При проектировании малых и средних искусственных сооружений для обеспечения плавности проектной линии используют следующие приемы. 2 страница

На кривых в плане с меньшим радиусом следует предусматривать устройство проезжей части с односкатным поперечным профилем (виражей) исходя из условий обеспечения безопасности движения автомобилей с наибольшими скоростями при данных радиусах кривых.

Поперечные уклоны проезжей части (кроме участков кривых в плане, на которых предусматривается устройство виражей) следует назначать в зависимости от числа полос движения и климатических условий согласно СНиП 2.05.02-85 (20-25‰). На гравийных и щебеночных покрытиях поперечный уклон принимают 25-30‰, а на покрытиях из грунтов, укрепленных местными материалами – 30-40‰.

Поперечные уклоны обочин при двускатном поперечном профиле следует принимать на 10-30‰ больше поперечных уклонов проезжей части. В зависимости от климатических условий и типа укрепления обочин допускаются следующие величины поперечных уклонов:

– 30-40‰ при укреплении с применением вяжущих;

– 40-60‰ при укреплении гравием, щебнем;

– 50-60‰ при укреплении дернованием или засевом трав.

Для районов с небольшой продолжительностью снегового покрова и отсутствием гололеда для обочин, укрепленных дернованием, может быть допущен уклон 50-80‰. При устройстве из крупно- и среднезернистых песков, а также суглинистых грунтов и глин уклон обочин, укрепленных засевом трав, допускается принимать 40‰.

8.3. Расчет ширины проезжей части и обочин

Ширина проезжей части и обочин назначается из следующих соображений.

1. Автомобиль фактически движется по некоторой синусоидальной траектории. Отклонения этой траектории от прямой тем больше, чем выше скорость движения.

2. Чем выше скорость движения автомобиля, тем большая ширина полосы движения ему необходима на проезжей части. Считается, что расстояние, на которое водитель удаляет автомобиль от края смежной полосы движения, зависит от скорости углового перемещения встречного автомобиля в поле его зрения (рис. 8.5). Если водитель смотрит прямо перед автомобилем, то движение встречного автомобиля воспринимается им, пока этот автомобиль находится в пределах зоны видимости, ограниченной углом зрения 2b, примерно равным 90° в горизонтальной плоскости («поле взгляда»).

Рис. 8.5. Схема к определению зазора между встречающимися автомобилями

3. Предельное значение a, при котором водитель, не поворачивая глаза, различает движение встречного автомобиля, a=90-b. Соответствующее ему значение .

4. Расстояние между встречными автомобилями, которое стремятся выдерживать водители, прямо пропорционально сумме скоростей этих автомобилей .

Необходимая ширина полосы движения складывается из ширины кузова автомобиля, расстояния от кузова до края смежной полосы движения и расстояния от колеса до кромки проезжей части. Эти расстояния зависят от индивидуальных особенностей водителей и меняются в известных пределах. Поэтому необходимые их значения могут быть установлены только на основе большого числа наблюдений. В основу рекомендации СНиП 2.05.02-85 положены результаты многолетних исследований Н.Ф. Хорошилова, который предлагает определять ширину проезжей части дороги с двумя полосами движения (рис.8.6) по формуле

В = b+с+2у+х, (8.1)

где b – ширина кузова автомобиля, м; с – колея автомобиля (расстояние между внешними гранями следа наиболее широко расположенных колес), м; x – зазор между кузовами встречных автомобилей, м; у – расстояние от внешней грани следа колеса до края проезжей части, м.

Рис. 8.6. Схема к определению ширины полосы движения

Для величин х и у предложены эмпирические формулы: ; . При движении в одном направлении по смежным полосам проезжей части, например при обгоне .

Формулы предусматривают случай движения по проезжей части, сопрягающейся в одном уровне с прочными ровными обочинами. При наличии у кромки проезжей части возвышающегося бордюра, как показывает опыт, водители, боясь наезда на них, не используют край покрытия на ширину, равную двум-трем высотам бордюра.

В настоящее время при расчетах ширины проезжей части дорог I-III категорий исходят из меньших скоростей движения, чем при обосновании требований к элементам плана и продольного профиля. Это решение является вынужденным, поскольку дорожная одежда является самой дорогостоящей частью дороги, а большие задачи дорожного строительства в Беларуси требуют максимально экономичного использования средств, выделяемых на дорожное хозяйство. Уширить проезжую часть всегда возможно в процессе последующей эксплуатации, тогда как реконструкция дороги в плане и профиле часто бывает затруднительна или даже невозможна.

При обосновании необходимой ширины полосы движения следует рассматривать два возможных случая встречи автомобилей: первый – легковых автомобилей, имеющих небольшую ширину, но высокие скорости; второй – грузовых автомобилей с широкими кузовами, но движущихся с меньшими скоростями.

Назначение ширины проезжей части – задача технико-экономическая. На дорогах с малой интенсивностью движения для снижения расходов на строительство принимают меньшую ширину полосы движения, сознательно предусматривая необходимость снижения скорости при немногочисленных встречах автомобилей. В сложных условиях и на внутрихозяйственных дорогах иногда допускают строительство дорог с проезжей частью на одну полосу движения с устройством специальных уширений, на которых один из автомобилей ожидает проезда встречного. С каждого уширения должно быть видно следующее.

Строительные нормы и правила предусматривают следующую ширину одной полосы движения, в общем удовлетворяющую средним современным условиям движения по дорогам: I, II категории – 3,75 м, III – 3,5 м; IV – 3,0 м. Дороги V категории имеют проезжую часть с одной полосой движения шириной 4,5 м.

8.4. Параметры поперечных профилей дополнительных
и переходно-скоростных полос

На автомобильных дорогах, проходящих в пересеченной местности, скорость автомобилей меняется на протяжении чередующихся подъемов и спусков. Многие водители специально увеличивают скорость в нижней части спусков, чтобы, накопив кинетическую энергию, легче преодолеть последующий подъем. Поэтому на участках высоких скоростей желательно устраивать более широкую проезжую часть.

СНиП предусматривает увеличение ширины полосы движения в пределах средней части вогнутых вертикальных кривых при алгебраической разности сопрягаемых уклонов 60‰ и более на 0,5 м для дорог II и III категорий и на 0,25 м – на дорогах IV и V категорий. Длина уширенных участков должна быть не менее 100 м для дорог II и III категорий и 50 м для дорог IV и V категорий.

Подъемы круче 30-40‰ автомобили большой грузоподъемности, имеющие малый запас мощности, и автопоезда могут преодолевать лишь с весьма низкими скоростями (не более 15-20 км/ч). Для отделения из основного потока автомобилей, обладающих низкими динамическими качествами, на дорогах с интенсивным движением (150-200 авт/ч в сторону подъема) проезжую часть уширяют, устраивая дополнительные полосы в направлении, ведущем на подъем (рис. 8.7). Ширину дополнительных полос назначают не менее 3,5 м. Дополнительные полосы должны начинаться не менее чем за 50 м до начала подъема и продолжаться не менее чем на 50-200 м за подъем.

Рисунок 8.7. Схема планировки дополнительной полосы на подъеме: а – продольный профиль;
б – план; 1 – дополнительная полоса; 2 – линия разметки, которая разрешает обгон; 3 – линия разметки, запрещающая обгон; 4 – участок отгона дополнительной полосы

Переходно-скоростные полосы предусматриваются на пересечениях и примыканиях в одном уровне в местах съездов на дорогах I-III категорий, в том числе к зданиям и сооружениям, располагаемым в придорожной зоне: на дорогах I категории при интенсивности 50 прив. авт/сут и более съезжающих или въезжающих на дорогу (соответственно для полосы торможения или разгона); на дорогах II и III категорий – при интенсивности 200 прив. авт/сут и более.

Минимально допустимой является такая ширина обочин, при которой остановившийся на ней автомобиль не перекрывает пределы проезжей части. Для большинства типов автомобилей этому условию удовлетворяет ширина 3,75 м, принятая для дорог I и II категорий.

Около проезжей части на дорогах I, II и III категорий с покрытиями капитального типа обочины укрепляют, устраивая краевые полосы шириной 0,75 м, а на дорогах III и IV категорий с облегченными покрытиями – шириной 0,5 м. При отличии цвета краевых полос от цвета покрытия они четко обозначают край покрытия и способствуют повышению дисциплины движения.

Ширину разделительной полосы на участках дорог, где в перспективе может потребоваться увеличение числа полос движения, следует увеличивать на 7,5 м против норм, приведенных в табл. 8.1, и принимать равной: для дорог I-а категории – не менее 13,5 м, для дорог I-б категории – не менее 12,5 м.

Поверхности разделительных полос в зависимости от их ширины, применяемых грунтов, вида укрепления и природно-климатических условий придается уклон к середине разделительной полосы или в сторону проезжей части. При уклоне поверхности разделительной полосы к середине для отвода воды следует предусматривать устройство специальных коллекторов.

8.5. Полоса отвода

Полоса местности, выделяемая для расположения на ней дороги, строительства вспомогательных сооружений и посадки придорожных зеленых насаждений, называется полосой отвода.

Основные принципы проектирования полосы отвода:

1) полоса отвода передается в распоряжение дорожных организаций и изымается из ведения тех землепользователей, за которыми была закреплена до строительства дороги;

2) ширину отводимой полосы земли ограничивают фактическими границами земляного полотна, увеличенными с каждой стороны на 1 м;

3) на ценных землях не разрешается устраивать боковые резервы и кавальеры. В порядке исключения отводят во временное пользование полосу для закладки неглубоких резервов с тем, чтобы при строительстве дороги был сохранен плодородный гумусный слой. После отсыпки насыпи резерв должен быть выровнен, покрыт растительным грунтом и приведен в состояние, пригодное для использования в сельском хозяйстве (рекультивация) (рис. 8.8);

4) дополнительные площади на ценных землях, необходимые для обслуживания дорожного движения, отводятся на основе детального технико-экономического обоснования.

Рис. 8.8. Схема приведения резервов в состояние, пригодное для сельскохозяйственных работ:
а – профиль с кюветами-резервами; б – профиль с устройством мелкого резерва рядом с боковой канавой; 1 – размещение отвала растительного грунта во время строительства дороги; 2 – расстояние, обеспечивающее нормальную работу землеройных машин; 3 – слой укладываемого обратно растительного грунта; 4 – слой растительного грунта, удаляемый перед возведением насыпи

При современных методах механизированного строительства дорог нельзя обеспечить выполнение работ, ограничиваясь шириной самой дорожной полосы. Необходимы места для размещения удаленного растительного грунта, устройства временных дорог для перевозки материалов во время строительства, объездов во время перестройки дороги и т. д. Для этой цели в распоряжение строителей временно выделяют дополнительные площадки, которые по окончании работ должны быть возвращены землепользователям в состоянии, пригодном для сельскохозяйственных работ (временный отвод).

В табл. 8.2 приведены осредненные площади отвода земель для строительства автомобильной дороги на 1 км ее протяженности при поперечном уклоне местности менее 1:20. При уклонах от 1:20 до 1:10 площади постоянного отвода для дорог всех категорий, кроме III, увеличивают на 0,1 га, а дорог III категории – на 0,2 га.

Таблица 8.2 Осредненные площади отвода земель

Таким образом, средняя ширина полосы отвода в зависимости от категории дороги колеблется от 63 до 11 м на плодородных сельскохозяйственных угодьях и от 74 до 16 м – на землях, не пригодных для сельского хозяйства.

9. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

9.1. Общие требования

Земляное полотно (земполотно) проектируют в виде насыпей и выемок. Оно включает следующие элементы (рис. 9.1):

1) верхнюю часть земляного полотна 1 (рабочий слой – активная зона), которая расположена в пределах 1,5м от поверхности покрытия;

2) нижнюю часть насыпи (ядро насыпи 4) – часть полотна, располагающаяся ниже рабочего слоя;

3) основание насыпи 3 (массив грунта, на поверхности которого возводится насыпь);

4) основание выемки 3' (массив грунта ниже границы рабочего слоя);

5) откосные части 2;

6) устройства поверхностного водоотвода;

7) устройства понижения или отвода грунтовых вод (дренаж);

8) поддерживающие и защитные геотехнические устройства и конструкции, предназначенные для защиты земляного полотна от опасных геологических процессов (эрозии, абразии, селей, лавин, оползней и т. п.).

Рис. 9.1. Элементы земляного полотна: а – насыпь б – выемка; До – дорожная одежда; Об – обочина; 1 – верхняя часть земляного полотна (рабочий слой); 2 – откосные части; 3 – основание насыпи: 3 – основание выемки; 4 – ядро насыпи

При назначении конструкции земляного полотна учитывают:

1) категорию дороги;

2) тип дорожной одежды;

3) высоту насыпи и глубину выемки;

4) свойства грунтов, используемых в земляном полотне;

5) условия производства работ по возведению земляного полотна;

6) природные условия района строительства;

7) особенности инженерно-геологических условий участка строительства;

8) опыт эксплуатации дорог в данном районе;

9) обеспечение требуемых прочности, устойчивости и стабильности как самого земляного полотна, так и дорожной одежды, при наименьших затратах на стадиях строительства и эксплуатации, а также при максимальном сохранении ценных земель и наименьшем ущербе окружающей природной среде.

Основные требования к земполотну:

1) высота насыпей и глубина выемок определяется в результате проектирования продольного профиля;

2) наиболее рациональное решение получают при проектировании продольного профиля совместно с земляным полотном;

3) геометрическая форма земляного полотна и его конструкция должны способствовать снегонезаносимости, безопасности движения, а также отвечать эстетическим требованиям;

4) геометрические размеры основных элементов земляного полотна приведены на рис. 9.2 и в табл. 9.1;

5) при ремонте дорог на участках усиления покрытия геометрические размеры существующего земляного полотна могут быть сохранены;

6) поперечный уклон земляного полотна принимают в соответствии с требованиями норм проектирования автомобильных дорог.

Рис. 9.2. Геометрические размеры основных элементов земляного полотна

Таблица 9.1. Геометрические размеры основных элементов земляного полотна

Примечание. В скобках приведены геометрические размеры для автомобильных дорог I-a категории.

При проектировании земляного полотна следует применять типовые или индивидуальные решения, в том числе типовые решения с индивидуальной привязкой. Индивидуальные решения, а также индивидуальную привязку типовых решений следует применять при соответствующих обоснованиях, то есть:

1) для насыпей с высотой откоса более 12 м;

2) для насыпей на участках временного подтопления, а также при пересечении постоянных водоемов и водотоков;

3) для насыпей, сооружаемых на болотах глубиной более 4 м с выторфовыванием или при наличии поперечных уклонов дна болота более 1:10;

4) для насыпей, сооружаемых на слабых основаниях;

5) при использовании в насыпях грунтов повышенной влажности;

6) при возвышении поверхности покрытия над расчетным уровнем воды менее указанного в п. 6.10 СНиП 2.05.02-85;

7) при применении прослоек из геотекстильных материалов;

8) при сооружении насыпей на просадочных грунтах;

9) для выемок с высотой откоса более 12 м в нескальных грунтах и более 16 м в скальных при благоприятных инженерно-геологических условиях;

10) для выемок в слоистых толщах, имеющих наклон пластов в сторону проезжей части;

11) для выемок, вскрывающих водоносные горизонты или имеющих в основании водоносный горизонт, а также в глинистых грунтах с коэффициентом консистенции более 0,5;

12) для выемок с высотой откоса более 6 м в пылеватых грунтах в районах избыточного увлажнения, а также в глинистых грунтах и скальных размягчаемых грунтах, теряющих прочность и устойчивость в откосах под воздействием погодно-климатических факторов;

13) для выемок в набухающих грунтах при неблагоприятных условиях увлажнения;

14) для насыпей и выемок, сооружаемых в сложных инженерно-геологических условиях: на косогорах круче 1:3, на участках с наличием или возможностью развития оползневых явлений, оврагов, карста, обвалов, осыпей, селей, снежных лавин, наледи и т. п.;

15) при возведении земляного полотна с применением взрывов или гидромеханизации;

16) при проектировании периодически затопляемых дорог при пересечении водотоков;

Индивидуально необходимо также проектировать водоотводные, дренажные, поддерживающие, защитные и другие сооружения, обеспечивающие устойчивость земляного полотна в сложных условиях, а также участки сопряжения земляного полотна с мостами и путепроводами.

Под прочностьюземляного полотна понимается его способность сохранять, не деформируясь при действии внешних сил и природных факторов, приданные ему при строительстве форму и размеры; под устойчивостью – сохранение предусмотренного проектом положения в пространстве без смещений и просадок.

При возведении земляного полотна часто нарушаются условия равновесия, при которых:

1) прорезание наклонных пластов грунта при устройстве выемок может вызвать оползание их откосов;

2) насыпи, отсыпанные на косогоре, могут смещаться вниз по склону;

3) торфяные и водонасыщенные илистые основания могут выжиматься из-под насыпи в сторону или медленно сжиматься под весом насыпи, отдавая насыщающую их воду;

4) возможны деформации самой насыпи, вызываемые, например, уплотнением насыпного грунта под влиянием природных воздействий, собственного веса и напряжений от проезжающих автомобилей (рис. 9.3);

5) деформации от уплотнения грунта возможны в выемках и на участках с нулевыми отметками, если подстилающий грунт в условиях естественного залегания недостаточно плотен (рис. 9.4).

Методы расчета устойчивого земляного полотна основаны на закономерностях механики грунтов. При этом необходимо учитывать сложные особенности работы земляного полотна.

Степень устойчивости земляного полотна против сползания, просадки и других деформаций характеризуют коэффициентом устойчивости, который представляет собой отношение сил или их моментов, удерживающих насыпь, к силам или моментам, сдвигающим насыпь. Устойчивость слабых грунтов под нагрузкой от насыпей иногда оценивают «коэффициентом безопасности» – отношением максимальной выдерживаемой нагрузки к фактически приложенной. Значения этих коэффициентов должны быть более 1,0.

Расчеты устойчивости дорожных насыпей ведут на собственный вес грунта и дорожной одежды. Нагрузка от автомобилей является дополнительной.

9.2. Поддерживающие и защитные устройства и конструкции

Тип укрепления поверхности откоса земполотна или водоотводного сооружения должна отвечать условиям работы укрепляемого сооружения и учитывать его конструкцию, грунтовые, гидрологические и погодно-климатические условия.

По характеру восприятия временных и постоянных нагрузок, а также природно-климатические факторов, конструкции укрепления разделяются на:

1) защитные (изолирующие) – предназначены для защиты поверхностных слоев откосов от температурных воздействий, атмосферных осадков, ветровой и водной эрозии;

2) несущие(удерживающие) – предназначены для компенсации сдвигающих усилий, возникающих в поверхностных слоях грунта откоса, а также силовых воздействий паводковых и поверхностных вод на откосы пойменных насыпей.

При назначении вида укрепления следует разрабатывать варианты и учитывать условия и время производства работ по сооружению земляного полотна и его укреплению.

Подтопляемые откосы насыпей следует защищать от волнового воздействия соответствующими типами укреплений в зависимости от гидрологического режима реки или водоема (сборные или монолитные бетонные и железобетонные плиты, габионы, покрытие из утилизированных автомобильных шин).

При соответствующем технико-экономическом обосновании взамен укреплений допускается применять уположение откосов (пляжный откос). Крутизну устойчивого к водному воздействию откоса следует определять расчетом в зависимости от гидрологических и климатических условий и вида грунта насыпи. Ориентировочно крутизну пляжного откоса допускается принимать по табл. 26 СНиП 2.05.02-85 (от 1:5 до 1:10).

Основными укреплениями защитного (изолирующего) типа являются:

1) биологические типы укреплений (посев трав, одерновка, посадка кустарника и т.д.)

2) покрытие в клетку или сплошное покрытие из нетканого синтетического материала с семенами многолетних трав;

3) сборная решетка бортовых колец или использованных шин с заполнением ячеек растительным грунтом с посевом трав или каменным материалом;

4) монолитная или сборная бетонная решетка с заполнением ячеек щебнем.

При технико-экономическом обосновании для укрепления откосов допускается использовать геотекстильные материалы. На геотекстильном полотне, выходящем на поверхность, необходимо устраивать защитное покрытие путем обработки органическим вяжущим (битумной эмульсией) с расходом 0,5-1,0 кг/м².

При необходимости существенного повышения жесткости и уменьшения водопроницаемости геотекстильного покрытия в креплениях водоотводных сооружений необходимо предусматривать двух-, трехразовую обработку геотекстильного полотна вяжущим с посыпкой песком.

Защитные и удерживающие сооружения, применяемые при возведении земляного полотна, следует проектировать индивидуально на основе специальных нормативных документов. При этом необходимо учитывать условия их строительства и эксплуатации.

9.3. Дорожно-строительная классификация грунтов

Грунты, используемые в дорожном строительстве, подразделяются в соответствии с СТБ 943:

1. Грунты для верхней части земляного полотна. При этом следует дополнительно подразделять в соответствии с Пособием Д2-01 «Проектирование земляного полотна автомобильных дорог» по:

– составу (пылевато-глинистые и осадочные несцементированные грунты);

– набухаемости (набухающие (< 2), слабонабухающие (2-4), средненабухающие (4-10), сильнонабухающие (>10) в зависимости от относительной деформации набухания, % толщины слоя увлажнения);

– относительной просадочности (непросадочные (< 2), слабопросадочные (2-7), просадочные (7-12), сильнопросадочные (>12) в зависимости от относительной деформации набухания, % толщины слоя промачивания);

– склонности к морозному пучению – группы I-V (непучинистый (< 1), слабопучинистый (1-4), пучинистый (4-7), сильно пучинистый (7-10), чрезмерно пучинистый (>10) в зависимости от относительного морозного пучения образца, %).

2. Грунты для сооружения насыпей и рабочего слоя подразделяются по степени увлажнения:

– недоувлажненные (менее 0,9W_о);

– нормальной влажности (0,9W_о-1,0W_о);

– повышенной влажности(W_доп-W_max);

– переувлажненные (свыше W_max),

где W_o – оптимальная влажность грунта; W_доп – допустимая влажность грунта; W_max – максимально возможная влажность грунта при коэффициенте уплотнения 0,9.

3. Пылевато-глинистые грунты по содержанию песчаных частиц по массе и числу пластичности подразделяются на:

– супесь (легкая крупная, легкая, пылеватая, тяжелая пылеватая);

– суглинок (легкий, легкий пылеватый, тяжелый, тяжелый пылеватый);

– глина (песчанистая, пылеватая, жирная).

4. Осадочные несцементированные обломочные грунты пораспределению частиц по крупности (в % от массы сухого грунта) для проектирования и сооружения земляного полотна подразделяются на следующие виды:

– крупнообломочные (валунный, галечниковый и гравийный грунты);

– песчаные (гравелистый, крупный, средней крупности, мелкий, пылеватый).

5. К подгруппе пылевато-глинистых грунтов относятся также лессовидные грунты, которые по числу пластичности делят на супеси, суглинки и глины (грунты с числом пластичности более 1, однородные, преимущественно макропористые, содержащие более 50 % частиц размером 0,05-0,005 мм, легко- и среднерастворимые соли и карбонаты кальция).