Что не влияет на морозоустойчивость грунта земляного полотна

Обновлено: 05.10.2024

7.4.1 Планировку и укрепление обочин необходимо проводить вслед за устройством дорожной одежды. При этом следует ликвидировать все временные въезды и съезды.

7.4.3 Планировку и укрепление откосов насыпей высотой более 6 м и глубоких выемок (включая устройство дренажей) следует проводить сразу же после окончания сооружения их отдельных частей (ярусов).

Работы по выполнению конструкций укрепления откосов и конусов должны выполняться в соответствии с технологическими регламентами, разработанными с учетом особенностей предусмотренных в проекте методов (травяной посев, железобетонные блоки, монолитные конструкции, геосинтетические материалы в виде геоматов, геокомпозитов, объемных георешеток и др.). Технологические регламенты разрабатываются подрядными организациямии и утверждаются в установленном порядке.

7.5 Земляные работы в зимних условиях (при отрицательных температурах)

7.5.1 В зимний период разрешается проводить: разработку выемок и резервов в необводненных песках, гравийно-галечных и скальных грунтах; в глинистых грунтах при влажности в пределах, указанных в таблице 1, разработку выемок глубиной более 3 м; возведение насыпи из сосредоточенных резервов; устройство насыпи из песчаных грунтов на болотах; выторфовывание; укрепление откосов насыпей регуляционных сооружений и русел рек каменной отсыпкой, бетонными плитами и др.; устройство глубоких дренажных прорезей.

7.5.2 Для возведения насыпи в зимнее время применяют без ограничений скальные, крупнообломочные грунты и пески (непылеватые). Применение глинистых грунтов и пылеватых песков допускается при влажности не более оптимальной. Применение глинистых грунтов повышенной влажности допускается только при выполнении в соответствии с проектом мероприятий по обеспечению необходимой устойчивости земляного полотна.

Глинистые грунты повышенной влажности следует применять только в талом виде. Для устройства насыпей за задними гранями устоев и конусов и засыпки водопропускных труб следует применять талый грунт.

7.5.3 Основание под насыпь должно быть подготовлено до начала промерзания грунта, а перед началом возведения насыпи - тщательно очищено от снега и льда. При возведении насыпи на сильнопучинистых грунтах в районах с глубиной промерзания более 1,5 м нижние слои (1,2-1,5 м) следует устраивать до наступления устойчивых отрицательных температур воздуха.

7.5.4 Размер мерзлых комьев при возведении насыпей не должен превышать 30 см при уплотнении грунтов решетчатыми катками или трамбующими машинами и 15 см при уплотнении грунтов катками на пневматических шинах и вибрационными. Укладывать мерзлые комья грунта допускается на расстоянии не ближе 1 м от поверхности откосов. Общее количество мерзлого грунта не должно превышать 30% общего объема грунта, укладываемого в насыпь, при уплотнении трамбованием и 20% - при уплотнении укаткой. Мерзлый грунт должен равномерно распределяться в теле насыпи.

7.5.5 Высоту насыпи, возводимой в зимнее время из глинистых и песчаных грунтов с включением мерзлых комьев, необходимо увеличить на 3% от толщины слоя зимней отсыпки.

7.6 Возведение земляного полотна на болотах (слабые основания)

7.6.1 Замену слабого грунта в основании насыпи следует проводить на болотах типа I, как правило, в зимнее время с транспортированием грунта по возводимой насыпи и надвижкой грунта по способу "от себя".

При сооружении насыпи на слабых грунтах, в том числе болотных, без их удаления с целью снижения неравномерности ее осадки следует устраивать в основании насыпи обойму или платформу из армирующих и дренирующих геоматериалов: тканых и нетканых геотекстилей, плоских геосеток в комбинации с объемными геоматериалами и др.

7.6.2 Посадку насыпи, в том числе с использованием геосинтетических материалов, на прочное основание на болотах типов II и III необходимо проводить методом выдавливания торфа весом насыпи. Для облегчения выдавливания следует проводить рыхление торфа, устраивать торфоприемники (траншеи вдоль подошвы насыпи), отсыпать насыпь узким фронтом (способ перегрузки), а также осуществлять воздействие виброударной и ударной нагрузкой. Насыпь при этом следует возводить сразу на полную расчетную высоту.

7.6.3 При сооружении насыпей с использованием в их основании сжимаемых грунтов должна быть обеспечена требуемая толщина отсыпки. Насыпь следует возводить равномерно на всю ее ширину.

7.6.4 Для ускорения осадки и упрочнения основания следует устраивать вертикальные дрены из дренирующих материалов, включая геосинтетические материалы. Дренажные прорези следует заполнять дренирующим материалом по мере их устройства.

7.6.5 При отсыпке насыпи на слабом основании по специально установленному режиму (метод предварительной консолидации) каждый последующий слой устраивается после достижения грунтом основания прочности, достаточной для восприятия дополнительной нагрузки.

В процессе консолидации основания необходимо проводить наблюдение за осадкой насыпи для уточнения объема досыпки или снятия излишков грунта и оценки возможности устройства покрытия.

7.6.6 После удаления растительного слоя на поверхность естественного основания насыпи перед укладкой геосинтетического материала следует отсыпать песчаный выравнивающий слой, толщина которого должна быть не менее значения имеющихся неровностей. Толщина первого слоя грунта насыпи, отсыпаемого на прослойку из геоматериала, должна быть не менее 0,3 м.

7.6.7 Уширение насыпи на слабых основаниях должно проводиться с учетом требований 7.2.7, 7.6.1-7.6.6. Регламентация выполнения работ в этом случае должна быть отражена в ПОС и ППР.

7.7 Разработка выемок в скальных грунтах и сооружение насыпей из крупнообломочных грунтов

7.7.1 Выемки в скальных грунтах следует разрабатывать механизированным или взрывным способом. Образованные взрывами откосы выемок в скальных грунтах должны быть очищены от неустойчивых камней, а также нависающего грунта поверхностных нескальных слоев.

7.7.2 Максимальный размер крупных включений в грунте, используемом для сооружения слоев насыпи, не должен превышать 2/3 толщины уплотняемого слоя.

7.7.3 Уплотнять крупнообломочные грунты водостойкой разновидности, содержащие более 30% глинистых фракций, следует при влажности, не превышающей допустимых значений для тяжелых суглинков и глин, а при содержании глинистых фракций менее 30% - при влажности, не превышающей допустимых значений для легких суглинков, приведенных в таблице 2.

7.7.4 При уплотнении легко выветривающихся и размягчаемых крупнообломочных грунтов влажность мелких фракций должна быть не выше 1,2 оптимальной.

7.7.5 Защитные слои из глинистого грунта на откосах следует устраивать в процессе сооружения основной части насыпи.

Защитные слои на откосах с использованием геоматериалов (объемных георешеток, геоматов, матрасов и др.) следует устраивать по окончании сооружения земляного полотна.

Геоматериалы следует закреплять равномерно по всей площади откосов с завершением работ до окончания смены.

7.7.6 При использовании крупнообломочных грунтов размягчаемых разновидностей в период строительства следует принимать меры по предупреждению их избыточного увлажнения атмосферными осадками или поверхностными водами, перекрывая водозащитными слоями и устраивая строительный водоотвод.

При сооружении насыпей эти грунты предварительно увлажняют, а уплотнение выполняют в две стадии. На первой стадии с целью максимального раздавливания и разрушения обломков применяют кулачковые катки, а на второй - комбинированные тяжелые катки. Степень предварительного увлажнения грунта определяют методом пробной укатки.

7.8 Возведение земляного полотна на засоленных грунтах

7.8.1 Устройство земляного полотна на засоленных грунтах при высоком уровне грунтовых вод необходимо проводить в период, когда их влажность соответствует требованиям таблицы 1.

7.8.2 Верхний рыхлый слой засоленного грунта, перенасыщенный солями, и солевые корки толщиной более 3 см следует удалять с поверхности резервов и основания насыпи перед ее возведением.

7.9 Возведение земляного полотна в песчаных пустынях

7.9.1 При строительстве дорог в песках, покрытых растительностью, необходимо принимать меры против ее повреждения, нарушения рельефа и разрыхления поверхности песков.

7.9.2 Устройство защитного слоя и укрепление откосов следует проводить вслед за возведением насыпи из песка. Защитные слои из песка, укрепленного вяжущими материалами, необходимо устраивать согласно правилам укрепления грунтов. Защитный слой на земляное полотно следует укладывать по способу "от себя".

В случае укрепления откосов объемными георешетками последующее заполнение их ячеек следует осуществлять растительным грунтом, торфо-песчаной смесью (ТПС), щебнем, бетоном и другими строительными материалами.

7.9.3 Земляное полотно из песка следует возводить непрерывно. Законченные участки земляного полотна и прилегающие к ним пески необходимо сразу укреплять.

7.10 Возведение земляного полотна в районах вечной мерзлоты

7.10.1 При возведении земляного полотна, спроектированного по принципу использования при эксплуатации дороги грунтов основания земляного полотна в мерзлом состоянии, следует проводить отсыпку насыпи после промерзания сезонно оттаивающего слоя не менее чем на 30 см. Ускорение промерзания достигается очисткой дорожной полосы от снега.

Лес, кустарник, бугры пучения удаляют только в зимний период на ширину основания насыпи, при этом сохраняют снежные отложения до 20 см. Запрещается корчевать пни на просеке. Не допускается устройства просеки "в задел". Растительный покров в основании насыпи и в пределах охранной зоны (ориентировочно до 50 м по обе стороны от оси трассы), должен быть сохранен. Проезд дорожных машин и технологического транспорта по просеке разрешается только в зимний период.

Толщина слоя насыпи, отсыпанного в зимнее время по промерзшему основанию, должна быть не менее глубины его сезонного оттаивания. Верхнюю часть насыпи следует, как правило, отсыпать в теплое время года из немерзлых грунтов.

7.10.2 Нижние слои насыпи на высоту 0,5 м следует отсыпать по способу "от себя", а последующие - продольным способом. Движение транспортных и дорожно-строительных машин по растительному покрову в весенне-летний период не допускается.

7.10.3 При возведении земляного полотна, спроектированного по принципу использования при эксплуатации дороги грунтов основания земляного полотна в оттаивающем состоянии, отсыпку насыпи разрешается проводить в любое время года (летом по способу "от себя") с сохранением растительного покрова или удалением в необходимых случаях непригодных грунтов из основания по мере их оттаивания. При этом насыпь должна быть отсыпана до проектных отметок к сроку оттаивания грунтов основания до расчетной глубины. Технология должна быть отражена в проекте организации строительства и технологическом регламенте.

7.10.4 Насыпи на льдонасыщенных косогорах круче 1:10 следует возводить зимой отсыпкой из привозных грунтов по способу "от себя" на полный профиль.

Для сооружения земляного полотна применяются четыре основные группы грунтов: скальные, добываемые путем разрушения скальных массивов; крупнообломочные, залегающие в естественных условиях; песчаные; глинистые. Каждая из перечисленных групп классифицируется по разновидностям и своим особым характеристикам.

Прочность скальных грунтов принято определять после длительного воздействия воды:

где Rв — предел прочности при сжатии в водонасыщенном состоянии; R0 — предел прочности при сжатии в воздушно-сухом состоянии.

Анализ факторов [45], определяющих уровень надежности дорожной одежды, показал, что важнейший из них — надежность земляного полотна характеризуемая средними показателями прогиба грунта, а также его однородностью и склонностью к изменению свойств при увлажнении. Для каждого конкретного случая рассчитывают в соответствии с методикой, изложенной в Инструкции [17], с учетом данных табл. 6.1.

Таким образом, основными мероприятиями по повышению надежности земляного полотна будут: обеспечение однородности полотна и регулирование его водно-теплового режима.

Под однородностью земляного полотна понимают неизменяемость физико-механических свойств грунта и его геометрических размеров по времени и координатам. Однородность оценивают коэффициентом вариации Сσ: чем меньше значение Cσ, тем выше однородность.

В последние годы влиянию однородности земляного полотна уделяют все большее внимание. Установлено, что однородность полотна зависит от многих причин и прежде всего от однородности, влажности и плотности грунтов, т. е. степени их искусственного уплотнения.

Чтобы достигнуть высокой плотности и однородности грунта необходимо, согласно действующим официальным нормам [17], обеспечить влажность грунта, отличающуюся от оптимальной W0 не более чем на ±2 %. Считая закон распределения влажности близким к нормальному и приняв доверительную вероятность а = 0,95, найдем среднее значение влажности и коэффициента вариации, обеспечивающих указанные допуски.

Значит, только при соблюдении данного условия возможно выполнить требования, предъявляемые действующими нормативами к плотности грунтов. Если исходить из общеизвестных средних значений оптимальной влажности Wo, то, пользуясь приведенными выражениями, при производстве земляных работ необходимо соблюдать следующие значения коэффициента вариации: для супесчаного, песчаного и суглинистого грунтов Cw = 0,067. 0,125; для пылеватого, тяжелосуглинистого и глинистого =0,044. 0,062. Для наиболее часто разрабатываемых грунтов в районах II дорожно-климатической зоны, т. е. связных, рекомендуется принимать Cw = =0,05. 0,1.

В естественных условиях влажность грунтов изменяется в достаточно широких пределах: значение коэффициента вариации колеблется в тех же районах от 0,07 до 0,23. При столь значительных колебаниях влажности, разумеется, нельзя обеспечить плотность, требуемую в теле земляного полотна.

Следовательно, в процессе производства земляных работ необходимо увлажнить грунт при помощи поливомоечной машины, а затем перемешать его автогрейдером либо дорожными фрезами. Только в этом случае можно достигнуть заданной плотности грунтов. При повышенной влажности грунтов их следует подсушить путем перемешивания автогрейдером или лучше фрезой.


В статье рассмотрена специфика строительства земляного полотна в условиях Дальнего Востока РФ.

Ключевые слова: земляное полотно, вечная мерзлота

Дальний Восток — один из уникальных регионов нашей страны, но, к сожалению, одной из главных причин экономического отставания этого региона является недостаточно развитая транспортная инфраструктура [1,93; 2,73; 3,44; 4,307]. Чтоб доехать из одного населенного пункта в другой в большинстве случаев населению приходиться обращаться к вездеходам, которые совершают свой маршрут через голую тундру, что наносит весомый ущерб природе (чтобы почва восстановилась после одного вездехода, ей необходимо 50 лет).

Так почему не исправляют эту ситуацию с транспортной системой? Возможно, это связано со сложностями при строительстве автомобильных дорог на вечной мерзлоте [5,23;6,73;7,103;8,107]. Поэтому в этой статье своей целью я ставлю разобраться в принципах строительства земляных полотен таких дорог.

По определению, мерзлыми грунтами считаются любые породы с нулевой или отрицательной температурой и содержащие лед. Вечномерзлый грунт находится в мерзлом состоянии в течение трёх и более лет [9,33;10,179;10,103;11,21].

Но обычно есть сезоннооттаивающий, или деятельный слой, на поверхности земли, который в зависимости от сезона оттаивает и замерзает. Такие деформации, как просадки, осадки и др., возникают именно из-за протаивания грунтов сезоннооттаивающего слоя. Поэтому главным вопросом является изучение его физических свойств. Например, такие факторы, как уничтожение мохорастительного покрова или вырубка на придорожной полосе кустарников и деревьев, приводят к увеличению деятельного слоя. А высокие насыпи, которые создают теплоизоляцию, приводят к увеличению уровня вечной мерзлоты.

Земляное полотно — самая главная часть автодороги. Оно возводится на грунтовом слое, который изменяет свои свойства в течение года. Поэтому устойчивость конструкции зависит от состояния грунта, его вида и влажности. [12,45;13].

Характеристика играницы районов зоны вечной мерзлоты

Тип района зоны вечномерзлых грунтов

I1

I2

I3

Природные мерзло-грунтовые условия

Мощность грунтов 200–900м;

Среднегодовая температура грунтов -5…-10°С;

Глубина сезонного оттаивания 0,2–2м;

Грунты глинистые, пылеватые, иловатые, тундровые.

Мощность грунтов 50–400м;

Среднегодовая температура грунтов -1…-5°С;

Глубина сезонного оттаивания 0,8–3м;

Грунты скальные, щебенистые, гравийно-галечниковые.

Мощность грунтов 50–100м;

Среднегодовая температура грунтов >1°С;

Глубина сезонного оттаивания >4 м;

Грунты пылеватые, глинистые, песчаные, торфоглинистые, щебенистые, галечниковые.

Тундра и лесотундра

Тайга и смешанные леса

Тайга, лесостепь, побережье Охотского моря

Выгоднее с экономической стороны построить дорогу по кратчайшему направлению между двумя пунктами, но в рассматриваемой территории — это невозможно из-за различных элементов рельефа поверхности и явлений, характерных для вечной мерзлоты.

На сегодняшний день грунты деятельного слоя используются в качестве земляного полотна по некоторым принципам [5,37]:

‒ I принцип — сохранить вечномерзлые грунты в течение всего времени эксплуатации дороги.

‒ II принцип — оттаивать часть вечномерзлых грунтов на величину, определяемую по расчетам.

‒ III принцип — оттаивать грунты и полностью осушать до начала строительных работ.

Также они используются исходя из типа района зоны вечномерзлых грунтов.

Самым неблагоприятным для строительства дорожной конструкции является I1 район, т. к. там льды слишком близко залегают к поверхности земли. А самым благоприятным является I3 район.

По первому и второму принципу конструирование земляного полотна идет с сохранением мохового слоя, но если по первому принципу строительство идет из несцементированных обломочных грунтов (рис.1, Тип I), то второй принцип разрешает использовать глинистые грунты (рис.2, Тип VII, VIII).


Рис. 1. Поперечный профиль насыпи на льдонасыщенном основании: 1 – несцементированный обломочный грунт; 2 – мохорастительный покров; 3 – верхняя граница вечной мерзлоты до постройки насыпи; 4 – верхняя граница вечной мерзлоты после постройки насыпи


Рис. 2. Поперечные профили насыпи из местных глинистых грунтов: 1 – щебень или гравий по расчету на прочность (но не менее 0,5 м); 2 – глинистый грунт из притрассовых резервов; 3 – земляная берма; 4 – мохорастительный покров; 5 – резерв; 6 – водоотводная канава; 7 -– верхняя граница вечной мерзлоты до постройки насыпи; 8 – верхняя граница вечной мерзлоты после постройки насыпи

Согласно третьему принципу полотно конструируется в насыпях (рис.3, Тип XVI, XVII), а работы по расчистке дорожной полосы должны проводиться не менее чем за год.


Рис. 3. Поперечные профили насыпи из местных глинистых грунтов: 1 – щебень или гравий по расчету на прочность (но не менее 0,5 м); 2 – глинистый грунт из притрассовых резервов; 3 – земляная берма; 4 – мохорастительный покров; 5 – резерв; 6 – водоотводная канава; 7 -– верхняя граница вечной мерзлоты до постройки насыпи; 8 – верхняя граница вечной мерзлоты после постройки насыпи

Чтобы отслеживать пучения или осадки земляного полотна, нивелируют специальные маяки, которые изготавливаются из металлического листа (толщина 3–4 мм) размером 30x30 (или 40x40) см и с диаметром стержня около 10–16 мм.

Вывод. Проанализировав полученную информацию, я могу сказать, что строительство дорог в условиях вечной мерзлоты — кропотливый труд, так как срок службы этих дорог зависит от грунта, на который укладывается земляное полотно. А его поведение сложно предсказать. Поэтому разработали несколько принципов по их конструированию.

Строительство таких дорог широко не распространено, возможно, из-за высокой стоимости (выше стоимости дорог средней полосы), которая обусловлена следующими факторами:

‒ Характерные природные условия для этой местности: низкие отрицательные температуры (до -60 °С), длинные и холодные зимы, которые длятся 7–9 месяцев, близко залегающие к поверхности мерзлые грунты;

‒ Большая отдаленность от развитых районов.

  1. Лазарев Ю. Г., Синицына Е. Б. Основы совершенствования транспортной инфраструктуры /Ю. Г. Лазарев, Е. Б. Синицына// Технико-технологические проблемы сервиса — СПб: 2013. № 2 (24), С.92–93.
  2. Лазарев Ю. Г., Синицына Е. Б. Современное состояние проблемы совершенствования транспортной инфраструктуры / Ю. Г. Лазарев, Е. Б. Синицына //Технико-технологические проблемы сервиса. — СПб.: 2013.№ 4(26), С. 71–74.
  3. Лазарев Ю. Г. Формирование потребительских и эксплуатационных свойств автомобильных дорог / Ю. Г. Лазарев, Д. Л. Симонов, А. Н. Новик/ Технико — технологические проблемы сервиса. СПб.: 2016. № 1(35). С. 43–47.
  4. Лазарев Ю. Г., Новик А. Н., и др., Изыскания и проектирование транспортных сооружений: Учебное пособие /Ю. Г. Лазарев, А. Н. Новик, А. А. Шибко, В. Г. Терентьев, С. А. Сидоров, С. А. Уколов, В. А. Трепалин / СПб.: ВАТТ, 2008. 392 с.
  5. Давыдов В. А., Бондарева Э. Д. Изыскания и проектирование автомобильных дорог на многолетнемерзлых грунтах. Омск: ОмПИ, 1989. — 82 стр.
  6. Лазарев Ю. Г. Транспортная инфраструктура (Автомобильные дороги). Монография — LAP LAMBERT, Германия: 2015. 173 с.
  7. Лазарев Ю. Г., Громов В. А. Современные требования к обеспечению потребительских и эксплуатационных свойств автомобильных дорог // В сборнике: Инновационные технологии в мостостроении и дорожной инфраструктуре. Материалы межвузовской научно- практической конференции. 2014. С. 102–109.
  8. Ватин Н. И., Производство работ. Определение продолжительности строительства воднотранспортных сооружений/ Н. И. Ватин, Г. Я. Булатов, Т. Ф. Морозова, А. В. Улыбин// Учебное пособие: СПб, СПбПУ, 2013. 116 с.
  9. Лазарев Ю. Г., Собко Г. И. Реконструкция автомобильных дорог: Учебное пособие. СПб. 2013. 93 с.
  10. Лазарев Ю. Г., Строительство автомобильных дорог и аэродромов: Учебное пособие. / Ю. Г. Лазарев, А. Н. Новик, А. А. Шибко, С. В. Алексеев, Н. В. Ворончихин, А. Т. Змеев, С. А. Уколов, В. А. Трепалин, С. В. Дахин, В. Т. Колесников, Д. Л. Симонов // СПб.: ВАТТ. 2013. 528 с
  11. Ермошин Н. А. Эксплуатация, восстановление и техническое прикрытие военно- автомобильных дорог: Учебник / Н. А. Ермошин, Ю. Г. Лазарев, С. В. Алексеев, В. Г. Лунев, Б. Г. Ашуркин, А. Н. Новик, В. А. Трепалин, Д. Л. Симонов, В. Т. Колесников/ СПб: ВАТТ, 2015. 312 с.
  12. Лазарев Ю. Г. Формирование потребительских и эксплуатационных свойств автомобильных дорог / Ю. Г. Лазарев, Д. Л. Симонов, А. Н. Новик/ Технико — технологические проблемы сервиса. СПб.: 2016. № 1(35). С. 43–47.
  13. Золотарь И. А., Собко Г. И., Лазарев Ю. Г., Прибор для определения коэффициента влагопроводности талых связных грунтов нарушенной структуры нестационарным методом. — Патент на полезную модель RUS 6627 21.04.1997.

Основные термины (генерируются автоматически): вечная мерзлота, земляное полотно, верхняя граница, грунт, постройка насыпи, мощность грунтов, поперечный профиль насыпи, принцип, сезонное оттаивание, среднегодовая температура грунтов.

Читайте также: