3. Производство основных земляных работ.

   1. Определение объёмов земляных работ.

При проектировании производства земляных работ должны соблюдаться следующие требования:

• прочность и устойчивость земляного полотна обеспечиваются выбором грунтов, их взаимным расположением, способами отсыпки и уплотнения,

• продольные и поперечные профили земляного полотна должны соответствовать утверждённым,

• минимальная трудоёмкость и стоимость работ обеспечивается наивыгоднейшим распределением земляных масс, выбором наиболее эффективного типа землеройного модуля на основе технико-экономического обоснования,

• земляные работы должны выполняться в соответствии с графиком производства работ,

• при выполнении работ должны соблюдаться правила техники безопасности и охраны окружающей среды.

Комплекс работ:

• срезка дёрна, заготовка растительного грунта,

• удаление слабых грунтов из основания насыпей,

• послойное рыхление сухих плотных грунтов при разработке выемок. Карьеров и резервов,

• рыхление скальных пород и мёрзлого грунта в зимнее время,

• разработка грунта в отвал или с погрузкой на транспортные средства,

• перемещение грунта из выемок. Карьеров и резервов в насыпи. Кавальеры или в отвалы,

• послойное разравнивание грунта в насыпях, кавальерах,

• послойное уплотнение грунта в насыпях, в основаниях насыпей высотой до 2 м, под основной площадкой в выемках (при естественной плотности грунтов ниже нормативной),

• устройство и ликвидация въездов и съездов при отсыпке насыпей транспортными средствами,

• устройство уступов при сооружении насыпей на косогорах,

• выторфовывание и устройство прорезей при сооружении насыпей на болотах, удаление слабых грунтов из основания насыпей,

• нарезка кюветов в выемках,

• устройство регуляционных, противообвальных и противооползневых сооружений.

Определение объёмов земляных работ.

Необходимо сгруппировать земляные работы по каждому пикету и на продольном профиле определить границы элементарных участков с однотипными поперечными профилями:

• целые значения пикетов (кратные 100 метрам),

• места изменения продольных уклонов существующей поверхности земли,

• места перелома проектной профильной линии,

• нулевые места (переход выемки в насыпь и наоборот),

• места изменения крутизны откосов насыпей,

• начало и конец кривых участков,

• положение задних граней устоев мостов,

• границы уширения насыпи на подходах к большим мостам с обеих сторон.

Для определения объёмов земляных работ необходимо знать превышение проектной линии над отметками, земли, расположение грунтов, уширение в кривых участках пути и объёмов кавальеров в местах расположения выемок. Объём земляных работ можно рассчитать табличным способом (см. графический материал).

Для этого в первой колонке проставляются номера пикетов. В случае если проектная линия пересекается с линией профиля, то в графе это также указывается.

Во второй и третьей графе записываются рабочие отметки, в соответствующую графу, с плюсом в насыпь, с минусом в выемку.

В четвёртой графе рассчитывается средняя величина между превышениями Hср-средние рабочие отметки.

В пятой и шестой графах определяем 1^ое слагаемое в формуле объёмов земляных работ, это будет произведение в насыпь Нср·b (для насыпи при дренирующих грунтах для 2^ой категории b=6,6),

в выемку-произведение Нср·В (для выемки при дренирующих грунтах и 2^ой категории дороги В=12,0м)

В седьмой графе возводим в квадрат среднюю рабочую отметку – Нср²

В восьмой графе Нср² · m, где m-показатель уклона откоса (m =1,5)

В девятой и десятой графе проставляются постоянные величины определённые ранее, причём объём сливной призмы со знаком. f = (2,3+6,6):2 · 0,15=0,68.

В десятую графе определяем площадь кювета.

W=(2,2+0,4) : 2 · 0,6=1,56

В одинадцатую графу записывается коэффициент уширения ширины колеи на кривых участках пути в данном случае он равен а = 0,4 м

В двенадцатой графе определяется средняя рабочая отметка с учётом высоты сливной призмы:

• для насыпи +0,15

• для выемки -0,15

В тринадцатой графе записывается площадь от уширения земляного полотна (гр.11· гр.12)

В четырнадцатой подсчитывается суммарная площадь поперечника для насыпи гр.5+8+9+13

для выемки гр.6+8-9+10+13

В пятнадцатой графе проставляются длины участков.

В графе шестнадцатой и семнадцатой подсчитываются объёмы земляных работ насыпи и выемки гр.14·15

В конце таблицы суммируются все попикетные объёмы земляных работ для насыпи и выемки. По данным таблицы составляется схема попикетного объёма земляных работ и схема распределения земляных масс, на основании которой подбирается комплекс машин.

Распределение земляных масс.

Распределение земляных масс производится непосредственно после составления графика попикетных объёмов работ.

Основные принципы:

• Весь объём пригодного грунта в выемке должен быть использован для отсыпки насыпи, а при его излишке избыточная часть подлежит перемещению в отвал (рекультивация карьеров, засыпка оврагов, промоин, ремонт землевозных и подъездных дорог и т.п.).

• При недостатке грунта в выемках или его непригодности для возведения насыпи следует предусмотреть доставку грунта из действующих или вновь открываемых карьеров, удалённых на расстояние не более 3 км от участка строительства.

• Использование грунтов из резервов для отсыпки насыпей, а также устройство кавальеров (перемещение из выемок) должно применяться в исключительных случаях. Это решение требует дополнительного обоснования.

После принятия решения по распределению земляных масс необходимо правильно определить среднее расстояние между центрами их тяжести при продольном перемещении (из выемок в насыпь). Центр тяжести земляной массы выемки расположен в месте, пикетное положение которого соответствует равным объёмам её грунта слева и справа от нулевых мест. Аналогично определяется это место и для насыпи. Расстояние между этими пикетными значениями и будет средневзвешенным расстоянием.

Производство земляных работ при строительстве железных дорог с возведением различных видов земляных сооружений. К ним относятся:

• земляное полотно, которое служит основанием для устройства рельсового пути,

• водоотводные и водорегуляционные сооружения, предназначенные для ограждения и защиты земляного полотна и других сооружений железной дороги от воздействия водотоков.

Ведущими являются работы, связанные с возведением земляного полотна. Эти виды земляных сооружений возводятся и при строительстве временных притрассовых автомобильных дорог, которые необходимы при строительстве железной дороги в районах со слаборазвитой сетью путей сообщения. При этом объём земляных работ может быть сопоставим с работами по возведению постоянных земляных сооружений. Земляные сооружения должны удовлетворять требованиям по составу, влажности и характеристике грунтов, геометрическим размерам, устойчивости, плотности, водонепроницаемости.

В целях обеспечения качества земляного полотна и снижения затрат на его сооружение, весь комплекс земляных работ выполняется по этапам, которые включают подготовительные, вспомогательные и основные работы, в том числе планировочно -отделочные, а также укрепительные работы.

Подготовительные работы предназначены для обеспечения качественного возведения земляного полотна, рационального использования сил и средств, выделенных для производства работ. В состав основных работ входит разработка грунта, его перемещение, укладка и уплотнение, планировка поверхностей земляного полотна. Планировочно-отделочные работы связаны с доработкой отдельных массивов земляного полотна для придания заданных проектных размеров.

Укрепительные работы выполняются для обеспечения устойчивости и сохранности земляного полотна при воздействии различных природных явлений.

В строительной практике используются грунты минерального происхождения. Это горные породы, из которых слагается верхний слой земной коры. Грунты для возведения земляных сооружений служат либо их средой при устройстве выемок, либо являются строительным материалом при отсыпке насыпей.

К нескальным грунтам относятся крупнообломочные, несцементированные, содержащие по массе не более 50% обломков скальных пород, грунты с размерами частиц более 2мм (щебёночно-галичниковые, древесно-гравийные грунты и другие), а также песчаные и глинистые грунты. Естественные основания насыпей подразделяются на прочные, недостаточно прочные и слабые. К прочным относят естественные основания, сложенные скальными породами, а также крупнообломочными, песчаными, глинистыми, твёрдыми и полутвёрдыми грунтами. К недостаточно прочным относят естественные, сырые и мокрое основание из глинистых, тугопластичных и мягкопластичных грунтов в случаях, когда осадка основания насыпи превышает 0,1 м, при этом основание считается сырым.

К мокрым относят основания, если поверхностный сток отсутствует или глинистые грунты имеют влажность на глубине до 1м. К слабым относятся естественные мокрые основания, сложенные торфом, илами, глинистыми грунтами.

При возведении насыпи все грунты за исключением скальных слабовыветривающихся пород, должны быть послойно уплотнены не зависимо от способа производства работ. Толщина слоя уплотнения от 15 до 30 см, но не более 40.

Земляное полотно должно быть прочным и устойчивым, для обеспечения безопасности движения поездов. Его сооружают по типовым или индивидуальным профилям с применением средств, обеспечивающих комплексную механизацию всех видов земляных работ.

Насыпи возводят из однородных грунтов. При расположении песчаного грунта под слоем глинистого поверхность должна быть горизонтальной. При расположении грунта над глинистым, поверхность последнего планируется с поперечным уклоном 0,04-0,10 от оси к откосам насыпи. Отсыпку насыпи производят по всей ширине горизонтальными слоями в направлении откосов к середине, а на недостаточно прочных и слабых основаниях – от середины к откосам до высоты насыпи до 3 м. При устройстве присыпок к существующим земляным сооружениям для обеспечения связи сними должны быть нарезаны уступы, шириной 1-1,5 м с уклоном в сторону присыпаемой насыпи.

Подготовка основания под насыпь выполняются в целях возможного сползания земляного сооружения на косогорных участках, уменьшения осадок основания насыпи. При возведении насыпи высотой до 1 м на косогорах, крутизной от 1:10 до1:5 необходимо срезать дёрн на всю ширину основания. Корчёвка пней обязательна под насыпями высотой до 1 м. При большей высоте насыпи пни могут быть оставлены при условии, что их высота не превысит 2 м.

Выемки в мягких грунтах необходимо разрабатывать без нарушения структуры грунта особенно под основной площадкой земляного полотна. До начала разработки должны быть выполнены работы по отводу поверхностных и грунтовых вод. В процессе разработки должны обеспечиваться мероприятия по отводу вод из забоя, особенно в глинистых грунтах. Крупнообломочные песчаные грунты обладают сравнительно хорошей способностью пропускать через поры воду, поэтому их относят к дренирующим. Глинистые, имеющие связные грунты, имеющие малый коэффициент фильтрации относят к не дренирующим грунтам. В зависимости от содержания глинистых частиц грунты подразделяются на супеси - от 3 до10% глинистых частиц; суглинки – от 10 до 30%; глины – более 30%.

Песчаными называют грунты с содержанием частиц крупнее 2 мм до 50%.

Пески бывают:

гравийные - частицы крупнее 2мм,более 25%

крупные – крупнее 0,50мм, более 50%

средние – крупнее 0,25мм, более 50%

мелкие – крупнее 0,10мм, более 75%

пылеватые – крупнее 0,10мм, менее 75%

Крупнообломочными грунты -грунты с содержанием частиц крупнее 2мм, более 50%

гравий – от 5 до 40мм

галька – от 40 до 200мм

валуны – от200 и более

Объёмная масса песчаных грунтов 1,6-1,74 гр/м³ , скальных-до3,3гр/м³.

Влажность(w) W=Qb : Qck · 100-это отношение массы воды (Qb),удаляемой из него высушиванием до постоянной массы при температуре100-105⁰Ск массе высушенного грунта

Плотность – определяется отношением массы образца грунта, высушенного при температуре 100-105⁰С до постоянной массы к объёму образца высушивания:

j_ck=j:1+0,01· w Разрыхление грунта - это увеличение в объёме при нарушение естественной структуры грунта.

Прочность – это свойство грунта сопротивляться разрушению под воздействием внешних сил.

По прочности и содержанию грунты делятся на 6 групп:

1 – растительный грунт, песок, супесь лёгкая

2 ,3 – супесь, суглинок, глина средней крепости

4 – глина тяжелая

5 – скальные породы трещиновые

6 – скальные породы твёрдые, вечномёрзлые грунты

Для возведения применяются без ограничения грунты – скальные, крупнообломочные и песчаные, за исключением не дренирующих пылеватых песков. Не допускается применять торф, ил, мелкий пылеватый песок и глинистые грунты с примесью ила и органических веществ, а также тальковые и гипсовые грунты, глинистые грунты избыточного засоления (солончаки). В любом случае следует руководствоваться правилом, что для насыпей можно применять грунт, строительные характеристики которого практически не изменяются под воздействием природных факторов в конкретных местных условиях работы земляного полотна.