Автомобильные дороги – важнейшее звено общей транспортной системы страны, без которого не может функционировать ни одна отрасль народного хозяйства.
Уровень развития и техническое состояние автодорожной сети существенно влияют на экономическое и социальное развитие как страны в целом, так и её отдельных регионов, поскольку надёжные транспортные сети способствуют повышению использования основных производственных структур, трудовых и материально-технических ресурсов, повышению производительности труда.
Общие положения по возведению земляного полотна на слабых грунтах
При сооружении насыпей на слабых грунтах в их основании в целях повышения устойчивости, ускорения осадки и снижения влияния динамической нагрузки предусматривают следующие конструктивно-технологические решения:
- сооружение насыпи на слабом основании с расчетным режимом отсыпки, обеспечивающим устойчивость конструкции в процессе строительства и эксплуатации;
- применение разделительных прослоек из геосинтетических материалов для исключения смешивания отсыпаемых грунтов и грунтов слабого основания;
- устройство временной пригрузки для ускорения процесса консолидации грунтов слабого основания;
- сооружение «легких» насыпей из пеноматериалов для создания устойчивых и безосадочных насыпей;
- вертикальные дрены из песка, дискретных материалов, специальных геосотовых материалов с целью ускорения осадки слабого основания;
- устройство свай из песка, щебня, железобетона (забивные сваи), инъекционные сваи с ростверком из геосотовых материалов или тканых геополотен с целью создания устойчивых конструкций.
При использовании слабых грунтов в качестве основания дерновый слой на торфяном болоте и других типах слабого основания целесообразно не удалять. Допускается при толщине насыпного слоя 1,5 м и более оставлять пни, срезанные на уровне поверхности земли, а также срезанное мелколесье и порубочные остатки с укладкой стволов преимущественно поперек оси дороги.
При использовании в основании насыпи слабых грунтов, а также при наличии уклонов дна болота в процессе строительства необходимо устанавливать постоянные наблюдения за смещениями насыпи по высоте и в плане, которые могут быть вызваны дополнительными нагрузками, динамическими воздействиями транспорта, многолетним оттаиванием мерзлотных образований и другими трудно прогнозируемыми причинами, и условиями.
В случае нарушения устойчивости основания или недопустимых отклонений от расчетной осадки следует вносить соответствующие изменения в предусмотренные проектом конструктивные параметры и технологические схемы, а также осуществлять мониторинг в процессе строительства и эксплуатации.
На всех стадиях устройства земляного полотна на слабых грунтах необходим лабораторный контроль с привлечением строительной лаборатории, а именно:
- определение физико-механических свойств грунтов;
- определение максимальной плотности и оптимальной влажности грунтов;
- определение возможной величины осадки насыпи, возводимой на слабых грунтах;
- контроль качества плотности грунта в насыпи и т.п.
Возведение насыпей с заменой слабых грунтов в основании
Замена слабого грунта в основании насыпи может осуществляться механическим способом (экскавацией и транспортировкой слабого грунта), либо взрывным. В случае удаления слабого грунта механическим способом осуществляют двумя отрядами: один удаляет слабый грунт, второй выполняет замену и последующее сооружение насыпи.
Траншеи глубиной до 1 м на осушенных болотах I типа с подстилающим слоем из грунтов нормальной влажности и плотности при ширине основания насыпи 12 м и более целесообразно разрабатывать бульдозером. Уклон откосов траншей не должен превышать 1:3,5.
Замену слабого грунта в основании взрывным способом осуществляют по техническим нормам для данного вида работ и применяют для отсыпки насыпей на болотах всех типов в следующих случаях:
- разработка «на выброс» траншей на болотах I типа при выторфовывании до минерального дна;
- удаление торфа из-под отсыпанной ранее насыпи;
- рыхление дерново-корневого покрова;
- устройство канав-торфоприемников на болотах I и II типов при посадке насыпи на дно болота;
- разрыхление сплавины на болотах III типа.
Возведение насыпей с сохранением в основании слабых грунтов
Способ постепенного нагружения (предварительной консолидации) применяется при сооружении насыпей на болотах I и II типа в том случае, когда основание не может воспринимать сразу нагрузку от всей проектной насыпи без нарушения устойчивости. Отсыпку насыпи ведут в режиме, при котором каждая последующая ступень нагрузки прикладывается после консолидации за счет уплотнения грунта под предыдущей ступенью.
При отсыпке насыпи регистрируют фактическую осадку основания во времени. Осадку замеряют путем нивелирования наблюдательных марок, установленных по подошве насыпи. Марки представляют собой металлические штыри диаметром 5 – 10 мм, приваренные к опорной плите размером 30×30 см из листовой стали толщиной 3 – 5 мм. Отсыпку второго и последующих слоев начинают после достижения расчетной осадки основания от предыдущего слоя насыпи.
Для ускорения осадки насыпей на болотах I и II типа может быть применена временная пригрузка насыпи дополнительным слоем грунта. Толщину слоя временной пригрузки и время ее выдерживания устанавливают в проекте производства работ. Как правило, временную пригрузку назначают в виде слоя грунта, из которого отсыпана насыпь толщиной до 2 м, время выдерживания в соответствии с проектом – от одного месяца до одного года.
На протяженных переходах через болота с однотипными условиями следует производить работы по схеме укрупненного потока, при которой производительность отсыпки насыпи подбирают таким образом, чтобы пригрузочный слой находился на определенном участке насыпи расчетное время и постепенно перемещался вслед за фронтом отсыпки.
Нижнюю часть насыпи на промороженном основании отсыпают толщиной, определяемой проектом, из малоразложившегося подсушенного в валах торфа. Торф для этой цели получают из боковых резервов или из специальных карьеров. Работы по сооружению насыпи ведут в зимний период после промерзания основания на величину, близкую к максимальной.
Устройство вертикальных дрен
Вертикальные дрены устраивают с целью ускорения осадки основания. Вертикальные дрены сооружают в виде плоских дрен из геотекстильных и других ленточных дренирующих материалов или в виде скважин, заполненных песком или иным дренирующим материалом. Разновидностью вертикальных дрен являются продольные прорези, заполненные песком.
Дренажные прорези устраивают на слабых основаниях, в том числе и на болотах I типа, глубиной до 4 м для ускорения осадки насыпей, повышения устойчивости основания и снижения упругих колебаний от временной нагрузки.
Дренажные прорези в летнее время рекомендуется устраивать баровыми рабочими органами на базе экскаватора, а в зимнее время при глубине промерзания до 0,3 м – экскаватором, оборудованным обратной лопатой, или многоковшовым экскаватором. Экскаватор, работая на первой захватке, отрывает прорези на проектную глубину. В это время на второй захватке бульдозер заполняет отрытые траншеи песком из заранее подготовленного вала, а на первую захватку подвозят песок. Разработку прорезей одноковшовым экскаватором ведут захватками от 8 до 10 м летом и от 5 до 6 м зимой с одной стоянки.
Для заполнения вертикальных песчаных дрен применяют песок с коэффициентом фильтрации согласно проекту или гравийно-песчаную смесь с диаметром частиц до 60 мм. Нижнюю часть насыпи (рабочую платформу) отсыпают из дренирующего грунта с коэффициентом фильтрации более 3 м/сут.
Устройство свай
Песчаные сваи
Вертикальные дрены и песчаные сваи располагают по определяемой проектом треугольной, шахматной или квадратной сетке с шагом ленточных дрен от 1 до 2 м, песчаных дрен от 2 до 4 м и свай от 1 до 2 м. Песчаные сваи устраивают из песков, пригодных для отсыпки насыпи без дополнительных ограничений. В случае, если песчаные сваи предполагается использовать и как дрены, требования к материалу для их заполнения такие же, как и при устройстве вертикальных дрен. Осушающий и уплотняющий эффект дрен и свай повышается при введении в состав заполнения негашеной извести. Диаметр вертикальных песчаных дрен и песчаных свай, в зависимости от оборудования и длины, может быть в пределах 300 – 800 мм, минимальное поперечное сечение ленточных дрен – 4×100 мм.
Перед устройством вертикальных дрен и песчаных свай на поверхности болота производят отсыпку рабочей платформы из песка. Толщина ее, в зависимости от несущей способности грунта основания и веса применяемых механизмов, составляет не менее 0,75 м. Толщина рабочей платформы может быть снижена в 1,5 раза при укладке под нее геотекстильной прослойки на всю ширину рабочей платформы. Для прокола прослойки нижний конец обсадной трубы снабжают штыковым устройством. Ширина рабочей платформы должна превышать ширину свайного поля не менее, чем на 2,5 м.
Поверхность рабочей платформы планируют, после чего намечают центры скважин с закреплением осей поперечных рядов. На спланированную рабочую платформу автомобилями-самосвалами завозят песок для заполнения скважин.
Технологический процесс устройства свай и дрен состоит из следующих операций: погружение обсадной трубы, заполнение ее песком, виброизвлечение трубы и уплотнение песка в свае. Сваи устраивают при движении агрегата по челночной схеме продольными рядами от 20 до 30 штук, после чего агрегат разворачивается и делает следующий ряд, двигаясь в обратном направлении.
Обсадную трубу погружают в слабый грунт с помощью вибрации, безвибрационным задавливанием (в грунтах, размораживающихся под действием вибрации) или комбинированным способом.
Извлекают обсадную трубу при выключенном вибраторе. В продолжение первых 10 с скорость извлечения не должна превышать 0,1 м/с при максимальной интенсивности вибрации. По окончании извлечения трубы агрегат переезжает на новую точку. Комплект машин по устройству песчаных свай и дрен состоит из вибропогружателя, электростанции, буровой машины, погрузчика или экскаватора.
Устройства ленточных дрен из геотекстильных материалов
Технологический процесс устройства ленточных дрен из геотекстильных материалов включает заправку дрены в обсадную трубу, погружение обсадной трубы в грунт, извлечение ее, обрезку дрены на высоте от 20 до 25 см от поверхности грунта и переезд установки на новое место погружения дрен. Для погружения плоских дрен используют то же оборудование, что и для песчаных дрен, дополнительно снабженное катушкой с рулоном ленты геотекстиля.
Для проведения испытаний геосинтетических материалов должны быть подготовлены пробы в соответствии с ГОСТ Р 50275.
Толщину геосинтетических материалов определяют в соответствии с ГОСТ Р 50276 при давлении 2 кПа. Для определения линейных размеров образцов материалов применяют металлические измерительные линейки в соответствии с ГОСТ 427, рулетки измерительные в соответствии с ГОСТ 7502 и толщинометры в соответствии с ГОСТ 11358. Измерительный инструмент выбирается в соответствии с требуемой точностью измерений.
Для оценки материалоемкости используют показатель поверхностной плотности, который определяют в соответствии с ГОСТ Р 50277.
Прочность при растяжении и относительное удлинение геосинтетических материалов при максимальной нагрузке определяются в соответствии с ГОСТ Р 55030. Для всех видов геосинтетических материалов на величину прочности и относительного удлинения могут влиять такие факторы как: температура, кислотно-щелочной баланс среды, ультро-фиолетовое излучение и другие факторы.
Устройство из гибких труб и геосинтетических материалов
Для регулирования водно-теплового режима и повышения несущей способности земляного полотна на слабом основании рекомендуется применение рулонных геосинтетических материалов, которые не подвержены горению, гниению, а также устойчивы к воздействию агрессивной среды. Под прослойками между прорезями уложены опорные валики из закрытых с торцов гибких труб из нетканого синтетического материала. Внутренняя полость этих труб заполнена заторфованными, илистыми, слабопрочными грунтами, мелкими бытовыми отходами и др.
В основании отрывают параллельные прорези, а извлекаемый при этом грунт укладывают между ними. Извлеченный грунт помещают в гибкие трубы, геотекстиль которых не пропускает воду. Эти трубы раскладывают по возможности ближе к соседним краям прорезей. Затем поверх этих труб укладывают прослойку из нетканого синтетического материала, причем ее концами перекрывают прорези с запасом. Затем поверх прослойки ведут параллельную засыпку прорезей привозным грунтом. Прослойка при этом натягивается и присыпается грунтом, а ее концы закрепляются. В дальнейшем по прослойкам ведут отсыпку слоев дорожной конструкции.
Основные области применения устройства гибких труб из нетканого синтетического материала в строительстве земляного полотна автодорог:
- армирование нижней части земляного полотна постоянных и временных дорог на слабых основаниях;
- создание защитных конструкций при строительстве на подтопляемых участках береговой линии на пойменных участках рек;
- создание армирующих и защитных слоев при устройстве нижних частей насыпей из переувлажненных грунтов.
Торец трубчатой оболочки соединяется термическими способом или склеиванием, полученные цилиндры объединяются в верхней части прочными полимерными лентами с застежками.
Геометрические размеры гибких трубчатых оболочек могут изменяться в зависимости от конкретных условий применения.
Для заполнения внутренних полостей гибких цилиндрических трубчатых оболочек их необходимо закреплять на конце металлической трубы соответствующего диаметра с приемным клапаном по типу клапана мусоропровода. Через приёмный клапан оболочки заполняются любым грунтом, который доставляется к месту производства работ. В процессе заполнения оболочки грунтом производится виброуплотнение с помощью навесного вибратора. После заполнения внутренней полости горловина трубчатой гибкой оболочки закрывается, готовые трубчатые элементы перевозятся к месту укладки. Рабочие соединяют все трубы с помощью полимерной ленты на головах цилиндрических трубок.
При эксплуатации автомобильных дорог с асфальтобетонным покрытием на поверхности и внутри конструктивных слоев дорожной одежды возникают напряжения, которые переходят в различные виды деформаций и разрушений. Они обусловлены воздействием нагрузок от транспортных средств и влияния климатических факторов, что приводит к уменьшению срока службы автомобильной дороги.
Автор: Максим Подгорнов, специалист по дорожному строительству
