РАЦИОНАЛЬНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЗЕМЛЯНЫХ МАСС

Подготовка основания земляного полотна

Подготовка основания земляного полотна — технологический процесс подготовки части полосы отвода (равной ширине земляного полотна по низу плюс 4 м) под отсыпку грунта в насыпь, связанный с выравниванием, уплотнением и профилированием его поверхности.

После выполнения подготовительных работ, заключающихся в засыпке ям, оставшихся после выкорчевывания корней деревьев, и снятия слоя растительного грунта, на полосе сооружения насыпи земляного полотна могут оставаться некоторые неровности, остатки почвы и растительности, которые необходимо убрать перед началом земляных работ. Для этого выполняют такой вид работ, как подготовка основания. Перед началом возведения насыпей поверхность основания выравнивают, засыпая ямы и другие неровности, в которых может застаиваться вода. Местные понижения заполняют грунтом и уплотняют до требуемой плотности.

На горизонтальных участках в нсдренирующих грунтах (суглинках) поверхность основания профилируют с устройством двускатного профиля с поперечным уклоном 20...40 %0. До начала возведения насыпи строят искусственные сооружения в виде водопропускных труб, скотопрогонов, труб экологического назначения (технология их строительства рассматривается в курсе «Искусственные сооружения на автомобильных дорогах»). Однако после укладки трубы на подготовленный фундамент необходимо произвести ее засыпку. К засыпке предъявляются требования по однородности и по степени уплотнения грунта засыпки и грунта насыпи. Засыпка осуществляется с двух сторон полосами вдоль трубы шириной не менее 4 м, слоями с обязательным уплотнением каждого. Работы по отсыпке выполняют бульдозером, а в отдельных случаях экскаватором. Уплотнение производят катками челночными проходами вдоль тела трубы. Грунт на расстоянии до 0,5 м от тела трубы уплотняют виброплитами или вибротрамбовками, относящимися к средствам малой механизации.

Распределение земляных масс

Геометрический профиль насыпи земляного полотна имеет вид трапеции равнобочной (при устройстве на равнине) и неравнобочной (при устройстве на слабопересеченной местности) или сложной фигуры, состоящей из трапеции и треугольника (при устройстве на косогоре и сильно пересеченной местности).

Геометрический профиль выемки представляет собой перевернутую трапецию (большим основание кверху). На нижнем, меньшем, основании выемки сооружают дорожную одежду в виде приподнятой проезжей части, отделенной от откосов выемки кюветом.

Основным принципом определения объемов работ является разбивка земляного полотна на элементарные площадки, в пределах которых определяются объемы геометрических фигур по известным математическим выражениям. В характерных точках продольного профиля дороги, местах изменения уклона местности или проектной (красной) линии сооружение разбивается вертикальными плоскостями на участки, в пределах которых получаются геометрические тела-призматоиды (рис. 6.1).

Высота призматоида равна длине участка между сечениями, а основаниями служат профили сооружения в местах сечений. Этот способ определения объемов называется способом поперечных профилей. Общий объем сооружения определяется как сумма объемов призматоидов. При поперечных уклонах местности, не превы-

Призматоиды для расчета объема земляных работ

Рис. 6.1. Призматоиды для расчета объема земляных работ: а — поперечный профиль земляного полотна с дорожной одеждой; 6 — призматоид насыпи; в — призматоид выемки; В' ширина земляного полотна; В" — ширина земляного полотна понизу; Н — высота насыпи, глубина выемки в начале участка; Н2 высота насыпи, глубина выемки в конце участка; т — коэффициент заложения откоса; /д — площадь поперечного сечения в начале участка; Р2 площадь поперечного сечения в конце участка; F0площадь поперечного сечения в середине участка; L — длина участка шающих ОД %о, объем призматоида может быть определен по формуле Ф.Ф. Мурзо:

2 ( г i7! + F2 ^

где F0 площадь поперечного сечения в середине, г F0= 1 z I;

F,F2 площади поперечного сечения в начале и в конце сечения соответственно, м2; Hh Н2 — рабочие отметки в начале и в конце участка, м; т — коэффициент заложения откоса; L — высота призматоида, м, равная длине участка.

При L < 50 и {Н - Н2) < 0,5 м можно пользоваться упрощенной формулой

Распределение земляных масс — определение объемов земляных работ для продольной и поперечной возки грунта из резервов и выемок в насыпь или отвал в пределах определенного строительного участка дороги.

При сооружении земляного полотна на участке, где имеются все возможные конструкции поперечных профилей (насыпь, выемка, нулевые места), в первую очередь используют грунт, разрабатываемый в выемках. В этом случае могут возникнуть следующие варианты:

  • ? выемка расположена с краю строящегося участка;
  • ? выемка расположена внутри участка.

Когда выемка расположена с краю строящегося участка, грунт начинают разрабатывать на участке, который ближе всего к насыпи (рис. 6.2). В этом случае расстояние транспортирования грунта будет минимальным, следовательно, необходимо использовать дорожные машины, которые смогут выполнить эти работы с минимальными затратами. Такой машиной будет бульдозер, который рекомендуется применять при расстоянии перемещения грунта до 100 м. По мере снятия грунта в выемке бульдозер будет все больше отдаляться от нулевого раздела (точки перехода насыпи в выемку) и, наконец, наступит такой момент, когда перемещение грунта бульдозером станет нецелесообразным (при расстоянии транспортирования грунта более 100 м) из-за низкой его произво-

Схема перемещения грунта из выемки в насыпь при расположении выемки с края участка

Рис. 6.2. Схема перемещения грунта из выемки в насыпь при расположении выемки с края участка:

  • 1 — область работы скрепера; 2 — область работы бульдозера;
  • 3 — нулевая точка

дительности, и тогда надо применять другую землеройно-транспортную машину — скрепер.

Скрепер применяется при годовом объеме земляных работ

  • 50...3000 тыс. м3 и расстоянии транспортирования грунта:
    • ? 100...500 м — перемещение из мелких выемок в насыпь, а также из боковых резервов в насыпь; применяют скреперы с ковшом объемом 5...25 м3;
    • ? 500...3000 м — перемещение из карьеров в насыпь; используют скреперы с ковшом объемом 9...25 м3.

Когда выемка расположена внутри участка, грунт начинают разрабатывать на двух участках, которые ближе всего к насыпи (рис. 6.3). Такой вид распределения грунта называют веерным. Работы производят точно так, как в предыдущем варианте, с помощью бульдозера. При смещении земляных работ в середину выемки и увеличении расстояния транспортирования грунта работы выполняют скрепером. При расстоянии перемещения грунта более максимально возможной возки скрепером работы выполняют экскаватором с погрузкой в автомобили-самосвалы и доставкой грунта к месту строительства.

Определение объемов земляных работ выполняется для каждого вида землеройных машин: грейдера, бульдозера, скрепера, экскаватора. Профильные объемы насыпей и выемок устанавливают на основании продольного и поперечного профилей. При этом необходимо учитывать разницу в плотности грунта: естественного

Схема перемещения грунта из выемки в насыпь при расположении выемки в середине участка

Рис. 6.3. Схема перемещения грунта из выемки в насыпь при расположении выемки в середине участка:

1 — область работы скрепера; 2 — область работы бульдозера; 3 — нулевая точка

залегания, в насыпном виде и в виде уплотненного слоя насыпи (см. табл. 2.2).

В настоящее время расчет объемов земляных масс осуществляется с помощью компьютерных программ, для чего применяется программный комплекс обработки инженерных изысканий цифрового моделирования местности, проектирования генпланов и автомобильных дорог CREDO. Продольный профиль имеет свою систему координат: по вертикали отображается высота (отметки) точек элементов, масок профилей, а по горизонтали — расстояние от начала маски или пикета. Координатная привязка всех элементов в профиле осуществляется относительно линейного объекта. При работе в профиле в системах CREDO III создают ведомости объемов земляных, планировочных, укрепительных и других работ. Работа с ведомостями профиля доступна при работе с профилями масок. Система CREDO ДОРОГИ позволяет учесть условия прохождения трассы и выполнить нормативные требования при проектировании продольных профилей.

Полученные объемы земляных масс являются исходными данными для составления графика распределения земляных масс (рис. 6.4) — документа, отражающего перемещение грунта из выемки и сосредоточенного резерва в насыпь с устройством присыпной обочины и производство земляных работ определенной

Фрагмент графика распределения земляных масс землеройно-транспортной машиной. Он включает следующие данные

Рис. 6.4. Фрагмент графика распределения земляных масс землеройно-транспортной машиной. Он включает следующие данные:

  • ? профильный объем работ;
  • ? объем с учетом коэффициента уплотнения;
  • ? распределение земляных масс;
  • ? направление транспортировки и зоны обеспечения;
  • ? способы разработки и дальность транспортировки;
  • ? объемы выторфовывания;
  • ? планировочные работы.

Профильный объем работ включает попикетные объемы: насыпи, выемки, присыпной обочины и кювета. Причем объем присыпной обочины берется для грунта, характеризуемого максимальной плотностью.

Объемы с учетом коэффициента уплотнения определяются после выбора зависящего от вида грунта коэффициента уплотнения, приведенного в ТКП 45-3.03-19 (табл. 6.1). Применение коэффициента относительного уплотнения связано с тем, что грунт в резерве или карьере может занимать меньший объем, чем в насыпи после уплотнения. С учетом этого грунт может находиться в трех состояниях:

  • 1) уплотненном — в резерве или карьере;
  • 2) рыхлом — в кузове самосвала или ковше скрепера;
  • 3) уплотненном до максимальной плотности — в насыпи.

Таблица 6.1

Значения коэффициента относительного уплотнения

Коэффициент требуемого уплотнения грунта в насыпи Ктр

Пески, супеси, пылеватые суглинки

Суглинки,

глины

Лёссовые грунты, лёсс

1,00

1,11

1,05

1,30

0,95

1,05

1,00

1,15

0,90

1,00

0,95

0,95

Распределение земляных масс начинается с транспортирования грунта из выемки в насыпь в зависимости от рекомендуемого расстояния перемещения грунта землеройно-транспортными машинами. При этом следует учитывать, что грунт в выемке включает объем выемки плюс объем кювета плюс объем недобора. Если этого объема нс хватает для отсыпки насыпи на пикете, то оставшуюся часть объема доставляют из сосредоточенного резерва. Учитывая, что устройство присыпной обочины имеет временной разрыв с основными земляными работами, хотя и относится к ним, объем грунта для их устройства рекомендуется перемещать из сосредоточенного резерва.

Направление транспортировки грунта обозначается на графике схематически в виде стрелок, показывающих, какой объем берется из данного пикета и в какой пикет перемещается, а также какой объем перемещается на данный пикет из сосредоточенного резерва.

Способы разработки и дальность транспортировки грунта включают выполнение земляных работ такими землеройными машинами, как автогрейдер, бульдозер, скрепер и экскаватор.

Автогрейдер рекомендуется для устройства кюветов и возведения насыпи высотой до 0,75 м из боковых резервов, с перемещением грунта на расстояние до 80 м. Поэтому объем кювета записывается в строку автогрейдера в том же пикете, где он устраивается.

Бульдозер применяется при снятии растительного слоя грунта, а также, согласно ТКП 313-2011 (табл. А.1), при перемещении грунта в насыпь высотой до 2,0 м из мелких выемок и боковых резервов на расстояние до 100 м, а также бульдозер на классе тяги

60.. .250 кН при перемещении в насыпь высотой до 3 м и дальности транспортировки до 600 м.

Скрепер прицепной применяется при транспортировании грунта на расстояние 80...600 м, полуприцепной самоходный -

600.. . 1000 м, самоходный с объемом ковша 15...40 м3 — 1000...3000 м.

Экскаватор или погрузчик с ковшом емкостью 0,3...4,0 м3 рекомендуется использовать при разработке выемок и притрассовых резервов с перемещением грунта в насыпь или кавальер автомобилями-самосвалами на расстояние более 3000 м.

Объем выторфовывания определяется с учетом глубины болота и ширины насыпи земляного полотна понизу и записывается в пикетах, на которых расположено болото.

Планировочные работы выполняются при предварительной планировке грунта после засыпки траншеи на болоте (ширина планировки равняется ширине земляного полотна понизу), планировке верха земляного полотна после отсыпки насыпи (ширина равняется ширине дорожного полотна плюс двойная полоса, опрсдслясмая с учетом толщины дорожной одежды и заложения откоса) и планировке откоса (ширина откоса принимается с учетом высоты насыпи и заложения откоса).

В процессе изыскания дороги определяют возможные источники получения грунта для насыпей: грунтовые карьеры, выемки, боковые резервы. Доставленный грунт разгружают в виде куч на полосе, равной ширине насыпи понизу.

При установлении мест разгрузки грунта участок насыпи на захватке разбивают по прямоугольной сетке размером L х Ь2 (рис. 6.5).

Вначале определяют количество точек п разгрузки грунта по ширине отсыпаемого слоя:

где В — ширина отсыпаемого слоя, м; V — объем грунта в кузове транспортного средства, м3; h — толщина отсыпаемого слоя, м.

Значение п округляют до целого числа и находят размеры

Разбивка мест выгрузки грунта при сооружении земляного полотна

Рис. 6.5. Разбивка мест выгрузки грунта при сооружении земляного полотна:

L — размер ячейки сетки по ширине слоя; L2 то же по длине слоя

Учитывая коэффициент относительного уплотнения, рассчитывают объем грунта, который необходимо взять из карьера (резерва):

где Vp — объем из резерва, м3; VH объем грунта в насыпи, м3; Котн коэффициент относительного уплотнения.

Выбор землеройных машин производят в соответствии:

  • ? с объемом земляных работ;
  • ? расстоянием перемещения грунта;
  • ? функциональным назначением машины;
  • ? производительностью ведущей машины;
  • ? анализом требуемых марок машин на различных участках выполнения земляных работ.

Объем земляных работ определяется в результате расчета объема грунта, перемещаемого из выемки, притрассовых и сосредоточенных резервов в насыпь, а также с учетом замены грунта при выторфовывании, устройства присыпной обочины, кюветов. Объемы определяются на каждом пикете строящейся дороги и фиксируются в графике распределения земляных масс.

Расстояние перемещения определяется с учетом направления транспортировки грунта, зон действия карьеров и маршрута следования автомобилей-самосвалов от сосредоточенных резервов к месту отсыпки насыпи. Выбор направления транспортировки производится с учетом односторонней или двухсторонней схемы перемещения грунта из выемки в насыпь, а также существующей или временной сети подъездных дорог.

Зоны действия песчаных и гравийных карьеров определяются расчетно-графическим методом исходя из стоимости транспортных расходов. Для этого строят график зависимости стоимости единицы перевозимого груза от расстояния транспортирования. Для определения рациональной границы зон действия карьеров находят точку на дороге, в которой совпадают стоимости вывозки единицы материала из соседних карьеров. Границы использования карьеров удобно определять графически (рис. 6.6). Вертикальный отрезок, отложенный в точке выезда из каждого карьера, представляет стоимость материала при выезде на дорогу, наклонные линии, расходящиеся от вертикального отрезка, — прирост стоимости по мере

График границ использования карьеров увеличения дальности возки. Пересечение наклонных линий свидетельствует о равенстве стоимостей перевозки каменного материала из соседних карьеров

Рис. 6.6. График границ использования карьеров увеличения дальности возки. Пересечение наклонных линий свидетельствует о равенстве стоимостей перевозки каменного материала из соседних карьеров.

Функциональное назначение землеройно-транспортных машин связано с их конструкцией и производительностью при выполнении данного вида работ. Как уже было сказано, бульдозер применяется при транспортировании грунта волоком на расстояние до 100 м, скрепер прицепной или самоходный — на расстояние 100...3000 м, автомобили-самосвалы с погрузкой экскаватором — на расстояние до 1 км и более. Автогрейдер, кроме профилировочных работ, применяют при снятии недобора и устройстве присыпной обочины и кюветов.

Производительность ведущей машины измеряется количеством выполненной работы по перемещению грунта в единицу времени:

где Пр — производительность машины; Vp объем земляных работ, м3; Гр — время, затрачиваемое на выполнение данного объема при полной загруженности рабочего времени, ч, смена.

Производительность бульдозера определяется из выражения

где V — объем грунта, перемещаемого бульдозером; ф! — коэффициент использования бульдозера во времени; ?ц — продолжительность цикла, с; ф2 — коэффициент разрыхления грунта.

Производительность скреперов прямо пропорциональна количеству перевозимого за один рейс грунта и обратно пропорциональна времени, затраченному на один цикл работы, определяется из выражения

где V — геометрическая емкость ковша скрепера, м3; фз — коэффициент заполнения ковша грунтом; фз — коэффициент разрыхления грунта.

При расчете производительности экскаватора дополнительно учитывается коэффициент наполнения ковша (0,9... 1,1). Производительность одноковшового экскаватора определяется из выражения

где q — геометрическая емкость ковша экскаватора, м3.

При расчете ресурсов производительность машины (бульдозера, скрепера, экскаватора) рассчитывают с учетом нормы времени (маш.-ч) на выполнение данного вида работы машины выбранной мощности или емкости рабочего оборудования (емкости ковша):

где 1000 — единица измерения объема работ; Тсы продолжительность смены, ч; Яцр — норма времени, маш.-ч.

На основании производительности машины определяют продолжительность ее работы (в сменах) па выполнении заданного объема:

Недобор — это часть грунта в виде порогов, остающаяся в выемке на откосах и основании при производстве работ экскаватором. Выработка грунта по дну выемки осуществляется нс до конечной отметки, чтобы не нарушить естественное залегание грунта. При окончательной планировке откосов выемки неровности срезают, а также снимают слой грунта с основания с помощью автогрейдера. Грунт при соответствии требованиям используют для отсыпки насыпи или устройства присыпных обочин. Недобор обычно составляет порядка 2 % от объема выемки:

Присыпная обочина — это обочина, сооружаемая после устройства дорожной одежды путем доставки грунта, его распределения между кромкой и бровкой, уплотнения и придания односкатного профиля в сторону откосов в соответствии с проектом. Приблизительный объем присыпной обочины, устраиваемой с двух сторон покрытия (2) на одном пикете (100 м), определяют из выражения

где b — ширина обочины в зависимости от категории дороги, м; h — толщина дорожной одежды, принимается как суммарная величина толщин слоев покрытия и основания до дополнительного слоя песка, выполняющего функцию морозозащитного или дренирующего, м; 1,5 — заложение откоса.

Объем присыпной обочины, вычисленный по вышеприведенной формуле, дает завышение результата на 10... 12 %, так как нс учитываются раздельные толщины основания и покрытия, а принимается общая толщина дорожной одежды.

Расчет перемещаемого грунта из выемки или карьера выполняется в такой последовательности.

1. Определяют объем грунта на данном пикете, подготовленный для транспортирования в насыпь на этом же или соседнем пикете:

где Vu объем грунта в выемке, м3; Vu — объем грунта из недобора, м3; VKB — объем грунта кювета.

2. Рассчитывают объем грунта, который необходимо доставить па данный пикет для отсыпки насыпи:

где Р|1С — объем насыпи, м3; Vu o объем присыпной обочины, м3.

3. Определяют разность между двумя вышеобозпачепными величинами:

при этом могут возникнуть варианты:

? Ркр > 0 — грунта из выемки недостаточно для отсыпки насыпи на пикете, следовательно, количество грунта, соответствующее разнице, должно быть доставлено из сосредоточенного карьера или из другого пикета выемки;

а < 0 — грунта из выемки больше, чем необходимо для отсыпки насыпи, поэтому количество грунта, равное разнице между доставкой и требуемым грунтом, должно быть перемещено для отсыпки насыпи на следующем пикете;

? VkP = 0 — объем грунта, транспортируемый из выемки, соответствует объему грунта, необходимому для отсыпки насыпи.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >