилями-самосвалами грузоподъемностью до 8,0 т

1,25 с автомобилями-самосвалами грузоподъемностью до 12,0 т

Т-74 (g=3)

400

200

160

Т-100М (g=7)

550

320

290

Т-100М (g=10)

690

400

340

ДЭТ-250 (g=15)

890

600

600

Ведущие и комплектующие машины, а также транспортные средства выбирают в зависимости от дальности перемещения грунта, высоты насыпи (глубины выемки), группы грунтов и др.

Производительности ведущих и комплектующих машин должны быть увязаны между собой, причем ведущие машины для полного их использования могут выполнять и вспомогательные операции благодаря использованию сменного оборудования (навесные рыхлители, откосники для планировки откосов и др.). Комплексная механизация земляных работ обусловливает необходимость комплектования дорожных отрядов (звеньев) различными машинами, соблюдая принципы типажа и взаимодействия их в отряде. Основные данные для выбора машин приведены в [1,2]

При выборе способа производства земляных работ обычно сравнивают следующие основные показатели:

1. Себестоимость единицы продукции

                                                                       (1.3.1)

где  - сумма произведений количества машино-смен на их стоимость, руб.;

 - суммарная трудоемкость работ, выполняемых вручную, чел.-смен;

Ср - средняя счетная дневная ставка рабочих, занятых ручным трудом, руб.;

Сп - стоимость подготовительных и вспомогательных работ, не учитываемых в стоимости машино-смен, руб.;

К1, К2 - коэффициенты, учитывающие увеличение стоимости производства работ за счет накладных расходов.

К1 и K2 = 1 + N/100,                                                                                                   (1.3.2)

где N - норма накладных расходов, принимаемых для К1 = 14...18 % и К2 = 60...80 %;

Q - общий объем планируемых работ, м3.

Стоимость одной машино-смены определяют по формуле

См = С1 + С2 + С3,                                                                                                       (1.3.3)

где С1, С2 и С3 - затраты соответственно первой, второй и третьей групп.

С1 = (С'1 + С'2 + С'3 + С'4К1                                                                                      (1.3.4)

где С'1 - отчисление на восстановление первоначальной стоимости, руб.;

С'2 - отчисление на капитальный ремонт, руб.;

С'3 - затраты на транспортировку машин, руб.;

С'4 - затраты на монтаж и демонтаж, руб.;

К1 = 1,1 - коэффициент, учитывающий косвенные расходы (содержание персонала на передачу машины);

С'1 + С'2 - составляют амортизационные отчисления на восстановление первоначальной стоимости машины.

С2 = (С'5 + С'6 + С'7К2,                                                                                              (1.3.5)

где С'5 - затраты, связанные с износом деталей, резины и др., руб.;

С'6 - затраты, связанные с текущим ремонтом и обслуживанием, руб.;

С'7 - расходы на топливо, смазку и др., руб.;

К2 = 1,1- коэффициент, учитывающий косвенные расходы (хранение машины и др.).

С3 = С'8·К3,                                                                                                                 (1.3.6)

где С'8 - заработная плата механизатора, руб.;

К3 = 1,5 - коэффициент, учитывающий начисления на заработную плату.

Из вышеизложенного следует, что фактическая стоимость машино-смены Сф не является величиной постоянной и в значительной степени зависит от годового и внутрисменного использования машины на объекте

Сф = К·С1 + a·С2 + С3,                                                                                               (1.3.7)

где К - коэффициент, учитывающий годовое использование машины.

К = Мп/Мф

где Мп и Мф - число рабочих смен в году, соответственно плановое и фактическое;

a - средний коэффициент, учитывающий использование машины в течение смены.

Таким образом, обобщающим критерием при выборе способа производства земляных работ являются приведенные затраты

Зпр = С + Ен´Куд,                                                                                                         (1.3.8)

где Ен - нормативный коэффициент эффективности;

Куд - удельные приведенные затраты.

                                                                                                            (1.3.9)

где С0 - рыночная цена машины, руб.;

а - расходы по первоначальной доставке машины потребителю с завода, руб.;

Тф - фактическое время, отработанное машиной в течение года, смен;

Пэ- эксплуатационная производительность машины в смену. Выработка одного рабочего составляет (м3/смену)

B = Q/m,                                                                                                                      (1.3.10)

где Q - объем работ, выполняемых отрядом за смену;

m - число рабочих в отряде (звене).

Трудоемкость единицы продукции является величиной, обратной выработке одного рабочего.

T = m/Q                                                                                                                       (1.3.11)

Энергоемкость, характеризующая расход энергии комплекта на единицу объема земляных работ (кВт/м3)

Э = SЭ/Q                                                                                                                     (1.3.12)

где SЭ - суммарная мощность двигателей всех машин, используемых в отряде (звене).

1.4. Методы организации дорожно-строительных работ

До 1940 г., когда материально-технические ресурсы были ограничены, строительство автомобильных дорог велось последовательным или параллельным методом.

Последовательный метод состоит в том, что все строительные процессы выполняют на одном участке дороги, а затем все силы и ресурсы перемещают на следующий участок и так до полного завершения строительства дороги (рис. 1.4.1).

Рис. 1.4.1. Последовательный метод организации работ:
t1, t2, t3 - продолжительность выполнения работ, соответственно на 1....3 участке, смен;
l1, l2, l3 - протяженность участков, км

Продолжительность строительства автомобильной дороги Т равна

T = t1 + t2 + t3,                                                                                                             (1.4.1)

При этом методе достигается концентрация сил и ресурсов строительной организации на коротком участке, чем облегчается руководство работами и контроль за их качеством. Недостатком этого метода организации работ являются неизбежные перерывы в использовании технических и материальных ресурсов из-за отсутствия необходимых заделов, что в конечном итоге удлиняет и удорожает строительство дороги в целом. Тем не менее этот метод организации работ может быть использован и в настоящее время при сооружении земляного полотна в сложных условиях.

Рис. 1.4.2. Параллельный метод организации работ

Параллельный метод заключается в одновременном выполнении комплекса работ на всем протяжении строящейся дороги, разделенной на самостоятельные участки (рис. 1.4.2). Такой способ позволяет значительно ускорить строительство благодаря сосредоточению большого количества трудовых и материально-технических ресурсов многих специализированных подразделений.

Параллельный метод организации позволяет строить дороги форсированно, но требует значительной концентрации на короткий срок трудовых ресурсов и техники на всем протяжении дороги, усложняет управление, снижает использование средств производства, вызывает необходимость частых передислокаций крупных строительных организаций и удорожает строительство. Если средств производства недостаточно, то параллельное производство неминуемо приводит к их технологическому и организационному распылению. Этот метод в настоящее время применяют при необходимости ввода в эксплуатацию дороги в сжатые сроки.

Продолжительность строительства дороги при параллельном методе организации работ

                                                                                                                      (1.4.2)

или

                                                                                                                     (1.4.3)

где lmax - наибольшая продолжительность участка дороги, м;

V - средняя скорость потока, м/смену;

Q - наибольший объем работ на участке;

q - средний темп потока, м3/смену.

Быстрый рост объемов дорожно-строительных работ требует не только дальнейшего укрепления производственной мощности строек, но и полного рационального использования техники, существенного улучшения организации и технологии строительства. Снижение стоимости, повышение качества и сокращение сроков строительства во многом зависят от организации дорожно-строительных работ. Наиболее полно этим требованиям отвечает поточный метод организации строительства.

Поточный метод организации строительства - это такой метод, при котором все работы выполняют передвижные специализированные дорожно-строительные подразделения(звенья), движущиеся по дороге одно за другим в непрерывной технологической последовательности с заданной средней скоростью, обеспечивающей согласованность всего потока. В результате такого последовательного движения в заданный период заканчивается строительство участка дороги, готового к вводу в эксплуатацию.

В основе организационной структуры строительства при поточном методе лежит комплексный поток. Комплексный поток состоит из специализированных дорожно-строительных подразделений, каждое из которых выполняет отдельный вид работ.

На трассе строящейся автомобильной дороги имеются сосредоточенные работы (сооружение мостов, путепроводов, высоких насыпей и глубоких выемок, возведение земляного полотна на болоте и др.), которые могут служить задержкой для продвижения специализированных подразделений, выполняющих линейные работы. Поэтому важнейшим условием успешного применения поточного метода является заблаговременное выполнение сосредоточенных работ. Так как сосредоточенные работы резко отличаются по трудоемкости, технической сложности и другим показателям от линейных работ, для их выполнения создаются особые подразделения. Принципиальная схема поточной организации дорожного строительства показана на рис. 1.4.3.

Рис.   1.4.3.  Принципиальная схема поточной организации дорожного строительства

При изучении и внедрении поточного метода организации работ выявились параметры потока и их взаимозависимости. Параметрами потока называют основные величины, которые характеризуют поток, его построение и организационные особенности (рис. 1.4.4).

Рис. 1.4.4. Фрагмент линейного календарного графика:
1 - поток с переменной скоростью; 2 - потоки с постоянной скоростью. Параметры потока: L - годовой участок работы, А - годовое время действия потока, а - длина комплексного потока, Е - шаг потока, А0 - период развертывания потока, Ас - период свертывания потока, Апр - период выпуска продукции, Ауст - время установившегося потока
Условные обозначения:

-

возведение земляного полотна;

-

устройство песчаного подстилающего слоя;

-

устройство щебеночного основания;

-

устройство асфальтобетонного покрытия.

Годовой участок работы потока «L». Участок дороги в км, на котором осуществляется работа потока в течение года.

Темп (интенсивность) потока «q». Средний объем работ, выполняемый дорожно-строительным подразделением в смену.

Захватка «b». Участок дороги по протяженности равный или кратный скорости потока, на котором расположены средства производства, выполняющие одну или несколько совмещенных операций.

b = V или b = п´V ,т                                                                                                 (1.4.4)

Длина комплексного потока «а». Участок дороги, на протяжении которого располагаются все средства производства, входящие в состав комплексного потока. Длина комплексного потока равна сумме захваток и разрывов (организационных и технологических) между ними.

                                                                                                           (1.4.5)

Годовое время действия потока «А». Календарная продолжительность работы потока в течение года от начала работы первого специализированного подразделения(звена) до конца работы последнего.

Механизированные дорожно-строительные подразделения, как правило, имеют постоянный состав и, соответственно, постоянную производственную мощность, хотя объем земляных работ по трассе распределен неравномерно. В связи с этим ежедневно возводятся неодинаковые по длине участки земляного полотна. При строительстве дорожной одежды объемы работ на значительных по протяженности участках остаются постоянными. Учитывая вышеизложенное, различают два вида потоков:

- с переменной скоростью;

- с постоянной скоростью (рис. 1.4.4).

Шаг потока «Е». Время в календарных сменах между вводом в поток двух очередных звеньев машин.

Период развертывания потока «А0». Время в сменах от начала работы первого специализированного подразделения (звена) до начала работы последнего. Период развертывания потока при постоянном шаге потока, равен

А0 = E(n - 1);                                                                                                               (1.4.6)

при переменном

                                                                                                                  (1.4.7)

где п - число специализированных подразделений (звеньев).

Период выпуска продукции Апр. Разность между годовым временем действия потока А и временем развертывания А0

Апр = А - А0                                                                                                                 (1.4.8)

Период свертывания потока Ас. Время в сменах, необходимое для последовательного вывода из работы всех специализированных потоков после полного окончания выполненных ими работ.

Время установившегося потока Ауст. Это время одновременного действия всех специализированных подразделений

Ауст = А - (А0 + Ас)                                                                                                      (1.4.9)

Параметры потока взаимодействуют между собой. Так, длина годового участка работы L прямо пропорциональна скорости потока V и периоду выпуска продукции Апр

L = V·(A - А0)                                                                                                              (1.4.10)

В свою очередь скорость V и темп потока q зависят от годового времени потока и периода его развертывания

 м3/смену;                                                                                               (1.4.11)

 м3/смену;                                                                                                (1.4.12)

где Q - годовой объем земляных работ, м3

Средняя длина комплексного потока может быть определена по формуле

                                                                                                                 (1.4.13)

Для оценки эффективности поточного метода организации работ определяют условный коэффициент эффективности

                                                                                                     (1.4.14)

Чем больше коэффициент Эп, тем выше эффективность организации работ. Принято считать, что при

Эп > 0,7 - применение поточного метода целесообразно;

Эп = 0,4...0,6 - возможны другие методы;

Эп < 0,3 - поточный метод организации работ неэффективен.

Поточный метод организации работ по сравнению с последовательным и параллельным имеет следующие преимущества:

- обеспечивает расчленение процесса;

- дает возможность равномерно использовать машины и механизмы;

- облегчает снабжение и планирование работ;

- обеспечивает ритмичный выход готовой продукции;

- способствует повышению производительности труда, сокращению сроков выполнения работ, снижению себестоимости строительства, улучшению качества работ.

Для получения высоких показателей при поточной организации работ необходимо:

- наличие тщательно разработанного проекта производства работ;

- организация комплексного снабжения строительства объекта;

- правильное планирование задела;

- хорошее техническое состояние парка дорожно-строительных машин.

1.5. Классификация грунтов

Физико-механические и физические свойства грунтов оказывают существенное влияние на конструкцию земляного полотна, способы производства работ и, в конечном итоге, на стоимость всей автомобильной дороги.

Грунты, используемые для возведения насыпей, разделяют на четыре основные группы: скальные, добываемые путем разрушения естественных сплошных или трещиноватых скальных массивов; крупнообломочные, залегающие в естественных условиях в виде аллювиальных и делювиальных отложений; песчаные; глинистые.

По своим физико-механическим свойствам грунты, залегающие в верхней толще земной коры, подразделяют:

1. Щебенистый грунт - неокатанные остроугольные разрушенные горные породы размером частиц до 200 мм и насыпной плотностью 1750...1900 кг/м3, естественной влажностью 2...6 % и коэффициентом разрыхления 1,3...1,4.

2. Гравелистый грунт - обломочная горная порода, состоящая из несцементированных окатанных зерен размером до 70 мм. Окатанные частицы от 70 до 200 мм принято называть галькой. Насыпная плотность гравелистого грунта достигает 1700...1900 кг/м3, естественная влажность - 2...8 % и коэффициент разрыхления - 1,14...1,28.

3. Песок - рыхлая горная порода, состоящая из обломков различных минералов и пород в виде зерен диаметром от 0,12 до 5 мм. Песок подразделяют на крупный с преобладанием фракции 0.5...5 мм, средний с преобладанием фракции 0,25...0,5 мм; мелкий с содержанием частиц 0,1...0,25 мм более 50%. Песок, в котором преобладает фракция менее 0,1 мм, называют пылеватым. Насыпная плотность песка - 1500... 1600 кг/м3, естественная влажность - 8...12% и коэффициент разрыхления - 1,0...1,1.

4. Супесь - грунт, содержащий от 30 до 50 % песчаных частиц. Насыпная плотность 1500...1600 кг/м3, естественная влажность - 10...15 %, коэффициент разрыхления - 1,2...1,3, число пластичности - 1...7.

5. Глина представляет собой силикат, содержащий глинозем, кремнезем, примеси песка, извести и др., а также химически связанную воду. Глина содержит частиц мельче 0,005 мм более 30 %. При содержании в глине частиц мельче 0,005 мм более 60 %, ее называют тяжелой. Плотность глины при естественной влажности - 20...30 % составляет 1500...1600 кг/м3. Коэффициент разрыхления - 1,15...1,30. Число пластичности, в зависимости от содержания глинистых частиц, - 17...27.

6. Суглинок - грунт, содержащий от 10 до 30 % глинистых частиц. Плотность суглинка при естественной влажности 14...19 % составляет от 1500 до 1600 кг/м3. Коэффициент разрыхления изменяется в пределах от 1,2 до 1,3. Суглинок с числом пластичности 7...12 называют легким, а с числом пластичности свыше 12 - тяжелым.

7. Растительный грунт имеет в своем составе гумуса от 4 до 22 %. По механическим свойствам приближается к тяжелым суглинкам. Плотность растительного грунта при влажности 20...25 % составляет 1200...1300 кг/м3, а коэффициент разрыхления - 1,3...1,4.

Пригодность грунта для сооружения земляного полотна определяется его дорожно-строительными свойствами (табл. 1.5.1).

Для насыпей применяют грунты, состояние которых под действием природных факторов не изменяется или изменяется незначительно, что не влияет на их порочность и устойчивость в земляном полотне. К таким грунтам относят: скальные неразмягчаемые породы, крупнообломочные, песчаные (кроме мелких и пылеватых), супеси крупные и легкие (табл. 1.5.1).

Таблица 1.5.1

Классификация грунтов по их дорожно-строительным свойствам

Вид грунта

Распределение частиц по крупности, % от массы сухого грунта

Содержание песчаных частиц, % от массы сухого грунта

Число пластичности

Пригодность грунтом для отсыпки землянок) полотна

Крупнообломочные:

 

 

 

 

Щебенистый (неокатанные частицы)

Крупнее 10 мм, более 50 %

-

-

Весьма пригоден

Гравелистый (окатанные частицы)

Крупнее 10 мм, более 50 %

-

-

То же

Древесный (при преобладании окатанных частиц - гравелистый)

Крупнее 2 мм, более 50 %

-

-

-«-

Песчаные:

 

 

 

 

Песок гравелистый

Крупнее 2 мм более 25 %

 

 

Весьма пригоден

Песок крупный

Крупнее 0,5 мм более 50 %

-

-

Пригоден

Песок среднем крупности

Крупнее 0,25 мм более 50 %

-

-

То же

Песок мелкий

Крупнее 0,1 мм более 75 %

-

-

Пригоден, но менее устойчив

Песок пылеватый

Крупнее 0,05 мм более 75 %

-

-

Малопригоден

Глинистые:

 

 

 

 

Супесь

Легкая крупная

50

1...7

Весьма пригодна

-«-

Легкая пылеватая

20...50

1...7

Пригодна

-«-

Тяжелая пылеватая

20

1...7

Малопригодна

Суглинок:

Легкий

40

7...12

Пригоден

-«-

Легкий пылеватый

40

7...12

То же

-«-

Тяжелый

40

12...17

То же

-«-

Тяжелый пылеватый

40

12...17

Малопригоден

Глина:

Песчаная

40

17...27

Пригодна

-«-

Пылеватая полужирная

Не нормируется

17...27

Малопригодна

-«-

Жирная

То же

27

Не пригодна

Грунты глинистые, мелкие и пылеватые пески, размягчаемые скальные грунты также пригодны для возведения земляного полотна, но при этом необходимо учитывать некоторые ограничения.

Кроме грунтов природного происхождения для отсыпки насыпей применяют отходы промышленности: золошлаковые материалы, отвалы горнодобывающей промышленности и др.

Насыпи возводят из грунта, который получают при разработке выемок, грунтовых карьеров или боковых резервов. Объем потребного грунта для насыпей

Vк = Vн·k0,                                                                                                                    (1.5.1)

где Vн - объем возводимой насыпи, м3;

k0 - коэффициент относительного уплотнения.

k0 = dн/dе,                                                                                                                    (1.5.2)

где dн - требуемая плотность грунта в теле насыпи, кг/м3;

dе - плотность грунта в естественном состоянии, кг/м3.

По трудности разработки дорожными машинами, грунты подразделяют на четыре группы (табл. 1.5.2).

Таблица 1.5.2

Группы грунтов по трудности разработки механизированными средствами

Наименование и краткая характеристика грунта

Группа фунта по трудности разработки машинами

 

одноковшовыми экскаваторами

скреперами

бульдозерами

автогрейдерами

грейдерэлеваторами

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

I, II

II

II

II

-

Глина:

 

 

 

 

 

- жирная мягкая и насыпная

II

II

II

II, III

II

- слежавшаяся всех видов, твердая (без примесей);

III

-

II

III

-

- с примесью щебня, гальки или гравия 10 % и более;

III

-

II

III

-

- маренная (с валунами до 30 %)

IV

-

III

-

-

- тяжелая ломовая (юрская)

III

II

III

III

III

Грунт растительного слоя:

 

 

 

 

 

- без корней и валунов;

I

I

I

I

I

- с примесью щебня, гравия

II

-

III

-

-

Песок:

 

 

 

 

 

-всех видов естественной влажности;

I

II

II

II

III

- сухой сыпучий с примесью

I

II

III

-

-

Скальные грунты:

 

 

 

 

 

- предварительно разрыхленные;

IV

-

III

-

-

- не требующие разрыхления

IV

-

IV

-

-

Суглинок:

 

 

 

 

 

- легкий и лессовидный тяжелый и слежавшийся;

I

I

I

I

I

- с примесью щебня, гравия и строительного мусора

II

II

II

II

II

Супеси всех видов

I

II

II

II

II

Мерзлые грунты, песчаные и супесчаные, глинистые и суглинистые, предварительно разрыхленные

II...IV

III , IV

III

-

-

1.6. Расположение грунтов в теле насыпи

Грунты в пределах глубины промерзания, как правило, разнообразны. В связи с этим при возведении земляного полотна необходимо знать, какие грунты в какую часть насыпи целесообразно уложить, чтобы в теле насыпи не допустить образования висячих горизонтов воды. При правильном расположении грунтов в насыпи, плотность и влажность грунтов будет примерно одинаковой, снизится морозное лучение и не возникнут неравномерные просадки дорожного покрытия.

Для наглядности рассмотрим несколько случаев расположения грунтов в теле насыпи. Предположим, что на участке с избыточным увлажнением нижнюю часть насыпи отсыпали из пылеватых суглинков, а верхнюю часть - из песчаных грунтов. Причем, толщина слоя из пылеватого суглинка h1, меньше высоты капиллярного поднятия воды hк. В этом случае вода по узкому капилляру поднимется до песчаного грунта, имеющего широкий капилляр, и поднятие влаги прекратится, поскольку на границе двух капилляров появится выпуклый мениск и вода из нижнего капилляра, более узкого, не поступит в верхний с диаметром в сотни раз больше (рис. 1.6.1, а). С повышением грунтовых вод уменьшается лишь радиус мениска, значит, при обеспечении условий поверхностного стока естественная влажность верхнего песчаного слоя останется постоянной, особенно если мощность слоя хорошо фильтрующего песка h > hк.

При отсыпке нижней части насыпи из дренирующих грунтов, а верхней из связных при h1 < hк (рис. 1.6.1, б), грунтовая вода из широкого капилляра, достигнув узкого капилляра суглинка, быстро поднимается на значительную высоту, пока не достигнет максимального своего значения. При таком расположении грунтов в теле насыпи, как правило, наблюдается значительное морозное пучение, что приводит в период оттаивания к потере устойчивости земляного полотна.

Рис. 1.6.1. Расположение грунтов в теле насыпи:
а - благоприятное; б - неблагоприятное; 1 - песок; 2 - пылеватый суглинок; 3 - расчетный уровень грунтовых вод; 4 - выпуклый мениск; 5 - вогнутый мениск

Если толщина нижнего песчаного слоя больше капиллярного поднятия воды h > hк, то влажность вышележащего пылеватого суглинка повышается лишь вследствие потока влаги в парообразном состоянии и инфильтрации поверхностной воды. В этом случае нижний слой выполняет функцию капиллярно-прерывающего слоя, что предотвращает увлажнение верхнего слоя насыпи грунтовыми водами.

В тех случаях, когда верхний слой насыпи из связных грунтов отсыпан на дренирующий грунт и толщина слоя связного грунта h' меньше высоты капиллярного поднятия hк', то при необеспеченном поверхностном водоотводе образуется висячий горизонт воды из-за процесса инфильтрации (рис. 1.6.2).

Рис. 1.6.2. Неблагоприятное расположение грунтов в теле насыпи, способствующее накоплению влаги в верхней части земляного полотна:
1 - инфильтрация поверхностной воды; 2 - связный грунт; 3 - дренирующий грунт; 4 - зона капиллярного увлажнения высотой hк; 5 - зона грунтовой воды; 6 - уровень грунтовых вод; 7 - поверхность менисков в фильтрующем грунте; 8 - поверхность менисков в связном грунте

Зимой под воздействием отрицательной температуры происходит перераспределение внутренних запасов воды.

Наибольшее количество замерзшей воды накапливается на глубине h0

h0 = (0,6...0,75)h,                                                                                                         (1.6.1)

где h -толщина слоя связного грунта.

При вынужденном возведении насыпи из связных грунтов с влажностью значительно превышающей оптимальную, рекомендуется в земляном полотне устраивать прослойки из песка толщиной h ³ hк. На участках с II или III типом увлажнения и высоте насыпи до 1,2...1,5 м, переувлажненные грунты необходимо предварительно осушить. Предварительное осушение грунта или его замену производят при коэффициенте консистенции Вк > 0,75

                                                                                                             (1.6.2)

где W - естественная влажность грунта, %;

Wp - влажность, соответствующая границе раскатывания, %;

Мп - число пластичности.

Насыпи отсыпают послойно из однородных грунтов, укладываемых на полную ширину, с постоянно обеспеченным стоком поверхностных вод. Толщину каждого слоя принимают в зависимости от свойств грунта и способов уплотнения.

При неоднородных грунтах отсыпаемым слоям нужно придавать требуемый поперечный уклон. Когда же менее дренирующие слои располагают ниже более дренирующих, то менее дренирующие грунты нужно укладывать с поперечным уклоном ³ 40 ‰. При обратном взаиморасположении слоев вышеприведенное условие не соблюдают.

Откосы земляного полотна, сложенного дренирующими грунтами, необходимо присыпать слоем менее дренирующего грунта и производить посев трав.

1.7. Теоретические предпосылки основ уплотнения земляного полотна

Уплотнение грунта - одно из важнейших условий, обеспечивающих требуемую прочность и допустимое морозное пучение. С увеличением плотности грунта возрастают его прочность, устойчивость, модуль деформации и сопротивление сдвигу, а пористость, деформируемость, водонепроницаемость, набухание и морозное пучение снижаются [9, 22, 34].

Грунт представляет собой сложное тело, в состав которого входят твердые частицы, вода и воздух. Жидкая и газообразная фазы подвижны в порах грунта, и в зависимости от действия физико-механических взаимодействий на грунт их количество может резко изменяться. Прочность грунта зависит от относительного содержания скелета и воды, т.е. от плотности и влажности грунта. Соотношение по массе и объёму трёх компонентов выражается уравнением

                                                                                                    (1.7.1)

где d - плотность скелета грунта, г/см3;

W - массовая доля влажности грунта, %;

V - объем воздуха, %;

g - плотность твердой фазы грунта (истинная плотность скелета, г/см3);

1- единичный объем грунта (1 см3).

Отсюда, плотность скелета грунта, характеризующая степень уплотнения земляного полотна

                                                                                        (1.7.2)

Из условия (1.7.2) следует, что степень плотности грунта d при одинаковой истинной плотности скелета частиц g будет тем выше, чем меньше объём воздуха и влажность грунта. Однако прочность грунта зависит не только от плотности скелета грунта, но и от его структуры, поэтому для решения основной теоретической задачи уплотнения необходимо определить, как сохраняется достигнутая плотность грунта при переменном увлажнении, промерзании и оттаивании и как влияет она на сцепление С, угол внутреннего трения j и модуль упругости Е.

На практике доказано, что для получения наиболее плотной структуры необходимо, чтобы влажность грунта была такой, при которой объем защемленного воздуха находился в пределах 4...6 %, что соответствует полному заполнению грунтовых пор водных гидратных оболочек. Как показывают многочисленные эксперименты, именно при таком объёме воздуха грунт характеризуется минимальными водопроницаемостью, морозным пучением, набуханием, а также максимальным модулем упругости и сопротивлением сдвигу. Если влажность ниже, т.е. объём пор, занятых воздухом, выше, не создается устойчивой структуры, и при увлажнении грунт легко разбухает и тем больше, чем выше влажность, а при недостаточной плотности, наоборот, доуплотняется и дает осадку, а модуль упругости в обоих случаях падает. Если влажность вытесняет указанный процент воздуха, то структура также становится неустойчивой.

Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что для любого вида грунта существует определенная влажность, называемая оптимальной влажностью, при которой достигается наибольшая (оптимальная) плотность грунта с минимальной затратой энергии на его уплотнение. Для соблюдения оптимального режима уплотнения до начала возведения земляного полотна проводят лабораторные испытания: определяют оптимальную плотность и влажность грунта, а также потребную для уплотнения механическую работу.

1.8. Определение оптимальной плотности и влажности грунта

Стандартное уплотнение грунта в лабораторных условиях производят на приборе СоюздорНИИ (рис 1.8.1). Отобранный из резерва или выемки образец грунта, предназначенного для устройства насыпи, высушивают до постоянного веса, растирают и просеивают через сито 5 мм.

Рис. 1.8.1. Прибор для стандартного уплотнения:
1 - поддон; 2 - разъемный цилиндр; 3 - груз массой 2,5 кг; 4 - стойка; 5 - цилиндрическая насадка; 6 - зажимное кольцо; 7 - зажимный винт; 8 - ограничитель для регулирования падения груза

Грунт, просеянный на сите, увлажняют из расчета на 4 ... 5 % ниже границы раскатывания и берут пробу для определения влажности грунта, W. Приготовленный грунт насыпают в прибор на 1/3 и уплотняют ударами груза массой 2,5 кг, падающего с высоты 30 см. Уплотнение производят в три слоя. Число ударов зависит от физико-механических свойств грунта и составляет для несвязных грунтов 20´3, для связных 40´3. Далее взвешивают разъёмный цилиндр с грунтом и без грунта. Плотность влажного грунта dw определяют по формуле

                                                                                                               (1.8.1)

где Р1 - общая масса цилиндра с грунтом, г;

Р2 - масса разъёмного цилиндра, г;

V - объём цилиндра (1000 см3).

Зная влажность и плотность влажного грунта, определяют среднюю плотность скелета грунта

                                                                                                               (1.8.2)

где W - влажность грунта, %.

После этого грунт из разъёмного цилиндра высыпают в чашку, добавляют 2...3 % воды и повторяют операцию, описанную выше.

Затем по полученным значениям (W, d) строят кривую (рис. 1.8) стандартного уплотнения, отображающую зависимость плотности скелета от влажности грунта при уплотнении, максимум которой определяют два параметра: оптимальную плотность d0 и оптимальную влажность W0. Если грунт содержит частицы крупнее 5 мм, то в оптимальную плотность, определенную для отсеянного грунта, вводят поправки, которые приведены в табл. 1.8.1.

Рис. 1.8. Кривые для определения оптимальной плотности и влажности:
1 - стандартное уплотнение на приборе СоюздорНИИ; 2 - усиленное уплотнение (США)

Таблица 1.8.1

Ориентировочные значения поправок в зависимости от процентного содержания частиц крупнее 5 мм

Содержание частиц крупнее 5 мм, %

Поправки

Содержание частиц крупнее 5 мм, %

Поправки

на плотность

на влажность

 

на плотность

на влажность

 

5

1,02

0,95

20

1,08

0,80

10

1,04

0,90

30

1,13

0,70

15

1,06

0,85

40

1,18

0,60

При обосновании параметров прибора стандартного уплотнения в СоюздорНИИ исходили из того, чтобы полученные в нем плотности были достаточно близки плотностям грунта в насыпях, проработавших не менее 20 лет, и, вместе с тем, практически достижимы с помощью уплотняющих средств массой до 10...15 т. Полученные величины оптимальных плотности и влажности грунта не являются наилучшими, так как, повышая при уплотнении число ударов или массу груза, можно получить более высокую оптимальную плотность, меньшую оптимальную влажность грунта и соответственно более прочную структуру (рис. 1.8). В США Американская ассоциация дорожных работников (AASHO) предложила новый способ повышенного уплотнения грунтов. Он предусматривает массу уплотняющей гири 4,5 кг, высоту ее падения 45 см, уплотнение образца грунта в пять слоев 25 ударами гири на каждый слой. Этот метод теперь принят в США и ряде других стран как стандартный. Требования к плотности, установленные этим методом, выполнимы при условии использования машин для уплотнения повышенной массы и мощности и обеспечения оптимальной влажности грунта. В США для уплотнения грунтов применяют кулачковые катки массой до 100 т и на пневматических шинах массой до 300 т.

Практически каждому средству уплотнения соответствует некоторый предел затрат работы, после которого эффект уплотнения, если и повышается, то весьма незначительно (рис. 1.8.2).

Рис. 1.8.2. Увеличение плотности грунта по мере роста работы, затраченной на уплотнение:
1 - трамбовка (один удар соответствует пяти рабочим проходам катка массой 5 т); 2 - кулачковый каток массой 5 т; 3 - гладкий каток массой 8 т; 4 - каток на пневматических шинах массой 15 т

Грунт земляного полотна, уплотненный до оптимальной плотности по методике СоюздорНИИ, обеспечивает отсутствие осадок насыпи и в то же время остается во время замерзания и последующего оттаивания грунта без существенных изменений. Следует иметь в виду, что в северных районах стабильное уплотнение грунта в верхнем промерзающем слое обычно не превышает 0,95...1,0 от оптимального уплотнения; по, этой причине в северных районах нет необходимости производить усиленное уплотнение грунта. В то же время в южных районах усиленное уплотнение (1,05...1,1) позволит уменьшить расходы на строительство дорожной одежды.

1.9. Требования к плотности грунта в теле насыпи

Распределение величин вертикальных давлений в теле земляного полотна по высоте насыпи показано на рис 1.9.1. В верхних слоях насыпи действует в основном давление от временной нагрузки, которое при отсутствии дорожной одежды составляет до 0,7 МПа, а при наличии дорожной одежды не превышает 0,2 МПа. В нижних слоях давление от временной нагрузки понижается и на глубине 1,0 м не превосходит 0,03...0,04 МПа, далее оно быстро затухает. Давление от собственной массы насыпи на глубине 1,0 м достигает 0,2 МПа, а при большей глубине оно превышает давление от временной нагрузки.

Рис. 1.9.1. Распределение вертикальных давлений в зоне земляного полотна:
а - от временной нагрузки; б - от собственной массы

Давление от горизонтальных усилий, возникающих на колесах автомобилей при торможении, трогании с места и перемене скоростей, быстро затухает и на глубине 1,2...1,0 м в расчете его можно не учитывать. При этом следует иметь в виду, что в верхней части земляного полотна давление действует не постоянно, а периодически при наличии временной нагрузки, тогда как в нижней части оно создается собственной массой, и поэтому действует постоянно.

При определении требуемой степени уплотнения грунта по высоте земляного полотна необходимо учитывать изменение влажности и температуры в течение года.

Отсюда следует, что требуемое уплотнение по высоте насыпи не должно быть обязательно одинаковым. Назначаемая плотность должна учитывать эксплуатационные условия, в которых фактически будет находиться грунт (рис. 1.9.2).

Рис. 1.9.2. Распределение требуемой плотности по высоте насыпи

В верхних слоях земляного полотна на глубине 1,5...1,2 м имеют место наибольшие удельные давления от временной нагрузки, требующие максимально возможного уплотнения в целях повышения несущей способности грунта. Кроме того, нужно учитывать возможное изменение плотности грунта за счет сезонных колебаний влажности и промерзания.

В слоях ниже 1,5...1,2 м, где суммарное давление от временной нагрузки и собственной массы грунта невелико, а сезонные колебания влажности и промерзания имеются только на откосах насыпей, требования к уплотнению земляного полотна могут быть снижены.

В нижних слоях насыпи плотность грунта необходимо задавать из условия соответствия ее давлению от собственной массы насыпи.

Плотность грунта, которая должна быть достигнута при сооружении земляного полотна, определяют по формуле

dтр = d0·Kтр                                                                                                                                                      (1.9.1)

где d0 - оптимальная плотность скелета грунта, г/см3;

Kтр - коэффициент уплотнения, установленный действующими нормами (табл. 1.9.1).

Таблица 1.9.1

Значения минимального требуемого коэффициента Ктр от оптимального уплотнения Ко

Вид земляного полотна

Часть земляного полотна

Глубина расположения слоя от поверхности покрытия, м

Дороги с усовершенствованными покрытиями капитального типа

Дороги с усовершенствованными облегченными и переходными покрытиями

Коэффициент уплотнения в дорожно-климагических зонах

II, III

IV, V

II, III

IV, V

Насыпи

Верхняя

До 1,5

1...0,98

0,98...0,95

0,98...0,95

0,95

Нижняя не подтапливаемая

1,5... 6,0

0,98...0,95

0,95

0,95

0,95

Более 6,0

0,98

0,95

0,95

0,95...0,90

Нижняя подтапливаемая

1,5...6,0

0,98...0,95

0,95

0,95

0,95

Более 6,0

0,98

0,98

0,95

0,95

Выемки, нулевые места и естественные основания

В зоне промерзания

До 1,2

1...0,98

0,98...0,95

0,98...0,95

0,95

Нижние зоны промерзания

До 1,2

0,95

0,95...0,92

0,95...0,92

0,90

Примечание. Большие значения коэффициента уплотнения относятся к дорогам с цементобе-тонными и цементогрунтовыми покрытиями и основаниями, а также с усовершенствованными облегченными покрытиями.

Необходимость уплотнения грунтов в выемках, нулевых местах и естественных основаниях устанавливают путем определения фактической плотности этих грунтов и её сопоставления с требуемой. Изменения плотности грунтов в результате искусственного уплотнения, учитываемые при подсчете объёмов земляных работ, характеризуют коэффициентом относительного уплотнения Котн (табл. 1.9.2).

                                                                                                     (1.9.2)

где Vpeз - объем грунта взятого из резерва;

Vнac - объем того же грунта в насыпи после уплотнения;

dтр - требуемая плотность грунта в теле насыпи;

dрез - плотность грунта в естественном состоянии.

Плотность грунта в естественном состоянии dрез определяют непосредственно взятием проб грунта из резерва. Берут одну пробу на 1500...2000 м3 грунта. Ориентировочные значения Котн приведены в табл. 1.9.2.

Таблица 1.9.2

Значения коэффициента относительного уплотнения

Требуемый коэффициент уплотнения грунта насыпи Ктр

Грунт

Каменные материалы при плотности и естественном залегании, кг/м3

пески, супеси пылеватые, суглинки

суглинки, глины

лессы и лесовидные грунты, черноземы

1900...2000

2200...2400

2400...2700

Коэффициент относительного уплотнения Котн

1,0

1,10

1,05

1,20

-

-

-

0,95

1,05

1,00

1,15

0,90

0,85

0,80

0,90

1,00

0,95

1,10

-

-

-

Если влажность грунта на 2...3 % больше или меньше оптимальной, то оптимальную плотность получить нельзя. Оптимальная влажность способствует повышению сцепления в грунте за счет образования более прочно адсорбированных водных пленок.

1.10. Выбор машин для уплотнения земляного полотна

Для достижения требуемой плотности грунта в теле насыпи требуется искусственное уплотнение, поскольку плотность отсыпаемого грунта гораздо меньше требуемой. Так, при возведении земляного полотна бульдозерами плотность грунта, укладываемого ими в насыпь, не превышает 0,7...0,8 от оптимальной. При использовании грейдер-элеваторов эта величина ещё ниже и чаще всего находится в пределах 0,55...0,70. Скреперы и автомобили-самосвалы обеспечивают более высокую плотность (0,80...0,95) благодаря укатке грунта колесами при транспортировке грунта по возводимому слою насыпи.

Существуют три основных способа уплотнения грунтов: укаткой, вибрированием и трамбованием. Выбор способа уплотнения зависит от вида грунта, его влажности, толщины уплотняемого слоя, потребной степени уплотнения, производительности и маневренности машин. Техническая характеристика машин для уплотнения грунтов приведена в табл. 1.10.1 [53].

Таблица 1.10.1

Машины для уплотнения грунтов

Тип и марка машины

Базовый трактор

Масса, т (без балласта и с балластом)

Параметры уплотнения

Мощность двигателя, кВт

Скорость движения, км/ч

толщина слоя, м

ширина слоя, м

Вибрационные катки:

 

 

 

 

 

 

ДУ-70 (прицепной)

МТЗ 80/82

5,7

0,30

2,0

-

3...6

ДУ-74 (самоходный)

Д-243

9,0

0,35

1,7

55,2

До 7

ВГ-1202 (самоходный)

Д-245

12,0

0,40

2,25

73,5

>>5,6

ДУ-62А (самоходный)

Д-440-11

13,0

0,45

2,0

93,5

>>6,5

ДУ-58А (самоходный)

Д-40-11

15,0

0,45

2,0

93.5

>>6,5

ДУ-57-А (самоходный)

-

8,8

0,35

2,4

121

>>7,0

Д-603 (прицепной)

T-75

6,0

До 0,2

1,8

36,7

>>3,0

Д-63(прицепной)

Т-100

12,0

0,30

1,8

88,2

>>3,0

Кулачковые катки:

 

 

 

 

 

 

ДУ-70-1 (прицепной)

T-I50K

6,3

0,25

2,0

110,2

>>6,0

ДУ-26 (прицепной)

Т-75

5,0 и 9,0

0,20

1,8

55,1

4,5

ДУ-3А (прицепной)

Т-100

12,3 и 30,0

0,35

2,8

73,5

>>15

ДУ-32А (прицепной)

Т-100

9,0 и 18,0

0,30

2,6

73,5

>>4

Катки на пневматических шинах:

 

 

 

 

 

 

ДУ-30 (прицепной)

Т-75

4,0 и 12,0

0,27

2,2

55,1

5...8

ДУ-39А (прицепной)

Т-100

6,28 и 25,0

0,35

2,53

73,5

5...10

ДУ-16В (полуприцепной)

МАЗ-529Е

7,3 и 25,9

0,40

2,62

220

15...40

Д-599 (полуприцепной)

БелАЗ-531

27,8 и 56,7

0,43

2,68

-

15...40

 

 

 

 

 

 

 

ДУ-65 (самоходный)

Д-243

12,0

0,40

1,7

55,2

До 8,0

Трамбующие машины:

 

 

 

 

 

 

ДУ-12

T-100М

6 (масса плиты 1,4)

1,0

2,5 (площадь плиты 1,0 м2)

73,5

0,08...0,2

Дизель-трамбующая, самоходная ЦНИИС-РМЗ

-

18,8

1,2

2,8 (площадь трамбовки 0,4 м2)

-

До 0,3

ДУ-90 (вибромашины)

СП-6Д

0,23

0,35

0,55

4,4

-

При уплотнении укаткой сближение частиц грунта и придание ему устойчивой структуры обеспечивается благодаря действию массы катка, многократно проехавшего по поверхности уплотняемого грунта. Моторные катки с гладкими вальцами из-за малой эффективности используют только при завершающей стадии укатки верхнего слоя насыпи для придания ему ровности. Пневмоколесные катки могут уплотнять все виды грунтов. Их основные преимущества по сравнению с катками с гладкими вальцами заключаются в большей площади контакта с поверхностью грунта, более равномерным распределением давления по этой площади, а также в том, что благодаря эластичности шины эта площадь в процессе укатки сравнительно мало изменяется. Все это способствует увеличению глубины распространения напряжений в уплотняемом грунте и длительности их воздействия по сравнению с катками с гладкими вальцами, при повторных проходах которых площадь контакта и глубина распространения напряжений постоянно уменьшается.

Эффективное уплотнение грунта укаткой обеспечивается при условии, что удельное давление рабочего органа катка на грунт близко к его пределу прочности. При недостаточных контактных давлениях необходимая плотность не может быть достигнута, а при превышении давления возникают явления местного разуплотнения (волнообразование перед колесами катков). При уплотнении катками на пневматических шинах предел прочности составляет: песков и супесей 3...4, легких суглинков 4...6, тяжелых суглинков 6...8, глин 8...10 Па. В соответствии с этим, при уплотнении связных грунтов рекомендуется применять катки с давлением в шинах 5...6 атм., а при уплотнении несвязных грунтов - в пределах 2...3 атм. Конструкция катков на пневматических шинах позволяет регулировать как давление в шинах, так и массу катка, зависящую от его загрузки балластом.

Самоходные катки на пневматических шинах отличаются от прицепных большей маневренностью, поэтому они находят широкое применение на участках небольшого протяжения и при ограниченном фронте работ.

Кулачковые катки рекомендуется использовать для уплотнения тяжелых связных грунтов, особенно комковатых. Особенность работы этих катков заключается в том, что они уплотняют грунт, расположенный ниже уровня заглубления кулачков, верхнюю же часть слоя, находящуюся выше этого уровня, разрыхляют. Уплотнение этой части слоя, толщина которой обычно не превышает 5...6 см, достигается после отсыпки и укатки следующего слоя. Барабаны кулачковых катков изготавливают полыми для возможности их загрузки балластом.

Для уплотнения несвязных грунтов кулачковые катки неэффективны, так как такие грунты они только разрыхляют. Хорошие результаты достигаются при использовании кулачковых катков в комплекте с катками на пневматических шинах. В этом случае в начальной стадии уплотнения рыхлый грунт укатывают кулачковыми катками, а для окончательного уплотнения и придания требуемой плотности и ровности верхней части слоя, используют катки на пневматических шинах.

Решетчатые катки эффективны для уплотнения комковатых связных грунтов, гравелистых, а также содержащих мерзлые комья. Вальцы этих катков сделаны из сварной или литой решетки с квадратными ячейками 15´15 или 20´20 см. Решетчатые катки, также как кулачковые, рационально применять в комплекте с катками на пневматических шинах.

Производительность катка, м3/смену, можно определить по формуле

                                                                                  (1.10.1)

где Т - продолжительность смены, ч;

К - коэффициент использования рабочего времени (Кв = 0,85);

L - длина захватки, м;

Н - толщина уплотняемого слоя в плотном теле, м;

в - ширина вальца катка, м;

во - ширина полосы перекрытия следа предыдущего прохода м, (во = 0,2 м);

V - рабочая скорость, м/с;

tпов - время на поворот, с;

п - необходимое число проходов катка по одному следу.

При уплотнении грунтов вибрированием взаимное перемещение частиц возникает вследствие колебательных движений, сообщаемых вибратором. В процессе взаимных перемещений частицы постепенно занимают все более устойчивое положение, чем обеспечивается повышение плотности грунта. Уплотнению вибрированием хорошо поддаются несвязные и малосвязные грунты. Суглинки и глины, характеризуемые преобладанием мягких частиц и хорошим сцеплением, уплотнять вибрированием неэффективно. Наибольшее применение в дорожном строительстве получили прицепные вибрационные катки. Рабочим органом виброкатка является жесткий валец, сообщающий грунту колебательные движения и одновременно воздействующий на него своей массой. Значительно реже для уплотнения грунта используют виброплиты.

Основными параметрами, характеризующими вибрационные машины, являются их масса, возмущающая сила, частота колебаний и размеры рабочего органа - вальца или плиты.

Производительность вибрационных машин определяют по формуле

                                                                                 (1.10.2)

где  - коэффициент использования рабочего времени с учетом поворотов, равный 0,7...0,8. Остальные обозначения так же, как в (1.10.1).

В последние годы виброуплотнение получает все большее распространение, увеличивается разнообразие машин, особенно перспективными считают самоходные вибрационные катки комбинированного действия. Виброкатками массой 4...5 т уплотняют грунт слоями 40...50 см, катками большей массы - слои толщиной 60...80 см. Количество проходов по одному следу при оптимальной влажности грунта составляет четыре - пять.

Трамбование является эффективным универсальным способом уплотнения, пригодным для любого вида грунтов. Важным преимуществом трамбования является возможность уплотнять грунт слоями большей толщины, чем при применении других способов уплотнения, и в стесненных условиях. Наиболее простым устройством для уплотнения грунтов трамбованием является трамбующая плита, подвешенная к стреле экскаватора или крана. Масса плит от 2...3 до 12...15 т, высота подъёма и сбрасывания плиты в начале 2 м, затем 5...6 м. Толщина уплотняемого слоя равна ширине плиты. Количество ударов два - три. Уплотнение верхнего слоя производят катками или сбрасыванием плиты с высоты 0,5 м.

Наряду с трамбующими плитами для уплотнения грунта трамбованием могут быть использованы трамбующие машины со свободнопадающими плитами на базе гусеничных тракторов, дизель-трамбовочные машины, рабочими органами которых служат дизель-трамбовки и др.

Производительность трамбующей машины можно определить по формуле

                                                                                        (1.10.3)

где В - ширина плиты, м.

Оптимальную толщину уплотняемого слоя гладкими вальцовыми катками, кулачковыми катками и катками на пневматических шинах можно определить по формулам, приведенным в табл. 1.10.2.

Таблица 1.10.2.

Формулы для определения оптимальной толщины уплотняемого слоя

Уплотняющее средство

Связные грунты

Несвязные грунты

Гладкие вальцовые катки

Кулачковые катки

H = 0,65(I + 2,5b - hp)

He уплотняют

Катки на пневматических шинах

Условные обозначения:

W, Wо - соответственно фактическая и оптимальная влажность грунта;

q - удельное линейное давление, Па;

R - радиус вальца катка, см;

I - длина кулачка, см;

b - минимальный размер опорной части поверхности кулачка, см;

hp - глубина рыхления уплотненного слоя грунта кулачками (5 см);

Q - нагрузка на колесо катка, кг.

Основные данные, характеризующие различные уплотняющие средства, и области рационального применения приведены в табл. 1.10.3.

Таблица 1.10.3

Основные характеристики уплотняющих машин

Наименование и тип машины

Оптимальная толщина слоя в плотном теле, см

Необходимое число проходов (ударов)

Примерная призводительноть, м3

связный грунт

несвязный грунт

связный грунт

несвязный грунт

связный грунт

несвязный грунт

Кулачковый каток

20...25

15...20

-

6...8

8...12

-

130...170

-

Катки прицепные на пневматических шинах:

 

 

 

 

 

 

12...15 т

15...20

10...15

20...25

15...20

6...8

8...12

4...6

6...8

 

60...90

 

140...200

25...30 т

30...35

20...25

35...40

25...30

6...8

8...10

4...6

6...8

 

90...140

 

200...300

40...50 т

35...40

25...30

45...50

35...45

6...8

8...10

4...6

6...8

 

140...200

 

250...300

Трамбующая машина

40...50

30...40

50...60

40...50

 

1

 

1

 

130...150

 

450...500

Трамбующая плита массой 2 т при высоте падения 2 м

80...90

70...80

100...110

80...90

4...6

6...8

2...4

4...6

30...80

45...100

Вибрационные катки:

 

 

 

 

 

 

3 т

 

-

30...40

20...30

 

-

 

3...4

 

-

 

200...250

6 т

 

-

40...60

30...50

 

-

 

3...4

 

-

 

250...300

Примечание. В числителе данные, соответствующие требуемому коэффициенту уплотнения 0,95, в знаменателе коэффициенту уплотнения 0,98...1,0.

В настоящее время наиболее распространенными средствами уплотнения грунтов являются прицепные катки на пневматических шинах, кулачковые, вибрационные и решетчатые. Они просты в эксплуатации. Стоимость работ при их использовании ниже, в сравнении с другими уплотняющими машинами. Однако недостатками их является сравнительно небольшая толщина уплотняемого слоя и возможность применения только на участках длиной не менее 50...100 м, и шириной не менее 10...12 м.

Для уплотнения откосов используют гладкие вальцы, вибровальцы или трамбующие плиты, смонтированные в виде навесного оборудования к автомобильным кранам или экскаваторам.

1.11. Производство работ по уплотнению земляного полотна

Основными условиями обеспечения высокого качества работ по уплотнению грунтов и достижения ими требуемой плотности являются:

- правильный выбор уплотняющих средств в соответствии со свойствами уплотняемых грунтов;

- обеспечение начального состояния грунтов, способствующего их эффективному уплотнению;

- назначение толщины слоев уплотняемых грунтов в соответствии с нагрузкой на них от уплотняющих машин;

- рациональный режим уплотняющих средств: применение предварительного уплотнения, соблюдение необходимой последовательности проходов и обеспечение их требуемого числа и т.п.;

- своевременный и тщательный контроль плотности.

Важным фактором, облегчающим уплотнение и способствующим его высокому качеству, является естественная влажность грунта близкая к оптимальной. При недостаточной влажности грунтов резко возрастает необходимое количество работы по уплотнению - увеличение массы уплотняющих средств и числа их проходов. Наиболее эффективное уплотнение достигается при влажности грунтов, составляющей 0,9...1,1 оптимальной при стандартном уплотнении. Сухие грунты необходимо перед уплотнением искусственно увлажнять. Количество воды, которое необходимо добавлять к грунту, чтобы довести его влажность до оптимальной, можно рассчитать по формуле

DW = Kтр·dо(W0 - W)a,                                                                                               (1.11.1)

где DW - добавочное количество воды, т на 1 м3 грунта в плотном теле;

Ктр - требуемый коэффициент уплотнения;

dо - оптимальная плотность грунта, г/см3;

W0 - оптимальная влажность в долях единицы;

W - естественная влажность в долях единицы;

a - коэффициент, учитывающий испарение воды (в засушливых районах принимают a = 1,2).

Несвязные грунты увлажняют непосредственно перед уплотнением после разравнивания отсыпаемого слоя. Связные грунты лучше увлажнять в резерве после рыхления.

При избыточном увлажнении грунтов, также как и при недостаточном, невозможно получить оптимальную плотность. Допускается производить уплотнение, если грунт, отсыпаемый в насыпь, имеет влажность не более указанной в табл. 1.11.1.

Таблица 1.11.1

Максимальная допустимая влажность грунта

Грунт

Максимальная допустимая влажность в процентах от оптимальной при коэффициенте уплотнения

1,0

0,95

Пески пылеватые, супески легкие

135

160

Суглинки легкие и легкие пылеватые

125

135

Суглинки тяжелые пылеватые

115

130

Суглинки тяжелые, глины

105

120

Переувлажненные грунты подсушивают на воздухе в резерве или непосредственно в отсыпаемом слое. Если климатические условия района строительства не позволяют подсушивать переувлажненные связные грунты, разрабатываемые в резервах или выемках, их можно улучшить введением добавок негашеной извести или магнезии.

При введении добавок влажность грунта понижается в результате воздействия следующих факторов:

1. Часть влаги вступает в реакцию и переходит в твердое состояние

W1 = k1 - D,                                                                                                                 (1.11.2)

где W1 - количество воды, вступившее в реакцию;

k1 - экспериментальный коэффициент равный для негашеной извести (СаО = 0,32) для магнезии (МgО = 0,43);

D - доза извести или магнезии от массы твердой фазы, %.

2. В процессе гашения извести или магнезии выделяется тепло, которое увеличивает испарение

W2 = a·k2·D,                                                                                                                 (1.11.3)

где а - коэффициент, учитывающий испарения (при средних условиях а = 0,2);

k2 - относительное содержание в извести или магнезии свободной описи кальция или магния

                                                                                                                (1.11.4)

где tm, tэ - максимальная температура гашения товарной извести или магнезии и эталона, град.;

tв - температура воды, град.

3. Внесенная известь или магнезия увеличивает объем сухой массы

                                                                                                          (1.11.5)

Влажность переувлажненного грунта после внесения добавок СаО или МgО с учетом этих трех факторов уменьшится и составит

                                                                                               (1.11.6)

где Wгр - влажность грунта до внесения добавки извести или магнезии.

При уплотнении укаткой для повышения предела прочности уплотняемого грунта и для возможности постепенного увеличения удельного давления на него уплотняющих средств, что является важным условием достижения высокой плотности, рыхлый свежеотсыпанный грунт каждого слоя необходимо подвергнуть предварительному уплотнению. Для предварительного уплотнения (подкатки) обычно применяют катки легких типов. Нагрузка на колесо катка на пневматических шинах, применяемого для предварительного уплотнения, должна быть примерно вдвое меньше нагрузки на колесо при основных проходах. При использовании кулачковых катков в комплекте с катками на пневматических шинах, первые используют для предварительного уплотнения, вторые - для окончательного. Предварительного уплотнения требуют только связные грунты. Нет необходимости в предварительном уплотнении и связных грунтов, если они в процессе отсыпки слоя подвергались воздействию колес скреперов или автомобилей - самосвалов.

Прицепными катками грунт уплотняют круговыми проходами (рис. 1.11.1), начиная их на расстоянии не менее 2,0...2,5 м от бровки насыпи, во избежание сползания катка под откос. Последующими проходами уплотняют края насыпи, приближаясь к бровке за каждый проход на 1/3 ширины катка, но не ближе, чем на расстояние 1,0...1,3 м между кромкой вальца или краем колеса и бровкой. После этого продолжают укатку в направлении от бровок к оси насыпи, перекрывая при каждом проходе след предыдущего прохода на 1/3...1/4 ширины катка.

Рис. 1.11.1. Схема работы прицепного катка на пневматических шинах:
1...10 - последовательность проходов; L - длина захватки

Вибрационными катками грунт можно уплотнять как по круговой схеме, как и челночным способом.

Уплотнение трамбованием начинают после тщательного разравнивания грунта слоем необходимой толщины бульдозером или автогрейдером. При применении трамбующих машин грунт уплотняют продольными проходами машин по круговой схеме, начиная от бровок насыпи и постепенно передвигаясь в направлении ее оси, с перекрытием каждым проходом следа предыдущего прохода на 0,1...0,2 м. Приближаться к бровкам на расстояние менее 0,5 м не разрешается во избежание сползания машины под откос.

При использовании трамбующих плит, подвешенных к стрелам экскаваторов, уплотнение производят в соответствии с рис. 1.11.2.

Рис. 1.11.2. Схема уплотнения грунта плитой, подвешенной к стреле экскаватора:
а - вид сбоку; б - план; 1 - плита; 2 - уплотненные слои; 3 - шаг передвижения экскаватора; 4 - направление движения экскаватора; 5 - уплотненная полоса

1.12. Контроль качества уплотнения насыпей

Контроль качества уплотнения грунта в насыпи осуществляют путем сравнения требуемой плотности по табл. 1.9.1 с плотностью скелета грунта насыпи. Ориентировочно берется один образец на каждой захватке и с каждого слоя. Контроль плотности верхнего слоя следует производить не реже чем через 50 м. При неоднородных грунтах число образцов увеличивают. Контроль осуществляют также за влажностью грунта, толщиной слоев и числом проходов уплотняющих средств. Из лабораторных методов контроля наиболее часто используют режущее кольцо («метод кольца»). В полевых условиях расчищают площадку, на слое уплотняемого грунта ставят режущее кольцо объемом около 500 см3 с приспособлением, позволяющим забивать кольцо в грунт без нарушения его структуры (рис. 1.12.1)

Плотность влажного грунта (г/см3) определяют по формуле

                                                                                                             (1.12.1)

где р1 - масса кольца с грунтом;

р2 - масса кольца;

V - объем кольца.

Рис. 1.12.1. Режущее кольцо с приспособлением для отбора проб грунта:
1 - режущее кольцо; 2 - крышка; 3 - насадка; 4 - направляющий цилиндр

Влажность грунта (%) определяют высушиванием его в термостате

                                                                                                       (1.12.2)

где р1 - масса навески грунта до высушивания;

р2 - масса навески грунта после высушивания.

Зная плотность влажного грунта и влажность, по формуле определяют плотность скелета грунта

                                                                                                               (1.12.3)

Недостатком этого способа определения плотности является длительность процесса высушивания грунта в термостате (не менее 7 ч для глинистых грунтов и 5 ч для песчаных). Для ускоренного приближенного определения плотности и влажности грунтов используют плотномер - влагомер Ковалева (рис. 1.12.2), основанный на принципе двухкратного измерения объема воды, вытесняемой при погружении в нее образца грунта: в первый раз ненарушимой структуры, во второй растертого в воде.

Рис. 1.12.2. Плотномер-влагомер Ковалева:
1 - крышка футляра; 2 - замок футляра; 3 - ведро-футляр; 4 - стальная насадка; 5 - нож; 6 - трубка поплавка; 7 - поплавок; 8 - крючки; 9 - сосуд; 10 - тарировочный груз; 11 - резиновое кольцо; 12 - крышка поплавка; 13 - замок поплавка; 14 - режущий цилиндр

Плотность влажного грунта определяют в следующей последовательности:

1. По оси земляного полотна и на расстоянии 1,5...2,0 м от бровки отбирают образцы грунта ненарушенной структуры с помощью режущего цилиндра 14 и насадки 4;

2. Цилиндр с грунтом 1 помещают в поплавок 7, закрывают крышкой поплавка 12 и защелкивают замками 13;

3. Определяют плотность влажного грунта по шкале dw прибора, погружая в воду, налитую в ведро-футляр 3, поплавок 7 вместе с цилиндром, заполненным грунтом.

Плотности скелета грунта определяют следующим образом:

1. Цилиндр с грунтом 14 извлекают из поплавка 7, грунт выталкивают в сосуд 9, наливая в него воду на 3/4 его объема и тщательно перемешивают до исчезновения комков.

2. Сосуд 9 подвешивают к поплавку на крючки 8 и погружают в ведро-футляр с водой. Вода через щель между поплавком 7 и сосудом 9 заполняет остальное его пространство, вытеснив оттуда воздух, поплавок с грунтом погружается в воду. После этого по шкале 6 берут отсчет плотности скелета грунта

В верхней части трубки поплавка 6 нанесены применительно к различным грунтам четыре шкалы. Одна шкала для определения плотности влажного грунта dw и три шкалы для плотности скелета грунтов: Ч - гумусовых, П - песчаных и Г- глинистых.

Влажность грунта (%) определяют по формуле

                                                                                                        (1.12.3)

где dw - плотность влажного грунта, г/см3;

d - плотность скелета грунта, г/см3.

При сооружении земляного полотна из крупнообломочных и скальных грунтов контроль плотности осуществляют методом «лунки». Этот метод заключается в том, что в уплотненном слое выкапывают лунку глубиной 10...15 см и объемом 3...5 л. Объем лунки измеряют, заполняя ее одномерным сухим песком, высыпаемым в лунку из мерного сосуда. Зная массу содержимого лунки и ее объем, определяют плотность грунта.

Однако этот способ весьма трудоемок и имеет ряд недостатков. В частности, на конечный результат влияют такие факторы, как крупность песка, высота и скорость засыпки лунки песком и др.

Чтобы повысить точность измерения объема лунки, в настоящее время пользуются денситометром, который снабжен резиновым мешком, куда нагнетают воду из мерного сосуда. Мешок заполняет лунку, достаточно плотно прилегая к ее стенкам. Объем лунки определяют по расходу воды. Влажность грунта определяют путем высушивания всей пробы либо ее части мельче 5 мм, внося поправку на содержание более крупных частиц по формуле

                                                                                                          (1.12.4)

где W1 - влажность грунта, просеянного через сито с отверстиями 5 мм, %;

q - содержание в грунте частиц крупнее 5 мм, %.

Для измерения плотности и влажности грунтов в полевых условиях без отбора проб применяют радиометрические методы. Гамма-плотномеры позволяют определить степень рассеяния в грунте гамма-излучения радиоактивных изотопов, что дает возможность оценивать плотность грунта в слое глубиной 20 см и более с точностью ±0,05 г/см3.

Сущность измерения плотности грунта просвечиванием гамма-лучами заключается в том, что определяют изменение интенсивности радиации при прохождении гамма-лучей через просвечиваемую среду (рис. 1.12.3).

Рис. 1.12.3. Схема расположения прибора при контроле плотности:
1 - стальная обсадная трубка d=40 мм; 2 - внутренняя труба контейнера; 3 - изотоп кобальта 60 (Со60); 4 - счетчик гамма-квантов; 5 - регистратор импульсов

Радиационный источник 3 помещают в рабочем контейнере 2 диаметром 30 мм из стали или свинца. В качестве источника гамма-лучей применяют Со60. Регистратором количества импульсов в минуту служит пересчетная схема, питаемая от сети переменного тока с выходом на электромагнитный счетчик импульсов. Падение гамма-лучей при проникновении через какую-либо среду толщиной х определяется

Jx = J0e-m´d,                                                                                                                   (1.12.5)

где Jx - интенсивность излучения на выходе импульсов в 1 мин. на 1 см2;

J0 - интенсивность излучения на входе импульсов в 1 мин. на 1 см2;

m - массовый коэффициент ослабления гамма-лучей средой.

Плотность скелета грунта

                                                                                                             (1.12.6)

Влажность грунтов с точностью до 1...2 % определяют нейтронными влагомерами. Принцип их действия основан на учете перехода активных нейтронов в медленные под влиянием атомов водорода, присутствующих во влажном грунте.

Глава 2.
Строительство водоотводных устройств и сооружений

2.1. Отвод поверхностных вод

Прочность и устойчивость земляного полотна в значительной степени зависят от наличия и исправности водоотводных сооружений и устройств. Угол внутреннего трения грунта, сила сцепления, способность его выдерживать нагрузки при намокании значительно уменьшаются. При превышении определенной скорости течения вода может размывать земляное полотно, поэтому необходимо принимать меры по предотвращению намокания грунтов и размыва земляного полотна. Эти меры заключаются в том, что прежде всего обеспечивают надежный сток поверхностных вод и отвод при понижении грунтовых вод до допустимого уровня.

Борьба с проникающей в грунт водой значительно сложнее и дороже, чем работы по отводу поверхностной воды. В состав системы поверхностного водоотвода входят боковые канавы в выемках и вдоль насыпей высотой до 1,5 м, боковые выработанные резервы, нагорные канавы у выемок, канавы для осушения болот, канавы, отводящие воду от дороги в водоемы, лотки на горных дорогах и др. Ряд водоотводных сооружений должен начать работу до возведения земляного полотна. Поэтому отсыпку насыпи начинают с разработки резервов и канав. До начала разработки выемок прорывают нагорные канавы, предварительно производят осушение оползневых склонов и болот.

Канавам с откосами 1:1,5, реже 1:2 придают уклон не менее 5‰. В равнинной местности на отдельных участках возможно снижение уклона до 3‰. Глубина боковых канав с заложением откосов 1:3 не должна превышать 0,5 м.

Канаву, имеющую крепления, конструкция которых способна воспринимать боковые давления грунта, называют лотком. Лотки делают в стесненных условиях, где затруднительно устройство открытой канавы (в населенных пунктах, а также при слабых малоустойчивых оплывающих грунтах, не способных обеспечить устойчивость откосов).

Вся площадь, с которой вода стекает в данную канаву, называется ее бассейном (рис. 2.1.1, а).

Поперечные размеры канав (рис. 2.1.1, б) устанавливают с расчетом на пропуск максимального расчетного расходы воды. Наименьшая глубина канав определяется получаемой по расчету глубиной наполнения с прибавлением к ней 0,2 м на возвышение бровки канавы над расчетным уровнем воды, но во всех случаях глубина канавы и ширина ее по дну должны быть не менее 0,6 м (на болотах не менее 0,8 м).

Расположение, поперечные размеры и уклоны канав проектируют таким образом, чтобы вода протекала в них без переполнения, а скорость ее течения была достаточной, чтобы не происходило заливания канав, и в то же время не достигала величины, при которой возможен размыв дна и откосов канавы.

Расход воды Qф, который должен пройти через сечение А-А канавы (рис. 2.1.1, б), определяют по существующим нормам стока поверхностных вод, с учетом принятого в расчет наиболее интенсивного ливня и крутизны склонов. Основная зависимость, по которой производят гидравлический расчет канав, заключается в том, что фактический расход воды в канаве Qф равен площади живого сечения w, м2, умноженной на среднюю скорость протекания воды V, м/с

Рис. 2.1.1. Бассейн канавы (а) и ее поперечное сечение А-А (б):
1 - ось канавы; 2 - линия водораздела; стрелками показано направление стока воды от линии водораздела

Qф = w·V,                                                                                                                    (2.1.1)

Необходимую площадь сечения канавы определяют подбором; для этого, исходя из местных условий, сначала задаются конкретными размерами сечения и уклона для канавы, затем определяют скорость течения воды в м/с по формуле

                                                                                                                  (2.1.2)

где С - коэффициент, зависящий от шероховатости русла и от гидравлического радиуса (табл. 2.1);

R - гидравлический радиус, м;

i - уклон дна водостока.

Таблица 2.1.1

Значение коэффициентов С

Род русла канавы

Гидравлический радиус R, м

0,05

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

1,00

Очень гладкие стенки (цементобетонная штукатурка, цементобетонные плиты)

48,7

54,3

60,4

64,3

67,1

69,5

76,9

Гладкие стенки (монолитный бетон)

41,0

46,2

52,0

55,7

58,4

60,7

67,8

Мощение булыжным камнем

23,1

27,3

32,2

35,3

37,8

39,7

46,0

Грунтовое русло

13,9

17,3

21,3

24,0

26,0

27,8

33,3

Величина гидравлического радиуса

R = w/n,                                                                                                                       (2.1.3)

где w - площадь сечения водного потока в канаве, м2;

n - длина смоченного периметра этого сечения, м (рис. 2.1, б)

Из рис. 2.1, б следует, что площадь живого сечения w и длина смоченного периметра n равны:

                                                                                       (2.1.4)

                                                                                       (2.1.5)

где m - величина, показывающая, во сколько раз заложение откоса канавы больше его высоты;

b - протяжение откосной части смоченного периметра, определяемого по формуле

                                                                                     (2.1.6)

где d - ширина канавы по дну, м.

Умножая полученную скорость V на площадь живого сечения w потока, получаем расход Qф, который фактически может пропустить канава при принятых величинах i, R и С.

Расчет канавы ведут в следующем порядке. Установив крутизну откосов и ширину канав по дну, назначают продольный уклон канавы; затем задаются глубиной воды в канаве и определяют последовательно площадь живого сечения, смоченный периметр, гидравлический радиус, среднюю скорость течения воды в заданном сечении и расход воды.

Когда фактический расход оказывается значительно больше расчетного, следует уменьшить размеры канавы во избежание неоправданного удорожания ее устройства, а когда получается, что Qф < Qр, то надо увеличить уклон или глубину, т.е. размеры поперечного сечения канавы, которые влияют на величину гидравлического радиуса R. Подбор глубины канавы заканчивают, когда фактический расход воды отличается от расчетного не более чем на 5 %.

Работы по рытью канав состоят из следующих операций. На месте обозначают оси канав вехами, затем проводят ограничительные борозды автогрейдерами и поперечными зарезаниями бульдозером, перемещают грунт в насыпь или распределяют по прилегающей местности. Планировку откосов и точное придание им формы производят автогрейдерами с откосниками. При небольших продольных уклонах (до 20‰) канавы постепенно зарастают травой. В легкоразмачиваемых грунтах дно и боковые стенки канав укрепляют, когда земляное полотно возводят из боковых резервов, то дну резервов придают уклон в сторону от насыпи. При ширине резерва по дну более 6 м дну придают поперечный профиль с уклоном к оси резерва.

В тех случаях, когда продольный уклон канавы превышает 20...30‰, канавы укрепляют. Откосы и дно канав облицовывают бетонными плитами размером 40´40´12 см. Плиты укладывают непосредственно на грунт. Если уклон канав более 30‰, то во избежание подмыва плит водой их укладывают на слой мелкого щебня или гравия толщиной 10...12 см. Швы между плитами заливают битумной мастикой или цементным раствором, если представляется возможным обеспечить уход за ним и нормальные условия твердения.

В целях избежания трудоемких и дорогих работ по укреплению канав применяют жидкие карбамидные и фурфуроловые смолы. Этими смолами, обладающими малой вязкостью, равномерно обрабатывают грунт на глубину 3...4 см. В результате пропитки дна и откосов канав они не размываются и не зарастают травой.

Технология работ состоит из тщательной планировки поверхности дна и откосов автогрейдерами с откосником, разбрызгивания автогудронатором через шланг по поверхности канав укрепляющего материала. Всю систему поверхностного водоотвода проверяют по ее работе во время сильного дождя. Замеченные места застоя воды или размыва отмечают и исправляют.

2.2. Понижение уровня и отвод грунтовых вод

Грунтовые воды ухудшают условия устойчивости грунтов тем, что снижают коэффициент внутреннего трения и сцепления грунта, увеличивают его объемную массу и, кроме того, способствуют пучинообразованию.

В целях понижения уровня грунтовых вод, а также для полного перехвата и отвода их от земляного полотна применяют устройства, называемые дренажами. Дренажи отводят из грунта только гравитационную и связанную с ней капиллярную воду. По способу устройства и характеру сбора и отвода грунтовых вод дренажи подразделяют на горизонтальные, вертикальные и комбинированные.

Наиболее распространены горизонтальные дренажи, которые подразделяют на открытые и закрытые. К открытым относят канавы и лотки, к закрытым - дренажи траншейного типа.

К вертикальным дренажам относят водоспускные колодцы и буровые скважины для спуска воды в нижележащие пласты дренирующего грунта.

Комбинированные дренажи представляют собой различные сочетания дренажей первых двух групп. Их применяют в тех случаях, когда требуется сложная система дренажных устройств (например, для осушения крупных оползней на косогоре).

Наиболее простым дренажным устройством открытого типа является дренажная канава. Она существенно отличается от водоотводной канавы, предназначенной для регулирования стока поверхностной воды: в водоотводную канаву вода стекает по поверхности, и при устройстве ее принимают меры к тому, чтобы через ее стенки и дно возможно меньше воды проникало в грунт. В дренажную канаву попадает, главным образом, грунтовая вода, поэтому принимаемые меры должны быть направлены на обеспечение свободного вытекания ее из грунта через откосы, а иногда и через дно. Откосы дренажных канав не укрепляют, а если необходимо укрепление, то выбирают такой материал, который обеспечивает выход воды из грунта в канаву.

Если на небольшой глубине имеется подстилающий водонепроницаемый грунт и необходимо понизить уровень грунтовых вод в лежащем на нем водоносном слое, то устраивают дренажную канаву, врезая ее дно в водоупор (рис. 2.2.1) с таким расчетом, чтобы уровень воды в канаве был несколько ниже верха водоупорного слоя. Живое сечение и уклоны дренажной канавы рассчитывают на пропуск суммарного расхода попадающих в канаву грунтовых вод.

Рис. 2.2.1. Дренажная канава

Дренажные лотки бывают железобетонными, бетонными и каменными. Грунтовая вода просачивается в дренажные лотки чрез стенки. Для этого в стенках лотков (за исключением нижней их части высотой 25 см) делают специальные отверстия диаметром 25 мм или между плитами стенок оставляют щели шириной 10 мм. Общая площадь щелей и отверстий составляет 10...15 % площади стенок лотка. В глинистых и суглинистых (особенно пылевых) грунтах между стенками лотка и грунтом устраивают дренирующую засыпку из крупнозернистого песка толщиной 0,25...0,4 м, иначе грунт вместе с водой будет проникать в отверстия, засорять их и затруднять сток воды. Кроме того, из-за вымывания грунта около лотка могут появиться просадки.

Если дренажный лоток врезан в водоупор и пересекает направление течения грунтовых вод, то он полностью перехватывает грунтовую воду. В этом случае со стороны, противоположной поступлению воды в дренаж, в стенке не устраивают отверстий, а за ней делают горизонтальный экран из мятой глины (рис. 2.2.2).

Рис. 2.2.2. Надоткосный железобетонный дренажный лоток:
1 - дренажный лоток преградитель; 2 - суглинок; 3 - водоносный слой; 4 - фильтр из дренирующего материала

Из дренажей закрытого траншейного типа наибольшее распространение получили трубчатые подкюветные дренажи, назначение которых заключается в понижении уровня грунтовых вод под подошвой земляного полотна. Если водоупорный слой залегает на глубине до 0,4 м от бровки земляного полотна, то устраивают, так называемые, совершенные дренажи с полным перехватом грунтового потока. При более глубоком залегании водоупорного слоя устраивают несовершенные дренажи, которые иногда называют висячими. Дно таких дренажей находится выше водоупорного слоя.

Если поток грунтовой воды направлен поперек дороги, то совершенный дренаж закладывают с одной - нагорной стороны (рис. 2.2.3).

Рис. 2.2.3. Подкюветный односторонний совершенный дренаж:
1 - водоносный слой; 2 - уровень грунтовых вод до снижения; 3 - кривая депрессии после устройства дренажа; 4 - дренаж; 5 - замок из глины; 6 - геотекстиль; 7 - водоупорный слой

Конструкция дренажа закрытого траншейного типа предусматривает основной элемент - дренажную трубу, обернутую геотекстилем и укладываемую на щебень или гравий (рис. 2.2.4).

Рис. 2.2.4. Дренаж закрытого траншейного типа:
1 - экран из мятой глины; 2 - местный грунт; 3 - утрамбованный глинистый грунт; 4 - противозаиливающий слой; 5 - крупнозернистый песок; 6 - водоносный слой; 7 - водоупорный слой; 8 - щебень (гравий) фракции 5...10 мм; 9 - щебень (гравий) фракции 40...70 мм; 10 - щебень, втрамбованный в грунт; 11 - дренажная труба; 12 - кривая депрессии

Для дренажа применяют трубы гончарные, асбоцементные, пластмассовые, из пористого беспесчаного бетона. Внутренний диаметр труб 50...300 мм.

Для поступления воды в трубы в них делают водоприемные отверстия. Уложенные в траншею трубы в стыках обвертывают фильтровыми тканями (геотекстиль) или соединяют кольцевыми полимерными муфтами.

На всех переломах продольной линии дренажа в плане и на прямых участках через 60...80 м устраивают смотровые колодцы. Назначение колодцев - облегчить нахождение пробок и мест, препятствующих нормальному протеканию воды в трубах. Колодцы делают из сборных железобетонных колец диаметром около 1,0 м. Колодец наверху имеет горловину, закрываемую чугунной крышкой.

Технология работ по строительству дренажа закрытого типа состоит из следующих операций: снятие дерна на полосе будущего дренажа бульдозером или автогрейдером; отрывка траншеи, начиная с места выпуска воды из дренажа с применением экскаватора с обратной лопатой (при глубокой траншее и неустойчивых

грунтах необходима установка креплений с распорками), укладка на дно траншеи грунтощебеночной подушки, укладка дренажных труб с обертыванием стыков фильтровой тканью и обсыпкой крупным, а затем мелким щебнем (гравием); проверка правильности укладки труб; засыпка фильтрующим песком; укладка глинистого слоя с уплотнением; засыпка местным грунтом с уплотнителем; строительство смотровых колодцев.

2.3. Устройство водонепроницаемых и капилляропрерывающих слоев

При высоком уровне грунтовых вод для повышения устойчивости земляного полотна в теле насыпи устраивают водонепроницаемые или капилляропрерывающие прослойки.

Водонепроницаемые прослойки укладывают на всю ширину земляного полотна или, в целях экономии материалов, на ширину проезжей части с превышением ее с каждой стороны на 0,5 м.

При насыпях высотой менее 1,0 м водонепроницаемый слой устраивают на уровне подошвы насыпи путем укрепления местного грунта органическими вяжущими материалами (жидкие битумы класса МГ, СГ вязкостью 25/40, битумными эмульсиями и др.) (рис. 2.3.1). На высоких насыпях водонепроницаемую прослойку можно устраивать на глубине 0,6...1,0 м от бровки земляного полотна. Кроме обработки местного грунта, водонепроницаемую прослойку можно устраивать из битумной пасты или шлама толщиной 3,0...3,5 см.

 

Рис. 2.3.1. Конструкции водонепроницаемых прослоек:
а) при высоте насыпи менее 1 м с использованием в качестве водонепроницаемой прослойки грунта, укрепленного органическим вяжущим материалом; б) при высоте насыпи более 1 м с использованием в качестве прослойки синтетической пленки:
1 - покрытие; 2 - основание; 3 - песчаный грунт; 4 - грунт, укрепленный органическим вяжущим материалом; 5 - синтетическая пленка; 6 - уровень грунтовых вод; 7 - укрепленная обочина

В настоящее время в дорожном строительстве широкое распространение в качестве водонепроницаемой прослойки получило использование синтетической пленки из полиэтилена, поливинилхлорида и на основе полиизобутилена. Полимерные пленки промышленность выпускает шириной от 2,4 до 12,0 м и толщиной от 0,1 до 2,0 мм. Чем шире пленка, тем меньше трудовые затраты на сварку или склейку полотнищ и выше качество. Чем больше толщина пленки, тем она надежнее.

Технологический процесс укрепления грунта органическим вяжущим материалом заключается в разрыхлении и измельчении грунта подошвы насыпи на глубину 5...10 см, розливе вяжущего из расчета 2...3 л/м2, перемешивания грунта с вяжущим, разравнивания и уплотнении катками на пневматических шинах.

Рабочие операции по строительству водонепроницаемой прослойки с использованием синтетической пленки включают: планировку и уплотнение земляного полотна, распределение полотен синтетической пленки, доставку грунта, надвижку его на пленку, уплотнение грунта и строительство последующих слоев дорожной одежды.

Капилляропрерывающие прослойки располагают в насыпях на всю их ширину на глубине 1 м от бровки земляного полотна. Назначение таких прослоек - создать преграду для подъема капиллярной воды (рис. 2.3.2). Капилляропрерывающие прослойки устраивают из щебня или гравия фракции 5... 10 мм толщиной 20...40 мм. Сверху и снизу капилляропрерывающей прослойки располагают противозаиливающие слои из топочных шлаков, высевок фракции от 0,1 до 5 мм, геотекстиля толщиной 3,0...5,0 мм и других местных материалов, не подвергающихся гниению.

Рис. 2.3.2. Конструкция водонепроницаемой прослойки:
1 - дорожная одежда; 2 - грунт земляного полотна; 3 - противозаиливающие прослойки; 4 - капилляропрерывающая прослойка; 5 - уровень грунтовых вод; 6 - зона капиллярной воды; 7 - зона свободной воды

Строительство капилляропрерывающих прослоек состоит из следующих технологических процессов: устройство нижней части земляного полотна с поперечным уклоном не менее 30‰ и коэффициентом уплотнения грунта не менее 0,98; строительство нижнего противозаиливающего слоя; распределение капилляропрерывающего материала; устройство верхней противозаиливающей прослойки; вывозка и надвижка грунта для верхней части насыпи с послойным уплотнением катками на пневматических шинах.

В результате строительства водонепроницаемых и капилляропрерывающих прослоек достигают сохранения грунтов в верхней части земляного полотна с пониженной влажностью. Это обеспечивает устойчивость земляного полотна и предохраняет дорожную одежду от преждевременного разрушения. За счет повышения модуля упругости грунта верхнего слоя можно уменьшить толщину конструктивных слоев дорожной одежды.

2.4. Строительство водопропускных труб

Наиболее распространенными искусственными сооружениями на автомобильных дорогах являются водопропускные трубы, стоимость которых нередко достигает 15 % от общей стоимости дороги. В настоящее время на дорогах устраивают сборные круглые железобетонные трубы из звеньев длиной 1,0 м с внутренним диаметром 0,75...2,0 м. Гораздо реже применяют прямоугольные из звеньев длиной 1,0 м отверстием 1,0...4,0 м.

В зависимости от расхода водотока устраивают одно- и многоочковые трубы. Применение сборных труб обеспечивает сокращение продолжительности, снижение стоимости и повышение качества строительства. Монолитные трубы допускаются только в отдельных труднодоступных районах строительства.

Изготовление элементов сборных железобетонных труб состоит из следующих операций: заготовка арматурных стержней, изготовление сеток, сборка арматурных каркасов; изготовление, сборка, смазка, разборка и очистка опалубки; укладка и уплотнение бетонной смеси; отделка и пропаривание смеси.

Звенья труб изготавливают на заводах или полигонах, обслуживающих строительство автомобильной дороги. От полигона (завода) или ближайшей железнодорожной станции их доставляют к месту постройки трубы автомобилями или тракторами на прицепах.

В подготовительный период устраивают временные дороги, расчищают и планируют территорию строительной площадки, отводят существующее русло водотока при необходимости, устраивают защитные ограждения от паводков.

Строительную площадку (рис. 2.4.1) устраивают в соответствии с технологическим процессом постройки трубы. Особое внимание при этом обращают на расположение монтажного крана, который должен обслуживать, возможно, большую площадь. На площадку доставляют и устанавливают бетономешалку, электростанцию, битумоварочный агрегат и другие машины и оборудование.

Рис. 2.4.1. План строительной площадки трубы:
1 - склад блоков оголовков; 2 - склад блоков фундаментов; 3 - склад лекальных блоков; 4 - путь движения крана; 5 - склад звеньев трубы; 6 - контейнер с цементом; 7 - бетоносмеситель; 8 - бак для воды; 9 - электростанция; 10 - склад щебня; 11 - склад песка

При перевозке в кузовах автомобилей или прицепах звенья укладывают горизонтально (на бок) или устанавливают вертикально (стоя). Перевозка звеньев круглых труб в вертикальном положении в пересеченной местности и по грунтовым дорогам безопаснее, чем в горизонтальном. При перевозке в горизонтальном положении звенья необходимо надежно закрепить на транспортных средствах, подкладывая под них деревянные подкладки, которые для надежности надо прибить гвоздями к полу кузова. При перевозке звеньев в горизонтальном положении упрощаются и ускоряются погрузочно-разгрузочные работы, тогда как перевозка в вертикальном положении требует дополнительной операции переворачивания звеньев при выгрузке.

Разгрузку элементов труб проводят кранами. Сбрасывать элементы с автомобиля запрещается. В случае производственной необходимости разрешается перекатывание круглых звеньев, но только по горизонтальной поверхности. При этом рабочие должны находиться сзади перекатываемого звена.

Доставленные на строительную площадку элементы труб укладывают вдоль котлована трубы, оставляя берму шириной не менее 4,0 м для проезда крана. Все элементы доставляют на объект, как правило, до начала монтажа тубы. Порядок раскладки элементов принимают в соответствии с технологической последовательностью монтажа трубы.

Разработку котлована начинают непосредственно перед устройством фундамента. Рытье котлована шириной до 3,0 м осуществляют экскаваторами, а при ширине котлована более 3,0 м и отсутствии грунтовых вод - бульдозерами.

При продольной разработке котлована бульдозером отвалы грунта устраивают по сторонам лога, не допуская накопления воды у котлована. Дно котлована окончательно зачищают, планируют и при необходимости уплотняют. Основание без фундаментных труб устраивают при благоприятных геологических условиях. В этом случае на дне котлована устраивают основание из щебня и гравия с уплотнением пневматическими или электрическими трамбовками. Верх основания устраивают с учетом уклона и строительного подъема трубы.

Фундаменты из бетонных блоков устраивают при неблагоприятных геологических условиях. Блочный фундамент монтируют стреловым краном, грузоподъемность которого соответствует максимальной массе блока и вылета стрелы. Сначала собирают фундаменты оголовков до уровня подошвы фундаментов секций трубы. Затем скосы котлована, устраиваемые в местах сопряжения более глубоких котлованов оголовков с подошвой котлована под секции трубы, заполняют щебнем с заливкой цементным раствором или песчано-гравийной смесью слоями 10...15 см с тщательным уплотнением трамбованием.

После этого собирают по направлению от выходного оголовка к входному блоку фундамента под тело трубы. Блоки укладывают на слой цементного раствора толщиной 1...2 см по уровню и с перевязкой швов. Разница соседних блоков по высоте не должна превышать 10 мм.

После окончания сборки и приемки фундамента пазухи между стенками котлована и фундамента засыпают грунтом. Засыпку производят одновременно с обеих сторон фундамента горизонтальными слоями толщиной 15...20 см с послойным уплотнением.

Монолитные бетонные фундаменты устраивают только в тех случаях, когда вблизи строящегося объекта имеется возможность получить готовую цементобетонную смесь.

Оголовки труб собирают краном по монтажным схемам. Сборку оголовков труб устраивают в следующей последовательности: сначала устраивают песчано-гравийное (щебеночное) основание и на него укладывают фундаментные плиты, далее устраивают фундаменты под звенья оголовков и засыпают грунтом скосы котлованов, устраивают откосные крылья. После этого при сборке оголовков круглых труб устанавливают лекальные блоки и конические звенья (рис. 2.4.2, а), при сборке прямоугольных труб - повышенные или нормальные прямоугольные звенья (рис. 2.4.2, б).

Рис. 2.4.2. Последовательность (I...III) сборки оголовков труб:
а - круглой железобетонной; б - прямоугольной железобетонной:
1 - гравийно-песчаное основание; 2 - фундаментные плиты; 3 - портальная стенка; 4 - фундамент; 5 - откосные крылья; 6 - засыпка котлована; 7 - бетонный лоток; 8 - засыпка скоса котлована; 9 - лекальный блок; 10 - коническое звено; 11 - железобетонные плиты; 12 - прямоугольные звенья

Элементы оголовков устанавливают в проектное положение на слой цементного раствора. После окончания сборки оголовка котлован между откосными крыльями послойно засыпают грунтом и тщательно уплотняют. Лотки устраивают из цементобетонной смеси не ниже класса В, 12,5 толщиной 15...20 см на щебеночном или гравийном основании, толщиной 30 см.

Сборку труб начинают со стороны выходного оголовка, последовательно укладывая все элементы в направлении входного. В том случае, когда элементы (блоки) сборного оголовка имеют перевязки с блоками фундамента, оголовок нужно монтировать одновременно с фундаментом. После установки всех элементов оголовка можно начинать монтаж тела трубы по раскладочной схеме, входящей в состав рабочих чертежей трубы на конкретный объект. Последовательность сборки секций труб с блочным и монолитным фундаментом показана на рис. 2.4.3. [5].

Рис. 2.4.3. Последовательность (I...III) сборки секций труб:
а - с блочным фундаментом; б - с монолитным фундаментом;
1 - гравийно-песчаная (щебеночная) подготовка; 2 - фундамент; 3 - лекальные блоки; 4 - звенья; 5 - опалубка; 6 - бетонный фундамент; 7 - деревянные подкладки; 8 - цементно-песчаный раствор

Положение устанавливаемых звеньев в плане и профиле контролируют по их внутренней поверхности. Зазоры между торцами звеньев не должны превышать проектные более чем на ±5 мм.

При установке круглых звеньев на фундамент без применения сборных лекальных блоков зазор между нижней образующей звена и плоской поверхностью фундамента обеспечивают деревянными прокладками. Звенья укладывают на предварительно уложенный слой пластичной бетонной смеси, обеспечивая этим плотное опирание звеньев.

Швы между круглыми и прямоугольными звеньями должны соответствовать проектным размерам, и после окончания сборки все должны быть снаружи и изнутри плотно заполнены жгутами из пакли, пропитанной битумом или литыми резиновыми жгутами. Жгуты, поставленные с внутренней стороны, должны быть утоплены в шов на 2...3 см.

После сборки всей трубы наружные ее поверхности, соприкасающиеся с грунтом насыпи, покрывают гидроизоляцией. Двухслойную обмазочную битумную гидроизоляцию наносят кистями. Стыки сборных элементов оклеивают полосами оклеечной гидроизоляции из пергамента и гидроизола, а швы между элементами зачеканивают цементным раствором или полимерными герметиками.

Водопропускные трубы засыпают грунтом после их освидетельствования и приемки. Засыпка труб состоит из следующих операций: заполнение грунтом пазух между стенками котлована и фундамента; устройство уплотненной грунтовой призмы по бокам трубы; возведение земляного полотна дороги над трубой до проектной отметки.

Глава 3.
Возведение земляного полотна в нескальных грунтах

3.1. Восстановление и закрепление трассы

Положение оси дороги на местности устанавливают и закрепляют в процессе изыскательных работ. Однако со времени проведения изысканий до начала строительства дороги проходит иногда значительный промежуток времени, в течение которого могут измениться условия использования выделенных для строительства дороги земельных угодий, часто бывают повреждены отдельные знаки, указывающие положение трассы. Поэтому перед началом строительных работ необходимо вновь уточнить положение дороги на местности и восстановить закрепление трассы.

Восстановление и закрепление трассы производят в следующей последовательности (рис. 3.1.1):

- находят, а в случае утраты восстанавливают, углы поворота. Вершины углов поворота (ВУ) закрепляют установкой столбов, которые закапывают на расстоянии 0,5 м от фактической вершины угла на продолжении биссектрисы. На этих столбах записывают порядковый номер угла, радиус, тангенс и биссектрису кривой;

- на прямых участках осевую линию трассы закрепляют столбами через 200...400 м, в зависимости от рельефа местности. На криволинейных участках выносные столбы располагают через 100 м;

- производят контрольный промер осевой линии с установкой дополнительных плюсовых точек и разбивают поперечные профили для более точного подсчета объемов земляных работ. Промежуточные точки на кривых разбивают через 5; 10 или 20 м в зависимости от радиуса кривой (до 100 м, от 100 до 500 и более 500 м);

- производят продольное и поперечное нивелирование и съемку поперечных профилей.

Рис. 3.1.1. Закрепление трассы дороги:
а - на прямом участке; б - на кривой;
1 - выносной столбик с отметкой; 2 - выносные колья; 3 - граница полосы отвода; 4 - ось дороги; 5 - пикеты; В - ширина полосы отвода; НК - начало кривой; КК - конец кривой; ВУ - вершина угла; Т - тангенс кривой; R - радиус кривой; К - касательная к кривой

Высотные отметки закрепляют реперами через каждые 1000...2000 м в зависимости от рельефа местности. Кроме этого, реперы обязательно устанавливают на участках пересечения с другими автомобильными или железными дорогами, около малых искусственных сооружений, на пересечениях рек, у высоких насыпей и глубоких выемок (более 5 м). Реперы устанавливают в стороне от дороги, окапывают неглубокими канавками и обсыпают землей в виде конуса. В качестве реперов можно использовать опоры мостов, крупные камни и др.

Закрепление оси дороги заключается в выносе пикетов и плюсовых точек за пределы полосы отвода. Пикетаж закрепляют сторожками, на которых указывают расстояния выноски (ведут журнал выноски пикетажа). При расхождении с изыскательским пикетажем более чем на 1 м устанавливают рубленые пикеты для увязки точек с проектным продольным профилем.

Водоотводные канавы закрепляют колышками вдоль их осей с указанием глубины в местах их установки. Резервы обозначают колышками по бровкам через 10...50 м. При широких резервах колышки устанавливают не только по бровкам, но и по оси с указанием на них глубины разработки.

3.2. Расчистка дорожной полосы

До начала сооружения земляного полотна вся отведенная для него полоса должна быть расчищена от леса, кустарника, пней, камней и других предметов, мешающих выполнению работ. Твердых утвержденных нормативов ширины полосы отвода земель на дороги разных технических категорий не существует. Временные нормативы (табл. 3.2.1) определяют лишь среднюю ширину полосы отвода для каждой категории дороги. В проекте производства работ ширину отвода обосновывают соответствующими поперечными профилями и составляют график отвода земель.

Таблица 3.2.1

Нормы отвода земель

Категория автомобильной дороги

Количество полос движения

Общая ширина полосы отвода, м при поперечном уклоне местности

от 0 до 1:20

от 1:20 до 1:10

от 0 до 1:20

от 1:20 до 1:10

на землях сельскохозяйственного назначения

на землях, не пригодных для сельского хозяйства

I

8

63

64

74

75

I

6

55

56

64

65

I

4

47

48

55

56

II

2

31

32

39

40

III

2

26

28

36

38

IV

2

24

25

35

36

V

1

21

22

33

34

К расчистке дорожной полосы приступают при наличии ведомостей отвода земель, рубки леса, строений подлежащих сносу. Если на расчищаемой полосе имеются деревья ценных и декоративных пород, то их следует выкопать и пересадить в назначенные места и сроки, установленные с учетом агротехнических требований.

Расчистку дорожной полосы от леса, кустарника и пней выполняют в такой последовательности:

- срезка кустарника и мелкого леса;

- спиливание или валка деревьев;

- очистка стволов от сучьев и удаление за пределы расчищаемой полосы;

- корчевка и уборка пней;

- засыпка ям, оставшихся после валки деревьев и корчевки пней. Наиболее трудоемкой является очистка полосы от леса. Лес разделяют по крупности и густоте согласно табл. 3.2.2; 3.2.3.

Таблица 3.2.2

Распределение деревьев по крупности

Крупность леса

Очень мелким

Мелкий

Средний

Крупный

Диаметр ствола, см

12...15

16..23

24...31

Свыше 31

Объем дерева, м3

0,02...0,04

0,05...0,21

0,22...0,5

Свыше 0,5

Объем пня, м3

0,02

0,12

0,26

Свыше 0,26

Таблица 3.2.3

Распределение леса по густоте

Наименование леса

Редкий

Средний

Густой

Среднее количество деревьев, шт./га

150

340

500

Кустарник и очень мелкий лес целесообразно срезать до удаления деревьев. Это обеспечивает удобство и безопасность работ при спиливании или валке леса. Для срезки кустарника и очень мелких деревьев лиственных пород служат кусторезы. Кусторез представляет собой навесное оборудование к трактору. Его рабочим органом является клинообразный отвал, снабженный в нижней части режущими ножами, которые могут быть пилообразными. Производительность кустореза (м2/смену) определяют по формуле

                                                                                  (3.2.1)

где b - ширина отвала, м;

V - средняя рабочая скорость, км/ч;

Т - число часов работы в смену;

кв - коэффициент использования рабочего времени;

п1 - число поворотов кустореза;

tn - время, затрачиваемое на один поворот, мин;

п - число проходов по одному следу.

Удаление деревьев можно осуществлять двумя способами: валить деревья с корнями или спиливать. Первый способ применяют при незамерзшем грунте и если деревья непригодны для использования в строительстве. Для валки деревьев используют бульдозеры, древовалы. Перед валкой деревьев бульдозером корни крупных деревьев подрезают с трех сторон, оставляя их неподрезанными только с той стороны, в которую валят дерево. Возможна также валка с помощью стального троса длиной не менее утроенной высоты дерева.

Для спиливания деревьев применяют мотопилы, электропилы. Одной мотопилой в смену спиливают и разделывают на деловую древесину до 85 деревьев диаметром 35...40 см.

Обычно деревья спиливают, оставляя пни высотой 10...15 см. Со стороны, в которую валят дерево, делают подруб (подпил) на глубину 1/3...1/4 диаметра ствола. Подруб представляет собой два прореза пилой один выше другого на 4...6 см, между которыми часть дерева вырубают топором. Затем с противоположной стороны делают глубокий пропил на уровне верха подруба, не доходя до него на 2...3 см, после чего валят дерево с помощью длинного шеста со специальной вилкой на конце.

Валку леса, очистку стволов от сучьев, вывозку хлыстов и сбор порубочных остатков целесообразно выполнять в зимнее время. Корчевать пни, остающиеся после спиливания деревьев, лучше всего весной при высокой влажности грунта, которая облегчает корчевку. Оставлять невыкорчеванными можно пни высотой до 10 см при высоте насыпи более 2,0 м.

Для корчевки пней применяют корчеватели-собиратели, бульдозеры. Производительность бульдозера при корчевке пней диаметром 35...40 см составляет 180...200 пней в смену.

Для корчевки крупных пней (диаметром более 50 см), а также пней с сильно развитой корневой системой целесообразно применять метод взрывания. Расход взрывчатого вещества для корчевки одного пня можно определить по формуле

q = d · Ky,                                                                                                                    (3.2.2)

где d - диаметр пня, см;

Ky - удельный расход взрывчатого вещества на 1 см диаметра пня (Ky » 20 г).

Камни размером до 1 м3 с дорожной полосы удаляют бульдозерами или корчевателями-собирателями. Большие камни (свыше 1,5...2 м3), которые не могут быть сдвинуты с места трактором, дробят взрывным способом на более мелкие куски.

Ямы, оставшиеся на дорожной полосе после валки деревьев, корчевки пней послойно засыпают и уплотняют. Техническая характеристика основных машин для выполнения подготовительных работ приведена в табл. 3.2.4.

Таблица 3.2.4

Дорожные машины для подготовительных работ

Показатели

Кусторезы

Корчевателн-собиратели

ДП-4

ДП-24

ДП-3 четырехстойковый

ДП-25 четырехстойковый

ДП-8 шестистойковый

Базовый трактор

Т-100М3ГП

Т-130.1Г-1

Т-100М3ГП

Т-130.1Г-1

ДТ-75Б

Мощность двигателя. кВт

79

103/118

79

103/118

55

Производительность в час

0,4...0,5 га

0,5...0,8 га

0,15 га/до 20 пней

12 м3

-

0,2 га/до

45 пней

8 м3

Диаметр срезаемых деревьев, мм

200... 300

до 400

450

450

300

Отвал:

 

 

 

 

 

ширина захвата, мм

3600

3600

1380

1380

2170

угол установки ножей в плане, град

64

64

-

-

-

Размеры отвалов (ширина, высота), мм

-

-

1250´1500

-

-

Опускание рабочих органов ниже опорной поверхности, мм:

 

 

 

 

 

зубьев корчевателя

-

-

450

400

500

бульдозерного отвала

-

-

-

-

230

3.3. Разбивка земляного полотна

После очистки дорожной полосы приступают к разбивке земляного полотна. Разбивка земляного полотна сводится к закреплению на местности основных точек его поперечного профиля. Разбивку выполняют на основе проектных материалов: плана дороги, продольного, поперечного профилей насыпей и выемок. Важным правилом разбивки является установка колышков с высотными отметками таким образом, чтобы они сохранились до окончания земляных работ. С этой целью такие колышки, как правило, выносят за пределы полосы, на которой ведут работы землеройно-транспортными машинами.

Разбивка насыпи при возведении земляного полотна из боковых резервов в равнинной местности показана на рис. 3.3.1.

Рис. 3.3.1. Схема установки колышков при разбивке насыпи:
В - ширина земляного полотна на уровне низа дорожной одежды, м; Н - высота насыпи, м; m - заложение откоса насыпи, резерва; Нр - средняя глубина бокового резерва, м

Ширину земляного полотна на уровне низа дорожной одежды рассчитывают по формуле

B = b + 2mh.                                                                                                                (3.3.1)

где b - ширина земляного полотна поверху, м;

h - толщина конструкции дорожной одежды, м.

                                                                                                               (3.3.2)

                                                                                               (3.3.3)

где l1 - расстояние от оси насыпи до линии подошвы, м;

l2 - расстояние от оси насыпи до бровки бокового резерва, м

Wн - площадь поперечного сечения насыпи, м2

Кп - коэффициент относительного уплотнения, принимаемый в зависимости от коэффициента относительного уплотнения насыпи (Кп = 1,0...1,20).

Проектную отметку по оси низа дорожной одежды (дна корыта) определяют по формуле - в соответствии с рис. 3.3.2.

                                                                                       (3.3.4)

где Нн - высота насыпи по бровке земляного полотна, м;

bo - ширина обочины, м;

io, iк - уклон обочины, корыта в сотых долях единицы;

bк - ширина корыта, м.

Рис. 3.3.2. Схема разбивки земляного полотна при устройстве дорожной одежды в корыте

Если насыпь проходит на косогоре, то разбивку его производят согласно рис. 3.3.3. Для обозначения линий подошвы насыпи определяют точки пересечения откосов с линией косогора lн, lв.

Рис. 3.3.3. Схема разбивки насыпи на косогоре

Расстояния этих точек от оси насыпи равны:

для низового откоса

                                                                                                            (3.3.5)

для верхового откоса

                                                                                  (3.3.6)

Перед разработкой выемки точки разбивки, обозначаемые колышками, выносят за пределы поперечного профиля. На колышках делают засечки или прибивают планки для надписывания номера пикета или плюса и глубины выемки (рис. 3.3.4).

Рис. 3.3.4. Схема разбивки выемки:
а - на горизонтальном участке; б - на косогоре с одинаковым поперечным уклоном:
1 - откосное лекало; 2 - веха

На горизонтальном участке расстояние l0 от оси до бровки выемки определяют по формуле

                                                                                                                                           (3.3.7)

На косогорном участке расстояние от оси дороги до бровки выемки с низовой стороны lн и верховой - lв находят по формулам:

                                                                                           (3.3.8)

                                                                                           (3.3.9)

При разбивке земляного полотна пользуются нивелирами, а также специальными приспособлениями: визирками, откосными лекалами (рис. 3.3.5).

Рис. 3.3.5. Приспособления для разбивки земляного полотна:
а - комплект визирок; б - откосное лекало

Визирка представляет собой планку с перекладиной. Комплект из трех визирок позволяет контролировать постоянный уклон между точками, отметки которых определены нивелированием. Откосное лекало - треугольник из деревянных планок, две из которых соединены под углом, равным углу заложения откоса.

Придавая основанию лекала горизонтальное положение с помощью уровня, проверяют положение линии откоса, которая должна совпадать с наклонной стороной лекала или быть параллельной ей.

Способ высотной разбивки с использованием визирок показан на рис. 3.3.6.

Рис. 3.3.6. Схема высотной разбивки насыпи с помощью визирок

3.4. Удаление растительного слоя

Плодородный почвенный слой снимают со всей площади, отведенной для строительства дороги, и укладывают в отвалы для дальнейшего использования. Толщину снимаемого плодородного почвенного слоя устанавливают проектом на основании предварительного согласования с землепользователями. Толщина растительного слоя на задернованных участках составляет приметно 8...12 см, пахотных - 15...18 см и залесенных - 15...25 см. Растительный грунт используют при укреплении откосов земляного полотна, рекультивации восстанавливаемых или малопродуктивных сельскохозяйственных земель.

Различают следующие схемы удаления растительного слоя грунта: а) поперечная с валиками грунта, расположенными в шахматном порядке при ширине полосы менее 20...25 м; б) поперечная с валиками по обе стороны земляного полотна при ширине полосы более 20...25 м; в) продольно-поперечная при ширине полосы срезки более 35 м и значительной толщине растительного слоя грунта (рис. 3.4.1).

Рис. 3.4.1. Схема срезки и перемещения растительного грунта:
а - поперечным способом на полосе шириной 20...25 м; б - то же, на полосе шириной более 20...25 м; в - продольно-поперечным способом; I - вал растительного грунта; 1, 2, 3...n - проходы бульдозера

Для срезки и перемещения растительного слоя грунта используют бульдозеры или автогрейдеры. Способ выполнения этой работы выбирают в зависимости от ширины полосы, с которой необходимо срезать грунт и толщины срезаемого слоя. Если ширина полосы менее 20...25 м, что бывает при возведении земляного полотна из привозного грунта, растительный грунт срезают и перемещают бульдозером сразу на всю ширину (рис. 3.4.1, а). Каждый цикл зарезания и перемещения грунта осуществляют с перекрытием предыдущего слоя на 20...25 см. При большей ширине полосы, например, при необходимости срезки растительного грунта с поверхности основания насыпи и боковых резервов, грунт перемещают поочередно в обе стороны от оси дороги, начиная каждый раз зарезание от оси (рис. 3.4.1, б).

При большом объеме работ применяют продольно-поперечную схему срезки и перемещения грунта: продольными проходами бульдозера срезают грунт и собирают его в валы, затем поперечными проходами перемещают его за пределы полосы срезки. Эту работу рационально выполнять, применяя одновременно автогрейдер и бульдозер: первый для срезки грунта и его укладки в продольные валы, второй - для поперечного перемещения растительного грунта за пределы полосы снятия растительного слоя. Срезать грунт можно и скрепером, перемещая его на расстояние более 50 м. Скрепер снимает растительный слой продольными проходами, параллельно оси дороги, на полосе срезки, длиной равной захватке, но не менее 200...250 м. Путь заполнения ковша емкостью 6...8 м3 составляет 20...25 м при толщине стружки около 10 см, после чего скрепер переводят в положение выгрузки и грунт выгружают в поперечный валик. Продолжая движение, скрепер снова зарезает грунт до полного наполнения ковша и на соседнем участке снова его выгружает. Подобные операции повторяются до конца захватки, где скрепер, повернув на 180°, при обратном движении продолжает срезать растительный слой. Затем поперечные валики грунта перемещают бульдозером за пределы полосы срезки.

Производительность бульдозера П, м3/смену, при срезке и перемещении растительного слоя грунта равна

                                                                                                         (3.4.1)

где Т - продолжительность смены, ч;

Q - объем грунта, перемещаемого за один цикл, м3;

Кв - коэффициент использования времени;

Кi - коэффициент, учитывающий наличие уклона;

Кп - коэффициент, учитывающий потери грунта при его перемещении;

t - время, затрачиваемое на один цикл, ч;

Кр - коэффициент разрыхления грунта.

Растительный грунт укладывают во временные отвалы или вывозят сразу на место использования в качестве плодородного почвенного слоя. Временные отвалы располагают по краям полосы отвода или на специальных площадках, выделенных для этой цели.

Рекультивация земель или восстановление плодородного почвенного слоя производят там, где в процессе строительства он был поврежден или полностью уничтожен. К таким местам относят территории, занимавшиеся под временные дороги, стоянки дорожных машин, грунтовые, песчаные или гравийные карьеры, боковые резервы.

3.5. Рыхление нескальных грунтов

Плотные связные грунты с влажностью меньше оптимальной для повышения производительности землеройных машин предварительно разрыхляют. В зависимости от плотности, влажности и требуемой глубины разрыхления грунтов применяют различные рыхлители: прицепные и навесные. Прицепные рыхлители в сцепе с трактором мощностью двигателя более 75 кВт применяют для рыхления плотных глинистых, щебенистых, а также гравелистых грунтов. Глубина рыхления в этом случае не превышает 0,20...0,25 м. В особо тяжелых грунтовых условиях в навесном рыхлителе оставляют 1...3 зуба вместо 5. Очень плотные глинистые грунты с включением валунов, а также скальные горные породы (V группа) рыхлят навесными рыхлителями, смонтированными на базе мощного трактора (типа ДЭТ-250). Глубина рыхления достигает 0,5 м. Рыхлители данного типа можно использовать и при рыхлении мерзлых грунтов, при этом, стоимость рыхления в два раза меньше по сравнению с буровзрывным способом. Чем плотнее грунт и больше содержание включений щебня или валунов, тем целесообразнее применять более мощные навесные рыхлители мощностью до 600 кВт или уменьшить глубину разрыхления.

При возведении насыпи автогрейдером целесообразно предварительное полное рыхление грунтов II, III групп, что облегчает процесс зарезания грунта. Производительность автогрейдера зависит, прежде всего, от площади вырезаемой стружки. Если насыпь возводится грейдер-элеватором, то предварительное рыхление грунтов I, II групп не требуется.

Для повышения производительности скреперов при разработке грунтов III и IV групп производят частичное рыхление, которое состоит в прорезании зубьями рыхлителя плотного грунта без подъема пластов. Зубья рыхлителя лишь разрезают на полосы верхний слои грунта, разрабатываемого скрепером. В этом случае в ковш скрепера грунт перемещается в виде толстой стружки. В результате, за счет частичного рыхления облегчается процесс зарезания грунта и наполнение ковша скрепера.

При возведении насыпи бульдозерами, рыхлению подлежат грунты III и IV групп, а также связные сухие грунты II группы. Длину захватки рыхления устанавливают в зависимости от влажности грунта, а также погодных условий в период производства земляных работ. Если естественная влажность грунта выше оптимальной, то при солнечной погоде грунты рекомендуется рыхлить сельскохозяйственными плугами, переворачивая пласты. При влажности меньше оптимальной длину захватки уменьшают с целью предотвращения пересыхания грунта.

Объем разрыхляемого грунта не должен превышать сменной производительности звена скреперов или бульдозеров, во избежание пересыхания грунта в сухое летнее время и переувлажнения в дождливую погоду. Разрабатывая боковые резервы, первый проход рыхлители делают по полосе, ближайшей к подошве насыпи. Последующие проходы постепенно удаляют к границе дорожной полосы.

Производительность рыхлителя, м3/смену, определяют по формуле

                                                                                            (3.5.1)

где Т - продолжительность смены, ч;

в - рабочая ширина рыхлителя (в = 1,5...2,2), м;

в1 - ширина полосы перекрытия (в1= 0,1), м;

h - глубина рыхления грунта, м;

l - длина разрыхляемого участка, м;

кв - коэффициент использования рабочего времени (0,9...0,95);

Vcp - средняя скорость работы трактора, м/мин;

tп - время на 1 поворот, мин;

п - число проходов по одному следу.

При рыхлении структурных грунтов с влажностью, близкой к оптимальной, число проходов рыхлителя по одному следу и принимают равным единице. Рыхление сухих плотных грунтов с включением щебня, гальки требует большего числа проходов по одному следу. Техническая характеристика рыхлителей приведена в табл. 3.5.1.

Таблица 3.5.1

 Дорожные  машины  для  рыхления  грунтов

Показатели

Бульдозерно-рыхлительные агрегаты

 

Дп-15

трехстойковый

ДП-5

одно-

трехстойковый

ДП-22С

трехстойковый

ДП-9С

трехстойковый

Б10.02 многозубовый

Т-330 однозубовый

Базовый трактор

Т-1303ГМ

Т-100МГП

Т-180КС

ДЭТ-250М

Б10.02

Т-330

Мощность двигателя, кВт

79

79

135

228

132

330

Максимальное тяговое усилие, кН

-

-

-

-

100

250

Производительность,  м3

1500

1500

1800

2500

1800

3000

Отвал:

 

 

 

 

 

 

ширина захвата, мм

1900

1460

1560

2100

1560

2200

угол установки ножей в плане, град

90

90

90

90

90

90

Размер отвала (ширина´высота), мм

3200´1200

4430´1200

-

4500´1550

-

4500´1560

Опускание рабочих органов ниже опорной поверхности, мм:

 

 

 

 

 

 

зубов рыхлителя

560

400

500

700

500

500...800

бульдозерного отвала

370

-

300

400

300

400...500

3.6. Возведение земляного полотна из боковых резервов автогрейдерами

Автогрейдеры используют для возведения земляного полотна из боковых резервов высотой до 0,75 м в равнинной местности при наличии грунтов I или II группы.

Автогрейдеры делят на легкие (мощность двигателя от 55 до 65 кВт), средние (мощность двигателя от 65 до 110 кВт), тяжелые (мощность двигателя от 110 до 180 кВт) и сверхтяжелые с мощностью двигателя более 185 кВт. По типу управления автогрейдеры бывают с механической и гидравлической системами управления. В настоящее время широко используются автогрейдеры с автоматизированной системой управления рабочим органом (табл. 3.6.1).

Таблица 3.6.1

Технические характеристики грейдеров и автогрейдеров

Марка и тип машин

Грейдеры

Автогрейдеры

прицепной ДЗ-1 к трактору Т- 100

полуприцепной базовый трактор Т -150К

ДЗ-99-1-4

ДЗ-31-1

ДЗ-98В

ДЗ-80

ДЗ-180

ДЗ-122Б

ДЗ-200

ДЗ-98Н

Мощность двигателя. кВт

74

110

66

96

368

57,4

99

99

125

198

Глубина резания, м

0,40

 

0,25

0,25

0,50

-

-

-

-

-

Длина отвала, м

3,66

3,74

3,10

3,70

3,70

3,04

3,74

3,74

3,86

4,27

Высота отвала, м

0,50

0,63

0,50

0,60

0,70

0,50

0,62

0,63

0,63

0,74

Угол при зарезании, град.

28...70

-

30...70

30...70

30...80

30...70

30...70

30...70

30...70

30...70

Угол срезаемого откоса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

град.

до 70

0...90

40..90

40...90

40...70

0...90

0...90

0...90

0...90

0...90

Боковой вынос, м

-

0,80

-

-

-

-

0.80

0.80

25

1,05

Скорость движения, км/ч

-

-

38,1

37,7

34,4

30,0

40,0

43,0

30,0

47,0

Габаритные размеры, м

7,8´2,54´2,45

-

-

-

-

7,4´2,35´2,7

9,8´2,5´3,45

10,57´2,5´3,55

10,9´2,5´3,8

10,32´3,02´3,95

Масса, кг

-

5400

-

-

-

8000

13560

14600

15000

19500

Рабочие операции автогрейдера при возведении насыпи сводятся к зарезанию, перемещению, разравниванию и планировке грунта. Производительность автогрейдера при выполнении вышеперечисленных операций зависит от установки положения ножа. При установке ножа в рабочем положении различают:

- угол захвата a, образуемый осью ножа и направлением движения автогрейдера;

- угол резания b, образуемый в вертикальной плоскости режущим ребром ножа с горизонтальной плоскостью;

- угол наклона g, образуемый линией горизонта и режущей кромкой ножа (рис. 3.6.1).

Рис. 3.6.1. Углы установки ножа автогрейдера:
1 - направление движения; 2 - поверхность земли; 3 - линия горизонта

В зависимости от угла a изменяется ширина захвата ножом, но одновременно повышается сопротивление грунта заглублению ножа. Угол захвата изменяется в пределах от 30 до 90°.

При зарезании грунта угол a уменьшают, а при перемещении - увеличивают. Ширина захвата при этом изменяется от 2,1 до 3,6 м.

С уменьшением угла b снижается сопротивление грунта резанию, чем плотнее грунт, тем больше сопротивление резанию. Опыт показывает, что успешное зарезание связного грунта возможно производить при угле резания b = 35...45°. В этом случае грунт легко скользит по ножу и отваливается в сторону.

Угол наклона g определяет глубину погружения режущего края ножа в грунт. Глубина и ширина, а также поперечный профиль вырезаемой стружки грунта связаны с углом g.

Угол наклона изменяют в зависимости от свойств и состояния грунта в пределах от 0 до 65°. Рациональные значения углов a, b и g при возведении насыпей приведены в табл. 3.6.2.

Таблица 3.6.2

Рекомендуемые значения углов a, b и g в зависимости от выполняемой работы

Вид работы

Углы, град.

захвата

резания

наклона

Зарезание грунта

Перемещение грунта

Разравнивание грунта

Планировка

30...45

35...50

до 70

до 60

35...40

35...40

до 60

до 40

До 15

11...13

до 3

до 18

Производительность автогрейдера при возведении насыпи зависит, прежде всего, от размера вырезаемой стружки грунта, скорости движения и последовательности проходов по резанию и перемещению. Увеличение размера стружки достигается предварительным рыхлением грунта и рациональной установкой ножа.

До начала возведения насыпи необходимо обозначить ее границы и границы боковых резервов. Первое зарезание грунта (борозду) делают на расстоянии равном

                                                                                              (3.6.1)

где В - ширина земляного полотна, м;

m - заложение откоса;

Н - высота насыпи, м;

l - длина отвала, м;

a - угол захвата, град.

Возведение насыпи ведут от внутренней бровки резерва (рис. 3.6.2). Перемещение грунта осуществляют за несколько проходов. Эта операция наиболее трудоемка, она составляет до 75 % от общего числа проходов.

Рис. 3.6.2. Схема разработки резерва и отсыпки насыпи автогрейдером:
1 - 1-е зарезание; 2 - 2-е зарезание

Поэтому иногда производят два зарезания, после чего выполняют перемещение этого грунта, затем вновь два зарезания и перемещение и т.д. Укладку грунта производят одним из двух способов - вполуприжим и вприжим.

При укладке грунта в насыпь вполуприжим перемещаемый вал грунта укладывают с предыдущим на расстоянии между гребнями валов 0,4...0,5 м, т.е. между ними имеются зазоры, заполняемые в последующем путем срезки гребня валов автогрейдером. В этом случае толщина отсыпаемого слоя грунта составляет 0,25...0,35 м. Этот способ, как правило, применяют при высоте насыпи 0,5...0,75 м. В тех случаях, когда высота насыпи не превышает 0,5 м, целесообразнее отсыпку производить в один слой, укладывая грунт вприжим. В этом случае вал грунта прижимают к ранее уплотненному настолько, что из двух валов образуется один сплошной широкий вал высотой до 0,5 м.

Рекомендуемая длина захватки при возведении насыпи из грунта боковых резервов - 400...500 м. Зарезание грунта производится на I передаче автогрейдера половиной длины ножа при наибольшей толщине срезаемой стружки, а перемещение и разравнивание - на II и III передачах всей длиной ножа. Углы установки ножа автогрейдера для выполнения операций по зарезанию, перемещению и разравниванию грунта устанавливают согласно табл. 3.6.2.

Производительность автогрейдера при возведении насыпи из грунта двусторонних боковых резервов определяют по формуле

                                                                                                     (3.6.2)

где Т - продолжительность смены, ч;

Кв - коэффициент использования рабочего времени;

q = 2l3f - объем грунта, перемещаемый за один рабочий цикл, м3;

l3 - длина захватки, м;

f - площадь поперечного сечения стружки в плотном теле, м2 (для средних автогрейдеров 0,12...0,16, для тяжелых 0,16...0,20);

ty - продолжительность цикла, с.

                                                                          (3.6.3)

где п - число проходов для перемещения грунта, приходящееся на один проход зарезания;

Vp- скорость движения при зарезании (0,69...0,97), м/с;

Vn - скорость движения при перемещении грунта (1,1...1,67), м/с;

tnoв - время поворота (80... 100), с;

tnep - время на перемену установки отвала (30...40), с.

Требуемое число проходов автогрейдера при зарезании пз и перемещении пп определяют по формулам

                                                                                                              (3.6.4)

(3.6.5)

где пз- число проходов автогрейдера для зарезания грунта;

Fр - площадь резерва, м2;

Кп - коэффициент перекрытия проходов при зарезании (1,3...1,7);

пп - число проходов для перемещения грунта;

lц- расстояние от центра тяжести половины поперечного сечения насыпи до центра тяжести поперечного сечения резерва, м;

ln - расстояние поперечного перемещения грунта за один проход;

d - коэффициент перекрытия проходов при перемещении грунта (1,15).

Величина поперечного перемещения грунта за один проход зависит от длины отвала и угла захвата. В среднем она составляет от 2,1 до 3,6 м, а при установке к отвалу удлинителя увеличивается на 0,4..0,6 м.

Данные о производительности тяжелых автогрейдеров при возведении насыпей высотой до 0,75 м приведены в табл. 3.6.3.

Таблица 3.6.3

Производительность тяжелых автогрейдеров в зависимости от группы грунтов и расстояния перемещения

Расстояние перемещения грунта, м

Группа грунтов по трудности разработки

I

II

III

Производительность, м3/смену

10

310

260

235

20

160

135

120

30

105

92

80

3.7. Возведение земляного полотна из боковых резервов бульдозерами

Бульдозер представляет собой самоходную землеройно-транспортную машину в виде гусеничного трактора или колесного тягача с навешенным на него рабочим органом - отвалом. По типу управления отвалом различают бульдозеры с гидравлическим и канатно-блочным управлением. При гидравлическом управлении возможно принудительное заглубление отвала.

Наиболее часто на бульдозерах устанавливают прямые неповоротные отвалы. В этом случае угол в плане между отвалом и осью трактора (угол захвата) всегда равен 90°. У бульдозеров с поворотным отвалом (универсальными) положение отвала в горизонтальной плоскости (в плане) изменяется на угол 25...30°.

Бульдозеры часто снабжают рыхлителями, навешенными сзади на базовый трактор. Такие бульдозеры-рыхлители являются удобным технологическим агрегатом, производящим как послойное рыхление грунта, так и последующее его зарезание и перемещение.

По номинальному тяговому усилию и мощности двигателя бульдозеры условно разделяют на пять классов (табл. 3.7.1). Техническая характеристика бульдозеров приведена в табл. 3.7.2.

Таблица 3.7.1

Класс бульдозеров

Бульдозеры

Параметры

тяговое усилие, кН

мощность двигателя, кВт

Малогабаритные

Легкие

Средние

Тяжелые

Сверхтяжелые

До 25

Св. 25 до 135

Св. 135 до 200

Св. 200 до 300

Св. 300

До 45

Св. 45 до 120

Св. 120 до 180

Св. 180 до 300

Св. 300

Таблица 3.7.2

Техническая характеристика бульдозеров

Тип и марка машины

Базовый трактор

Максимальное тяговое усилие, кН

Мощность двигателя, кВт

Ширина отвала, м

Высота отвала, м

Заглубление отвала, м

Подъем отвала над опорной поверхностью, м

ДЗ-186

ДТ-75Н

35

70

2,52

-

-

-

ДЗ-48В

ДТ-75Н-РС2

35

70

2,52

0,8...0,9

0,41

-

T-4AП2

 

3,92

95,5

2,84

1,05

0,30

-

ДЗ-162

ДТ-75Т

52,2

70

2,52

1,0

0,41

1,0

ДЗ-171.4

T-170M.01

98

125

3,2

1,3

0,40

0,93

АМКОДОР-875

-

256

257

3,08

 

 

 

Т-25.01БР-1

-

750

272

4,2

1,7

0,60

1,30

ДЗ-141УХЛ

Т-500Р-1

850

372

4,8

2,0

0,72

1,67

ДЗ-48

К-702

-

147

3,64

1,2

0,30

1.05

ДЗ-18

Т-130МГП

-

79

3,9

1,0

0,25

1,05

ДЗ-13

Т-130М

-

79

3,2

1,2