Указания Указания по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на болотах . Типы болот и способы возведения на них насыпей Основные положения при проектировании плана трасса

- 5.74 Мб

СООРУЖЕНИЕ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА НА БОЛОТАХ

1.Типы болот, конструкции насыпей, сроки консолидации

Болота образуются и развиваются на избыточно увлажненных участках земной поверхности. По происхождению болота разделяют на два вида: сплавинные, образовавшиеся при зарастании водоемов и рек; торфяные,

появившиеся вследствие заболачивания суши. По условиям расположения и питания водой различают болота: низинные - грунтового, озерного или речного питания; переходные - смешанного питания; верховые - атмосферного питания.

В строительной практике пользуются классификацией (табл. 1), принципы которой разработаны Н. П. Кузнецовой (1936 г.), а позже несколько дополнены К. С. Ордуянцем (1946 г.) и В. Д. Казарновским (1976 г.). Эта классификация основана на характеристике строения болотной толщи.

Для строительных целей необходима характеристика грунтов, слагающих болотную толщу, поэтому в дополнение к инженерной классификации болот их делят по прочностным показателям на три строительных типа: I тип -грунты, выдавливание которых из-под насыпи невозможно; II тип - грунты, выдавливание которых возможно; III тип - грунты, выдавливание которых происходит обязательно.

Изучение механических характеристик болотных грунтов показывает, что они зависят от состава и состояния грунтов, поэтому тип болотного грунта устанавливают по таким показателям, как влажность и зольность (табл. 2).

Конструкции земляного полотна на болотах (табл. 3) принимают с учетом типа болот, свойств болотных грунтов, капитальности дорожных сооружений и экономических факторов. При выборе конструкции, как правило, для каждого болота рассматривают несколько возможных вариантов.

Таблица 1

Таблица 2

Разновидность торфяного грунта (по природной влажности, %)	Вид торфяного грунта
	Волокнистый, зольность >75%	Слабоволокнистый, зольность 75-60%	Неволокнистый, зольность <60%
	Тип торфяного грунта
Осушенный (W<300)
Маловлажный (W=300…600)
Средней влажности (W=600…900)
Очень влажный (W=900…1200)
Избыточно влажный (W>1200)

* К 1 типу относить грунты при W<500%

** К 1 типу относить торф средней зольности при W<400%

Таблица 3

Тип болота	Глубина болота	Дорожное покрытие
		Усовершенствованное	Насыпь с полным выторфовыванием или продольными прорезями
			Насыпь с вертикальными дренами
		Низшее или переходное	Насыпь с частичным выторфовыванием или без выторфовывания
		Усовершенствованное	Насьпь с погружением на минеральное дно; насыпь опирается на железобетонные сваи или оболочки, взвешенные в болотной массе; дорога проходит по эстакаде
			Насыпь, опирающаяся на минеральное дно; дорога проходит по эстакаде

При строительстве дорог с усовершенствованными капитальными или облегченными типами покрытий применяют конструкции, при которых исключается осадка земляного полотна после устройства дорожной одежды. На болотах I типа небольшой глубины устраивают насыпи, опирающиеся на минеральное дно (рис.1,а) или с продольными дренами (рис.1,б) на болотах с вертикальными дренами (рис.1,в). При строительства дорог а переходными и низшими типами покрытий на болотах I и II типов глубиной до 4 м возводят насыпи с частичным выторфовыванием (рис.1, г) или без выторфовывания (рис. 1,д). На болотах Ш типа дороги с любым типом покрытия устраивают в насыпи, опирающейся на минеральное дно болота (рис. 1, е). Такую конструкцию применяют на болотах II типа при сооружении дорог с усовершенствованными покрытиями. Кроме приведенных конструкций, иногда земляное полотно устраивают опирающимся на сваи, железобетонные оболочки, взвешенные в болотной массе, или дорогу прокладывают на эстакаде.

Наиболее простым и экономичным решением является возведение земляного полотна непосредственно на поверхности болота. Возможность осуществления таких конструкций рассматривают в первую очередь.

Следует заметить, что почти все дороги, построенные в дореволюционное время на переходах через болота, имели в основании насыпи деревянный настил (слани). Многие из этих дорог эксплуатируются до настоящего времени. Устойчивость такой конструкции определяют горизонтальные элементы, которые воспринимают растягивающие напряжения. Элементы сланей служат арматурой грунтовой конструкции. В настоящее время в качестве такой арматуры применяют стержня и полосы из металла или пластмасс, покрытие из синтетической ткани (стеклоткань). Арматуру укладывают в нижнюю часть насыпи на предварительно отсыпанный рабочий слой толщиной 15-20 см. Стержни укладывают в виде решетки. Поперечная арматура является рабочей, продольная служит для распределения усилия и анкеровки. Уложенную арматуру или ткань засыпают слоем грунта, который выравнивают и уплотняют, после чего насыпь возводят обычным способом. При выборе конструкции земляного полотна на болоте учитывают расходы на строительство и последующую эксплуатацию дороги. Существенное значение имеет время консолидации земляного полотна, особенно при необходимости устройства капитальной дорожной одежды.

Примеры строительной стоимости различных конструкций приведены на рис. 2, эксплуатационных затрат и продолжительности консолидации - в табл. 4.

Таблица 4

Вариант конструкции	Затраты на 1 км. тыс.руб.	Коэффициент удорожания	Продолжительность консолидации, мес., при глубине болота
Земляное полотно на минеральном грунте
Массивная насыпь на торфе
Облегченная насыпь
Насыпь с выторфовыванием
Насыпь с дренажными прорезями

Сравнение вариантов конструкции земляного полотна на болоте производят по разности показателей в приведенном виде

где С 1 и С 2 - сметные стоимости соответственно первого и второго вариантов; Э 1год и Э 2год -среднегодовые эксплуатационные затраты для первого и второго вариантов; Е н - нормативный коэффициент эффективности (применяется в настоящее время равным 0,12); Т 1 и Т 2 -длительность строительства по первому и второму вариантам; Нр - условно-постоянные накладные расходы по первому варианту; Пр -среднегодовая прибыль в транспортной отрасли за счет ввода в действие; S 1 и S 2 - величина ущерба от аварийного выхода объекта из строя для первого и второго вариантов; g 1 и g 2 - вероятность аварийных разрушений для первого и второго вариантов за срок службы конструкций; К 1 и К 2 - средний размер основных производственных фондов и оборотных средств для первого и второго вариантов.

Расчет производят на весь нормативный срок работы дороги на всю протяженность перехода через болото.

2. Возведение насыпей с полным или частичным выторфовыванием

Удаление торфа - выторфовывание - производят с помощью машин, взрывным способом или применяют гидромеханизацию.

Выторфовывание возможно только на болотах I и II типов. До начала основных работ на болотах, так же как и на других участках, выполняют подготовительные работы, которые состоят из расчистки дорожной полосы от леса, осушительных работ и устройства подъездов для движения транспортных средств.

Несущая способность болотных грунтов очень низкая (14-18 кПа), поэтому для таких условий применяют машины специальной болотной модификации, давление которых на грунт составляет около 25 кПа, что также часто превышает допустимую нагрузку. Для улучшения условий работы проводят осушение болот путем устройства канав. Несущая способность осушенных болот приблизительно равна 30 кПа, что уже достаточно для прохода специальных машин, однако при длительной работе машин с одной стоянки такая прочность болотного грунта все же мала.

Подготовительные работы часто выполняют в зимний период, когда при достаточной глубине промерзания можно применять обычные машины. При устройстве подъездных дорог на участках слабых грунтов применяют деревянные колейные покрытия или покрытия из элементов сборного железобетонов.

Выторфовывание машинами. Для удаления торфа применяют бульдозеры или экскаваторы. При неглубоких осушенных болотах (до 2 м) или при естественном невысоком уровне воды над минеральным дном выторфовывание производят бульдозером путем послойной разработки торфа перпендикулярно оси дороги. Отвалы торфа располагаются по краям выработки. На мелких болотах выторфовывание производят на полную глубину. Отсыпку насыпи на подготовленном участке производят при послойной укладке и уплотнении грунта. Для отсыпки нижней части насыпей на болотах допускают только дренирующие грунты: песчаные крупные или средней крупности, крупнообломочные или скальные, а также супеси легкие крупные с содержанием глинистых частиц не более 6%. Толщина дренирующего слоя должна быть на 0,5 м больше суммы глубины выторфовывания и осадки основания S. Выторфовывание бульдозером экономичнее, чем экскаватором, и его применяют всегда при наличии необходимых условий.

Выторфовывание экскаватором производят с оборудованием драглайна, при этом возможны два способа разработки торфа; экскаватор перемещается непосредственно по поверхности болота или по переносным щитам и производит работу «на себя» (рис. 3, а); экскаватор перемещается по отсыпаемой насыпи и работает «от себя» (рис. 3, б).

Второй способ применяют обычно на болотах II типа, когда несущая способность болотных грунтов недостаточна для безопасной работы машин.

Вынутый торф складывают в отвалы или вывозят. Отвалы размещают от края траншеи на расстоянии, равном или большем глубины болота.

Одновременно с разработкой траншеи для насыпи тем же экскаватором устраивают и боковые канавы.

Траншею, образующуюся при выторфовывании, необходимо быстро заполнять грунтом насыпи, так как откосы ее сравнительно скоро оплывают и пустая траншея заполняется водой или жидкой болотной массой, (особенно при болотах II типа). Минеральный грунт насыпи вытесняет воду и жидкую болотную массу, но часть торфа

может оказаться засыпанной грунтом насыпи и это вызовет в дальнейшем ее деформацию. С целью уменьшения вероятности такого случая глубину выторфовывания принимают больше мощности торфа на 15-20 см.

Отсыпку насыпи вначале ведут по способу «с головы» до уровня поверхности болота или на 15-20 см выше, дальнейшую досыпку до проектной высоты производят по способу «послойной отсыпки».

Для уплотнения нижней части насыпи применяют метод временной пригруэки, механическое уплотнение трамбующими плитами и глубинное виброуплотнение. Грунт верхней части насыпи уплотняют обычным послойным способом катками или трамбующими машинами. Схемы организации работ при выторфовывании экскаваторами показаны на рис. 3.

При выторфовывании экскаватором с поверхности болота работы выполняют на четырех-пяти захватках. На I захватке экскаватор драглайн производит выторфовывание. Экскаватор устанавливают на деревянный щит из круглого леса диаметром 10-18 см. Выторфовывание производят на всю ширину насыпи или на половине ширины в зависимости от параметров применяемого экскаватора и размера насыпи по ширине. Торф выгружают в отвал, расположенный сбоку. По мере продвижения экскаватора вдоль трассы он переходит на второй щит, а первый переставляют вперед.

На II захватке засыпают траншею выторфовывания и отсыпают насыпь на высоту 0,5-0,6 м над поверхностью болота, Грунт доставляют на автомобилях, тракторных прицепах или скреперами. Выгруженный грунт перемещают бульдозером в траншею заполняют траншею грунтом своевременно, чтобы недопустить обрушения ее откосов и заполнения торфяной массой.

Уплотнение нижней части насыпи на III захватке производят редко, чаще эту захватку выделяют как некоторый задел, обеспечивающий фронт работ для последующей послойной досыпки насыпи, до проектной отметки. В связи с тем, что насыпи на болотах отсыпают из песчаных грунтов, а снизу насыпь увлажняется, происходит естественное уплотнение грунта. Поэтому нижнюю часть насыпи очень редко уплотняют машинами, обычно в тех случаях, когда необходимо устраивать дорожные одежды непосредственно за земляными работами.

Описание работы

Болота образуются и развиваются на избыточно увлажненных участках земной поверхности. По происхождению болота разделяют на два вида: сплавинные, образовавшиеся при зарастании водоемов и рек; торфяные,
появившиеся вследствие заболачивания суши. По условиям расположения и питания водой различают болота: низинные - грунтового, озерного или речного питания; переходные - смешанного питания; верховые - атмосферного питания.

Болота занимают около 10 % территории нашей страны. На долю России приходится 3/4 болот земного шара, другими словами, на каждого жителя Российской Федерации приходится около 1 га болот. Болотами принято называть места с затруднёнными поверхностным и внутренним стоком, занятые естественными залежами высокопористых водонасыщенных грунтов. Границу болота принято считать с глубины 0,5 м.

Основы научного решения проблемы строительства дорог через болота были разработаны в 30-х годах прошлого столетия Н.П. Кузнецовой. Её труды совместно с работами А.А. Арсеньева, Л.А. Братцева не потеряли своей актуальности и в настоящее время. В железнодорожном строительстве близкие задачи решали К.С. Ордуянц, Н.Н. Сидоров, Г.М. Шахунянц и др. Значительный вклад в проектирование и технологию возведения земляного полотна на болоте внесли ученые МАДИ, СоюздорНИИ, БелдорНИИ и др.

Несмотря на научные разработки, технический уровень строительства дорог в заболоченных местах повышается медленно. Проектные организации недостаточно учитывают современные достижения науки, не ориентируют строителей на применение экономичных конструкций и технологических приемов, освоенных мировой практикой. Выторфовывание закладывается часто без достаточного обоснования, в результате чего средняя стоимость 1 км земляного полотна через болота в 3...5 раз выше, чем в обычных условиях.

По источникам питания болота подразделяют на:

Низинные, питаемые грунтовыми водами. Эти болота содержат хорошо разложившиеся плотные древесные, травяные или моховые торфы;

Верховые, образовались в результате заболачивания суши. Торф характеризуется небольшой степенью разложения и малой плотностью;

Переходимые - смешанного грунтового и атмосферного питания. Торф по свойствам занимает промежуточное положение между низовыми и верховыми болотами.

Болота по своему строению с некоторым допущением можно разделить на три типа:

I тип - болота, до дна заполненные торфом устойчивой консистенции;

II тип - болота, заполненные слабым торфом неустойчивой консистенции (сапропеловые);

III тип - болота с торфяным слоем, плавающим на воде или сапропеле (сплавинные).

Насыпи на болотах в зависимости от типа болота, технической категории автомобильной дороги могут быть возведены:

Без выторфовывания с отсыпкой непосредственно на поверхности болота;

После полного или частичного выторфовывания;

С отсыпкой на слое торфа с последующей посадкой насыпи на минеральное дно болота;

На поверхности болота после устройства дренажных прорезей или вертикальных дрен.

Конструкцию земляного полотна и способ работ выбирают в зависимости от: плотности торфа, глубины болота, технической категории автомобильной дороги, наличия средств механизации с учётом приведённых затрат Э пр .

Э пр = (С 1 -С 2)+(Э 1 -Э 2 /Е н )+Н р (Т 1 -Т 2 /Т 1)+П р (Т 1 -Т 2)+(S 2 P 2 -S l P 1)+Е н (Ф 1 T 1 -Ф 2 T 2), (4.2.1)

где С 1 , С 2 - сметные стоимости строительства дороги по первому и второму вариантам;

Э 1 , Э 2 - среднегодовые эксплуатационные затраты по первому и второму вариантам, руб.;

Е н - нормативный коэффициент эффективности;

Н р - условно-постоянные накладные расходы, по первому варианту;

Т 1 , Т 2 - продолжительность строительства по первому и второму вариантам, лет;

П р - среднегодовая прибыль в транспортной отрасли за счет ввода в действие автомобильной дороги, руб.;

S l , S 2 - величина ущерба от аварийного выхода объекта из строя для первого и второго вариантов, руб.;

P 1 , Р 2 - вероятность аварийных разрушений для первого и второго вариантов за срок службы конструкции;

Ф 1 , Ф 2 - средний размер основных производственных фондов и оборотных средств для первого и второго вариантов.

К основным производственным фондам относят машины, оборудование, промышленные здания, к оборонным средствам - сырьё, топливо, инструменты, запасные части.

Расчет производят на весь нормативный срок работы дороги на всю протяженность перехода через болото.

На болотах насыпи возводят по типовым специальным или индивидуальным проектам в зависимости от типа болота.

Различают три типа болот :

• I - заполненные торфом и другими болотными отложениями устойчивой консистенции, сжимающимися под воздействием насыпи высотой до 3 м;
• II - заполненные торфом и другими болотными отложениями разной консистенции, в том числе выдавливающимися под воздействием насыпи высотой до 3 м;
• III - заполненные илом и водой, в том числе с наличием торфяной корки (сплавины).

Для возведения насыпи на болотах используют дренирующие грунты. На болотах I и II типов допускается отсыпать земляное полотно из пылеватых песков, легкой крупной супеси. На болотах III типа эти грунты, а также другие глинистые грунты разрешается использовать только для верхней надземной части насыпи.

На болотах I типа насыпи высотой до 3 м сооружают с полной или частичной заменой торфа в основании минеральным грунтом. Полное выторфовывание производят на болотах глубиной до 2 м (рис. 1, а ), а частичное - более 2 м (рис. 1, б ). При частичном выторфовывании болот I типа глубину траншеи назначают из расчета, чтобы сумма высоты насыпи над поверхностью болота и глубины траншеи была не менее 3,5 м. Крутизну откосов выторфовывания принимают от 1:0 до 1:0,5. Насыпи высотой более 3 м на болотах I типа устраивают без замены торфа.

На болотах II типа независимо от высоты насыпи торф удаляют полностью. На расстоянии не менее 2 м от подошвы откоса с обеих сторон насыпи устраивают канавы - торфо-приемники (шириной не менее 2 м и глубиной не менее 1 м).

На болотах III типа насыпи возводят на минеральном дне. Для нижней части насыпи используют дренирующие грунты, делая крутизну откосов при мелком и пылеватом песке 1:4; при крупно- и среднезернистом песке - 1:2; гравии, гальке, щебне, камне, слабовыветривающихся породах - 1:1,5.

Рис. 1 - Насыпи на болотах I типа высотой до 3 м: а - с полным выторфовыванием; б - с частичным; H - высота насыпи иад поверхностью болота; h - высота призмы; V - глубина выторфовывания; S - осадка торфа; y - толщина обжимаемого слоя торфа под насыпью

Земляное полотно в районах вечной мерзлоты

Районы с вечномерзлыми грунтами составляют значительную часть территории нашей страны. Физико-механические свойства вечномерзлых грунтов зависят от их температуры.

Грунты, имеющие температуру на глубине нулевых амплитуд выше -1 °С, относят к высокотемпературным, а грунты с температурой -1 °С и ниже - к низкотемпературным. Глубиной нулевых амплитуд называют глубину, на которой температура вечномерзлого грунта в течение года остается постоянной (принимают равной 10 м).

На слабом и просадочном основании и на участках с подземными льдами насыпи сооружают по индивидуальным проектам.

При высокотемпературных вечномерзлых грунтах на участках насыпей высотой до 1 м и на нулевых местах залегающие в основании переувлажненные глинистые грунты вырезают на глубину, определяемую расчетом. Так же поступают и с глинистыми грунтами, слагающими основную площадку в выемках, поскольку они при оттаивании переходят в текучее состояние.

Земляное полотно в горных и сейсмических районах

В горных районах насыпи возводят из камня по типовому профилю высотой до 12 м при поперечном уклоне местности не круче 1:3.

Выемки глубиной до 16 м в слабовыветривающихся скальных породах при поперечном уклоне местности не круче 1:3, отсутствии трещиноватости и наклона пластов в сторону пути сооружают по типовым проектам. Через 300 м с каждой стороны выемки в шахматном порядке располагают камеры (6×2, 8×2,5 м) для временного складирования отдельных материалов верхнего строения пути, инструмента и механизмов Между камерами устраивают ниши (3×2×1 м) для укрытия линейных работников (рис. 2). В таких выемках обычно вместо кюветов для отвода атмосферной воды устраивают лотки. Для возможности смены шпал расстояние от оси крайнего пути до откоса выемки на уровне подошвы шпалы должно быть не менее 3,7 м.

Рис. 2 - Выемка в скальных грунтах

В выемках, разработанных в легковыветривающихся скальных породах, на уровне основной площадки устраивают полки шириной 1-2 м. Они необходимы для предотвращения засорения лотков (кюветов) грунтом, вымываемым или обваливающимся с откосов.

При строительстве железных дорог в горных районах, подверженных каменным обвалам, осыпям и снежным лавинам, устраивают противообвальные галереи (рис. 3) или улавливающие траншеи. При сейсмичности 7-9 баллов крутизну откосов насыпей и выемок с рабочими отметками более 2 м делают положе (вместо 1:1,5 принимают 1:1,7; вместо 1:2 - 1:2,2), на косогорах с крутизной от 1:2 до 1:1 насыпи заменяют эстакадами или укрепляют подпорными стенками. В таких районах при сейсмичности 8 баллов наибольшая высота насыпи 15 м, а при 9 баллах - 12 м; откосы земляного полотна укрепляют дерном и растительностью.

Рис. 3 - Противообвальная галерея на скальном участке: 1 - железобетонная перемычка; 2 - окна сечением 150×400 мм через 4 м; 3 - ось пути; 4 - ось галереи; 5 -местный грунт; 6 - гидроизоляция; 7 - мятая жирная глина

Земляное полотно на крутых и неустойчивых косогорах

Конструкция насыпей на косогорах включает в себя элементы, обеспечивающие устойчивость ее от сдвига по склону: нагорную канаву, берму, уступы в основании насыпи, в необходимых случаях подпорные стенки (рис. 4), контрбанкеты и контрфорсы.

Контрбанкет представляет собой призму, отсыпанную у откосов насыпей из грунтов, дренирующие свойства которых не хуже, чем у грунтов насыпи. Размеры контрбанкета определяют расчетом.

Контрфорс представляет собой короткий контрбанкет, вмонтированный в откос насыпи, из бутовой кладки на цементном растворе или длинную продольную (вдоль оползневого склона) «ленту» каменной кладки.

Рис. 4 - Насыпь на косогоре с подпорной стенкой: 1 - застенный дренаж; 2 - подпорная стенка; 3 - водоотводные отверстия; 4 - лоток; 5 - железобетонная консоль

Конструкции насыпей на болотах. При отсыпке насыпей на склонах с углом крутизны от 1:5 до 1:3 для обеспечения их устойчивости против сдвига по основанию в них устраивают уступы от 1-го до 4-х метров, уклон 0,01 - 0,02 в направлении падения уклона, смотри рисунок ниже.

При этом в случае высоты уступа 1 метр и менее его стенка может быть вертикальной, при большей высоте уступа откосу придается уклон крутизны 1:0,5 - 1:1,5.

Групповые конструкции насыпей на болотах формируются с учетом типа болот, его глубиной и уклоном минерального дна.

Учитывая характеристику грунтов болота разделяют на три типа:

I тип - заполненные торфом и другими болотными грунтами устойчивой консистенции, сжимающимися под нагрузкой от насыпи высотой до 3 метров;

II тип - заполненные торфом и другими болотными грунтами разной консистенции, в том числе выдавливающимися под нагрузкой от насыпи высотой до 3 метров;

III тип - заполненные торфом и другими болотными грунтами в разжиженном состоянии, выдавливающимися под нагрузкой; могут иметь торфяную корку — сплавину.

Тип болота устанавливается в ходе инженерно-геологических изысканий с определением физико-механических характеристик грунтов болота.

Типовой поперечный профиль насыпи на склонах с углом крутизны от 1:5 до 1:3 где:

• а - насыпь с высотой нижнего откоса до 12 метров;
• б - деталь нагорной канавы с бермой в дренирующих грунте естественного сложения;
• в - нижняя насыпь;
• г - полунасыпь — полувыемка

Выбор профиля конструкции насыпей на болотах определяется условием не превышения допустимых упругих осадок и ограничением остаточной осадки по возможности строительным периодом.

Для сооружения конструкции насыпей на болотах преимущественно используют дренирующие грунты, если такие грунты отсутствуют на болотах I и II типа рекомендуется использовать мелкие или пылеватые пески и песчанистые породы грунта. При этом возвышение бровки профиля насыпи над поверхностью болота для исключения капиллярного поднятия влаги в насыпь следует применять не менее:

— для дренирующих грунтов 0,8 метров, с учетом полного удаления торфа в основании насыпи; 1,2 метра при частичном выторфовывании;

— для мелкозернистых песков и песчанистых пород грунта - 2 метра.

По групповым решениям могут сооружаться насыпи:

— на болотах I типа с установленной глубиной до 4 метров при поперечной крутизне минерального дна не более 1:10;

— на торфяных болотах II типа глубиной до 3 метров поперечной крутизне минерального дна не круче 1:15;

— на торфяных болотах III типа глубиной до 4 метров поперечной крутизне минерального дна не круче 1:20 (I тип), не круче 1:15 (II тип) и не круче 1:20 (III тип) могут сооружаться по групповым решениям.

На болотах I типа глубиной до 2 метров по условию упругой осадки предусматривают полное удаление торфа при высоте насыпи до 3 метров. Частичное удаление торфа на болотах I типа допускается при высоте насыпи от 2 метров до 3 метров при определенной глубине болота до 4 метров.

При частичном удалении торфа происходит обжатие торфа на величину расчетной осадки S, которая может составлять до половины его толщины, что должно учитываться при проектировании.

Глубина выторфовывания hв назначается из условия, чтобы суммарная толщина насыпного грунта Н+ hB+S (над поверхностью болота и в нем с учетом расчетной осадки) была не меньше 3,5 метров для дорог I-III категории и 3 метров для дорог IV категории, а так же ее отношение к толщине уплотнен-ного торфа должно быть не менее 2:1 смотри рисунок.

Типовой поперечный профиль конструкции насыпи высотой до 3 метров на торфяных болотах I типа глубиной до 2 метров поперечной крутизне основания не более 1:10 с полным удалением торфа:

• а — из дренирующих грунтов;
• б — из мелкозернистых песков, песчанистых пород грунта;
• т — крутизна склонов траншеи выторфовывания (от 1:0 до 1:0,5)

Типовой поперечный профиль конструкции насыпи высотой до 3 метров на торфяных болотах I типа с определенной глубиной до 4 метров поперечной крутизне основания не более 1:10 с частичным удалением торфа, где:

• а — из дренирующих грунтов;
• б- из мелкозернистых песков, песчанистых пород грунта;
• т — крутизна склонов траншеи выторфовывания;
• hB — глубина выторфовывания;
• S - осадка насып

Крутизна склонов траншеи выторфовывания т назначается с учетом способа производства работ в пределах от 1:0 до 1:0,5.

При высоте насыпи более 3 метров и глубине торфяного болота I типа до 4 метров торф может использоваться в качестве естественного основания, при этом осадка насыпи на величину S реализуется в ходе строительства. В данном случае обязательным является проверка условий обеспечения допустимой упругой осадки насыпи.

Групповые решения для конструкций насыпей на торфяных болотах I типа применяют при уклоне минерального дна не круче чем 1:10.

Крутизна уклонов насыпей на дренирующих грунтах принимается как у типовых профилей 1:1,5, а для насыпей из мелких или пылеватых песком и песчанистых пород грунта, учитывая их чувствительность к восприятию динамических нагрузок, верхняя часть принимается с углом крутизны 1:1,75, а нижний слой толщиной 1,0 метр еще положе - с крутизной 1:3 смотри рисунок.

Типовой поперечный профиль конструкции насыпи высотой до 3 метров на торфяных болотах I типа с установленной глубиной до 4 метров при поперечном склоне основания не более 1:10 с использованием торфа в качестве основания:

• а - из дренирующих грунтов;
• б - из мелкозернистых песков, песчанистых пород грунта;
• S - осадка насыпи

Водоотводные канавы у насыпей на торфяных болотах I типа устраивают с двух сторон на расстоянии не менее 3 метров от подошвы. Сечение канав принимается трапецеидальное с шириной дна и его глубиной не меньше 0,8 метров.

Насыпи на торфяных болотах II типа с установленной глубиной до 3 метров должны быть подсажены на минеральное дно. При этом вырезается растительный и корневой покров, торф с устойчивой консистенцией и всплывающий торф с неустойчивой консистенцией удаляется, а грунт канавы у насыпи отсыпается непосредственно в воду.

Водоотводы в данном случае выполняют в виде канавторфоприемников, глубину которых принимают равной толщине растительного и корневого покрова, но не ближе чем 1 метр, а располагают их с двух сторон, не менее 2 метров от подошвы насыпи.

Групповые решения для конструкции насыпей на торфяных болотах II типа применяют при уклоне минерального дна не круче чем 1:15. Крутизна уклона насыпей для болот II типа принимается такой же, как и для насыпей на торфяных болотах I типа, смотри рисунок.

3.1. Типы болот, их классификация, конструкции насыпей
на болотах

Болота образуются и развиваются на избыточно увлажненных участках земной поверхности. По происхождению болота разделяют на два вида: сплавинные, образовавшиеся при зарастании водоемов и рек; торфяные, появившиеся вследствие заболачивания суши. По условиям расположения и питания водой различают болота: низинные – грунтового, озерного или речного питания; переходные – смешан­ного питания; верховые – атмосферного питания.

В строительной практике пользуются классификацией (табл. 3.1), принципы которой разработаны Н.П. Кузнецовой (1936), а позже несколько дополнены К.С. Ордуянцем (1943) и В.Д. Казарновским (1976). Эта классификация основана на характеристике строения болотной толщи.

Таблица 3.1

Классификация болот (строительная)

Для строительных целей необходима характеристика грунтов, слагающих болотную толщу, поэтому при проектировании и возведении земляного полотна болота принято разделять на три типа: I тип – грунты, выдавливание которых из-под насыпи невозможно; II тип – грунты, выдавливание которых возможно; III тип – грунты, выдавливание которых происходит обязательно. Наиболее часто приходится иметь дело с болотами I типа, кото­рые занимают на территории России около 90 % всех заболоченных участков.

Конструкции земляного полотна на болотах принимают с учетом типа болот, свойств болотных грунтов, категории железной дороги и экономических факторов. При выборе конструкции, как правило, для каждого болота рассматривают несколько возможных вариантов. Для возведения насыпей на болотах предусматривают использование преимущественно дренирующих грунтов. При отсутствии дренирующих грунтов на болотах I и II типов допускается применять пылеватый песок, а также легкую супесь. На болотах III типа – пылеватые пески, легкие супеси и др., глинистые грунты разрешается укладывать только в верхнюю, надземную часть насыпей. Насыпь из пылеватого песка и легкой супеси, сооружаемая в пределах осушенных или осушаемых болот, должна возвышаться на 2 м и более над уров­нем воды в болоте или в водоотводной канаве.

На болотах I типа при отсыпке насыпи до 3 м, полностью или частично удаляют торф из основания и заменяют его минеральным грунтом. На болотах глубиной до 2 м торф удаляют полностью. Частично удаляют торф на болотах глубиной более 2 м (рис. 3.1). При этом глубину траншей для дорог I и II категорий назначают так, чтобы сумма величин высоты насыпи над поверхностью болота и глу­бины траншеи была не менее 3,5 м, для дорог III категории – не ме­нее 3 м. Отношение общей высоты насыпи (включая высоту части, расположенной ниже поверхности болота, и величину расчетной осадки) к толщине уплотненного слоя торфа в основании насыпи должно быть не менее 2:1. Крутизну откосов траншеи выторфовывания назначают от 1: 0 до 1: 0,5 в зависимости от принятого способа производства работ (при устройстве траншеи драглайном – 1:0, при использовании бульдозеров – 1: 0,5).

Рис. 3.1. Поперечные профили насыпей высотой до 3 м на болотах I типа: а – из дренирующих грунтов на болотах глубиной до 2 м; б – из мелких и пылеватых песков, легких супесей на болотах глубиной до 2 м; в – из дренирующих грунтов на болотах глубиной 2…4 м

Насыпи высотой более 3 м на болотах I типа (рис. 3.2) устраива­ют без выторфовывания с расчетом использования торфа в качестве естественного основания земляного полотна.

Рис. 3.2. Поперечные профили насыпей высотой более 3 м на болотах I типа: а – из дренирующих грунтов; б – из мелких и пылеватых песков, легких крупных супесей

На болотах II типа, независимо от высоты насыпи, предусматривают полное удаление торфа устойчивой консистенции и посадку насыпи на минеральное дно болота (рис. 3.3). На расстоянии не менее 2 м от подошвы откоса насыпи с обеих сторон устраивают канавы – торфоприемники, ширину которых назначают не менее 2 м, а глубину – равной толщине растительно-корневого покрова, но не менее 1 м.

На болотах III типа насыпи сооружают с использованием минерального дна для их основания с предварительным удалением (рис. 3.4) или без удаления торфяной корки. Если сплавина не удаляется, то высота насыпи над ней должна быть не менее 3 м.

Рис. 3.3. Поперечные профили насыпи на болотах II типа: а – из дренирующих грунтов; б – из мелких и пылеватых песков, легкой крупной и легкой супеси

Рис. 3.4. Поперечный профиль насыпи на болотах III типа

3.2. Технология возведения насыпей с полным
или частичным выторфовыванием

Возведение насыпей на болотах включает следующие процессы: осушение болота, если это предусмотрено проектом; подготовку основания; отсыпку нижней части насыпи (ниже уровня болота); отсыпку верхней части насыпи. Подготовку основания под насыпь увязывают с отсыпкой насыпи так, чтобы разрывы во времени были минимальны. До начала основ­ных работ на болотах, так же как и на других участках, выполня­ют подготовительные работы, которые состоят из расчистки дорожной полосы от леса, осушительных работ и устройства подъездов для движения транспортных средств.

Несущая способность болотных грунтов очень низкая (14...18 кПа), поэтому для таких условий применяют машины специальной болотной модификации, давление которых на грунт составляет около 25 кПа, что также часто превышает допустимую нагрузку. Для улучшения условий работы проводят осушение болот путем устройства канав. Несущая способность осушенных болот приблизительно равна 30 кПа, что уже достаточно для прохода специальных машин, однако при длительной работе машин с одной стоянки такая прочность болотного грунта все же мала.

Подготовительные работы часто выполняют в зимний период, ког­да при достаточной глубине промерзания можно применять обычные машины. При устройстве подъездных дорог на участках слабых грун­тов применяют деревянные колейные покрытия или покрытия из эле­ментов сборного железобетона.

Выторфовывание машинами. Для удаления торфа применяют бульдозеры или экскаваторы. При неглубоких осу­шенных болотах (до 2 м) или при естественном невысоком уровне воды над минеральным дном выторфовывание производят бульдозером путем послойной разработки торфа перпендикулярно оси дороги. От­валы торфа располагаются по краям выработки. На мелких болотах выторфовывание производят на полную глубину. Отсыпку насыпи на подготовленном участке производят при послойной укладке по схеме « с головы» . Выторфовывание бульдозером экономичнее, чем экскаватором, и его применяют всегда при наличии необходимых условий.

Выторфовывание экскаватором производят с оборудованием дра­глайна. При этом возможны две схемы работ: первая – при движении по оси траншеи или вдоль бровки ее с односторонней или двусторонней разработкой; вторая – при движении вдоль траншеи тремя проходками. По стоимости и трудоемкости всего комплекса работ эти схемы приблизительно равноценны.

При организации работ по первой схеме экскаватор, двигаясь по оси траншеи, разрабатывает ее на полный профиль и укладывает грунт в два отвала по обе стороны траншеи (рис. 3.5, а ). Схема обес­печивает наименьшую стоимость и трудоемкость благодаря наимень­шим углам поворота стрелы экскаватора. Объем работ по перемеще­нию торфа в кавальер бульдозером наибольший, причем бульдозер ра­ботает в стесненных условиях ввиду близости отвала торфа к бров­ке траншеи. Поэтому торф из отвала в кавальер перемещается толь­ко после засыпки траншеи минеральным грунтом до уровня болота.

Эта схема применяется в случаях, не требующих предварительно­го устройства водоотводных канав.

При односторонней схеме экскаватор движется вдоль бровки траншеи, разрабатывая ее на полный профиль за одну проходку, и укладывает грунт в один отвал (рис. 3.5, б ). Углы поворота стрелы экскаватора здесь больше, чем при движении его по оси траншеи, и производительность уменьшается примерно на 6 %. По этой схеме одновременно с разработкой траншеи возможно устройство одной водоотводной канавы.

Рис. 3.5. Схемы организации работ при выторфовывании экскаватором: а – при движении экскаватора по оси траншеи; б – при одностороннем движении экскаватора;
в – при двустороннем (I;II) движении экскаватора; г – тремя проходками (I; II; III) экскаватора

При двусторонней разработке траншеи (рис 3.5, в ) работы ведутся двумя проходками. Экскаватор идет по одной стороне траншеи, разрабатывая ее на половину ширины, и затем, возвращаясь по другой бровке, разрабатывает траншею на полный профиль. Торф укладывается в два отвала. Одновременно с разработкой траншей возможно устройство водоотводных канав. Работы можно вести либо одним, либо двумя экскаваторами одновременно.

Приведенная схема обеспечивает наименьшую трудоемкость перемещения торфа в кавальер; бульдозер только разравнивает отвал торфа слоем до 0,5 м.

При разработке тремя проходками (рис. 3.5, г ) экскаватор снача­ла разрабатывает среднюю часть траншеи, а затем ее крайние части. Из отвала у центральной части траншеи торф перемещается за пределы очертаний основания насыпи бульдозером или драглайном. Рабо­ты можно производить одним или двумя экскаваторами одновременно.

При устройстве широких и глубоких траншей с большим объемом выторфовывания, особенно на болотах с низкой несущей способнос­тью, торф транспортируется в специальные отвалы автосамосвалами, занятыми на возведении насыпи. Экскаватор в этом случае перемещается по отсыпаемой насыпи. Эта схема получила название «от себя».

На глубоких болотах более качественным выторфовыванием считают метод взрывания зарядов под насыпью. Заряды закладывают в скважинах, пробуренных через насыпь, и в стороне от нее рядами через 3…4 м. Сначала взрывают внешние заряды, которые образуют торфоприемные траншеи, затем с замедлением в 20…30 миллисекунд (мс) заряды под насыпью. При широких насыпях первыми взрывают осевые заряды, затем с замедлением – крайние, тогда раньше опускается средняя часть насыпи и отжимает разрыхленную массу в стороны.

Взрывные работы на болотах эффективны и их применяют во всех случаях, когда позволяют условия обеспечения безопасности.

Взрывами можно производить полное и частичное удаление торфа, рыхление торфа (разрушение структуры), устройство торфоприемников, канав, выравнивание минерального дна или устройство упор­ных канав при уклоне дна болота для предотвращения скольжения насыпи. На болотах I типа обычно ведут разработку торфа на выброс с расчетом получения полного профиля до дна болота.

Расчет взрывных работ ведут по эмпирическим формулам, в основе которых использована зависимость количества взрывчатого вещества от объема разрабатываемой породы:

где a – показатель выброса; q – расход ВВ, кг/м 3 ; W – расчетная линия сопротивления, равная глубине взрываемого слоя торфа. Расстояния между зарядами (в ряду) принимают равными 0,9 W; 1,1 W; 1,2 W, в зависимости от плотности торфа (чем плотнее торф, тем расстояние между зарядами меньше). Расстояние между рядами зарядов принимают равным 0,85 W.

Выторфовывание средствами гидромеханизации. Применение гид­роме­ханизации эффективно при определенных условиях. В частности при достаточно больших сосредоточенных объемах работ, наличии достаточного объема воды и дешевой электроэнергии. При возведении земляного полотна на болотах такие благоприятные условия встречаются сравнительно редко, однако при наличии этих условий применение гидромеханизации весьма эффективно.

Сущность работ состоит в размыве торфа мощной струей воды, в результате чего образуется рыхлая жидкая масса, которая легко отжимается грунтом возводимой насыпи. На болотах I типа торф размывают гидромонитором, гидросмесь перекачивают передвижными землесос­ными установками в отвал. Образовавшуюся траншею заполняют грунтом насыпи при отсыпке ее с головы или комбинированным способом.

На болотах II и III типов производят только размыв верхнего сплавинного слоя торфа гидромониторами. Разжиженный торф не удаляют; он отжимается грунтом насыпи в боковые прорезы, сделанные также гидромониторами. Подачу грунта для насыпи осуществляют также по способу гидромеханизации. На болотах II и III типов применяют метод инъекции песчаного грунта, при котором гидросмесь подают по трубе непосредственно в разжиженную торфяную массу, и песок вытесняет торф.

Работу проводят в такой последовательности: установка насос­ной станции и прокладка трубопровода; размыв торфа в траншее гидромониторами; отсыпка грунта в траншею с погружением на минеральное дно; возведение верхней части насыпи. Отсыпку грунта насыпи производят с помощью машин, а также по способу гидромеханизации. Грунт для насыпи получают путем размы­ва гидромонитором или добычей со дна водоема землесосной установ­кой (земснарядом). Намыв насыпи осуществляют безэстакадным спосо­бом путем укладки трубопровода непосредственно на поверхность на­мываемой насыпи.