Цупиков С.Г. (ред.) Справочник дорожного мастера
Подождите немного. Документ загружается.
до возведения земляного полотна. Поэтому отсыпку насыпи начинают с
разработки резервов и канав. До начала разработки выемок прорывают
нагорные канавы, предварительно производят осушение оползневых склонов
и болот.
Канавам с откосами 1:1,5, реже 1:2 придают уклон не менее 5‰. В
равнинной местности на отдельных участках возможно снижение уклона до
3‰. Глубина боковых канав с заложением откосов 1:3 не должна превышать
0,5 м.
Канаву, имеющую крепления, конструкция которых способна
воспринимать боковые давления грунта, называют лотком. Лотки делают в
стесненных условиях, где затруднительно устройство открытой канавы (в
населенных пунктах, а также при слабых малоустойчивых оплывающих
грунтах, не способных обеспечить устойчивость откосов).
Вся площадь, с которой вода стекает в данную канаву, называется ее
бассейном (рис. 2.1.1, а).
Поперечные размеры канав (рис. 2.1.1, б) устанавливают с расчетом на
пропуск максимального расчетного расходы воды. Наименьшая глубина
канав определяется получаемой по расчету глубиной наполнения с
прибавлением к ней 0,2 м на возвышение бровки канавы над расчетным
уровнем воды, но во всех случаях глубина канавы и ширина ее по дну
должны быть не менее 0,6 м (на болотах не менее 0,8 м).
Расположение, поперечные размеры и уклоны канав проектируют таким
образом, чтобы вода протекала в них без переполнения, а скорость ее течения
была достаточной, чтобы не происходило заливания канав, и в то же время не
достигала величины, при которой возможен размыв дна и откосов канавы.
Расход воды Q
ф
, который должен пройти через сечение А-А канавы (рис.
2.1.1, б), определяют по существующим нормам стока поверхностных вод, с
учетом принятого в расчет наиболее интенсивного ливня и крутизны
склонов. Основная зависимость, по которой производят гидравлический
расчет канав, заключается в том, что фактический расход воды в канаве Q
ф
равен площади живого сечения
, м
2
, умноженной на среднюю скорость
протекания воды V, м/с
Рис. 2.1.1. Бассейн канавы (а) и ее поперечное сечение А-А (б):
1 - ось канавы; 2 - линия водораздела; стрелками показано направление стока воды от
линии водораздела
Q
ф
=
·V, ZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZ (2.1.1)
Необходимую площадь сечения канавы определяют подбором; для этого,
исходя из местных условий, сначала задаются конкретными размерами
сечения и уклона для канавы, затем определяют скорость течения воды в м/с
по формуле
ZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZ (2.1.2)
где С - коэффициент, зависящий от шероховатости русла и от
гидравлического радиуса (табл. 2.1);
R - гидравлический радиус, м;
i - уклон дна водостока.
Таблица 2.1.1
Значение коэффициентов С
Род русла канавы Гидравлический радиус R, м
0,0
5
0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 1,00
Очень гладкие стенки (цементобетонная штукатурка, цементобетонные
плиты)
48,7 54,3 60,4 64,3 67,1 69,5 76,9
Гладкие стенки (монолитный бетон) 41,0 46,2 52,0 55,7 58,4 60,7 67,8
Мощение булыжным камнем 23,1 27,3 32,2 35,3 37,8 39,7 46,0
Грунтовое русло 13,9 17,3 21,3 24,0 26,0 27,8 33,3
Величина гидравлического радиуса
R =
/n, ZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZ (2.1.3)
где
- площадь сечения водного потока в канаве, м
2
;
n - длина смоченного периметра этого сечения, м (рис. 2.1, б)
Из рис. 2.1, б следует, что площадь живого сечения
и длина смоченного
периметра n равны:
ZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZ (2.1.4)
ZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZ (2.1.5)
где m - величина, показывающая, во сколько раз заложение откоса канавы
больше его высоты;
b - протяжение откосной части смоченного периметра, определяемого по
формуле
ZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZ (2.1.6)
где d - ширина канавы по дну, м.
Умножая полученную скорость V на площадь живого сечения
потока,
получаем расход Q
ф
, который фактически может пропустить канава при
принятых величинах i, R и С.
Расчет канавы ведут в следующем порядке. Установив крутизну откосов и
ширину канав по дну, назначают продольный уклон канавы; затем задаются
глубиной воды в канаве и определяют последовательно площадь живого
сечения, смоченный периметр, гидравлический радиус, среднюю скорость
течения воды в заданном сечении и расход воды.
Когда фактический расход оказывается значительно больше расчетного,
следует уменьшить размеры канавы во избежание неоправданного
удорожания ее устройства, а когда получается, что Q
ф
< Q
р
, то надо
увеличить уклон или глубину, т.е. размеры поперечного сечения канавы,
которые влияют на величину гидравлического радиуса R. Подбор глубины
канавы заканчивают, когда фактический расход воды отличается от
расчетного не более чем на 5 %.
Работы по рытью канав состоят из следующих операций. На месте
обозначают оси канав вехами, затем проводят ограничительные борозды
автогрейдерами и поперечными зарезаниями бульдозером, перемещают
грунт в насыпь или распределяют по прилегающей местности. Планировку
откосов и точное придание им формы производят автогрейдерами с
откосниками. При небольших продольных уклонах (до 20‰) канавы
постепенно зарастают травой. В легкоразмачиваемых грунтах дно и боковые
стенки канав укрепляют, когда земляное полотно возводят из боковых
резервов, то дну резервов придают уклон в сторону от насыпи. При ширине
резерва по дну более 6 м дну придают поперечный профиль с уклоном к оси
резерва.
В тех случаях, когда продольный уклон канавы превышает 20...30‰,
канавы укрепляют. Откосы и дно канав облицовывают бетонными плитами
размером 404012 см. Плиты укладывают непосредственно на грунт. Если
уклон канав более 30‰, то во избежание подмыва плит водой их укладывают
на слой мелкого щебня или гравия толщиной 10...12 см. Швы между плитами
заливают битумной мастикой или цементным раствором, если
представляется возможным обеспечить уход за ним и нормальные условия
твердения.
В целях избежания трудоемких и дорогих работ по укреплению канав
применяют жидкие карбамидные и фурфуроловые смолы. Этими смолами,
обладающими малой вязкостью, равномерно обрабатывают грунт на глубину
3...4 см. В результате пропитки дна и откосов канав они не размываются и не
зарастают травой.
Технология работ состоит из тщательной планировки поверхности дна и
откосов автогрейдерами с откосником, разбрызгивания автогудронатором
через шланг по поверхности канав укрепляющего материала. Всю систему
поверхностного водоотвода проверяют по ее работе во время сильного
дождя. Замеченные места застоя воды или размыва отмечают и исправляют.
2.2. Понижение уровня и отвод грунтовых вод
Грунтовые воды ухудшают условия устойчивости грунтов тем, что
снижают коэффициент внутреннего трения и сцепления грунта, увеличивают
его объемную массу и, кроме того, способствуют пучинообразованию.
В целях понижения уровня грунтовых вод, а также для полного перехвата
и отвода их от земляного полотна применяют устройства, называемые
дренажами. Дренажи отводят из грунта только гравитационную и связанную
с ней капиллярную воду. По способу устройства и характеру сбора и отвода
грунтовых вод дренажи подразделяют на горизонтальные, вертикальные и
комбинированные.
Наиболее распространены горизонтальные дренажи, которые
подразделяют на открытые и закрытые. К открытым относят канавы и лотки,
к закрытым - дренажи траншейного типа.
К вертикальным дренажам относят водоспускные колодцы и буровые
скважины для спуска воды в нижележащие пласты дренирующего грунта.
Комбинированные дренажи представляют собой различные сочетания
дренажей первых двух групп. Их применяют в тех случаях, когда требуется
сложная система дренажных устройств (например, для осушения крупных
оползней на косогоре).
Наиболее простым дренажным устройством открытого типа является
дренажная канава. Она существенно отличается от водоотводной канавы,
предназначенной для регулирования стока поверхностной воды: в
водоотводную канаву вода стекает по поверхности, и при устройстве ее
принимают меры к тому, чтобы через ее стенки и дно возможно меньше воды
проникало в грунт. В дренажную канаву попадает, главным образом,
грунтовая вода, поэтому принимаемые меры должны быть направлены на
обеспечение свободного вытекания ее из грунта через откосы, а иногда и
через дно. Откосы дренажных канав не укрепляют, а если необходимо
укрепление, то выбирают такой материал, который обеспечивает выход воды
из грунта в канаву.
Если на небольшой глубине имеется подстилающий водонепроницаемый
грунт и необходимо понизить уровень грунтовых вод в лежащем на нем
водоносном слое, то устраивают дренажную канаву, врезая ее дно в водоупор
(рис. 2.2.1) с таким расчетом, чтобы уровень воды в канаве был несколько
ниже верха водоупорного слоя. Живое сечение и уклоны дренажной канавы
рассчитывают на пропуск суммарного расхода попадающих в канаву
грунтовых вод.
Рис. 2.2.1. Дренажная канава
Дренажные лотки бывают железобетонными, бетонными и каменными.
Грунтовая вода просачивается в дренажные лотки чрез стенки. Для этого в
стенках лотков (за исключением нижней их части высотой 25 см) делают
специальные отверстия диаметром 25 мм или между плитами стенок
оставляют щели шириной 10 мм. Общая площадь щелей и отверстий
составляет 10...15 % площади стенок лотка. В глинистых и суглинистых
(особенно пылевых) грунтах между стенками лотка и грунтом устраивают
дренирующую засыпку из крупнозернистого песка толщиной 0,25...0,4 м,
иначе грунт вместе с водой будет проникать в отверстия, засорять их и
затруднять сток воды. Кроме того, из-за вымывания грунта около лотка
могут появиться просадки.
Если дренажный лоток врезан в водоупор и пересекает направление
течения грунтовых вод, то он полностью перехватывает грунтовую воду. В
этом случае со стороны, противоположной поступлению воды в дренаж, в
стенке не устраивают отверстий, а за ней делают горизонтальный экран из
мятой глины (рис. 2.2.2).
Рис. 2.2.2. Надоткосный железобетонный дренажный лоток:
1 - дренажный лоток преградитель; 2 - суглинок; 3 - водоносный слой; 4 - фильтр из
дренирующего материала
Из дренажей закрытого траншейного типа наибольшее распространение
получили трубчатые подкюветные дренажи, назначение которых
заключается в понижении уровня грунтовых вод под подошвой земляного
полотна. Если водоупорный слой залегает на глубине до 0,4 м от бровки
земляного полотна, то устраивают, так называемые, совершенные дренажи с
полным перехватом грунтового потока. При более глубоком залегании
водоупорного слоя устраивают несовершенные дренажи, которые иногда
называют висячими. Дно таких дренажей находится выше водоупорного
слоя.
Если поток грунтовой воды направлен поперек дороги, то совершенный
дренаж закладывают с одной - нагорной стороны (рис. 2.2.3).
Рис. 2.2.3. Подкюветный односторонний совершенный дренаж:
1 - водоносный слой; 2 - уровень грунтовых вод до снижения; 3 - кривая депрессии после
устройства дренажа; 4 - дренаж; 5 - замок из глины; 6 - геотекстиль; 7 - водоупорный слой
Конструкция дренажа закрытого траншейного типа предусматривает
основной элемент - дренажную трубу, обернутую геотекстилем и
укладываемую на щебень или гравий (рис. 2.2.4).
Рис. 2.2.4. Дренаж закрытого траншейного типа:
1 - экран из мятой глины; 2 - местный грунт; 3 - утрамбованный глинистый грунт; 4 -
противозаиливающий слой; 5 - крупнозернистый песок; 6 - водоносный слой; 7 -
водоупорный слой; 8 - щебень (гравий) фракции 5...10 мм; 9 - щебень (гравий) фракции
40...70 мм; 10 - щебень, втрамбованный в грунт; 11 - дренажная труба; 12 - кривая
депрессии
Для дренажа применяют трубы гончарные, асбоцементные,
пластмассовые, из пористого беспесчаного бетона. Внутренний диаметр труб
50...300 мм.
Для поступления воды в трубы в них делают водоприемные отверстия.
Уложенные в траншею трубы в стыках обвертывают фильтровыми тканями
(геотекстиль) или соединяют кольцевыми полимерными муфтами.
На всех переломах продольной линии дренажа в плане и на прямых
участках через 60...80 м устраивают смотровые колодцы. Назначение
колодцев - облегчить нахождение пробок и мест, препятствующих
нормальному протеканию воды в трубах. Колодцы делают из сборных
железобетонных колец диаметром около 1,0 м. Колодец наверху имеет
горловину, закрываемую чугунной крышкой.
Технология работ по строительству дренажа закрытого типа состоит из
следующих операций: снятие дерна на полосе будущего дренажа
бульдозером или автогрейдером; отрывка траншеи, начиная с места выпуска
воды из дренажа с применением экскаватора с обратной лопатой (при
глубокой траншее и неустойчивых
грунтах необходима установка креплений с распорками), укладка на дно
траншеи грунтощебеночной подушки, укладка дренажных труб с
обертыванием стыков фильтровой тканью и обсыпкой крупным, а затем
мелким щебнем (гравием); проверка правильности укладки труб; засыпка
фильтрующим песком; укладка глинистого слоя с уплотнением; засыпка
местным грунтом с уплотнителем; строительство смотровых колодцев.
2.3. Устройство водонепроницаемых и капилляропрерывающих слоев
При высоком уровне грунтовых вод для повышения устойчивости
земляного полотна в теле насыпи устраивают водонепроницаемые или
капилляропрерывающие прослойки.
Водонепроницаемые прослойки укладывают на всю ширину земляного
полотна или, в целях экономии материалов, на ширину проезжей части с
превышением ее с каждой стороны на 0,5 м.
При насыпях высотой менее 1,0 м водонепроницаемый слой устраивают на
уровне подошвы насыпи путем укрепления местного грунта органическими
вяжущими материалами (жидкие битумы класса МГ, СГ вязкостью 25/40,
битумными эмульсиями и др.) (рис. 2.3.1). На высоких насыпях
водонепроницаемую прослойку можно устраивать на глубине 0,6...1,0 м от
бровки земляного полотна. Кроме обработки местного грунта,
водонепроницаемую прослойку можно устраивать из битумной пасты или
шлама толщиной 3,0...3,5 см.
Рис. 2.3.1. Конструкции водонепроницаемых прослоек:
а) при высоте насыпи менее 1 м с использованием в качестве водонепроницаемой
прослойки грунта, укрепленного органическим вяжущим материалом; б) при высоте
насыпи более 1 м с использованием в качестве прослойки синтетической пленки:
1 - покрытие; 2 - основание; 3 - песчаный грунт; 4 - грунт, укрепленный органическим
вяжущим материалом; 5 - синтетическая пленка; 6 - уровень грунтовых вод; 7 -
укрепленная обочина
В настоящее время в дорожном строительстве широкое распространение в
качестве водонепроницаемой прослойки получило использование
синтетической пленки из полиэтилена, поливинилхлорида и на основе
полиизобутилена. Полимерные пленки промышленность выпускает шириной
от 2,4 до 12,0 м и толщиной от 0,1 до 2,0 мм. Чем шире пленка, тем меньше
трудовые затраты на сварку или склейку полотнищ и выше качество. Чем
больше толщина пленки, тем она надежнее.
Технологический процесс укрепления грунта органическим вяжущим
материалом заключается в разрыхлении и измельчении грунта подошвы
насыпи на глубину 5...10 см, розливе вяжущего из расчета 2...3 л/м
2
,
перемешивания грунта с вяжущим, разравнивания и уплотнении катками на
пневматических шинах.
Рабочие операции по строительству водонепроницаемой прослойки с
использованием синтетической пленки включают: планировку и уплотнение
земляного полотна, распределение полотен синтетической пленки, доставку
грунта, надвижку его на пленку, уплотнение грунта и строительство
последующих слоев дорожной одежды.
Капилляропрерывающие прослойки располагают в насыпях на всю их
ширину на глубине 1 м от бровки земляного полотна. Назначение таких
прослоек - создать преграду для подъема капиллярной воды (рис. 2.3.2).
Капилляропрерывающие прослойки устраивают из щебня или гравия
фракции 5... 10 мм толщиной 20...40 мм. Сверху и снизу
капилляропрерывающей прослойки располагают противозаиливающие слои
из топочных шлаков, высевок фракции от 0,1 до 5 мм, геотекстиля толщиной
3,0...5,0 мм и других местных материалов, не подвергающихся гниению.
Рис. 2.3.2. Конструкция водонепроницаемой прослойки:
1 - дорожная одежда; 2 - грунт земляного полотна; 3 - противозаиливающие прослойки; 4 -
капилляропрерывающая прослойка; 5 - уровень грунтовых вод; 6 - зона капиллярной
воды; 7 - зона свободной воды
Строительство капилляропрерывающих прослоек состоит из следующих
технологических процессов: устройство нижней части земляного полотна с
поперечным уклоном не менее 30‰ и коэффициентом уплотнения грунта не
менее 0,98; строительство нижнего противозаиливающего слоя;
распределение капилляропрерывающего материала; устройство верхней
противозаиливающей прослойки; вывозка и надвижка грунта для верхней
части насыпи с послойным уплотнением катками на пневматических шинах.
В результате строительства водонепроницаемых и
капилляропрерывающих прослоек достигают сохранения грунтов в верхней
части земляного полотна с пониженной влажностью. Это обеспечивает
устойчивость земляного полотна и предохраняет дорожную одежду от
преждевременного разрушения. За счет повышения модуля упругости грунта
верхнего слоя можно уменьшить толщину конструктивных слоев дорожной
одежды.
2.4. Строительство водопропускных труб
Наиболее распространенными искусственными сооружениями на
автомобильных дорогах являются водопропускные трубы, стоимость
которых нередко достигает 15 % от общей стоимости дороги. В настоящее
время на дорогах устраивают сборные круглые железобетонные трубы из
звеньев длиной 1,0 м с внутренним диаметром 0,75...2,0 м. Гораздо реже
применяют прямоугольные из звеньев длиной 1,0 м отверстием 1,0...4,0 м.
В зависимости от расхода водотока устраивают одно- и многоочковые
трубы. Применение сборных труб обеспечивает сокращение
продолжительности, снижение стоимости и повышение качества
строительства. Монолитные трубы допускаются только в отдельных
труднодоступных районах строительства.
Изготовление элементов сборных железобетонных труб состоит из
следующих операций: заготовка арматурных стержней, изготовление сеток,
сборка арматурных каркасов; изготовление, сборка, смазка, разборка и
очистка опалубки; укладка и уплотнение бетонной смеси; отделка и
пропаривание смеси.
Звенья труб изготавливают на заводах или полигонах, обслуживающих
строительство автомобильной дороги. От полигона (завода) или ближайшей
железнодорожной станции их доставляют к месту постройки трубы
автомобилями или тракторами на прицепах.
В подготовительный период устраивают временные дороги, расчищают и
планируют территорию строительной площадки, отводят существующее
русло водотока при необходимости, устраивают защитные ограждения от
паводков.