Технология и организация работ по уширению земляного полотна

Кафедра Аэродромов и дорог

 

УТВЕРЖДАЮ

Начальник кафедры № 4

Полковник

В.Савицкий

 

«___»_____________ 200__г.

 

 

ЛЕКЦИЯ №7

 

по дисциплине: «Реконструкция автомобильных дорог»

 

для специальности 291000: «Автомобильные дороги и аэродромы»

 

ТЕМА 6: «ТЕХНОЛОГИЯ РАБОТ ПРИ РЕКОНСТРУКЦИИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА».

 

АВТОР: старший преподаватель п/п-к ХИМИЧ А.Н.

Время: 2 часа.

 

Обсуждено на заседании

ПМК №1

«__»____________200_г.

Протокол №___

 

г.Балашиха – 2006 г.

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение

Учебные вопросы:

1. Технология и организация работ по уширению земляного полотна.

2. Технология и организация работ по исправлению продольного профиля автомобильной дороги.

3. Контроль качества и приемка работ.

 

Заключение

 

ЛИТЕРАТУРА:

1. А.П.Васильев и др. «Реконструкция автомобильных дорог. Технология и организация работ» Уч. пособ. М: МАДИ, 1998г.

2. В.Ф.Бабков и др. «Реконструкция автомобильных дорог», учебник, М., Транспорт, 1978 г.

3. Н.В.Горелышев и др. «Технология и организация строительства автомобильных дорог», учебник, М, Транспорт, 1992 г.

4. В.В.Савицкий, А.Н.Химич «Реконструкция автомобильных дорог». Курс лекций. Балашиха, ВТУ, 2005г.

 

Наглядные пособия и ТСО:

Лектор 2000, плакаты и слайды по теме лекции.

 

Задание на самоподготовку:

Изучить рекомендованную литературу и дополнить конспект.

 

Введение

 

Производство земляных работ следует проводить на участке реконструкции по однотипным технологиям. Изменение технологии производства работ допускается на основании изменения конструктивного решения по длине трассы, с особыми грунтовыми, гидравлическими, погодными, климатическими условиями и рельефом местности (искусственные сооружения, оползневые участки, косогоры, болота, глубокие (скальные) выемки, высокие насыпи (из крупнообломочных грунтов), с материалами пониженной ветровой и водной эрозионной устойчивости и т.п.).

Выбор технологии производства работ на участке реконструкции должен осуществляться на основе технико-экономического сравнения вариантов с учетом разных конструктивных решений, как земляного полотна, так и дорожных одежд, а также искусственных сооружений (водопропускных труб, мостов, тоннелей, пересечений, примыканий, подземных переходов, пересечений с магистральными трубопроводами и т.д.).

Земляное полотно следует возводить с опережением (заделом) устройства дорожной одежды. Величина задела (для сосредоточенных работ в % от объема земляных работ, для линейных в % от протяженности) определяется по прогнозируемому сроку проявления необратимых деформаций в земляном полотне для соответствующего конструктивного решения при обеспечении непрерывного и равномерного устройства дорожной одежды.

Срок прогноза определяется от момента приемки комиссией земляного полотна на участке реконструкции с заделом (земляное полотно спланировано под проектные отметки, уплотнено до требуемой степени, откосы укреплены, обеспечен водоотвод). Во время нахождения земляного полотна в заделе допускается организация движения по нему построечного транспорта с установлением расчетных ограничений по величине нагрузки и скорости движения.

Время до появления необратимых деформаций определяется расчетом при сооружении насыпей из пылеватых, тяжелых глинистых, переувлажненных, заторфованных, талых грунтов, на слабых основаниях, при производстве работ при отрицательных температурах. После окончания технологического перерыва должен быть проведен обязательный контроль состояния земляного полотна и на участках снижения нормативных показателей проведены работы по исправлению недостатков.

Реконструкция земляного полотна осуществляется в основном путем уширения существующего. Уширение может быть одно- или двухсторонним. С технологической точки зрения следует выбирать способ уширения, обеспечивающий устойчивую работу машин (особенно уплотняющих) при устройстве каждого слоя грунта независимо от высоты насыпи и глубины выемки.

 

ТЕХНОЛОГИЯ И ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТ ПО УШИРЕНИЮ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

 

Технология снятия плодородного грунта включает срезку, транспортирование, обвалование, которые выполняются бульдозерами и автогрейдерами на горизонтальных участках и на откосах при высоте насыпи и глубине выемки до 2 м. и дополнительно экскаваторами-планировщиками с телескопической стрелой, экскаваторами-драглайн при больших высотах насыпи и глубинах выемки. Толщина срезаемого слоя определяется по расчету. Работы по устройству нагорных канав, валов, водосборных колодцев и других сооружений для перехвата и отвода от дорожной полосы поверхностных, грунтовых, ливневых, поводковых и талых вод следует выполнять до работ по уширению земляного полотна, начиная с пониженных мест рельефа.

Технология разборки укрепления откосов определяется конструкцией укрепления и разрабатывается по индивидуальному проекту.

В случае возможности использования грунта резерва для уширения насыпи следует применять технологии с ведущими машинами: траншейными экскаваторами (цепного или роторного типа).

Работы по устройству дренажей, прокладке и переносу различных коммуникаций в основании земляного полотна на уширении следует выполнять до начала возведения насыпи. Плотность грунта при обратной засыпке траншей с уложенными коммуникациями, а также ям, котлованов, пониженных мест и старых водоотводных канав или кювет-резервов не должна быть меньше 1,0 от стандартной для данного вида грунта.

Поверхность основания насыпи должна быть выровнена, а в недренирующих грунтах спрофилирована с двускатным и односкатным поперечным уклоном не менее 20 %. Исключается нахождение камней, стволов деревьев и посторонних предметов с максимальным размером более 20-25 см..

Уплотнение основания насыпи и выемки на требуемую глубину следует выполнять непосредственно перед устройством вышележащих слоев. Если требуемая глубина уплотнения превышает возможную при обеспечении требуемой степени уплотнения, то уплотнение проводят послойно с предварительным снятием верхнего слоя грунта.

 

Ранее установлено, что могут иметь место следующие варианты уширения земляного полотна:

1. Двустороннее – ось реконструируемой дороги совмещается с осью существующей дороги. При этом неизбежны работы по засыпке боковых канав или резервов, досыпка откосов насыпей или срезка закрепленных дерном откосов выемок. Этот метод наиболее приемлем при малых высотах насыпей. В случае высокой насыпи при малой величине уширения довольно трудно обеспечить хорошую связь присыпаемых слоев насыпи со старым земляным полотном, а отсыпаемый грунт должным образом уплотнить и укрепить. Возможны оползания и смывы присыпаемого грунта с откосов.

2. Одностороннее уширение – ось реконструируемой дороги смещают в сторону от оси существующей дороги. Новая часть дорожной одежды частично располагается на свежеотсыпанном грунте. Однако уширение земляного полотна легче осуществить и выполнить более качественно.

 

На косогорных участках ось дороги во всех случаях целесообразно смещать к откосу, чтобы земляное полотно уширялось за счет выемки. К тому же не стоит забывать, что это возможно лишь при условии, что не будет нарушена устойчивость откоса и не будет его оползания.

Главное условие, которое должно быть при этом выполнено, заключается в том, что при любом способе уширения земляного полотна должно быть достигнуто хорошее сопряжение присыпаемого грунта со слежавшимся грунтом насыпи, обеспечивающее совместную работу старой и новой частей полотна (рис.1.1.).

 

Рис.1.1. Схемы допустимого взаиморасположения грунтов в теле насыпей:

а – симметричное уширение; б – несимметричное уширение; в – смягчение продольного профиля; 1 – связный грунт; 2 – песчаный грунт; 3 – снимаемый растительный грунт; h – минимальная толщина песчаного слоя; h≥h_к (h_к – высота капиллярного поднятия песка); i – поперечный уклон не менее 50‰.

 

Иными словами, присыпаемая часть уширенного земляного полотна должна работать совместно с существующим как единая конструкция. Это возможно лишь при благоприятном водно-тепловом режиме. Оптимальным решением в таком случае может быть применение при уширении тех же грунтов, которые использовались при строительстве дороги. Если это невозможно, необходимо уширять насыпи только качественными непылеватыми грунтами, строго соблюдая правила их расположения в теле насыпи. Поэтому стоимость реконструкции земляного полотна обычно на 30-50 % выше сооружения нового из-за необходимости применения высококачественных грунтов и усложнения технологии работ. Однако первоначальные затраты всегда оправдываются в дальнейшем увеличением срока службы дорожных одежд и снижением расходов на эксплуатацию дороги.

В последние годы существенно повысилась стоимость земляных работ в связи с ограничением, а во многих районах и полным запрещением устройства боковых резервов. В этих условияхважное значение приобретает выбор грунтов для реконструируемогоземляного полотна.

При насыпях высотой до 2 м., симметрично уширяемых с двух сторон, когда дорожная одежда располагается на существующем полотне, для досыпки можно применять любые грунты, поскольку предусматривается заложение откосов положе 1:3. Если высота насыпи более 2 м., для уширения пригодны только песчаные грунты. На сухих участках допускается использование и супесчаных грунтов.

Если насыпь высотой до 2 м. уширяют в одну сторону и на уширении располагается одна из раздельных проезжих частей дороги I категории, рекомендуется применять тот же грунт, из которого отсыпано существующее земляное полотно. При высоте насыпи более 2 м. и одностороннем уширении земляного полотна рекомендуется использовать только песчаные грунты.

В настоящее время реконструкция старых дорог выполняется в соответствии с требованиями для автомобильных дорог I технической категории. В этом случае устраивается новое земляное полотно на расстоянии, равном ширине разделительной полосы, которой придают вогнутое очертание. Воду с нее отводят в пониженные места продольного профиля. Новое земляное полотно можно возводить из любых грунтов независимо от того, из каких грунтов отсыпана существующая дорога.

Уширение насыпей на величину, меньшую ширины, необходимой для прохода землеройной или уплотняющей машины, всегда связано со значительным осложнением производства работ. Поэтому полосу уширения искусственно увеличивают по сравнению с проектной для создания условий нормальной работы землеройной техники. После окончания работ грунт можно срезать и использовать на соседних участках, если это оправдывается экономически. Подобный метод впервые был использован на железной дороге при устройстве вторых путей и полностью себя оправдал.

Если высота насыпи менее 2 м., то для повышения сцепления грунтов досыпаемого земляного полотна с существующим достаточно разрыхлить грунт откоса или нарезать в нем борозды глубиной 20-25 см..

При более высоких насыпях и при косогорах крутизной до 1:3 на откосах нарезают уступы высотой до 0,5 м., придавая им уклон 50 ‰. При насыпях из песчаных грунтов уступам придают уклон в сторону оси дороги. При глинистых грунтах уступы нарезают с уклоном, обращенным к полевой части дороги.

В симметрично уширяемых выемках (рис.1.2.) глубиной более 2 м. и особенно более 6 м. для повышения устойчивости откосов целесообразно вместо боковых канав устраивать укрепленные лотки треугольного или округленного сечения.

 

 

Рис.1.2. Возможные схемы симметричного уширения выемок

а – с серповидным сечением кювета, б – с треугольным сечением кювета.

 

Такие лотки имеют ряд преимуществ:

§ повышается безопасность движения;

§ уменьшается высота откосов, что неизбежно при боковых канавах, глубина которых всегда превышает 0,5 м.;

§ снижается объем земляных работ;

§ меньше вероятность размыва, чем при кювете трапецеидального сечения;

§ улучшаются условия снегоочистки;

§ быстрее восстанавливается летний водно-тепловой режим земляного полотна.

Расходы, связанные с укреплением лотка, окупаются в течение 3-5 лет в зависимости от стоимости применяемых материалов.

При уширении насыпей и засыпке боковых канав должна быть достигнута степень уплотнения не меньшая, чем у существующего земляного полотна. В нижней части канав грунт уплотняют машинами, используемыми для труднодоступных мест, в частности, вибротрамбующей машиной ВТМ-1, массой 5 т., производительностью 50-60 м³./смену или ВТМ-2, массой 2 т., с частотой 1200-1500 ударов в минуту. Эти подвесные машины работают с краном, получая электроэнергию от передвижной электростанции. Грунт, уложенный в верхнюю часть канав и резервов, уплотняют катками на пневматических шинах.

Нужно стремиться к достижению коэффициента уплотнения грунта досыпаемой насыпи К_у=1,03-1,05. Только при этом условии предупреждается образование просадок в местах уширения насыпей или засыпки водоотводных устройств. Чем выше плотности грунтов, тем более однородно земляное полотно. Затраты энергии на уплотнение, связанные с повышением коэффициента К_у до указанного выше значения, увеличиваются в 1,6-1,8 раза, что в денежном выражении составляет менее 10 % от стоимости уширяемого полотна. Как показала практика, дополнительные расходы, вызванные повышением степени уплотнения, окупаются впервые за счет снижения фактической стоимости работ по содержанию дороги.

На полосе, подлежащей уширению, в том числе и с откосов выемок и насыпей, бульдозером срезают растительный грунт. С откосов боковых канав или канав-резервов его снимают автогрейдером. Срезанный грунт перемещают к границам полосы отвода, где его обязательно обваловывают.

Боковые канавы и резервы, особенно во II дорожно-климатической зоне, на старых дорогах, как правило, бывают заросшими болотной растительностью и влаголюбивым кустарником. Его надо удалить кусторезом или бульдозером обязательно летом или в начале сухой осени.

В другое время в резервах застаивается дождевая вода, глубина которой в равнинной местности составляет не менее 0,2-0,3 м.. Зимой вода замерзает, а кустарник играет роль своеобразной арматуры. Удаление такого льда представляет большие трудности. Затем бульдозером снимают растительный грунт.

С откосов выемки или насыпи со стороны уширения также снимают растительный грунт. Обычно используют для этого бульдозер, а на более высоких насыпях – специальные скребки, экскаватор-драглайн или экскаватор с телескопической стрелой.

Земляное полотно уширяют только по окончании послойной засыпки водоотводных канав с составлением акта на скрытые работы. Если высота насыпи менее 2 м., то предварительно навесным рыхлителем на бульдозере разрыхляют грунт на откосах до глубины 0,2-0,25 м.. Поскольку на старых дорогах заложение откосов обычно составляет 1:1,5, грунт, подвозимый скреперами, самосвалами или землевозными тележками, разгружают у подошвы откосов и разравнивают бульдозерами, придавая слоям поперечный уклон в сторону от оси дороги не менее 50 ‰ (при связных грунтах) и 20-30 ‰ (при песчаных грунтах). Для уширения насыпей следует применять грунты, имеющие коэффициент фильтрации больший, чем грунт земляного полотна.

При симметричном уширении насыпей высотой до 2 м. и одновременном уполаживании их откосов до 1:3-1:4 ширина досыпаемой полки-полосы бывает не менее 3 м., что позволяет разравнивать грунт бульдозером и уплотнять последовательными проходами катка на пневматических шинах.

Толщину уплотняемого слоя принимают из расчета, чтобы достигаемая относительная плотность грунта была не менее плотности грунта реконструируемой насыпи и не ниже К_о=1.

На откосах насыпей высотой более 2 м. по мере их досыпки нарезают уступы бульдозером с поворотным отвалом. Вначале нарезают нижний уступ, затем на него перемещают расположенный выше рыхлый грунт, распределяя его равномерным слоем и завершая уплотнение до отсыпки следующего слоя. Этим повышается производительность работ не менее чем на 20-30 ‰.

Одной из важнейших технологических операций является уплотнение грунтов на уступах. При уширении высоких насыпей грунты рекомендуется уплотнять самоходными виброударными грунтоуплотняющими машинами с выносным рабочим органом. При отсутствии вибромолота грунт уширяемой части насыпи уплотняют сменным оборудованием, предназначенным для уплотнения грунтов в стесненных условиях. Навесное оборудование монтируют на базовые машины с гидроприводом.

Толщина слоя, уплотняемого гидропневмоударными рабочими органами, достигает 0,7-0,8 м. при частоте ударов 80-110 в минуту и относительным коэффициентом уплотнения грунта в зависимости от его свойств и естественной влажности К_о=1. При этом производительность составляет 420 м³./смену.

Преимущество навесного оборудования заключается еще и в том, что им можно уплотнять различные по свойствам грунты, в том числе и крупнообломочные. Это оборудование пригодно также для уплотнения дна дренажных траншей, что снижает процесс суффозии и тем самым приводит к увеличению срока их службы.

При отсутствии навесного оборудования уплотнение ведут проходами самоходного или прицепного катка. При этом, из соображения соблюдения техники безопасности, гусеницы трактора или колеса тягача не должны проходить ближе 0,7 м. от края уплотняемого слоя.

При глинистых грунтах, особенно пучинистых, верхнюю часть насыпей отсыпают из песчаных грунтов на высоту, равную половине глубины промерзания, но не менее чем на 0,6-0,7 м. от низа дорожной одежды, либо грунт обрабатывают малыми дозами минеральных вяжущих материалов (до 3 % по массе) на толщину не менее 0,15 м..

Выемки глубиной до 2 м. уширяют бульдозером, предварительно срезав с откосов растительный грунт. В легких грунтах можно использовать мощные автопогрузчики, которые разрабатывают грунт и одновременно грузят его на транспортные средства. В выемках глубже 6 м., после предварительной засыпки и уплотнения грунта в боковых канавах, экскаваторы с обратной лопатой или экскаваторы-драглайны располагают у верхней их бровки.

Сначала грунт снимают с верхней части откосов и грузят на автомобили-самосвалы. Затем разрабатывают откосы в нижней части, устанавливая экскаваторы на обочинах уширяемого земляного полотна.

В связи со значительными трудностями отвода земли для разработки грунтовых карьеров часто приходится возводить и уширять насыпи с использованием привозных грунтов, непригодных для сельского хозяйства, в том числе мергелей, аргиллитов, алевролитов, глинистых сланцев, а также использовать отходы промышленности (пустые породы терриконов, различные золы гидроуноса, карьерные отвалы горнорудной промышленности и т.д.). Многие из этих материалов легко выветриваются, а при увлажнении размягчаются, резко снижая сопротивление сдвигу.

Хорошая уплотняемость крупнообломочных пород и получение прочного земляного полотна обеспечиваются содержанием от 30 % до 50 % фракций размером мельче 2 мм. и до 15 % обломков крупнее 350 мм. При уплотнении влажность мелкозернистой фракции в составе крупнообломочной породы должна соответствовать тугопластичной консистенции, т.е. влажность по массе 15-20 %.

При уплотнении в летнее, сухое время требуется предварительное увлажнение крупнообломочных грунтов из расчета влажности мелкозернистой фракции, т.е. 15-20 %.

При производстве работ в дождливое время года крупнообломочные грунты после отсыпки каждого слоя нужно немедленно уплотнять, чтобы избежать переувлажнения.

В верхнюю часть насыпей толщиной до 1 м., считая от низа дорожной одежды, допускаются лишь обломки горной породы размером до 250 мм.. Содержание мелких фракций, заполняющих пустоты, не должно превышать 30 %. При меньшем содержании мелких фракций влажность при укатке увеличивается до 1,3 оптимальной.

Крупнообломочные грунты с пределом прочности на сжатие R<50 кгс./см². уплотняют в два приема. Сначала используют решетчатые 25-тонные катки, а затем катки массой 25-30 т. на пневматических шинах, осуществляющие 10-12 проходов по одному следу. Эти грунты, так же как и скальные, можно уплотнять вибротрамбующими машинами с контактным давлением не менее 10 кгс./см²., в том числе машинами с навесными гидропневмоударными рабочими органами.

Для уплотнения скальных и крупнообломочных грунтов с мелким заполнителем в порах наиболее целесообразны вибрационные, трамбующие и вибротрамбующие машины. Критерием достижения требуемой плотности служит величина осадки в 9-10 % от первоначальной высоты насыпанного слоя. На откосах осадка увеличивается до 10-12 %.

При использовании для отсыпки и уширения земляного полотна зол уноса и золошлаков гидроудаления теплоэлектростанций следует учитывать, что золы в отвалах очень неоднородны. В верхнюю часть насыпей рекомендуются золошлаки, отложившиеся на участках сброса пульпы. Толщина отсыпаемых слоев при уплотнении катками на пневматических шинах или виброкатками не должна превышать 20-25 см. в рыхлом состоянии. Применение виброударных уплотняющих машин позволяет увеличить толщину слоя до 35-40 см.. Золошлаковые смеси, влажность которых меньше оптимальной, требуется поливать из расчета нормы, установленной по методу стандартного уплотнения. Только при этом условии можно достигнуть максимальной плотности и исключить пылеообразование в процессе работы катков.

Вместо зол могут применяться и горелые породы терриконов, материалы отвалов различных карьеров, особенно горных пород, формовочные пески и другие отходы промышленности.

При уширении земляного полотна значительные трудности вызывает уплотнение на откосах, присыпанных слоем грунта. Насыпи уширяют или досыпают с запасом грунта на откосах, равным 5-10 см.. Откосы выемок не убирают на 10-15 см., чтобы при их планировке ограничиться лишь срезкой грунта. В случае укладки на откосах растительного грунта запас на планировку не предусматривают.

Откосы выемок глубиной до 2 м. и насыпей высотой до 2 м. планируют автогрейдером при крутизне откосов 1:3 - 1:4. Вначале откосы отделывают у верхних бровок. Если откосы широкие, автогрейдер планирует оставшуюся их часть при проходах у нижних бровок.

При высоте насыпей и глубине выемок до 4 м. откосы планируют навесными специальными откосопланировщиками на гусеничных тракторах или бульдозерах. Планировку выполняют так же как и автогрейдером. Вначале планируют верхнюю часть откоса проходами по верху насыпи с опущенным вниз откосопланировщиком, а затем нижнюю ее часть, наоборот, с поднятым откосопланировщиком.

При большей высоте и глубине выемок используют экскаватор-драглайн. К его тросу прицепляют при твердых грунтах скребок, при мягких грунтах – швеллер. При отделке откосов экскаваторами предварительно намечают линию их движения на расстоянии 2,5-2,8 м. от бровок насыпей.

При планировке откосов с успехом применяют и экскаваторы с телескопической стрелой, делая два прохода для планировки сначала верхней части откоса, затем, выдвинув стрелу, планируют нижнюю часть откоса. За два прохода планируется откос шириной до 7 м., как сверху, так и снизу.

Таким образом, уширение земляного полотна может осуществляться по различным вариантам. При этом возможные варианты должны сопоставляться с особой тщательностью с тем, чтобы целесообразность окончательного варианта была достаточно обоснована. При сопоставлении надо четко перечислить достоинства и недостатки каждого из возможных вариантов, рассчитать расходы материалов по каждому из них, привести технологию работ, определить потребность в машинах, подсчитать стоимость работ и только после сопоставления по всем показателям можно установить рациональный вариант.