Технология и организация работ по исправлению продольного профиля автомобильной дороги

 

Для исправления продольного профиля необходимо производить работы по увеличению высоты насыпей и глубины выемок.

Таким образом, если для повышения категории без исправления продольного профиля достаточно проведение уширения земляного полотна, то увеличение высоты насыпей и глубины выемок требуем проведения дополнительно следующих работ:

§ увеличение уширения при сохранении крутизны откосов;

§ разборка и разрушение дорожной одежды при реконструкции выемок;

§ засыпка грунтом старой дорожной одежды и возведение новой или наращивание (усиление) старой дорожной одежды;

§ если изменять крутизну откосов, то следует производить работы по устройству специальных несущих конструкций, обеспечивающих как местную, так и общую устойчивость откосов.

Выбор варианта следует проводить при техникоэкономическом сравнении для каждого способа работ для соответствующей конструкции, как земляного полотна, так и дорожной одежды.

При выборе технологии углубления выемки следует учитывать объем работ, максимальную глубину разработки грунта, конструкцию дорожной одежды, водоотводных сооружений, укрепления откосов. Одноковшовые экскаваторы, бульдозеры и самосвалы составляют оптимальный отряд машин, который может наиболее эффективно применяться для всех указанных видов работ.

Работы по углублению выемки следует начинать с границы перехода выемки в насыпь. В первую очередь следует устроить временный водоотвод путем нарезки нагорной и боковых канав с выводом потока воды в элементы водоотвода насыпи. Работы начинаются от откоса к оси дороги. Проведение работ по углублению выемки следует выполнять с двух сторон от насыпей к границе водораздела в выемке. Если требуется разрушение дорожной одежды, то к началу работ по углублению на полосе дорожной одежды такие работы должны быть закончены.

На участке до 100 м. от границы с насыпью углубление выемки следует производить бульдозерами с перемещением грунта в уширение насыпи под уклон.

При длине участка 100-150 м. работы рационально вести скреперами (полуприцепными с вместимостью ковша до 15 м³.).

При длине участка более 500 м. работы следует проводить отрядом машин с ведущей – экскаватором или самоходными скреперами.

Углубление следует выполнять одноковшовым экскаватором – обратная лопата. Модель экскаватора выбирается из условия обеспечения разработки грунта на всю требуемую глубину с одного горизонта расположения машины. Недобор грунта может составлять 5-15 см.. Зачистка разработанного забоя выполняется бульдозером с обеспечением соответствующих уклонов. Окончательная планировка под проектные отметки выполняется автогрейдером после уплотнения грунта.

При решении увеличения высоты насыпей за счет слоя грунта, при толщине этого слоя более 30 см. нужно устраивать слой грунта непосредственно на старой дорожной одежде из песчаных дренирующих непучинистых грунтов с коэффициентом фильтрации более 2 м./сут. для исключения образования верховодки с выходом на откос. Верхние слои грунта следует устраивать из любых типов грунтов, но желательно из такого же типа как старая насыпь. На дорогах II-Iа категорий между слоями песчаного и глинистого грунта следует уложить разделительный слой из геоматериалов.

Если реконструируется участок с пучинами, то возможно применение следующих технологий:

1. замена пучинистого грунта на непучинистый;

2. обработка пучинистого грунта вяжущими для преобразования его в непучинистый;

3. укладка слоя теплоизолирующего материала;

4. устройство свай или траншей с нагнетанием через них растворов вяжущих укрепляющих грунт;

5. устройство свай-дрен или траншей с заполнением их дренирующим материалом для улучшения водоотвода.

 

Первые две технологии требуют предварительно выполнять разборку дорожной одежды. Третья технология применяется в условиях, когда материалы дренирующего слоя дорожной одежды имеют коэффициент фильтрации более 2 м./сут. и следовательно излишняя вода может удаляться через дрены и дренирующий слой.

Четвертая технология применяется с использованием неорганических вяжущих, которые многие годы поглощают воду, набирая прочность, и при этом происходит преобразование пучинистого грунта в непучинистый.

Технология с нагнетанием вяжущих включает последовательно следующие работы:

§ устройство свай буровыми установками (диаметр 100-150 мм.) или траншей-баровыми машинами, траншейными цепными экскаваторами (шириной до 150 мм.) на глубину низа слоя пучинистого грунта;

§ нагнетание в сваю или траншею раствора вяжущего;

§ восстановление слоев дорожной одежды в траншеях и сваях;

§ устройство поверхностной обработки.

Бурение свай и устройство траншей выполняется прежде в местах образования бугров и поднятий. Кроме этого сваи бурятся в шахматном порядке на расстоянии 2,2-2,5 м. друг от друга, а траншеи нарезаются как вдоль, так поперек оси дороги через 2,0-3,0 м. друг от друга.

Технология с заполнением дренирующим материалом включает последовательность следующих работ:

§ устройство свай буровыми установками (диаметр 180-250 мм.) или траншей-баровыми машинами или траншейными цепными экскаваторами (шириной 200-250 мм.) на глубину низа слоя пучинистого грунта;

§ засыпка свай и траншей мелкозернистым (фр.10-20) чистым каменным материалом на толщину слоя пучинистого грунта;

§ пропитка каменного материала гидрофобизирующим раствором (стабилизатор, кремнийорганическая жидкость и т.н.;

§ уплотнение каменного материала;

§ восстановление слоев дорожной одежды в сваях и траншеях;

§ устройство поверхностной обработки.

Бурение свай и устройство траншей выполняется обязательно в местах бугров и поднятий, также как и в п.3.51 только расстояние между сваями должно оставлять 1,2-1,5 м. и траншей 1,5-2,0 м..

 

Прежде чем переходить к технологии и организации работ по исправлению продольного профиля, необходимо напомнить причины, вызывающие необходимость производства сложных и дорогостоящих работ.

Как показывает опыт длительной эксплуатации дорог различных категорий, проведение работ по исправлению продольного профиля дороги, как правило, требуется в следующих случаях:

§ на заниженных участках с необеспеченным поверхностным водоотводом;

§ на пучинистых участках земляного полотна;

§ на участках обертывающего профиля с необеспеченной видимостью в пересеченной местности;

§ для смягчения крутых подъемов и спусков и улучшения условий движения;

§ для обеспечения плавности дороги в продольном профиле, особенно на старых дорогах с пилообразным профилем, и создания условий для движения с высокими скоростями.

 

Как правило, первые три случая наблюдаются на дорогах, построенных в 30-40 годы по, так называемому, обертывающему профилю.

Отметки земляного полотна на многих участках реконструируемых дорог не удовлетворяют современным требованиям к возвышению бровки земляного полотна над источниками увлажнения и средним многолетним уровнем снегового покрова на окружающей местности. Эти требования не постоянны, они изменяются при каждой переработке технических условий в виде строительных норм и правил. В то же время буквальное соблюдение все возрастающих требований к превышению бровки земляного полотна над уровнями источников увлажнения привело бы к необходимости полной перестройки многих дорог на значительном протяжении.

Правильное решение необходимо искать в общем улучшении отвода воды от дороги и в уменьшении приноса к ней снега путем создания снегозащитных насаждений на придорожной полосе. Единственным препятствием к практической реализации этой идеи может служить только недостаточная ширина полосы отвода, которую при реконструкции лишь в редких случаях удается привести в соответствие с новой категорией дороги. Поэтому реконструированные дороги, как правило, будут требовать более интенсивного зимнего содержания, чем вновь строящиеся.

Необходимое возвышение низа дорожной одежды над уровнем длительного стояния источников увлажнения (грунтовые или поверхностные воды) может быть найдено путем расчета по теоретическим формулам накопления влаги в земляном полотне. Этот вопрос нашел свое практическое воплощение в трудах профессоров И. А. Золотаря, В.М. Сиденко и других ученых.

Однако стремление к точности и полноте отражения в математике физических процессов, происходящих в грунте, всегда неизбежно сочетается с осложнением получаемых закономерностей и введением дополнительных параметров, характеризующих технические свойства грунтов и материалов конструктивных слоев дорожных одежд, методика определения расчетных значений которых еще не установлена. Учитывая также, что свойства грунта и условия увлажнения существенно меняются по протяжению дороги и что погодно-климатические факторы неодинаковы в разные годы, можно считать достаточно оправданным использование для расчета возвышения земляного полотна при реконструкции дорог более простых приближенных зависимостей, к числу которых принадлежат формулы проф. Н. А. Пузакова.

Теоретические расчеты могут в некоторых случаях указывать на необходимость сравнительно небольшого поднятия бровки земляного полотна – на 20-30 см.. Хорошую дорожную одежду, на которой в процессе предшествующей эксплуатации дороги не наблюдалось образования пучин, нет необходимости разрушать для небольшой подсыпки. Можно ограничиться усилением дорожной одежды. В этом случае ее толщину рассчитывают исходя из значений модуля упругости конструктивных слоев, учитывающих старение материалов в процессе эксплуатации. Одновременно должны быть тщательно обеспечены поверхностный отвод воды от дороги и планировка придорожной полосы, полностью исключающие возможность застоев около земляного полотна поверхностной воды.

Рассмотрим возможные методы перестройки пучинистых участков без поднятия насыпи:

1. Устранение источников увлажнения земляного полотна. Это достигается организацией поверхностного отвода воды с придорожной полосы.

Этот элемент борьбы с пучинами обязателен во всех случаях. Прочистка водоотводных канав и планировка придорожной полосы, устраняя возможность застоев воды у земляного полотна, снижают проникание в него воды в осенний период.

Второй способ – понижением уровня грунтовых вод путем устройства дренажей. Этот метод в связи со сложностью его осуществления, высокой стоимостью и недостаточной надежностью работы находит при реконструкции дорог малое распространение. Он может быть использован не во всех случаях из-за трудности вывода воды из дренажных труб в пониженные места. Кроме того, дренажи требуют весьма тщательного эксплуатационного надзора, при отсутствии или при недостаточности которого быстро засоряются и перестают действовать.

Третий способ – устройством перехватывающего дренажа, если пучение вызывается грунтовыми водами, поступающими со стороны косогора.

Эти дренажи работают более надежно, чем понижающие, но также нуждаются во внимательном содержании. Засорение их может приводить к оползанию откосов.

2. Замена пучинистых грунтов, подверженных пучинообразованию, устойчивыми (устройство верхней части земляного полотна из песка, укладываемого слоем не менее 50-60 см.). Из нижней части слоя должен быть обеспечен отвод накапливающейся воды. Необходимую толщину слоя определяют исходя из ограничения суммарной величины вспучивания. Этот метод наиболее надежен.

3. Прерывание капиллярного, пленочного или парообразного поднятия воды из увлажненных глубинных слоев грунта:

§ устройством в земляном полотне водонепроницаемых прослоек, преграждающих путь влаге в расположенные выше слои земляного полотна. Применяются грунты, обработанные органическим вяжущим (слой в уплотненном состоянии 3-5 см.), рулонные гидроизоляционные материалы, укладываемые в 2-3 слоя. В настоящее время наиболее доступным гидроизоляционным материалом является полиэтиленовая пленка, сочетающая высокую паро- и водонепроницаемость с морозоустойчивостью, прочностью и неподверженностью гниению. Водонепроницаемые прослойки рекомендуется укладывать ниже глубины промерзания, располагая выше их, в случае необходимости, теплоизоляционные слои. Грунты над изолирующей прослойкой необходимо предохранять от увлажнения дождевой или поверхностной водой, укрепляя обочины и обеспечивая надежную работу системы водоотвода;

§ устройством в земляном полотне прослоек из гравия, крупнозернистого песка, керамзита и других пористых материалов, прерывающих капиллярное поднятие влаги. Засорение прерывающей прослойки грунтом снижает или даже полностью прекращает эффективность ее действия. Поэтому необходимо предусматривать защиту ее от засорения по принципу обратного фильтра.

4. Предохранение земляного полотна от промерзания – устройство под дорожной одеждой теплоизолирующих прослоек, задерживающих промерзание. Раньше для их устройства широкое применение находили котельный шлак, торф или керамзит. Все эти материалы должны быть надежно защищены от проникания в них воды, т.к. насыщение влагой резко снижает эффективность их теплоизолирующего действия.

Развитие технологии полимеров открывает возможность использования для теплоизолирующих прослоек эффективных водонепроницаемых материалов типа пенопластов. Эти материалы сочетают высокие теплоизоляционные свойства с водонепроницаемостью. В настоящее время прослойки делают из отдельных плит, заливая швы водонепроницаемыми составами.

Большая часть описанных методов требует полной перестройки земляного полотна и пригодна лишь для небольших участков. Выбор противопучинных мероприятий на реконструируемых дорогах должен осуществляться на основе технико-экономического анализа их эффективности. Сравниваемые мероприятия должны намечаться на основе изучения причин, вызывающих пучинообразование.

Во всех случаях противопучинные мероприятия должны сопровождаться укреплением обочин, предотвращающим просачивание через них воды в основание дорожной одежды.

Реконструкция насыпей, особенно высоких, с поднятием их бровок является технически трудной задачей. С увеличением высоты насыпи повышается и степень вероятности ее осадки и сползания вновь отсыпанного грунта по откосу.

Работы начинают со срезки бульдозером растительного грунта с откосов насыпи. Если на откосах имеются шлейфы песка, щебня, гравия или других материалов, отличающихся по своим физико-механическим свойствам от свойств грунта, из которого возведена насыпь, то их снимают экскаватором. Затем земляное полотно послойно уширяют до уровня бровки в соответствии с новой рабочей отметкой.

При подъеме земляного полотна на величину, большую, чем проектная толщина дорожной одежды с коэффициентом прочности К_п > 0,8, дорожную одежду целесообразно удалить, т.к. каменный материал может быть использован для укрепления обочин и верхней части насыпи.

Дорожную одежду надлежит вскирковать и раздробить кулачковыми катками. Получаемый материал, как правило, пригоден для дальнейшего применения. При содержании в нем известняковых частиц свыше 25-30 %; размером мельче 0,5 мм., обладающих большой пластичностью, к нему добавляют 20-25 % песка, желательно крупнозернистого, и после перемешивания распределяют по всей ширине земляного полотна, уплотняя при оптимальной влажности. Но если в изношенный щебеночный материал ввести местные малоактивные вяжущие (различные золы, известь, гранулированный шлак, цементную пыль, битуминозные пески естественного происхождения, отходы от промывки цистерн и танкеров), то его можно применять и для устройства подстилающего слоя дорожных одежд.

При коэффициенте прочности дорожной одежды К_пр < 0,6, особенно на пучинистых участках, существующая дорожная одежда обычно сильно загрязнена и гранулометрический ее состав весьма неоднороден. Такую изношенную дорожную одежду не следует оставлять в теле земляного полотна, засыпая грунтом, чтобы не создавать условия для образования в теле земляного полотна верховодки.

Удалив дорожную одежду, грунт в корыте разрыхляют на глубину 10 см.. Затем корыто заполняют таким же грунтом, как в земляном полотне с послойным уплотнением. Толщину слоев принимают не более 0,6-0,7 от рекомендуемой инструкцией по производству земляных работ для данной уплотняющей машины. Строго соблюдая оптимальную влажность, грунт уплотняют до коэффициента К₀ = 1,03-1,05. Подобная чрезвычайно важная технологическая операция должна строго соблюдаться, пока не будет заделано корыто, образовавшееся после удаления ранее существовавшей дорожной одежды. Если применяемый грунт неоднороден по своим свойствам, то после его распределения каждый слой необходимо перемешать автогрейдером до получения однородного состава и лишь после этого уплотнять.

Образование верховодки в теле земляного полотна может быть предотвращено только при чрезвычайно тщательном производстве земляных работ по заделке корыта.

После этого земляное полотно необходимо спрофилировать, придав его поверхности двускатный поперечный профиль с уклоном не менее 40 ‰, а затем послойно его досыпать до проектной отметки.

Чтобы достигнуть высокой степени уплотнения, соответствующей грунту длительное время эксплуатировавшегося земляного полотна, толщину отсыпаемых слоев нужно принимать на 20-25 % меньше рекомендуемых инструкцией по уплотнению для применяемого катка. Наиболее целесообразно применение катков на пневматических шинах, допускающих изменение давления в шинах с 2-3 кгс./см². (в начальной стадии уплотнения) до 3-4 кгс./см². – для супесей и 6-8 кгс./см². – для суглинков на заключительной стадии уплотнения. Пески уплотняют при давлении в шинах 2-3 кгс./см².

При досыпке земляного полотна песчаными грунтами отсутствует необходимость в предварительной их подкатке легкими катками. Для достижения необходимой степени уплотнения нужно, чтобы естественная влажность связных грунтов составляла (0,8-1,2). При связных грунтах необходимо 14-16 и при песчаных 10-12 проходов по одному следу.

В случае досыпки земляного полотна крупнообломочными, гравелистыми, крупнощебеночными, дресвяными несвязными и малосвязными грунтами, содержащими до 5-6 % глинистых частиц, целесообразно вести уплотнение виброкатками массой 4-5 т. при толщине слоя до 40 см.. Песчаные грунты можно уплотнять более тяжелыми виброкатками при толщине слоя до 60 см. и числе проходов 3-4, но со строгим соблюдением оптимальной влажности.

Для предотвращения обрушения откосов и сползания катков под откос при досыпке насыпи на высоту более 2 м., особенно при использовании прицепных катков на пневматических шинах, первый и второй проходы выполняют на расстоянии 2 м. от бровки насыпи, смещая каждый последующий проход на 1/3 ширины катка от оси, но не приближаясь к бровке ближе 0,5 м.. Крайние полосы земляного полотна шириной до 0,5 м. уплотняют вибрационными плитами массой 500-600 кг.. Во всех случаях поверхностные слои откосов до глубины 0,5-0,7 м. все же остаются недоуплотненными. При насыпях высотой от 2 до 10 м. откосы доуплотняют одновальцовыми вибрационными катками, которые опускают и поднимают по откосу на тросе тракторной лебедкой или экскаватором-драглайном.

Сопряжение мест замены грунта на пучинистых участках с соседними неперестраиваемыми следует осуществлять в виде клина с крутизной откоса вдоль его оси 1:10. Этим устраняется возможность неравномерного морозного пучения в местах сопряжения перестраиваемых участков с оставляемыми без перестройки.

Независимо от свойств заменяющего грунта с низовой стороны перестраиваемого участка по ходу продольного уклона в нем надлежит устроить на полную ширину земляного полотна поперечную прорезь глубиной до грунта старого земляного полотна, уложив в нее дренажную трубу диаметром 80-100 мм.. Трубу обертывают стеклотканью или геосинтетическим материалом.

Одной из причин исправления продольного профиля дороги является отсутствие достаточной видимости на дорогах в пересеченной местности, которая часто оказывается ниже нормативной для соответствующей категории дороги. Известно, что каждый такой участок является местом потенциальной опасности для участников движения. Оптимальный способ исправления продольного профиля при его небольших продольных уклонах заключается в изменении радиусов вертикальных кривых со срезкой выпуклых кривых и подъемкой вогнутых кривых, или общее выравнивание продольного профиля. Это очень сложная, трудоемкая и дорогая работа. На нее можно решиться лишь при сочетании нескольких факторов, требующих исправления продольного профиля, как-то пилообразный продольный профиль, имеющий к тому же заниженное земляное полотно на значительном протяжении. Можно смягчить продольный уклон дороги путем углубления выемки. Сначала ее уширяют поверху в соответствии с проектом, затем удаляют дорожную одежду, и затем уже углубляют выемку. Разрабатываемый грунт перемещают под уклон бульдозерами или скреперами.