ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ СООРУЖЕНИЯ Ж.Д. ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА В СЛОЖНЫХ УСЛОВИЯХ. ПРИМЕНЯЕМЫЕ МАШИНЫ

Возведение насыпей. Насыпи в районах распространения вечной мерзлоты проекти­руют и сооружают с учетом свойств грунтов деятельного слоя и вечномерзлых грунтов, залегающих в основании, а также нали­чия мерзлотных процессов (бугров пучения, термокарста, нале­дей) и подземных льдов. В пределах участков с прочным основа­нием насыпи сооружают, как в обычных условиях, независимо от глубины, характера залегания и температуры вечномерзлых грун­тов. На недостаточно прочном и слабом основаниях, в том числе на марях и участках с наличием подземных льдов, для уменьше­ния величины осадок предусматривают соответствующие конст­рукции и высоты насыпей, инженерную подготовку оснований и организацию работ, при которой не нарушался бы растительно-моховой покров.

На марях наибольшие просадки возникают в местах скопления поверхностной воды, особенно с нагорной стороны у подошвы на­сыпи; застой воды приводит к оттаиванию вечномерзлого грунта и проседанию прилегающей к насыпи местности, в том числе ос­нования насыпи. В результате такого термокарстового процесса через 5…10 лет могут образовываться водоемы глубиной до 2 м.

Рис. 3.15. Поперечный профиль насыпи на мари:

а и б – из дренирующих и скальных грунтов на участках соответственно III и IV категории просадочности основания; hД – толщина деятельного слоя; S - полная расчетная величина осадки основания; By – ширина насыпи с учетом запаса в связи с осадкой основания в процессе эксплуатации дороги и с размещением призмы досыпки; Н1 – рабочая высота насыпи с учетом запаса на осадку основания на величину S; 1 – верхняя граница вечномерзлых грунтов (ВГВМ) до аозведения насыпи; 2 – мохо-торфяной слой; 3 – дренирующий грунт; 4 – водоотводная канава; 5 – берма

Насыпи из дренирующих грунтов на марях и заболоченных участках III категории просадочности сооружают применительно к поперечному профилю, показанному на рис. 22, а, а при IV ка­тегории просадочности — применительно к профилю на рис. 22, 6. На слабом и просадочном основаниях высоту насыпи назначают с учетом требований по предохранению ее от морозного пучения и подтопления. На участках с подземными льдами насыпи сооружа­ют по индивидуальному проекту.

При возведении насыпей необходимо учитывать осадку осно­вания, возникающую в результате уплотнения (сжатия) грунта деятельного слоя, осредненная величина которой в суглинках мягкопластичных составляет 20…30 см, в суглинках текучепластичных – 50…55 см, в супесях слабовлажных и влажных – 10…15 см, в супесях сильновлажных и водонасыщенных – 30…35 см, в торфах - 50% толщины деятельного слоя. На стадии рабочего проектирования осадку определяют в зависимости от мощности деятельного слоя и величины относительной осадки.

На участках с высокотемпературными вечномерзлыми грунта­ми в проекте дополнительно предусматривают запас по высоте и ширине насыпи на уплотнение протаивающего вечномерзлого грунта основания. Для расчетов условно принимают, что 50% об­щей величины осадки происходит во время строительства и 50% - в период эксплуатации.

При определении объема насыпи, в основании которой залега­ют высокотемпературные вечномерзлые грунты, необходимо учи­тывать объем для компенсации ее осадки вследствие деформации грунтов деятельного слоя, оттаивания вечномерзлых грунтов основания как при возведении насыпи, так и в процессе временной эксплуатации дороги, а также объем грунта для уширения насыпи.

На участках с низкотемпературными вечномерзлыми грунтами в основании насыпи высотой более 1,5…2 м при отсыпке ее в зимнее время сохраняется естественный уровень вечной мерзлоты, поэтому запас на осадку насыпи из-за протаивания вечной мерз­лоты не предусматривают. Под насыпями высотой менее 1,5…2 м, возводимыми в любое время года, а также под насыпями высотой более 5 м, возводимыми в летнее время из всех грунтов, кроме камня, понижается поверхность вечномерзлых грунтов. Под высо­кими насыпями из камня уровень вечной мерзлоты поднимается.

Выторфовывание в пределах марей не предусматривают. Уменьшение величины осадок и их неравномерности по протяжен­ности могут быть достигнуты за счет надежного отвода поверхностной воды от земляного полотна, предотвращения ее скопле­ния в пониженных местах около насыпи, соблюдения в ненару­шенном состоянии растительно-мохового покрова в основании и вблизи насыпи.

Если на термокарстовых участках из пониженных мест, не­возможно выпустить воду, то их засыпают местным грунтом по мере отсыпки нижнего слоя насыпи. Грунт, доставленный авто­самосвалами по отсыпаемому первому слою насыпи, выгружают около пониженного места, надвигают бульдозером и уплотняют грунтоуплотняющей машиной. Верх засыпки около насыпи офор­мляют в виде бермы высотой над поверхностью мари 0,2…0,3 м с поперечным уклоном 0,02…0,04 в сторону от насыпи.

В зоне высокотемпературной вечной мерзлоты на участках на­сыпей высотой до 1 м, а также на нулевых местах, в основании которых залегают переувлажненные глинистые грунты с коэффи­циентом консистенции более 0,5 предусматривают вырезку этих грунтов на глубину, определяемую расчетами при разработке ра­бочих чертежей. Дну траншеи придают продольный уклон не ме­нее 0,005. В талом состоянии грунт вырезают бульдозерами; мерз­лые грунты предварительно разрыхляют навесными рыхлителями: на бульдозерах мощностью 300 л. с. и более или взрывным спо­собом. Разрыхленный грунт перемещают бульдозерами в отвал или в валы, из которых его погружают одноковшовым экскавато­ром или погрузчиком в автосамосвалы и увозят за пределы на­сыпи.

Вслед за вырезкой глинистого грунта засыпают траншею предусмотренным в проекте грунтом.

Для возведения насыпей на участках вечной мерзлоты с проч­ным основанием могут применяться все виды землеройных и землеройно-транспортных средств, а также автомобильный и желез­нодорожный транспорт, как и в обычных условиях.

На недостаточно прочном и слабом основаниях с высоко-тем­пературной вечной мерзлотой, включая мари (III и IV категорий просадочности), для возведения насыпей в летнее время следует применять автосамосвалы грузоподъемностью до 12 т. При зна­чительных дальностях возки и объемах работ целесообразно ис­пользовать железнодорожный подвижной состав в комплексе с автосамосвалами. Самоходные скреперы (с ковшом емкостью 10…15 м³) могут быть использованы в благоприят­ных для разработки ими грунтах. Насыпи на таких участках це­лесообразно отсыпать после промерзания верхней части деятель­ного слоя. Причем нижний слой насыпи как в зимнее, так и в летнее время необходимо отсыпать «с головы» без заезда автосамосвалов, самоходных скреперов и других машин на естественную поверхность основания насыпи. Для этого выгруженный автосамосвалами грунт надвигают вперед бульдозером. Автосамосвалы разворачиваются под разгрузку на ранее спланированном грунте около места выгрузки. Толщину первого (защитного) слоя насы­пи, допускающего движение по нему автосамосвалов, принимают в зависимости от состояния основания насыпи, грузоподъемности автосамосвалов и устанавливают в процессе отсыпки грунта в начале слоя.

Технология отсыпки слоев насыпи с применением автосамо­свалов, скреперов и железнодорожного подвижного состава в ос­новном аналогична технологии возведения насыпей на болотах, особенно на марях с высокотемпературной вечной мерзлотой, где учитывают понижение уровня вечной мерзлоты.

Для ускорения осадки в отдельных случаях так же, как и на болотах, можно временно пригружать насыпь с последующей срезкой пригружаемого грунта.

На марях с низкотемпературной вечной мерзлотой, на участ­ках подземных льдов, льдонасыщенных суглинков и пылеватых песков, на которых насыпи возводят с сохранением естественного уровня вечной мерзлоты в основании, как в подготовительный пе­риод, так и в процессе отсыпки насыпей следует принимать меры к максимальному сохранению естественных условий полосы отвода:

- не нарушать растительно-моховый покров в основании насы­пей и в полосе отвода;

- вырубку деревьев и кустарника производить в минимально необходимом количестве и только после промерзания почвы на глубину не менее 50 см;

- не допускать осушения заболоченной местности и устройства продольных и поперечных прорезей в основании и у подошвы от­коса насыпи;

- систематически удалять снег со всей площади основания насыпи, что способствует увеличению глубины промерзания грунта основания;

- выделять участки в защитную охранную зону шириной не менее 100 м в каждую сторону от оси земляного полотна;

- не допускать в этой зоне закладки карьеров и резервов, а также движения любого вида транспорта вне дорог;

- ограждать растительность защитных зон от лесных пожаров, устраивая вдоль их границ противопожарные просеки с грунто­выми полосами.

Насыпь из дренирующих грунтов с сохранением уровня вечной мерзлоты в основании возводят после промерзания деятельного слоя; до наступления положительных температур ее отсыпают на высоту не менее 1,2…1,5 м. Первый слой насыпи отсыпают без за­езда машин на естественную поверхность основания.

Устранение осадок основания насыпей может быть достигнуто поднятием верхнего горизонта вечной мерзлоты до уровня подош­вы насыпи. Для этого насыпь отсыпают из несцементированных обломочных грунтов или с обсыпкой откосов слоем камня толщи­ной 1…1,5 м. Такие конструкции наиболее целесообразно преду­сматривать при возведении насыпей высотой более 5 м на участ­ках вечномерзлых грунтов с большим содержанием льда или в местах залегания подземного льда, особенно на подходах к мос­там. Исследованиями установлено, что среднегодовая температу­ра вечномерзлых грунтов в основании таких насыпей на 2,5…4°С ниже температура вечномерзлого грунта в естественном залега­нии.

Горизонт вечной мерзлоты в основании невысоких насыпей из несцементированных обломочных грунтов можно поднять за счет укладки теплоизоляционной прослойки различной толщины, из уплотненного мха и торфа, шлака и других материалов, облада­ющих небольшим коэффициентом теплопроводности и достаточ­ной прочностью.

Отсыпать насыпи с поднятием горизонта вечной мерзлоты и укладывать теплоизоляционную прослойку следует в зимнее время.

Обсыпать слоем камня откосы целесообразно по мере возве­дения насыпи. После отсыпки насыпи на высоту 2…3 м завозят автосамосвалами камень и выгружают его около откоса насыпи, а затем бульдозером сдвигают на откос. Выравнивают слой кам­ня на откосе экскаватором-планировщиком, размещаемым на на­сыпи. При пологих откосах (под углом, не более 30°) надвигать камень на откос, а также разравнивать его по всей длине откоса можно бульдозером.

Теплоизоляционную прослойку укладывают по мере возведе­ния первого слоя насыпи. Предварительно завозят автосамосва­лами изоляционный материал и выгружают его перед отсыпаемой насыпью, затем бульдозером перемещают вперед на расстояние до 50 м, распределяя его равномерно по всей ширине основания насыпи. После этого отсыпают слой грунта насыпи без заезда ав­тосамосвалов на изоляционный слой и т. д.

Для сохранения низкотемпературной вечной мерзлоты или под­нятия ее уровня необходимо укладывать грунты, предусмотрен­ные в проектном поперечном профиле, а также возводить насы­пи в установленный период времени. Несоблюдение этих Условий приведет к нарушению предусмотренного теплового режима, протаиванию вечной мерзлоты и осадкам насыпей.

При возведении насыпей после промерзания деятельного слоя грузоподъемность автосамосвалов не ограничивают.

Разработка выемок. В зоне вечной мерзлоты выемки, как правило, закладываются в скальных, песчано-гравелистых и других непросадочных грунтах. В насыщенных льдом грунтах выемки закладывают в исключительных случаях, по индивидуальному проекту. Вечно - мерзлый грунт разрабатывают как в зимнее, так и в летнее время. Технология разработки та же, что и в сезонно мерзлых грунтах. В летнее время разработка вечно – мерзлых грунтов связана с рядом трудностей:

- обводнение тающего льдонасыщенного грунта, с переходом его в текуче-пластичное состояние; поэтому при применении ЭО с транспортерными средствами, когда последние перемещаются по дну забоя рекомендуется оставлять в основании забоя слой льдонасыщенного грунта. Это мероприятие позволяет автосамосвалам, транспортирующим грунт перемещаться по прочному мерзлому основанию. Разрыв между рыхлением мерзлого грунта и его разработкой не должен превышать 1…2 смены, т. к. может произойти повторное смерзание грунта;

- при производстве БВР бурение и зарядка ВВ должен производиться без перерыва (в трещиноватых грунтах), в противном случае в шпуры или скважины может попасть вода и замерзнуть, что будет мешать зарядке.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Какими качествами характеризуются грунты в естественном залегании и в ходе разработки, каким требованиям они должны отвечать в сооружении?

2. В каком диапазоне должны находиться нормы плотности и влажности грунтов в ходе их уплотнения?

3. Какие основные требования предъявляются к технологии возведения насыпей?

4. С какой целью, какими средствами и способами производится уплотнение грунтов земляного полотна?

5. Какими способами осуществляется предохранение грунтов от промерзания, и в чем заключается их сущность?

6. Как и какими средствами производится рыхление мерзлых грунтов?

7. Какие требования предъявляются к технологии и организации работ при отсыпке насыпей в зимнее время?

8. Какие технологические особенности следует учитывать при возведении земляного полотна в районах сурового климата?

Рекомендуемые литературные источники (см. рабочую программу):

- основная учебная литература – 1, 3;

- учебно-методическая литература – 1, 3, 6, 11, 12;

- дополнительная литература – 3.