1.1 Характеристика района строительства

Административное значение района строительства. Существующая транспортная сеть.

Омская область расположена на юге Заподно – Сибирской низменности, по среднему течению реки Иртыш. Граничит: на Юге с Казахстаном и Кокчетавской области, на севере и севере – западе - с Тюменской областью, на северо – востоке с Томской областью, а на востоке – с Новосибирской областью. Омская область расположена в лесной зоне – на севере и в лесостепной и степной зонах – на юге. Центром Омской области является город Омск. Развитые области промышленности: машиностроение и металлообработка, нефтеперерабатывающая, химическая и нефтехимическая, легкая и строй материалов.

Эксплуатационная длина ж/д путей общего пользования составляет 775 км. Протяженность автомобильных дорог общего пользования с твердым покрытием – 7561 км. Грузооборот автотранспортных отраслей экономики 875 млн. т. км. Пассажирооборот автотранспорта общего пользования 1841 млн. пас. км. Плотность ж/д путей общего пользования 55 см путей на 10000 км²; автомобильных дорог – 54 см дорог на 1000 км².

Рельеф местности, почва и грунты

Поверхность области представляет собой полого – волнистую равнину высотой около 100-140 м с незначительным уклоном с юга на север. сложенную горизонтально залегающему породами третичного и четвертичного возрастов: глинами, песками, мергелями, лессовидными суглинками. их мощность у Омска превышает 300 м. Плоскоравнинный характер поверхности, плотные водоупорные грунты, слабая дренированность водоразделов при относительно высокой влажности климата, способствуют, особенно в северных районах, развитию процесса заболачивания. Много озерных котловин и западин.

Характерны грядообразные возвышенности «гривы», которые местами тянуться на несколько километров.

В южной части преобладают типичные черноземы с количеством гумуса 7 – 9%. В крайних южных районах они сменяются южными черноземами. Вдоль Иртыша черноземы широкой полосой заходят далеко на север до города Тара. В центральной части распространены различные типы засоленных почв, встречаются также оподзоленные, осолоденные, луговоболотные. На севере преобладают различные виды болотных и подзолистых почв. В целях более широкого хозяйственного использования заболоченных почв ведутся мелиоративные работы.

Гидрология и гидрография района

Главной водной магистралью является река Иртыш, пересекающая область с юго-востока на северо-запад на протяжении более 1000 км. Крупнейшие притоки, имеющие транспортное значение – Ишим (левый), Омь и Тара (правые), принадлежат области лишь своим нижним течением. Уй, Шиш, Туй (правые), Оша (левый) и другие притоки Иртыша, протекающее в области, имеют длину не более 500 км и представляют собой типичные равнинные реки, используются главным образом, для лесосплава. В области много озер, весьма разнообразных по площади, а также по степени минерализации воды: на юге преимущественно соленые на севере – преобладают пресные. Наиболее крупные озера: Ик, Теннис, Салтаим (пресные) и Эбейты (соленое). Последнее содержит значительные запасы поваренной соли.

Наличие местных дорожно-строительных материалов.

В области имеются глины, пески, минеральные краски, мергель, лессовидные суглинки.

Климатические характеристики района строительства.

Климат Омской области континентальный, умеренно холодный, обусловлен ее расположением на юге обширной, открытой с севера, юга и востока Западно-Сибирской низменности. Беспрепятственное проникновение холодных воздушных масс с севера и востока, теплых сухих – с юга обуславливает резкую неустойчивость погоды, особенно в переходные сезоны. Зима продолжительная и суровая. Средняя температура января в Омске – 19,3⁰С, минимальная – 49⁰С. Лето теплое, непродолжительное, с большим количеством часов солнечного сияния. Средняя температура июля в Омске + 19,5⁰С, максимальная +40⁰С. Переходные сезоны короткие, колебания температуры в течении года и в течении суток резкие.

Количество осадков 300-400 мм, в год с уменьшением к югу. Большая часть осадков выпадает летом. Ветры летом, главным образом, северные, северо-западные и западные, зимой – южные, юго-западные и западные. Продолжительность вегетационного периода в районе Омска около 130 дней.

Температура воздуха.

Температура воздуха – мера его теплового состояния, пропорциональная энергии беспорядочных тепловых движений молекул воздуха.

Температура воздуха в районе строительства – центральный климатический элемент, который оказывает принципиальное влияние на организацию строительства, методы производства работ, производительность машин и рабочих.

Таблица 1.2. Среднемесячная и среднегодовая температура воздуха. [5]

Месяцы	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
t, 0C	-19,2	-17,8	-11,8	1,3	10,7	16,6	18,3	15,9	10,4	1,4	-8,9	-16,5

Высота снежного покрова.

Являясь эффективным теплоизолятором, снег уменьшает глубину промерзания грунта. Объем выпавшего снега определяет количество средств для его уборки с полосы отвода. Выпадения некоторого количества осадков в виде дождя или снега в сутки в процессе производства некоторых видов дорожных работ снижает их количество.

Таблица 1.3. Среднемноголетняя месячная высота снежного покрова. [6]

Месяцы	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
Hсп, см	20	22	14	5	-	-	-	-	-	3	12	16

Величина осадков.

Осадки выпадают в виде дождя, мороси, снега, мокрого снега, снежной и ледяной крупы, снежных зерен, града. Непосредственно из воздуха выделяется роса, иней, жидкий налет, твердый налет, изморось. Осаждение переохлажденного дождя, тумана на дорожных покрытиях является причиной гололеда. Осадки характеризуются их количеством, продолжительностью, интенсивностью, числом дней с осадками различной величины, видом осадков. Для дорожного строительства практически интерес представляют преобладающие формы осадков в виде снега, дождя и смешанные.

Таблица 1.4. Годовая и месячные суммы осадков. [6]

Месяцы	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
Hос, мм	12	8	10	17	28	56	70	53	34	22	17	14

Глубина промерзания грунта.

Процесс превращения грунтовой влаги в лед, наступающий при температуре несколько ниже 0⁰С, называется промерзанием грунта.

Глубина промерзания грунта зависит от температуры воздуха, влажности грунта, замедляющий его промерзание вследствие выделения скрытой теплоты фазового перехода воды в лед, толщины снежного покрова, вида грунта.

При промерзании грунта его сопротивление механическим воздействиям возрастает иногда в 100 раз, что оказывается принципиальным моментом для принятия конкретных организационно-технологических решений – какими средствами механизации выполнять работы, какую применить технологию, какие выполнить мероприятия по снижению или предотвращению промерзания грунта, необходимость прекращения работ.

Таблица 1.5. Глубина промерзания грунта и оттаивания по месяцам [6]

Глубина промерзания (числитель) и оттаивания (знаменатель) по месяцам, см.

Даты

X

XI

XII

I

II

III

IV

V

VI

начало промерзания

промерзание на 15 см.

начало оттаивания

полное оттаивание

10/0

15/0

137/0

118/0

130/0

173/0

180/39

170/157

0/0

2.XI

15.XI

1.V

20.V

Розы ветров

Ветер – движение воздуха относительно земной поверхности. В понятие ветер включается числовая величина скорости ветра, выражаемая в м/с, и направление, откуда дует ветер.

Наглядным и часто используемым способом представления ветрового режима района строительства является так называемые розы ветров.

Роза ветров – диаграмма, показывающая повторяемость ветров различных направлений в данной местности, обычно по многолетним средним данным для месяца, сезона или года.

Таблица 1.6. Средняя скорость ветра и его повторяемость по направлению для января и июля. [7]

Месяцы	Январь								Июль
Румб	с	св	в	юв	ю	юз	з	сз	с	св	в	юв	ю	юз	з	сз
Скорость ветра, м/с	2,8	2,8	4,4	4,4	4,7	5,1	4,5	4	3,7	3,6	3,7	3,5	3,5	3,5	3,6	3,9
Повторяемость, %	4	6	14	10	20	27	12	7	17	13	10	6	9	11	13	21

Все климатические характеристики наносим на дорожно-климатический график (рис. 1.1). Среднюю скорость ветра и его повторяемость наносим на розу ветров (рис. 1.2).

На основании верхней части дорожно-климатического графика (рис. 1.1) определяем сроки производства работ. Для этого определяем сроки весенней и осенней распутицы.

Распутица – период времени, в течение которого из-за сильного переувлажнения грунтовых дорог резко снижается их несущая способность, и движение автомобильного транспорта становится затруднительным или практически невозможным. Наиболее продолжительная распутица имеет место весной и осенью.

Весной распутица наступает после схода снежного покрова, когда начинается оттаивание верхнего слоя грунта, и достигает максимума в период оттаивания грунта до 20-30 см.

Прекращение распутицы совпадает с моментом просыхания грунта на глубину порядка 20 см.

Дату начала весенней распутицы находим по формуле:

, (1.1)

где - среднегодовая дата перехода температуры через ноль;

- скорость оттаивания грунта, см/сут.

, (1.2)

где - максимальная глубина промерзания грунта;

- количество дней в году с положительной температурой.

и определяем по дорожно-климатическому графику (рис. 1.1.).

= 14+31+30+31+31+30+19=187 дня

= 180 см

= 5,7∙180/187 = 5,5 см/сут

определяем по дорожно-климатическому графику (рис. 1.1.).

=11.04.

τ^в_нр= 11.04 + 5/5,5 = 12.04.

Дату окончания весенней распутицы находим по формуле:

, (1.3)

τ^в_ор= 12.04.+ 0,7∙180/5,5 = 5.05

Осенняя распутица наступает в период, когда средняя суточная температура снижается до +5 ⁰C, что способствует уменьшению испарения влаги, а повторяемость обложных дождей, насыщающих влагой верхний слой грунта, возрастает. Прекращается осенняя распутица с наступлением устойчивых отрицательных температур воздуха, когда верхний слой грунта промерзает. Промерзание грунта на глубину приблизительно 15 см обеспечивает нормальную проходимость груженых автомобилей. [8]

Дату начала и окончания осенней распутицы определяем по дорожно-климатическому графику (рис. 1.1).

τ^о_нр = 3.10 τ^о_ор = 15.11.

Построение графика гражданских сумерек

Гражданский день – часть суток, в течение которых глубина погружения солнца за горизонтом не превышает 7⁰.

Для определения дней с одной рабочей сменой и двумя строится график гражданских сумерек. Все работы в дорожно-строительном производстве осуществляются в холодное время в одну смену, в теплое время в одну или в две смены, в зависимости от продолжительности светового периода.

Время начала и конца гражданских сумерек для юга Омской области приведено в таблице 1.7. [6] На ее основе строим график гражданскитх сумерек (рис. 1.3.).

Таблица 1.7. Начало и конец гражданских сумерек.

Месяцы	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
Начало гражданских сумерек	726	640	528	410	255	212	237	340	443	543	645	727
Конец гражданских сумерек	1655	1750	1848	1952	2100	2151	2134	2027	1906	1749	1643	1624

1.2. Характеристика строящейся дороги.

Строящаяся дорога относится ко второй технической категории. Основные технические показатели приведены в таблице 1.8. [4]

Таблица 1.8. Основные параметры и нормы.

Технические показатели	Измеритель	Рекомендуется СНиПом 2.05.02-85.
1	2	3
Перспективная среднесуточная интенсивность движения	авт/сут	Св. 3000 до7000
Расчетная скорость движения: а) основная б) на пересеченной местности в) на горной местности	км/ч км/ч км/ч	120 100 60
Число полос движения	м	2
Ширина полосы движения	м	3,75
Ширина обочин	м	3,75
Ширина проезжей части	м	7,5
Наименьшая ширина укреп- ленной полосы обочины	м	0,75
Ширина земляного полотна	м	15
Наибольший продольный уклон	0/00	40
Наименьшая расчетная видимость: а) поверхности дороги б) встречного автомобиля	м м	250 450
Наименьший радиус кривых в плане: а) без устройства виража б) с устройством виража	м м	Св. 2000 800
Наименьшие радиусы верти- кальных кривых а) выпуклых б) вогнутых	м м	15000 5000

1.3 Выбор принципиальных решений по строительству земляного полотна

а) Выбор способа производства работ.

При строительстве автомобильных дорог применяют два способа организации работ: поточный и участковый (иначе его называют последовательным или цикличным). При организации строительства по поточному способу для выполнения земляных работ создают подразделения (бригады или отряды), специализированные по видам земляных работ. Специализированные отряды или бригады отличаются друг от друга по составу машин, так как каждый из них комплектуют машинами, наиболее подходящими для работ, выполняемых данным отрядом.

Принцип поточной организации сохраняется и во внутренней структуре отрядов и бригад. Производительность звеньев согласовывают, поскольку каждое из них готовит фронт работ для последующего.

При непоточных методах организации земляных работ возведение земляного полотна ведут одним механизированным подразделением, включающим различные основные машины для земляных работ (экскаваторы, скреперы, бульдозеры). Работа этих машин отдельно или группами происходит в соответствии с характером и видом распределения земляных работ по дороге.

Однако работы (непосредственно на каждом объекте) производят специализированными звеньями, согласованными между собой по производительности, - звено по разработке, звено по транспортированию, звено по укладке и звено по уплотнению грунта, т.е. также по принципу поточного метода. [9]

В данной работе принимаем поточный способ производства работ, так как на сегодняшний день он является основным прогрессивным методом организации линейно - протяженного строительства, обеспечивающий непрерывное и равномерное производство. Непрерывность обеспечивается отсутствием перебоев: в поступлении материалов, в выполнении технологических процессов. Равномерность производства предусматривает сохранение постоянного объема продукции за определенные отрезки времени при постоянной потребности в кадрах и ресурсах.

Поток движется с определенной скоростью, которая исчисляется протяжением готовой дороги, заканчиваемой за смену (длиной захватки). [10]

Еще один показатель потока – его темп, который выражается в объемах земляных работ, выполняемых за одну смену.

б) Выбор способа возведения насыпи.

• из боковых резервов.

Этот способ применяется лишь в том случае, когда грунты вдоль проложенной трассы по своим характеристикам пригодны для строительства. Основное преимущество данного способа в существенном сокращении дальности транспортировки грунта из резерва в насыпь. Главный недостаток – дорога занимает в два раза большую площадь земли. Боковые резервы рациональны только в тех районах, где дорога проходит по неплодородным землям, при строительстве дорог низших категорий с невысокими насыпями. Работы выполняют бульдозерами или грейдер – элеваторами. [11]

• из сосредоточенных резервов.

В большинстве случаев приходится изыскивать источники грунта для насыпей, так как в условиях равнины или слабо пересеченной местности выемок меньше чем насыпей. Основную массу грунта получают в грунтовых карьерах, расположенных на различных расстояниях от строящейся дороги. Для выполнения основных работ применяют бульдозеры, скреперы, экскаваторы и фронтальные погрузчики с транспортными средствами. Выбор машин зависит от условий производства работ. [9]

Принимаем способ сооружения насыпи из боковых резервов с укладкой грунта в один слой, а последующие слои из сосредоточенного резерва.

в) Выбор способа строительства земляного полотна.

• корытный способ (рис. 1.4.а).

Преимущество этого способа – выполнение полного объема работ за один год.

Недостаток – трудоемкость работ, разрушение земляного полотна осадками, механические разрушения до начала строительства дорожной одежды.

- способ присыпных обочин (рис. 1.4.б).

Этот метод является наиболее рациональным по технологии строительства.

а) б)

Р исунок 1.4 - Способы строительства земляного полотна.

1 – земляное полотно;

2 – дорожная одежда;

3 - “корыто” под дорожную одежду;

4 – присыпные обочины.

В данном проекте для возведения земляного полотна принимаем способ присыпных обочин.

г) оценка пригодности грунтов для возведения земляного полотна.

Оцениваемый грунт является суглинком легким с естественной влажностью W_е = 12 %, влажностью на границе текучести W_т = 30 %, удельным весом δ = 1,62 г/см³. Степень пригодности грунта осуществляется по данным СНиП 2.05.02-85 и ГОСТ 25100-95.

Грунт пучинистый (III группа по степени пучинистости). Среднее значение относительного морозного пучения при промерзании 1,5 м равно 4-7 %.

• степень засоления.

Данный грунт является незасоленным, количество воднорастворимых солей в нем не превышает 2 %. [12]

- классификация по крупности преобладающих частиц

Содержание песчаных частиц размером от 2 до 5 % по массе >40.

Число пластичности, I_р-7-12.

• степень увлажнения.

Оптимальная влажность (W_опт) – влажность, при которой достигается максимальная плотность при наименьших энергетических затратах.

Получив значение оптимальной влажности, можно сравнить с этим значением величину естественной (фактической влажности). Тогда:

если W_е = W_опт, то это идеальный вариант, грунт уже находится при оптимальной влажности;

если W_е < W_опт, то грунт недоувлажнен, необходимо применять поливомоечные машины перед уплотнением;

если W_е > W_опт, то грунт переувлажнен, требуется просушивание грунта (естественное просушивание, с помощью химических добавок (известь), с помощью добавки сухого грунта(если рядом имеются небольшие карьеры на возвышенной местности)).

Определяем оптимальную влажность по формуле:

W_опт = α∙W_т, (1.4)

где α – коэффициент, зависящий от вида грунта, определяется по руководству по сооружению земляного полотна автомобильных дорог, п.8.10.. [13] Для суглинка легкого α = 0,6.

W_опт = 0,6∙30 = 18 %

Определяем отношение W_е / W_опт.

W_е / W_опт = 12 / 18 = 0,67

Определяем допустимые границы отклонения от оптимальной влажности. [13] Для этого определяем требуемый коэффициент уплотнения К_тр^упл . Согласно СНиП 2.05.02. – 85 [4], который зависит от:

-дорожно-климатической зоны (III ДКЗ)

-типа дорожной одежды (капитальный для II технической категории)

-расположения слоя в насыпи (рабочий слой)

К_тр^упл = 0,98.

Тогда по таблице 4.2. руководства [13] определяем отклонение от оптимальной влажности 0,85 – 1,15.

Устанавливаем, попадает ли найденное отношение W_е / W_опт в допустимые границы отклонения.

0,85 ≤ 0,67≤ 1,15

Условие не выполняется. Это означает, что грунт недоувлажнен.

Дополнительное увлажнение вычисляем по формуле:

ΔB = δ′∙( W_опт - W_е)/100, (1.5)

где ΔB – количество воды на 1 м³.

δ′ = δ∙К_тр^упл,

δ′ = 1,62∙0,98 = 1,59 т/м³

ΔB = 1,59∙( 18 - 12)/100 = 0,095 т/м³

д) определение геометрических размеров насыпи и боковых резервов.

С учетом данных п. 1.2. по СНиПу 2.05.02-85 [4] и справочнику под редакцией Федотова [14] принимаем поперечный профиль земляного полотна. В зависимости от категории дороги, высоты насыпи и вида грунта назначаем коэффициент заложения откоса. Согласно п. 6.26. СНиП 2.05.02-85 [4] с учетом обеспечения безопасного съезда транспортных средств в аварийных ситуациях для дороги II категории при высоте откоса насыпи до 3 м принимаем крутизну откоса 1:4 (m = 4). Заложение внешнего откоса резерва назначаем по СНиП 2.05.02-85 [4] как для выемки с высотой откоса до 12 м в песчаном грунте и принимаем равным 1:1,5 (n = 1,5).

Определим основные размеры насыпи по формулам:

h_н^ср = H_н – h_д.о. + Δ_р.с., (1.6)

где h_н^ср – срезанная высота насыпи (насыпь возводим способом присыпных обочин, поэтому земляное полотно строим до низа дорожной одежды, т.е. высота насыпи уменьшается);

H_н – высота насыпи;

h_д.о. – толщина дорожной одежды;

Δ_р.с. – толщина растительного слоя (принимаем Δ_р.с. = 0,16 м).

h_н^ср = 1,8 – 0,72 + 0,16 = 1,24 м

B_з.п.^ср = B_з.п. + 2∙m∙h_д.о., (1.7)

где B_з.п.^ср – срезанная ширина земляного полотна;

B_з.п. – ширина земляного полотна;

m – коэффициент заложения откоса насыпи.

B_з.п.^ср = 15 + 2∙4∙0,72 = 20,76 м

B_пон = B_з.п^ср_. + 2∙m∙ h_н^ср, (1.8)

где B_пон – ширина земляного полотна понизу.

B_пон = 20,76 + 2∙4∙ 1,24 = 30,68 м

W_н = (B_з.п.^ср + B_пон^ср)∙h_н^ср/2, (1.9)

где W_н – площадь сооружаемой насыпи способом присыпных обочин.

W_н = (28,2 + 30,68)∙0,31/2 = 9,13 м²

Определим основные параметры бокового резерва по формулам:

W_р = W_н∙K_упл^отн/2, (1.10)

где W_р – площадь резерва;

K_упл^отн – коэффицицент относительного уплотнения, который предназначен для определения объема грунта, необходимого для возведения насыпи.

K_упл^отн принимаем по СНиП 2.05.02-85 [4] для суглинка легкого с требуемым коэффицицентом уплотнения для рабочего слоя К_тр^упл = 0,98. K_упл^отн = 1,03, а для нижнего слоя насыпи K_упл^отн = 1,00

W_р = 9,13∙1/2 =4,57 м²