12.3. Способы уширения насыпей и выемок. Требования к выбору, размещению в слоях и уплотнению грунтов земляного полотна уширения

Общие положения. При реконструкции автомобильных дорог на многих участках устраивают новое земляное полотно, процесс возведения которого ничем не отличается от строительства дороги. Такие работы выполняют на участках спрямления трассы, значительного увеличения радиусов кривых в плане, на участках обходов населенных пунктов, обходов оползней, осыпей и т.д. Гораздо чаще в процессе реконструкции выполняют работы по уширению земляного полотна для строительства дополнительных полос проезжей части, переходно-скоростных полос, площадок для стоянки автомобилей или для доведения ширины земляного полотна до норм категории, установленной для данной дороги.

Рис. 12.4. Схема объезда участка реконструкции дороги:

1 - реконструируемая выемка; 2 - насыпь; 3 - объездная дорога; 4 - временный низководный мост

Опыт показывает, что добиться устойчивой многолетней совместной работы старого и нового (уширенного) земляного полотна очень трудно. Во многих случаях наблюдаются деформации нового земляного полотна в местах соединения со старым. Поэтому везде, где это возможно, следует избегать уширения земляного полотна.

При реконструкции автомобильных дорог обычно стремятся полностью использовать «здоровое» земляное полотно. Под «здоровым» понимают отсутствие в нем висячих горизонтов воды (верховодка) вследствие неблагоприятного взаиморасположения фильтрующих и малопроницаемых грунтов, склонных к морозному пучению.

Уширение земляного полотна может быть односторонним или двухсторонним (рис. 12.5).

Рис. 12.5. Схемы уширения земляного полотна:

а, б) - двухстороннее и одностороннее в насыпях; в, г) - двухстороннее и одностороннее в выемках

Двухстороннее, или симметричное уширение - это уширение, при котором ось существующей дороги остается без изменения и совмещается с осью уширенной дороги. При этом уширение происходит путем досыпки насыпи или срезки откосов выемки с двух сторон. Такое уширение может быть целесообразным при высоте насыпей и глубине выемок до 2 м при крутизне откоса 1:3 и положе при условии, что ширина проезжей части и укрепленных краевых полос после реконструкции дороги будет меньше ширины земляного полотна существующей дороги. Двухстороннее уширение применяется и в тех случаях, когда по местным условиям невозможно одностороннее уширение (близко расположены границы зданий и сооружений, близкое расстояние до различных коммуникаций, неблагоприятные рельеф и грунтово-гидрологические условия, наличие охранных, запретных зон и т.д.).

Преимущество этого варианта в том, что проезжая часть после ее уширения располагается на прочном, хорошо сформировавшемся земляном полотне, что обеспечивает возможность создания прочной и долговечной дорожной одежды. Недостатки его состоят в усложнении технологии работ и трудности использования общестроительных дорожных машин, а также в увеличении объемов некоторых видов работ в связи с тем, что необходимо с двух сторон снимать и устанавливать инженерное оборудование и обустройство, переносить и перекладывать воздушные, наземные и подземные коммуникации, удлинять трубы и уширять мосты, перестраивать систему водоотвода и дренажа и т.д.

При проектировании реконструкции дороги следует стремиться предусматривать такое проложение новой трассы, чтобы в максимальной степени использовать существующую дорогу, не осложнять работу необходимостью выполнения сравнительно тонких присыпок с двух сторон земляного полотна.

Одностороннее, или несимметричное - это уширение, при котором ось реконструируемой дороги смещается в сторону от оси старой дороги, а уширение происходит путем досыпки насыпи или срезки откоса выемки с одной стороны.

Преимущество этого варианта в том, что все работы по уширению земляного полотна сосредоточены с одной стороны, благодаря чему создаются лучшие условия для работы дорожных машин и сами работы по возведению земляного полотна могут быть выполнены более качественно. Сокращаются объемы работ по снятию и установке инженерного оборудования, обустройству, переносу и переустройству коммуникаций, системы водоотвода, дренажа и т.д. Главный недостаток в том, что часть ширины новой дорожной одежды располагается на старом земляном полотне, а часть на свежеуложенном грунте, которому трудно придать такую же степень уплотнения и устойчивость, как у старого земляного полотна. В результате создается неравнопрочная дорожная конструкция (земляное полотно плюс дорожная одежда) и возникают продольные трещины в дорожной одежде по стыку старого и нового земляного полотна. Опыт реконструкции Московской кольцевой автомобильной дороги показывает, что даже при устройстве различных прокладок и усилений по зоне стыка полностью избежать образования продольных трещин не удается. Кроме того, при одностороннем уширении двухполосной проезжей части увеличивается потребность в материалах для устройства покрытия из-за необходимости укладки дополнительного слоя покрытия, чтобы переместить ось проезжей части и обеспечить равный поперечный уклон покрытия на обеих полосах движения.

На косогорных участках уширение земляного полотна целесообразно производить в сторону косогора с его дополнительной срезкой везде, где это позволяют условия. Такое расположение земляного полотна позволяет существенно повысить его устойчивость. Однако необходимо обращать особое внимание на устойчивость косогора против сползания, на возможность возникновения осыпей.

В этих случаях, а также при больших объемах земляных работ по срезке косогора уширение земляного полотна может быть произведено за счет уширения насыпной части. Особого внимания при этом требует обеспечение совместной работы старой и присыпаемой части. В отдельных случаях для этого потребуется устройство подпорных стенок.

В некоторых случаях может оказаться целесообразным разделение на косогорном участке проезжих частей по направлениям движения с расположением их в разных уровнях по склону холма. При этом существующая дорога используется для движения в одном направлении, а для встречного движения выше или ниже по склону строится новая дорога. При проектировании таких участков должны быть соблюдены требования к плавности сопряжения трасс обоих участков, чтобы положение оси раздельных участков являлось закономерным продолжением смежных участков объединенной дороги.

Устройство раздельного земляного полотна целесообразно на заболоченных участках в районах избыточного увлажнения [78]. Доводы в пользу этого решения в основном вытекают из соображений организации строительных работ - возможность их выполнения без перерыва движения по дороге, большего удобства выполнения земляных работ и обеспечения должного качества земляного полотна и т.д.

Выбранный способ уширения земляного полотна неизбежно требует и аналогичного способа уширения проезжей части. Поэтому вопрос необходимо решать комплексно, устанавливая наиболее выгодный метод уширения земляного полотна путем технико-экономического сравнения вариантов, учитывающего затраты на переустройство как земляного полотна, так и проезжей части.

При любом способе уширения земляного полотна должно быть достигнуто хорошее сопряжение присыпаемого грунта со слежавшимся грунтом насыпи, обеспечивающее совместную работу старой и новой частей полотна. Отсутствие связи между ними может приводить к оползанию новой части земляного полотна под влиянием проникающей воды и динамического воздействия проезжающих автомобилей. Процессы естественного уплотнения присыпанного грунта могут вызывать потерю ровности покрытий. Особым случаем является уширение земляного полотна при реконструкции дороги с двумя полосами движения в автомобильную магистраль, когда дорогу II или III категории переводят в дорогу I категории.

Существующая дорога становится одной из проезжих частей для одностороннего движения, а на месте обочины и боковой канавы устраивается разделительная полоса, которой чаще всего придают вогнутые очертания. Воду с нее сбрасывают в пониженные места продольного профиля. Необходимость придания проезжей части односкатного поперечного уклона требует значительной досыпки грунта на место устройства разделительной полосы. Земляное полотно для дополнительной проезжей части можно возводить из любых грунтов, пригодных для строительства, независимо от грунтов существующей насыпи.

Необходимы тщательная засыпка и уплотнение грунта при заделке канавы, чтобы в ней не могли образовываться застои просачивающейся воды. Некоторые примеры переоборудования двухполосной дороги в четырехполосную приведены на рис. 12.6.

Рис. 12.6. Примеры реконструкции дороги с двумя полосами движения в дорогу с разделительной полосой и проезжими частями для одностороннего движения:

а, б - двухстороннее уширение, где а - с подъемкой насыпи и постройкой новой одежды; б - с использованием существующей дорожной одежды; в, г, д - одностороннее уширение; в - с использованием существующей одежды и устройством возвышающейся разделительной полосы; г - с подъемкой насыпи; д - с использованием существующей дорожной одежды, засыпкой резерва и устройством широкой разделительной полосы вогнутого профиля; 1 - существующая дорожная одежда; 2 - канавы, засыпанные уплотненным связным грунтом; 3 - растительный грунт; 4 - дерновая лента шириной 50 см; 5 - новая дорожная одежда; 6 - краевая полоса сборных бетонных плит; 7 - бетонный бордюр; 8 - резерв, засыпанный уплотненным грунтом; 9 - песчаный слой; 10 - продольные дрены для отвода воды; 11 - укрепленные обочины; 12 - выравнивающий слой дорожной одежды

При уширении земляного полотна во избежание переувлажнения грунта перед началом основных работ после снятия растительного слоя необходимо обеспечить поверхностный водоотвод на период реконструкции дороги. Для этого производят планировку поверхности и нарезку временных канав автогрейдером с отводом воды в пониженные места.

Существуют определенные различия в технологии работ по уширению насыпей и выемок (рис. 12.7).

Уширение насыпей. Уширение насыпей высотой до 2 м, как правило, начинается с засыпки боковых канав или кювет-резервов, из которых была возведена насыпь. Засыпка производится послойно местным грунтом с тщательным уплотнением до коэффициента уплотнения K_у = l.

В нижней части при небольшой ширине канав грунт уплотняют вибротрамбующими машинами типа БТМ-1 массой 5 т, производительностью 50-60 м³/ч с частотой не менее 1200-1500 уд/мин или малогабаритными виброуплотнителями типа ВУ-800 и ВУ-1500 массой 45 и 82 кг, частотой вибрации 100 и 70 Гц, размером плит 450×350 мм и 620×450 мм, глубиной уплотнения 20-25 см и рабочей скоростью 20 м/мин.

Рис. 12.7. Последовательность работ при уширении земляного полотна

Несколько реже используют вибромолот шириной захвата 0,8 м с рабочим органом, навешенным сзади бульдозера типа Д-535. На его отвале монтируют планировочную плиту, предназначенную для разравнивания грунта. При скорости движения уплотняющей машины 380 м/ч слой уплотняемого грунта до коэффициента уплотнения 0,95-1,00 достигает толщины 0,35 м. Увеличение скорости до 450-550 м/ч возможно, если снизить толщину уплотняемого слоя до 0,3 м. Вибромолотом можно уплотнять грунт и в широких траншеях.

После окончания засыпки боковых водоотводных канав и оформления акта на скрытые работы приступают к работам по собственно уширению земляного полотна. Важной задачей при этом является обеспечение надежного сопряжения присыпаемого грунта с грунтом существующего земляного полотна. Для этого при высоте насыпи до 2 м и крутизне косогоров до 1:5 достаточно разрыхлить грунт на откосах рыхлителем на глубину 0,2-0,25 м. На более высоких насыпях и косогорах крутизной до 1:3 на откосах бульдозером или автогрейдером нарезают уступы высотой до 0,5 м с уклоном 50 ‰.

В насыпях из песчаных грунтов уклон уступов делают к оси дороги, в глинистых - от оси дороги. Вначале нарезают нижний уступ, затем вышерасположенный и грунт постепенно перемещают на нижний уступ, распределяя его заданной толщиной слоя, и тщательно равномерно уплотняют.

Уплотнение является одной из важнейших операций при уширении земляного полотна, особенно на уступах. При симметричном уширении насыпей высотой до 2 м с учетом уположения их откосов до 1:3-1:4 ширина досыпаемой полки около 3 м, что позволяет разравнивать грунт бульдозером и уплотнять по челночному способу любыми самоходными катками. Толщину уплотняемого слоя принимают из расчета коэффициента уплотнения не менее плотности грунта реконструируемой насыпи, но не ниже К_у = 1,0.

При двухстороннем уширении ширина полосы уширения может составлять до 1 м. В этом случае при высоте насыпи более 2 м по технологическим условиям величину уширения приходится увеличивать на 1,0-1,5 м, чтобы обеспечить возможность работы бульдозера, автогрейдера и уплотняющих машин на уступах и присыпаемых слоях.

Лишний грунт после отсыпки насыпи срезают и используют либо для уположения откосов, либо перемещают на соседний участок уширения. Это еще один из недостатков двухстороннего уширения. Исключительно большое влияние на прочность земляного полотна и устойчивость откосов насыпей при уширении имеет выбор грунтов для уширения и их расположение в теле земляного полотна.

Опыт реконструкции дорог позволил выработать ряд требований к земляному полотну в местах уширения, а именно:

укладывать новые грунты в насыпь слоями, по возможности соблюдая их взаиморасположение и придавая им поперечный уклон в сторону откосов, чтобы предупредить застой воды на поверхности отсыпанных слоев (так называемой верховодки);

фильтрующие грунты укладывать в верхнюю часть земляного полотна и в откосы, которые больше подвергаются воздействию погодных условий. При укладке фильтрующих грунтов в нижние слои толщину слоя следует принимать не меньше высоты капиллярного поднятия для этих грунтов;

степень уплотнения отсыпаемых слоев должна быть не меньше существующего земляного полотна;

крутизну откосов принимать согласно требованиям повышения безопасности движения и категориям автомобильной дороги;

если откосы отсыпают из песков, их необходимо укреплять одновременно с производством земляных работ, чтобы предупредить размывы;

не рекомендуется применять крупнообломочные горные породы, алевролиты, глинистые сланцы, мергели, оглеенные подзолистые, а также иловатые почвогрунты.

Соблюдение этих требований необходимо для обеспечения прочности и устойчивости земляного полотна после реконструкции.

Присыпаемая часть уширенного земляного полотна должна работать совместно с существующим как единая конструкция, что возможно лишь при благоприятном водно-тепловом режиме. Оптимальным решением является применение при уширении тех же грунтов, которые использовались при ее возведении. Если это невозможно, необходимо уширять насыпи только песчаными непылеватыми грунтами [3], строго соблюдая правила их расположения в теле насыпи (рис. 12.8). Хотя песчаные грунты из-за большой дальности перевозки обходятся в несколько раз дороже местных связных грунтов, первоначальные затраты всегда оправдываются в дальнейшем увеличением срока службы дорожных одежд и снижением расходов на эксплуатацию дороги. Поэтому стоимость реконструкции земляного полотна обычно на 30-50 % выше сооружения нового из-за необходимости применения высококачественных грунтов и усложнения технологии работ.

Рис. 12.8. Схемы допустимого взаиморасположения грунтов в теле насыпей:

а - симметричное уширение; б - несимметричное уширение; в - смягчение продольного профиля; 1 - связный грунт; 2 - песчаный грунт; 3 - снимаемый растительный грунт; h - минимальная толщина песчаного слоя; h ³ h_k (h_k - высота капиллярного поднятия воды);i - поперечный уклон не менее 50 ‰

Особенно важно соблюдать требования по однородности грунтов. При насыпях высотой до 2 м, симметрично уширяемых, можно применять любые грунты, поскольку крутизна заложения откосов положе 1:3. При высоте свыше 2 м, а на дорогах I категории 3 м пригодны только песчаные грунты. На сухих участках (I тип увлажнения) возможно использование и супесчаных, но не пылеватых грунтов с одновременным укреплением откосов.

При глинистых грунтах, особенно пучинистых, верхнюю часть насыпей на высоту, равную половине глубины промерзания, но не менее чем на 0,6-0,7 м от низа дорожной одежды, отсыпают из песчаных грунтов либо грунт обрабатывают малыми дозами минеральных вяжущих материалов (до 3 % по массе) на толщину 0,15 м.

Если местность относится ко 2-му, и особенно 3-му типу увлажнения, то в нижнюю часть полосы уширения рекомендуется укладывать песчаный грунт с коэффициентом фильтрации 1 м/сут и более и высотой капиллярного поднятия до 35 см. Тогда ограничивается поступление воды в рабочий слой, который может быть отсыпан и из связных грунтов.

На участках с необеспеченным поверхностным стоком, а также на участках 3-го типа увлажнения, на полосе уширения, нижнюю часть насыпи обязательно нужно отсыпать из грунтов с коэффициентом фильтрации 3 м/сут и более, высотой капиллярного поднятия до 25 см.

В связи с большими трудностями отвода земель в настоящее время не удается устраивать боковые резервы вдоль дорог. В большинстве случаев грунт для уширения берут из грунтовых карьеров, которые могут быть пригодны к применению не во всех слоях земляного полотна или требуют специальных мер для предохранения их от увлажнения. Поэтому особенно строго следует выполнять изложенные выше требования к расположению грунтов в слоях насыпи [4, 46, 78, 83]. При уширении насыпей из крупнообломочных грунтов необходимо применять заполнитель из глинистых грунтов, причем верхнюю часть толщиной не менее рабочего слоя рекомендуется возводить из обломков крупностью до 250 мм. Большего размера обломки используют для возведения нижней части насыпей, но их размер не должен превышать 2/3 толщины уплотняемого слоя. В крупнообломочных грунтах желательно, чтобы содержание глинистого заполнителя составляло около 30 % с влажностью, равной оптимальному значению. При соблюдении этих требований предупреждаются просадки. В крупнообломочных грунтах либо отходах промышленности влажность раздробленной мелкозернистой их части должна соответствовать тугопластичной консистенции (коэффициент консистенции должен составлять около 0,3 %).

Крупнообломочные грунты с пределом прочности на сжатие не менее 0,5 МПа уплотняют в два этапа: на первом этапе применяют кулачковые катки массой свыше 25 т, а на втором - катки вибрационные массой не менее 10-12 т с количеством проходов по одному следу 10-12.

Из-за ограниченной возможности отвода земель под грунтовые карьеры в некоторых случаях для уширения земляного полотна могут быть использованы различные отходы промышленности и прежде всего металлургические шлаки и золошлаковые отходы тепловых электростанций. Их применение требует особого внимания к однородности состава, технологии производства работ, уплотнению и контролю качества [78].

Уширение насыпей на величину, меньшую ширины необходимой для прохода землеройной или уплотняющей машины, всегда связано со значительным осложнением производства работ. В этом случае качественного земляного полотна уширения не удается достигнуть, поэтому полосу уширения увеличивают по сравнению с проектной для возможности нормальной работы землеройной техники. После окончания работ грунт можно срезать и использовать на соседних участках, если это оправдывается экономически.

Если высота насыпи менее 2 м, для повышения сцепления грунтов досыпаемого земляного полотна с существующим ограничиваются, как и при косогорах крутизной от 1:10 до 1:5, лишь разрыхлением грунта на откосах или нарезкой на них борозд глубиной 0,2-0,25 м. При более высоких насыпях и при косогорах крутизной до 1:3 на откосах нарезают уступы высотой до 0,5 м, придавая им уклон 50 ‰. При насыпях из песчаных грунтов уступам придают уклон в сторону оси дороги.

При глинистых грунтах уступы нарезают с уклоном, обращенным к полевой части дороги. Вначале нарезают нижний уступ, затем расположенный выше, рыхлый грунт перемещают на готовый нижний уступ, распределяя его равномерным слоем и завершая уплотнение до отсыпки следующего слоя.

Земляное полотно уширяют только по окончании послойной засыпки водоотводных устройств с равномерным уплотнением до коэффициента уплотнения К_о > 1, фиксируемого актом на скрытые работы. Если высота насыпи менее 2 м, предварительно бульдозером с навесным рыхлителем разрыхляют грунт на откосах до глубины 0,2-0,25 м. Поскольку на старых дорогах заложение откосов обычно составляет 1:1,5, грунт, подвозимый скреперами, землевозными тележками или автомобилями-самосвалами, разгружают у подошвы откосов и разравнивают бульдозером, придавая слоям поперечный уклон в полевую сторону не менее 50 ‰ (при связных грунтах) и 20-30 ‰ (при песчаных грунтах). Для уширения насыпей следует принимать грунты, имеющие коэффициент фильтрации больший, чем грунт земляного полотна.

При симметричном уширении насыпей высотой до 2 м и одновременном уполаживании их откосов до 1:3-1:4 ширина досыпаемой полки-полосы бывает не менее 3 м, что позволяет разравнивать грунт бульдозером и уплотнять челночным движением. Толщину уплотняемого слоя принимают из расчета, чтобы достигаемая относительная плотность грунта была не менее плотности грунта реконструируемой насыпи и не ниже К_о = 1.

При уширении насыпей с засыпкой боковых канав должна быть достигнута степень уплотнения грунта не меньшая, чем у существующего земляного полотна. Нужно стремиться к достижению коэффициента уплотнения грунта досыпаемой насыпи К_о = 1,03-1,05. Только при этом условии предупреждается образование просадок в местах уширения насыпей или засыпки водоотводных устройств. Чем выше степень плотности грунтов, тем более однородно земляное полотно. С повышением плотности грунтов снижается коэффициент вариации. Затраты же энергии на уплотнение, связанные с повышением коэффициента К_о до указанного выше значения, увеличиваются в 1,6-1,8 раза, что в денежном выражении менее 10 % стоимости уширяемого полотна. Дополнительные расходы, вызванные повышением степени уплотнения, окупаются снижением стоимости содержания автомобильных дорог в первые же 2 года и максимум 3 года.

Одной из важнейших технологических операций является уплотнение грунтов на уступах. При уширении высоких насыпей грунты рекомендуется уплотнять самоходными виброударными грунтоуплотняющими машинами с выносным рабочим органом [3, 43, 78]. При отсутствии вибромолота грунт уширяемой части насыпи уплотняют сменным оборудованием, предназначенным для уплотнения грунтов в стесненных условиях.

Толщина слоя, уплотняемого гидропневмоударными рабочими органами, достигает 0,7-0,8 м при частоте ударов 80-110 в минуту и относительном коэффициенте уплотнения грунта в зависимости от его свойств и естественной влажности К_о = 1. Преимущество навесного оборудования заключается еще и в том, что им можно уплотнять различные по свойствам грунты, в том числе и крупнообломочные.

При отсутствии навесного оборудования уплотнение ведут челночным движением катка. По соображениям техники безопасности гусеницы трактора или колеса тягача не должны проходить ближе 0,7 м от края уплотняемого слоя.

Если при выполнении работ по уширению не удается реализовать изложенные выше положения по подбору грунта, технологии, конструктивным решениям и т.д., может иметь место снижение надежности конструкции в части ее устойчивости и прочности. В этих условиях целесообразно использовать дополнительные мероприятия, в частности уположение откосов, устройство дренажа, устройство прослоек из геосинтетических материалов. Эти решения необходимо применять и при выполнении работ по уширению в сложных условиях (уширение насыпей на слабых основаниях, в стесненных условиях с устройством откосов повышенной крутизны и т.д.).

Для повышения прочности и устойчивости присыпной части насыпи при уширении целесообразно использовать прослойки из геосинтетических материалов. Возможность применения геосинтетических материалов при уширении насыпей определяется их свойствами и соответствием задачам, возникающим при выполнении этих работ.

Решения с применением геосинтетики при уширении земляного полотна наиболее эффективны в сложных условиях производства работ на слабых основаниях (болота, переувлажненные минеральные грунты), в стесненных условиях, когда традиционные решения не приносят требуемого эффекта с точки зрения прочности конструкции (рис. 12.9).

Рис. 12.9. Конструктивные решения по уширению земляного полотна с применением геосинтетических материалов (ГМ):

а, б - соответственно уширение насыпи на слабом основании и в стесненных условиях; ∆В - величина уширения земляного полотна; ∆В_п.ч. - величина уширения проезжей части; b_ф - ширина обочины существующей дороги; b_п - ширина проектируемой обочины; 1, 2 - существующая насыпь и дорожная одежда; 3 - уширение дорожной одежды; 4 - уширение насыпи; 5 - положение откоса существующей насыпи; 6 - уступ; 7 - прослойки ГМ; 8 - полуобойма; 9 - слабое основание

Устройство прослоек из геосинтетических материалов выполняют по подготовленному (выровненному и уплотненному) грунтовому основанию. Рулоны геосинтетических материалов и анкеры (скобы) для их крепления к грунту транспортируют к месту производства работ и равномерно разгружают вдоль насыпи по длине захватки. Количество рулонов определяется суммарной длиной полотен прослойки с учетом взаимного перекрытия их краевых участков.

При уширении насыпи на слабом основании целесообразно использовать прослойки из нетканых геосинтетических материалов в качестве комплексных мероприятий (защитно-армирующих, дренирующих, технологических), влияющих прямо (повышение устойчивости за счет армирования основания уширения) и косвенно (улучшение условий отсыпки грунта уширения) на прочность уширения земляного полотна. В этом случае укладывают несколько прослоек по высоте уширения, заводя их на устраиваемый уступ, ширина полки которого не должна быть меньше, как правило, 1,0 м, чем обеспечивается надлежащая заделка геосинтетического материала. Пересекая предполагаемую поверхность скольжения, прослойки воспринимают часть сдвигающих усилий.

Расположение прослоек по высоте уширения назначают с учетом следующих положений:

в нижней части уширения, наиболее нагруженной и непосредственно контактирующей со слабым основанием, целесообразно размещать не менее двух прослоек: на песчаном, выравнивающем слабое основание слое толщиной 0,2-0,3 м и на высоте 0,8-1,0 м от него;

в верхней части рабочего слоя, где предъявляются повышенные требования к уплотнению грунтов, целесообразно размещать хотя бы одну прослойку непосредственно по подошве верхнего из уплотняемых грунтовых слоев уширения.

Остальные прослойки распределяют равномерно по высоте насыпи уширения. Для обеспечения равнопрочности конструкции полотна геосинтетические материалы укладывают только путем раскатки рулонов в направлении, поперечном оси насыпи.

При устройстве уширения в стесненных условиях с откосами крутизной, превышающей наибольшую допустимую по нормам, может быть применено решение (рис. 12.9, б), когда грунт уширения заключают в обоймы из геосинтетического материала. Здесь предпочтительно применение более жестких материалов. При большой крутизне откосов обеспечение местной устойчивости возможно с помощью защитной прослойки из геосинтетических материалов. Наилучшим вариантом решения с точки зрения применяемых материалов является применение жестких армирующих сеток для создания обойм и нетканых иглопробивных материалов на поверхности откоса в качестве защитных прослоек.

Создание конструкций «грунт в обойме» приводит к повышению общей устойчивости откоса уширения за счет пересечения предполагаемой поверхности скольжения работающими на растяжение прослойками и восприятия ими бокового давления грунта, а также обеспечивает и местную устойчивость. На этой основе создается возможность увеличения заложения откосов до 1:0,75 и уменьшения полосы отвода при обеспечении прочности конструкции.

Уширение выемок. Уширение выемок на практике производится значительно реже, чем насыпей, и по несколько иной технологии. Уширение выемок может потребоваться при повышении категории существующей дороги для доведения ее параметров до нормативов новой категории дороги. Кроме того, уширение выемки может потребоваться по условиям обеспечения снегозаносимости. Эта задача может быть решена путем уположения откосов выемки.

Крутизну откоса выемки по условиям снегозаносимости определяют исходя из объема снега, который должен быть размещен на откосе. Если снегоемкость откоса выемки больше, чем объем приносимого и выпадающего снега, выемка незаносима. В противном случае выемка будет заноситься снегом. В этом случае для размещения снега можно устроить аккумуляционные полки, которые представляют собой уширение выемки по дну с соответствующим перемещением откосов на всю высоту выемки. Величина уширения рассчитывается исходя из объема снегоприноса, но должна быть не менее 4 м. Аккумуляционные полки могут быть односторонними и двухсторонними в зависимости от объема снегоприноса с каждой стороны [4].

Выемки глубиной до 2 м уширяют, как правило, бульдозером. После снятия растительного слоя, также как и при уширении насыпи, выполняют работы по засыпке боковых кюветов с послойным уплотнением грунта. Затем разрабатывают откосы выемки на заданную ширину с перемещением грунта в насыпь или в отвал или с погрузкой его в самосвалы и транспортировкой на место отсыпки. После этого бульдозером или планировщиком выполняют планировку откосов, нарезают водоотводные лотки автогрейдером или канавокопателем, а затем при необходимости укрепляют откосы.

В выемках глубже 6 м после предварительной засыпки и уплотнения грунта в боковых канавах экскаваторы с обратной лопатой располагают у верхней их бровки. Вначале грунт снимают с верхней части откосов и грузят в автомобили-самосвалы. Затем разрабатывают откосы в нижней части, устанавливая экскаваторы на обочинах уширяемого земляного полотна.

В последнее время вместо боковых канав в выемках глубиной свыше 1-2 м рекомендуется устраивать укрепленные лотки треугольного или округлого сечения, предназначенные только для отвода поверхностной воды (рис. 12.10).

Рис. 12.10. Возможные схемы симметричного уширения выемок с отводом поверхностной воды:

а - кюветом трапецеидального сечения; б - лотком треугольного сечения; 1 - тщательно уплотненный насыпной грунт; 2 - срезанный грунт

Преимущества лотков по сравнению с глубокими кюветами или водоотводными канавами в выемках заключаются прежде всего в повышении безопасности движения. Менее размываются их откосы. В них практически не застаивается поверхностная вода, и потому они не зарастают болотной растительностью, но зарастают травой и их не нужно укреплять. Их легче прочищать механизированным способом.

Существующее мнение, что глубокие кюветы и водоотводные канавы способствуют осушению земляного полотна, не вполне обоснованно. При глубоких кюветах, заполненных снегом, скорость оттаивания грунта на обочинах обычно в 5-6 раз меньше, чем под дорожной одеждой [78]. Значит, глубокие кюветы и водоотводные канавы не в состоянии осушить в период оттаивания земляное полотно. В районах же с равнинным характером местности чаще всего глубокие кюветы и водоотводные канавы на десятках километров заполнены водой.

Практика показала, что в канавах, особенно глубоких и тем более заросших влаголюбивым кустарником, круглый год стоит поверхностная вода. Таким образом, вместо пользы глубокие кюветы и водоотводные канавы ухудшают водно-тепловой режим земляного полотна во время его оттаивания.

Перестраивая земляное полотно, особое внимание следует уделять системе водоотвода: восстановлению или устройству новых боковых канав, в том числе и отводящих воду в сторону от полотна, в пониженные места или к водопропускным сооружениям, дренажей для перехвата, сбора, отвода и понижения уровня грунтовых вод, водоотводных лотков и водобойных колодцев и т.д.