Технология прокладки сотовых дорог по болотам I категории

Болотами называют места, осложненные поверхностным и внутренним стоком, занятые природными залежами высокопористых водонасыщенных грунтов. В рамках геологического 13

разреза болота отличают растительно-корневой слой, ослабленную толщу и дно болота. Слабая толща включает слои ослабленных торфяных массивов, иногда переслаивающихся наносами более плотных грунтов. Ослабленная толща может включать в себя остатки пней, а также слои жидкообразных образований.

По источникам питания болота разделяют на:

– низинные, питаемые грунтовыми водами;

– верховые, образовавшиеся в результате заболачивания суши;

– переходимые – смешанного грунтового и атмосферного питания.

Принято выделять 3 основных типа болот.

Тип первый – торфяные болота.

Тип второй включает прослой торфа низлежащим прослоем ила или сапропеля.

Тип третий – торфяной прослой, который плавает на поверхности воды.

Структуру дорожной одежды на болоте выбирают в зависимости от типа болота и от типа дороги, категории земляного полотна и условий строительства. Выбор производится в результате технико-экономических сравнений разновидностей конструктивных решений. При этом определяющими разновидностями являются 2 принципиальных решения: исключение торфяных грунтов из основания дороги и применение слабой толщи как основания с использованием тех или других конструктивно-технологических методов, обеспечивающих эту возможность.

Согласно Указаниям по проектированию дорожной одежды автодорог на болотах И.Е. Евгеньева (1963) к земляному полотну на болотах, кроме общих нормативных и обязательных требований в простых условиях, предъявляются добавочные требования, принимающие во внимание специфические особенности болотных грунтов:

• а)    земляное полотно должно быть безопасным по отношению к деформациям выпирания или выдавливания ослабленного грунта из-под насыпи (если это не предусмотрено принятой в проекте технологией удаления торфяных грунтов);

• б)    до прокладки дорожной одежды уплотнение грунта основания должно произвестись не менее чем на 50 %, т.е. необходимо, чтобы осадка за счет консолидации основания остановилась;

• в)    упругие деформации дорожной одежды при прохождении транспорта должны находиться в допускаемых границах для заданного типа покрытия.

Построение земляного полотна на слабых грунтах должно отвечать характеру деформации грунта основания под нагрузкой от веса дорожной насыпи. Характер деформации определяется типом болота по дорожно-строительной классификации, показанной в таблице.

Для болота I категории выбирают конструкцию земляного полотна, обладающую наилучшими технико-экономическими показателями. Использование ослабленных болотных грунтов в качестве фундамента насыпи резко снижает количество земляных работ и, как правило, уменьшает стоимость строительства, однако требует осуществления дополнительных требований к земляному полотну:

• -    следует исключить боковое выдавливание ослабленного грунта в фундаменте;

• -    осадка основания должна завершиться до построения покрытия;

• -    амплитуды упругих колебаний насыпей на торфяных основаниях при прохождении транспортных средств не должны превышать допустимых значений для выбранного типа дорожного полотна.

Таблица

Основные физико-механические свойства торфа по дорожно-строительной классификации

Тип болот	Подтип	Общая характеристика	Основные внешние признаки	Характер деформаций под нагрузкой	Влажность в %	Коэффициент пористости	Степень разло-же-ния, %	Примерная несущая способность кг/см2	Примерная осадка при нагрузке 0,5 кг/см2 (в % от первоначальной мощности залежи)
I	А	Уплотненный торф, обладающий структурной прочностью	Осушенный или уплотненный вышележащим минеральным слоем. Удерживает вертикальные откосы.	Сжатие при не-значительном боковом расширении	до 600	до 7	до 60	более 0,5	до 30 %
	Б	Рыхлый торф, обладающий структурной прочностью	Влажность близка к максимальной влагоем-кости. Короткое время удерживает вертикальные откосы.	То же	6001500	до 20	до 40	более 0,3	30-50 %
II	А	Аморфный грунт (торф) вязкопластичной консистенции	Торф высокой степени разложения или сапро-пели, уплотненные вышележащими слоями.	Преиму-ще-ственно выдавливание из контура загруже-ния	До 400	До 5	более 60	менее 0,3	при отсутствии вы-шележа-щих более плотных слоев - до полного выдавливания
	Б	Аморфный грунт (торф) мягкопластичной консистенции	Торф высокой степени разложения или сапро-пели при влажности, близкой к максимальной влагоемкости.	Выдавливание из контура загруже-ния	4001000	4-10	более 40	При отсутствии более прочного по кровного слоя - 0	до полного вы-давлива-ния
III		Аморфный материал текучей консистенции	Жидкие слои сплавившее бо лот	Растекание	неогран.	неогран.		0	под нагрузкой растекается

При этом окончанием интенсивной части осадки принято считать достижение 90% уплотнения основания, или интенсивность осадков не более 2 см/год при капитальных дорожных одеждах, и 80%, или 5 см/год, - при облегченных дорожных одеждах. Для обеспечения указанных дополнительных требований в настоящее время существует целый набор различных конструктивных и технологических решений.

На болотах I категории удаление торфа производят при помощи машин, при помощи взрыва или с применением гидромеханизации, что называется выторфовыванием. Подготовительные работы часто выполняются в зимний период, когда при определенной глубине про- мерзания можно применять обычные машины. При строительстве подъездных дорог применяют временные дороги в виде насыпанного песчано-гравийного слоя (40…80 см) с геотек-стильной прослойкой в основании.

Применение геосинтетических материалов на болотах I категории оказывается более значительным по работоспособности и транспортно-эксплуатационной надежности конструкции. Отечественный и зарубежный опыт применения геосинтетиков указывает на их универсальность, экономичность, экологичность.

В конструкциях дорожных одежд и земляном полотне геосинтетические материалы также могут выполнять функции дрена, фильтра или арматуры (рис. 1).

Рисунок 1 – Классификация направлений использования синтетического материала

Армирующий эффект основан на способности синтетического материала воспринимать растягивающие напряжения и при этом работать совместно с грунтовой насыпью основания дороги, прослоями (щебень, песок и др.) дорожной одежды, так как грунт и прослои дорожной одежды не могут быть прочными при растяжении. Совместная работа слоев с грунтом земляного полотна и слабо связанными слоями дорожной одежды является основой перераспределения напряжений в основании от временной нагрузки и собственного веса насыпи.

Эффект перераспределения напряжений в фундаменте зачастую находит подтверждение в снижении колееобразования под колесами автомобилей и в уменьшении осадки насыпи на болоте. При деформациях прослойка включается в работу, частично принимая на себя вертикальные нагрузки, тем самым снимая нагрузки с основания. Перераспределение напряжений приводит к значительному снижению осадки насыпи на болоте.

Георешетки производятся из стекловолокна, пластмассы, синтетических волокон и иных материалов и представляют собой плоские конструкции с разными узловыми соединениями и величиной ячеек 10 мм и более. Укладка георешеток предусматривает следующую технологию. На армирующие полотна располагаются звенья георешеток по всей ширине насыпи в поперечном направлении с обоих торцов по всей длине насыпи протяженностью 25 м.

Звенья георешеток располагают следующим образом:

• –    при помощи натянутых шнуров закрепляют плановое положение всех звеньев по ширине насыпи (торца);

  – георешетку натягивают;

• –    георешетку прикрепляют к основанию штырями на торцах насыпи;

• –    каждую георешетку растягивают и устанавливают вплотную к предыдущей, установленной по короткому краю решетки.

Параллельно крепят звенья георешеток вплотную к установленным ранее звеньям и ребра георешеток прикрепляют скрепками. Эта последовательность установки звеньев георешеток попеременно с двух торцов насыпи осуществляется на протяжении 25 м (с каждой стороны) по всей протяженности насыпи. В середине насыпи (на протяжении 115 м) по всей ее длине звенья георешеток устанавливаются чередованием их в поперечном и продольном направлении, а ребра георешеток также закрепляются скрепками. Концы георешеток закрепляют штырьками к основанию с шагом 1,5-2,0 м по всему периметру, проверяя параллельность сторон георешетки. По завершении укладки георешеток проверяют качество выполненных работ.

Засыпку ячеек георешеток песком производят при помощи ковшовых погрузчиков ТО-11. Применяются два погрузчика по одному с двух торцевых сторон насыпи. Песчаный грунт заранее привозят самосвалами и сваливают в бунты с тех же сторон площадки. Песчаный грунт насыпают в ячейки на 20-25 см выше уровня верхнего края георешетки. Заполнение георешетки песком производят за один раз на всю толщу слоя. При реализации этой технологической операции нужно вести наблюдение за тем, чтобы колеса погрузчика не деформировали ребра решетки.

После заполнения ячеек ведут проверку толщины защитного слоя. Если защитный слой и заполнитель устраивают одновременно из одного материала, то толщина полного тела не должна быть менее 5-6 см. Если защитный слой производят из иного материала и после засыпки ячеек, то толщина слоя заполнителя над поверхностью ячеек должна быть более 2-3 см в плотном теле (для песка). По окончании уплотнения делают проверку плотности материала в ячейках и сверяют ее соответствие проектной. По окончании работ по установке георешетки делают проверку удаления временных анкеров.

Применение зернистых материалов предпочтительно из-за их характерной особенности – способности создавать на поверхности грунта в контактной зоне значительные касательные напряжения от вертикального давления. В связи с этим для уменьшения «опасных» касательных напряжений целесообразно армирование зернистого материала (щебня) плоскими полипропиленовыми георешетками СЛАВРОС СД 20-20, СД 30-30, СД 40-40, имеющими жесткие узловые соединения и высокий модуль упругости. При устройстве щебня поверх георешетки происходит его заклинивание в ячейках и создается слой, способный воспринимать растягивающие напряжения (рис. 2).

Рисунок 2 – Заклинка щебня в ячейках георешетки

Предлагаемая конструкция (рис. 3) сделана для обеспечения временного проезда на болотах I категории, а также ее можно использовать на основаниях торфов при соблюдении условий:

• –    сдвигоустойчивость основания обеспечена (болота I категории);

• –    после сооружения насыпи модуль упругости основания не должен быть не менее 9 МПа;

• –    после сооружения насыпи осадка основания не должна превышать 7 см/мес.

Рисунок 3 – Конструкция сотовых дорог на болотах I категории:

1 – защитный слой; 2 – георешетка перфорированная; 3 – геотекстиль плотность 400 г/см3;

4 – песок по ГОСТ 8736-93 с Кф ≥ 2м/сут; 5 – земляное полотно из песчаного грунта;

6 – основание из слабого грунта (торф, заторфованный минеральный грунт)

Расчетная нагрузка на ось автомобиля - 110 кН, коэффициент надежности - 0,6.

Верхний (защитный) слой рекомендуется устраивать из местных материалов (песок, щебень, песок, укрепленный органическим вяжущим) на основе технико-экономического обоснования с учетом эксплуатационных расходов.

Выводы

Таким образом, в российской дорожной практике строительства сотовых дорог на болотах I категории значительный эффект достигается путем использования геосинтетики и геопластики. При одновременном использовании георешеток и геотекстиля, которым разделяют слои коренного грунта и заполненной решетки, достигается двойной эффект: текстиль исключает взаимопроникновение исходного грунта и содержимого георешетки, а связанные ячейки надежно армируют всю конструкцию. Выбор конкретной разновидности георешетки определяется областью и условиями ее применения.