§ IV.7. Производство работ по уширению земляного

ПОЛОТНА

Присыпаемая часть уширенного земляного полотна должна работать совместно с существующим как единая конструкция, что возможно лишь при благоприятном водно-тепловом режиме. Оптимальным решением является применение при уширении тех же грунтов, которые использовались при ее возведении. Если это невозможно, необходимо уширять насыпи только песчаными не­пылеватыми грунтами [22], строго соблюдая правила их располо­жения в теле насыпи (рис. IV. 10). Хотя песчаные грунты из-за большой дальности возки обходятся в несколько раз дороже мест­ных связных грунтов, первоначальные затраты всегда оправды­ваются ц дальнейшем увеличением срока службы дорожных одежд и снижением расходов на эксплуатацию дороги. Поэтому стои­мость реконструкции земляного полотна обычно на 30—50% выше сооружения нового из-за необходимости применения высококаче­ственных грунтов и усложнения технологии работ.

После принятия в 1968 г. Верховным Советом СССР закона «Основы земельного законодательства Союза ССР и союзных рес­публик» существенно повысилась стоимость земляных работ в свя­зи с ограничением, а во многих районах и полным запрещением устройства боковых резервов. В этих условиях важное значение приобретает выбор грунтов для реконструируемого земляного

Рис. IV.10. Схемы допустимого взаиморасположения грунтов в теле насыпей:

а — симметричное уширение; б — несимметричное ушнренне; в — смягчение продольного профиля;

^ — связный грунт; 2—песчаный грунт; 3 — снимаемый растительный грунт; h—минималь­ная толщина. песчаного слоя; h ^ й_к (ft_K — высота капиллярного поднятия песка); / — по­перечный уклон не менее 50%₀

полотна. При насыпях высотой до 2 м, симметрично уширяемых с двух сторон, когда дорожная одежда располагается на сущест­вующем полотне, для досыпки можно применять любые грунты, поскольку теперь строительные нормы и правила предусматрива­ют заложение откосов положе 1 : 3. При том же способе уширения, но в случае высоты насыпей более 2 м, пригодны только песча­ные грунты, а на сухих участках допускают и супесчаные.

Если насыпь высотой до 2 м уширяют в одну сторону и на уширении располагается одна из раздельных проезжих частей дороги I категории, рекомендуется применять тот же грунт из которого сложено и существующее земляное полотно. При высоте насыпи более 2 м несимметрично уширяемую ее часть целесообраз­но возводить только из песчаных грунтов.

В настоящее время часто реконструкция выполняется в соот­ветствии с требованиями для автомобильных дорог I категории. В этом случае практически устраивается новое земляное полотно на расстоянии, равном ширине разделительной полосы от суще­ствующего. Разделительной полосе придают вогнутое очертание. Воду с нее сбрасывают в пониженные места продольного профиля. Уширяемое земляное полотно можно возводить из любых грунтов независимо от грунтов существующей насыпи.

Уширение насыпей на величину, меньшую ширины необходи­мой для прохода землеройной или уплотняющей машины, всегда связано со значительным осложнением производства работ. В этом случае качественного уширения не удается достигнуть, поэтому полосу уширения увеличивают по сравнению с проектной для возможности нормальной работы землеройной техники. После окончания работ грунт можно срезать и использовать на соседних участках, если это оправдывается экономически. Подобная орга­низация земляных работ полностью себя оправдала при устройст­ве вторых путей железных дорог.

Если высота насыпи менее 2 м, то для повышения сцепления грунтов досыпаемого земляного полотна с существующим огра­ничивается, как и при косогорах крутизной от 1 : 10 до 1 : 5, лишь разрыхлением грунта на откосах или нарезкой на них борозд глу­биной 0,2—0,25 м.

При более высоких насыпях и при косогорах крутизной до 1 : 3 на откосах нарезают уступы высотой до 0,5 м, придавая им уклон 50 % о. При насыпях из песчаных грунтов уступам придают уклон в сторону оси дороги. При глинистых грунтах уступы наре­зают с уклоном, обращенным к полевой части дороги. На схеме, приведенной на рис. IV.9, уступы не показаны ввиду малого мас­штаба. По тем же соображениям искажена и крутизна откосов насыпей.

В симметрично уширяемых выемках глубиной более 2 м и осо­бенно более 6 м для повышения устойчивости откосов целесообраз­но вместо боковых канав устраивать укрепленные лотки треуголь­ного или округленного сечения (рис. IV.11). Такие лотки имеют ряд преимуществ: повышается безопасность движения; уменьша­

ло

ется высота откосов, что неизбеж- _aj но при боковых канавах, глубина — которых всегда превышает 0,5 м; снижается объем земляных работ; меньше вероятность размыва, чем при кювете трапецеидального ^ сечения; улучшаются условия — снегоочистки; быстрее восстанав­ливается летний водно-тепловой режим земляного полотна.

Расходы, связанные с укреп­лением лотка, окупаются в тече­ние 3—5 лет в зависимости от

СТОИМОСТИ применяемых мате- р_ис iv.ll. Возможные схемы симмет- риалов. ричного уширения выемок с отводом

При уширении насыпей и за- поверхностной воды; сыпке боковых канав должна быть « - ^{СеЧеИИЯ:}

достигнута степень уплотнения 1 — тщательно уплотненный грунт; 2 — сре-

грунта не меньшая, чем у сущест- ^{занныи грунт} вующего земляного полотна.

Нужно стремиться к достижению коэффициента уплотнения грунта досыпаемой насыпи Ко=1,03—1,05. Только при этом условии пре­дупреждается образование просадок в местах уширения насыпей или засыпки водоотводных устройств. Чем выше степень плотности, грунтов, тем более однородно земляное полотно. С повышением плотности грунтов снижается коэффициент вариации. Затраты же энергии на уплотнение, связанные с повышением коэффициента Ко до указанного выше значения, увеличиваются в 1,6—1,8 раза, что в денежном выражении составляет менее 10% от стоимости уширяемого полотна. Дополнительные расходы, вызванные повы­шением степени уплотнения, окупаются снижением фактической стоимости содержания автомобильных дорог в первые же 2 года и максимум 3 года.

На полосе, подлежащей уширению, в том числе и с откосов: выемок и насыпей, бульдозером срезают растительный грунт. С откосов боковых канав или канав-резервов его снимают авто­грейдером. Грунт перемещают к границам полосы отвода, обвало­вывают и оформляют актом с участием представителей сельскохо­зяйственных организаций.

Боковые канавы и резервы, особенно во II дорожно-климати­ческой зоне, на старых дорогах, как правило, бывают заросшими болотной растительностью и влаголюбивым кустарником. Его нужно удалить кусторезом или бульдозером летом или в начале сухой осени. В другое время года в резервах застаивается дожде­вая вода, глубина которой в равнинной местности составляет не менее 0,2—0,3 м. Зимой вода замерзает, как бы армированная кустарником, и удаление льда представляет большие трудности. После срезки кустарников бульдозером снимают растительный грунт до отметки заболоченного грунта.

Со стороны уширения с откосов выемки или насыпи также снимают растительный грунт бульдозером. На откосах глубоких выемок или высоких насыпей его срезают скребком ЦНИИС Мин- трасстроя СССР, ковшом экскаватора-драглайна или экскавато­ром с телескопической стрелой.

Водоотводные канавы послойно засыпают таким же грунтом, какой из них был удален при постройке, с тщательным уплотне­нием. В нижней части канав грунт уплотняют машинами, пред­назначенными для труднодоступных мест, в частности вибро­трамбующей машиной ВТМ-1 массой 5 т, производительностью 50—60 м³/ч или ВТМ-2 массой 2 т с частотой 1200—1500 ударов в минуту [10]. Эти подвесные машины работают с краном, получая электроэнергию от передвижной электростанции. Поэтому стои­мость их эксплуатации довольно высока. Грунт, уложенный в верх­нюю часть канав и канав-резервов, уплотняют катками на пнев­матических шинах со свободной подвеской.

Минтрансстрой СССР выпускает уплотняющую машину вибро­молот с шириной захвата 0,8 м и с навешиваемым сзади бульдо­зера типа Д-535 частотноударным рабочим органом. На отвале бульдозера монтируют планировочную плиту, предназначенную для разравнивания грунта. Вибромолот хорошо уплотняет сугли­нистые, супесчаные и песчаные грунты при стоимости работ в 1,5—2 раза меньшей, чем стоимость уплотнения прицепным кат­ком. При скорости движения уплотняющей машины 380 м/ч можно уплотнить слой грунта толщиной 0,35 м до коэффициента уплот­нения Ко = 0,95. При увеличении скорости до 450—550 м/ч тол­щина уплотняемого слоя снижается до h = 0,3 м. Уменьшение скорости и толщины уплотняемого слоя позволяет увеличить до­стигаемую плотность грунта. Например, при скорости i>=300 м/ч и толщине слоя h = 0,25 м значение коэффициента уплотнения Ко составляет 0,98.

Так как величина напряжений на глубине 0,25 м составляет 1,7—2 кгс/см², вибромолотом можно уплотнять грунт и в дренаж­ных траншеях.

Земляное полотно уширяют только по окончании послойной за­сыпки водоотводных устройств с равномерным уплотнением до коэффициента уплотнения /Со>1, фиксируемого актом на скрытые работы. Если высота насыпи менее 2 м, то предварительно буль­дозером с навесным рыхлителем разрыхляют грунт на откосах до глубины 0,2—0,25 м. Поскольку на старых дорогах заложение откосов обычно составляет 1 : 1,5, грунт, подвозимый скреперами, землевозными тележками или автомобилями-самосвалами, раз­гружают у подошвы ^ткосов и разравнивают бульдозером, при­давая слоям поперечный уклон в полевую сторону не менее 50%о (при связных грунтах) и 20—30%о (при песчаных грунтах). Для уширения насыпей следует принимать грунты, имеющие коэффи­циент фильтрации больший, чем грунт земляного полотна.

При симметричном уширении насыпей высотой до 2 м и одно­временном уполаживании их откосов до 1 : 3— 1 :4 ширина досы­паемой полки-полосы бывает не менее 3 м, что позволяет разрав­нивать грунт бульдозером и уплотнять челночным движением на пневматических шинах. Толщину уплотняемого слоя принимают из расчета, чтобы .достигаемая относительная плотность грунта была не менее плотности грунта реконструируемой насыпи и не ниже Ко = 1.

На откосах насыпей высотой более 2 м по мере их досыпки нарезают уступы бульдозером с поворотным отвалом. Вначале на­резают нижний уступ, затем расположенный выше, рыхлый грунт перемещают на готовый нижний уступ, распределяя его равно­мерным слоем и завершая уплотнение до отсыпки следующего слоя.

Этим повышается производительность работ не менее чем на 20—30%.

Одной из важнейших технологических операций является уплот­нение грунтов на уступах. При уширении высоких насыпей грунты рекомендуется уплотнять самоходными виброударными грунто­уплотняющими машинами с выносным рабочим органом [10, 14]. При отсутствии вибромолота грунт уширяемой части насыпи уплотняют сменным оборудованием, предназначенным для уплот­нения грунтов в стесненных условиях. Навесное оборудование монтируют на базовые машины с гидравлическим приводом.

Толщина слоя, уплотняемого гидропневмоударными рабочими органами, достигает 0,7—0,8 м при частоте ударов 80—110 в мину­ту и относительном коэффициенте уплотнения грунта в зависимо­сти от его свойств и естественной влажности /Со = 1 - При этом про­изводительность составляет 420 м³/смену.

Преимущество навесного оборудования заключается еще и в том, что им можно уплотнять различные по свойствам грунты, в том числе и крупнообломочные. Это оборудование пригодно так­же для уплотнения дна дренажных траншей, что снижает процесс суффозии и тем самым приводит к увеличению срока их службы.

При отсутствии навесного оборудования уплотнение ведут челночным движением катка. По соображениям техники безопас­ности гусеницы трактора или колеса тягача не должны проходить ближе 0,7 м от края уплотняемого слоя.

При глинистых грунтах, особенно пучинистых, верхнюю часть насыпей на высоту, равную половине глубины промерзания, но не менее чем на 0,6—0,7 м от низа дорожной одежды, отсыпают из песчаных грунтов, либо грунт обрабатывают малыми дозами ми­неральных вяжущих материалов (до 3% по массе) на толщину 0,15 м.

Выемки глубиной до 2 м уширяют бульдозером, предваритель­но срезав с откосов растительный грунт. В легких грунтах, кото­рые по трудности разработки относятся к первым трем категори­ям, можно использовать мощные автопогрузчики, которые разра­батывают грунт и одновременно грузят его на транспортные средства: В выемках глубже 6 м после предварительной засыпки и уплотнения грунта в боковых канавах экскаваторы с обратной лопатой или экскаваторы-драглайны располагают у верхней их бровки. Вначале грунт снимают с верхней части откосов и грузят на автомобили-самосвалы. Затем разрабатывают откосы в нижней части, устанавливая экскаваторы на обочинах уширяемого зем­ляного полотна.

В связи со значительными трудностями отвода земли для раз­работки грунтовых карьеров часто приходится возводить и уши­рять насыпи с использованием привозных грунтов, непригодных для сельского хозяйства, в том числе мергелей, аргиллитов, але­вролитов, глинистых сланцев, а также использовать отходы про­мышленности (пустые породы терриконов, различные золы гидро­удаления, карьерные отвалы горнорудной промышленности и т. д.). Многие из этих материалов легко выветриваются, а при увлажнении размягчаются, резко снижая сопротивление сдвигу.

Хорошая уплотняемость крупнообломочных пород и получе­ние прочного земляного полотна обеспечиваются содержанием от 30 до 50% фракций размером мельче 2 мм и до 15% обломков крупнее 350 мм. При уплотнении влажность мелкозернистой -фракции в составе крупнообломочной породы должна соответство­вать тугопластичной консистенции (влажность по массе 15—20%).

При уплотнении в летнее сухое время требуется предваритель­ное увлажнение крупнообломочных грунтов из расчета указанной выше влажности мелкозернистой фракции. При производстве ра­бот в дождливое время года крупнообломочные грунты после от­сыпки каждого слоя нужно немедленно уплотнять, чтобы избежать переувлажнения.

В верхнюю часть насыпей толщиной до 1 м, считая от низа дорожной одежды, допускаются лишь обломки горной породы раз­мером до 250 мы. Содержание мелких фракций, заполняющих пустоты, не должно превышать 30%. При меньшем содержании мелких фракций влажность при укатке увеличивают до 1,3 опти­мальной.

Крупнообломочные грунты с пределом прочности на сжатие R ^ 50 кгс/см² уплотняют в два приема. Вначале используют ре­шетчатые 25-тонные катки, а затем катки массой 25—30 т на пневматических шинах, осуществляющие 10—12 проходов по одно­му следу. Эти грунты, так же, как и скальные, можно уплотнять вибротрамбующими машинами с контактным давлением не менее 10 кгс/см², в том числе машинами с навесными гидропневмоудар­ными рабочими органами.

Для уплотнения скальных и крупнообломочных грунтов с мел­ким заполнителем в порах наиболее целесообразны вибрационные, трамбующие и вибротрамбующие машины. Критерием достижения требуемой плотности служит величина осадки в 9—10% от перво­начальной высоты насыпанного слоя. На откосах осадка увели­чивается до 10—12%.

При использовании для отсыпки и уширения земляного полотна зол уноса и золошлаков гидроудаления теплоэлектростанций сле­дует учитывать, что золы в отвалах очень неоднородны. В верхнюю

часть насыпей рекомендуются золошлаки, отложившиеся на участ­ке сброса пульпы. Толщина отсыпаемых слоев при уплотнении катками на пневматических шинах или виброкатками не должна превышать 20—25 см в рыхлом состоянии. Применение вибро­ударных уплотняющих машин позволяет увеличить толщину слоя до 35—40 см. Золошлаковые смеси, влажность которых меньше оптимальной, требуется поливать из расчета нормы, установленной по методу стандартного уплотнения. Только при этом условии можно достигнуть максимальной плотности и исключить пылеоб- разование в процессе работы катков. Если влажность золошлако­вых смесей, превышает ее оптимальное значение, смесь подсуши­вают рыхлением и многократным перемешиванием автогрейдером или дорожной фрезой. Верхний слой насыпей, возводимых из зо­лошлаковых смесей, для повышения однородности материала ре­комендуется перед уплотнением предварительно перемешивать одним проходом дорожной фрезы. Толщина слоя должна быть та­кой же, как и в случае возведения верхней части насыпей из песчаных грунтов. Если в золошлаковых смесях содержится более 25% фракций крупнее 10 мм, нужно добавлять 15—30% местного связного грунта с перемешиванием дорожной фрезой. Требуемое количество добавки грунта определяют методом пробного уплот­нения. Вместо зол могут применяться и горелые породы терри­конов, материалы отвалов различных карьеров, особенно горных пород, формовочные пески и другие отходы промышленности.