5.3. Строительство насыпей из грунта боковых резервов

Основным преимуществом насыпей, возводимых из боковых резервов, являются минимальные затраты на их строительство вследствие малых дальностей перемещения грунта, в большинстве случаев не превышающих 20 м. Однако в этом случае требуется значительное увеличение полосы отвода для строительства дороги, а при завершении строительства требуются большие затраты на рекультивацию рабочей зоны и тщательная планировка дна и откосов резерва.

В период строительства бывают трудности в обеспечении нормальных условий работы машин в дождливую погоду из-за избыточного увлажнения грунта. Глубина резерва бывает ограничена при высоком уровне грунтовых вод. Наблюдения за участками дорог на земляном полотне из грунта боковых резервов показывают, что такие участки в процессе эксплуатации дороги чаще подвержены преждевременному разрушению вследствие ухудшения условий водоотвода и заболачивания прилегающей к дороге территории.

По этим причинам грунт из боковых резервов в настоящее время применяют лишь в ограниченных случаях: при расположении дороги в малонаселенных местах, на землях, не пригодных для сельского хозяйства, при строительстве дорог низких категорий и местного значения, на участках с высотой насыпей, не превышающих 1 м.

Длительное время при строительстве земляного полотна из грунта боковых резервов применяли грейдеры. В качестве тягачей использовали обычные тракторы сельскохозяйственного назначения или бульдозеры. Значительная часть автомобильных дорог с покрытиями низшего типа в довоенный период была построена с применением грейдеров. Доступность этих машин и низкая стоимость земляных работ были их преимуществами. Однако по мере возрастания требований к земляному полотну и распространению усовершенствованных покрытий на автомобильных дорогах стали применять более совершенные и специальные машины.

В настоящее время для разработки боковых резервов и перемещения грунта в насыпь главным образом применяют автогрейдеры и бульдозеры. Возможно также применение скреперов, грейдер-элеваторов и одноковшовых погрузчиков.

Строительство насыпей из боковых резервов автогрейдерами целесообразно выполнять на участках значительной длины с одинаковой высотой насыпи не выше 0,75 м.

Производительность автогрейдеров при возведении насыпей из боковых резервов зависит от длины захватки. Наиболее эффективное использование этих машин может быть достигнуто при длине захватки 400-500 м.

При возведении земляного полотна из боковых резервов переломы продольного профиля следует сгладить автогрейдером или бульдозером. Плотные сухие грунты в жаркое время необходимо предварительно рыхлить и увлажнять.

Для увеличения производительности автогрейдера при разработке и перемещении предварительно разрыхленных грунтов рекомендуется использование удлиненных отвалов.

При выполнении основных операций - зарезании, перемещении и разравнивании - изменяется положение ножа автогрейдера, которое определяется углами захвата, резания и наклона (рис. 5.9).

Рис. 5.9. Углы установки ножа автогрейдера: α - резания - а; б - захвата - β; в - наклона - γ

Угол захвата - угол поворота ножа в горизонтальной плоскости по отношению к продольной оси автогрейдера. В зависимости от угла захвата изменяются ширина резания и дальность поперечного смещения грунта. Меньшему значению угла соответствует меньшее сопротивление резанию, для более плотных и прочных грунтов при резании применяют меньший угол захвата. При перемещении угол захвата увеличивают.

Угол резания - угол между ножом и поверхностью грунта. Чем больше сопротивление грунта, тем более острым должен быть угол резания.

Угол наклона - угол между поверхностью грунта и режущей кромкой ножа. Угол наклона выбирается в зависимости от сопротивления грунта резанию и массы автогрейдера. Для достижения наибольшей производительности требуется правильная установка ножа автогрейдера, как показано на рис. 5.9 и в соответствии с данными табл. 5.13.

Таблица 5.13

Общее число проходов автогрейдера при отсыпке насыпи высотой 0,75 м может достигать 300-400. Требуемое число проходов автогрейдера, необходимое для разработки резерва, можно вычислить по формуле:

где (5.9)

F - площадь поперечного сечения резерва, м²;

К_пз - коэффициент перекрытия проходов при резании грунта - 1,7;

f - площадь сечения стружки от 0,12 до 0,2 м².

Необходимое число проходов автогрейдера для перемещения грунта в насыпь из двухстороннего бокового резерва можно определить по формуле:

N_п = N_р(l_п/l)×K_n, где (5.10)

l_п - дальность перемещения грунта (расстояние от центра сечения половины насыпи до центра сечения бокового резерва);

l - дальность смещения грунта за один проход автогрейдера, м;

К_п - коэффициент перекрытия проходов при перемещении грунта - 1,15.

Число проходов автогрейдера для перемещения грунта составляет около 25 % от общего числа проходов, необходимых для строительства насыпи.

Грунт укладывают в насыпь начиная от ее оси одним из следующих способов: послойно с разравниванием слоями 0,15-0,2 м; в полуприжим с валиками высотой 0,3 м; в прижим с увеличенными по высоте валиками до 0,4-0,5 м. Второй и третий способы применяют при разработке грунтов с влажностью, близкой к оптимальной. При выборе способа следует учитывать применяемые средства для уплотнения.

Работы следует вести на двух захватках: на одной резать и перемещать грунт в очередной слой насыпи, на другой планировать и уплотнять ранее уложенный слой грунта.

Производительность автогрейдера, м³/смену, при строительстве насыпи из бокового резерва определяют по формуле:

где (5.11)

К_в - коэффициент использования рабочего времени;

L - длина захватки, м; f - площадь стружки, м²;

V_р - скорость движения при резании грунта, км/ч;

n - число проходов, необходимое для перемещения грунта на один проход резания;

V_n - скорость при перемещении грунта, км/час;

t_пов, t_пер - продолжительность одного разворота и одной перестановки отвала, ч (t_пов = 0,33, t_пер = 0,01).

При отсыпке насыпей из боковых резервов можно использовать бульдозеры, при этом возможно перемещать грунт, двигаясь в продольном направлении, так же как при работе автогрейдера, или в поперечном направлении. При схеме с поперечным перемещением грунта бульдозером выделяют следующие операции, составляющие рабочий цикл бульдозера: резание грунта, перемещение грунта, укладка грунта, возвращение назад или холостой ход. От продолжительности этих операций зависит производительность бульдозера.

Наибольшая мощность требуется при выполнении резания грунта. В зависимости от прочности грунта и условий работы применяют резание: прямой стружкой постоянного сечения при легких грунтах, клиновой стружкой при средних грунтах и гребенчатой стружкой при тяжелых (рис. 5.10).

При поперечном перемещении грунта обычно используют челночную схему движения. Для повышения производительности грунт перемещают в траншеях, как показано на рис. 5.11.

Бульдозеры работают в траншеях, разделенных стенками шириной 0,5-0,8 м. Боковые стенки препятствуют уменьшению объема грунта, перемещаемого перед отвалом бульдозера. Каждую новую траншею начинают после достижения намеченной глубины предыдущей. После разработки грунта в траншее последними проходами бульдозера срезают разделявшие траншею стенки, используя грунт для отсыпки верхнего слоя насыпи.

Для сокращения потерь грунта и более полного использования мощности двигателя применяют боковые открылки и козырьки к отвалу бульдозера.

Работы по отсыпке насыпи из боковых резервов выполняют попеременно на двух половинах ее ширины. Отсыпав слой грунта на половину ширины земляного полотна из одного резерва, бульдозер переходит в резерв на другой стороне и досыпает из него слой насыпи на всю ширину земляного полотна по длине захватки.

Рис. 5.10. Схемы резания грунта бульдозером: а - прямоугольная; б - клиновая; в - гребенчатая (стрелкой показано направление движения бульдозера)

Рис. 5.11. Траншейный способ разработки грунта при отсыпке насыпи: 1 - траншея; 2 - стенки траншеи; 3, 4 - срезка стенок траншеи соответственно поперечными и косыми проходами; 5-8 - объемы перемещаемого грунта

Насыпи отсыпают слоями, толщина которых зависит от типа уплотняющих средств. Перед уплотнением каждый слой разравнивают автогрейдером или бульдозером, при этом необходимо обеспечивать поперечный уклон поверхности каждого слоя.

В дождливую погоду особое внимание следует уделять обеспечению водоотвода. В жаркую погоду целесообразно сокращать длину захватки, предотвращая высыхание грунта до уплотнения.

При легких, но не сыпучих и не переувлажненных грунтах в равнинной местности возможно применение грейдер-элеваторов на участках, где разность рабочих отметок не превышает 0,2 м. Предпочтительными считаются захватки длинной 500-800 м. При двухсторонних резервах разработку их ведут по круговой схеме проходов. Для удобства выполнения разворота между захватками оставляют разрывы в 10-15 м, которые устраняются бульдозерами или автогрейдерами. При нормальных условиях работы конвейер грейдер-элеватора следует устанавливать под углом к горизонту не более 22°.

Для уменьшения сопротивления резанию режущую кромку диска по мере затупления затачивают. Чтобы исключить неравномерный износ диска его периодически поворачивают.

Применение грейдер-элеваторов приводит к интенсивному разрыхлению грунта, что делает необходимым выполнять большее число проходов катка при уплотнении.