Конструкция дорог и способы обеспечения их устойчивости

В зависимости от назначения автомобильные дороги подразделяются на пять категорий с различной интенсивностью движения:

I — более 14 тыс. автомашин в сутки, II — от б до 14 тыс., III — от 2 до 6 тыс., IV— от 0,2 до 2 тыс., У—до 0,2 тыс. Железные дороги подразделяются на четыре категории с различной грузонапряженностью перевозок: I - от 30 до 50 млн т∙км в год, II - от 15 до 30 млн, III - от 8 до 15 млн, IV - до 8 млн. Каждой категории дорог соответствуют определенные технические требования (табл. 3.1). Полоса отвода дороги включает проезжую часть, разделитель­ные полосы (при многопутном движении), обочины, откосы на­сыпи или выемки, кюветы, нагорные канавы (валики).

В разрезе автомобильной дороги выделяют одежду и земляное полотно (рис. 3.1, а), железной дороги — рельсошпальную клетку, балластную призму и земляное полотно (рис. 3.1, б). Дорож­ная одежда состоит из покрытия, основания покрытия и дрениру­ющего слоя, а земляное полотно — из рабочего слоя и насыпи (рабочий слой в земляном полотне железных дорог называется защитным слоем).

Рис. 3.1 Пример конструкции автомобильной (а) и железной (б) дорог:

1 – жесткое покрытие из железобетонных плит (18 см); 2 – верхняя часть основания из тощего бетона (10 см); 3 – нижняя (дренажная) часть основания покрытия из крупнозернистого песка (5 см); 4 – рабочий (защитный) слой земляного полотна из дренирующих материалов; 5 – насыпь; 6 – растительный покров; 7 – основание насыпи; 8 – дерн; 9 – рельсошпальная клетка; 10 – балластная призма (50 см); 11 – гравийно-галечная отсыпка (20 см); 12 – железобетонная плита кювета (5 см); 13 – торф (20 см).

Таблица 3.1

Технические требооавия к автомобильным дорогам

Кате-гория	Число полос движе-ния	Ширина, м					Поперечные уклоны поверхности, %
		полосы движе-ния	Проез-жей части	обо­чины	наименьшая
					укреп­ленной полосы обочины	раздели­тельной полосы	проез­жей части	обочи­ны
I	4	3,75	15,0	3,75	0,75	5,0	1,5	4,5
II	2	3,75	7,5	3,75	0,73	—	2,0	5,0
III	2	3,5	7,0	3,5	0,5	—	2,0	5,0
IV	2	3,0	6,0	2,0	0,5	—	2,5	5,5
V	1	4,5	4,5	1,75	-	-	2,5	5,5

Примечания: 1. Для дорог всех категорнй основной продольный уклон должен быть не менее 3%, а основной радиус кривых в плане 3000 м. 2. При ограничении скороти движения разрешается увеличивать продольный уклон дороги до 10% и уменьшать радиус кривых в плане до 60 м. 3. Ширину обочины на трудных участках можно уменьшить до 1,5 м для дорог I и II ка­тегорий и до 1 м для дорог III—V категорий.

В некоторых случаях насыпь может отсутствовать. Кровле рабочего (защитного) слон придается уклон 3—5% от оси дороги к откосу. Линия пересечения поверхности обочины и откоса земляного полотна называется бровкой откоса, а расстояние между двумя бровками откоса — шириной земляного полотна (на автомобильных дорогах) и основной площадкой (на железных дорогах).

Дорожные покрытия автомобильных дорог могут быть жесткими и нежесткими. К жестким относятся цементобетонные монолитные, асфальтобетонные на монолитном цементобетоне, железобетонные сборные. Для покрытий применяют бетоны с пределом прочности на сжатие не менее 25—30 МПа и маркой морозостойкости 200. Толщина жестких покрытий обычно 18—25 см. К нежестким покрытиям относятся асфальто- или дегтебетонные, щебеночные и гравийные, обработанные органическими вяжущими; песчаные и песчано-гравийные, обработанные органическими и неорганическими вяжущими; щебеночные и гравийные, не обработанные вяжущими. Толщина нежестких покрытий 6—8 см, за исключением последних (15—20 см). Все жесткие, а также асфальто- и дегтебетонные покрытия относятся к капитальным, а остальные виды - к некапитальным. Капитальные применяют на дорогах I—IV категорий, некапитальные — на дорогах III—V категорий, причем щебеночные и гравийные, не обработанные вяжущими, только на дорогах IV и V категорий.

Основанием жестких покрытий являются тощие бетоны, гравийные и песчаные грунты, обработанные неорганическими вяжущими с пределом прочности на сжатие 4 МПа и маркой морозостойкости 25; основанием асфальто- и дегтебетонных покрытий — песчано-гравийные смеси, обработанные органическими вяжущими; остальных видов покрытий — песчано-гравийные смеси, не обработанные вяжущими.

Толщина основания обычно составляет 10—12 см. Под подошвой оснований капитальных покрытий дополнительно создают дренирующий слой толщиной 5 см из песчаных грунтов с коэффициентом фильтрации более 1 м/сут.

На железных дорогах роль покрытия земляного полотна выполняет рельсошпальная клетка и балластная призма, толщина которой принимается 40—50 см, а ширина — в зависимости от категории дороги. Для I и II категорий она составляет 3,85 м, для Ш - 3,65 м, для IV - 3,45 м.

Рабочий (защитный) слой земляного полотна возводят из непучинистых дренирующих материалов с коэффициентом фильтрации более 0,5 м/сут — гравийно-галечных, дресвяно-щебнистых и песчаных грунтов с содержанием пылеватых и глинистых частиц не более 15% (в том числе глинистых не более 2%), а также рваного камня.

Для тела насыпи используют дренирующие и дисперсные грунты (последние в случае отсутствия карьеров крупноскелетных грунтов). Дисперсные грунты должны содержать не более 50% пылеватых и глинистых частиц и иметь консистенцию не более 0,5, Если насыпь из дисперсных грунтов возводят на переувлажненных участках, то в ее основании устраивают капиллярный прерыватель. Он представляет собой слой дренирующего материала, мощность которого равна высоте капиллярного поднятия воды в грунте прерывателя плюс 20—30 см. В последнее время дисперсные грунты в теле насыпи стараются армировать нетканым материалом (геотекстилем), который укладывают параллельно основанию насыпи с шагом по высоте 0,5—1,0 м. Грунт в тело насыпи укладывают в талом состоянии, однако при использовании геотекстиля разрешается укладка и мерзлых грунтов, просадочность которых при оттаивании не превышает 0,1 (рис. 3.2).

Рис. 3.2 Земляное полотно из твердомерзлых песчаных грунтов в замкнутых обоймах из геотекстиля:

1 – твердомерзлые песчаные грунты; 2 – проектное очертание земляного полотна на период отсыпки; 3 – сыпучемерзлые песчаные грунты; 4 – геотекстиль.

Разнородные грунты размещают в теле насыпи горизонтальными слоями:

менее водопроницаемые в нижних слоях, более водопроницаемые — в верхних. Поверхностям слоев придают двухскатный поперечный профиль с уклоном 2—4%. Насыпные грунты уплотняют до величины коэффициента уплотнения (отношение плотности грунта в насыпи к его максимальной плотности, определяемой в лаборатории) равного 0,9—0,95. При устройстве насыпи предусматривают запас по высоте на ее последующую осадку. Последний в зависимости от состава насыпных грунтов изменяется от 0,5 до 3% от высоты насыпи.

Как правило, насыпь отсыпают на мохово-растительный покров, однако если проектом предусматривается оттаивание мерзлых грунтов основания, то мохово-растительный покров удаляют. Откосам земляного полотна, выполненного из крупноскелетного материала, придают уклон 1:1.5, из дисперсного материала — 1:3. При высоте земляного полотна более 6 м откосы автомобильных дорог уполаживаются, а на железных дорогах устраиваются бермы (см. рис. 5.3). Откосы укрепляют травянистой растительностью, дерном или слоем гравийно-галечного грунта толщиной 20 см.

Дли отвода от основания земляного полотна поверхностных вод устраивают кюветы, представляющие собой трапецеидальные выемки глубиной 50—60 см, шириной по дну 40 см и крутизной 1:1,5 или 1:2. Кюветы укрепляют железобетонными или армоцементными плитами, которые укладывают по слою торфа или мха толщиной 10—15 см. Иногда крепление кюветов осуществляют нетканым материалом, который пришпиливают к их стенкам и дну. Кюветы располагают на расстоянии 3—15 м от подошвы земляного полотна и им придают продольный уклон к выпускам 3—5%. На бессточных территориях, где трудно обеспечить такой уклон, вместо кюветов устраивают подземный дренаж, уклон которого создают за счет изменения глубины заложения дрен. Дрены выполняют из нетканого материала, свернутого в рулон из полосы шириной 1 м. Иногда дополнительно к нетканому материалу применяют перфорированные полимерные трубы. Трубчатая дрена погружается в нарезанную щель вместе с полосой нетканого материала, располагаемой симметрично относительно трубы. Нетканый материал заполняет после погружения щель, обеспечивая дренирование поверхностной воды.

Для трассирования дорог и выбора способа обеспечения их устойчивости на вечномерзлых грунтах последние разделяют в зависимости от их просадочности на четыре категории (табл. 3.2).

Таблица 3.2