Повышение устойчивости откосов земляного полотна

 

В предыдущем параграфе был затронут вопрос о деформации земляного полотна, вернее его откосов, в виде оползней и оплывов. Характерны они для откосов глубоких выемок и возникают в результате выклинивания грунтовой воды или водонасыщения при промерзании и оттаивании. Радикальные меры, полностью гарантирующие устойчивость откосов, в сложных условиях требуют выполнения инженерно-геологической съемки, производства необходимых расчетов с последующей разработкой соответствующего проекта.

Однако во многих случаях, как показал многолетний опыт эксплуатации дорог, при реконструкции можно с успехом ограничиться повышением устойчивости откосов путем проведения сравнительно несложных инженерных мероприятий.

Известно, что поверхность откосов земляных сооружений разрушается под действием воды, ветра и различных атмосферных факторов, так же как и поверхность горных пород в естественном залегании. Разрушение откосов идет тем интенсивнее, чем меньше прочность грунта и чем круче откос. Стекающая по откосу вода производит особо разрушительное действие на лессовидные и подобные грунты, образуя глубокие промоины. Значительные разрушения может произвести вода, текущая вдоль полотна у самой подошвы откоса. Размыв грунта и подмыв откоса в его нижней части вызывает обрушение вышележащего массива грунта и более значительные деформации, захватывающие тело насыпи.

На поймах рек, берега озер откосы насыпей подвергаются ударному воздействию волн, а также напору и ударам льда.

Воздействие ветра на грунт откосов проявляется в выдувании отдельных частиц. Особенно сильно выдуваются пылеватые и мелкопесчаные грунты в сухие сезоны года. Сильно выдуваются обочины, особенно у бровки.

Все указанные процессы разрушения поверхности откосов происходят с разной интенсивностью в зависимости от свойств грунта и климатических условий. Результаты разрушения постепенно накапливаются и с течением времени вызывают нарушение устойчивости откосов земляного полотна.

Конструкцию укрепления откосов земляного полотна выбирают с учетом возможного воздействия природных факторов и наличия местных материалов, пригодных для укрепительных работ.

Основным видом укрепления неподтапливаемых откосов является засев их многолетними травами, особенно гидропосев травосмесей с мульчированием. Создание на откосах земляного полотна густого прочного дернового покрова существенно повышает их устойчивость.

Этот вид укрепления часто сочетается с устройством решетчатого укрепления из сборных железобетонных элементов. Такую конструкцию обычно применяют для укрепления откосов глубоких выемок и высоких насыпей. Создание сплошных защитных слоев из сборного или монолитного железобетона применяют обычно на пойменных участках, на подходах к мостам. Откосы насыпей и выемок при глинистых или песчаных грунтах в горных условиях часто укрепляют укладкой на них каменного материала слоями различной толщины или мощением штучным камнем.

Укрепление откосов созданием дернового покрова может быть осуществлено двумя способами: механизированным или гидропосевом трав по слою растительного грунта, уложенного на откосах, или гидропосевом трав без предварительного создания растительного слоя на откосах.

При первом способе на откос укладывают растительный грунт слоем 10-15 см., а затем производят посев трав.

При гидропосеве применяют смесь, состоящую из семян трав, минеральных удобрений, мульчирующего материала, пленкообразующего компонента и воды.

Мульчирующий материал в виде измельченной соломы или опилок и пленкообразующий материал, чаще всего это битумная эмульсия или латекс, создают на откосе благоприятные условия для роста и развития трав и предохраняют откос от водной и ветровой эрозии.

Состав смеси семян трав подбирают из различных сортов с учетом климатических условий района. Посев трав возможен с ранней весны до поздней осени. При засушливой погоде применяют искусственное увлажнение.

Для гидропосева применяют специальные машины, состоящие из цистерны с лопастной мешалкой, насоса, шлангов и гидромонитора для разбрызгивания смеси по откосу. Смесь распределяют по откосу при движении машины вдоль нижней или верхней части откоса. Как правило, распределение смеси производят за несколько проходов гидросеялки на одной захватке, чтобы избежать стекания рабочей смеси с откоса.

Если грунт откоса сухой, то его предварительно увлажняют. Производительность гидросеялки в среднем составляет около 4000 м²/смену и зависит от величины откосов, расстояния между объектом работ и базой заправки.

Распределение растительного грунта на откосах земляного полотна с рабочими отметками до 3,5 м. можно выполнять автогрейдерами или бульдозерами, оборудованными откосниками. При больших отметках растительный грунт распределяется экскаватором-драглайном. В зависимости от местных условий при рабочих отметках земляного полотна до 8 м. растительный грунт распределяют с нижних или верхних стоянок экскаватора. Грунт забирают ковшом из заготовленных заранее валов, расположенных вдоль бровки или подошвы откоса. Разравнивание растительного грунта на откосе после его распределения экскаватором-драглайном производят экскаватором-планировщиком. Разравнивать грунт удобнее с верхних стоянок экскаватора.

Планировку производят с перекрытием 1/3 предыдущего следа. Применяют и дражированные семена, включающие удобрения и прочие компоненты.

Надежным и дешевым способом укрепления откосов выемок является посадка влаголюбивых пород деревьев со стержневой корневой системой, а также кустарников со стелющейся корневой системой при одновременном посеве многолетних трав.

На откосах насыпей, особенно высоких, высаживают шиповник, лозу, пузырник, облепиху и др. Засухоустойчивые декоративные древесно-кустарниковые насаждения и травы. Для выращивания 1 г. листьев (в пересчете на сухую навеску) корневая система влаголюбивого дерева отсасывает из грунта не менее 1000 г. воды.

Посев трав, посадка деревьев и кустарников, одновременно укрепляя откосы, украшает земляное полотно и способствует его осушению. В пониженных местах вогнутых вертикальных кривых для сброса воды с проезжей части по откосам земляного полотна нужно укладывать телескопические бетонные лотки.

Укрепление откосов из сборных железобетонных элементов с образованием решетчатой конструкции производят в следующей технологической последовательности:

§ подготовка откосов, т.е. планировка и уплотнение;

§ устройство бетонного упора у подошвы откоса;

§ монтаж железобетонных элементов решетчатой конструкции;

§ заполнение клеток растительным грунтом с посевом трав (клетки могут быть заполнены также щебнем или гравием).

 

Монтаж решетчатой конструкции укрепления из сборных элементов осуществляется снизу вверх. Подачу элементов производят краном; места стыковки омоноличивают; грунт, гравий или щебень для заполнения ячеек подают также краном, оборудованным грейферным ковшом.

Кроме сборных решетчатых конструкций для укрепления не подтопляемых откосов применяют укладку гравия или щебня слоем 10-15 см. После распределения и разравнивания этого материала на откосе производят его уплотнение с помощью площадочных вибраторов или катком, монтируемым на тросах к экскаватору-драглайну.

Укрепление скальных откосов в выемках и полувыемках, подверженных естественному разрушению (выветриванию) выполняют методом пневмонабрызга бетоношприцмашиной. Основа метода заключается в том, что на поверхность откоса с помощью сжатого воздуха распределяют известково-гипсовую, цементо-грунтовую, цементо-песчаную или цементобетонную смесь. Пневмонабрызг позволяет укладывать смеси без опалубки и не требует последующего уплотнения смеси. Применяют конструкции: облегченные – толщиной 25 мм.; средние – 40-60 мм, усиленные до 100 мм. (с металлической сеткой); мощные – толщиной 100 мм. и более с металлической сеткой и закреплением анкерами. Рабочую смесь наносят на откос снизу вверх с обязательным последующим уходом влажным способом.

Укрепление песчаных откосов насыпей в засушливых районах производят путем создания на них покрытия из щебня, гравия, грунта, обработанного вяжущими материалами, или глинистого грунта. Щебень (гравий) распределяют по откосу слоем 10-15 см. В основании откоса материал распределяют на ширину 1 м. для создания упора. Для укрепления песчаного грунта применяют органические вяжущие материалы: битум, деготь, нефтяные остатки и отходы промышленности.

Укрепление откосов каменной наброской производят для защиты их от размыва и подмыва текущей водой и разрушающего действия волн. Благодаря простоте осуществления, надежности и большим срокам службы защита откосов каменной наброской является распространенным типом укрепления. Для этого применяют различный камень по минералогическому составу и размерам, обладающему морозостойкостью не менее М_рз 100-150. Толщину наброски принимают равной 2-3 размерам наибольших камней.

Укрепление откосов бетонными покрытиями, уложенными на слой щебня или гравия толщиной 10-20 см., служит для защиты их от воздействия течения воды, ударов волн и ледохода. В нижней части откоса, у основания насыпи, делают упор из сборных бетонных элементов, монолитного бетона или из камня в виде призмы.

Рассмотренные способы укрепления откосов земляного полотна и повышение за счет этого их устойчивости касаются случаев разрушения поверхности откосов от воздействия атмосферных явлений и поверхностных вод.

В последние годы очень часто применяют геосинтетические материалы (георешетки, геосетки, геоячейки, геополотно) и комбинации этих материалов с травосеянием, указанными выше каменными материалами и смесями и грунтами укрепленными вяжущими. Устраиваются конструкции из геополотна совместно с биоматериалами в виде рулонов, которые раскатываются по откосам.

В случаях полного нарушения устойчивости откосов выемки со сплывом грунта в боковые канавы и даже на обочины рекомендации по их укреплению разрабатывают индивидуально после обстоятельных инженерно-геологических обследований. Не менее опасно воздействие и подземной воды.

В местах выхода на откосы выклинивающихся родников откос снизу подрезают, устраивая, в зависимости от глубины выемки, полку шириной 1-3 м., и укладывают трубчатую дрену диаметром 0,15 м. с обратным фильтром из чистого морозостойкого щебня или гравия. Перфорированную трубу целесообразно предварительно обернуть синтетическим нетканым материалом или стеклотканью.

Место вырезки грунта засыпают морозо- и водоустойчивыми материалами: гравием, камнем, щебнем, металлургическим шлаком и др. Из трубы делают отвод воды в пониженное место.

В последние годы успешно применяют новые конструкции перехватывающих дренажей из сплошных гофрированных пластмассовых или алюминиевых вертикальных водопроницаемых листов, в нижней части которых расположена дренажная труба. Они могут обеспечить осушение массива грунта на высоту до 3 м.. В этом случае отсутствует необходимость в устройстве с низовой стороны водонепроницаемого экрана, что значительно снижает стоимость устройства дренажа. Применение пластмассовых листов существенно усиливает процесс осушения земляного полотна. Производительность работ повышается не менее чем в 2,5-3 раза из-за отсутствия необходимости в устройстве обратных фильтров.

Повышению устойчивости верхней части откоса глубокой выемки обычно способствует устройство перехватывающего дренажа глубиной до 3 м. на расстоянии не менее 5 м. от ее бровки.

Откосы насыпей высотой более 6 м., возведенных из иловатых грунтов, аргиллитовых или глинисто-сланцевых обломков, мергелей и других аналогичных горных пород, очень часто деформируются. Особенно часто деформации наблюдаются с низовой стороны земляного полотна по отношению к склону местности.

Основной причиной нарушения устойчивости откосов насыпей является низкая водо- и морозостойкость, а также высокая дробимость горных пород, из которых они возведены. Чтобы повысить устойчивость откосов, сложенных из легко выветривающихся горных пород, с низовой стороны устраивают упорные призмы из галечника, гравия или гравелистого песка.

Повышению устойчивости способствует и уширение насыпи в низовую сторону.

Для предупреждения заиливания упорной призмы грунтом уширяемой насыпи желательно между ней и призмой закладывать противозаиливающую прокладку из стеклоткани, полимерного материала и т.п.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В данной лекции мы рассмотрели: от чего и как происходит снижение прочности земляного полотна на участках с неудовлетворительным водно-тепловым режимом и как противостоять этому. Приведено несколько способов повышения прочностных характеристик земляного полотна и вариантов повышения устойчивости откосов земляного полотна.

 

Старший преподаватель кафедры №4

 

подполковник А.Химич.