Лекция 12 Тема: "Технология строительства земляного полотна"

 

Возведение насыпей и разработка выемок

 

Возведение насыпей бульдозерами (рис.1 и рис.2). Бульдозеры – наиболее применяемые дорожно-строительные машины.

Область применения бульдозеров

-землеройно-планировочные работы (планирование площадок, послойное разравнивание привозного грунта, и перемещение его к голове насыпи, снятие растительного слоя и перемещение его за полосу отвода);

-сооружение земляного полотна из выемок в насыпь и из боковых резервов в насыпь высотой до 1 – 1,5 м, а также сооружение полувыемки-полунасыпи на косогорах;

-перемещение на небольшие расстояния (10 – 30 м) и окучивание строительных материалов при выполнении складских операций;

-уборка валунов и пней после корчёвки, корчёвка и валка мелколесья, вспомогательные работы в притрассовых карьерах.

При зарезании грунта бульдозером применяются следующие схемы:

-прямая траншейная (прямоугольная) – даёт тонкую стружку, использование мощности трактора 50 – 70 %, применима для всех видов грунтов;

-клиновая – даёт стружку значительной толщины при 100 % -ном использовании мощности трактора, пригодна для мягких и слегка влажных грунтов;

-гребенчатая – даёт стружку переменной толщины при полном использовании мощности трактора, пригодна для твёрдых и пересохших грунтов.

 

Возведение насыпей скреперами (рис.3 и рис.4). Скреперы применяют для землеройно-транспортных работ при возведении насыпей из резервов или грунтовых карьеров и при разработке грунта в выемках с перемещением его в насыпь или кавальер (отвал). Скреперы в отдельных случаях используют в качестве землевозных тележек для транспортирования грунта при разработке его экскаваторами.

Самой рациональной является зигзагообразная схема движения скрепера, работы по которой ведут при длине участка 200 – 300 м и более. При разработке грунта из односторонних резервов и небольшой длине участка (около 100 м) рекомендуется эллиптическая схема, а из двухсторонних –спиральная схема движения скрепера. Работы следует выполнять одновременно на двух захватках: на одной – отсыпка насыпи, на другой – разравнивание и уплотнение грунта.

Работу скреперов организуют таким образом, чтобы оба поворота выполнялись при порожнем ковше. Длину забоя принимают кратной пути набора грунта ковшом. Для обеспечения равномерной толщины отсыпного слоя грунта по всей площади насыпи необходимо разгружать ковш только при движении скрепера.

Выезды на насыпь располагают в продольном направлении к оси насыпи, чтобы сократить дальность возки грунта. Крутизна въездов должна быть не более 20 %, а ширина не менее 3,5 м. Расстояние между въездами и съездами при рабочих отметках насыпи более 2 м и до 5 – 6 м назначают через 50 – 100 м.

В тяжёлых грунтах, при наборе грунта в ковш скрепера, когда не хватает усилия тягача, применяют тракторы-толкачи только на период зарезания.

Осенью и зимой, при переувлажнённых грунтах (особенно в выемках), для улучшения работы скреперов принимают специальные меры: создают хороший водоотвод; производят обваловывание резервов и выемок для предупреждения затопления резервов при таянии снега; заранее подготавливают подъезды к забою и выезды из него; выгрузку грунта производят более толстым слоем, для чего поднимают ковш несколько выше обычного; первый слой насыпи отсыпают от оси земляного полотна к бровкам, последующие слои – от бровок к оси; для ускорения разгрузки ковша эту операцию производят по возможности под уклон на участке 5 – 10 метров.

Производительность скреперов зависит от дальности транспортирования грунта, для чего выбирают рациональные пределы расстояния возки.

 

Возведение насыпей автогрейдерами (прицепными грейдерами). Автогрейдеры при отсыпке насыпей применяют при строительстве дорог низких категорий и сравнительно небольших объёмах работ на объекте. Целесообразна спаренная работа автогрейдеров: один – на вырезании грунта из резерва, другой – на его перемещении в насыпь.

Для рационального использования автогрейдеров (прицепных грейдеров) на разных работах их отвал устанавливают с определёнными для каждой операции углами захвата, резания, наклона.

Автогрейдеры применяют на профилировании грунтовых и гравийных дорог, планировании земляного полотна, откосов, обочин, резервов, на устройстве водоотводных канав.

Количество проходов автогрейдера для перемещения грунта составляет около 75 % от общего требуемого количества проходов для возведения насыпей.

Наиболее эффективное использование автогрейдеров может быть достигнуто при длине захватки 400 – 500 м и поперечном перемещении грунта.

Грунтовые и профилированные и гравийные дороги устраивают отрядом из нескольких автогрейдеров. В состав отряда входят также бульдозер, рыхлитель и уплотняющие средства.

 

Возведение насыпей грейдер-элеваторами. Грейдер-элеваторы применяют при возведении насыпей высотой до 0,8 м из односторонних резервов или до 1,2 – 1,5 м из двухсторонних в равнинной и слабохолмистой местности с небольшими продольными уклонами (до 50 – 70 промилле). Эти машины можно также эффективно применять для разработки сосредоточенных резервов с погрузкой грунта в транспортные средства. При погрузке грунта транспортные средства движутся параллельно грейдер-элеватору, причём смену транспортных единиц необходимо производить непрерывно с интервалами в 1,5 – 3 минуты в зависимости от их грузоподъёмности.

При работе грейдер-элеватора углы расстановки режущего диска должны иметь оптимальные значения.

Для повышения производительности грейдер-элеватора устраивают с помощью автогрейдера или бульдозера забой с вертикальными стенками высотой до 0,4 м, а грунт режут стружкой шириной 25 – 30 см.

Оптимальной величиной рекомендуемой длины захваток следует считать 500 – 800 м; при необходимости допустима работа грейдер-элеватора на более коротких захватках. Применение чрезмерно длинных захваток (более 1000 м) нецелесообразно, так как отсыпанный слой грунта успевает пересохнуть до начала разравнивания и уплотнения.

 

Разработка выемок и грунтовых карьеров экскаваторами (рис.5). Одноковшовые экскаваторы применяют при производстве сосредоточенных земляных работ и отсыпки насыпей из отдалённых резервов; при выторфовывании (с ковшом драглайн, обратная лопата); на разработках песчаных и гравийных карьеров (в том числе из рек и озёр); на разработке и погрузке взорванной породы и сыпучих материалов.

До начала разработки выемки или резерва должны быть обследованы условия залегания грунтов и их состав. Необходимо осуществить отвод воды или искусственно понизить уровень грунтовых вод, а также устроить нагорные канавы. Разработку выемок и резервов начинают с низовой стороны, чтобы из забоя был обеспечен отвод воды во время производства работ.

Разработку проходок экскаватором в забое ведут параллельными рядами, лучеобразно или участками по ломаной линии.

Разработку котлованов, карьеров гравия и песка (особенно из воды) ведут драглайном, лучеобразным способом с одной стоянки.

При выторфовании сначала разрабатывают участок слева от оси трассы, затем справа на всю длину стрелы; после перемещения на следующий поперечник последовательность операций разработки повторяется.

При разработке грунтов в мокрых забоях используют экскаваторы-драглайны с черпанием грунта при необходимости из-под воды и образованием уклона в сторону начала разработки для отвода поверхностных вод.

 

Сооружение земляного полотна на косогорных участках (рис.6)

Земляное полотно на косогорах устраивают в виде насыпи, полувыемки-полунасыпи, выемки.

При устройстве земляного полотна с поперечным профилем в виде полувыемки-полунасыпи поперечное перемещение грунта из выемки в насыпь выполняют бульдозерами или экскаваторами с прямой лопатой. При этом обязательно устройство нагорных водоотводных канав. Применение средств механизации (канавокопатели, плуги, автогрейдеры) возможно на косогорах не круче 30^о. Для обеспечения устойчивости насыпи на косогоре необходимо предварительно нарезать уступы. При крутизне менее 20^о уступы заменяют вспашкой многокорпусным плугом.

Возможно производство работ с предварительным взрыванием откоса.

Для повышения безопасности производства работ по сооружению земляного полотна на косогорных участках, бульдозеры, выполняющие предварительную срезку грунта, работают в зацепе с другими.

 

Сооружение земляного полотна методом гидромеханизации

 

Гидромеханизация – наиболее дешёвый способ, обеспечивающий снижение себестоимости земляных работ и высокую производительность труда.

Этот способ применяют: при соответствии грунтов выбранному методу разработки; наличии удобно расположенных резервов или карьеров супесчаных и песчаных грунтов и источника водоснабжения (реки, озёра, артезианские скважины).

Применение гидромеханизации целесообразно при достаточно крупных и концентрированных объёмах земляных работ (не менее 50 тыс. м³ на 1 км): при устройстве насыпей и выемок, при намыве подходов к строящимся объектам крупных мостов и сооружении дамб.

К подготовительным работам относят: корчёвку леса и общую подготовку карьеров к разработке; разбивку намываемых сооружений; устройство пионерной траншеи и пионерного котлована для ввода земснаряда; постройку (при необходимости) эстакады для пульпопровода и дренажных колодцев; установку грунтомерных реек на картах намыва для контроля объёма выполненных работ.

При использовании плавучего земснаряда поверхность надводной части забоя должна быть очищена от крупных камней, пней и других предметов, чтобы не засорять высасывающую линию машины.

На дорожном строительстве следует преимущественно применять землесосные снаряды с гидротранспортом пульпы. Применение гидромониторного способа разработки грунта крайне ограничено.

В частности, в карьерах дорожно-строительных материалов целесообразно размыв пород осуществлять гидромониторами с самотечным или напорным транспортированием, а разработку обводнённых месторождений, добычу из реки (песка, гравия) – землесосными снарядами.

Насыпи необходимо намывать с запасом на осадку: 1,5 % от высоты насыпи из смешанных грунтов и 0,75 – из песчаных и гравийно-песчаных.

 

Уплотнение грунтов при сооружении земляного полотна

 

К числу основных мер обеспечения устойчивости земляного полотна, а, следовательно, надёжности и прочности дорожной одежды относится равномерное послойное уплотнение  грунта различными машинами и инструментами.

Плотность грунта в насыпях и верхней части земляного полотна в насыпях должна быть не ниже нормативно допустимой.

Требования к степени уплотнения σ_п грунта в земляном полотне выражают в долях от оптимального уплотнения σ₀:

σ_п = k σ₀, где

k – коэффициент оптимального уплотнения.

Для достижения требуемых норм плотности грунты должны иметь влажность при уплотнении: связные в пределах (0,9 ÷ 1,2)W_o; несвязные и малосвязные (0,8 ÷ 1,2) W_o (W_o – оптимальная влажность). При влажности менее оптимальной, грунт увлажняют и применяют более тяжёлые средства уплотнения или уменьшают толщину слоя грунта.

Основные правила уплотнения грунтов в насыпях: выполнение этой операции немедленно вслед за их отсыпкой; равномерное уплотнение грунта по всей ширине насыпи с обеспечением перекрытия следа (на 20 – 30 см) предыдущего прохода машины; прекращение работ по отсыпке и уплотнению грунтов при интенсивных кратковременных дождях.

Для эффективного уплотнения грунт распределяют слоями равномерной толщины по всей ширине насыпи с приданием поверхности слоя поперечного уклона 20 – 40 ‰ от оси к бровкам земляного полотна.

При использовании прицепных и полуприцепых катков на пневматических шинах для послойного уплотнения насыпей следует отдавать предпочтение каткам с регулируемым давлением в шинах. Эффективность уплотнения зависит при этом главным образом от размера контакта шины при максимально-допустимой нагрузке на грунт и величины давления сжатого воздуха в шинах. (Давление в шинах 6 – 8 кгс/см²; толщина слоя – 40 см).

Статические давления виброударных машин для получения оптимальной плотности грунта должны быть при уплотнении: переувлажнённых песков 300 – 400 кгс/см², песков с оптимальной влажностью 600 – 1000 кгс/см², супесчаных грунтов оптимальной влажности 1500 – 2000 кгс/см² и тяжёлых супесей при оптимальной влажности 2500 – 3000 кгс/см².

Самоходные катки следует применять при окончательном уплотнении верхних слоёв насыпи, грунтового основания или резервов.

Наилучшее сочетание средств уплотнения связных грунтов – звено из кулачковых или решётчатых прицепных катков (2 – 4 шт.) и катков на пневматических шинах (1 – 3 шт.).

Рекомендуются следующие длины захваток: для кулачковых катков 250 – 300 м; для катков на пневматических шинах 200 м; для виброкатков  200 – 250 м; для виброуплотняющих и трамбующих машин – минимум 50 м.

 

Контроль качества производства работ и приёмки земполотна

 

Входной контроль устройства земляного полотна

-проверка соответствия принятых в проекте и фактических показателей состава и состояния грунта в карьерах, резервах, выемках естественных основаниях ремонтируемой дороги;

-проверка полноты учёта в проекте требований безопасности, касающихся обеспечения устойчивости, как во время ремонта, так и в период эксплуатации сооружения;

-проверка соответствия технологических карт и схем условиям безопасности ведения работ по фактическому положению проводов и кабелей электроэнергии и других пересекаемых и смежных сооружений (коммуникаций);

-проверка качества материалов и изделий для дренажных сооружений и подпорных стен.

 

Операционный контроль устройства земляного полотна

-правильность осевой линии поверхности земляного полотна в плане и продольном профиле;

-плотность естественного основания;

-однородность грунта в слоях насыпи;

-плотность грунта в слоях;

-ровность поверхности, соблюдение поперечных уклонов, крутизны откосов;

-ширина земляного полотна и корыта на уширении;

-возвышение насыпи на величину осадки;

-правильность выполнения водоотводных и дренажных сооружений;

-отклонения от заданной технологии проекта производства работ и технологических карт;

-снятие мохового и дернового слоя, выторфовывание;

-устройство уступов на косогорах и насыпях;

-замена грунтов или осушение основания;

-устройство гидро- и теплоизоляционных слоёв;

-укладка армирующих элементов, слоёв текстильных и полиматериалов;

-засев трав и другие работы по защите откосов;

-правильность сооружения подпорных стенок.

 

Выходной  контроль (приёмка) устройства земляного полотна

-проверка проектных отметок;

-проверка уплотнения земляного полотна;

-осадка насыпи в осевом сечении;

-геометрические элементы искусственных сооружений теплоизоляционных слоёв;

-проверка качества укрепительных сооружений;

-рекультивационные работы;

-геометрические элементы земляного полотна.