ЛЕКЦИЯ № 4.

1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОПЕРЕЧНОГО ПРОФИЛЯ

ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМОВ ЗЕМЛЯНЫХ МАСС.

1.1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОПЕРЕЧных

ПРОФИЛЕЙ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА.

Устройство автомобильной дороги на местности требует срезки возвышений и засыпки пониженных мест по проложенной трассе. В зависимости от продольных и поперечных уклонов поверхности земли требуется возведение разного размера выемок, насыпей, полу выемок полу насыпей.

На основе многолетнего опыта и теоретических соображений выработаны определенные формы и размеры полотна в поперечном профиле для разных условий - типовые поперечные профили.

По специальным проектам, разработанным на основе предварительных геологических и гидрологических обследований и испытаний грунтов, земляное полотно сооружается в следующих случаях:

а) при высоте насыпей на глубине выемок более 12 м;

б) при возведении насыпей на слабых грунтах, на поймах рек, староречий, озер и на болотах глубиной более 4 м или при меньшей глубине, когда не предусматривается выторфовывание болот;

в) при расположении земляного полотна на оползневых склонах;

г) при пересечении насыпями крутых и глубоких балок и оврагов;

д) при устройстве выемок в неблагоприятных гидрологических условиях, а также при разработке выемок взрывами на выброс или с применением гидромеханизации;

е) при возведении насыпей методами гидромеханизации. Насыпи в зависимости от высоты делятся на следующие группы (рис. 1): низкие высотой до 0,6 м, возводимые из грунта кюветов или кюветов-резервов; средней высоты — 0,6—1,5 м, возводимые из грунта боковых (кюветов-резервов) или сосредоточенных резервов (грунтовых карьеров) или выемок; высокие — 1,5—12 м, возводимые из грунта выемок или сосредоточенных резервов; очень высокие — 12 м и более, возводимые по индивидуальным проектам.

Вопрос о назначении рекомендуемой высоты насыпи, т.е. рекомендуемой рабочей отметки, подробно изложен в разделе «Проектирование продольного профиля».

Согласно СНиП 2.05.02-85, откосы насыпей, возводимых из местных (с перевозкой до 0,5 км) грунтов, как правило, при высоте насыпей на дорогах I—III категорий до 2,0 м — 1:4 м, а на дорогах IV и V категорий при высоте насыпей до 1 м принимают не круче 1:3 (см. рис. 1, а, б, г); при высоте насыпи до 6 м — 1:1,5

(см. рис.1, в); при высоте насыпей до 12 м в верхней части высотой до 6 м — 1:1,5, в нижней — 1:1,75 (см. рис. 1, д, е).

Откосы насыпей, затопленные водой, принимают 1:2 в пределах высоты затопления плюс 0,5—0,6 м, в верхней части—1:1,5.

Возвышение бровки насыпи над расчетным уровнем снегового покрова (при расчетной вероятности превышения 5%) принимают не менее 0,8 м для дорог I категории, 0,6 — для дорог II и III категорий и 0,5 м — для дорог IV и V категорий.

Низкие насыпи возводят из грунта боковых канав — кюветов треугольного сечения при водопроницаемых грунтах (см. рис. 1, а) или трапецеидального сечения шириной по дну 0,4 м при иных грунтах (см. рис. 1, б).

При недостатке грунта из боковых канав для отсыпки насыпи они могут быть уширены и превращены в канавы-резервы или в кюветы-резервы (см. рис. 1, г).

Размеры боковых резервов зависят от необходимого объема грунта для возведения насыпи, проектируемой глубины резерва (обычно не более 1,0—1,5 м от поверхности земли), применения одностороннего или двусторонних резервов.

Ширину резервов стремятся выдерживать постоянной на возможно больших участках, так как частое изменение ширины резерва портит внешней вид дороги.

Наружным откосам кюветов-резервов при необходимости последующей рекультивации, т. е. возврата в пригодном для сельского хозяйства состоянии, придают крутизну 1:6.

Бермы шириной 2—4 м устраивают при разности отметок бровки земляного полотна и дна резерва более 4 м, а также на поймах рек.

При проектировании земляного полотна в насыпях на косогорах с крутизной 1:10 до 1:5 применяют типовые поперечные профили, приведенные на рис. 2.

При необходимости устройства кювет-резервов, последние размещают с верховой стороны земляного полотна (см. рис. 2, а) с приданием дну резерва поперечного уклона 20%. На крутизной 1:5 принимают меры для предотвращения сползания насыпи по склону. Для этого на поверхности косогора под насыпью устраивают уступы шириной 1,5-3,0 м (см. рис. 2, б) на крутых косогорах устойчивость обеспечивают устройством подпорных стен или контр банкетов.

Во избежание размыва земляного полотна поверхностными водами, поступающими с нагорной стороны, предусматривают устройство нагорной канавы, располагаемой на расстоянии не менее 5 м от наружной бровки выемки или 2 м от основания насыпи (см. рис. 2,б в) с устройством банкета уклоном 20—40% в сторону канавы. Размер нагорной канавы определяют по гидравлическому расчету, пример которого дан в разделе «Проектирование водоотвода».

В большинстве случаев полотно на косогоре представляет собой частично насыпь, частичную выемку, т. е. полу насыпь - полу выемку.

В выемках земляное полотно располагается ниже поверхности земли. Выемки проектируют по типовым поперечным профилям, приведенным на рис. 3. Глубиной выемки Н считают превышение поверхности земли на оси дороги над бровкой земляного полотна. Грунт из выемки вывозят вдоль трассы в соседние насыпи или в стороны за пределы полосы отвода для заполнения низин на местности либо перемещают перпендикулярно оси дороги и укладывают на полосе отвода в боковые отвалы, имеющие форму правильных призм и называемые кавальерами (последнее менее желательно).

Высоту кавальера назначают обычно 1,0—1,5 м для удобства отсыпки машинами, но не выше 3м. Верхней плоскости кавальера для стока воды придают поперечный уклон 20% в сторону от выемки. Кавальеры размещают с одной или обеих сторон полотна (при малых поперечных уклонах местности) не ближе 3 м от наружной бровки выемки в сухих устойчивых грунтах пли на расстоянии не менее глубины выемки плюс 5 м во влажных и слабых грунтах.

При поперечном уклоне местности круче 1:5 кавальер размещают только с низовой стороны.

В целях повышения незаносимости дорог снегом следует: выемки глубиной до 1 м проектировать раскрытыми (см. рис. 3, а) или разделанными под насыпь (см. рис. 3, б). Выемки глубиной от 1до 5 м проектировать с пологими откосами (от 1:4 до 1:6).

Крутизну откосов выемок глубиной до 12 м принимают:

а) в однородных глинистых и песчаных грунтах 1:1,5 (см. рис. 3, в);

б) в лёссах в условиях засушливого климата от 0:0,1 до 1:0,5; в других-условиях от 1:0,5 до 1:1,5;

в) в крупнообломочных грунтах (щебенистых, гравелистых) в зависимости от характера напластований, свойств грунтов и глубины выемок от 1:1 до 1:1,5.

Крутизну откосов выемок глубиной до 16 м принимают:

а) в скальных породах слабовыветривающихся при отсутствии трещиноватости 1:0,2;

б) в прочих скальных породах в зависимости от свойств, характера напластования и глубины выемки от 1:0,5 до 1:1,5.

При проектировании выемок в неоднородных пластах грунтов откосам придают переменную крутизну (см. рис. 3, е).

В районах высокоразвитого сельского хозяйства при пересечении дорогой денных земель, занятых садами, виноградниками, орошаемыми культурами необходимо экономить на ширине полосы отвода. Поскольку выемки занимают большую ширину, следует избегать их в указанных выше случаях, а от кавальеров отказаться совсем, проектируя вывозку земли из выемки в смежные насыпи или для планировки прилегающей местности.

При проектировании автомобильных дорог, пролегающих в пределах сельских населенных пунктов, следует руководствоваться действующими типовыми проектами.

На рис. 4 приведены типовые поперечные профили дорог в населенных пунктах сельского значения.

Глубокие выемки и высокие насыпи допустимы в населенных пунктах только в исключительных случаях, когда без них нельзя обойтись (подходы к мостам, переход через заболоченные участки и т. п.).

1.2. Составление ведомости постоянно занимаемых земель.

По данным плана трассы и продольного профиля составляют ведомость постоянно занимаемых земель (табл. 1). При учебном проектировании по условным обозначениям топографической карты устанавливают границы отдельных угодий (лесов, лугов, выгонов и пр.). Остальные участки при благоприятных рельефных условиях считают пахотными. Площадь занимаемых угодий или лесных насаждений определяют, умножая длину каждого из них на установленную для проектируемой категории ширину полосы отвода. Все данные заносят в ведомость (в га), для чего полученные площади (в м²) делят на 10000. Ведомость проверяют, сличая общую площадь полосы с суммой площадей отдельных угодий (см. проверку к табл.1).

Установлена следующая максимальная ширина полосы отвода в зависимости от категории дорог: для дорог I категории – 39 м, II – 28 м; III – 22 м; IV,V – 18 м.

1.3. Определение размеров резервов и площадей земель, подлежащих рекультивации.

Резервы проектируют для водоотвода, а также получения необходимого количества грунта для возведения насыпей высотой до 3 м (превышение бровки над дном кювета-резерва должно быть не более 4 м). Глубину боковых резервов желательно ограничивать величиной 0,9 (1,6) м от дневной поверхности. Если по каким-либо причинам, например по условиям водоотвода, приходится проектировать более глубокие резервы, их следует отделять от дороги бермой шириной 4—5 м.

Кювет резервы могут устраиваться двусторонние и односторонние. С точки зрения удобства производства работ, уменьшения дальности перемещения грунта рациональнее устройство двусторонних кюветов-резервов, особенно при использовании для их разработки грейдер-элеваторов.

Односторонние кюветы-резервы проектируют при приложении трассы вдоль линии электропередач, опушки леса пли при необходимости обеспечить достаточную ширину дна резерва для размещения летнего тракторного пути.

Размеры резервов при одинаковых рабочих отметках и продольных уклонах проектной линии (не менее 3%), не требующих проектирования углубленных резервов, могут быть определены по упрощенным формулам:

Ширина поверху (1)

Ширина понизу (2)

где h₀- средняя глубина резерва от поверхности земли;

m и n – коэффициент крутизны откосов;

- площадь сечения насыпи, возводимой из грунта резерва, без учета поправки на уплотнение и переуплотнение

При двусторонних резервах (3)

При односторонним (4)

- площадь сечения насыпи, определяется по формуле

(5)

В - ширина земляного полотна, м ;

Н - высот насыпи, м;

- поправка на устройство проезжей части (см. расчет поправки ниже)

При разных рабочих отметках и углубленных резервов определяется по балансу земляных масс

Среднее значение площади насыпи определяется по объему грунта на данном участке и его длине l, т.е. при двусторонних резервах , а при односторонних резервах .

При занятии пахотных земель на дорогах I—III категории при высоте насыпи до 1,5 м и на дорогах IV и V категорий, при высоте насыпи до 1 м на всей ширине полосы, включая ширину земляного полотна и резервов, снимают растительный слой (толщина слоя зависит от потребности в растительном грунте, но не должна быть менее 20 см) и временно размещают его за пределами откоса резерва на расстоянии, обеспечивающем нормальную работу землеройных машин. Для приведения резервов в состояние, пригодное для дальнейшего использования в сельском хозяйстве — рекультивации, после отсыпки и отделки земляного полотна резервы покрывают растительном грунтом слоем не менее 30 см и разравнивают бульдозером или автогрейдером.

При значительных продольных уклонах, при которых скорость протекания воды может вызвать размыв, у внутреннего откоса резерва устраивают канавы (рис. 5). Размеры и тип укрепления канавы устанавливают гидравлическим расчетом.