16.6. Уширение земляного полотна и исправление продольного профиля

При необходимости увеличения ширины земляного полотна используются решения по двухстороннему или одностороннему уширению.

Двухстороннее уширение (рис. 16.14, а) по технологическим признакам (повышенный объём земляных работ, сложность выполнения линейных работ, трудность использования общестроительных дорожных машин) целесообразно использовать при насыпях высотой до 2 м с крутизной откоса 1:3 и положе, если соблюдается условие В_ф>В_П.Ч< 2В_ф(В_ф- ширина обочины существующей дороги,В_П.Ч- ширина уширения проезжей части). Двухстороннее уширение применяется и в тех случаях, если по местным условиям невозможно одностороннее уширение (близко расположены границы зданий и сооружений, близкое расстояние до различных коммуникаций, неблагоприятные рельеф и грунтовогидрологические условия, наличие охранных, запретных зон и т.д.).

Одностороннее уширение насыпей (рис. 16.14, б) по технологичности, экономичности (уменьшение объема земляных работ, отсутствие необходимости в устройстве объездного пути, сохранение оголовков труб с одной стороны и т.д.) является более предпочтительным, однако обладает существенным недостатком - необходимостью устройства дорожной одежды в ряде случаев в зоне стыка полосы уширения с существующей насыпью и необходимостью смещения оси проезжей части. Одностороннее уширение насыпей возможно как при высоте насыпей до 2 м, так и более.

Рис. 16.14. Основные варианты уширения земляного полотна: а, б, в - соответственно двустороннее, одностороннее уширение насыпи и уширение выемки; В- величина уширения земляного полотна;В_П.Ч- величина уширения проезжей части;В_ф- фактическая ширина обочины; 1 - существующая насыпь; 2 - уширение насыпи; 3 - положение откоса существующей насыпи; 4 - борозды на откосе; 5 и 6 - дорожная одежда, существующая и на уширении; 7 -уступ; 8 - удаляемая часть откоса выемки

Для обеспечения надлежащего соединения грунтов существующей наспи из связных грунтов с отсыпаемой полосой уширения после удаления растительного грунта выполняют рыхление грунта или устройство уступов. Рыхление грунта (или устройство борозд глубиной 0,2-0,25 м) выполняют на насыпях высотой до 2 м, а также на насыпях до 4 м при грунтах оптимальной влажности и с заложением откосов 1:1,75 и положе. В остальных случаях сопряжение выполняют с помощью уступов, устраиваемых в процессе работ по уширению насыпи. Высоту уступа принимают наибольшей исходя из технологических возможностей и обеспечивающей ширину полки не менее 1,0-1,5 м.

Уширение выемок выполняют с учётом грунтовогидрологических условий путем односторонней или двухсторонней срезки откосов выемки (рис. 16.14, в). При этом для уменьшения объёма земляных работ, вероятности размыва при глубине выемок более 2 м целесообразно вместо боковых канав глубиной 0,5 м и более трапецеидальной формы устраивать укреплённые лотки треугольного сечения глубиной 0,3 м и более.

При уширении насыпи следует применять те же грунты, что и на существующей дороге. Если это по тем или иным причинам невозможно осуществить, используют либо песчаные непылеватые грунты, либо (в случае насыпи из связных грунтов) глинистые грунты с числом пластичности не выше, чем у грунтов существующей насыпи.

Песчаные грунты с коэффициентом фильтрации К_ф1 м/сут следует применять:

при наличии пучинообразования на существующей дороге на глубину 1,0-1,2 м от поверхности покрытия;

на подтопляемых участках, в местах длительного стояния поверхностных вод, на слабых основаниях - в нижней части насыпи на 0,5 м выше уровня поверхностных вод.

Если при ведении работ по уширению не удаются изложенные выше положения по подбору грунта, технологии, конструктивным решениям и т.д., может иметь место снижение надёжности конструкции в части её устойчивости и прочности. В этих условиях целесообразно использовать дополнительные мероприятия, в частности: уположение откосов, устройство дренажа, устройство прослоек и геосинтетических материалов. Эти решения необходимо применять и при выполнении работ по уширению в сложных условиях (уширение насыпей на слабых основаниях, в стеснённых условиях с устройством откосов повышенной крутизны и т.д.).

Для повышения прочности и устойчивости присыпной части насыпи при уширении целесообразно использовать прослойки из геосинтетических материалов. Возможность применения геосинтетических материалов при уширении насыпей определяется их свойствами и соответствием задачам, возникающим при выполнении этих работ.

Решения с применением геосинтетики при уширении земляного полотна наиболее эффективны в сложных условиях производства работ на слабых основаниях (болота, переувлажнённые минеральные грунты), в стеснённых условиях, когда традиционные решения не приносят требуемого эффекта с точки зрения прочности конструкции (рис. 16.15).

Рис. 16.15. Конструктивные решения по уширению земляного полотна с применением геосинтетических материалов (ГМ): а, б - соответственно уширение насыпи на слабом основании и в стеснённых условиях; В- величина уширения земляного полотна;В_П.Ч- ветчина уширения проезжей части;В_ф- ширина обочины существующей дороги;В_П- ширина проектируемой обочины; 1, 2 - существующая насыпь и дорожная одежда; 3 - уширение дорожной одежды; 4 - уширение насыпи; 5 - положение откоса существующей насыпи; 6 - уступ; 7 - прослойки ГМ; 8 - полуобойма; 9 - слабое основание

При уширении насыпи на слабом основании целесообразно использовать прослойки из нетканых геосинтетических материалов в качестве комплексных мероприятий (защитно-армирующих, дренирующих, технологических), влияющих прямо (повышение устойчивости за счёт армирования основания уширения) и косвенно (улучшение условий отсыпки грунта уширения) на прочность уширения земляного полотна. В этом случае укладывают несколько прослоек по высоте уширения, заводя их на устраиваемый уступ, ширина полки которого не должна быть меньше, как правило, 1,0 м, чем обеспечивается надлежащая заделка геосинтетического материала. Пересекая предполагаемую поверхность скольжения, прослойки воспринимают часть сдвигающих усилий. Расположение прослоек по высоте уширения назначают с учётом следующих положений:

в нижней части уширения, наиболее нагруженной и непосредственно контактирующей со слабым основанием, целесообразно размещать не менее двух прослоек: на песчаном, выравнивающем слабое основание, слое толщиной 0,2-0,3 м и на высоте 0,8- 1,0 м от него;

в верхней части рабочего слоя, где предъявляются повышенные требования к уплотнению грунтов, целесообразно размешать хотя бы одну прослойку непосредственно по подошве верхнего из уплотняемых грунтовых слоев уширения.

Остальные прослойки распределяют равномерно по высоте насыпи уширения. Для обеспечения равнопрочности конструкции полотна геосинтетические материалы укладывают только путём раскатки рулонов в направлении, поперечном оси насыпи.

При устройстве уширения в стеснённых условиях с откосами крутизной, превышающей наибольшую по СНиП, может быть применено решение (рис. 16.15, б), когда грунт уширения заключают в обоймы из геосинтетического материала. Здесь предпочтительно применение более жёстких материалов. При такой крутизне откосов обеспечение местной устойчивости возможно с помощью защитной прослойки из ГМ. Таким образом, наилучшим вариантом решения с точки зрения применяемых материалов было бы применение жёстких армирующих сеток для создания обойм и нетканых иглопробивных материалов на поверхности откоса в качестве защитных прослоек.

Создание конструкции «грунт в обойме» приводит к повышению общей устойчивости откоса уширения за счёт пересечения предполагаемой поверхности скольжения работающими на растяжение прослойками и восприятия ими бокового давления грунта, а также обеспечивает и местную устойчивость. На этой основе создается возможность увеличения заложения откосов до 1:0,75 и уменьшения полосы отвода при обеспечении прочности конструкции.

Уширение земляного полотна включает послойную отсыпку, распределение и уплотнение грунта. При уширении 3 м и более работы выполняют обычным образом: подвозят грунт автомобилями-самосвалами, распределяют бульдозером (гусеницы трактора или колёса тягача не должны проходить ближе 0,7 м от внешнего края уплотняемого слоя), уплотняют катком на пневмошинах челночными проходами (не ближе чем 0,5 м от внешнего края уплотняемого слоя). Толщину отсыпаемого слоя принимают из расчёта достижения требуемой плотности.

При уширении менее 3 м принимают один из двух вариантов отсыпки с последующим выбором на основе технико-экономического анализа:

отсыпка уширяемой части с верха старой насыпи с подвозом грунта автомобилями-самосвалами по существующей дороге и его смещением бульдозером после выгрузки за бровку;

отсыпка уширяемой части на большую, чем требуется, ширину, достаточную для производства работ имеющейся техникой (не менее 3 м), что предполагает увеличение объёма земляных и подготовительных работ.

Уступы, если они необходимы, устраивают при пологих откосах (крутизна менее 1:3) автогрейдером при проходах его вдоль насыпи. При более крутых откосах уступы вырезаются по мере отсыпки грунта на уширяемой части с поверхности уже отсыпанного слоя. Для этого срезают откос краем ножа бульдозера или автогрейдера при их продольном проходе по уже отсыпанной части уширения.

Устройство прослоек из геосинтетических материалов выполняют по подготовленному (выровненному и уплотненному) грунтовому основанию. Рулоны геосинтетических материалов и анкеры (скобы) для их крепления к грунту транспортируют к месту производства работ и равномерно разгружают вдоль насыпи по длине захватки. Количество рулонов определяется суммарной длиной полотен прослойки с учётом взаимного перекрытия их краевых участков.

Исправление продольного профиля. Исправление продольного профиля при ремонте дороги осуществляется путём увеличения высоты насыпей и глубины выемки существующей дороги. Такие работы необходимы для смягчения продольного уклона, обеспечения видимости в продольном профиле или обеспечения снегонезаносимости.

Увеличение высоты насыпей производят также на снегозаносимых участках с целью поднятия бровки земляного полотна до отметки снегонезаносимой насыпи; на пучинистых участках и участках с высоким уровнем грунтовых или стоячих поверхностных вод до отметки, превышающей капиллярное поднятие воды. Существующие насыпи высотой более 3 м повышают только в исключительных случаях.

Увеличение высоты насыпей. При повышении высоты насыпи неизбежно происходит её уширение по подошве и по всей высоте по сравнению с существующей дорогой за счёт изменения заложения откосов (рис. 16.16).

Рис. 16.16. Схема определения геометрических размеров земляного полотна при увеличении высоты насыпи

Как правило, у старых дорог заложение откосов насыпей небольшой высоты составляет 1:1 или 1:1,5. В то же время по современным нормам крутизну откосов насыпей высотой до 3 м на дорогах I-III категорий следует назначать с учётом обеспечения безопасного съезда транспортных средств в аварийных ситуациях, как правило, не круче 1:4, а для дорог других категорий при высоте откоса насыпи до 2 м - не круче 1:3. Такие откосы достаточно укрепить травосеянием или одерновкой. На ценных землях допускается увеличение крутизны откосов до предельных значений от 1:1 до 1:1,75 в зависимости от типа грунта насыпи с разработкой дополнительных мероприятий по обеспечению безопасности движения и укреплению откосов. Аналогичные решения могут быть приняты и для других условий при технико-экономическом обосновании.

Величина уширения на уровне отметки бровки земляного полотна существующей дороги может быть определена по формуле

а = m₂h, м, где                                                                                                                   (16.1)

m₂- заложение откоса насыпи после ее повышения;

h- увеличение высоты насыпи, м.

Величина уширения по подошве насыпи составит

В_н=m₂h₂-m₁h₁, м, где                                                                                                      (16.2)

h₁- высота насыпи до реконструкции, м;

h₂- общая высота насыпи после реконструкции, м;

m₁- заложение откоса насыпи до реконструкции.

Увеличение высоты насыпи может быть без изменения положения оси дороги и с изменением (смещением) оси дороги в плане.

Выбор порядка и технологии производства работ при повышении высоты насыпей зависит от большого количества факторов: высоты старой насыпи и крутизны её откосов, величины повышения насыпи и крутизны новых откосов, положения оси дороги до и после повышения насыпи, типа и состояния дорожной одежды, грунтов и системы водоотвода и т.д.

При увеличении высоты насыпи старую дорожную одежду, как правило, разбирают, перерабатывают и обогащают новым материалом, а затем обогащенный материал используют при строительстве новой дорожной одежды или на других дорожных работах. Однако могут быть и другие варианты использования старой дорожной одежды. При повышении насыпи на 0,25-0,30 м, а в некоторых случаях и до 0,5 м старую дорожную одежду используют как основание, на котором устраивают новую дорожную одежду. Окончательное решение принимают после технико-экономического сравнения вариантов, в которых учитывают затраты на снятие старой одежды, переработку и обогащение получаемых материалов, повторную укладку этих материалов в дорожную одежду и сравнивают эти затраты с расходами на строительство новой дорожной одежды.

Аналогичные расчёты производят при значительном увеличении высоты насыпи. Как правило, более экономичным является вариант снятия старой дорожной одежды с дальнейшим использованием её материалов в дорожных конструкциях. Но в некоторых случаях при разборке гравийных или щебёночных покрытий материалы оказываются настолько измельченными, слабопрочными и загрязненными, что затраты на их переработку и обогащение превышают стоимость строительства новой дорожной одежды. В этом случае дорожную одежду не разбирают, а засыпают грунтом в земляном полотне.

При небольшом повышении насыпи (до 40-50 см) работы производят путём отсыпки слоя грунта на обочины после снятия растительного слоя с обочин и верхней части земляного полотна. Работы выполняют в такой последовательности:

снятие растительного слоя с обочин и верхней части откосов на высоту 0,5-0,6 м;

послойная разборка и удаление материалов слоя старой одежды;

послойная засыпка корыта грунтом и его уплотнение;

отсыпка песчаного слоя, устройство новой дорожной одежды;

досыпка обочин и их укрепление.

Если старая одежда остается как основание новой, поднятие земляного полотна, по существу, сводится к досыпке грунта на обочины и его уплотнению.

При необходимости увеличить высоту насыпи более чем на 0,5 м работы ведутся снизу вверх от подошвы насыпи так же, как и при уширении земляного полотна. После снятия растительного слоя с откосов насыпи, кюветов и поверхности прилегающей полосы, где будет размещена подошва новой насыпи, засыпают кюветы или боковые канавы с послойным уплотнением грунта. Затем так же, как и при уширении, послойно отсыпают новые откосные части насыпи с рыхлением старого откоса или нарезкой уступов.

Если ширина отсыпаемого откоса достаточна для работы бульдозера, автогрейдера и катков, каждый уступ нарезают шириной 0,3-0,5 м, высотой равной высоте отсыпаемого слоя (0,25-0,35 м). Отсыпают и уплотняют грунт. Затем нарезают второй снизу уступ и так отсыпают откосную часть до бровки старой насыпи.

Если ширина отсыпаемого откоса меньше 1,5-2,0 м, может быть принят один из двух вариантов:

а) увеличивают ширину уступа так, чтобы обеспечить возможность работы дорожных машин при послойной отсыпке откосной части земляного полотна;

б) увеличивают ширину вновь отсыпаемых слоев, которые после возведения насыпи срезают, а грунт перемешают на другие участки работы.

Таким образом отсыпается новая откосная часть насыпи до уровня бровки земляного полотна существующей дороги. Дальнейшее повышение насыпи выполняется по обычной технологии возведения земляного полотна. Следует отметить, что при увеличении высоты насыпей необходимо соблюдать те же требования к грунтам, их взаиморасположению и степени уплотнения, что и при уширении земляного полотна.

Увеличение глубины выемок. Увеличение глубины существующих выемок производится значительно реже, чем увеличение высоты насыпей, что объясняется более сложными условиями осуществления таких работ. Дело в том, что изменение проектной линии в выемке влечёт за собой изменение проектной линии и на подходах к ней (рис. 16.17).

Рис. 16.17. Схема расположения смежных участков изменения глубины выемки и высоты насыпи при смягчении продольного уклона: I - участок увеличения глубины выемки; II - участок уменьшения глубины выемки; III - участок, где выемка заменяется насыпью; IV - участок увеличения высоты насыпи; 1 - линия поверхности земли; 2 - положение красной линии до реконструкции; 3 - то же, после реконструкции; i₁,i₂- максимальный продольный уклон до и после реконструкции

При этом можно выделить ряд характерных участков изменения продольного профиля:

участок увеличения глубины выемки - I;

участок уменьшения глубины выемки - II;

участок, где выемка заменяется насыпью, - III;

участок увеличения высоты насыпи на подходе к выемке - IV.

В реальных условиях некоторые из названных участков могут отсутствовать, но все равно организация работ по реконструкции выемок остается сложной. При увеличении глубины выемок неизбежны увеличение её ширины по верху, снятие существующей дорожной одежды, перестройка системы водоотвода и дренажа (рис. 16.18).

Рис. 16.18. Схема определения геометрических размеров углубляемой выемки

В ряде случаев одновременно с углублением выемки для повышения устойчивости откоса или обеспечения снегонезаносимости увеличивают заложение откосов, т.е. уполаживают их. Увеличение ширины выемки по верху с одной стороны в этом случае составит

В_в=m₂h₂-m₁h₁, м, где                                                                                                       (16.3)

m₁иm₂- заложение откоса выемки до и после реконструкции;

h₁ иh₂- глубина выемки до и после реконструкции, м.

Если крутизна откоса после реконструкции остается такой же, как и до реконструкции, увеличение ширины выемки по верху с одной стороны составит

В_в=m(h₂-h₁), м, где                                                                                                           (16.4)

m- заложение откоса выемки.

Работы по углублению выемок начинаются, как правило, с устройства объезда, снятия растительного слоя с откосов выемки и поверхности земли на полосе уширения. После этого производят уширение выемки до отметки бровки существующей дороги сначала с одной, а затем с другой стороны или с обеих сторон одновременно. Движение автомобилей в этот период может осуществляться по обеим полосам проезжей части без перерыва. При величине уширения более 2 м разработку откосов выемки можно выполнять бульдозером с продольным перемещением грунта. При меньшей величине уширения разработку откосов выемки выполняют экскаватором-драглайн или экскаватором с обратной лопатой, который устанавливается наверху откоса и разрабатывает грунт с погрузкой в транспортные средства или в отвал.

Экскаватор может быть использован и для разработки откосов при большой величине уширения и большой глубине выемки. В этом случае может быть использован экскаватор с прямой лопатой, который разрабатывает откос ярусами с погрузкой грунта в транспортные средства. При уширении и углублении больших и глубоких выемок этот метод широко применяется. После того как откосы выемки разработаны на глубину до отметки бровки существующей дороги, приступают собственно к углублению выемки до проектной отметки. К этому времени должно быть закрыто движение по основной дороге и перенесено на объезд или организовано движение по одной стороне проезжей части и снята дорожная одежда.

Работы по углублению выполняют скреперами или бульдозерами. Технология работ практически не отличается от работ по строительству дорог. Завершающим этапом работ по углублению выемок является планировка и укрепление откосов, нарезка и укрепление кюветов и водоотводных канав.