2.3 Добыча и разработка грунта, земляные работы

К числу технологических мероприятий по улучшению экологической обстановки в зоне производства земляных работ относят разработку рациональных схем добычи материалов и производства земляных работ, выбор рационального состава отряда, гидроорошение материалов, рекультивацию земель.

Работы по возведению земляного полотна выполняются круглогодично. В зимний период разрешается осуществлять следующие виды работ: разработку выемок более 3 м в глинистых грунтах; возведение насыпей из сосредоточенных резервов грунта; устройство насыпей из песчаных грунтов на болоте; выторфовывание.

Особые природоохранные требования необходимы при использовании средств гидромеханизации. В дорожном строительстве редко применяются современные системы гидродобычи с оборотным водоснабжением. Добыча грунта обычно ведется землесосными снарядами со дна и берегов естественных водоемов. Это наносит ощутимый вред природной среде. Происходит также значительное замутнение воды. Размыв приводит к ущербу водной фауны, изменению береговой линии, рельефа дна. Мутность воды при гидромеханизации может достигать 100 - 300 мг/л (при допустимом значении 0,25 мг/л) поэтому не рекомендуется проведение таких работ в водоемах, используемых для водоснабжения и разведения рыбы.

Сооружение насыпей, устройство выемок ведет к изменению напряженного состояния грунтовой толщи. Возникают дополнительные сжимающие напряжения в грунтовой толще, особенно в непрочных подстилающих грунтах. Это чревато деформациями, изменением консистенции грунтов.

До начала возведения земляного полотна поверхность основания выравнивают бульдозером. Разработку выемок и резервов следует начинать с пониженных мест рельефа. В процессе строительства должен быть обеспечен постоянный отвод поверхностных вод из всей зоны производства работ.

Процесс сооружения земляного полотна должен быть организован без разрывов. Разрывы в возводимом земляном полотне допускаются на участках сосредоточенных работ или расположении искусственных сооружений на участке с особыми грунтовыми условиями, где работы выполняются по индивидуальному проекту, предусматривающему технологические или сезонные перерывы (глубокие болота, оползневые участки и т.д.).

При отсыпке земляного полотна движение автосамосвалов, отсыпающих на насыпи очередной слой, следует регулировать по всей ширине захватки. Выгрузку грунта из автосамосвала в тело насыпи производят в шахматном порядке для равномерного распределения грунта в отсыпаемом слое. Отсыпку земляного полотна производят на всю ширину захватки. Каждый слой следует разравнивать, соблюдая проектный уклон. Разравнивание грунта бульдозером следует начинать от краев дороги к центру на всю ширину отсыпаемого участка. Возвращение бульдозера к началу захватки осуществляется задним ходом с опущенным отвалом, тем самым частично уплотняя грунт.

Уплотнение грунта производят тяжелыми виброкатками или грунтовым катком. Уплотнение грунта производят от краев насыпи с последующим перемещением к оси дороги. Каждое перемещение катка от края к центру должно перекрывать последующий проход на ширину 0,2 - 0,3 м. Разворот катка при уплотнении насыпи производят с заездом на соседнюю захватку. Уплотнение грунтов следует производить при оптимальной влажности. При влажности меньше оптимальной следует увеличить число проходов катка.

Современная модель грунтового катка представлена на рисунке 2.1. Грунтовые катки серии 3000 отличаются высоким комфортом, удачным эргономическим решением, прекрасным обзором, способностью работать на крутых подъемах (до 70 %) и самым современным уплотнительным оборудованием. В модельном ряду присутствуют грунтовые катки с гладким бандажом, с кулачковым бандажом и с осцилляцией и вибрацией.

В таблице 2.2 представлены технические характеристики некоторых грунтовых катков последнего поколения.

Рисунок 2.1 - Грунтовые катки HAMM

Таблица 2.2

Технические характеристики современных моделей грунтовых катков

Модель	Рабочая ширина	Мощность двигателя	Рабочая масса
Грунтовые катки с гладким бандажем:
3205	1,37 м	45 кВт / 61 л.с.	5,475 даН (кг)
3307	1,68 м	65 кВт / 88 л.с.	6,840 даН (кг)
3307 НТ	1,68 м	65 кВт / 88 л.с.	6,840 даН (кг)
3410	2,14 м	98 кВт / 133 л.с.	10,530 даН (кг)
3411	2,14 м	98 кВт / 133 л.с.	11,305 даН (кг)
3414	2,14 м	98 кВт / 133 л.с.	14,240 даН (кг)
3518 НТ	2,22 м	147 кВт / 200 л.с.	17,825 даН (кг)
Грунтовые катки с кулачковым бандажем:
3205Р	1,37 м	42 кВт / 57 л.с.	5,730 даН (кг)
3307Р	1,68 м	65 кВт / 88 л.с.	7,050 даН (кг)
3307 НТ Р	1,68 м	65 кВт / 88 л.с.	7,050 даН (кг)
3410Р	2,14 м	98 кВт / 133 л.с.	11,015 даН (кг)
3412 НТ Р	2,14 м	98 кВт / 133 л.с.	12,290 даН (кг)

Продолжение таблицы 2.2

3518Р	2,22 м	147 кВт / 200 л.с.	17,920 даН (кг)
3518 НТ Р	2,22 м	147 кВт / 200 л.с.	17,920 даН (кг)
Грунтовые катки с осцилляцией и вибрацией:
3307 VIO	1,68 м	65 кВт / 88 л.с.	6,650 даН (кг)
3412 VIO	2,14 м	98 кВт / 133 л.с.	12,190 даН (кг)
3414 VIO	2,14 м	98 кВт / 133 л.с.	14,230 даН (кг)

Планировку верха земляного полотна производят автогрейдерами, начиная от краев с перемещением автогрейдера к центру после каждого прохода, с приданием поперечных уклонов согласно проекту.

Планировку откосов производят при заложении откосов 1: 4 – бульдозерами или автогрейдерами, а при более крутом заложении - экскаватором с навесным оборудованием. При планировке откосов на завершающем этапе возведения насыпи излишний грунт убирают и используют для досыпки обочин, устройства съездов, рекультивации и т.п. Каждый слой разравнивают с соблюдением проектного уклона. Перед уплотнением поверхность отсыпаемого слоя следует спланировать. Окончательную планировку поверхности земляного полотна с приданием установленных проектом поперечных уклонов и доуплотнение поверхностного слоя, планировку и укрепление откосов производят сразу после возведения земляного полотна.

При возведении насыпи из глинистых грунтов боковых резервов, резервы разрабатывают, начиная с их низовой стороны.

Разработку выемки осуществляют с низовой стороны с ближайшего к насыпи конца выемки. Грунт перемещается в дальний конец насыпи. После окончания разработки одного слоя грунта выемки в таком же порядке разрабатывают следующий слой. Отсыпанный слой следует распределять и планировать бульдозерами.

При выполнении технологических процессов по разработке, перемещению, укладке и уплотнению грунта, а также при укладке или монтаже материалов и конструкций создается загрязнение воздуха отработавшими газами дорожно-строительных машин, летучими соединениями вяжущих материалов, растворителей, мастик, смол, пленкообразующих материалов, а также пылью тонкодисперсных грунтов, каменных материалов, отходов промышленности.

Влияние производственных процессов на ОС следует учитывать при выборе схем движения земляных машин. Так, например, при возведении насыпи из резервов на участках пашни, лугов и других ценных угодий следует избегать схем движения скреперов с поперечной загрузкой грунта в резервах, при которой существенно увеличивается площадь уничтожения посевов и естественных травостоев. В этих же условиях применение скрепера предпочтительнее, т.к. при использовании бульдозера неизбежно повреждаются полосы земли за пределами полосы отвода [4].

Применение рациональных схем движения скреперов при транспортировке и укладке грунта сокращает непроизводительную работу и число поворотов (движение по эллипсу, восьмеркой, зигзаг). Движение по схеме эллипс предусматривается при расположении резерва у одного края насыпи или с одной стороны, а также при разработке грунта выемки в две насыпи. Движение восьмеркой – при коротких выемках, зигзаг – при перемещении грунта из боковых резервов.

Для уменьшения цикла экскаватора применяется угол поворота стрелы в месте набора до места выгрузки не более 70-90 градусов, увеличивают коэффициент использования по времени, снижают время на маневрирование автотранспорта путем установки автомобилей с двух сторон от экскаватора.

Наибольшая производительность бульдозеров достигается при гребенчатом зарезании, при угле наклона отвала 75⁰, с углом резания 45⁰.

К мероприятиям по снижению негативного воздействия на ОС при строительстве земполотна можно отнести использование перспективных материалов, в т.ч. геотекстильных, которые позволяют уменьшить площади изымаемых под строительство земель, а также применение теплоизоляционных и гидроизолирующих прослоек из геосинтетических материалов, а не из грунтов притрассовых и сосредоточенных резервов.

Сооружение насыпи с геотекстильными прослойками включает в себя подготовку основания; раскатку и разравнивание рулонов по поверхности основания; скрепление полотнищ между собой; приемочный контроль за устройством прослоек; отсыпку земляного полотна до проектной отметки. Геотекстильный материал засыпают способом «от себя» слоем грунта, а далее – продольной возкой грунта.

Все большее применение в дорожном строительстве находят различные отходы промышленности, бытовые отходы. Их захоронение в ядре массивных дорожных насыпей требует незначительных дополнительных затрат, но дает экономию природного материала – грунта. При возведении насыпей земляного полотна автомо­бильных дорог в настоящее время рекомендуется применение золошлаковых смесей из отвалов ТЭС. Применение их целесообразно по технико-экономическим сооб­ражениям в случае:

• невозможности возведения насыпей из грунта боковых резервов и необходимости использования привозных грунтов;

• выгодности разработки и транспортировки в насыпь зо­лошлаковых смесей по сравнению с разработкой и транспорти­ровкой грунтов из сосредоточенных резервов по технологическим и экологическим соображениям.

Предусматривают также применение в дорожном строительстве зол уноса и золошлако­вых смесей, получаемых при сгорании в котлоагрегатах тепло­вых электростанций (ТЭС) различных видов твердого топлива (бурого и каменного угля, торфа, горючих сланцев). Эти отходы рекомендуется использовать при сооружении земляного полотна и устройстве укрепленных дорожных осно­ваний на дорогах I—V категорий во II—V дорожно-климатических зонах, а также покрытий на дорогах IV—V категорий. Также золы уноса можно применять как самостоятельное вяжущее с цементами, известью и битумом.

По окончании строительства притрассовые и сосредоточенные карьеры местных строительных материалов подвергаются технической рекультивации, заключающейся в засыпке выработанного пространства материалами отвалов вскрыши, планировке откосов, распределении на откосах и дне растительного грунта. Откосы выполаживают до 20 – 40 градусов методом сверху вниз, что существенно позволяет сокращать объемы работ по сравнению со способом снизу вверх. Уполаживают откосы экскаваторами-драглайнами или типа обратная лопата с удлиненным оборудованием. Наибольшая производительность машин достигается при предварительном уплотнении откоса виброкатками.

При производстве земляных работ наблюдается значительное загрязнение грунта горюче – смазочными материалами на путях транспортировки, загрузки и выгрузки грунта, в местах стоянок землеройно-транспортных и других машин. Для бульдозеров потери масла составляют 5-30 %.

Для минимизации возникающего ущерба необходимо обваловывать грунтом площадки для стоянки машин и механизмов, а также оборудовать их специальными простейшими отстойниками ямного типа для сбора и отстаивания моечных вод, а также пролитых нефтепродуктов. По окончании строительства отстойники осушаются и рекультивируются. На площадку возвращается почвенно – растительный слой.