Земляное полотно

Земляное полотно (рис. 125) служит фундаментом для дорож­ной одежды и устраивается в насыпях или выемках.

При сооружении земляного полотна глубину выемок и высоту насыпей устанавливают по продольному профилю дороги. Проез­жую часть 5 и обочины 6 отделяют от прилегающей местности наклонными плоскостями — откосами 3, обеспечивающими устой­чивость полотна.

Крутизна откосов зависит от вида грунта и определяется как отношение высоты откоса, принимаемой за единицу, к его горизон­тальной проекции. Приняты следующие значения крутизны отко­сов: насыпи из местных материалов высотой до 2 м на дорогах I...III категорий устраивают с откосами не круче 1:4; более высокие насыпи (до 12 м) делают с крутыми откосами—1:1,5.

Учитывая, что грунт на откосах выемок больше подвержен переувлажнению, чем на откосах насыпей, крутизну откосов выемок в рыхлых грунтах принимают не менее 1:1,5, а в скальных породах от 1:0,2 до 1:1,5. Мелкие выемки зимой заносит снегом. Чтобы предотвратить это, выемки глубиной до 1 м разделывают под насыпь или устраивают с пологими откосами крутизной от 1:4 до 1:6.

Для отвода воды с проезжей части с обеих сторон насыпи устраивают кюветы 8 трапецеидального или треугольного сечения. Если для сооружения насыпи недостаточно грунта из кюветов, то их расширяют, превращая в резервы 1, а грунт из резервов ис­пользуют на возведении насыпи. Глубина резервов должна быть 0,3...1,5 м. В зависимости от местных условий резервы распола­гают как с одной, так и с обеих сторон дороги.

При высоте насыпи более 2 м между началом резерва и подошвой откоса насыпи оставляют полосу земли, называемую бермой 2. Ширину берм принимают не менее 2 м, устраивая их тем шире, чем выше насыпь. Бермы повышают устойчивость высоких насыпей, используют их при строительстве насыпей для проезда дорожных машин и автомобилей. Берма имеет поперечный уклон 20 %₀ в сторону резерва для стока воды.

При устройстве земляного полотна в выемке лишний грунт укладывают на обрезе дороги параллельно бровке выемки в ва­лы — кавальеры 9, которым придают правильные геометрические очертания. Высота кавальера не должна превышать 3 м, а распола­гают его не ближе 5 м от внешней бровки откоса выемки. Чтобы вода, выпадающая во время дождей или образующаяся при тая­нии снега, не стекала в выемку, между кавальером и откосом выемки отсыпают вал грунта высотой 0,6 м треугольного сечения, называемый банкетом 11. Поверхности банкета придают уклон 20...40%₀ в сторону выемки. Между банкетом и кавальером отрывают забанкетную канаву 10 глубиной и шириной по дну не более 0,3 м.

Дорожные одежды

Дорожной одеждой (рис. 126) называют многослойную конст­рукцию, устраиваемую на проезжей части для удобного и без­опасного движения транспортных средств с расчетной скоростью. Состоит дорожная одежда из покрытия /, основания 2 и допол­нительных слоев 3.

Покрытие — это верхний, наиболее прочный слой. Он восприни­мает нагрузки непосредственно от проходящего транспорта и обеспечивает необходимые эксплуатационные качества автомо­бильной дороги — прочность и ровность покрытия, высокий коэф­фициент сцепления с шинами и сопротивление изнашиванию.

Покрытие может быть одно- и двух­слойным. Для повышения прочно­сти на покрытиях из слабых камен­ных материалов устраивают тон­кий слой износа из более прочных материалов. Этот слой по мере исти­рания периодически возобновляют. Основание — это несущая часть дорожной одежды, устраиваемая из каменных материалов или грунта, укрепленного вяжущими материала­ми. Основание вместе с покрытием передает давление от проезжающе­го транспорта на расположенные

ниже слои 3, а если их нет, то непосредственно на грунт 4 земля­ного полотна. Основание может состоять из одного или нескольких слоев.

Дополнительный слой 3 располагают между основанием и грунтом 4. Наряду с передачей нагрузок на земляное полотно слой 3 может выполнять функции выравнивающего, морозозащитного или дренирующего слоя, предназначенного для отвода избыточной влаги из верхних слоев земляного полотна и осушения дорожной одежды.

Слои дорожной одежды бывают следующих видов: из рыхлых материалов, уплотненных катками и движением автомобилей, набирающие прочность в результате уплотнения и развития сил трения, удерживающих отдельные частицы в слое; из цементобетонных и асфальтобетонных смесей, образующих монолит пос­ле укладки, уплотнения и твердения; сборные цементобетонные покрытия из блоков.

Дорожные покрытия делятся на следующие четыре основных типа: усовершенствованные капитальные — цементобетонные, асфальтобетонные, мостовые из брусчатки и мозаики на камен­ном или бетонном основании; усовершенствованные облегчен­ные — из щебеночных и гравийных материалов, обработанных битумами или дегтями; из холодного асфальтобетона; из грунта, обработанного в установке вязкими битумами; переходные — щебеночные; гравийные; шлаковые; грунтовые, обработанные битумами или дегтями; булыжные мостовые; низшие — грунтовые, укрепленные различными местными материалами (гравием, щебнем и т. д.).

Типовые конструкции дорожных одежд приведены на рис. 127.

Дорожные одежды с цементобетонным покрытием наиболее ча­сто устраивают на дорогах I...III категорий. Они включают в себя следующие конструктивные слои (рис. 127, а): монолитное покры­тие из цементного бетона /; выравнивающий слой 2 из необработан­ного песка или песка, укрепленного битумом (при устройстве оснований из укрепленных грунтов выравнивающий слой не дела­ют); основание из слоя 3 щебня, гравия или грунта, обработан­ного цементом или битумом; морозозащитный 4 и дренирующий дополнительный слой основания.

Асфальтобетонные покрытия устраивают на дорогах I...III ка­тегорий из асфальтобетонных смесей, уложенных на прочное жест­кое основание и тщательно уплотненных с помощью само­ходных дорожных катков. Асфальтобетонные покрытия могут быть одно- и двухслойными на щебеночных (рис. 127, б), бетонных (рис. 127, в) и укрепленных грунтовых (рис. 128, г) основа­ниях.

Усовершенствованные черные щебеночные и гравийные покры­тия (рис. 127, д, е, ж) устраивают путем пропитки материалов

Рис. 127. Конструкции дорожных одежд с различными видами покрытий:

а — цементобетонное покрытие, б — асфальтобетонное покрытие на щебе­ночном основании, в — асфальтобетонное покрытие на бетонном осно­вании, г — асфальтобетонное покрытие на грунте, укрепленном це­ментом, д — щебеночное покрытие с верхним слоем, обработанным ме­тодом пропитки, е—гравийное покрытие, обработанное методом смешения на дороге, ж—гравийное покрытие на дороге низшей категории; 1—це­ментный бетон. 2— выравнивающий слой из песка, обработанного би­тумом, 3— слой щебня, гравия или грунта, обработанного вяжущим мате­риалом, 4— морозозащитный слой из песка, 5— мелкозернистый асфаль­тобетон, 6— крупнозернистый асфальтобетон, 7— слой щебня, 8— грунт, укрепленный цементом, 9— щебень с пропиткой, 10— гравий, обрабо­танный битумом, 11 — гравий

или смешивания их в установках. Пропитка — это введение разогретых вязких битумов или эмульсий в покрытие путем розли­ва автогудронаторами по 0,8...1 л на 1 м² недоукатанного слоя щебня. После этого поверхность покрытия засыпают мелким щебнем и уплотняют самоходными дорожными катками. Сме­шанный в установке с битумом минеральный материал распре­деляют по основанию и уплотняют катками.

Дорожно-строительные материалы и способы их уплотнения

Грунты

Грунтом называется горная порода, слагающая верхние слои земной коры, затронутые физико-химическими процессами вывет­ривания, а самая верхняя часть — почвообразованием. Грунт представляет собой сложное тело, состоящее при положительной температуре из трех фаз: твердой, жидкой и газообразной. При отрицательной температуре в состав грунта входит также лед. Твердая фаза — смесь минеральных частиц и органических при­месей; жидкая состоит из воды с растворами различных солей; газообразная — из смеси воздуха, некоторых газов и водяного пара.

Грунты подразделяют на скальные и рыхлые. К скальным грунтам относят метаморфические и осадочные породы с жест­кой связью между зернами, залегающие в виде монолитного или трещиноватого массива. Рыхлые грунты подразделяют на крупнообломочные, песчаные и глинистые.

К крупнообломочным относят грунты глыбовой структуры, со­держащие более 50 % по массе камней крупнее 200 мм. Если преобладают окатанные камни, то грунты называют валунными, при содержании окатанных частиц крупнее 10 мм — галечниковыми. Грунты, у которых масса частиц крупнее 2 мм составляет более 50 %, называют гравийными.

В зависимости от количества по массе частиц различной круп­ности различают следующие виды песчаных грунтов: гравелистый — более 25 % частиц крупнее 2 мм; крупный — более 50 % частиц крупнее 0,5 мм; средней крупности — более 50 % частиц крупнее 0,25 мм; мелкий — более 75% частиц крупнее 0,1 мм; пылеватый — менее 75 % частиц крупнее 0,1 мм. Чтобы установить вид грунта, последовательно суммируют процент содержания частиц различной крупности в исследуемом грунте, начиная с более крупных частиц, и принимают наименование грунта по первой сумме, удовлетворяющей приведенными выше значениям.

Грунты, в которых содержится по массе более 25 % глинистых частиц (размером менее 0,005 мм), называют глинистыми. К гли­нистым грунтам относят супесь, суглинок и глину. В супеси — не менее 50 % песка и от 3 до 12 % глины, а в суглинке — от 12 до 25 % глинистых частиц. Если в грунте содержится частиц разме­ром от 0,05 до 0,005 мм больше, чем песчаных, то к названию грунта прибавляют слово пылеватый.

Песчаный грунт является хорошим материалом для возведения юмляного полотна. Он легко разрабатывается, хорошо уплотняется и незначительно снижает прочность при увлажнении. Недоста­ток песчаных грунтов — их плохое сопротивление размывающему действию текущей воды. Для предотвращения размыкания водой, откосы полотна уплотняют.

Супеси пригодны для устройства насыпей — легко разраба­тываются и уплотняются, сохраняют устойчивость при повышенной влажности.

Суглинки широко используют при возведении земляного полот­на. Однако во время увлажнения прочность их значительно снижается и становится меньше прочности песчаных грунтов и супесей.

Глины применяют для возведения насыпей в сухих местах. При увлажнении прочность глин значительно снижается по сравнению с остальными грунтами.

Для насыпей можно применять грунты, состояние которых под воздействием природных факторов практически не изменяется или изменяется незначительно и не влияет на прочность и устойчи­вость земляного полотна. К таким грунтам относятся: скальные из слабовыветривающихся неразмягчаемых горных пород; круп­нообломочные; песчаные, за исключением мелких и пылеватых; крупные супеси. Суглинки применяют для нижних слоев насыпей (ниже 0,8...1,2 м от поверхности проезжей части). Насыпи из жирных глин не возводят, так как трудно дробить комки и уплотнять эти грунты до монолитного состояния.

Пригодность грунтов для конкретных условий земляных работ определяют по их основным физико-механическим свойствам; средней плотности, плотности сложения грунта, пористости, влаж­ности, разрыхляемости, сопротивлению грунта сдвигу.

Средней плотностью грунта называется масса единицы зани­маемого им объема при естественной влажности, включая объем, занимаемый минеральными частицами и порами. Средняя плот­ность — величина переменная, может изменяться в довольно широких пределах (1,2...2,4 г/см³) в зависимости от влажности и плотности сложения грунтов.

Плотностью сложения грунта пользуются при оценке плотности грунтов в естественном залегании и искусственном их уплотнении. Под плотностью сложения грунта понимают отношение массы твердой фазы (скелета) к объему, занимаемому грунтом в состоя­нии природной влажности и ненарушенного сложения или же после искусственного уплотнения грунта.

Плотность сложения грунта р_сл, г/см³, определяют по форму­ле

где р_ср, W — соответственно средняя плотность, г/см³, и влаж­ность, %, грунта ненарушенного сложения или после уплотнения. После уплотнения плотность сложения грунта составляет 1,4...1,7 г/см³.

Пористость грунта п, % — отношение объема пор в грунте к общему объему, занимаемому грунтом:

где р — плотность твердых частиц грунта, г/см³, определяемая как отношение массы твердых частиц к их объему.

Влажность грунта — отношение массы воды, содержащейся в порах грунта, к массе сухих твердых частиц, составляющих грунт, выраженное в %. Влажность различна для одних и тех же грунтов. При заполнении водой менее 1/3 объема пор грунты считаются сухими; от 1/3 до 2/3 объема пор — влажными и при заполнении более 2/3 объема пор — мокрыми.

Разрыхляемостью называют способность грунта увеличиваться в объеме в процессе разработки. При разрыхлении соответственно уменьшается средняя плотность грунта. Коэффициент разрыхле­ния характеризует отношение объема разрыхленного грунта к объему, который он. занимал в естественном залегании. В зави­симости от вида грунта, его влажности и способа разработки сред­ние значения коэффициента разрыхления колеблются в пределах 1,08...1,32 (большие значения относятся к глинистым грунтам).

Сопротивление грунта сдвигу характеризуется углом внут­реннего трения ф и коэффициентом сцепления грунта С. Угол внутреннего трения зависит от влажности грунта, уменьшается он с ее увеличением. Сцепление грунта при одной и той же влаж­ности повышается с увеличением степени уплотнения, а при оди­наковой плотности понижается с увеличением влажности.