Справочная энциклопедия дорожника (том I) Строительство и реконструкция автомобильных дорог. Под ред. Васильева А.П

Подождите немного. Документ загружается.

Т а б л и ц а 1 1 . 1

Влажность грунта, %

Расход соли, кг/м

(л/м

), при глубине промерзания, м

1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,4

15 9 (30) 12 (40) 15 (47) 19 (60) 22 (70) 26 (80) 28 (90)

20 13 (40) 19 (60) 22 (70) 26 (85) 32 (100) 33 (100) 38 (120)

25 16 (45) 22 (65) 27 (80) 32 (100) 36 (115) 41 (175) 45 (130)

При наличии вблизи карьера источника водоснабжения поверхность грунта, подлежащая разработке, может

быть утеплена намораживанием пенольда толщиной до 40-50 см, который в дальнейшем легко счищается

бульдозерами по мере разработки карьера. Водовоздушная пена изготовляется в пожарных машинах из водного

раствора сульфанола (1 %) или волгоната (0,1 %) с примесью стабилизатора пены (0,05 %

карбоксилметилцеллюлозы или желатина) и наносится на изолируемую поверхность слоями толщиной 10-15 см

с последующим их замерзанием при температуре воздуха не выше -10°...-12°С.

Резервы, предназначенные к разработке в зимних условиях, должны быть обследованы предварительно

осенью. В задачу обследования входит определение плотности и влажности грунтов для решения вопроса о

пригодности резерва или его участка для разработки. Пробы грунтов для этих целей берут до глубины,

намеченной к разработке. После наступления морозов проверяют влажность грунта в верхнем слое забоя.

В табл. 11.2 приведены данные технико-экономического сравнения различных способов подготовки

грунтовых резервов к зимней разработке.

Сооружение насыпей и разработка выемок. При разработке выемок или карьеров в зимних условиях

необходимо очищать поверхность экскавации от снега, льда, кустарника, растительного слоя, утепляющих

материалов не более, чем на одну смену вперёд, и в дальнейшем - по мере продвижения забоя, непосредственно

перед началом разработки грунта. Площадь очистки определяется суточной производительностью землеройной

машины при температуре до -10°С, а при более низких температурах - её сменной производительностью, а

также возможностью уплотнения планируемого объёма имеющимися уплотняющими средствами.

При сильных снегопадах и метелях разработку грунта и отсыпку насыпей необходимо прекращать, а перед

возобновлением работ полностью удалить снег и лёд из забоя. Во время оттепелей и перед началом весеннего

снеготаяния верхняя часть и откосы насыпей, возведённые зимой, должны быть очищены от снега. Дно и

откосы выемок следует планировать после оттаивания грунта.

Для разработки грунта зимой преимущественно используют экскаваторы с ковшом вместимостью более 1

. Если толщина мёрзлого слоя не превышает 25-30 см, то при работе экскаватора с ковшом вместимостью

более 1 м

специального рыхления не требуется. В начале зимы при толщине мёрзлого слоя не более 20 см

возможна разработка грунта скреперами с ковшами вместимостью более 6 м

при условии обеспечения их

непрерывной работой. Если толщина мёрзлого слоя больше указанных значений, его нужно предварительно

взрыхлить и удалить бульдозерами.

Технико-экономические показатели подготовки грунта к разработке зимой

Т а б л и ц а 1 1 . 2

Работы

Способ подготовки

грунта к разработке

Машины и

средства

разработки грунта

Показатели на 1 м

Рациональные

условия

применения

энергоёмкость

, квт-час

трудоёмкость

, чел.-дн

Снижение

теплопроводности

грунта

Вспашка и

боронование грунта

со

снегозадержанием

Тракторные

рыхлители,

бороны

0,6 0,002-0,04 Для утепления

карьеров и

выемок в

районах с

глубиной

промерзания до 1

м и толщиной

снега не менее

30 см

Перекрёстное

рыхление с

боронованием

Рыхлители,

бульдозеры

- 0,005 Для разработки

во второй трети

зимы при

глубине

рыхления на 50-

80 см

Глубокое рыхление

и окучивание

Экскаваторы,

рыхлители

1,6 0,02 Для разработки в

последней трети

зимы на глубину

промерзания не

свыше 1,5 м

Рыхление дизель-

молотом с клином

Экскаватор Э-652 - 0,02 При разработке

выемок и

карьеров в I-IV-й

температурных

зонах

Рыхление

виброклином на

тракторе Т-130

Трактор Т-130 - 0,003-0,02 Тоже

Рыхление клин-

молотом или шар-

молотом

Экскаватор Э-652 - 0,02-0,03 Тоже

Утепление

поверхности

теплоизоляционными

материалами

Утепление

опилками слоем до

40 см

Опилки, солома - 0,004 Для утепления

карьеров и

выемок в I-IV-й

температурных

зонах при

наличии

местных

дешёвых

теплоизоляторов

Утепление

фрезерным торфом

слоем до 40 см

Торф - 0,004

Покрытие

быстротвердеющим

пенопластом

толщиной 10- 15 см

Пеногенераторная

установка

- 0,005 В глубоких

карьерах для

длительного

утепления, для

покрытия

штабелей

(буртов)

материалов

Покрытие из

пенольда толщиной

20 см

Пеногенератор,

сульфанол,

волгонат, КМЦ,

ГКЖ-94

- 0,005 То же, при

отсутствии снега

и температуре не

выше 10-15°С

Укрытие

геотекстилем

(возможно

повторное

использование)

Геотекстиль - 0,02 Для задержки

промерзания

грунта на 2-3

недели в начале

зимы при

перерывах в

работе

Утепление

пенопластом

толщиной 10-30 см

Пенопласт - 0,008 На дорогах с

капитальным

типом покрытия

II-III категории в

I-IV-й

температурных

зонах

Механическое

разрушение

Рыхление, резание

грунтов

Тяжёлые

рыхлители на

тракторах класса

тяги более 15 т

0,6 0,002 Рыхление в

карьерах и

выемках

методом

взламывания,

для послойного

рыхления

мёрзлого грунта

в выемках

Экскаваторы с

ковшами

активного

действия

1,6 0,01 Разработка

карьеров и

выемок при

промерзании

грунта до 40-50

см

Цепные баровые

дискофрезерные

машины

10 0,06 0,15 Нарезание на

блоки при

блочной

разработке

выемок, при

разработке

траншей

Ударный способ Подвесные к

экскаватору шар-

и клин-молоты

2,8 0,04 0,06 Разработка

небольших

карьеров и

стеснённые

места при

глубине

промерзания до

1,5 м

Тракторный

дизель-молот с

клиньями массой

0,6 т и 1,2 т

- 0,05 0,03

Взрывной способ:

а) шпуровой

Передвижные

бурильные станки

1,0 0,05 В карьерах и

выемках при

глубине

промерзания

грунта:

до 1,5 м

б) скважинный

целевой

1,2 0,05 от 1,5 м до 2,5 м

в) шахтный (в

рукавах)

Баровые и

дискофрезерные

машины

1,6 0,03-0,05 более 2,5 м

Врубовые

механизмы и

щиты

- 0,10-0,15 При разработке

глубоких выемок

на выброс

Оттаивание

Тепловое,

поверхностное

Сжигание в

коробах

1,36 0,14-0,16 На небольших

площадях при

глубине

промерзания до

1,5 м

Тепловое,

глубинное

Электроиглы,

вертикальные

электроды

1,8 0,09 То же, при

глубине

промерзания до

2,5 м

Химическое

оттаивание

раствором

хлористого натрия

Автоцистерна - 0,03 Для

размораживания

несвязных

грунтов на

глубину: до 2.5 м

Буровые станки

(для

недренирующих

грунтов)

- 0,1-0,3 до 2,5 м и более.

При промерзании грунта в карьерах или выемках на глубину, превышающую 30 см, его разработка

возможна только после подготовки поверхности одним из следующих способов: предохранением грунта от

промерзания, оттаиванием и рыхлением мёрзлого грунта. Выбор способа подготовки должен обосновываться в

проекте в зависимости от объёмов и условий работы (см. табл. 11.2), сроков их выполнения, наличия

материалов и оборудования, себестоимости подготовительных работ и др.

Предохранение грунта от промерзания позволяет или вообще исключить замерзание поверхности карьера,

или снизить толщину мёрзлой корки до тех пределов, когда для её разрушения можно применить навесные

тракторные рыхлители. Тип базового трактора-рыхлителя выбирается в зависимости от глубины промерзания

(табл. 11.3).

Т а б л и ц а 1 1 . 3

Глубина промерзания, м 0,3-0,4 0,5-0,7 0,7-0,8

Необходимое тяговое усилие трактора, тс 10-12 15-20 20-30

При таких глубинах рыхление ведётся путём взламывания мёрзлого слоя грунта снизу за один приём. При

промерзании более приведённых значений послойное рыхление проводится тяжёлыми рыхлителями,

смонтированными на тракторах, развивающих тяговое усилие не менее 25 тс.

Для рыхления мёрзлого грунта при глубине промерзания 0,6-1,0 м применяют различные механизмы

ударного действия, смонтированные на бульдозерах, тракторах, тракторных погрузчиках и экскаваторах,

рабочими органами которых служат клиновые рыхлители, погружаемые дизель-молотами, ударными

приспособлениями, вибраторами и т. п.

При отсутствии специальных рыхлителей и небольших объёмах работ для рыхления мёрзлого грунта

допускается применять подвесные к стрелам экскаваторов шар- и клин-молоты. При глубинах промерзания до

0,8-1,5 м используются молоты массой 1,5-3,0 т, сбрасываемые с высоты 2-5 м. Параметры удара подбираются

такие, чтобы глубина лунки составляла не менее 0,6 толщины мёрзлого слоя.

Для разработки траншей в мёрзлых грунтах могут быть применены дискофрезерные машины, баровые

машины, роторные и цепные экскаваторы со специальным рабочим оборудованием. Эти же машины могут

использоваться для разработки выемок блочным способом. Размер распиловки блоков определяется

вместимостью ковша экскаватора и составляет от 60×60 до 90×90 см.

При больших объёмах работ на безопасном удалении от зданий, сооружений (линий связи, линий

электропередач и др.) и при выполнении других требований охраны окружающей среды для разработки

верхней смёрзшейся корки грунта допускается применять взрывание: при глубине промерзания до 1,5 м -

шпуровой или щелевой методы; при промерзании на глубину более 1,5 м - скважинный метод. При глубине

промерзания до 1,5 м заряды закладывают на глубину промерзания или несколько ниже подошвы мёрзлого

слоя. При большей глубине промерзания - на 20-30 см выше границы мёрзлого слоя. Величина зарядов

определяется опытным путём в зависимости от прочности грунтов и глубины промерзания. В мёрзлых грунтах

рекомендуется бурить шпуры при помощи самоходной машины, передвижными буровыми станками,

термобурами и др.

Щели в мёрзлом грунте нарезают щелерезными дискофрезерными или баровыми машинами.

При разработке мёрзлых грунтов забой делят на две смежные захватки, на одной из которых ведут

экскавацию взорванного грунта, а другую подготавливают к взрыванию. Шпуры и скважины располагают в

шахматном порядке на расстоянии не более удвоенной толщины мёрзлого слоя. Направление бурения шпуров и

скважин вертикальное. При рыхлении мёрзлой корки в откосе и лобовой части забоя применяют наклонные

шпуры, перпендикулярные к поверхности мёрзлого слоя. Готовые шпуры и скважины закрываются

деревянными пробками длиной 25 см.

Зарядные и компенсирующие щели нарезаются параллельно на расстоянии 0,8 м на глубину промерзания

грунта. В мёрзлых песчаных и растительных грунтах расстояние между рядами шпуров или щелями можно

увеличивать на 10 %, а в тяжёлых уменьшать на 10 %.

При глубине промерзания грунта до 2 м в шпурах и скважинах применяют сосредоточенные, а при большей

глубине - рассредоточенные заряды. Зарядка щелей производится через одну щель удлинёнными или

рассредоточенными зарядами. Для засыпки зарядов используют песок, гранулированный шлак, смесь песка с

глиной или измельченный талый грунт. Забойку необходимо выполнять с максимальной осторожностью.

Метод коротко замедленного взрывания применяют при любой глубине промерзания грунта. Взрывание

ведётся строго в соответствии с установленным режимом и графиком работ. Разрыхленный грунт должен быть

убран в течение смены, а при сильных морозах (ниже -20°С) в течение 3-4 часов. В связи с этим при

температуре ниже -20°С взрывы рекомендуется производить ежесменно.

Взрывные работы производятся специализированными организациями с соблюдением единых правил

безопасности при ведении взрывных работ. К началу выполнения работ строительная организация должна быть

обеспечена документацией, согласованной с Госгортехнадзором.

В отдельных случаях в стеснённых условиях, труднодоступных местах и незначительных объёмах работ (до

50 м

) при невозможности использования других более экономичных способов допускается оттаивать мёрзлые

грунты. Применение того или иного способа оттаивания решается путём проведения специального

экономического обоснования, выполненного в ППР.

Для оттаивания мёрзлого грунта на поверхности применяют огневой способ с использованием твёрдого

(дрова, торф, каменный уголь), жидкого (керосин, мазут) и газообразного топлива. При огневом способе на

площади, предназначенной к оттаиванию, устанавливают короба-сегменты, засыпаемые шлаком или слоем

грунта толщиной 10-15 см. Твёрдое топливо сжигается непосредственно в коробе, жидкое и газообразное - в

форсунках. Для отогрева грунта также применяются паровые и водяные регистры, электрические спирали,

коаксиальные нагреватели, ТЭНы. Для глубинного оттаивания применяют электроиглы, вертикальные

электроды, паровые и водяные циркуляционные иглы. Время оттаивания мёрзлого грунта зависит от ряда

факторов и при глубине промерзания грунтов 1,0-1,2 м оно находится в пределах от 10-15 часов до 30-40 часов.

Несвязные и малосвязные грунты могут быть разморожены горячим концентрированным (20-23 %)

раствором технического хлористого натрия. Начальный расход раствора принимают в соответствии с табл.

11.1. Для ускорения отогрева плохофильтрующих грунтов горячий раствор соли может нагнетаться через

скважины или щели, пробуренные на глубину 0,6 м толщины мёрзлого слоя.

В зимних условиях рекомендуется для транспортировки грунта применять автосамосвалы с обогреваемыми

кузовами. При наличии обычных автосамосвалов во избежание примерзания грунта к металлу дно и стенки

кузовов следует обмазывать изнутри (не реже 2-3 раз в смену) концентрированным раствором технического

хлористого кальция или нефтепродуктами (нефть, мазут, отработанное масло). Кузова автосамосвалов, ковши

экскаваторов и скреперов в конце смены и при перерывах в работе полностью очищают от грунта.

При транспортировании грунта из резерва в насыпь с соблюдением требования сохранения талого состояния

время от начала разработки грунта до окончательного его уплотнения в насыпи не должно превышать

пределов, указанных в табл. 11.4.

Т а б л и ц а 1 1 . 4

Температура воздуха, °С

Время от момента разработки до

конца уплотнения грунта, час

Предельная длина рабочей захватки

грунтоуплотняющей машины, м

0...-5 до 3 150-100

-5...-10 3-2 100-60

-10...-20 2-1 60-35

-20...-30 1-0,5 35-20

Предельную дальность транспортировки грунта устанавливают из условия его несмерзаемости во время

перевозки. На эту операцию не должно отводиться более половины указанного в табл. 11.4 времени. В табл.

11.4 дана также рациональная длина рабочей захватки для пневмошинных, решетчатых и вибрационных катков,

которую они способны уплотнять до смерзания грунта. При этом ширину захватки следует принимать не более

двойной ширины, уплотняемой машиной за один проход. При силе ветра более 4-5 м/сек указанные

промежутки времени уменьшают в 2 раза, а при наличии в отсыпаемом грунте более 30 % мёрзлых комьев -

ещё в 1,5 раза.

Основные показатели технологического процесса по возведению насыпи зимой (состав дорожно-

строительного отряда, расположение карьеров по трассе, скорость рабочего потока по отсыпке насыпи и

уплотнению грунта и др.) устанавливаются заранее с учётом вероятных погодно-климатических данных места

строительства (СНиП 23-01-99). Надёжность прогнозов условий производства работ принимается равной 90 %.

Размер мёрзлых комьев при возведении насыпей согласно СНиП 3.06.03-85 не должен превышать 30 см при

уплотнении грунтов решетчатыми катками и трамбующими машинами и 15 см при уплотнении грунта

вибрационными и пневматическими катками массой не менее 25 т. Укладка мёрзлых комьев грунта

допускается на расстоянии не ближе 1 м от поверхности откосов. Количество мёрзлого грунта не должно

превышать 30 % от общего объёма грунта, укладываемого в насыпь.

Мёрзлый грунт должен быть равномерно распределён по отсыпаемому слою. Нельзя допускать скопления

мёрзлых комьев в теле насыпи, особенно в её боковых частях и на откосах. Излишек мёрзлого грунта удаляется

за пределы насыпи, крупные мёрзлые комья раздробляются до необходимых размеров. Наличие в насыпи

включений снега и льда не допускается. В часть насыпи, расположенную ниже уровня грунтовых вод, на

болотах с полным или частичным выторфовыванием разрешается укладывать песчаные мёрзлые грунты при

условии, что верхняя часть насыпи будет возведена из талых грунтов.

Кавальеры, отсыпанные в зимних условиях, должны быть отодвинуты от бровки выемки на 1,5 м при высоте

кавальера до 2 м и на 2,5 м при высоте кавальера более 2 м. Для наиболее эффективного использования

землеройно-транспортного оборудования и исключения дополнительного рыхления грунта, замёрзшего во

время перерывов в работе, организуют круглосуточную работу машин на сравнительно узком фронте. При

вынужденных перерывах в работе вскрытые резервы и выемки должны быть утеплены с расчётом сохранения

талой поверхности на период возобновления разработки грунта.

Уплотнение грунтов. Уплотнение грунтов в зимних условиях ведут в основном тяжёлыми уплотняющими

средствами, обеспечивающими значительную глубину проработки слоя на сравнительно узком фронте работ.

Необходимый режим работы уплотняющих машин устанавливается по результатам пробного уплотнения с

уточнением технологических параметров процесса и максимально допустимой по температурным условиям

длины захватки, толщины отсыпаемого слоя грунта, рабочей скорости движения машины и числа проходов

(ударов) по одному следу. Уплотняющие средства в зимний период входят в состав ведущих машин.

Наиболее рациональными уплотняющими машинами для зимнего времени являются кулачковые виброкатки

массой 10-17 т. В определённых случаях можно применять прицепные решетчатые или пневмоколёсные катки

и машины для трамбования. При трамбовании достигается дробление мёрзлых комьев и более плотная

упаковка раздробленных частиц. Решетчатые катки разрушают комья в основном в контактной зоне. Для

уплотнения талых грунтов при незначительной примеси мёрзлых комьев (до 20 %) допускается использование

пневмоколёсных катков массой не менее 25 т.

Применение вибрационных катков в зимнее время даёт успешные результаты. Однако не допускается

работа катка на поверхности мёрзлого слоя, поскольку отсутствие демпфирования приводит к осложнённому

режиму работы вибрационного устройства.

В I и II дорожно-климатических зонах для насыпей, возводимых на полную высоту из глинистых, а также

мелкозернистых песчаных грунтов при отрицательной температуре, проектом должна быть предусмотрена

осадка после оттаивания до 3 % высоты насыпи.

11.3. Устройство дополнительных песчаных слоев оснований

В общем виде технологическая последовательность производства работ по устройству подстилающего слоя

в зимних условиях включает: подготовку поверхности рабочего слоя; подготовку карьера к экскавации песка;

разработку источников получения песка в сухомёрзлом или талом состоянии с погрузкой в транспортные

средства, транспортирование и разгрузку его на месте устройства морозозащитного слоя (МЗС); очистку от

снега и льда поверхности рабочего слоя непосредственно перед отсыпкой; разравнивание, планировку (в

необходимых случаях рыхление); уплотнение до плотности (степени уплотнения), устанавливаемой пробным

уплотнением для сухомёрзлых или талых грунтов.

Подготовка поверхности рабочего слоя включает в себя расчистку от снега, льда и всех предметов,

мешающих нормальному процессу производства работ;

Сооружение подстилающего слоя рекомендуется выполнять двумя захватками: на первой осуществляется

отсыпка песка, его разравнивание и планировка; на второй - послойное уплотнение.

Ориентировочную длину захватки рекомендуется принимать в зависимости от температуры воздуха: до -

10°С длина захватки составляет 40-50 м; от - 10°С до -20°С длина уменьшается до 30 м. Снижается также

производительность уплотняющих средств. В каждом конкретном случае длину захватки назначают по

результатам пробной отсыпки и пробного уплотнения, учитывая при этом общий темп отсыпки, связанный с

дальностью транспортировки песка и количеством транспортных средств, а также с учётом сменной

производительности применяемых уплотняющих средств.

Разравнивание отсыпаемых объемов песка осуществляют бульдозерами с последующим формированием и

подготовкой тяжёлым автогрейдером расчётного слоя толщиной (в рыхлом состоянии), установленной

проектом, для последующего уплотнения кулачковыми и гладковальцовыми виброкатками.

Количество проходов катков и толщину уплотняемого слоя устанавливают на основе пробного уплотнения.

Рекомендуемое первоначальное количество проходов уплотняющих средств (6-8 проходов по одному следу)

принимают в зависимости от состояния используемого песка (талое или сухомёрзлое), массы катков,

конфигурации вальцов, характера и степени воздействия (динамика или статика), температуры наружного

воздуха, температуры грунта.

Пробное уплотнение, необходимое для осуществления как для сухомёрзлых, так и для талых песков по

отдельной схеме, рекомендуется выполнять для следующих толщин (в плотном теле) слоев: полной или

половинной толщины подстилающего слоя (МЗС). Указанные величины уточняются в зависимости от

изменения конкретных условий (температуры, массы катков, схемы уплотнения, источников получения песка и

его состояния).

Пробное уплотнение выполняется по следующему регламенту:

транспортируют талый или сухомёрзлый грунт на подготовленную поверхность рабочего слоя;

разравнивают и формируют слой требуемой по проекту толщины (или половину требуемой толщины слоя);

прикатывают гусеничным бульдозером или гладковальцовым катком (не более двух проходов);

определяют первоначальную степень уплотнения (коэффициент уплотнения К

упл

);

уплотняют слой песка после прикатки тяжёлыми виброкатками с кулачковыми вальцами; при этом после

каждых двух проходов тяжёлого виброкатка поверхность слоя прикатывают гладковальцовым пневмокатком и

отбирают пробы режущим кольцом для определения коэффициента уплотнения.

Для слоя заданной толщины, массы катка, количества проходов, температуры песка и воздуха строят график

зависимости K

упл

= f(N), где К

упл

- коэффициент уплотнения; N - количество проходов катка по одному следу.

Максимально достигаемый коэффициент уплотнения для каждого из слоев определяется по зависимости

упл

= f(N) исходя из условия, когда К

упл

не зависит от количества проходов. Для дальнейшей работы

принимается толщина слоя и количество проходов катка данной массы, при которых достигается максимально

возможный для данных условий коэффициент уплотнения, который и принимается в качестве требуемого. При

этом устанавливаются причины, по которым не удаётся достигнуть требуемого значения коэффициента

уплотнения согласно СНиП 2.05.02-85 (см. табл. 22), а именно: естественная влажность, степень

неоднородности песка, температура, масса катка и прочее. Следует иметь в виду, что по кривой стандартного

уплотнения используемого песка в зависимости от естественной влажности можно предварительно установить

максимально возможный коэффициент уплотнения.

По результатам пробного уплотнения составляется акт, который утверждается руководством строительной

организации, согласовывается службой инженерного сопровождения и проектной организацией. В случае

резкого изменения погодных условий, замены уплотняющей техники рекомендуется выполнять повторное

пробное уплотнение.

Наибольший линейный размер мёрзлых комьев не должен превышать 20 см, а их количество должно

составлять не более 10 % общего объема укладываемого песка. Наличие в отсыпаемом песке снега и льда не

допускается. Комья-негабариты необходимо вывозить с места отсыпки. Не допускается также очистка кузовов

автосамосвалов от снега и комьев мёрзлого грунта в местах отсыпки.

Отсыпку и разравнивание транспортируемых объемов песка на захватке производят в сроки, позволяющие

осуществлять завершение уплотнения до начала его смерзания, то есть в талом состоянии. После образования

на поверхности уплотняемого слоя мёрзлой корки толщиной 3-4 см дальнейшее уплотнение малоэффективно, в

связи с чем необходимо выполнять дополнительное рыхление. При уплотнении песка кулачковыми катками до

начала смерзания подготовленного слоя автогрейдером срезают перфорацию от следа, а поверхность на

отметке рабочего слоя прикатывают пневмокатками.

При сильных снегопадах и метелях, а также при температуре воздуха ниже -25°С и силе ветра свыше 10

м/сек отсыпку песка необходимо прекратить и утеплить поверхность слоем снега. При возобновлении работ и

транспортировке песка для очередного технологического слоя с поверхности, на которую производится

последующая отсыпка, удаляется снег и лед и разрыхляется поверхность на глубину не менее 0,3 м.

11.4. Особенности строительства малых искусственных сооружений в зимний период

В зимний период разрешается выполнять работы: по устройству малых искусственных сооружений и

отдельных конструктивных элементов всех типов под малые мосты и трубы, включая замену слабых грунтов

песками или устройство свайного ростверка; монтаж сборных железобетонных элементов перед укладкой

звеньев труб; сборных железобетонных оголовков; устройство переходных плит в местах сопряжения мостов с

подходами. Перед началом работ по устройству малых искусственных сооружений в зимний период должна

быть подготовлена или восстановлена геодезическая разбивочная сеть.

В зимний период допускается выполнять работы либо непосредственно по монтажу железобетонных труб,

либо по засыпке их пазух в тех случаях, когда трубы полностью подготовлены в осенний период: выполнена

заделка стыков и устроена гидроизоляция. Указанные операции рекомендуется осуществлять только при

положительных температурах. Особое значение при устройстве котлованов, фундаментов, песчаных и

щебеночных подушек имеет подготовка строительной площадки. Площадку в зоне строительства труб

очищают от снега и льда, не допуская и при последующих работах их накопления в пределах рабочей

территории. После очистки от снега и льда необходимо выполнить грубую планировку на расстоянии не менее

10 м в каждую сторону от оси трубы с приданием уклонов, обеспечивающих сток воды от трубы. У входного

оголовка естественное русло водотока расчищают от снега и льда. Для завоза оборудования, бетонных блоков и

звеньев, других дорожно-строительных материалов бульдозером расчищают от снега и планируют

(устраивают) подъездные дороги, обеспечивающие свободный проезд, желательно по кольцевой схеме

движения. Щебень (или песок), укладываемый по спланированной и зачищенной поверхности дна котлована

для подготовки под фундамент из лекальных блоков и под блоки оголовков, должен быть в талом или

сухомерзлом состоянии, без примеси снега и льда. Перед монтажными работами все сборные элементы труб

осматривают для проверки налипания снега и льда, а также соответствия их марок, размеров, пригодности для

укладки и монтажа в зимний период. После окончания монтажных работ в тех случаях, когда заделаны стыки

между звеньями труб и ранее в период положительных температур устроена гидроизоляция их поверхности,

засыпают пазухи с обеих сторон фундамента слоями 20-30 см из талого или (по согласованию с проектной

организацией) сухомерзлого грунта. Уплотнение осуществляют гладковальцовыми или кулачковыми катками

(вибрационными или статического действия) и механическими трамбовками (вблизи железобетонных

элементов). Контроль качества работ по строительству малых искусственных сооружений в зимний период

должен осуществляться: при выполнении геодезических и разбивочных работ; восстановлении реперной сети;

при приемке материалов и конструкций и условий их хранения в зимний период; в процессе устройства

фундаментов, замены слабых грунтов с учетом отрицательных температур (акты скрытых работ); в процессе

монтажа сооружений или отдельных конструктивных элементов; при засыпке труб, устоев мостов, укрепления

конусов.

Строительные организации до сдачи в эксплуатацию законченного малого моста или трубы при

строительстве в зимний период должны вести систематические наблюдения за их техническим состоянием и

осуществлять геодезический (инструментальный) контроль за положением возведенных конструкций в плане и

профиле в процессе оттаивания насыпного грунта и грунта естественных оснований, особенно после прохода

паводковых вод. Осмотр труб и контроль за положением их звеньев (секций) выполняются строительными

организациями после оттаивания грунта засыпок. Результаты контроля необходимо оформлять

соответствующим актом.

ГЛАВА 12. Реконструкция земляного полотна

12.1. Условия работы существующего земляного полотна и основные пути повышения его прочности и

устойчивости

Вопросам обеспечения прочности и устойчивости земляного полотна автомобильных дорог в различных

условиях его эксплуатации посвящены исследования Ю.М. Васильева, Э.М. Доброва, И.Е. Евгеньева, И.А.

Золоторя, Н.Н. Иванова, В.Д. Казарновского, Н.Б. Корсунского, A.M. Кривисского, Э.К. Кузахметовой, Н.В.

Орнатского, Н.А. Пузакова, В.И. Рувинского, В.М. Сиденко, А.Я. Тулаева, АИ. Ярмолинского и многих других

ученых.

Установлено, что в процессе службы дороги под влиянием природных факторов и воздействием

транспортных нагрузок прочность земляного полотна снижается и в нем начинают возникать деформации,

нарушается устойчивость.

Изменение водно-теплового режима земляного полотна, особенно на автомобильных дорогах с

водонепроницаемыми покрытиями, даже при благоприятных условиях увлажнения вызывает в грунте сложные

физико-химические процессы. Влажность и плотность грунтов в течение года претерпевают существенные

изменения, которые отражаются на условиях работы дорожных одежд и сокращают срок их службы.

На многих старых дорогах неоднородные и неравномерно уплотненные грунты земляного полотна при

промерзании подвергаются морозному пучению, вызывающему образование трещин на покрытиях. Через

трещины весной в верхнюю часть земляного полотна проникает поверхностная вода, способствуя увлажнению

грунтов.

Весной при оттаивании ледяных линз и прослоек в земляном полотне появляется свободная вода и его

прочность снижается. Величина модуля упругости при этом падает иногда на 25-40 %, что сопровождается

образованием на дорожных покрытиях разрушений, особенно если коэффициент прочности дорожных одежд

(отношение фактического модуля упругости к требуемому) меньше: для дорог I категории - 0,85; для дорог II

категории - 0,80; для дорог - III и IV категорий - 0,75. На покрытиях автомобильных дорог, уложенных на

изношенное основание и заниженное земляное полотно, весной обычно образуется сетка трещин в виде

паутины, что свидетельствует о переувлажнении грунтов верхней части земляного полотна. При интенсивном

движении грузовых автомобилей и автобусов на покрытиях нежесткого типа возникают просадки и колеи. В

них задерживается поверхностная вода, также проникающая через трещины в земляное полотно. Даже при

прочных дорожных одеждах поверхностная вода просачивается в тело насыпей. Наиболее интенсивное

просачивание наблюдается в местах сопряжения проезжей части с обочинами. Установлено, что в процессе

службы дорог в районах избыточного увлажнения с течением времени свойства грунтов верхней части

земляного полотна ухудшаются.

При наличии усовершенствованных водонепроницаемых покрытий существенно уменьшается

воздухообмен грунтов верхней части земляного полотна с атмосферой. В результате повышенной влажности

грунта, особенно если в боковых резервах или канавах застаивается вода, пылеватые покровные суглинки через

15-20 лет превращаются в районах II дорожно-климатической зоны в оглеенные. Другими словами, связные

грунты как бы своеобразно «стареют» в земляном полотне. На многих автомобильных дорогах нечерноземной

зоны, имеющих заниженное земляное полотно, прочность грунтов постепенно снижается, соответственно

уменьшается и прочность дорожных одежд. Поскольку интенсивность автомобильного движения с каждым

годом возрастает, происходит постепенное уменьшение величины коэффициента прочности К

пр

Откосы глубоких выемок и высоких насыпей также подвержены деформациям. К их поверхностным

деформациям относят:

сползание дернового покрова по откосу выемки. Происходит оно в основном при связных грунтах после

оттаивания;

воронкообразные или трубчатые выносы, которые образуются в местах выклинивания грунтовой воды или

размывов на участках, где песок залегает под менее фильтрующим грунтом;

поверхностные сплывы иловатых грунтов при значительном расходе просачивающейся из откосов

грунтовой воды.

Разрушения откосов, захватывающие большие объемы, наблюдаются: в результате просадок с образованием

уступов, происходящих при высоком подъеме грунтовых вод; при образовании в пластических грунтах

оползней, сползающих по круглоцилиндрическим поверхностям, которые большей частью не

распространяются более чем на 6 м от бровки выемки; при сползании «блоками» по наклонной поверхности

плотных подстилающих пород по тонким прослойкам, содержащим напорную воду, или по слою размягченных

пластичных грунтов.

Природа поверхностных деформаций выемок и высоких насыпей чаще всего связана с образованием в

грунте в течение зимы ледяных линз и прослоек, ориентированных параллельно откосам, то есть поверхностям,

по которым происходит теплообмен. При оттаивании, особенно в дождливое время, когда грунт дополнительно

насыщается влагой, верхняя часть откосов сползает. Плоскость сползания обычно совпадает с границей

сезонного промерзания.

Сплывы чаще наблюдаются на южных, чем на северных откосах благодаря большей скорости оттаивания и

потому большему содержанию в порах глинистых грунтов свободной воды.

Плохо уплотненное земляное полотно подвержено размывам, особенно при отсыпке его из макропористых

грунтов, черноземов и пылеватых грунтов в районах с большим количеством выпадающих осадков и

пересеченным рельефом местности. В степных районах Кубани и центральных черноземных областях нередки

случаи, когда неукрепленные водоотводные канавы при продольном уклоне, превышающем 20-30 ‰, в течение

одного года превращаются в глубокие рвы.

Таким образом, деформации земляного полотна всегда связаны с морозным пучением, сплывами откосов и

их размывом, а также с размывом канав и обочин. Чтобы вылечить подверженное деформациям «больное»

земляное полотно, необходимо знать его водно-тепловой режим.

В осенне-зимний период влажность верхних слоев земляного полотна увеличивается в результате

проникания поверхностных вод через трещины покрытия, обочины и разделительную полосу, а также

перемещения влаги из глубинных слоев грунта и боковых канав под дорожную одежду. Промерзание грунта

земляного полотна представляет собой тепломассообменный процесс, связанный с непрерывной миграцией

влаги в двухфазном состоянии (жидкая фаза и пар) и фазовыми превращениями: льдообразованием,

испарением и конденсацией.

Земляное полотно промерзает по ширине неравномерно. Влага из нижней его части и с боков перемещается

по направлению к дорожной одежде, где температура грунта наиболее низкая (рис. 12.1). Коэффициент

температуропроводности дорожной одежды в 1,5-2 раза выше, чем грунта на обочинах, и особенно

растительного грунта разделительной полосы. Влага под действием разности температур перемещается кверху.

В зависимости от продолжительности зимы и температуры ледяные кристаллы в течение нескольких месяцев

увеличиваются в объеме и покрытие подвергается морозному пучению.

Рис. 12.1. Неравномерность промерзания и оттаивания земляного полотна на автомобильных дорогах

Московского узла:

1 - максимальная граница промерзания; 2 - границы оттаявшего грунта (сверху по датам); 3 - свободная

вода, выделившаяся при оттаивании ледяных прослоек; 4 - направление отжатия свободной воды в

период оттаивания грунтов; 5 - сплошной песчаный слой; 6 - основание дорожной одежды; 7 -

асфальтобетонное покрытие; 8 - снег; 9 - уровень воды в канаве под снегом (25/III); 10 - ледяной слой на

обочинах (20/IV); 11 - направление движения влаги по незамерзающим пленкам на поверхности

грунтовых частиц к границе промерзающего грунта

На поверхности проезжей части появляются деформации, иногда приводящие к разрушению дорожной

одежды. Места внешнего проявления деформаций называют пучинами. Процесс пучинообразования является

круглогодичным и проходит последовательно пять стадий увлажнения (рис. 12.2).

Первая стадия - начальная, связанная с осенним периодом увлажнения. Влажность верхней часта

земляного полотна вследствие инфильтрации свободной воды повышается до W

 (0,65-0,7) W

, где W

нижняя граница текучести грунта. Стадия продолжается до установления среднесуточной температуры воздуха

-5°С. В это время пучение еще не наблюдается. Избыток свободной воды q в грунте отсутствует. Модуль

упругости грунта при водонепроницаемых покрытиях и хорошем состоянии задернованных обочин всего на 10-

15 % меньше, чем летом.

Вторая стадия - зимнее накопление влаги. При промерзании грунта накопленная с осени влага

перераспределяется. С понижением температуры воздуха граница промерзания опускается, вызывая

подтягивание влаги из талого слоя грунта в мерзлый. При сильных морозах (скорость промерзания по оси

проезжей части v

не менее 4,5-5 см/сут) граница промерзания опускается быстро и влага из более глубоких

теплых слоев грунта не успевает переместиться в верхнюю часть земляного полотна. При скорости v

 2,5

см/сут в грунте происходит интенсивное льдообразование, сопровождающееся неравномерным морозным

пучением покрытия, приводящим к ухудшению его транспортно-эксплуатационных качеств.

Во время этой стадии в первую половину зимы при погодных условиях, близких к средней многолетней

норме, в центральных, северных и северо-западных районах европейской части России влажность верхней

части земляного полотна повышается до W

 (0,65-0,7) W

. Резко увеличивается и морозное пучение.

Рис. 12.2. Схема закономерности изменения во времени морозного пучения h

пуч

, модуля упругости Е

влажности W грунтов земляного полотна во II и III дорожно-климатических зонах:

1 - влажность песчаного подстилающего слоя; 2 - влажность грунта верхней части земляного полотна; 3 -

кривая промерзания; 4 - кривая оттаивания; 5 - ледяные линзы и прослойки; Z - глубина промерзания;

I-V - стадии изменения влажности грунта

Третья стадия - вымерзание воды из песчаного подстилающего слоя дорожной одежды и установление

равновесного состояния влаги в грунтах верхней части земляного полотна. В этот период наблюдается

наиболее низкая зимняя температура. Глубина промерзания Z почти достигает максимума. По мере увеличения

глубины увеличивается пучение. К концу третьей стадии пучение достигает максимума. Влажность земляного

полотна практически не изменяется, влажность песчаного подстилающего слоя большей частью снижается из-

за происходящего вымерзания. В южных районах с мягкими зимами, а также в районах с высокой влажностью

воздуха вымерзание может и не наблюдаться.

Четвертая стадия - насыщение земляного полотна влагой. По мере оттаивания влажность грунта резко

повышается. Морозное пучение уменьшается. Одновременно снижается модуль упругости грунта Е

. Избыток

свободной воды q, выделяющейся в земляном полотне, отжимается по трещинам и порам грунта в корыто под

действием движущихся грузовых автомобилей.

Повышение влажности связано с инфильтрацией свободной воды и конденсацией у верхней границы

промерзания водяных паров. Относительная доля конденсационной воды по отношению к общему притоку

воды, поступающему в корыто, увеличивается с приближением к югу.

Процесс изменения влажности земляного полотна зависит от скорости оттаивания. Чем продолжительнее

затяжная весна (ночные заморозки сменяются теплыми солнечными днями без осадков), тем быстрее

вследствие испарения днем и морозного вымерзания ночью уменьшается влажность грунта и, следовательно,

меньше вероятность снижения модуля упругости грунта Е

. В годы с затяжной весной деформации на

покрытиях почти не наблюдаются. При дружной весне, характеризуемой скоростью оттаивания 7-8 см/сут,

наоборот, увеличивается количество деформаций на покрытиях из-за снижения прочности грунта и материала

подстилающего слоя.

Осадки, выпадающие в период дружной весны, особенно если их количество превышает 60 мм,

способствуют дополнительному увлажнению грунтов, которое может достигнуть величины, превышающей

(0,85-0,9) W

. При столь значительной средней влажности грунтов верхней части земляного полотна в

центральных районах европейской части удельный приток свободной воды в корыто нередко достигает 5-7 л/м

в сутки. Процесс ее отжатия продолжается, пока влажность связных грунтов не снизится до W

, меньшей (0,7-

0,75) W

, и верхняя граница оттаивания не опустится глубже 1-1,2 м, что соответствует мощности несущего

слоя грунта при современной расчетной нагрузке. Чем эффективнее работают дренирующий слой и дренажные

устройства, тем быстрее восстанавливается летний режим земляного полотна, а потому быстрее повышается и

модуль упругости грунта.

Пятая стадия - восстановление летнего водно-теплового режима земляного полотна при полном

оттаивании. В грунтах остается лишь местами капиллярно-разомкнутая (подвешенная) вода, горизонт которой

в центральных и северо-западных районах европейской части обычно расположен глубже 1м. Уменьшение

влажности и увеличение плотности грунта связаны с высокой испаряющей способностью земляного полотна,

особенно в насыпях, и опусканием уровня подземных вод почти до летней отметки.

Рассмотренная в общем виде закономерность изменения влажности относится лишь к верхней части

земляного полотна глубиной до (2,5-3,0) D от поверхности проезжей части, где D - диаметр отпечатка колеса

расчетного автомобиля.

Влажность грунтов, залегающих ниже 1,5-1,8 м, остается почти постоянной в течение года, даже в лесных

районах II дорожно-климатической зоны, лишь незначительно повышаясь во время четвертой стадии. В лесных

районах III зоны, где глубина промерзания Z  1м, влажность связных грунтов нижней части земляного

полотна практически стабильна. В степных районах IV и V зон, начиная с глубины 0,8-1,0 м, залегает так

называемый «мертвый» горизонт, имеющий постоянную влажность (за исключением районов искусственного

орошения и засоленных грунтов).

На влажность верхней части земляного полотна оказывают существенное влияние тип покрытия и общая

толщина дорожной одежды. С ее увеличением уменьшаются пределы колебания влажности, а также модуль

упругости грунтов. При толщине современных дорожных одежд 0,65-0,85 м влажность верхней части

земляного полотна изменяется в соответствии с синусоидой среднегодичного цикла, что упрощает теорию

расчета его водно-теплового режима.

Циклическое изменение водно-теплового режима земляного полотна, особенно в зоне хвойно-лиственных

лесов с подзолистыми и заболоченными грунтами, сопровождается усиленным протеканием процессов

оглеения. Во II дорожно-климатической зоне через 15-20 лет службы дороги прочность покровных глинистых

грунтов, уложенных в насыпь или прикрытых водонепроницаемой дорожной одеждой, при нулевом профиле

земляного полотна значительно снижается.

Оглеенные глинистые грунты почти всегда находятся в земляном полотне в увлажненном состоянии,

представляя собой при относительной влажности более (0,75-0,8) W

иловатую упруговязкую массу

зеленоватой окраски. Структура таких грунтов иная, чем в резервах, из которых возводилась насыпь. Модуль

упругости их в 2-3 раза меньше, чем грунтов придорожной полосы при одинаковой степени плотности. Такое

изменение грунтов в земляном полотне (их «старение») происходит тем медленнее, чем выше рабочая отметка