3.2. Проектирование земляного полотна

3.2.1. Основные принципы проектирования земляного полотна

Земляное полотно следует проектировать с учетом местных природных условий и в общем комплексе с дорожной одеждой. Геометрические элементы земляного полотна должны обеспечивать удобное и безопасное движение автомобильного транспорта с расчетными скоростями и заданными нагрузками. Земляное полотно должно быть прочным и устойчивым в течение всего года. Под прочностью следует понимать способность земляного полотна сохранять, не деформируясь под действием внешних сил и природных факторов, приданные ему при строительстве форму и размеры; под устойчивостью – сохранение предусмотренного проектом положения в пространстве без смещения и просадок.

Природные условия, при которых прокладывают трассу автомобильной дороги, влияют на долговечность работы дороги. К местным природным условиям относят климатические, топографические, геологические, почвенно-грунтовые и гидрогеологические условия, а также растительный покров местности.

От климатических условий зависят степень увлажнения земляного полотна, заносимость его снегом, а также типы укрепления откосов насыпей или откосов выемок.

В зависимости от топографических условий (рельефа местности) проектируют план трассы дороги, продольный и поперечные профили земляного полотна. Рельеф местности влияет на характер поверхностного стока воды, степень увлажнения местности, стоимость сооружения земляного полотна и способы выполнения земляных работ.

От геологических условий зависит поиск и возможность использования местных строительных материалов при сооружении земляного полотна.

Почвенно-грунтовые условия определяют конструкцию дорожной одежды и земляного полотна. От рода грунта зависит устойчивость и степень уплотнения насыпи.

Гидрогеологические условия влияют на назначение высоты насыпи, тип укрепления земляного полотна, а также на размеры водоотводных сооружений.

От растительного покрова местности зависит объем поверхностного стока воды, скорость просыхания земляного полотна, а также выбор типа укрепительных материалов.

Природные условия района строительства автомобильной дороги характеризуется комплексом погодно-климатических факторов с учетом деления территории нашей страны на пять дорожно-климатических зон [8].

Наряду с климатическими условиями района проектирования и строительства автомобильной дороги, большое значение имеют физико-механические свойства грунтов, из которых возводится земляное полотно.

Важными показателями физико-механических свойств грунтов являются их связность, влажность и плотность.

Связность грунта характеризуется его сопротивлением растягивающим напряжениям в определенном интервале влажности. Чем больше в грунте содержится глинистых частиц, тем большей связностью он обладает в сухом состоянии.

Влажность грунта – отношение массы воды, содержащейся в грунте к массе сухих грунтовых частиц (скелету грунта) в том же объеме.

Плотность или степень уплотнения грунта связана с количеством содержащихся в нем пор, занятых водой и воздухом. Степень уплотнения характеризуется плотностью грунтовых частиц в сухом состоянии. Между плотностью влажного грунта , его влажностью W и плотностью скелета существует следующая зависимость, г/см³

, (40)

где W – влажность, доли единицы.

Наибольшую устойчивость грунта можно обеспечить при условии его уплотнения до максимальной плотности, соответствующей оптимальной влажности.

Под оптимальной влажностью грунта W_опт по уплотнению понимают влажность, при которой можно достичь его наибольшей плотности при одинаковой (в соответствии с установленным стандартом) работе по его уплотнению.

Для получения устойчивого земляного полотна грунты при постройке дорог подвергают искусственному уплотнению. Степень уплотнения грунта определяется величиной коэффициента уплотнения, который представляет собой отношение плотности скелета грунта в конструкции к максимальной плотности скелета того же грунта при стандартном уплотнении, т.е. .

На прочность и устойчивость земляного полотна существенное влияние оказывают вид грунта, а также условия увлажнения дороги в процессе ее эксплуатации. Ниже даны характеристики физико-механических свойств различных грунтов с точки зрения их использования в дорожном строительстве.

Пески. Характеризуются отсутствием связности и пластичности вследствие незначительного содержания глинистых частиц (менее 3%), малой высотой капиллярного поднятия (0,2 – 0,3 м), служат хорошим материалом для возведения насыпей в переувлажненной местности. Откосы насыпей, возведенных из песка, требуется укреплять во избежание размыва текущей водой и выветривания.

Песок пылеватый – малосвязный грунт, устойчивость которого при насыщении водой снижается, на откосах могут образовываться сплывы. Не рекомендуется для устройства земляного полотна в местах повышенного увлажнения. Высота капиллярного поднятия 0,3 – 0,5 м.

Легкие и крупные супеси. Легкая супесь – хороший материал для устройства земляного полотна как в сухих, так и во влажных местах. Высота капиллярного поднятия воды – 0,3 – 0,5 м, водопроницаемость удовлетворительная. Пылеватые супесчаные грунты, содержащие более 50% частиц диаметром мельче 0,25 мм, менее устойчивы в переувлажненном состоянии. При промерзании они склонны к накоплению влаги и пучению. Высота капиллярного поднятия воды 0,8 – 1,5 м, водопроницаемость незначительная. Тяжелая супесь имеет высоту капиллярного поднятия воды 0,5 – 0,8 м, водопроницаемость удовлетворительная. Без крупноскелетных добавок грунт малоустойчив даже в сухой период года.

Суглинки. Отличаются хорошей связностью вследствие значительного содержания глинистых частиц. В сухом состоянии обладают высокой прочностью. Высота капиллярного поднятия воды составляет от 1 м до 2 м и более. В пойменных суглинистых насыпях при спаде высоких вод обратное движение воды, ранее проникшей в насыпь, может вызвать гидродинамическое давление, приводящее к обрушению откосов.

Глины. В сухом состоянии обладают очень большой плотностью и связностью. Эти грунты применяются для возведения земляного полотна, если их влажность не превышает оптимальную. В переувлажненном состоянии глинистые грунты переходят в мягкопластичное и текучее состояние.

Скальные, щебенистые и гравелистые грунты, за исключением слабых пород (мергели, мел, глинистые сланцы и др.) служат хорошим материалом для устройства земляного полотна.

Грунты, имеющие большое количество примесей (илистые, торф, гипсоносные и сильнозасоленные), а также черноземы с большим содержанием гумуса малопригодны для устройства земляного полотна.