ПРЕДИСЛОВИЕ
Курс «Строительство автомобильных дорог» является учебной дисциплиной, рассматривающей технологию производства дорожностроительных работ.
Сеть автомобильных дорог в стране часто сравнивают с кровеносной системой живого организма, поэтому недаром девизом Международной ассоциации дорожных конгрессов (PIARC) вот уже многие годы является крылатая фраза: «Дорога — это жизнь».
От качества автомобильных дорог зависят безопасность движения, комфортность перевозки пассажиров, эффективность работы автомобильного транспорта в целом, срок службы дорожных конструкций.
Автомобильная дорога — это объект транспортной инфраструктуры, предназначенный для движения транспортных средств и включающий в себя земельные участки в границах полосы отвода автомобильной дороги и расположенные на них или под ними конструктивные элементы и дорожные сооружения, являющиеся ее технологической частью, защитные дорожные сооружения, производственные объекты, элементы обустройства автомобильных дорог.
Искусственные дорожные сооружения — сооружения, предназначенные для движения транспортных средств, пешеходов и прогонов животных в местах пересечения автомобильной дороги иными автомобильными дорогами, водоемами, оврагами, в местах, которые являются препятствиями для такого движения, прогона (зимники, мосты, переправы по льду, путепроводы, трубопроводы, тоннели, эстакады, подобные сооружения).
Комплекс инженерных сооружений автомобильной дороги принято подразделять на земляное полотно, дорожные одежды, искусственные сооружения, обустройство дороги, дорожные и транспортные здания и другие конструктивные элементы.
Рассматриваемый курс включает в себя технологию строительства перечисленных групп инженерных сооружений, кроме искусственных сооружений, изучаемых в курсе «Мосты и транспортные тоннели», и зданий, изучаемых в курсе «Здания и строительные конструкции».
До настоящего времени не завершено формирование опорной сети федеральных автомобильных дорог, связывающей все регионы России. Нормативным требованиям соответствует лишь около 38% автомобильных дорог федерального значения. Из-за отсутствия дорог с твердым покрытием более 10% населения (15 млн человек) в весенний и осенний периоды остаются отрезанными от транспортных коммуникаций. Не завершено формирование опорной сети дорог в районах Севера, Сибири и Дальнего Востока.
Федеральные автомобильные дороги исчерпали свою пропускную способность. С превышением нормативной загрузки эксплуатируется 13 тыс. км дорог, особенно на подходах к крупнейшим городам, что составляет почти 29% протяженности сети. Местная дорожная сеть развита недостаточно, поэтому значительная часть локальных перевозок производится по федеральным дорогам. Ускорение автомобилизации страны пока не привело к соответствующему росту объемов строительства и реконструкции дорожной сети. При увеличении за последние десять лет протяженности автомобильных дорог общего пользования на 15% автомобильный парк вырос почти на 75%.
Согласно Транспортной стратегии Российской Федерации на период до 2030 года, утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации от 22 ноября 2008 г. № 734-р, основными задачами в области развития сети автомобильных дорог являются: создание системы автомагистралей и скоростных дорог, в первую очередь по направлениям международных транспортных коридоров; строительство новых и реконструкция существующих автомобильных дорог для увеличения пропускной способности дорожной сети с учетом прогнозируемой интенсивности движения транспортных потоков; развитие автомобильных дорог федерального значения на подходах к международным автомобильным пунктам пропуска на государственной границе Российской Федерации, к морским и речным портам, аэропортам, крупным транспортным узлам; устранение «узких мест» на сети автомобильных дорог федерального значения за счет проведения реконструкции искусственных сооружений, строительства развязок в разных уровнях, ликвидации грунтовых разрывов и переходного типа покрытия; включение в сеть автодорог федерального значения новых маршрутов с расширением при необходимости их состава за счет автомобильных дорог регионального, межмуниципального и местного значения; создание дорожной сети для обеспечения развития потенциальных точек экономического роста, включая комплексное освоение новых территорий и разработку месторождений полезных ископаемых, прежде всего в Сибири и на Дальнем Востоке; развитие дорожной сети в крупных транспортных узлах; обустройство площа
док для сервисного и ремонтного обслуживания автомобилей, стоянок и мест отдыха водителей.
Развитие сети автомобильных дорог федерального значения, входящих в состав международных транспортных коридоров, будет ориентировано на обеспечение свободного проезда по ним транспортных средств с нагрузкой на ведущую ось 11,5 т и общей массой до 44 т.
Пристального внимания требуют вопросы повышения качества и безопасности дорожной сети, уровень которых должен соответствовать самым передовым стандартам и требованиям. Модернизация дорожной отрасли, активное внедрение передовых технологий и инноваций сегодня имеют решающее значение.
При строительстве автомобильной дороги чрезвычайно важную роль играют технологические процессы, в результате выполнения которых создаются отдельные элементы дорожных сооружений и дорога в целом. Технологические процессы строительства сложны и разнообразны. От правильного их назначения и выполнения зависят производительность труда, качество и стоимость работ. Внедрение инновационных технологий требует применения современных дорожно-строительных машин и оборудования, без которых нельзя организовать технологические процессы с высокой производительностью труда и эффективностью строительства.
Очень важными факторами в развитии технологии дорожного строительства являются разработка и применение таких способов работ, машин и материалов, которые не оказывали бы вредного влияния на окружающую среду.
Поскольку дорожная одежда — самая дорогая часть автомобильной дороги, для выбора наиболее оптимального по стоимости решения разрабатывается несколько возможных вариантов с использованием различных машин, материалов и способов организации работ.
Следует отметить, что труд дорожника конкретен, его результат виден сразу, а оценивается миллионами потребителей, поэтому строители автомобильных дорог должны в совершенстве владеть приемами назначения оптимальных способов дорожно-строительных работ, выбора наиболее эффективных и производительных машин, качественных материалов с учетом дорожно-климатических условий, экономических факторов, а также условий эксплуатации будущей автомобильной дороги. Решению указанных задач посвящена учебная дисциплина «Строительство автомобильных дорог».
Дисциплина основана на сведениях и положениях, известных студентам из курсов «Проектирование автомобильных дорог», «Дорожно-строительные материалы», «Инженерная геология и механика грунтов», «Дорожные машины», «Производственные предприятия дорожной отрасли», с которыми студенты ознакомились ранее или изучают параллельно с дисциплиной «Строительство автомобильных дорог».
АВТОРСКИЙ КОЛЛЕКТИВ
проф. В.В. Ушаков — предисловие, глава 20;
доц. В.М. Ольховиков — параграф 14.1, главы 15, 17, 18 (кроме параграфа 18.3), разд. 4 (совместно с доц. М.Г. Горячевым); проф. В.П. Носов — разд. 1, глава 16;
проф. В.В. Силкин — разд. 5 (глава 30 совместно с доц. В.В. Рудаковой, глава 31 совместно с доц. А.П. Лупановым); доц. М.Г. Горячев — разд. 2, разд. 4 (совместно с доц. В.М. Ольховиковым); доц. Т.А. Ларина — глава 19; проф. А.П. Васильев — глава 21; доц. В.К. Апестин — параграф 14.2; проф. Ю.М. Яковлев — параграф 18.3.
раздел 1 ВОЗВЕДЕНИЕ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
ГЛАВА 1. СВЕДЕНИЯ О ВОЗВЕДЕНИИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
1.1. Конструкции земляного полотна
Типовые конструкции земляного полотна, разработанные с учетом рельефа местности, почвенно-грунтовых, геологических, гидрологических и климатических условий, приведены на рис. 1.1 и 1.2. При наличии неблагоприятных условий земляное полотно возводят по индивидуальным проектам. К таким условиям относят: насыпи высотой более 12 м; выемки глубиной более 12 м; наличие слабых грунтов в основании насыпей; болота глубиной более 4 м; оползневые склоны; пересечения крутых и глубоких балок и оврагов; карстовые явления, избыточно засоленные грунты, селевые потоки, каменные обвалы, снежные лавины и т.д.
В последнее время в связи с поисками возможностей по повышению надежности, снижению стоимости строительства земляного полотна и уменьшению объемов насыпей применяют конструкции с армированным земляным полотном. Впервые такие насыпи были построены во Франции в целях уменьшения полосы земли, занимаемой дорогой, за счет увеличения крутизны откосов. В дальнейшем оказалось, что кроме этого эффекта армирование повышает модуль упругости грунтов в 1,5...2 раза. Армирование производят стекловолокном, уложенным перпендикулярно оси дороги, или сплошным тонким покрытием из тканого или нетканого синтетического материала.
Одним из эффективных путей повышения надежности земляного полотна является применение более прочного материала при его устройстве. Значительно увеличивается прочность грунта при укреплении его различными, даже слабоактивными материалами (золой, молотым шлаком, бокситовым шламом и др.). Можно увеличить
 | |||
| |||
б) |
A
|
г)
Рис. 1.1. Конструкции земляного полотна в поперечном профиле на насыпях: а — насыпи высотой до 2...3 м без боковых резервов; б — насыпи высотой 1,5 м с боковыми резервами; в — насыпи высотой от 2.3 до 6 м; г — насыпи высотой от 6 до 12 м; А — ширина возводимого земляного полотна; В — ширина дорожного полотна; b — ширина проезжей части;
П — граница постоянной полосы отвода; О — граница временной полосы отвода; Р — восстановленный слой растительного грунта
устойчивость слабых грунтов путем добавки другого грунта и получения оптимальной смеси по зерновому составу. Введение в грунт даже небольшого количества цемента или извести повышает его водостойкость в несколько раз. Увеличения прочности грунта достигают изменением его влажности и степени уплотнения.
I O 1П I I I I I
|
B | ||
| ь |
|
|
б)
Рис. 1.2. Конструкции земляного полотна в поперечном профиле на участках выемок: а — выемки глубиной до 5 м на снегозаносимых участках; б — выемки глубиной до 12 м без откосных полок; А — ширина возводимого земляного полотна; В — ширина дорожного полотна; b — ширина проезжей части;
П — граница постоянной полосы отвода; О — граница временной полосы отвода; Р — восстановленный слой растительного грунта
Прочность земляного полотна обеспечивается выбором его конструкции в соответствии с определенными условиями работы, применением устойчивых грунтов, защитой их от увлажнения или замерзания. Прочность земляного полотна во многом зависит от технологических параметров, основным из которых является обеспечение необходимой степени уплотнения грунтов. Прочность грунтов, как правило, тем больше, чем выше их плотность (при условии соответствия определенной влажности).
Прочность земляного полотна зависит и от других факторов, в частности от рационального расположения различных грунтов. Предпочтительнее грунты более устойчивые помещать в верхней части насыпей. Земляное полотно должно быть однородным в своей массе по физическому состоянию грунтов. Это определяется главным образом однородностью плотности и влажности грунтов. Повышение однородности грунта приводит к повышению надежности земляного полотна.
1.2. требования к грунтам для земляного полотна. способы улучшения грунтов
Грунты, используемые для возведения насыпей, разделяют на четыре основные группы: скальные, добываемые путем разрушения
естественных сплошных или трещиноватых скальных массивов; крупнообломочные, залегающие в естественных условиях в виде аллювиальных и делювиальных отложений; песчаные; глинистые. Каждая из перечисленных групп имеет классификацию по разновидностям и своим особым характеристикам.
Скальные грунты и породы с позиции пригодности для земляного полотна принято подразделять на разновидности по размягчаемости при длительном воздействии воды:
P=RJRc
где R — предел прочности при сжатии в водонасыщенном состоянии; R — предел прочности при сжатии в воздушно-сухом состоянии.
Если P > 0,75, скальную породу относят к неразмягчаемой, если P < 0,75 — к размягчаемой.
Крупнообломочные и песчаные грунты подразделяют на разновидности в зависимости от зернового состава. Глинистые грунты подразделяют в зависимости от зернового состава и пластичности. Выделяют так называемые особые разновидности грунтов, которые обладают разными свойствами, главным образом неблагоприятными. К грунтам особых разновидностей относят илы, лёссы, мергели, трепел, тальковые и меловые грунты, засоленные грунты и некоторые другие.
Для насыпей применяют грунты, состояние которых под действием природных факторов не изменяется или изменяется незначительно, что не влияет на их прочность и устойчивость в земляном полотне. К таким грунтам относят скальные неразмягчаемые породы, крупнообломочные, песчаные (кроме мелких и пылеватых), супеси легкие и крупные. Эти грунты применяют для возведения земляного полотна без ограничений.
Грунты глинистые, мелкие и пылеватые пески, размягчаемые скальные грунты, некоторые грунты особых разновидностей также пригодны для разведения земляного полотна, но при этом необходимо учитывать некоторые ограничения.
Возможность и целесообразность применения этих грунтов устанавливают в зависимости от местных условий и технико-экономических соображений. например, глины мергелистые, сланцевые и жирные, грунты меловые тальковые и трепелы пригодны для отсыпки насыпей в благоприятных условиях, т.е. в сухих местах, а на участках с неблагоприятными гидрологическими условиями, в поймах рек, в низинах, где уровень грунтовых вод высокий или возможно длительное подтопление поверхностными водами, эти грунты могут быть применены только для верхней части насыпей.
Для нижней части насыпей, длительно или постоянно подтопляемых водой, можно применять скальные или крупнообломочные грунты, песок крупный или средней крупности, супесь легкую крупную с массовой долей глинистых частиц не более 6%.
Не применяют для насыпей грунты глинистые, избыточно засоленные; глинистые, влажность которых выше допустимой; торф, ил, мелкий песок и глинистые грунты с примесью ила и органических веществ, верхний почвенный слой, содержащий в большом количестве корни растений; тальковые грунты и трепелы для насыпей и на участках, где возможен длительный застой воды; содержащие гипс в количестве, превышающем норму.
Кроме грунтов природного происхождения для насыпей применяют отходы промышленности строительных материалов, золошлаковые смеси, образующиеся при сжигании каменного угля на тепловых электростанциях, отходы горнодобывающей промышленности и др.
насыпи возводят из грунта, который получают при разработке выемок, грунтовых карьеров или боковых резервов. Объем потребного грунта для насыпей
Ук = VKi,
где Ун — объем сооружаемой насыпи, м3; K1 — коэффициент относительного уплотнения (K1 = 5н/5е, где 5н — плотность грунта (требуемая) и насыпи, г/см3; 5е — плотность грунта в естественном состоянии (в карьере, выемке или резерве), г/см3.
насыпи, как правило, возводят из однородных грунтов, но при необходимости их можно отсыпать и из разных грунтов, однако располагать эти грунты надо отдельными горизонтальными слоями. Предпочтительно в верхней части насыпи (1,0...1,5 м) применять лучшие, более прочные грунты, так как эта часть насыпи обычно подвергается большему воздействию природных факторов и транспортных средств. недопустима беспорядочная отсыпка грунтов в насыпи, потому что в такой неоднородной массе происходит неравномерное перераспределение влаги и изменение физических свойств под влиянием климатических факторов. Вследствие этого нарушается ровность при морозном пучении грунта, а при оттаивании образуется неравнопрочное основание дорожной одежды, что ведет также к нарушению ровности или разрушению дорожной одежды.
При отсыпке нижней части насыпи из дренирующих грунтов толщина этого слоя должна быть больше высоты капиллярного поднятия в этом грунте, для того чтобы предотвратить приток воды в верхнюю часть насыпи.
1.3. технология работ по сооружению земляного полотна
Земляные работы, выполняемые при строительстве автомобильных дорог, как правило, неоднородны по длине строящейся дороги. Объемы земляных работ изменяются в соответствии с высотой насыпей и глубиной выемок. Конструкции земляного полотна меняются также в зависимости от этих характеристик и, кроме того, от грунтовогидрологических условий. Все это определяет различия в выполнении отдельных технологических процессов или технологии в целом. Однако состав работ при возведении земляного полотна постоянен — это подготовительные работы, основные работы по возведению насыпей и разработке выемок, отделочные работы.
Подготовительные работы — восстановление трассы, отвод и закрепление земель на постоянное и временное пользование, расчистка полосы отвода, разметка работ, устройство водоотводных канав и дренажей.
Основные работы — непосредственная разработка выемок и отсыпка насыпей. Основные работы включают такие главные технологические процессы, как рыхление и копание грунта, его транспортирование в места отсыпки насыпей или отвалов, распределение и уплотнение грунта.
Отделочные работы — планировка поверхности земляного полотна, укрепление от размыва водой канав и откосов насыпей и выемок, восстановление растительного слоя на землях, отводившихся во временное пользование.
В сложных или специфических условиях, например на болотах, в горах, в условиях вечной мерзлоты, выполняют специальные работы или технологические процессы: удаляют торф, рыхлят скальные породы взрыванием, устраивают изолирующие прослойки. Строительные работы выполняют в соответствии с установленной для каждого вида работ технологией, которая обеспечивает создание прочного устойчивого земляного полотна с длительным сроком службы при минимальных затратах труда и других ресурсов.
Все земляные работы выполняют с помощью различных машин, которые подбирают таким образом, чтобы обеспечить надлежащее качество работ и наиболее полное использование каждой применяемой машины. В результате повышается производительность труда и снижается себестоимость работ. Выбор машин для различных условий и технологических процессов производят на основании расчетов и результатов технико-экономических сравнений разных вариантов.
Для основных работ по разработке и транспортированию грунта применяют: бульдозеры — при дальности перемещения грунта до 100 м; скреперы — при благоприятных грунтовых условиях и дальности транспортирования более 100 м; экскаваторы — для разработки любых грунтов. Транспортные средства выбирают в зависимости от расстояния перевозки и условий проходимости. Экскаваторы иногда применяют в сочетании с другими машинами, например бульдозерами или скреперами. При разработке очень прочных грунтов их рыхлят взрывным способом. Наряду с экскаваторами применяют самоходные фронтальные погрузчики. При легких грунтах они самостоятельно производят их разработку, а при плотных для разработки применяют рыхлители или бульдозеры, погрузчик же осуществляет только погрузку.
При выборе машины для земляных работ учитывают объемы работ и сроки их выполнения. Более экономично применение мощных машин, т.е. машин с большим объемом кузова или ковша, но объем работ должен быть достаточен для их непрерывной и продолжительной работы.
Оптимальный вариант при выборе машин устанавливают путем сравнения различных вариантов по основным технико-экономическим показателям: стоимости работ, затратам энергии, выработке на одного рабочего. Основные данные для выбора машин приведены в табл. 1.1.
Таблица 1.1 Ориентировочные рекомендации по выбору машин
|
Окончание
|
Последовательно рассматривая каждый отдельный участок сооружаемой автомобильной дороги, устанавливают способы ведения земляных работ в зависимости от местных условий: конструкции земляного полотна на данном участке; вида и расположения грунтов в карьерах и выемках; рельефа местности; возможности строительства временных дорог для движения машин и т.д.
В соответствии с намеченными способами для каждого участка назначают варианты ведущих машин и рассчитывают по каждому варианту основные технико-экономические показатели.
Стоимость работ зависит от вида применяемых машин и от времени, затраченного на выполнение объема работ на рассматриваемом участке дороги:
у tM
С=; у tM=tM + h M2+...+t„M„,
где С — стоимость единицы работ, руб/м3; t — время работы каждого вида машин, необходимое для выполнения всего объема работ, машино-смена; М — стоимость машино-смены соответственно каждой из машин, занятых на работах, руб.; V — объем земляных работ на объектах, м3.
Энергоемкость работ устанавливают по затраченной работе, приходящейся на единицу объема земляных работ:
у tN _
Э =; у tN = tN +12 N2 +... + tnNn,
где Э — энергоемкость продукции, Дж/м3; N — мощность двигателей машин, Вт.
Выработку на одного рабочего определяют по затратам труда на выполнение работ:
B = —; SU = U1 + U2 +... + Un,
SU
где В — выработка на одного рабочего, м3/человеко-день; U — время работы рабочих по каждому технологическому процессу, человеко-день.
Расчеты по определению оптимального варианта целесообразно выполнять с помощью ЭВМ, тогда можно рассмотреть не только варианты применения того или иного вида машин, но и варианты применения различных моделей машин, варианты различного сочетания основных и вспомогательных машин. Для решения этих задач составляют технологические карты. Часто подобные вопросы решают с помощью расчетов, учитывающих средние условия в целом для всей дороги или участка большой протяженности. При этом определяют общие объемы по видам основных машин (объем бульдозерных работ, скреперных, экскаваторных и др.), рассчитывают составы отрядов и производят сравнение вариантов по так называемым дисконтированным затратам.
1.4. сроки выполнения земляных работ
Земляные работы следует выполнять в наиболее благоприятные периоды года, когда грунты находятся в незамерзшем состоянии и влажность их не слишком велика, т.е. не превышает оптимальную в допустимых пределах. Большое значение имеет и возможность движения машин по грунтовым дорогам. Таким благоприятным периодом года в районах с умеренным климатом является весеннелетний и часть осеннего периода. Например, для южной части II дорожно-климатической зоны с конца апреля до начала третьей декады октября естественная влажность грунтов близка к оптимальной, глинистые грунты не слишком налипают на рабочие органы землеройных машин, а песчаные, наоборот, имеют некоторую связность, что также благоприятно для ведения работ. Все это способствует выполнению работ с обеспечением необходимого качества и производительной работы машин, участвующих в возведении земляного полотна.
Земляные работы можно производить не только в весенний, летний и осенний периоды, при необходимости их выполняют и зимой, но это обычно требует дополнительных затрат материальных ресурсов и труда на очистку от снега, разрыхление замерзших грунтов, на мероприятия по предотвращению промерзания и т.д.
В некоторых районах зимой условия работ оказываются лучшими. Например, в засушливых районах, где промерзание грунтов незначительное, а снежный покров отсутствует или небольшой толщины, зимний период более благоприятен для проведения земляных работ.
В некоторых случаях промерзание грунтов является положительным фактором и может иметь решающее значение при выборе времени для производства земляных работ. Например, в заболоченных районах в летнее время проезд транспортных машин по грунтовым дорогам затруднителен, а иногда даже невозможен, поэтому, несмотря на сложность ведения земляных работ зимой, такое решение часто оказывается рациональным или даже единственным.
При разработке скальных грунтов их промерзание практически не имеет значения.
В зимнее время обычно выполняют часть земляных работ, для того чтобы не было простоя машин, и это особенно эффективно для высвобождения транспортных средств от части перевозок грунта летом, когда потребность в них бывает наибольшая.
Земляное полотно, как правило, возводят заблаговременно. Строительство дорожной одежды проводят на следующий год после завершения земляных работ, когда земляное полотно стабилизируется.
При строительстве дорог с капитальными типами покрытий это условие является обязательным. При строительстве покрытий облегченного или переходного типа, а также при невысоких насыпях и в выемках допускают строительство дорожной одежды сразу после возведения земляного полотна.
Дата добавления: 2015-08-29; просмотров: 62 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |
