Планирование и строительство дорог на одном уровне

При возведении земляного полотна часто нарушаются условия равновесия поверхностных слоев земной коры. Прорезание наклонных пластов грунта при устройстве выемок может вызвать оползание их откосов. Насыпи, отсыпанные на косогоре, могут смещаться вниз по склону. Торфяные и водонасыщенные илистые основания могут выжиматься из-под насыпи в сторону или медленно сжиматься под весом насыпи, отдавая насыщающую их воду. Кроме сдвигов или перемещений насыпей как целого массива, возможны деформации самой насыпи, вызываемые, например, уплотнением насыпного грунта под влиянием природных воздействии, собственного веса и напряжений от проезжающих автомобилей (рис. 6). Деформации от уплотнения грунта возможны не только в насыпях, но также и в выемках и на участках с нулевыми отметками, если материковый грунт в условиях естественного залегания недостаточно плотен (рис. 7). Потеря устойчивости земляного полотна может проявляться также в изменении приданной ему при постройке правильной формы в результате оползания или бокового выпучивания откосов.

 

Рис. 7. Виды деформаций выемок: а — оползание откоса выемки в однородном грунте; б — то же при слоистом напластовании; в — выжимание слабого грунта на дне выемки под действием ве¬са откоса

 

Многолетний опыт дорожного и железнодорожного строительства позволил выработать конструкции устойчивого земляного полотна для благоприятных геологических условий — так называемые типовые поперечные профили земляного полотна. Однако при неблагоприятных инженерно-геологических условиях работы земляного полотна, использовании для его возведения Специальных рабочих процессов (гидромеханизации, взрывных методов), а также при введении в конструкцию земляного полотна элементов, существенно изменяющих его водно-тепловой режим и т. п., приходится разрабатывать индивидуальные проекты, обеспечивающие устойчивость земляного полотна. Это относится к случаям постройки высоких насыпей и глубоких выемок (более 12 м), возведения насыпей на подтопляемых участках или из переувлажненных грунтов, на крутых косогорах, на слабых и неустойчивых основаниях, а также выемок в переувлажненных грунтах и при наличии водоносных слоев.

Методы расчета устойчивого земляного полотна основаны на за-кономерностях механики грунтов. При этом приходится учитывать сложные особенности работы земляного полотна

Работа грунта в земляном полотне автомобильных дорог протекает в условиях переменной степени увлажнения и меняющихся во времени температур, в результате чего сопротивление грунта нагрузкам неодинаково в различные периоды года, а в связи с переменностью погодных условий и в разные годы. Таким образом, прочность земляного полотна непостоянна и его устойчивость необходимо оценивать применительно к периодам наиболее неблагоприятного состояния грунтов.

2.2. Виды грунтов в земляном полотне

Применительно к использованию для устройства земляного полотна различают несколько видов грунтов.

Крупнообломочные скальные грунты — обломки скальных пород, получаемые при искусственной разработке или залегающие в естественных условиях в виде аллювиальных или делювиальных отложений.

Различают глыбовые (валунные) и щебенистые (галечниковые) грунты. Эти грунты являются хорошим материалом для возведения насыпей, поскольку они устойчивы против воздействия текущей воды и не поглощают влагу. Проникание воды в промежутки между обломками разрушенной скальной породы, если она не является слабой и быстро выветривающейся, не влияет существенно на прочность и устойчивость земляного полотна. Однако использование крупнообломочных скальных грунтов встречает затруднения из-за трудности их уплотнения. Между скальной отсыпкой и дорожной одеждой должен быть устроен переходный грунтовой слой толщиной 0,5 м.

Близки по свойствам к каменистым грунтам отходы промышленности — кислые и нейтральные металлургические шлаки, хорошо обожженные горелые породы отвалов каменноугольных шахт, которые без ограничений допускаются для отсыпки насыпей.

Гравийные и песчаные грунты водопроницаемы и не склонны к накоплению влаги при промерзании. Насыщение водой мало влияет на устойчивость этих грунтов в земляном полотне. Песчаные грунты (за исключением мелких пылеватых песков) представляют собой наилучший материал для насыпей, возводимых в неблагоприятных гидрологических условиях — на заболоченных участках и на поймах рек. Грунты, имеющие коэффициент фильтрации более 0,5 м/сут, относят к дренирующим.

Супесчаные грунты обладают связностью в сухом состоянии, при увлажнении они сохраняют сопротивление нагрузкам, достаточное для устойчивости земляного полотна. Насыпи из супесчаных грунтов можно устраивать как в сухих, так и в переувлажненных местах.

Пылеватые супесчаные грунты, содержащие более 50% частиц диаметром мельче 0,25 мм, менее устойчивы в переувлажненном состоянии. При промерзании они склонны к накоплению влаги и пучению.

Пылеватые суглинки и тяжелые пылеватые супеси, содержащие большое количество фракций размером 2,0 — 0,05 мм, особенно подвержены процессам зимнего влагонакопления и пучинообразования. В откосах земляного полотна эти грунты легко размываются и приходят в текучее состояние. Поэтому на дорогах с усовершенствованными капитальными типами покрытий верхнюю часть земляного полотна из пылеватых грунтов и пылеватых суглинков в неблагоприятных гидрологических условиях заменяют устойчивыми грунтами 

Замена неустойчивых грунтов: а — в насыпях; б — в выемках; 1 — морозоустойчивый грунт; 2 — присыпные обочины из устойчивого грунта; 3 — возвышение низа морозозащитного слоя над, уровнем воды в канаве не менее 0,2 м; h — не мнее 0,8 м

 

Суглинистые грунты являются хорошим материалом для земляного полотна. Они хорошо сопротивляются размыву и устойчивы в откосах. В пойменных суглинистых насыпях при спаде высоких вод обратное движение воды, ранее проникшей в насыпь, может вызвать гидродинамическое давление, приводящее к обрушению откосов.

Глинистые грунты обладают значительной связностью и очень малой водопроницаемостью, в связи с чем они медленно насыщаются водой и столь же медленно просыхают. Эти грунты применяют, если их влажность в условиях естественного залегания не превышает оптимальную, для отсыпки насыпей в сухих местах и в месостоянии глинистые грунты переходят в мягкопластичное и текучее состояние и липки.

Торфы, образующиеся при отмирании болотной растительности, характеризуются значительной сжимаемостью и влагоемкостькк Использование их в земляном полотне не допускается, за исключением случаев укладки сильно волокнистых торфов в нижнюю» часть насыпи на пересечениях торфяных болот на дорогах с переходными и низшими типами покрытий.

Илистые грунты, сапропели и органо-минеральные в условиях: естественного залегания отличаются значительной влажностью и. малым сопротивлением сдвигу. Высохшие грунты при повторном увлажнении быстро теряют связность и могут приходить в плывунное состояние. Допускается при условии ряда ограничений оставлять их в основаниях насыпей с обязательной проверкой устойчивости.

Содержание в грунтах растворимых солей и органических веществ (засоленные и заторфованные грунты и отчасти черноземы) вызывает существенное изменение их физико-механических свойств. Особенности проектирования земляного полотна из таких грунтов, рассматриваются в разделе о проектировании дорог в сложных геофизических условиях.

Существует ряд горных пород и отходов промышленности, ,ранее не допускавшихся в насыпи из-за опасения их распада, изменений объема или перехода в текучее состояние даже при сезонных. изменениях водно-теплового режима земляного полотна. К их числу относятся горные породы, образовавшиеся в результате уплотнения и цементации глинистых грунтов, иольдиевые глины, аргиллиты, мергели, сланцевое глины, а также меловые грунты, алевролиты, топливные шлаки, золы ТЭЦ и т. п.

2.3. Источники увлажнения земляного полотна

Насыщение земляного полотна дороги влагой — крайне опасное явление, так как при этом сильно снижается прочность дорожной одежды и устойчивость откосов насыпей и выемок. Вода может попадать в земляное полотно двумя путями: просачиваясь с поверхности и поднимаясь по капиллярам и в виде паров и пленок от уровня грунтовых вод.

Выпадающая дождевая вода частично стекает по поверхности; земли, а частично просачивается вглубь, скапливаясь над водонепроницаемыми слоями в порах вышележащего грунта. Поверх-ность образовавшейся таким образом грунтовой воды, заполняющей поры нижней части водопроницаемого слоя, представляет собой смягченную копию рельефа местности. Уровень грунтовой, воды приподнимается под холмами и слегка снижается под долинами.

В местах, где уровень грунтовых вод выходит на поверхность земли, образуются ключи или болота. В этом месте уровень грунтовых вод понижается. На грунтовом профиле в плоскости направления течения воды поверхность грунтовых вод образует кривую депрессии, которая тем круче, чем менее водопроницаем грунт.

Промежутки между грунтовыми частицами имеют малые размеры и. образуют тонкие каналы неправильной формы и переменного сечения — капилляры. По этим капиллярам вода распространяется в окружающий грунт под действием молекулярных сил от уровня грунтовых вод и из мест застоев на поверхности грунта. Таким образом, над уровнем грунтовых вод и в поверхностном слое грунта после дождей могут иметься две зоны капиллярной воды: поднимающаяся от уровня грунтовых вод и так называемая подвешенная, не связанная с уровнем грунтовых вод, а образу¬ющаяся у дневной поверхности мелкозернистых грунтов после вы¬падения атмосферных осадков.

Уровень, которого достигает вода, перемещаясь от источников увлажнения по капиллярам в грунте, зависит от крупности грунтовых частиц и степени уплотнения грунта. В песках высота капиллярного поднятия невелика (менее 30—50 см), а в пылеватых грунтах может достигать нескольких метров.

Слой грунта выше уровня капиллярного поднятия содержит воду в виде тончайших пленок, измеряемых долями микрометра (связанная вода), а также в виде водяных паров, содержащихся в воздухе, который находится в порах между частицами.

Отдельные виды грунтовой воды в земляном полотне не остаются в течение года в статическом равновесии. Под влиянием притока воды извне, а также при изменении температуры и атмосферного давления происходят колебания уровня грунтовых вод и уровня капиллярного поднятия, а также перемещение водяных паров и пленочной влаги из мест с более высокой температурой в места с более низкой температурой.

Таким образом, источниками увлажнения земляного полотна являются: выпадающие осадки, приток воды от дождей и таяния снега со склонов местности, капиллярное поднятие от уровня грунтовых вод» конденсация водяных паров из воздуха и перемещение пленочной влаги по поверхности грунтовых частиц.

В зависимости от климатического района, местных условий и времени года обычно преобладают те или иные причины увлажнения земляного полотна.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

1. Раздорожный, А. А. Охрана труда и производственная безопасность: Учебно-методическое пособие – Москва: Изд-во «Экзамен», 2005. – 512 с.
2. Хван, Т. А. Хван, П. А. «Безопасность жизнедеятельности». Ростов-на-Дону, издательство  «Феникс», 2002г.
3. Рощупкин, Э. В. Учебное пособие для студентов. -  Тула, 2005.