Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Реконструкция автомобильных дорог

Исправление земляного полотна при реконструкции автомобильных дорог


Исправление земляного полотна при реконструкции автомобильных дорог

К реконструированному земляному полотну должны предъявляться исключительно строгие требования: непродуманные решения или некачественно выполненные земляные работы невозможно исправить при последующей эксплуатации дороги. Поэтому в процессе производства работ по перестройке земляного полотна должен быть организован тщательный контроль за их качеством. Требования к приемке земляного полотна при реконструкции аналогичны требованиям при новом строительстве.

При реконструкции автомобильных дорог обычно стремятся в наибольшей степени использовать существующее доброкачественное земляное полотно. К такому земляному полотну относят участки, в которых не образуются подвешенные горизонты воды из-за неблагоприятного расположения фильтрующих и малопроницаемых грунтов, а также отсутствуют включения оглеенных или иловатых грунтов. Высокие насыпи, возведенные путем беспорядочной отсыпки при недостаточном уплотнении из крупнообломочных горных пород (аллевролитов, глинистых сланцев, мергеля, пустой породы из терриконов и т. д.), большей частью подвержены ежегодным просадкам и образованию пучин.

При реконструкции необходимо прежде всего улучшить водно-тепловой режим земляного полотна, повышая степень уплотнения грунта и проводя различные инженерные мероприятия, гарантирующие влажность грунта не выше оптимальной. На старых автомобильных дорогах земляное полотно за редкими исключениями не удовлетворяет современным требованиям. До переустройства дорожной одежды необходимо установить источники переувлажнения земляного полотна и устранить их влияние. Если во время изысканий выявлено, что грунты верхней части земляного полотна оглеены, следует провести детальные инженерно-геологические изыскания. Для правильного установления источников увлажнения требуется определить на типичных участках в период третьей стадии увлажнения характер распределения влажности по глубине. На сухих участках максимальное значение влажности глинистых грунтов во II дорожно-климатической зоне обычно наблюдается на глубине 0,7—0,9 м.

На сырых участках увеличение влажности с глубиной указывает на поступление влаги снизу, из залегающего поблизости уровня грунтовых вод или верховодки.

Рис. 1. Схема распределения влажности в земляном полотне по глубине:
а — на сухих участках; б — на мокрых участках; 1 — зона повышенной влажности; 2 — капиллярная зона; 3 — зона грунтовой воды; 4 — влажность по глубине к концу третьей или в начале четвертой стадии увлажнения; 5 — влажность в период пятой стадии увлажнения; 6 — уровень грунтовых вод в начале четвертой стадии увлажнения; 7 — уровень воды в период пятой стадии; 8 — поверхность менисков; 9 — влажность, соответствующая нижней границе текучести;

На сухих участках с большими продольными уклонами при пересеченном рельефе местности, а также в других случаях, когда имеются сомнения в правильности установления источников увлажнения, рекомендуется применять радиоактивные индикаторы. Как показали исследования В. И. Куканова (МАДИ), наиболее оправданным в таких случаях является использование изотопа водорода трития, который входит в состав молекулы тритиевой воды Т20, физико-химические свойства которой не отличаются от свойств обычной воды. Период полураспада изотопа составляет 12,4 года; радиационно он безопасен и дешев.

Работы можно выполнять в любое время года, кроме летнего сезона с высокой степенью испарения. При отрицательной температуре меченая вода замерзает на участке испытаний. Прикрытая снегом, она мало испаряется и начинает проникать в грунт при его оттаивании.

Образцы грунта для определения влажности и путей поступления влаги берут в соответствии с заранее составленной программой из сетки скважин, закладываемых по длине и ширине дороги через 0,5 м в глинистых грунтах и 1 м в супесчаных. По глубине образцы отбирают через 20 см до уровня грунтовых вод, но не менее чем 2 м.

Взятые образцы грунта помещают в обычную лабораторную центрифугу для выделения воды, которую в дальнейшем испытывают по общеизвестной методике на радиоактивность. По радиоактивности строят изолинии влажности на разных глубинах в плане и в разных поперечных сечениях дороги.

Анализ изолиний для последовательных интервалов времени с достаточной степенью надежности указывает, поступает ли влага сверху или сбоку с прилегающей к дороге полосы. Если есть сомнения, что увлажнение верхней части земляного полотна происходит за счет близкого уровня грунтовых вод, то индикатор заливают в буровую скважину, которую затем послойно заполняют грунтом, по возможности уплотняя его до первоначальной плотности. Сверху скважину тщательно заделывают для предотвращения проникания воды.

В этом случае во II дорожно-климатической зоне модули упругости, как показали проводившиеся в течение ряда лет полевые испытания, в расчетный период года большей частью бывают менее 250 кгс/см2. При столь низком значении модуля упругости чаще всего и коэффициент прочности дорожной одежды не превышает 0,6. На покрытиях имеется сетка трещин в виде паутины, указывающая на недостаточную прочность основания и земляного полотна.

Для повышения модуля упругости земляного полотна возможны следующие мероприятия: замена песком оглеенного грунта или укрепление различными вяжущими материалами верхней части земляного полотна; устройство теплоизоляционного слоя или гидроизолирующей паронепроницаемой прослойки.

Наиболее радикальным решением является замена сильно пучинистых грунтов местным песком с требуемым коэффициентом фильтрации на полную ширину земляного полотна до грунта, не затронутого процессом оглеения, т. е. на глубину не менее 0,5— 0,6 м от низа дорожной одежды.

Требуемое значение коэффициента фильтрации песка К нужно определять расчетом. Однако не следует применять песок с коэффициентом фильтрации К < 1 м/сут. В этом случае необходимо укреплять верхние слои земляного полотна для повышения их модуля упругости.

Чаще всего укрепляют грунты на толщину 0,12—0,15 м известью-пушонкой, вводимой из расчета 2—3% по массе. При столь малом количестве вяжущего обработку грунтов иногда называют стабилизацией.

Обработанный вяжущим грунт, уложенный с поперечным уклоном не менее 40%0 при относительной плотности, препятствует прониканию воды в более глубокие слои земляного полотна. Ограничивается и поступление влаги в основание дорожной одежды снизу при промерзании. Имеются также преимущества в организации работ, так как во влажные периоды по обработанному грунту можно подвозить материалы для устройства покрытий, регулируя проходы автомобилей по ширине дороги.

Широкому использованию укрепленных грунтов способствует выпуск в СССР дорожных фрез и однопроходных грунтосмесительных машин.

По опыту ФРГ модуль упругости глинистых грунтов под укрепленным слоем в условиях, аналогичных III и даже II дорожно-климатическим зонам СССР, составляет Е0 = 450 кгс/см2, т. е. очень высок, и поэтому общая толщина дорожной одежды существенно снижается. В настоящее время в ряде стран (ГДР. США, ФРГ и др.) необходимость стабилизации пылеватых грунтов верхней части земляного полотна узаконена официальными нормами.

Технология обработки грунтов различными вяжущими материалами в настоящее время хорошо разработана, и этот способ повышения прочности земляного полотна следует широко внедрять в практику.

Использование изоляционных слоев особенно эффективно при реконструкции дорог, так как выполняемые объемы работ невелики, а отметки поверхности дороги мало изменяются и перестраиваемое пучинистое место легко может быть сопряжено с соседними.

Для паро- и гидроизоляции можно на тщательно спланированное и уплотненное корыто уложить стеклоткань, стеклохолст или выпускаемую в УССР и БССР ткань из синтетических материалов типа французского нетканого материала «бидим», предварительно обработанные битумом. Такие прослойки способствуют регулированию водно-теплового режима земляного полотна, устраняя поступление влаги снизу и с боков в верхнюю его часть. Производство работ облегчается при влажности грунтов земляного полотна, превышающей оптимальное значение. Грунт уплотняют до возможного предела, выравнивают его поверхность, придавая поперечный уклон 40—50%о, и расстилают по всей ширине земляного полотна полимерную ткань или стеклоткань. Слои дорожной одежды укладывают обычным способом.

При недостаточной прочности существующей дорожной одежды, вызываемой переувлажнением грунтов вследствие зимней миграции влаги, целесообразно устраивать теплоизоляционные слои.

Дорожную одежду надлежит вскирковать, раздробить кулачковыми катками, тщательно уплотнить и спланировать. Теплоизоляционный слой устраивают из материалов, имеющих низкие коэффициенты температуропроводности, например, жестких пенопластов, различных вспучивающихся смол, смеси грунта со вспученным стиропором и т. д. Теплоизоляционный слой должен выступать с каждой стороны проезжей части на 0,5 м на укрепляемые обочины. Необходимая толщина слоя зависит от природных условий местности и от конструкции самой дорожной одежды и назначается по расчету. При наличии теплоизоляционного слоя земляное полотно не промерзает и влажность грунтов верхней его части в течение всего года практически остается неизменной. Процесс оглеения грунта приостанавливается и в дальнейшем значение модуля упругости грунта стабилизируется.

Хорошие результаты достигаются при устройстве теплоизоляционного слоя из стиропорбетона плотностью 6^700— 800v кг/м3. Вспученный бисерный стиропор перемешивают с 300—350 кг цемента из расчета 1 м2 смеси, распределяют по ширине проезжей части и уплотняют вибратором. Толщину слоя стиропорбетона назначают по расчету. Почти 10-летняя эксплуатация участков, построенных МАДИ, показывает, что во II дорожно-климатической зоне можно ограничиться толщиной стиропорбетонного слоя, равной 18 см. Вместо еще дефицитного бисерного стиропора с успехом использовали дробленый твердый пенопласт из отходов химкомбинатов. Стоимость его в 15—20 раз дешевле стиропора.

Если существующая проезжая часть находится в относительно удовлетворительном состоянии и ее коэффициент прочности СПр превышает 0,7, то после ее выравнивания щебеночным или гравийным материалом во II дорожно-климатической зоне укладывают слой жесткого пенопласта толщиной всего лишь 3,5—4 см, устраивая поверх него новую дорожную одежду. Реконструированные таким способом участки, как показывает опыт ряда стран, обеспечивают круглогодичный проезд тяжелых автобусов. Прослойка пенопласта или аналогичных ему по теплопроводности материалов способствует оздоровлению земляного полотна вследствие стабилизации его водно-теплового режима.

На сырых и ровных участках при коэффициенте прочности дорожной одежды, равном 0,7—0,8, и неискаженном поперечном профиле проезжей части повышения прочности дорожной одежды до требуемого по расчету значения можно достигнуть: устройством дренажей мелкого заложения при уширении проезжей части не менее чем на 0.9 м; укладкой теплоизоляционного слоя непосредственно на существующей проезжей части с последующим устройством поверх него слоев утолщения дорожной одежды.

При проведении указанных мероприятий усиление существующей дорожной одежды достигается благодаря эффективному осушению верхней части земляного полотна, либо ограничению глубины .его промерзания.

Для предупреждения просачивания воды необходимо укреплять обочины и увеличивать их поперечный уклон при травяном покрове до 70—90%.

Рис. 2. Схема дренажа мелкого заложения для осушения верхней части земляного полотна при уширении существующей проезжей части;
1 — покрытие и основание; 2 — сохранившийся песчаный слой; 3— зона свободной воды; 4 — капиллярная зона; 5 — фильтровая обсыпка; 6 — труба; 7 — слой свободной воды в трубе; 8 — кривая депрессии; 9 — движение свободной воды в корыте земляного полотна в период его оттаивания; 10 — направление фильтрации воды в капиллярной зоне

Обычно для дренажа используют трубы с внутренним диаметром от 5 до 10 см в зависимости от природных условий местности и избытка свободной воды, поступающей в корыто. При использовании трубофильтров отпадает необходимость в фильтровых обсыпках.

Правильно заложенный дренаж из трубчатых дрен способствует осушению песчаного слоя существующей дорожной одежды благодаря отводу капиллярной воды. Этим достигается уменьшение зимнего вспучивания и повышение модуля упругости грунта верхней части земляного полотна.

Конструкция и расчет дренажей мелкого заложения, а также технология их устройства подробно освещены в научной и инструктивной литературе.

В кислых и особенно засоленных грунтах нельзя применять асбестоцементные трубы или трубофильтры, так как они разрушаются и дренаж выходит из строя.

В последние годы все более широкое распространение получают полимерные гофрированные перфорированные трубы. Морозное пучение или отдельные просадки не оказывают существенного влияния на работу устроенного из них дренажа.

Главное их преимущество состоит в очень малом количестве стыков, являющихся потенциальной причиной закупорки труб грунтовыми частицами. Известны случаи, когда дренажи с полимерными трубами находятся в отличном состоянии после 20 лет эксплуатации.

Усиление существующей дорожной одежды только щебеночным слоем с асфальтобетонным покрытием без применения дренажей мелкого заложения или теплоизоляционного слоя требует устройства конструктивных слоев большой толщины. Такой метод усиления экономически оправдан лишь при наличии местных дешевых каменных материалов.





Похожие статьи:
Экономический критерий очередности реконструкции участков автомобильных дорог

Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Реконструкция автомобильных дорог

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум