2371

Рис. 6.2. Поперечные профили ИВПП и РД: а – односкатный профиль РД при первом принципе проектирования; б – то же, при втором; 1 – аэродромные покрытия на ВПП и РД; 2 – отмостки по краям покрытий; 3 – термоизолирующие насыпи; 4 – естественные основания насыпей; 5 – мохорастительный покров; 6 – верхняя граница вечномерзлых грунтов (ВГВМГ) в естественных условиях; 7 – ВГВМГ после строительства; h1 h2 – высоты термоизолирующей насыпи соответственно при первом и втором принципах проектирования, определяемые теплотехническим расчетом; Нк – величина оттаивания аэродромных конструкций; Ндс – мощность деятельного слоя в районе строительства

Обязательным условием применения первого и второго принципов является отрицательный годовой температурный режим покрытия ВПП, РД и МС, при котором сумма отрицательных градусо-часов покрытия с

61

учетом среднемесячной солнечной радиации в течение года превышает сумму положительных градусо-часов.

В районах I3 подзоны, где годовой температурный баланс покрытия положителен, а грунтовые условия сравнительно благоприятны (2-й тип местности), в рамках второго принципа предусматривают упрочнение грунтов деятельного слоя за счет их предподстроечной осадки и осушения при заблаговременном оттаивании.

На участках 1-го типа местности в I3 подзоне земляное полотно аэродромов проектируют и сооружают по нормам второй ДКЗ.

Особенности организации строительства и производства работ подготовительного периода

Идеи, заложенные в конструктивных решениях (см. рис. 6.1), могут быть реализованы только при соблюдении определенных технологических режимов. Поэтому при строительстве аэродромов в условиях вечномерзлых грунтов организация и технология производства земляных работ должны соответствовать одному из двух определенных проектом принципов обеспечения стабильности грунтов основания. Очевидна необходимость разработки проектов организации строительства (ПОС) и производства работ (ППР).

В ППР отражают состав и объемы, методы и сроки производства подготовительных и основных земляных работ с учетом принятых принципов проектирования, конструкций элементов аэродрома, местных климатических условий.

На участках летного поля аэродрома, где теплоизолирующие насыпи запроектированы по первому принципу, сроки проведения подготовительных и основных работ должны строго соблюдаться. Запрещается перенос отдельных видов работ на более поздние сроки, не предусмотренные проектом. При этом следует учитывать, что основной объем земляных работ должен быть выполнен в зимнее время, когда можно использовать естественный холод для промораживания грунтов в основании и тем самым снизить техногенное воздействие на них, полностью сохранить мохорастительный покров.

При разработке календарного плана (графика) производства земляных работ учитывают влияние климатических факторов, устанавливая важные для организации работ показатели: длительность зимнего Тз и летнего Тл строительных сезонов (периода времени между датами перехода температуры воздуха через 0 °С осенью и весной); степень уменьшения фактического времени работы за счет дней с ветром свыше 10 м/с, с температурой воздуха ниже –25 °С и ниже –35 °С, дней с метелями (пургой) видимостью менее 20 м, дней с осадками интенсивностью более 5 и 10 мм/сут.; сниже-

62

ние трудоотдачи в дни с неблагоприятными климатическими факторами и значительного сокращения светового времени зимой.

Для выполнения земляных работ в заданные сроки необходимо укомплектовать механизированные отряды по выполнению подготовительных работ и разработке грунта в карьерах; по производству земляных работ (возведение теплоизолирующих насыпей и разработка выемок). При комплектовании отрядов учитывают объемы работ, реальную продолжительность строительного сезона, которая зависит не только от климатических факторов, но и вида применяемых грунтов.

Теплоизолирующие насыпи из крупнообломочных, песчаных грунтов и гидронамывных песков можно возводить круглогодично. Расчетное количество рабочих смен Тр в этом случае определяет по формуле

где Тn – количество праздничных и выходных дней; Тм – количество дней, не пригодных по метеоусловиям; Ксм – коэффициент сменности.

Земляные работы на летном поле

Производство земляных работ в условиях зоны вечной мерзлоты осуществляют поточным методом с максимальным применением комплексной механизации в соответствии с требованиями СНиП 3.06.08-88 и указаниями ППР в части сроков и методов производства работ. Земляные работы следует вести круглогодично с соблюдением принятого принципа проектирования, придерживаясь условий отсыпки грунтов в зимнее и летнее время.

Отсыпку теплоизолирующей насыпи на естественный грунт, используемый в качестве основания при первом и втором принципах проектирования, рекомендуется производить с соблюдением следующих организа- ционно-технологических требований:

-работы начинают после промерзания грунтов основания на глубину не менее чем 0,3 м и выполняют в зимний период без нарушения мохорастительного покрова;

-насыпь возводят из привозных скальных, крупнообломочных, песчаных грунтов, гидронамывных песков, отходов дробильно-сортировочных предприятий, хорошо обожженных пород максимальным размером ребер отдельных камней и мерзлых комьев не более 0,3 м;

-нижний слой насыпи на высоту до 0,5-0,6 м отсыпают по способу «от себя» (надвижка слоя выполняется бульдозером), а последующие – по способу «на себя» или продольным с послойной укладкой и уплотнением слоев толщиной до 0,6 м;

-непосредственно перед отсыпкой вышележащего слоя поверхность нижележащего слоя насыпи должна быть тщательно очищена от снега и

63

льда бульдозером; отсыпанный слой грунта немедленно разравнивается бульдозером и уплотняется катками на пневматических шинах массой 25 т и более, при этом уплотнение каждого технологического слоя должно завершаться до начала образования мерзлой корки;

-откосы насыпи устраивают крутизной от 1:2 (скальные и крупнообломочные грунты до 1:5 (песчаные грунты) с обязательной термоизоляцией мохоторфом не менее 5 см;

-проезд технологического транспорта и строительных машин за пределами контура насыпи допускается только по специально устроенными временным дорогам и автозимникам;

-для уменьшения высоты теплоизолирующих насыпей при соответствующем технико-экономическом обосновании допускается устраивать теплоизолирующие слои из естественных (мохорастительный грунт, торф) и искусственных теплоизоляторов (пенопласты, легкие бетоны с керамзитовым, аглопоритовым заполнителями, золошлаковые смеси и др.). Глубина заложения теплоизолирующих материалов определяется проектом производства работ.

Возведение теплоизолирующих насыпей может быть организовано в одну или две стадии. При одностадийном процессе возведение насыпи осуществляют до проектной отметки в зимний период на промерзшее основание (до наступления положительных температур воздуха). Обычно одностадийное возведение насыпи проектируют при строительстве аэродромов при первом принципе проектирования.

При двухстадийном возведении теплоизолирующей насыпи (при строительстве по первому и второму принципам) на первой стадии отсыпку выполняют по аналогии одностадийного процесса, но не на полную высоту насыпи, предусматривая ее досыпку до проектной отметки на второй стадии в весенне-летний период, строго соблюдая сроки окончания работ. Срок окончания работ на второй стадии устанавливают от даты перехода среднесуточной температуры воздуха весной через +5°С, прибавляя продолжительность протаивания насыпи hн, отсыпанной на первой стадии. Продолжительность оттаивания насыпи может быть определена теплотехническим расчетом, по данным полевых наблюдений или принята ориентировочно по графику (рис. 6.3). При частичном допущении оттаивания грунта основания (второй принцип) величину hн принимают по формуле

где hн1 – толщина слоя грунта, отсыпанного в первой стадии, hн1 ≥ 0,6 м; m – коэффициент эквивалентного приведения в тепловом отношении грунта деятельного слоя к грунту насыпи, m = 1,З...1,6; hст – допустимая глубина оттаивания грунта основания по проекту.

64

С увеличением высоты насыпи, возведенной в период отрицательных температур на первой стадии, увеличиваются и допустимые сроки выполнения земляных работ на второй стадии. В то же время с увеличением высоты насыпи, отсыпаемой зимой, снижается экономический эффект двухстадийного строительства, т.к. уменьшается объем летних работ, когда можно использовать глинистые грунты. Поэтому рациональную высоту насыпи на первой стадии следует назначить в соответствии с существующим парком машин, директивными сроками выполнения работ, обеспеченности строительства грунтами и дальности их возки.

tB, °С

h1н =1,2 м

Т, ч

Рис. 6.3. Продолжительность оттаивания грунта; hн1 – высота насыпи на первой стадии; Т – продолжительность оттаивания насыпи;

tB – средняя температура воздуха за период оттаивания Т

На участках летного поля, где проектом предусмотрено заблаговременное упрочнение грунтов основания, земляные работы выполняют теми же способами и в сроки, что и в обычных условиях.

Для отсыпки теплоизолирующих насыпей используют грунт из карьера, доставляемый автомобилями-самосвалами. Грунт в карьерах разрабатывают (с предварительным рыхлением или без) экскаваторами. Для обеспечения строительства талыми грунтами предусматривают меры по сохранению положительных температур в грунтах карьеров, уменьшение потерь тепла при разработке, транспортировании, отсыпке, разравнивании и уплотнении грунта, добиваясь сокращения всего технологического цикла.

Скальные, крупнообломочные несцементированные, песчаные грунты, водостойкие отходы дробильно-сортировочных предприятий, горелые породы, шлаки, гидронамывные пески допускаются для возведения теплоизолирующих насыпей на летном поле аэродромов без ограничений, кроме экономических (дальность возки грунтов).

65

Возможность использования глинистых грунтов имеет ограничения: исходная естественная влажность грунтов не должна превышать оптимальную более чем на 20 %, чтобы обеспечить требуемую степень уплотнения грунтов в насыпи; суммарное содержание пылеватых (0,02… 0,05 мм) и глинистых (мельче 0,002 мм) частиц не должно превышать 50 %, чтобы обеспечить требуемую морозоустойчивость аэродромных покрытий.

Практика свидетельствует об эффективности метода опережающей заготовки крупнообломочных и глинистых грунтов, оттаивающих под действием солнечной радиации, разрабатываемых послойно (8…10 см) и укладываемых в штабель высотой, равной глубине разработки карьера. Под действием гравитационных сил и солнечной радиации талый грунт в штабеле отдает лишнюю влагу и становится пригодным для возведения насыпей на протяжении всего строительного сезона.

Возможности рационального осушения глинистых грунтов в I ДКЗ различны: в южной подзоне за лето нужно снизить влажность в слое мощностью 1 м на 10…12 %, в центральной подзоне – на 5…9 %, а в северной подзоне радиационное осушение не дает практических результатов. Поэтому в тундровых и лесотундровых районах целесообразно предусматривать зимнюю сушку глинистых грунтов в карьерах.

Сущность метода зимнего осушения грунтов заключается в следующем. За год до разработки карьера весной (рис. 6.4, а) необходимо очистить поверхность от мелколесья и кустарника, снять мохорастительный слой и устроить водоотводные канавы. Снятый мохорастительный покров укладывают в виде вала с верховой стороны карьера, чтобы предупредить приток немерзлотных вод в карьер. Подготовленный таким образом карьер оставляют на все лето для получения максимально возможной глубины оттаивания.

В начале зимы поверхность карьера покрывают слоем теплоизоляции (рис. 6.4, б), используя быстротвердеющие пены, мохоторф, опилки, пенопласты и др.; слой теплоизоляции зимой наращивают по мере понижения температуры воздуха с таким расчетом, чтобы обеспечить длительную, но небольшую глубину промерзания h верхнего слоя грунта. В закрытой системе зимой влага из талых грунтов будет подтягиваться к фронту промерзания с образованием прослоек льда. Это позволит, регулируя скорость промерзания грунта в слое hпр толщиной теплоизоляции hиз, достигать требуемой степени осушения грунта в полезном слое карьера. Весной до начала оттаивания грунта (рис. 6.4, в) слой теплоизоляции убирают, затем удаляют промерзший лёдонасыщеный слой грунта с поверхности карьера, чтобы не допустить повторного увлажнения грунта в карьере.

Разработку выемок на летном поле ведут следующими способами: рыхление мерзлого грунта взрывами или механическим способом с по-

66

следующей разработкой экскаваторами с погрузкой в транспортные средства; разработкой мерзлого грунта взрывами на выброс и доработкой выемок экскаваторами и бульдозерами; послойной разработкой грунта по мере его оттаивания на глубину 15...20 см и перемещением его бульдозерами в отвал для последующей погрузки экскаватором в автотранспортные средства. Разработку выемок с послойным оттаиванием производят в летний период, если грунты позволяют передвижение землеройно-транспортных машин по грунту. Для сохранения оттаивания грунта поверхность выемок покрывают пленочными материалами или зачерняют.

а)

8

8

Н20

б)

в)

Рис. 6.4. Схема подготовки карьера: 1 – мохорастительный слой; 2 – поверхность расчищенного карьера; 3 – водоотводная канава; 4 – верх-

няя граница вечномерзлых грунтов в естественных условиях; 5 – то же, после летнего протаивания; 6 – вал из снятого мохорастительного слоя; 7 – перемычка (водоупор) из мерзлого грунта; 8 – талый грунт; 9 – вечномерзлый грунт; 10 – слой теплоизоляции; 11 – промерзший лёдонасыщеный слой грунта под слоем теплоизоляции; 12 – вал из мерзлого грунта

Разработку выемок в вечномерзлых грунтах, которые при оттаивании приобретают текучую консистенцию, а также удаление из оснований аэро-

67

дромных покрытий непригодных грунтов и замену их крупнообломочными или песчаными, следует производить в зимний период. Толщину заменяемого в выемках грунта определяют теплотехническим расчетом из условия обеспечения требуемой устойчивости аэродромной конструкции.

6.2. Производство земляных работ на болотах

Типы болот и конструкции насыпей

Болотами называют избыточно увлажненные в течение большей части года участки местности, сложенные торфяными грунтами. Торфяной грунт

– органоминеральная масса, содержащая более 60 % по весу растительных остатков и отличающаяся большой сжимаемостью. Участки местности, где застаиваются поверхностные воды, а торфяной слой отсутствует или не превышает 0,3 м, называют заболоченными.

Строительные свойства торфов неблагоприятны, торфяные грунты относят к категории слабых; сопротивляемость сдвига С < 15 кПа; модуль осадки при нагрузке р = 250 кПа составляет lp > 500 мм/м. Торф обладает высокой влажностью и может удерживать воды в 10–20 раз больше своей массы в сухом состоянии . В зависимости от типа торфяных грунтов, слагающих торфяную залежь по глубине, различают три строительных типа болот: 1 тип – болота, заполненные торфом устойчивой консистенции, сжимающиеся при любой скорости (темпе) отсыпки насыпи высотой до 3 м; ІІ тип – болота, заполненные торфом различной консистенции, в т.ч. имеются слои торфа, которые могут выдавливаться при быстром возведении насыпи высотой до 3 м; III тип – болота, заполненные илом, водойторфом неустойчивой консистенции, часто имеющие на поверхности сплавину, большинство слоев залежи при возведении насыпи отдавливаются независимо от темпа отсыпки.

Строительство аэродрома на болотах любого типа – трудоемкая и дорогостоящая работа, к которой прибегают в исключительных случаях; при этом, выбирая площадку для аэродрома, избегают болот глубиной более 4 м. Потребность в производстве работ на болотах часто возникает при реконструкции аэродромов, например, в связи с необходимостью увеличения длины ВПП.

Практика строительства на болотах выработала два принципиальных подхода к строительству насыпей (рис. 6.5): полное удаление торфа из-под ВПП,РД, МС и замена его устойчивыми грунтами; метод выторфовывания с сохранением торфа в основании насыпей.

Метод выторфовывания позволяет получать прочное и устойчивое полотно сразу после его возведения, но приводит к исключительно большим объемам работ. Использование торфяных грунтов, как правило, снижает трудоемкость и стоимость работ, но сразу после возведения насыпи

68

не обеспечена ее стабильность, еще длительное время будут протекать осадки насыпи. В средних условиях толщина слоя торфа под насыпью не должна ревышать 0,35…0,5 толщины насыпного слоя грунта.

а)

1

2

3

б)

1

2

Рис. 6.5. Поперечные профили насыпей: а – при полном выторфовывании; б – при использовании торфа в основании насыпи; 1 – минеральный грунт насыпи; 2 – торфяная залежь болота; 3 – минеральное дно болота

Толщина насыпного слоя Нтр при первом подходе (см. рис. 6.5) составляет

где So – осадка торфяного основания под расчетной нагрузкой. Проектная высота насыпи на болотах hн определяется нормой возвы-

шения поверхности аэродромного покрытия над уровнем поверхностных или грунтовых вод и принимается при песчаных грунтах h > 1,2 м.

Предшествующие возведению насыпей подготовительные работы не имеют принципиальных отличий от обычных условий; однако планируя эти работы, особенно расчистку площадей от леса и кустарника, необходимо учитывать ограниченную проходимость болот, предусматривая выполнение работ в зимний период. При расчистке от леса и кустарника

69

учитывают принятую в проекте конструкцию насыпи. Если предусмотрено выторфовывание болота, расчистку ведут полностью, удаляя все пни с размерами корневого кома более 0,75 м. При использовании торфа в основании насыпи не требуется корчевка пней и полное удаление кустарника; в этих случаях достаточна срезка растительности на высоте до 0,2 м от поверхности болота, а порубочные остатки допускается укладывать слоем в основание насыпи.

Время начала проведения подготовительных работ, а также безопасная работа машин в зимнее время определяются несущей способностью

Возведение насыпей методом выторфовывания болот

Полное выторфовывание производят на болотах всех типов механическим (бульдозеры, экскаваторы), взрывным или гидромеханическим (торф размывают гидромониторами) способами. На болотах III типа допускается применение способа отдавливания слабого грунта массой отсыпаемой насыпи.

Взрывной способ выторфовывания применяют, как правило, при работе в зимний период. Взрыв производят на выброс. Взрывные работы на болотах эффективны и их применяют во всех случаях, когда позволяют условия обеспечения безопасности.

Выторфовывание по способу гидромеханизации эффективно при определенных условиях, в частности при наличии достаточного объема воды и дешевой электроэнергии, а также в том случае, когда его проводят совместно с намывом насыпи на летном поле аэродрома.

Выторфовывание бульдозерами повышенной проходимости возможно на болотах I типа глубиной до 2 м, сложенных торфами устойчивой консистенции, и влажностью до 60 %. Выторфовывание ведут поперечными проходами бульдозера и удалением торфа слоями до 0,3 м в пределах всей захватки. Сменная производительность бульдозера при ширине траншеи выторфовывания до 30 м составляет до 600 м3 торфа.

Выторфовывание болот экскаваторами выполняют способом «на себя». При этом экскаваторы перемещаются по поверхности болота, а траншея выторфовывания заполняется по всей ширине насыпи дренирующим грунтом сразу после ее отрывки (рис. 6.6). Для обеспечения проходимости экскаватора применяют бревенчатые щиты, которые перекладывают (этим же экскаватором) поочередно по направлению движения гусениц.

70