Дороги. Дорожное строительство

Строительство дорог

Раздел: Строительство. Техника

Основным условием устойчивости земляного полотна и дорожной одежды является устойчивость грунта, которая в основном зависит от его плотности. Насыщение земляного полотна влагой — крайне опасное явление, так как устойчивость всех элементов дороги из-за снижения несущей способности грунта сильно уменьшается.

Земляное полотно увлажняется поверхностными и грунтовыми водами. Источниками увлажнения полотна служат: А — осадки, выпадающие на поверхность земляного полотна; Б — приток поверхностных вод с прилегающей к дороге местности; В — приток грунтовых вод по капиллярам, а также путем пленочного и парообразного перемещения влаги. Сток воды с земляного полотна, испарение и просачивание воды из земляного полотна в глубинные слои несколько снижают суммарное воздействие указанных источников увлажнения.

В зависимости от климатического района, местных условий и от времени года преобладают те или иные причины увлажнения земляного полотна. Количество влаги, находящееся в земляном полотне, не остается в течение года постоянным. На изменение водного режима земляного полотна, помимо атмосферных осадков, значительное влияние оказывают колебания температуры, создающие в теле земляного полотна температурные градиенты, под влиянием которых грунтовая вода перемещается из более теплых (нижних) слоев к более холодным (верхним) слоям.

В годовом цикле изменения водного режима земляного полотна различают следующие периоды: первоначальное накопление влаги осенью в результате просачивания атмосферных осадков; промерзания земляного полотна и зимнее перераспределение влаги; оттаивание земляного полотна и весеннее переувлажнение грунта; летнее просыхание земляного' полотна.

В связи с увеличением глубины залегания уровня грунтовых вод, уменьшением количества выпадающих осадков и ростом испарения по мере приближения к югу водный режим земляного полотна становится все более благоприятным, поэтому в южных районах страны роль грунтовых вод в водном балансе снижается, а роль парообразного перемещения влаги повышается. В более северных зонах в увлажнении земляного полотна соответственно возрастает роль капиллярного поднятия грунтовых вод, расположенных вблизи от поверхности, и уменьшается роль испарения влаги.

На влажность земляного полотна влияют также рельеф, растительность, ветер и другие факторы.

Водно-тепловой режим земляного полотна несколько отличается от водно-теплового режима окружающей местности. Это объясняется устройством различных типов конструкций дорожных одежд, изменяющих водообмен между грунтом и атмосферой, устройством земляного полотна в насыпи или в выемке, закладкой резервов, искусственным уплотнением грунта.

Весьма большие деформации возникают при переувлажнении пылеватых грунтов. При замерзании в переувлажненном состоянии такие грунты очень сильно увеличиваются в объеме (пучи-нят) и теряют несущую способность. В этих случаях, кроме мероприятий по отводу воды, предусматривается устройство верхней части насыпи из песчаных или других морозоустойчивых грунтов.

Для обеспечения устойчивости и прочности земляного полотна и дорожных одежд предусматриваются конструктивные мероприятия, предназначенные для предотвращения переувлажнения земляного полотна, которые включают:

придание поперечного уклона проезжей части, обочинам и откосам земляного полотна (Г) для отвода воды с поверхности проезжей части дороги;

устройство боковых водоотводных и нагорных канав (Д) для отвода поверхностей воды;

возведение земляного полотна на высоту Н, обеспечивающую поднятие поверхности полотна над уровнем грунтовых или поверхностных вод на безопасное расстояние. Эта высота зависит от грунтов и климатической зоны и устанавливается в соответствии с рекомендациями СНиП Н-Д.5-72;

устройство изолирующих прослоек в верхней части земляного полотна (Ж) для изоляции дорожной одежды от действия грунтовых вод;

устройство подземных дренажей (Е) для отвода или снижения уровня грунтовых вод.

Для ограждения земляного полотна от разрушительного действия поверхностных вод необходимо, чтобы конструкции земляного полотна и проезжей части способствовали быстрому отводу воды от дороги. При хорошей ровности покрытия придание проезжей части поперечного уклона в пределах 15—40%о, а грунтовым обочинам — 30—50%о в зависимости от типа укрепления обеспечивает быстрый отвод поверхностной воды за пределы земляного полотна.

Боковые канавы (кюветы) устраивают во всех случаях в выемках и в насыпях высотой до 0,6 м. Эти канавы служат для отвода воды, стекающей с поверхности дороги и прилегающей к ней местности. Боковые канавы осушают верхнюю часть земляного полотна, однако положительное действие канав сказывается лишь при быстром отводе из них воды. При необеспеченном отводе и длительном застое канавы становятся источниками проникания воды в земляное полотно и его переувлажнения.

При значительной величине ожидаемого притока воды и неудовлетворительных условиях поверхностного стока боковым канавам придают трапецеидальное сечение шириной по дну 0,4 м и глубиной до 0,8—1 м. Глубина канавы отсчитывается от бровки земляного полотна до дна. В сухих местах с обеспеченным стоком поверхностных вод боковые канавы устраивают в виде треугольных лотков глубиной не менее 0,3 м (см.  23). В водопроницаемых песчаных, щебенистых и гравелистых грунтах, обеспечивающих быстрое впитывание воды, канавы обычно не делают. Вода из боковых канав выводится в пониженные места не реже чем через 500 м.

Водоотводные канавы предназначаются для выпуска воды из боковых канав или резервов к пониженным местам. Во избежание размыва водоотводные канавы сопрягают с естественными водотоками по плавной кривой. Нагорные канавы служат для перехвата воды, стекающей по косогору к дороге, и для отвода к ближайшим искусственным сооружениям и в пониженные места рельефа. Нагорные канавы устраивают трапецеидального очертания, размеры которых устанавливают гидравлическим расчетом. Их прокладывают на местности с таким продольным уклоном, при котором не требуется укрепление откосов. Во избежание сплывов и оползания откосов выемки в местах переувлажнения грунта, которое может возникнуть в результате случайного засорения нагорных канав, расстояние между канавой и бровкой выемки должно быть не менее 5 м. На косогоре с уклоном менее 1 : 5 грунт из нагорных канав используют для устройства валика (банкета) между выемкой и канавой.

По боковым, водоотводным и нагорным канавам вода стекает со скоростью, зависящей от их продольного уклона, поперечного профиля, глубины потока и степени шероховатости стенок канавы. При скорости течения, меньшей 0,4—0,5 м/с, взвешенные частицы грунта в воде выпадают из потока и образуют наносы, канавы засоряются и в них возникает застой воды, поэтому наименьший продольный уклон канав принимают равным 3%0 в песчаных и 5%0 в глинистых грунтах.

При большой скорости течения грунт начинает размываться, в связи с чем откосы и дно канав необходимо укреплять. Откосы укрепляют сплошной одерновкой дно— щебнем, грунтом, обработанным органическими вяжущими материалами, одиночным мощением.

При больших уклонах дну канав придают ступенчатый продольный профиль, устраивая перепады из сборных железобетонных элементов, бетона, каменной кладки, а на дорогах местного значения— плетней и гравийной засыпки.

Важнейшим мероприятием, предотвращающим действие грунтовых вод на земляное полотно, является рекомендуемое возвышение низа дорожной одежды над уровнем грунтовых вод ( 32, а). Для преграждения доступа грунтовой воды устраивают также под одеждой прослойки из дренирующих или изолирующих материалов. Перехват и отвод грунтовой воды, а также понижение уровня ее обеспечивается устройством дренажа .

Различают следующие дренажи в зависимости от их расположения относительно земляного полотна: подкю-ветный, закладываемый в откосах выемок и имеющий целью осушить откосы; зас-тенный, расположенный за подпорными стенками, стенками тоннелей; дренирующие слои и трубы под одеждой для дренирования оснований.

Дренирующую роль могут выполнять все открытые канавы, которые заглублены в водоносный слой. Чаще всего применяют закрытые дренажные канавы.

Непосредственный отвод грунтовой воды осуществляется дреной в виде бетонных, гончарных, асбоцементных, труб, в простейшем случае эту роль выполняет крупнопористый материал (щебень, камень). Чаще применяют бетонные дрены, представляющие собой сборные тр\бы из бетонных фасрнных элементов с внутренним диаметром 15—25 см и с боковыми прорезями. В эксплуатационном отношении дренаж под кюветами значительно удобнее и его применяют чаще

Отвод воды из основания дорожной одежды лучше всею обеспечивается асбоцементными и гончарными трубами диаметром 8—10 см.

В тяжелых глинистых грунтах при укладке продольных дрен вдоль кромки проезжей части вода из них отводится поперечными дренами, укладываемыми через 250—300 м.

В отдельных случаях для обеспечения нормального водного режима верхней части земляного полотна внутри его на высоте не менее чем 20 см выше уровня грунтовой воды устраивают изолирующие прослойки для прерывания перемещения капиллярной, пленочной и парообразной влаги. С этой целью на всю ширину земляного полотна укладывают слой грунта, обработанного битумом, толщиной 4—6 см, полиэтиленовую пленку или другие изолирующие материалы. В ряде случаев эффективно устройство капиллярно-прерывающих прослоек толщиной 30—50 см из крупнозернистого песка, гравия на всю ширину земляного полотна.

Все конструкции для осушения и предупреждения переувлажнения земляного полотна очень трудоемки, сложны для выполнения и высоки по стоимости. В то же время они ненадежны в работе, так как всегда возможны нарушения их водонепроницаемости, заиливание, засорение. Поэтому применение этих устройств целесообразно только   на весьма   тяжелых  участках, где невозможно земляное полотно возвести в насыпи на рекомендуемую высоту. Возведение земляного полотна и его уплотнение полностью механизированы и благодаря этому легче и дешевле осуществляются, чем описанные выше конструкции.