9. Проектирование земляного полотна

9.1. Общие требования

Земляное полотно (земполотно) проектируют в виде насыпей и выемок. Оно включает следующие элементы (рис. 9.1):

1. верхнюю часть земляного полотна 1 (рабочий слой – активная зона), которая расположена в пределах 1,5м от поверхности покрытия;

2. нижнюю часть насыпи (ядро насыпи 4) – часть полотна, располагающаяся ниже рабочего слоя;

3. основание насыпи 3 (массив грунта, на поверхности которого возводится насыпь);

4. основание выемки 3' (массив грунта ниже границы рабочего слоя);

5. откосные части 2;

6. устройства поверхностного водоотвода;

7. устройства понижения или отвода грунтовых вод (дренаж);

8. поддерживающие и защитные геотехнические устройства и конструкции, предназначенные для защиты земляного полотна от опасных геологических процессов (эрозии, абразии, селей, лавин, оползней и т. п.).

Рис. 9.1. Элементы земляного полотна: а – насыпь б – выемка; До – дорожная одежда; Об – обочина; 1 – верхняя часть земляного полотна (рабочий слой); 2 – откосные части; 3 – основание насыпи: 3 – основание выемки; 4 – ядро насыпи

При назначении конструкции земляного полотна учитывают:

1. категорию дороги;

2. тип дорожной одежды;

3. высоту насыпи и глубину выемки;

4. свойства грунтов, используемых в земляном полотне;

5. условия производства работ по возведению земляного полотна;

6. природные условия района строительства;

7. особенности инженерно-геологических условий участка строительства;

8. опыт эксплуатации дорог в данном районе;

9. обеспечение требуемых прочности, устойчивости и стабильности как самого земляного полотна, так и дорожной одежды, при наименьших затратах на стадиях строительства и эксплуатации, а также при максимальном сохранении ценных земель и наименьшем ущербе окружающей природной среде.

Основные требования к земполотну:

1. высота насыпей и глубина выемок определяется в результате проектирования продольного профиля;

2. наиболее рациональное решение получают при проектировании продольного профиля совместно с земляным полотном;

3. геометрическая форма земляного полотна и его конструкция должны способствовать снегонезаносимости, безопасности движения, а также отвечать эстетическим требованиям;

4. геометрические размеры основных элементов земляного полотна приведены на рис. 9.2 и в табл. 9.1;

5. при ремонте дорог на участках усиления покрытия геометрические размеры существующего земляного полотна могут быть сохранены;

6. поперечный уклон земляного полотна принимают в соответствии с требованиями норм проектирования автомобильных дорог.

Рис. 9.2. Геометрические размеры основных элементов земляного полотна

Таблица 9.1. Геометрические размеры основных элементов земляного полотна

Категория дороги	Основные элементы дороги, м				Укрепленные полосы, м		Остановочные полосы на обочине, м, с"	Прочие виды укрепления обочин, м, с"'
	Земляное полотно В	Разделительная полоса d	Проезжая часть b	Обочины с	на разделительной полосе d'	на обочине с'
I	27,5 (28,5)	5,0 (6,0)	3,75x4	3,75x2	1,0	0,75	2,5	3,0
II	15	–	3,75x2	3,75x2	–	0,75	2,5	3,0
III	12	–	3,5x2	2,5x2	–	0,5	–	2
IV	10	–	6,0	2x2	–	0,5	–	–
V	8	–	4,5	1,75	–	–	–	–

Примечание. В скобках приведены геометрические размеры для автомобильных дорог I-a категории.

При проектировании земляного полотна следует применять типовые или индивидуальные решения, в том числе типовые решения с индивидуальной привязкой. Индивидуальные решения, а также индивидуальную привязку типовых решений следует применять при соответствующих обоснованиях, то есть:

1. для насыпей с высотой откоса более 12 м;

2. для насыпей на участках временного подтопления, а также при пересечении постоянных водоемов и водотоков;

3. для насыпей, сооружаемых на болотах глубиной более 4 м с выторфовыванием или при наличии поперечных уклонов дна болота более 1:10;

4. для насыпей, сооружаемых на слабых основаниях;

5. при использовании в насыпях грунтов повышенной влажности;

6. при возвышении поверхности покрытия над расчетным уровнем воды менее указанного в п. 6.10 СНиП 2.05.02-85;

7. при применении прослоек из геотекстильных материалов;

8. при сооружении насыпей на просадочных грунтах;

9. для выемок с высотой откоса более 12 м в нескальных грунтах и более 16 м в скальных при благоприятных инженерно-геологических условиях;

10. для выемок в слоистых толщах, имеющих наклон пластов в сторону проезжей части;

11. для выемок, вскрывающих водоносные горизонты или имеющих в основании водоносный горизонт, а также в глинистых грунтах с коэффициентом консистенции более 0,5;

12. для выемок с высотой откоса более 6 м в пылеватых грунтах в районах избыточного увлажнения, а также в глинистых грунтах и скальных размягчаемых грунтах, теряющих прочность и устойчивость в откосах под воздействием погодно-климатических факторов;

13. для выемок в набухающих грунтах при неблагоприятных условиях увлажнения;

14. для насыпей и выемок, сооружаемых в сложных инженерно-геологических условиях: на косогорах круче 1:3, на участках с наличием или возможностью развития оползневых явлений, оврагов, карста, обвалов, осыпей, селей, снежных лавин, наледи и т. п.;

15. при возведении земляного полотна с применением взрывов или гидромеханизации;

16. при проектировании периодически затопляемых дорог при пересечении водотоков;

Индивидуально необходимо также проектировать водоотводные, дренажные, поддерживающие, защитные и другие сооружения, обеспечивающие устойчивость земляного полотна в сложных условиях, а также участки сопряжения земляного полотна с мостами и путепроводами.

Под прочностью земляного полотна понимается его способность сохранять, не деформируясь при действии внешних сил и природных факторов, приданные ему при строительстве форму и размеры; под устойчивостью – сохранение предусмотренного проектом положения в пространстве без смещений и просадок.

При возведении земляного полотна часто нарушаются условия равновесия, при которых:

1. прорезание наклонных пластов грунта при устройстве выемок может вызвать оползание их откосов;

2. насыпи, отсыпанные на косогоре, могут смещаться вниз по склону;

3. торфяные и водонасыщенные илистые основания могут выжиматься из-под насыпи в сторону или медленно сжиматься под весом насыпи, отдавая насыщающую их воду;

4. возможны деформации самой насыпи, вызываемые, например, уплотнением насыпного грунта под влиянием природных воздействий, собственного веса и напряжений от проезжающих автомобилей (рис. 9.3);

5. деформации от уплотнения грунта возможны в выемках и на участках с нулевыми отметками, если подстилающий грунт в условиях естественного залегания недостаточно плотен (рис. 9.4).

Рис. 9.3. Виды деформаций насыпей: а – осадка от уплотнения грунта в теле насыпи; б – деформация осадки от растекания переувлажненного грунта; в – оползание откоса насыпи; г – сползание насыпи по косогору; д – осадка со сжатием грунта основания; е – осадка, а иногда боковое смещение, из-за выжимания слабого основания; ж – смещение из-за оползания склона

Рис. 9.4. Виды деформаций выемок: а – оползание откоса выемки в однородном грунте; б – то же при слоистом напластовании; в – выжимание слабого грунта на дне выемки под действием веса откоса

Методы расчета устойчивого земляного полотна основаны на закономерностях механики грунтов. При этом необходимо учитывать сложные особенности работы земляного полотна.

Степень устойчивости земляного полотна против сползания, просадки и других деформаций характеризуют коэффициентом устойчивости, который представляет собой отношение сил или их моментов, удерживающих насыпь, к силам или моментам, сдвигающим насыпь. Устойчивость слабых грунтов под нагрузкой от насыпей иногда оценивают «коэффициентом безопасности» – отношением максимальной выдерживаемой нагрузки к фактически приложенной. Значения этих коэффициентов должны быть более 1,0.

Расчеты устойчивости дорожных насыпей ведут на собственный вес грунта и дорожной одежды. Нагрузка от автомобилей является дополнительной.