Сооружение земляного полотна в зимний период кратко
Обновлено: 08.07.2024
ВЕДОМСТВЕННЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ
ИНСТРУКЦИЯ
по технологии строительства городских дорог в зимнее время
Дата введения 1996-09-01
РАЗРАБОТАНА кандидатами технических наук В.М.Гольдиным, Л.В.Городецким, Р.И.Бега, инженером В.Ф.Деминым (лаборатория дорожного строительства НИИМосстроя), инженером Б.В.Маркиным (ОАО Мосинжстроя), при участии Ю.И.Столярова, к.т.н. В.Д.Фельдмана (Мосстройлицензия).
ВНЕСЕНА Научно-исследовательским институтом московского строительства (НИИМосстрой)
СОГЛАСОВАНА с проектным институтом "Мосинжпроект", ОАО "Мосинжстрой" и трестом "Гордорстрой"
УТВЕРЖДЕНА Научно-техническим управлением Департамента строительства 20 июля 1996 г.
ВЗАМЕН "Указаний по технологии строительства городских дорог в зимнее время" ВСН 3-67 Главмосстроя
В Инструкции приведены современные методы и средства для строительства городских дорог в зимнее время.
В Инструкции обобщен производственный опыт по сооружению дорог в зимнее время Главленинжстроя (Санкт-Петербург), Главкиевстроя (Киев), Департамента строительства (Москва).
Инструкция обобщает накопленный за период с 1967 по 1996 гг. опыт службы дорожных одежд на эксплуатируемых улицах и дорогах.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Инструкция распространяется на строительство в г.Москве дорог различного назначения в зимний период.
1.2. Зимним периодом считается время года между датой наступления нулевой среднесуточной устойчивой температуры осенью и датой наступления той же температуры весной.
1.3. С целью создания заделов по возведению земляного полотна для устройства оснований и покрытий в зимний период максимальное количество земляных работ должно выполняться до наступления отрицательной температуры воздуха.
1.4. Строительство дорог осуществляется в соответствии с проектом производства работ, включающим: генеральный план строящегося объекта; технологическую карту строительства и карты трудовых процессов; календарный график строительства; схемы движения городского и технологического транспорта.
1.5. В проекте производства работ должны быть четкие указания по последовательности выполнения работ, типам и количеству машин и механизмов, материально-техническому снабжению, подготовленности заводов по выпуску смесей и деталей.
2. КОНСТРУКЦИИ
2.1. Конструкции дорог и тротуаров включают следующие элементы: подстилающий слой, бортовой камень, технологический слой, основание и покрытие, толщина которых принимается по проекту в соответствии с альбомом типовых конструкций институтов "Мосинжпроект" и НИИМосстроя "Дорожные конструкции для г.Москвы", СК 6101-85* в зависимости от расчетных нагрузок, интенсивности движения транспорта, грунтовых условий и других факторов.
2.2. Варианты типовых конструкций дорожных одежд представлены на рис.2.1. Выбор дорожно-строительных материалов для устройства отдельных слоев конструкций определяется видом покрытия.
Рис.2.1. Дорожные конструкции, применяемые при отрицательной температуре воздуха:
I - работы, выполняемые при отрицательной температуре воздуха; II - работы, выполняемые
при положительной температуре воздуха. 1 - песчаный подстилающий слой; 2 - технологический
слой; 3 - основания из пластичного, литого, укатываемого малоцементного бетона и уплотняемых
щебеночных смесей; 4 - нижний слой покрытия из асфальтобетона; 5 - верхний слой покрытия
из асфальтобетона; 6 - сухая цементно-песчаная смесь; 7 - покрытие из штучных элементов;
8 - покрытие из железобетонных плит; 9 - пергамин или полиэтиленовая пленка (при укладке
литых бетонных смесей); 10 - бетонное покрытие; 11 - укрытие бетонного покрытия
от промерзания; 12 - укрытие бетонного основания от промерзания.
2.3. Подстилающий слой для всех видов конструкций устраивается из песка (рис.2.1. А, Б, В, Г).
2.4. Технологический слой выполняется из укатываемого малоцементного бетона марки 1, песчано-гравийной смеси или щебня (рис.2.1. А, Б, В, Г).
При устройстве покрытий из сборных элементов следует предусматривать дополнительный выравнивающий технологический слой из сухой цементно-песчаной смеси состава 1:10 (рис.2.1 Б).
2.5. Основание устраивается из уплотняемых щебеночных смесей в соответствии с ТУ 400-24-150-86 и укатываемого малоцементного бетона марок 2, 3, 4, а также пластичного или литого бетона М-200 или М-300 (рис.2.1 А, Б, В, Г).
2.6. Покрытия возводятся из сборных бетонных, железобетонных и гранитных элементов, а монолитные из пластичной и литой бетонной смеси.
В случае устройства покрытий из литых бетонных смесей по технологическому слою должна быть предусмотрена укладка пергамина или полиэтиленовой пленки (рис.2.1 В).
2.7. Бетонные покрытия и основания, устраиваемые при отрицательных температурах воздуха, защищают от промерзания при помощи различных теплоизоляционных материалов (рис.2.1 В, Г). Допускается при двухстадийном строительстве дорог в районах новой жилой застойки и незначительных объемах работ (по специальному распоряжению Мосстройкомитета) по бетонному основанию укладка слоя асфальтобетона (рис.2.1 А). С наступлением положительных температур в весеннее время укладываются дополнительно еще два слоя асфальтобетона (рис.2.1 А), а в конструкции с утеплительным слоем после его снятия (рис.2.1 Г).
2.8. Технологическая последовательность строительства городских дорог различного назначения при отрицательных температурах воздуха должна включать:
- возведение земляного полотна;
- устройство подстилающего слоя;
- устройство бортовых камней;
- устройство технологического слоя;
- устройство покрытий дорог и тротуаров.
3. ВОЗВЕДЕНИЕ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
3.1. При выборе способа производства земляных работ при отрицательных температурах воздуха следует сравнивать такие показатели: приведенные затраты, себестоимость работ, производительность комплекта машин, выработку одного рабочего, энергоемкость и металлоемкость на единицу продукции.
3.2. Критерием целесообразности сооружения земляного полотна в зимний период является экономический показатель Эс, выраженный в процентах от общей стоимости строительно-монтажных работ.
Если значения Эс больше нормативных дополнительных затрат, объемы и организацию зимних работ пересматривают, изменяя набор работ и их объемы.
3.3. В случае, если на отдельных строительных объектах невозможна заблаговременная подготовка земляного полотна по организационным или другим причинам, грунт, намеченный к разработке в зимнее время, следует предохранить от промерзания.
3.4. Все мероприятия по предохранению грунта от промерзания должны производиться в начале зимы, т.е. с наступлением легких морозов. Небольшой слой мерзлого грунта (5-10 см) не может служить препятствием для удаления грунта.
3.5. Грунта, подлежащие к разработке в зимнее время, предохраняют от промерзания вспахиванием, боронованием и снегозадержанием; перекрестным рыхлением; утеплением теплоизоляционными материалами.
3.6. Предохранение грунта от промерзания глубиной до 1 м производится вспахиванием грунта на глубину не менее 0,35 м с последующим боронованием на глубину 0,15-0,20 м и снегозадержанием высотою 0,15-0,25 м.
3.7. Предохранение грунта от промерзания глубиной до 1,5 м производится вспахиванием грунта на глубину более 0,35 м перекрестным рыхлением грунта, когда рыхлитель проходит по взаимно перпендикулярным направлениям, где каждая последующая проходка должна перекрывать предыдущую полосу на 0,2 м, после чего проводится укрытие грунта снегом на высоту не менее 0,25 м.
3.8. Рыхление, особенно перекрестное, снижает теплопроводимость грунта благодаря увеличению объема пор, заполненных воздухом, а снегозадержание снижает скорость промерзания примерно в 3 раза по сравнению со скоростью промерзания грунта, не покрытого снегом.
3.9. Вспахивание грунтов сопровождается значительным снижением глубины промерзания (табл.3.1).
7.4.1 Планировку и укрепление обочин необходимо проводить вслед за устройством дорожной одежды. При этом следует ликвидировать все временные въезды и съезды.
7.4.3 Планировку и укрепление откосов насыпей высотой более 6 м и глубоких выемок (включая устройство дренажей) следует проводить сразу же после окончания сооружения их отдельных частей (ярусов).
Работы по выполнению конструкций укрепления откосов и конусов должны выполняться в соответствии с технологическими регламентами, разработанными с учетом особенностей предусмотренных в проекте методов (травяной посев, железобетонные блоки, монолитные конструкции, геосинтетические материалы в виде геоматов, геокомпозитов, объемных георешеток и др.). Технологические регламенты разрабатываются подрядными организациямии и утверждаются в установленном порядке.
7.5 Земляные работы в зимних условиях (при отрицательных температурах)
7.5.1 В зимний период разрешается проводить: разработку выемок и резервов в необводненных песках, гравийно-галечных и скальных грунтах; в глинистых грунтах при влажности в пределах, указанных в таблице 1, разработку выемок глубиной более 3 м; возведение насыпи из сосредоточенных резервов; устройство насыпи из песчаных грунтов на болотах; выторфовывание; укрепление откосов насыпей регуляционных сооружений и русел рек каменной отсыпкой, бетонными плитами и др.; устройство глубоких дренажных прорезей.
7.5.2 Для возведения насыпи в зимнее время применяют без ограничений скальные, крупнообломочные грунты и пески (непылеватые). Применение глинистых грунтов и пылеватых песков допускается при влажности не более оптимальной. Применение глинистых грунтов повышенной влажности допускается только при выполнении в соответствии с проектом мероприятий по обеспечению необходимой устойчивости земляного полотна.
Глинистые грунты повышенной влажности следует применять только в талом виде. Для устройства насыпей за задними гранями устоев и конусов и засыпки водопропускных труб следует применять талый грунт.
7.5.3 Основание под насыпь должно быть подготовлено до начала промерзания грунта, а перед началом возведения насыпи - тщательно очищено от снега и льда. При возведении насыпи на сильнопучинистых грунтах в районах с глубиной промерзания более 1,5 м нижние слои (1,2-1,5 м) следует устраивать до наступления устойчивых отрицательных температур воздуха.
7.5.4 Размер мерзлых комьев при возведении насыпей не должен превышать 30 см при уплотнении грунтов решетчатыми катками или трамбующими машинами и 15 см при уплотнении грунтов катками на пневматических шинах и вибрационными. Укладывать мерзлые комья грунта допускается на расстоянии не ближе 1 м от поверхности откосов. Общее количество мерзлого грунта не должно превышать 30% общего объема грунта, укладываемого в насыпь, при уплотнении трамбованием и 20% - при уплотнении укаткой. Мерзлый грунт должен равномерно распределяться в теле насыпи.
7.5.5 Высоту насыпи, возводимой в зимнее время из глинистых и песчаных грунтов с включением мерзлых комьев, необходимо увеличить на 3% от толщины слоя зимней отсыпки.
7.6 Возведение земляного полотна на болотах (слабые основания)
7.6.1 Замену слабого грунта в основании насыпи следует проводить на болотах типа I, как правило, в зимнее время с транспортированием грунта по возводимой насыпи и надвижкой грунта по способу "от себя".
При сооружении насыпи на слабых грунтах, в том числе болотных, без их удаления с целью снижения неравномерности ее осадки следует устраивать в основании насыпи обойму или платформу из армирующих и дренирующих геоматериалов: тканых и нетканых геотекстилей, плоских геосеток в комбинации с объемными геоматериалами и др.
7.6.2 Посадку насыпи, в том числе с использованием геосинтетических материалов, на прочное основание на болотах типов II и III необходимо проводить методом выдавливания торфа весом насыпи. Для облегчения выдавливания следует проводить рыхление торфа, устраивать торфоприемники (траншеи вдоль подошвы насыпи), отсыпать насыпь узким фронтом (способ перегрузки), а также осуществлять воздействие виброударной и ударной нагрузкой. Насыпь при этом следует возводить сразу на полную расчетную высоту.
7.6.3 При сооружении насыпей с использованием в их основании сжимаемых грунтов должна быть обеспечена требуемая толщина отсыпки. Насыпь следует возводить равномерно на всю ее ширину.
7.6.4 Для ускорения осадки и упрочнения основания следует устраивать вертикальные дрены из дренирующих материалов, включая геосинтетические материалы. Дренажные прорези следует заполнять дренирующим материалом по мере их устройства.
7.6.5 При отсыпке насыпи на слабом основании по специально установленному режиму (метод предварительной консолидации) каждый последующий слой устраивается после достижения грунтом основания прочности, достаточной для восприятия дополнительной нагрузки.
В процессе консолидации основания необходимо проводить наблюдение за осадкой насыпи для уточнения объема досыпки или снятия излишков грунта и оценки возможности устройства покрытия.
7.6.6 После удаления растительного слоя на поверхность естественного основания насыпи перед укладкой геосинтетического материала следует отсыпать песчаный выравнивающий слой, толщина которого должна быть не менее значения имеющихся неровностей. Толщина первого слоя грунта насыпи, отсыпаемого на прослойку из геоматериала, должна быть не менее 0,3 м.
7.6.7 Уширение насыпи на слабых основаниях должно проводиться с учетом требований 7.2.7, 7.6.1-7.6.6. Регламентация выполнения работ в этом случае должна быть отражена в ПОС и ППР.
7.7 Разработка выемок в скальных грунтах и сооружение насыпей из крупнообломочных грунтов
7.7.1 Выемки в скальных грунтах следует разрабатывать механизированным или взрывным способом. Образованные взрывами откосы выемок в скальных грунтах должны быть очищены от неустойчивых камней, а также нависающего грунта поверхностных нескальных слоев.
7.7.2 Максимальный размер крупных включений в грунте, используемом для сооружения слоев насыпи, не должен превышать 2/3 толщины уплотняемого слоя.
7.7.3 Уплотнять крупнообломочные грунты водостойкой разновидности, содержащие более 30% глинистых фракций, следует при влажности, не превышающей допустимых значений для тяжелых суглинков и глин, а при содержании глинистых фракций менее 30% - при влажности, не превышающей допустимых значений для легких суглинков, приведенных в таблице 2.
7.7.4 При уплотнении легко выветривающихся и размягчаемых крупнообломочных грунтов влажность мелких фракций должна быть не выше 1,2 оптимальной.
7.7.5 Защитные слои из глинистого грунта на откосах следует устраивать в процессе сооружения основной части насыпи.
Защитные слои на откосах с использованием геоматериалов (объемных георешеток, геоматов, матрасов и др.) следует устраивать по окончании сооружения земляного полотна.
Геоматериалы следует закреплять равномерно по всей площади откосов с завершением работ до окончания смены.
7.7.6 При использовании крупнообломочных грунтов размягчаемых разновидностей в период строительства следует принимать меры по предупреждению их избыточного увлажнения атмосферными осадками или поверхностными водами, перекрывая водозащитными слоями и устраивая строительный водоотвод.
При сооружении насыпей эти грунты предварительно увлажняют, а уплотнение выполняют в две стадии. На первой стадии с целью максимального раздавливания и разрушения обломков применяют кулачковые катки, а на второй - комбинированные тяжелые катки. Степень предварительного увлажнения грунта определяют методом пробной укатки.
7.8 Возведение земляного полотна на засоленных грунтах
7.8.1 Устройство земляного полотна на засоленных грунтах при высоком уровне грунтовых вод необходимо проводить в период, когда их влажность соответствует требованиям таблицы 1.
7.8.2 Верхний рыхлый слой засоленного грунта, перенасыщенный солями, и солевые корки толщиной более 3 см следует удалять с поверхности резервов и основания насыпи перед ее возведением.
7.9 Возведение земляного полотна в песчаных пустынях
7.9.1 При строительстве дорог в песках, покрытых растительностью, необходимо принимать меры против ее повреждения, нарушения рельефа и разрыхления поверхности песков.
7.9.2 Устройство защитного слоя и укрепление откосов следует проводить вслед за возведением насыпи из песка. Защитные слои из песка, укрепленного вяжущими материалами, необходимо устраивать согласно правилам укрепления грунтов. Защитный слой на земляное полотно следует укладывать по способу "от себя".
В случае укрепления откосов объемными георешетками последующее заполнение их ячеек следует осуществлять растительным грунтом, торфо-песчаной смесью (ТПС), щебнем, бетоном и другими строительными материалами.
7.9.3 Земляное полотно из песка следует возводить непрерывно. Законченные участки земляного полотна и прилегающие к ним пески необходимо сразу укреплять.
7.10 Возведение земляного полотна в районах вечной мерзлоты
7.10.1 При возведении земляного полотна, спроектированного по принципу использования при эксплуатации дороги грунтов основания земляного полотна в мерзлом состоянии, следует проводить отсыпку насыпи после промерзания сезонно оттаивающего слоя не менее чем на 30 см. Ускорение промерзания достигается очисткой дорожной полосы от снега.
Лес, кустарник, бугры пучения удаляют только в зимний период на ширину основания насыпи, при этом сохраняют снежные отложения до 20 см. Запрещается корчевать пни на просеке. Не допускается устройства просеки "в задел". Растительный покров в основании насыпи и в пределах охранной зоны (ориентировочно до 50 м по обе стороны от оси трассы), должен быть сохранен. Проезд дорожных машин и технологического транспорта по просеке разрешается только в зимний период.
Толщина слоя насыпи, отсыпанного в зимнее время по промерзшему основанию, должна быть не менее глубины его сезонного оттаивания. Верхнюю часть насыпи следует, как правило, отсыпать в теплое время года из немерзлых грунтов.
7.10.2 Нижние слои насыпи на высоту 0,5 м следует отсыпать по способу "от себя", а последующие - продольным способом. Движение транспортных и дорожно-строительных машин по растительному покрову в весенне-летний период не допускается.
7.10.3 При возведении земляного полотна, спроектированного по принципу использования при эксплуатации дороги грунтов основания земляного полотна в оттаивающем состоянии, отсыпку насыпи разрешается проводить в любое время года (летом по способу "от себя") с сохранением растительного покрова или удалением в необходимых случаях непригодных грунтов из основания по мере их оттаивания. При этом насыпь должна быть отсыпана до проектных отметок к сроку оттаивания грунтов основания до расчетной глубины. Технология должна быть отражена в проекте организации строительства и технологическом регламенте.
7.10.4 Насыпи на льдонасыщенных косогорах круче 1:10 следует возводить зимой отсыпкой из привозных грунтов по способу "от себя" на полный профиль.
Как все начиналось
До 30-х годов истекшего столетия земляное полотно автомобильных дорог возводили только в теплое время года и только стадийным способом, предусматривающим значительный разрыв во времени между устройством самого земляного полотна и дорожного основания с покрытием. Обусловлено это было отсутствием приемлемых и эффективных механизированных средств и технологических приемов разработки (в том числе зимой), транспортировки, укладки, профилировки и, главное, быстрого и эффективного уплотнения грунтов.
Прочность и устойчивость возведенных насыпей обеспечивалась в основном за счет естественной консолидации (осадки) грунта во времени. Поэтому укладку основания и покрытия разрешалось выполнять только спустя определенный промежуток времени, составляющий, в зависимости от типа и состояния грунта, иногда 2–3 года.
Такое положение вошло в противоречие с развернувшимся после 1930 г. массовым дорожным строительством в США, Германии и других странах. Необходимо было исключить сезонность и стадийность устройства земляного полотна, а для этого нужны были, прежде всего, соответствующие грунтоуплотняющие средства и технологические методы уплотнения различных грунтов, в том числе и в зимний период ведения работ. Особенно актуальной такая задача была (и остается сейчас) для многих мест и регионов России, где зимний период, в отличие от многих европейских стран, составляет не менее 5–7 месяцев в году и где около 6% территории страны вообще находится в зоне вечной мерзлоты.
В этот же период практические решения по проблеме уплотнения грунтов все чаще и больше стали опираться на научные достижения и разработки, в частности механики грунтов. Был внедрен метод стандартного уплотнения грунтов Проктора (США), введено понятие об оптимальной влажности грунта и выявлено ее влияние на результат уплотнения. Появились предложения по искусственному увлажнению уплотняемых грунтов. Началась разработка общих положений и элементов самой теории уплотнения. Впервые появилось понятие о предварительном и основном этапах уплотнения, связанных с необходимостью постепенного повышения уплотняющего давления (нагрузки) на грунт. Была показана и доказана малая эффективность и практическая несостоятельность обычного гладковальцового статического катка (самоходного или прицепного) на уплотнении грунтов, особенно мелкозернистых связных и несвязных.
Виброкаток фирмы HAMM
Одновременно с решением проблемы стадийности возведения земляного полотна за счет искусственного уплотнения решалась также задача ликвидации сезонного характера выполнения земляных работ. Постепенно были разработаны научно-технические основы, практические правила и рекомендации устройства зимой бездефектного земляного полотна. Они включают в себя комплекс специальных мер по предварительной подготовке карьера к зимней разработке (главное – снижение возможной глубины промерзания грунта до приемлемой для экскаватора или тракторного рыхлителя величины, а в некоторых условиях и полная его защита от воздействия мороза), по выбору надлежащих и эффективных машин и механизмов разработки карьера, по подготовке автотранспортных средств доставки грунта к месту его укладки в насыпь (обогрев кузова выхлопными газами и укрытие грунта брезентовым пологом), по выбору средств и технологии отсыпки, разравнивания и уплотнения грунта в условиях возможного быстрого его смерзания в насыпи; по обязательному соблюдению ограничений на количество и размеры мерзлых комьев, допускаемых к попаданию в насыпь, и, наконец, по методам и средствам контроля качества уплотнения грунта.
Российские подрядчики с успехом освоили науку и практику зимних земляных работ не только в дорожной, но и в железнодорожной, гидротехнической, промышленной и гражданской отраслях строительства. По статистике российские дорожники выполняют зимой до 40–50% годового объема земляных работ, а в отдельных северных регионах даже до 65–70%. Сегодня в России единственным видом дорожных работ, разрешенных для выполнения зимой в полном объеме, являются работы по возведению земляного полотна, что позволяет хотя бы частично решать задачу по сохранению дорожных кадров и более полной загрузке техники.
Принципы работы не в сезон
При отрицательных температурах воздуха такие насыпи ведут себя устойчиво подобно земляным сооружениям из прочного скально-крупнообломочного грунта. Однако с наступлением короткого северного лета с почти круглосуточным сиянием солнца начинается интенсивное оттаивание мерзлых комьев в верхней зоне грунтовой отсыпки, что, естественно, влечет за собой значительные и очень часто неравномерные общие и локальные просадки насыпей, а заодно и опасные деформации железнодорожных путей и автодорожных покрытий.
Выбор грунтоуплотняющего средства для зимних земляных работ должен производиться по несколько более скорректированным принципам и критериям, чем для летних условий производства работ. С целью некоторого снижения скорости смерзания грунта и обеспечения возможности быстрого его уплотнения возведение насыпки целесообразно вести более толстыми слоями (не менее 40–50 см) и более узкими по ширине захватками (не более 3–4 полос, каждая из которых равна ширине уплотнения катка). Длину захваток тоже следует сокращать до разумного минимума, составляющего (при морозе -20… -30 гр. С) примерно 20–30 м.
При работе в таких условиях помимо способности уплотнять слои толщиной не менее 40–50 см дорожный каток или иного типа грунтоуплотняющая машина обязаны иметь более высокую производительность (минимум на 25–30%), чем производительность самой укладки грунта в насыпь. Кроме того, такая машина или каток должны иметь возможность вести уплотнение челночным способом, т. е. без разворотов в конце захватки, на которые, как правило, затрачивается определенное время из незначительного его резерва на всю операцию зимнего уплотнения (табл. 1).
Таблица 1
Примечание.
При ветре более 5–6 м/с указанное время уменьшают до 2 раз.
Качественное уплотнение грунта и минимальные осадки зимнего земляного полотна при его последующей эксплуатации возможны только при попадании в насыпь ограниченного количества мерзлых комьев (табл. 2), так как при большом их объеме грунт насыпи быстрее смерзается и хуже уплотняется.
Таблица 2
Крупность мерзлых комьев также регламентируется способностью грунтоуплотняющего средства раздавливать большую часть из них на более мелкие куски (не более 80–100 мм). При использовании на уплотнении пневмоколесных катков(нагрузка на шину не ниже 4,5–5 т) размеры мерзлых комьев не должны превышать 150–200 мм, прицепных и самоходных шарнирно-сочлененных виброкатков с гладкими или лучше кулачковыми (пэд-фут) вальцами и весом вибровальцового модуля не менее 7–8 т – не более 200–250 мм и, наконец, при наличии трамбующих машин или плит на экскаваторах, а также решетчатых или ребристых тяжелых катков – не более 250–300 мм.
Крупные нераздавленные мерзлые куски служат, как правило, концентраторами преждевременного смерзания грунта и появления в насыпи мест и зон с плохим уплотнением. По той же причине попадание снега и льда в тело насыпи категорически не допускается.
Соблюдение этих ограничений, правил и рекомендаций позволит возводить зимой добротное земляное полотно, отвечающее всем требованиям дорожных СНиПов.
Подбор техники для выполнения задачи
Что же из имеющихся сегодня грунтоуплотняющих средств у дорожных подрядчиков и на рынке дорожной техники пригодно и может эффективно использоваться для устройства насыпей в специфических зимних условиях?
Наибольшее распространение и применение сейчас в мире получили самоходные шарнирно-сочлененные виброкатки с гладкими или кулачковыми вальцами. Как показал практический опыт, в том числе российский, наиболее подходящими для зимних земляных работ следует признать те из них, которые имеют вибровальцовый модуль весом не ниже 7–8 т (общий вес вместе с тракторным модулем около 12,5–13 т), так как только при таком или большем весе вибромодуля современного катка толщина уплотняемого слоя, его производительность и способность дробить мерзлые комья своими кулачками будут соответствовать зимним потребностям и ограничениям.
Примерно 30 моделей подобных виброкатков, часть из которых с успехом работает на объектах России, выпускают 8–10 известных европейских и американских фирм (Dynapac, Caterpillar, Hamm, Bomag, Ingersoll-Rand, Vibromax, Stavostroj, Protec и др.). Самые крупные из них общим весом около 20–26 т (соответственно вес вибровальцового модуля примерно 13–17 т) с шириной вальца до 2,2–2,5 м имеют достаточно мощные вибраторы, возбуждающие центробежные силы до 35–40 тс, а у одного из них, общим весом 25,5 т (SSVV 2500D фирмы Stavostroj) – даже до 47 тс, что обеспечивает ему чрезмерно высокий конструктивный показатель динамической уплотняющей способности (6,5 кгс/кв. см), пригодный для уплотнения в основном прочных скально-крупнообломочных и маловлажных связных грунтов.
Каток кулачковый
фирмы BOMAG
Если у этого крупного и слишком динамичного виброкатка превышение реальной апмлитуды колебаний вальца над номинальной или расчетной, а последняя составляет 2,1 мм, достигнет 1,7–2,0 раза (измерения реальных амплитуд у известных в России прицепных виброкатков А-8 и А-12 показали, что такое превышение доходит до 2,0–2,5 раз), то это обеспечит динамическое кратковременное воздействие его вальца на грунт с силой около 50–60 тс.
У большинства же других тяжелых и крупных виброкатков, применяемых на обычных песчано-гравийных, щебенистых, малосвязных и даже связных грунтах, динамический показатель уплотняющей способности составляет в среднем 4,0–5,0 кгс/кв. см. Для сравнения уместно напомнить, что у sвибрационных гладковальцовых катков, хорошо укатывающих асфальтобетонные смеси в покрытии за укладчиками этот показатель находится в пределах 1,7–2,0 кгс/кв. см (статический режим работы) и примерно 2,0–2,6 кгс/кв. см (вибрационный режим). Для уплотнения этими же виброкатками щебеночных оснований (слои 15–30 см) указанный показатель, или критерий, целесообразно повышать до 3,0–3,6 кгс/кв. см, что и предусмотрено конструкцией таких катков путем смены слабого режима вибрации (для асфальтобетона) на сильный (щебень).
В России подобный крупный виброкаток К-701М-ВК общим весом 25 т (вес вибровальцового модуля около 14 т) был разработан по заказу гидротехников и выпускается Кировским заводом в Санкт-Петербурге. Базой машины послужил колесный трактор К-701М, на место задней колесной пары которого установлен кулачковый (рис. 1) или гладкий (рис. 2) вибровалец шириной 2850 мм и диаметром соответственно 1950 и 1728 мм. Вибровозбудитель вальца развивает центробежную силу 36 тс при частоте колебаний 27–29 Гц, что с учетом размеров вальца обеспечивает показатель динамической уплотняющей способности до 4,5 кгс/кв. см (такой же показатель в статике – 2,4 кгс/кв. см).
Рис. 1.
Виброкаток К-701-ВК
с кулачковым вальцом,
Кировский завод
(Санкт-Петербург)
При испытаниях К-701М-ВК на возведении грунтовой плотины Ирганайской ГЭС в Дагестане плотность гравийно-галечникового грунта в слое 100 см оказалась 0,99–1,01 (6 проходов) и 1,03–1,04 (10–12 проходов). Укатка кулачковым вальцом супесчано-суглинистого грунта с включениями щебенистых частиц слоем 60 см обеспечила коэффициент уплотнения 0,99–1,0 за 8–10 проходов на скорости 2,5–3 км/час.
Рис. 2.
Виброкаток К-701-ВК
с гладким вальцом,
Кировский завод
(Санкт-Петербург)
Виброкаток ДУ-85
фирмы Раскат
Прежний российский опыт показал, что достаточно хорошо и эффективно можно вести уплотнение грунта с включениями мерзлых комьев простым и дешевым прицепным решетчатым катком весом 25 т (рис. 3), выпускавшимся в свое время дорожниками Латвии и двумя заводами бывшего Минтрансстроя в городах Ростове-на-Дону и Угличе.
Рис. 3.
Прицепной решетчатый каток
весом 25 т
Каток прекрасно себя зарекомендовал на многих автодорожных, портовых, железнодорожных и аэродромных стройках Прибалтики, Дальнего Востока, Сибири (БАМ), Средней Азии, Кавказа, Армении, Крыма, Заполярья и Северо-Западного региона. При этом он с успехом укатывал также трудноуплотняемые одноразмерные пески (толщина укатываемого слоя зимой доходила до 45–55 см), скально-крупнообломочные грунты и щебеночные основания.
Помимо прицепного варианта этого катка дорожники Латвии по разработке Ленфилиала СоюздорНИИ выпускали и использовали также небольшие партии прицепных и полуприцепных комбинированных пневморешетчатых статических катков общим весом 15–25 т с блоком пневмошин и решетчатым вальцом (рис. 4), которые поочередно могли опускаться на поверхность укатки и создавать необходимое силовое воздействие, в том числе и за счет переставляемого на катке балласта.
Рис. 4.
Комбинированный
пневморешетчатый
статический каток
с блоком пневмошин
и решетчатым вальцом
Приходится только сожалеть, что такие неприхотливые в эксплуатации, очень нужные и полезные, как для обычных, так и специфических (одноразмерные пески, комковатые грунты, зима и т. п.) российских условий, теперь уже не выпускаются не только в России, но и за рубежом.
Заметно повышаются результаты уплотнения, дробления и даже очистки вальцов при увеличении до 10–15 км/час и более рабочей скорости решетчатых, ребристых и кулачковых катков. Фирма Caterpillar (США) разработала даже специальную технологию скоростной укатки связных грунтов, правда, не очень толстыми слоями, самоходным статическим катком с особой (эвольвентной) формой башмака-кулачка, который на скорости от 10–11 до 30–35 км/час создает определенный динамический или трамбующий эффект.
Для такой технологии Caterpillar уже длительное время производит две модели достаточно энергоемких катков. Аналогичный тип катка выпускает также шведская фирмаDynapac (рис. 6). Основные их технические параметры приведены в таблице 3.
Рис. 6.
Каток кулачковый
с трамбующим эффектом
CT 260 Dynapac
Таблица 3
Единственным препятствием успешного использования скоростной технологии динамического уплотнения на устройстве насыпей зимой является большая длина рабочей захватки, необходимая для работы указанных катков на высоких скоростях, что в российских зимних условиях невозможно обеспечить из-за быстрой смерзаемости тонких слоев грунта.
Вообще высокая эффективность и широкие технологические возможности универсального ударного уплотнения грунтов всегда привлекали и дорожников, и разработчиков машин. Правда, до сих пор в дорожной отрасли нет пока ни одной модели высокопроизводительной, технологичной и надежной трамбующей машины. Хотя можно назвать не менее полутора десятков различных зарубежных и отечественных реально существовавших образцов таких машин – российский каток с падающими грузами Д-390А, дизельтрамбующая машина ЦНИИС-РРМЗ, трамбующая машина Д-471Б (ДУ-12) с двумя поочередно и свободно падающими плитами сзади гусеничного трактора, южноафриканский трамбующий каток с квадратным вальцом и др.
Вообще пневмовиброкатки уже пытались создать в свое время в СССР (Саратов), США и Чехословакии. Но изначально эта идея была обречена на неудачу, о чем неоднократно и публично высказывался Ленфилиал СоюздорНИИ, что и подтвердили опытно-экспериментальные данные в этих странах и последующий отказ от дальнейших таких работ.
Дело в том, что на поверхности контакта ударяющей или вибрирующей автодорожной пневматической шины с грунтом давление никак не может быть больше допускаемых 7–8 кгс/кв. см (у авиационных шин оно выше, но не более 10–12 кгс/кв. см), иначе возникнут перегрузки шины и она быстро разрушится. Но даже таких предельных для шин давлений явно мало для эффективного динамического уплотнения грунтов, особенно мелкозернистых пылеватых и связных (на несвязных, для которых важно само вибрирование или шевеление частиц, успешно работают обычные гладковальцовые катки). Это первое.
Фронт работ был настолько узким, что в зоне их выполнения мог разместиться только экскаватор, выполнявший выторфовку, бульдозер и один самосвал, доставлявший песок и увозивший торф. Дорожному катку в зоне работ места попросту не оказалось. Поэтому была предложена и реализована технология весеннего (после оттаивания грунта) доуплотнения сразу всей толщи насыпи высотой до 2,5–3,0 метров (вместе с ее подводной частью).
Использовались для этого тяжелые прицепные виброкатки весом 8 и 12 т, а также специально изготовленная трамбующая плита (вес 7 т, диаметр основания – 2 метра), подвешиваемая на экскаватор-драглайн.
Выполненное уплотнение грунта и последовавшее за этим устройство щебеночного основания и асфальтобетонного покрытия показали, что такой технологический прием гарантировал требуемое качество работ по уплотнению, выразившееся в отсутствии на этом участке не только просадок насыпи и разрушений оснований и покрытия, но и сколь-нибудь заметных деформаций, проявляющихся на несвязных грунтах, как правило, в течение первого же года эксплуатации дороги.
Выводы
При организации земляных работ, разработке ППР и смет следует иметь в виду, что стоимость процесса уплотнения зимой несколько возрастает в основном за счет некоторого снижения производительности грунтоуплотняющей машины и удорожания ее зимней эксплуатации. И это не должно вызывать возражений, так как экономить на столь важной и ответственной операции не только нецелесообразно, но и недопустимо. Тем более, что она вообще очень дешевая и в сметах составляет всего несколько процентов от общей стоимости земляных работ.
11.1. Особенности организации и технологии производства работ по сооружению земляного полотна в зимний период
Выполнение земляных работ в зимнее время сокращает сроки строительства и улучшает использование производственных фондов, что в целом снижает себестоимость строительства. Однако в зимнее время уменьшается производительность труда, существенно растут затраты на обеспечение требуемого качества.
СНиП 2.05.02-85 устанавливает перечень работ по сооружению земляного полотна, которые целесообразно выполнять в зимний период: разработка выемок и резервов в грунтах, имеющих влажность не выше оптимальной, в необводнённых песках, обломочных и скальных грунтах; возведение насыпей из грунтов, имеющих влажность на 5 % менее допустимой, а также из песчаных и обломочных грунтов, на болотах; выторфовывание. Выполнение иных видов работ допускается по индивидуальным проектам производства работ. Применение глинистых грунтов допускается только в талом виде и только при выполнении в соответствии с проектом мероприятий по обеспечению необходимой устойчивости земляного полотна. Не допускается использование глинистых грунтов с влажностью более оптимальной.
Предварительную оценку эффективности выполнения различных видов земляных работ в зимнее время рекомендуется выполнять в проекте производства работ (ППР) с учётом величины и продолжительности отрицательных температур, числа дней со снегопадами, расстояний транспортирования грунта, удалённости объекта от жилья, возможности искусственного освещения места работ и других факторов. Снижение требований к плотности грунтов, геометрическим размерам элементов земляного полотна при выполнении работ в зимнее время не допускается. Земляные работы в зимнее время должны выполняться непрерывно. Их следует вести высокими темпами, с концентрацией производственных средств на узком фронте работ. Разработка боковых резервов возможна при толщине мёрзлого слоя не более 10 см или в начале зимнего периода при температуре воздуха близкой к 0°С. В остальных случаях получать грунт целесообразно из глубоких сосредоточенных резервов или карьеров, пригодных для работы экскаваторов.
Машины, предназначенные для работы в зимний период, должны иметь утеплённые кабины и капоты для двигателей, усиленное осветительное оборудование, а также дополнительное оснащение для очистки рабочих органов от примёрзшего грунта и устройства, повышающие проходимость транспортных машин. Фронт работы и подъездные пути должны быть ограничены хорошо видимыми и не заносимыми снегом знаками. Проектом производства работ предусматривается организация систематической очистки от снега и льда рабочих площадей и транспортных путей специализированными машинами. В зимнее время повышаются требования к соблюдению правил безопасности производства работ. Особое внимание необходимо уделять применению непромышленных устройств и приспособлений в местах обогрева, а также использованию открытого огня (факелов) для подогрева узлов машин, масел, топлива.
11.2. Сооружение земляного полотна насыпей и выемок
Подготовительные работы. До начала земляных работ на объектах, намеченных к строительству в зимних условиях, кроме общих подготовительных работ, должны быть проведены следующие специальные предварительные работы: установлены снегонезаносимые разбивочные знаки; обеспечен водоотвод в местах производства работ на осенний дождливый период и на время таяния снега, подготовлены подъездные пути и средства ограждения их от снежных заносов; предохранены от промерзания участки, намеченные к разработке, а также участки с пучинистыми основаниями; обеспечено освещение мест разработки и укладки грунта; подготовлены помещения для обогрева рабочих.
Основания под насыпи должны быть подготовлены в летнее время (включая снятие плодородного слоя почвы), а перед началом работ тщательно очищены от снега, льда и уплотнены. В случае возведения насыпи на сильно и чрезмерно пучинистых грунтах в районах с глубиной промерзания более 1,5 м нижние слои насыпей (1,2-1,5 м) следует устраивать до наступления устойчивых отрицательных температур.
До наступления холодов необходимо подготовить поверхности сосредоточенных резервов и грунтовых карьеров к разработке в зимнее время. Подготовка заключается в устройстве подъездных дорог, расчистке поверхности, устройстве входных забоев и пионерных траншей, а также в укладке утепляющих слоев на поверхности грунта карьера или использовании химических реагентов для предотвращения промерзания грунта. Способы защиты грунта от промерзания указываются в ППР.
Наиболее простой и экономичный способ предохранения грунта от промерзания - рыхление или вспахивание на глубину 35-40 см, желательно с боронованием поверхности на глубину 15 см. Рыхление грунта производят одно- и многостойковыми рыхлителями, вспахивание - плугами с перекрёстным движением агрегата. Мелкое рыхление можно выполнять фрезами или сельскохозяйственными боронами. Данный способ обеспечивает в средней и центральной части страны отсутствие промерзания. Обязательными условиями получения положительного эффекта от рыхления грунта являются: обеспечение стока атмосферных осадков с поверхности утепляемого участка и рыхление непосредственно перед наступлением заморозков.
Для утепления небольших участков и траншей можно использовать перелопачивание и окучивание грунта экскаваторами на глубину ожидаемого промерзания грунта, но не более чем на 1,5 м.
На участках, намеченных к разработке во вторую треть зимы, рыхление грунта должно сопровождаться мероприятиями, обеспечивающими снегонакопление. С этой целью на открытых и хорошо продуваемых участках устраивают снегозадержание в виде снеговых и грунтовых валов или разреженных щитовых рядов. Расстояние между валами или линиями щитов равно 10-15 -кратной высоте вала или щита. Можно проводить засыпку утепляемой поверхности снегом с соседних участков бульдозерами или снегоочистителями-метателями.
Предохранить грунт от промерзания можно также путём его обработки химическими реагентами (хлористый натрий, нитрат натрия NaNО2 и др.). Для обеспечения необходимого проникания соли вглубь грунта рассыпь сухой соли на участке заканчивается за 5-15 суток до наступления зимнего периода для песчаных и супесчаных грунтов и за 20-30 суток - для суглинистых грунтов. Засоление грунта концентрированным (20-30 %) раствором соли (хлористым натрием) можно проводить непосредственно перед наступлением морозов. Нормы расхода соли принимаются по табл. 11.1.
Читайте также: