4.10Транспортировка и укладка грунта в насыпи

Эффективность выполнения земляных работ в значительной мере зависит от рациональной организации транспортировки грунта и укладки его в насыпь. Выбор способа транспортировки и транспортных средств зависит от конкретных условий, включающих метод разработки грунта, дальность его перемещения, объем выполняемых работ, рельеф местности, наличие и состояние дорог и т.д. При небольшой дальности перемещения грунта транспорт в виде отдельных машин может не потребоваться, т.е. транспортировка грунта могут осуществляться самими землеройными (и тем более землеройно-транспортными) машинами. Наибольшими расстояниями, на которые целесообразно перемещать грунт без отдельных транспортных средств обычно считаются следующие:

для экскаваторов-драглайнов	20…25м
для бульдозеров	35…100м
для скреперов прицепных	120…800м
для скреперов самоходных	до 3000м

В тех же случаях, когда разработку и перемещение грунта невозможно совместить, т.е. выполнять одной и той же машиной, применяют соответствующий землевозный транспорт – автомобильный, реже тракторный, в особых случаях – рельсовый или какие-либо специальные виды транспорта.

Основные особенности применяемых в строительстве транспортных средств и принципы их использования рассматривались в части I, в разделе 8.6 настоящего пособия. Ограничиваясь лишь земляными работами, можно отметить, что при таких работах рельсовый транспорт используется довольно редко, в основном в крупных карьерах, тракторный – при разработке больших котлованов, в условиях бездорожья. В подавляющем же большинстве случаев грунт от землеройной машины до насыпи доставляется автотранспортом. Это в основном автомобили-самосвалы, грузоподъемностью 4,5…12 т (вместимость кузова 3…6м³ грунта). Более мощные самосвалы обычно используются на очень крупных стройках, где объемы перевозимого грунта исчисляются миллионами м³, или при значительной дальности возки (более 3 км). В таблице 4 приведены рекомендуемые значения грузоподъемности самосвалов в зависимости от емкости ковша экскаватора и дальности возки грунта.

Эффективность доставки грунта в насыпь в значительной мере зависит от расположения, вида и состояния землевозных путей.

Таблица 4 Рекомендуемая грузоподъемность самосвалов в т

Дальность возки в км	Вместимость ковша экскаватора в м3
	0,4	0,65	1,0	1,6	4,5
0,5	4,5	4,5	7	10	–
1,0	7	7	10	10	27
2,0	7	10	10	18	27
5,0	10	10	12	18	40

Трасса такого пути должна быть как можно короче, иметь допустимые продольные уклоны (0,08), допустимые радиусы поворотов (>20м). Ширина проезжей части должна быть не менее 3,5м при одностороннем движении и 7м – при двухстороннем. Чаще всего землевозные пути делаются в виде грунтовых профилированных дорог, но при больших объемах работ земляное полотно дороги обычно улучшается добавками, укрепляется вяжущими материалами, используются гравийные, щебеночные, шлаковые покрытия. На заболоченных территориях часто применяют временный деревянный настил. Для крупных строек наилучшим решением является применение инвентарных покрытий из железобетонных плит. Монтаж и демонтаж таких плит могут быть полностью механизированными.

Землевозные пути, будучи временными дорогами, подвергаются, тем не менее, очень интенсивному воздействию транспорта. В большинстве случаев эта интенсивность составляет 15…100 машин в час, а на крупных стройках – более 100 машин в час. В таких условиях грунтовые дороги быстро разрушаются, ускоряется износ автомашин, повышается расход топлива, снижаются скорости движения, вынуждающие увеличивать число самосвалов. В этой связи непродуманная экономия на строительстве и ремонте землевозных путей может обернуться большими убытками при эксплуатации автотранспорта.

Технология укладки грунта в насыпь существенно зависит от требований к этой насыпи. Очевидно, что наиболее простым является возведение непрофильных насыпей (отвалов, кавальеров и проч.), когда уплотнение грунта не требуется, а работы по выравниванию их поверхности сводятся к минимуму. Иначе обстоит дело с профильными насыпями. Такие насыпи (дамбы, земляные плотины и т.д.) должны возводиться в строгом соответствии с заданными в проекте размерами, с обеспечением заданной плотности грунта, его прочности, водонепроницаемости и т.д., т.е. предполагают выполнение многих операций, которые не требуются при возведении непрофильных насыпей.

Грунт в профильные насыпи приходится укладывать слоями, часто дополнительно увлажняя его или подсушивая, уплотнять до заданной в проекте плотности, для чего необходим специальный контроль качества уплотнения. Во многих случаях вид грунта, особенно его гранулометрический состав, жестко регламентируется, в некоторых случаях грунт из ближайших выемок может оказываться непригодным, и потребуется развертывание специальных карьеров. Следует при этом отметить, что достижение заданной плотности грунта – непростая задача, требующая от производителя работ строгого соблюдения соответствующих технологических правил, организации эффективного технического контроля. Особенно сложным является уплотнение глинистых грунтов.

Технологический процесс устройства профильной насыпи ведется, как отмечалось, послойно и в общем случае включает выполнение (на каждом слое) следующих операций:

• доставка и укладка грунта в тело насыпи (навал грунта);

• разравнивание грунта, т.е. раскладка его по поверхности участка слоем заданной толщины;

• доувлажнение (иногда подсушивание) выровненного слоя грунта

• уплотнение подготовленного слоя грунта.

Возможны ситуации, когда доувлажнение грунтов выполняется в карьере. В этих случаях на месте укладки выполняются лишь три операции – укладка (навал грунта), разравнивание и уплотнение.

Толщина каждого слоя, подвергаемого упомянутым операциям, устанавливается в проекте, и в зависимости от способа уплотнения и вида грунта она обычно принимается в пределах 0,15…1,2м (чаще всего 0,2…0,4м).

Возведение профильных насыпей обычно ведется не по всей территории, а последовательно по отдельным участкам («картам»). Наиболее эффективно работа выполняется, когда ее удается организовать в виде ритмичного потока (см. часть I, главу 5). В зависимости от размеров насыпи, интенсивности доставки грунта, способа его уплотнения длина захватки (карты) принимается равной 10…200м, ритм потока обычно составляет от одной до нескольких смен (чаще всего 1…2 дня).

Наиболее просто процесс возведения профильной насыпи организуется при использовании скреперов, которые, как уже отмечалось, способны выполнять все необходимые операции, т.е. скрепер и доставляет, и укладывает, и разравнивает, и уплотняет грунт. Во всех остальных случаях каждая операция выполняется разными машинами.

Разравнивание каждого слоя грунта обычно производится бульдозерами или грейдерами, кроме упомянутых выше ситуаций, когда все операции производятся скреперами.

Доувлажнение (или подсушивание) грунта проводится в случаях, когда его природная влажность оказывается ниже (или выше) необходимой для эффективного уплотнения. На уплотняемость грунта влияет много факторов, в том числе его вид (литологический состав), начальная плотность, влажность, способ уплотнения и параметры применяемых для этого машин, толщина слоев и т.д. С наименьшими затратами энергии уплотнение происходит при некоторой влажности w_o, называемой оптимальной. Ее значение устанавливается для каждого конкретного грунта опытным путем (по данным пробного уплотнения). Для предварительных расчетов оптимальную влажность грунта можно принимать в следующих пределах:

пески – w_o = 7…10%,

супеси – w_o = 9…15%,

суглинки – w_o = 12…20%,

глины – w_o = 20…30%.

На основании сопоставления установленной оптимальной влажности с природной влажностью грунта в карьере или резерве устанавливается необходимость доувлажнения или подсушивания этого грунта. Глинистые грунты, добываемые их карьеров целесообразно доувлажнять непосредственно в карьере за 2…3 месяца до их разработки. Если же доувлажнение делается на месте укладки, что происходит довольно часто, на строительную площадку доставляются автоцистерны или прокладывается временный водопровод, могут использоваться также поливочные машины.

При производстве работ оптимальную влажность рекомендуется выдерживать с точностью 2%.

Доувлажнение глинистого грунта, выполняемое на месте отсыпки, может быть довольно продолжительным, так как пропитывание такого грунта, не может происходить быстро. Это же относится и к подсушиванию. Операция доувлажнения или подсушивания таких грунтов на каждой карте может продолжаться дольше, чем остальные операции – навал, разравнивание и уплотнение. В этих случаях при ведении работ поточным методом продолжительность доувлажнения или подсушивания целесообразно принимать кратной продолжительности остальных операций (двукратной, трехкратной и т.д.). Это позволяет сохранять ритмичность потоков, но требует увеличения числа захваток (карт) на каждом участке, соответствующем полному циклу «навал – разравнивание – доувлажнение – уплотнение». Целесообразность такого увеличения захваток можно показать на примере отсыпки дамбы, рассмотренном в главе 6 части I (рисунок 23).

После завершения цикла применительно к первому слою работы на этом участке продолжаются в том же порядке применительно к следующему слою. Технологический перерыв («П») после полива необходим для полной пропитки увлажненного слоя грунта. Это требует более позднего проведения следующей операции (уплотнения «У»), для чего нужна дополнительная захватка (карта) е, обеспечивающая фронт работ для уплотняющих машин в период, когда уплотнение на карте д завершено, а доувлажнение (пропитывание грунта) на карте а еще продолжается. Если доувлажнение требует трехкратного превышения продолжительности остальных операций, число захваток (карт) следует увеличить не на одну, а на две, четырехкратного – на три и т.д.

Продолжительность доувлажнения или подсушивания должна быть установлена в проекте в зависимости от свойств используемого грунта и принятой толщины слоя. Для песков такая продолжительность обычно мала и может составлять одну смену, для глинистых грунтов она обычно исчисляется днями или даже неделями.

Уплотнение грунта производится машинами статического, динамического или вибрационного действия. Машины статического действия уплотняют грунт путем плавного приложения нагрузки. Это могут быть прицепные или самоходные катки различной конструкции, нагруженные скреперы. Машины динамического действия уплотняют грунт ударными нагрузками, т.е. это различные трамбовки. Соответственно машины вибрационного действия имеют в качестве рабочего органа вибратор с плитой (виброплита). На рисунке 24 приведены схемы наиболее распространенных уплотняющих машин.

Кроме приведенных машин, в строительной практике применяются машины для глубинного уплотнения грунтов, которыми можно уплотнять грунт на глубину до 10 м (глубинные гидровибраторы и проч.). Однако их область применения связана в основном с уплотнением рыхлых природных грунтов, в первую очередь просадочных, так что при укладке профильных насыпей они обычно не используются.

Рисунок 24 Машины для послойного уплотнения грунтов:

а – каток гладкий, б – каток кулачковый, г – каток на пневмошинах, г – трамбовочная плита на тракторе, д – самоходная виброплита; 1 – пневматические шины, 2 – балластные ящики, 3 – механизм подъема и сбрасывания плиты, 4 – плита, 5 – направляющая, 6 – вибровозбудитель, 7 – двигатель.

Уплотняющую машину выбирают для каждого конкретного случая в зависимости от прочности грунта, толщины уплотняемого слоя, размеров карты укладки. Естественно, что при ограниченных возможностях выбора машин необходимо приспосабливать саму технологию укладки грунта под имеющиеся уплотняющие машины. В частности, толщина слоя грунта может приниматься в зависимости от уплотняющей машины в пределах, указанных в таблице 5.

Необходимое число проходок катка или ударов трамбовки по одному следу для достижения требуемой плотности обычно определяют опытным путем в натурных условиях. Среднее число проходок или ударов обычно составляет 6…14 по одному следу.

Размеры и число карт укладки грунта устанавливается на стадии разработки проекта организации строительства (или проекта производства работ) на основе соответствующих расчетов, учитывающих конкретные условия возведения насыпи. Исходными данными при таких расчетах служат: объем грунта,

Таблица 5 Толщина слоя грунта при различных уплотняющих машинах

Вид машины	Вид грунта (область применения машины)	Толщина слоя
Катки гладкие Катки кулачковые Катки на пневмо­шинах	Несвязные грунты (пески, гравийно-песчаная смесь, гравий, щебень) Связные грунты (глины, суглинки, су­песи) Любые грунты	0,15… 0,25 м 0,25…0,3 м 0,15…0,5 м
Трамбовочные плиты на тракторах	Любые грунты	до 1,2 м
Самоходные виброплиты	Несвязные грунты	0,4… 0,6 м

поступающий в насыпь за единицу времени («поток грунта»), размеры насыпи и принятый способ уплотнения, т.е. применяемые машины и механизмы, толщина слоя и т.д.

Поток грунта П определяется возможностями карьера и используемых средств транспортировки грунта при принятой дальности возки грунта:

П = П_а N_a N_э,

где П_а – производительность одной транспортной машины,

N_a – число транспортных машин на один экскаватор,

N_э – число экскаваторов в карьере, поставляющих грунт для данной насыпи.

Площадь карты F_к определяется по формуле

F_к = П/h,

где h – толщина слоя укладки грунта.

Число карт N_к на каждой отметке определяется по формуле

N_к = F_н /F_к,

где F_н – площадь насыпи.

В зависимости от способа уплотнения, применяемых механизмов длина карт может колебаться в широких пределах. Например, при использовании моторных катков она может быть равной 10м, при прицепных катках она может быть увеличена до 200м. Продолжительность выполнения каждой операции на карте составляет, как уже отмечалось, смену, сутки, иногда несколько суток или, напротив, менее смены – несколько часов. Ширина карт обычно принимается равной двум радиусам поворота катка.

Так как насыпи имеют, как правило, трапецеидальное поперечное сечение, площадь F_н по мере приближения к гребню уменьшается. В связи с этим разбивку на карты часто выполняют, привязываясь к определенным горизонтам насыпи. Для этого насыпь разбивают по вертикали на зоны (ярусы) через 2…4м, и разбивку делают для каждого яруса отдельно. Если же разбивку на карты оставлять неизменной для всей высоты насыпи, то следует учитывать, что продолжительность операций на каждой карте будет сокращаться по мере повышения насыпи, т.е. по мере приближения к проектной отметке ее гребня.

Принимая разные потоки грунта и толщины уплотняемых слоев, можно получать разные размеры карт, разное их количество. Для малых насыпей иногда удобно делать разбивку каждого участка не на четыре, а на меньшее число карт (на две-три), совмещая на них выполнение отдельных операций (например, на одной и той же карте одновременно выполняется «навал» и «разравнивание» или «разравнивание» и «доуплотнение» и т.д.).

Контроль качества насыпи включает проверку ее соответствия проекту по основным показателям. В общем случае у профилированной насыпи проверяются:

• геометрические размеры – положение оси у линейно протяженных насыпей, ширины насыпи по верху и по низу, отметки поверхностей, крутизна откосов;

• наличие инородных включений (твердые включения, древесина, строительный мусор и т.д.);

• «плотность сухого грунта» (ранее именовавшаяся «плотность скелета»);

• прочие характеристики грунтов, контроль которых предусмотрен проектом – коэффициент фильтрации, при необходимости влажность, коэффициент водонасыщения и др.

В зимних условиях контроль имеет дополнительные особенности, которые рассматриваются в разделе 2.4.

Контроль ведется как визуальным, так и инструментальным способами.

Геометрические размеры проверяются мерной лентой и геодезическими приборами. Допустимые отклонения регламентируются для каждого вида сооружений строительными нормами (СНиП 3.02.01-87 Земляные сооружения, основания и фундаменты).

Наличие инородных включений проверяется в основном визуально. Нормы СНиП 3.02.01-87 устанавливают допустимое содержание каждого вида включений в процентах, причем содержание некоторых включений вообще не допускается (древесина, волокнистые, гниющие материалы). Все это должно быть конкретизировано в проекте.

Плотность сухого грунта ρ_d (устаревший термин «плотность скелета») определяется путем отбора проб (монолитов) из уложенного уплотненного грунта с последующей лабораторной обработкой этих проб. Все это должно дополняться непрерывным визуальным контролем, позволяющим своевременно выявлять участки с явно неудовлетворительным уплотнением, обнаруживать отдельные полости, которые трудно исключить при наличии твердых включений и т.д. Весьма перспективным является применение быстрых полевых методов испытаний грунта (экспресс-методов): динамического и статического зондирования, различных испытаний специальными портативными устройствами. К сожалению, упомянутые экспресс-методы пока не получили широкого применения в отечественной практике возведения насыпей.

Количество отбираемых проб грунта должно быть указано в проекте, а при их отсутствии нормы (СНиП 3.02.01-87) рекомендуют проводить отбор проб и их испытаний ежемесячно, но не реже чем одно определения на 300 м³ насыпи.

До начала составления проекта производства работ в лаборатории с помощью испытаний устанавливается ρ_d,max – «максимальная плотность сухого грунта», достижимая ударным методом в приборе стандартного уплотнения (при различных значениях влажности), и параллельно устанавливается упоминавшаяся выше оптимальная влажность w_o (рисунок 25). Фактическая плотность грунта насыпи должна составлять некоторую долю от упомянутой максимальной плотности, достигнутой в лаборатории. Это отношение фактической плотности сухого грунта к максимальной называется коэффициентом уплотнения.

, (5)

где k_com – коэффициент уплотнения,

ρ_d – достигаемая (требуемая) плотность сухого грунта в насыпи,

ρ_d,max – максимальная плотность сухого грунта, полученная в приборе стандартного уплотнения (прибор СоюздорНИИ).

Величина коэффициента уплотнения регламентируется нормами СНиП 3.02.01-87 в зависимости от вида грунта, толщины насыпи и ожидаемой эксплуатационной нагрузки на ее поверхность. С увеличением толщины и нагрузки требуемая величина коэффициента уплотнения возрастает для глинистых грунтов от 0,92 до 0,98, для песков – от 0,91 до 0,97. . На основании принятого коэффициента уплотнения обычно устанавливается критическое (минимальное допустимое) значение плотности сухого грунта.

В дальнейшем, т.е. в ходе строительных работ контроль качества уплотнения выражается в сопоставлении фактической плотности сухого грунта с критической.

Контроль прочих характеристик грунта – влажности, коэффициента водонасыщения, коэффициента фильтрации производится, если это предусмотрено проектом, обычными стандартными методами, принятыми в инженерно-геологических изысканиях. Критические значения этих характеристик, количество необходимых определений также должно быть указано в проекте.

Контрольные вопросы:

1. Целесообразно ли использовать бульдозер, если возникает необходимость перемещения грунта на 200…250м? Можно ли порекомендовали что-либо более рациональное для такой ситуации?

2. Каковы главные различия в технологии укладки грунта в профильные и непрофильные насыпи?

3. Что представляет собой оптимальная влажность грунта? Что следует понимать под коэффициентом уплотнения? Как и когда они определяются?

4. Где предпочтительней проводить доувлажнение глинистого грунта (на месте укладки или в карьере)? Если доувлажнение (или подсушивание) грунта ведется на месте его укладки, а продолжительность такой операции больше продолжительности остальных операций, как это учитывается при поточном методе организации работ?

5. Из каких соображений выбирается толщина слоя грунта при послойной его укладке в насыпь?