7.4. Технология производства земляных работ в скальных грунтах. Контроль качества

Основы технологии производства земляных работ в скальных грунтах. Возведение земляного полотна автомобильных дорог в скальных грунтах включает устройство пешеходной тропы, обеспечение рабочего проезда и образование земляного полотна полного профиля.

Устройство пешеходной тропы, располагаемой по возможности ближе или непосредственно на трассе строящейся дороги, необходимо для осмотра мест проложения дороги перед принятием решения по организации работ, для размещения рабочих в местах сосредоточенных работ, предназначенных к выполнению в первую очередь. Тропа служит также для выноса и закрепления трассы строящейся дороги. Во многих случаях прокладка пешеходной тропы вблизи трассы строящейся дороги оказывается невозможной. В наиболее труднодоступные места пешеходную тропу прокладывают от пионерной дороги, проведенной обычно в обход таких мест. Иногда для прокладки тропы и обрушения нависающих неустойчивых камней рабочие работают подвязанные веревками, с использованием снаряжения скалолазов.

Обеспечение рабочего проезда необходимо на всем протяжении дороги или в крайнем случае на протяжении участка, работы на котором должны быть развернуты в текущем году. Пионерную (построечную) дорогу прокладывают по пойме реки с простейшей конструкцией проезжей части и водопропускных сооружений (рис. 7.4).

Рис. 7.4. Конструкция пионерной дороги над фильтрующей насыпью:

а - поперечный разрез; б - продольный разрез; 1 - гравийный материал; 2 - галька размером 70-120 мм; 3 - берма шириной 1 м; 4 - слой крупного валуна размером 200-500 мм; 5 - естественный гравелистый грунт

Наличие незатопляемых пойм в руслах рек позволяет решить задачу преодоления горной недоступности приведенным способом. Однако такие возможности встречаются нечасто. В других случаях рабочий проезд обеспечивают: а) за счет скальных работ по уширению пешеходной тропы, если дорога располагается в полувыемке (рис. 7.5, а); б) устройством сухой кладки из камня, если при проложении трассы дороги предусмотрена постройка подпорной стенки и кладка в настенном пространстве (рис. 7.5, б); в) комбинацией решений по пунктам а и б; г) выносом рабочего проезда на временные эстакады, полубалконы, балконы.

Рис. 7.5. Поперечные профили горных дорог:

а - в полу выемке; б - в полувыемке-полунасыпи; 1 - скальный козырек, подлежащий удалению; 2 - скальный массив; 3 - контрфорс, устраиваемый для обеспечения устойчивости нависающих частей скального массива; 4 - каменная кладка на цементном растворе или бутобетон; 5 - сухая кладка; 6 - слой бетона шириной 0,4 м; 7 - срезка грунта

Обеспечение рабочего проезда за счет скальных работ осуществляет специальная бригада подрывников с двумя бульдозерами. Трудные условия работы нередко требуют помощи второго бульдозера. Необходимость взаимной помощи увеличивается, когда оставлены негабариты, для сбрасывания которых под откос нужно усилие двух бульдозеров. Все эти особенности привели к практическому правилу - ставить на работу вместе или на малом удалении один от другого не менее двух бульдозеров, которые располагают на безопасном расстоянии от места ведения взрывных работ. При работе в скальных породах гусеницы бульдозера ограждают стальными щитками, привариваемыми по бокам рамы отвала.

Взрывные работы ведут методом взрыва скважинных зарядов или мелкошпуровым методом. Шпуры бурят мотоперфораторами, а скважины - с помощью буровых передвижных станков. Уширение пешеходной тропы взрывами мелкошпуровым методом с уборкой взорванной породы бульдозерами применяют из-за его простоты, минимального сейсмического действия, а главное из-за малой массы бурового оборудования, что обеспечивает большую маневренность и оперативность в работе в различных горных условиях. При устройстве полки рабочего проезда по этому способу проводят разбивочные работы с закреплением сетки шпуров, бурение, зарядку, взрывание и уборку взорванной породы.

Глубина шпуров составляет обычно 1,0-1,1 толщины взрываемого слоя, а при расположении взрываемого слоя на более мягкой породе уменьшается до 0,7-0,9 толщины слоя. Основной недостаток этого способа - большой объем бурения на единицу разрушаемой породы. Однако неоценимым его достоинством является сохранение устойчивости скальных пород. В связи с тем что способ короткозамедленного взрывания скважинных зарядов, являясь более производительным, обеспечивает достаточную устойчивость скальных пород, применение мелкошпурового взрывания ограничивается.

При обеспечении рабочего проезда сухой каменной кладкой показанные на рис. 7.5, б пунктиром острые скальные выступы, представляющие собой верхние выветрелые слои, обычно легко разрабатывать. Камень, получаемый в результате разборки скалы, используют для сухой кладки. Ее необходимо выложить так, чтобы в последующем она не мешала строить низовую подпорную стенку при сохранении движения по ней построечного транспорта. Под каменную стенку сухой кладки подрабатывают требуемое основание, а иногда заменяют грунтовую часть земляного полотна каменной выкладкой.

Обеспечение рабочего проезда по полубалконам, балконам и временным эстакадам осуществляют на наиболее сложных участках скальных обрывов и в местах преодоления глубоких скальных каньонов. Временные полубалконы устраивают простейших конструкций с использованием различных профилей металла, например двутавров. Балками перекрывают местные сужения в скальной полке, а проезжую часть устраивают деревянной. Участки трассы рабочего проезда, проходящие по полубалконам и балконам, обязательно ограждают тщательно закрепленными колесоотбойными бревнами, а также перилами.

Временные эстакады вместо мостов сооружают там, где строительство постоянных мостов требует неопределенного времени или задерживается по каким-либо другим причинам. В этих случаях строят временные, но нередко весьма высокие эстакады из подручного материала, имеющегося у строителей. Во всех случаях переходов через ручьи и водотоки, как правило, устраивают временные искусственные сооружения выше по течению тех мест, которые предназначены для постройки постоянного моста. Однако, если это возможно, постройку временных мостов исключают, а строят постоянные малые мосты или трубы. Для ускорения строительства полки рабочего проезда, постоянные мосты и трубы сооружают на половине ширины дороги.

Разработка скальных пород на всю ширину земляного полотна заключается в выполнении основных объемов скальных работ до 80 % и более. Технология этих работ определяется типом поперечного профиля; наличием и типом специальных сооружений; геологическими или гидрогеологическими условиями, определяющими степень устойчивости склона; технологией взрывных работ и возможностью дальнейшего использования взорванной породы; направлением перемещения породы - поперечным или продольным.

Основными типами поперечных профилей являются полувыемка и полувыемка-полунасыпь с преимущественным решением по удержанию полунасыпи низовыми подпорными стенками. Встречаются также выемки, чаще всего короткие, которые иногда по техническим условиям раскрываются, и насыпи.

Разработку полувыемок в скальных грунтах начинают с верхнего уступа проектного поперечника. Вначале пробивают полку рабочего проезда шириной 3,5 м. Такая ширина полки обеспечивает возможность прохода буровых машин для разбуривания скважин и машин для последующего подвоза и заряжения ВВ. Взрывы скважинных зарядов производят на рыхление или сброс скальной породы до уровня проектных отметок земляного полотна последовательно по уступам. Взрывные работы выполняют специализированные организации.

Скальные породы при мощности слоя до 3,0-3,5 м взрывают шпуровым методом, при большей мощности - скважинными зарядами. Эффективность буровзрывных работ повышается, а количество негабаритов становится меньше, если применять одновременно скважинные и шпуровые заряды, расположенные между скважинами.

После взрыва на сброс остается 10-12 % разрыхленной породы, которую убирают под откос поперечными проходами бульдозеров.

Взрывание скальной породы в выемках в случае достаточной устойчивости и экономической целесообразности производят оконтуренным взрывом на выброс. При этом существенно сокращают сроки работ. Грунт из выемки направляют в одну или две стороны, а общее количество породы, подлежащей уборке после взрыва, не превышает 15-20 % общего объема. По условиям безопасности работ при взрывах на рыхление экскаваторный забой не должен быть больше чем на 1-2 м максимальной высоты резания для данного экскаватора.

Разработку выемок и полувыемок глубиной более 6-8 м выполняют в несколько ярусов по высоте, включая и буровзрывные работы, так как взорванная порода может слежаться. Для повышения производительности работы экскаваторов и транспортных средств буровые работы ведут в две-три смены.

При комплектовании механизированных отрядов каждым двум экскаваторам придают один бульдозер, который заблаговременно готовит площадки для экскаваторов и подъезды для автомобилей. Каждые две бурильные машины обслуживает одна передвижная компрессорная станция. Встречающиеся во взорванной породе негабариты отодвигают в сторону экскаватором и укладывают вдоль откоса выемки и полувыемки. Негабариты при очередном взрыве взрывают шпуровым способом. Бульдозер, который после взрыва расчищает проезд для экскаваторов и автомобилей-самосвалов, перемешает к экскаватору породу от взорванных негабаритов.

При работе в скальных породах учитывают, что объемы разрабатываемого скального грунта меняются по протяжению дороги. Малые объемы работ выполняют, как правило, в верхних выветрелых слоях породы; значительные объемы приводят к необходимости разработки крепких слоев скалы. В связи с этим и с учетом наличия сложных специальных сооружений возникает частое чередование линейных и сосредоточенных работ, приводящее иногда к тому, что весь участок дороги, проходящий в скальных грунтах, относят к сосредоточенным работам.

Машины при работе в скальных грунтах развивают большие усилия, чем при разработке рыхлых грунтов. В связи с этим перемещение под откос взорванной скальной породы более успешно выполняют бульдозеры на тракторе или экскаваторы с вместимостью ковша более 1 м³.

Основным способом разработки скальных грунтов в настоящее время является взрывание. Однако взрывание имеет ряд отрицательных сторон. Поэтому в последнее время в России и за рубежом активно применяют способ рыхления горной породы тракторными одностойковыми рыхлителями. Таким образом, иногда непосредственно экскаваторами и ковшами активного действия можно разрабатывать сцементированные щебенистые массы, сланцы, мягкий известняк, мергель, сильно трещиноватые и сильно выветривающиеся прочные скальные породы. Для рыхлителей необходим гусеничный трактор мощностью 220-330 кВт и выше. Стоимость рыхления при этом снижается на 40-80 % по сравнению с взрывным способом. Важное значение для повышения производительности землеройных машин имеет наибольший размер куска породы. Механическое рыхление обеспечивает требуемое качество размельчения, однако этот способ не эффективен для экскаваторов из-за малой мощности разрыхленного слоя (0,2-0,8 м). Целесообразно в таких случаях разрыхленную скальную породу разрабатывать бульдозерами, мощными скреперами и погрузчиками в комплекте с бульдозерами и автомобилями-самосвалами (если необходима продольная возка).

Особенности контроля качества работ. Проект производства работ (ППР) по сооружению земляного полотна в горной местности устанавливает очередность и сроки выполнения работ, меры сохранения устойчивости, индивидуальные подробные технологические решения, составляемые по рабочим чертежам. Контроль качества включает прежде всего проверку обеспечения устойчивости земляного полотна в процессе строительства и безопасность ведения работ, тщательность соблюдения технорабочего проекта и ППР, обеспеченность всех технологических операций машинами, выполнение работ в установленной последовательности по местам работ, по местам расположения отвалов грунта и по времени выполнения работ. Все эти меры контроля направлены на сохранение устойчивости склонов, откосов, сооружений, то есть на обеспечение главного показателя качества строительства земляного полотна в горной местности.

Выемки на крутых косогорах и оползневых склонах, котлованы под подпорные стенки следует открывать только после проведения специальных защитных мероприятий и в установленной последовательности по фронту работ, по способам их выполнения (экскавация или взрывы, мощность взрывов и их последовательность и т.д.) и по местам отвалов грунта.

Верхняя часть насыпей (до 1 м по высоте) не должна содержать включений кусков крупнее 250 мм, в остальной части насыпи - не более 2/3 толщины уплотняемого слоя. Влажность суглинистого мелкозема при уплотнении крупнообломочных грунтов должна быть оптимальной, а при уплотнении легко-выветривающихся неводостойких крупнообломочных грунтов должна соответствовать тугопластичной консистенции. Эти грунты уплотняют в два этапа: сначала при помощи решетчатых катков, а затем тяжелых пневмоколесных катков при толщине слоев 0,3-0,4 м.

В мергелях, опоках, аргиллитах, алевролитах, сланцевых глинах и других неустойчивых грунтах верхняя часть насыпи высотой 1,0-1,2 м, а также слои по 0,15-0,20 м на откосах выполняют роль защитных по отношению ко всей насыпи.

Основным способом контроля является производственный текущий контроль таких показателей, как правильность размещения осевой линии в плане и профиле; правильность разбивки поперечных профилей, плотность естественного основания, однородность и плотность грунта в слоях насыпи, устойчивость отдельных скальных напластований (при необходимости).

Степень уплотнения крупнообломочных грунтов при содержании более 60 % крупных обломков считают достаточной, если осадка составляет 10-12 % для верхней части насыпи толщиной 1,0-1,2 м и 8-10 % для остальной ее части.