2848.Методические рекомендации по восстановлению дорожных одежд на участк

8. На скорость и глубину промерзания грунтов существенное влияние оказывают время образования и толщина снежного покрова. Если снежный покров образуется до промерзания, то скорость промерзания уменьшается примерно в 2 раза по сравнению с промерзанием грунта при отсутствии снежного покрова.

Взависимости от выявленных причин повреждения дорожной одежды на пучинистом участке дороги назначают мероприятия по улучшению водно-теплового режима земляного полотна, к которым относятся:

– устройство по перехвату и отводу воды, поступающей с верховой стороны по слоям дорожной одежды из зернистых материалов, при наличии затяжных продольных уклонов и обратных уклонов (поперечные дрены);

– устройство по устранению влияния поверхностных вод на влажность грунтов рабочего слоя на участках с необеспеченным поверхностным стоком (бермы, уположенные откосы, экраны, кюветы);

– устройство по устранению влияния подземных вод на влажность грунтов рабочего слоя на участках с верховодкой и близким залеганием грунтовых вод (дренажи глубокого заложения, гидроизолирующие и капилляропрерывающие прослойки);

– устройство по уменьшению глубины промерзания земляного полотна автомобильной дороги;

– замена пучинистых грунтов (непучинистыми материалами).

Внастоящее время существуют три основных метода улучшения грунтов основания дорожных конструкций, подверженных пучинообразованию (рис. 5).

Методы улучшения оснований

Рис. 5. Основные методы улучшения оснований

В соответствии с существующими нормативами и возможными мероприятиями по устранению пучин, изложенных выше, следует разработать несколько вариантов конструкций дорожной одежды. При этом в них необходимо учесть способы регулирования водно-теплового режима дорожной конструкции и проверить их при помощи программных продуктов, например: GeoStudio 2007, PLAXIS. Программные продукты: GeoStudio 2007 предназначен для инженерно-геологического моделирования, позволяет определить толщины слоев по теплоемкости материалов дорожной одежды; PLAXIS представляет собой простой и удобный пакет конечно-элементных программ для выполнения расчетов сложных комплексных геотехнических проектов при оптимизации толщин теплоизолирующих слоев. В процессе расчетов определяются напряжения, деформации, прочность (устойчивость) в сложных геотехнических системах с учетом совместной работы инженерных конструкций и их взаимодействия с грунтом на этапах эксплуатации и реконструкции.

21

Варианты дорожных конструкций необходимо сравнить между собой по стоимостным показателям, технологичности, наличию потребных дорожно-строительных материалов и требуемым срокам производства работ по устранению пучинистых участков.

В соответствии с существующими нормативами противопучинные мероприятия должны быть направлены на снижение влажности грунтов или на их теплоизоляцию. В зависимости от источников переувлажнения грунтов земляного полотна предлагаются следующие мероприятия по улучшению водно-теплового режима и повышению несущей способности земляного полотна (табл. 2).

22

Значения «безопасных» расстояний, при которых поверхностные воды не оказывают существенного влияния на влажность грунтов под дорожной одеждой, приведены в табл. 3 для случая, когда эти воды находятся на поверхности земли только весной и осенью, а летом их нет (отсутствуют не менее 2/3 летнего периода). Указанные значения «безопасных» расстояний действительны при высоте насыпи не более

1,5 м.

Таблица 3

Безопасные расстояния, при которых поверхностные воды не оказывают существенного влияния на влажность грунтов под дорожной одеждой

При недостаточной морозоустойчивости конструкции дорожной одежды следует рассмотреть возможные варианты использования существующей дорожной одежды путем наращивания новых слоев.

Возможно включать мероприятия по улучшению трещиностойкости нового покрытия путем применения синтетических материалов, теплоизолирующих материалов, геосеток и т.д. В дальнейшем произвести расчет новой конструкции дорожной одежды с устройством морозозащитных слоев из непучинистых грунтов, зернистых материалов или с использованием теплоизолирующих материалов (табл. 4).

При содержании дорог, когда возникает необходимость проведения мероприятий по восстановлению несущей способности земляного полотна, не затрагивающих самой конструкции существующей дорожной одежды, возможно за счет продольного и поперечного водоотвода и защиты рабочего слоя земляного полотна от воды запроектировать мероприятия по обеспечению прочности дорожной одежды в соответствии с ОДН 218.1.052-2002 «Оценка прочности нежестких дорожных одежд».

Работы по ликвидации пучинистых участков ведут поточным методом с созданием специализированных потоков:

–по подготовительным работам;

–по дорожной одежде;

–по обустройству и обстановке.

23

Таблица 4 Мероприятия по улучшению транспортно-эксплуатационных показателей

Примечание. При устройстве армирующей прослойки из другого геотекстильного материала следует определять модуль упругости грунта экспериментальным путем.

24

Технологию работ, средства механизации и состав строительных отрядов рекомендуется принимать в соответствии с технологическими картами, руководствами и указаниями по производству работ.

При капитальном ремонте участков покрытия с пучинами для дорог низших категорий устанавливается следующая последовательность работ:

1.Установка временных дорожных знакови ограждение мест производства работ.

2.Разборка покрытия и основания экскаватором с погрузкой в автосамосвал

ивывозкой на свалку.

3.Разборка земляного полотна с разравниванием грунта в полосе отвода.

4.Разработка прорезей для устройства дрен.

5.Устройство дрен из щебня с обертыванием геоматериалом.

6.Устройство дополнительного слоя основания.

7.Заполнение прорези над дреной дренирующим материалом (щебень, ЩПС

ит.п.).

8.Устройство основания из щебня методом заклинки.

9.Устройство асфальтобетонного покрытия.

10.Укрепление обочины щебнем над дренами.

Контроль качества работ по устройству слоев дорожной одежды следует выполнять в соответствии с требованиями ГОСТов и СНиП 3.06.03–85.

При капитальном ремонте дорог II и Ш технических категорий локальное устранение дефектов покрытия, появившееся в результате пучения грунта земляного полотна за счет грунтовых вод, производится путем устройства новой дорожной одежды с устройством поперечных сбросов. Поперечный сброс представляет собой прорезь в обочине шириной 0,7 м, который устраивается в районе кромки асфальтобетонного покрытия под углом 45° (60° – при продольных уклонах более 30 ‰) к оси дороги (прил. 3). В зависимости от длины участка пучения поперечные сбросы для отвода воды из дополнительного слоя основания предусматриваются с шагом 15 м.

Толщина дорожной одежды назначается из условия расположения низа дренирующего слоя выше подошвы насыпи, с учетом выпуска воды через поперечные дрены на откос насыпи.

Возможна к применению следующая конструкция:

–укладка геотекстильного нетканого иглопробивного полотна (плотностью не менее 400 г/м2), который обматывает фракционированный щебень марки не ниже

М800 по ГОСТ 8267–93, уложенный толщиной 30 см;

–щебеночно-песчаная смесь С-4 по ГОСТ 25607–94;

–обочина укрепляется фракционированным щебнем марки не ниже М 400. Конструкция дорожной одежды:

–дополнительный (дренирующий) слоя основания (например, ЩПС С-4);

–основание из фракционированного щебня не ниже М 800;

25

Заменяемый грунт разравнивается в полосе постоянного отвода автомобильной дороги, также возможен к использованию для отсыпки присыпных берм или транспортируется на свалку.

В случае, если при проведении инженерно-геологических исследований на пучинистом участке было выявлено, что в скважинах отсутствуют грунтовые воды, т.е. разрушение асфальтобетонного покрытия произошло за счет атмосферных осадков

иналичия в рабочем слое земляного полотна глинистого грунта, то необходимо проведение следующих мероприятий:

•фрезерование существующего асфальтобетонного покрытия на пучинистых участках;

•разборка дорожной конструкции экскаватором с погрузкой в автосамосвал

ивывозкой на свалку;

•устройство морозозащитного слоя из песка по ГОСТ 8736–93;

•устройство дренирующего слоя из песчано-гравийной смеси по ГОСТ 23735;

• устройство основания из фракционированного щебня марки М 1000 по ГОСТ 25607–94;

•розлив жидкого битума из расчета 0,3–0,5 л/м2;

•устройство слоев покрытия по ГОСТ 9128–97;

•укрепление обочин материалом от фрезерования.

На стадии разработки рабочей документации, правил производства работ, рабочих проектов, связанных с назначением мероприятий по борьбе с морозным пучением, необходимо учитывать в полном объеме результаты инженерно-геодезических изысканий.

Выполненные в дальнейшем подрядчиком дорожные работы по восстановлению разрушенных участков от процессов пучения позволят увеличить сроки службы автомобильной дороги.

Согласно существующей квалификации [16] в состав работ по содержанию автомобильных дорог входят:

1) по полосе отвода, земляному полотну и системе водоотвода восстановление земляного полотна на участках с пучинистыми и слабыми грунтами на площади до

100м2;

2)по дорожным одеждам восстановление дорожной одежды на участках с пучинистыми и слабыми грунтами на площади до 100 м2.

По земляному полотну и системе вооотвода основной задачей при ликвидации пучин или по предупреждению их образования на эксплуатируемых автомобильных дорогах является применение мероприятий, обеспечивающих отвод воды от земляного полотна, осушение его грунтов, ограничение или пресечение поступления поверхностных и грунтовых вод в рабочий слой. Резервы должны иметь правильную форму. Для этого их планируют с приданием уклона в сторону от подошвы насыпи не менее

20‰. Если кювет-резерв имеет участки с длительным стоянием поверхностных вод (отсутствие продольного уклона на отдельных участках), необходимо провести его переустройство (восстановление). В случаях, когда работы по восстановлению кю-

26

вет-резервов необходимо провести в период застоя в них воды, ее следует отвести поперечными канавами в пониженные участки в пределах полосы отвода или во временные специально отрытые накопители. После испарения воды в накопителе следует провести его рекультивацию. Во всех случаях поверхность кювет-резервов должна быть укреплена посевом многолетних культурных растений.

Вравнинной местности, где отвод воды от насыпей затруднен, а резервы, выполняющие роль испарительных бассейнов, заболачиваются, следует перестроить насыпь, используя в ее верхней части дренирующие грунты, и поднять высотные отметки, обеспечивая предотвращение переувлажнения грунтов стоячими водами. Работы выполняются на основе проекта на ремонт (реконструкцию) дороги.

Вслучаях, когда отвод воды из резервов затруднен, производят ее отжим от границ насыпи. Отжим поверхностных вод при I типе пучин осуществляют уполаживанием откосов и устройством берм. При высоком уровне грунтовых вод, сильном увлажнении земляного полотна и, как следствие, его деформациях и разрушениях при 3-м типе местности по условиям увлажнения следует увеличить высотные отметки насыпи, в том числе и исходя из необходимости обеспечения разрыва между границами глубины промерзания и капиллярного поднятия влаги. Все работы по досыпке насыпи выполняются на основе проекта на ремонт (реконструкцию) участка дороги.

Работы по содержанию земляного полотна направлены на сохранение его геометрической формы, обеспечение требуемой прочности и устойчивости земляного полотна, обочин и откосов, постоянное поддержание в рабочем состоянии водоотводных и водопропускных устройств. Особое внимание необходимо уделять участкам с неблагоприятными грунтовыми и гидрологическими условиями, местам появления и развития пучин.

Основные задачи содержания земляного полотна по периодам года:

– в весенний период – исключить переувлажнение грунтов земляного полотна талыми и грунтовыми водами;

– в летний период – выполнить работы по очистке и восстановлению дефектов водоотводных устройств, обочин и откосов;

– в осенний период – предупредить переувлажнение земляного полотна атмосферными осадками, обеспечить минимальную влажность слагающих его грунтов.

Весенний период отличается неблагоприятным сочетанием природных факторов, в результате чего создаются условия, способствующие максимальному увлажнению земляного полотна и образованию пучин. Поэтому весной основное внимание необходимо уделять регулированию, улучшению водно-теплового режима земляного полотна и прежде всего обеспечить поверхностный сток воды с обочин и откосов при таянии снега.

До начала интенсивного таяния снега проезжую часть, обочины и откосы следует полностью освободить от снега и льда. Для обеспечения пропуска талых вод производят очистку от снега и льда открытых лотков, приемных колодцев, устьев труб, выпусков дренажей, выходов на откос дренажных прорезей и воронок, боковых ка-

27

нав и других водоотводных сооружений. Боковые канавы очищают автогрейдерами

скюветовосстановителями по всему их сечению или вручную путем устройства

вснегу прорезей шириной 0,7 м на всю глубину канавы.

Если на обочинах накопились значительные отложения снега, который не может быть быстро удален, в этих отложениях через каждые 30–50 м по длине дороги устраивают поперечные прорези шириной 0,5–0,7 м на всю ширину обочины глубиной до ее поверхности.

С началом весеннего потепления устанавливают тщательное наблюдение за дорогой, чтобы своевременно обнаружить признаки пучинообразования. Первый признак – появление в отдельных местах на покрытии продольных и поперечных трещин, влажных пятен (покрытие как бы «потеет»).

Важным мероприятием, которое предотвращает пучины или максимально ослабляет их воздействие, является прокопка осушительных дренажных прорезей на неукрепленных обочинах. Прорези роют с обеих сторон пучинистого участка в шахматном порядке на расстоянии 4–8 м одну от другой. Они имеют ширину 0,25–0,5 м, а глубина равна толщине дорожной одежды с подстилающим песчаным слоем. Дну прорезей придается уклон в сторону откоса 40–50 ‰. Воронки, соприкасаясь с теплым воздухом и подвергаясь прямому нагреву солнечными лучами, способствуют быстрейшему оттаиванию земляного полотна и отводу образующейся воды. Воздушные воронки остаются открытыми до просыхания грунта, что представляет существенную опасность для движения автомобилей. Поэтому на таких участках должны быть установлены соответствующие дорожные знаки и ограждения, снижена скорость движения.

Если признаки пучинообразования все же появились, необходимо предохранить покрытие от разрушения. Для этого на пучинистом участке устраивают «подушку» из котельного шлака (металлургического шлака), несмерзшегося сухого песка или гравийно-песчаной смеси слоем 10–15 см. На «подушку» укладывают деревянные щиты или временное колейное покрытие. На отдельных участках, где дорожная одежда обладает малой прочностью, движение переносят на объезды или ограничивают скорость и грузоподъемность автомобилей. Такие участки ограждают барьерами, устанавливают указатели и знаки ограничения скорости и грузоподъемности.

Борьбу с пучинами прекращают, когда грунт земляного полотна полностью оттает и просохнет. С проезжей части убирают настилы, щиты, маты, шлак и песок, засыпают прорези на обочинах. После просыхания грунта прорези засыпают гравием или щебнем и уплотняют до требуемых норм.

Основной задачей содержания дорожных одежд является систематический уход, поддержание и повышение транспортно-эксплуатационных качеств покрытия и содержание его в чистоте и порядке. К наиболее сложным работам по содержанию дорожных одежд с асфальтобетонными покрытиями относятся ремонт трещин, ямочный ремонт, на дорогах с дорожными одеждами с недостаточной прочностью и большим количеством ослабленных участков (переувлажнение земляного полотна, пучины) ограничивают движение автомобилей большой грузоподъемности, снижают скорость или полностью закрывают проезд, переводя его на специально подготовленные объезды.

28

Данные виды работ сразу после их возникновения невозможно устранить, так как это требует больших материальных затрат (подготовка проектной документации, аукциона и т.п.) и времени на стабилизацию земляного полотна.

По существующей технологии пучинистые участки ликвидируют в такой последовательности:

–устанавливают предупреждающие дорожные знаки в соответствии с требованиями по безопасности дорожного движения;

–срезают вершину («бугор»), выступающую над проезжей частью, с использованием ножа автогрейдера или скрепера;

–в местах критического разрушения дорожной одежды выполняют работы по профилированию проезжей части и обочин с добавлением щебня.

К ликвидации локальных разрушений проезжей части эксплуатируемых дорог приступают после стабилизации земляного полотна.

7.Рекомендации по обеспечению эксплуатационной надежности автомобильных дорог при разработке рабочих проектов

Комплекс проектных решений должен быть направлен на достижение эксплуатационной надежности автомобильных дорог в течение всего жизненного цикла. Для обеспечения этого условия необходимо использовать материалы и грунты, не теряющие своих свойств при длительномагрессивном воздействии окружающей среды.

Для рассматриваемых условий Пермского края длительную эксплуатационную надежность дорожной конструкции возможно обеспечить за счет своевременно проведенных инженерно-геодезических исследований на автомобильных дорогах, подверженных пучинообразованию, и оптимального решения по применению следующих технологий и методов.

7.1. Уплотнение грунтов оснований

Для увеличения несущей способности грунтов естественного сложения может быть применено его поверхностное уплотнение.

7.1.1. Поверхностное уплотнение грунтов. Поверхностное уплотнение обычно производят слоями толщиной ≤ 0,5 м, используя такие механизмы уплотнения, как поверхностные трамбовки, катки, вибротрамбовки, виброплиты, и т.д.

При необходимой толщине уплотнения грунта в 2–3 м применяют поверхностное уплотнение тяжелыми трамбовками массой до 2–7 т. В этом случае по уплотняемому грунту производится серия ударов по одному месту до получения условного отказа. Трамбовка поднимается краном на высоту до 3–7 м и сбрасывается на уплотняемое основание.

Наибольший эффект уплотнения грунтов достигается при наличии в основании оптимальной влажности. Оптимальная влажность грунта определяется обычно экспериментально с использованием прибора стандартного уплотнения.

При необходимости уплотнения грунта основания на глубину более 3 м используют глубинные способы уплотнения.

29

7.1.2. Глубинное уплотнение грунта. Для уплотнения рыхлых с е0 > 0,75 пес-

чаных отложений используется:

а) метод гидробивроуплотнения.

С поверхности грунта в уплотняемое основание погружается труба, на конце которой размещен гидровибратор. В трубу подается необходимое количество воды до достижения уплотняемым основанием оптимальной влажности. Труба вместе с гидровибратором подвешивается к стреле крана и под действием собственного веса погружается в уплотняемое основание. В результате процесса погружения и извлечения гидровибратора грунт уплотняется в объеме цилиндра диаметром 1,5–2 м и высотой до 10 м, и основание переходит в категорию средней плотности.

В случае необходимости для достижения основанием повышенной плотности, данный метод может сочетаться с поверхностным уплотнением;

б) метод уплотнения песчаными и грунтовыми сваями.

Порядок данного метода уплотнения основания заключается в следующем:

– с поверхности уплотняемого основания погружается металлическая труба с раскрывающимся наконечником (происходит процесс уплотнения основания вокруг погружаемой трубы);

–после погружения трубы на необходимую отметку, наконечник трубы раскрывается и труба извлекается с одновременным заполнением песком с виброуплотнением;

–после извлечения трубы в уплотняемом основании образуется песчаная (грунтовая) свая, выполненная с заданной степенью плотности вместе с окружающим околосвайным пространством.

Чем чаще сделаны сваи, тем большую степень уплотнения получает грунт основания. Необходимое количество песчаных свай для уплотнения основания может быть определено, исходя из следующего условия:

где е0, еупл – соответственно коэффициенты пористости грунта основания до и после уплотнения, последний так же, как и fсв – площадь поперечного сечения сваи, задается в процессе проектирования; Fупл – площадь уплотненного основания, Fупл =1,4b×1,4l; b, l – соответственно ширина и длина проектируемого фундамента.

Следует отметить, что для связных водонасыщенных грунтов подобные сваи могут изготавливаться методом виброштампования (пневмо-пробойником) и заполняться щебеночно-песчаной смесью с добавлением цемента;

в) метод уплотнения приложением нагрузки.

Глубинный процесс уплотнения основания происходит и при приложении к нему уплотняющей нагрузки в виде отсыпанной насыпи (рис. 6). Для глинистых грунтов подобный процесс уплотнения основания происходит довольно медленно (теория фильтрационной консолидации в механике грунтов) и продолжается до нескольких десятков лет.

30