Технико-экономическое обоснование и технология производства работ

Одним из основных вопросов организации строительства земляного полотна является выбор наиболее эффективных способов производства работ, обеспечивающих возведение полотна в заданные сроки, требуемое качество работ, максимальную производительность труда и минимальную себестоимость.

Вследствие влияния большого числа факторов чаще всего разрабатывают несколько вариантов производства работ. При сравнении вариантов в качестве основных технико-экономических показателей принимают себестоимость единицы продукции, выработку на одного рабочего в смену и использование машин в течение смены.

Технологическая последовательность возведения земляного полотна в районе вечной мерзлоты зависит, прежде всего, от принципа проложения трассы и принятой конструкции земляного полотна. Так, технологическая последовательность возведения земляного полотна по первому принципу значительно отличается от последовательности работ, выполняемых по третьему принципу. Например, последовательность сооружения земляного полотна на косогоре с сохранением вечной мерзлоты (рис. 4.4.3) может быть следующей:

а) восстановление и закрепление трассы;

б) расчистка дорожной полосы в зимний период от снега, леса, кустарника;

в) разбивка земляных сооружений;

г) устройство нагорного валика для отвода поверхностных вод;

д) устройство подъездных путей;

е) послойная отсыпка земляного полотна из привозного грунта;

ж) послойное разравнивание и уплотнение грунта;

з) профилирование земляного полотна;

и) укрепление откоса насыпи с верховой стороны глинистым грунтом с последующим мощением камнем;

к) устройство дренирующей присыпки с низовой стороны;

л) укладка теплоизоляционного слоя из мха или торфа на откосе насыпи с низовой стороны косогора;

м) укладка глинистого грунта поверх теплоизоляционного слоя;

н) рекультивация земель в грунтовых карьерах.

Одновременно с проектированием технологической последовательности производят уточнение объемов работ на отдельных операциях.

При строительстве земляного полотна в районе вечной мерзлоты затраты на эксплуатацию дорожно-строительных машин составляют 40...60 %. В связи с этим большое значение приобретает задача подбора дорожно-строительных машин, максимально приспособленных к условиям строительства. Специфика условий производства работ определяет критерии подбора машин.

Выбор рациональных типов машин для возведения земляного полотна автомобильных дорог зависит от следующих факторов:

а) технической возможности применения тех или иных машин в данных условиях рельефа;

б) конструкции земляного полотна, расположения резервов грунта, его физико-механических свойств;

в) организационных условий производства работ, главными из которых являются сроки начала и окончания возведения земляного полотна;

г) условий полной загрузки выбранных машин в течение всего периода выполнения работ.

При составлении вариантов производства работ необходимо стремиться к комплексной механизации и полному использованию в течение смены всех дорожных машин в отряде.

Для предварительных соображений по рациональному подбору машин при разработке различных групп грунтов можно руководствоваться рекомендациями табл. 4.4.5

Таблица 4.4.5

Выбор средств механизации для выполнения основных земляных работ

Учитывая, что рациональные области применения дорожных машин ограничены, а условия выполнения земляных работ непрерывно меняются, в состав отрядов необходимо включать несколько типов машин для выполнения основных земляных работ. В этом случае каждая землеройная машина может быть использована наиболее эффективно. Например, если земляное полотно возводят по третьему принципу бульдозером в условиях значительного колебания рабочих отметок, то одновременно с бульдозером следует применять скреперы для продольного перемещения грунта. В глубоких выемках также выгодно применять комплексный способ разработки, при котором участки выемок, прилегающие к насыпи, разрабатывают бульдозерами, а остальную часть, в зависимости от группы грунта и дальности перемещения, скреперами или экскаваторами с транспортными средствами.

При комплектовании отрядов следует увязать между собой выработку всех машин.

Основные машины могут быть использованы для выполнения вспомогательных работ. В этом случае потребность в них определяется комплексным расчетом из условия выполнения ими вспомогательных операций с учетом использования дополнительного навесного рабочего оборудования.

Технологические карты устройства земляного полотна представляют собой дальнейшую детализацию проекта организации работ. Их составляют на отдельные участки земляного полотна, имеющие свои особенности в организации работ. При расстановке машин по захваткам необходимо полнее загружать работой каждую машину. При неполной загрузке какой-либо машины на отдельной захватке она должна быть использована на другой.

Исходными данными для разработки технологической карты являются:

а) длина захватки b, равна или кратна скорости потока V;

б) темп потока при выполнении подготовительных работ (расчистка полосы, проведение мероприятий по осушению переувлажненных грунтов, устройство землевозных путей и временных дорог, заготовка мохоторфа для устройства теплоизоляционных слоев и присыпок и т.д.);

в) темп потока основных работ (послойная отсыпка, уплотнение насыпи и т.д.);

г) темп потока отделочных работ (профилирование земполотна, теплоизоляция откосов, рекультивация земель и т.д.);

д) средние дальности перемещения грунта при снятии мохорастительного слоя, сооружении земляного полотна и рекультивации земель, занятых резервами и грунтовыми карьерами.

На участках, где земляное полотно запроектировано по первому принципу, подготовительные работы выполняют с соблюдением следующих правил. Расчистку дорожной полосы от леса, кустарника производят только в зимний период, чтобы исключить возможность нарушения мохорастительного покрова транспортными средствами и гусеницами тракторов. Просеку делают равной ширине насыпи по низу. Не разрешается корчевка пней на просеке и нарушение мохорастительного покрова на расстоянии ближе 100 м в обе стороны от границы дорожной полосы. На маревых и других обводненных участках во избежание просадки насыпи за счет протаивания льда производят очистку основания. На месте удаленного льда укладывают cлань из малоценного леса и кустарника.

В тех случаях, когда земляное полотно строят по второму принципу, расчистку полосы от леса производят в зимний период. Мохорастительный покров с площади резервов удаляют весной сразу после его протаивания (рис. 4.4.11).

Рис. 4.4.11. Схема удаления мохорастительного покрова с поверхности резервов при сохранении его в основании насыпи:
I - насыпь, II - промежуточные валы мохорастительного покрова после продольного прохода бульдозера; III - мохорастительный покров, уложенный в валы по обе стороны резервов; IV - грунт резервов; 1...3 - последовательность работы бульдозеров

На участках, где земляное полотно запроектировано по третьему принципу, подготовительные работы можно выполнять круглогодично, а мохорастительный покров удаляют весной по мере его оттаивания.

При наличии переувлажненных грунтов на участках, запроектированных по второму и третьему принципам, проводят комплекс мероприятий по их заблаговременному осушению. Наименее трудоемким и экономически целесообразным является способ рационального (естественного) осушения грунтов.

В качестве дополнительных мероприятий, ускоряющих естественный процесс осушения грунтов, являются:

а) устройство водоотводных канав;

б) снятие мохорастительного слоя;

в) удаление снега с полосы резервов в весенний период;

г) рыхление грунта перед разработкой;

д) послойная разработка грунта в резервах по мере их просыхания.

Мохоторф для теплоизоляционных прослоек заготавливают весной, разрабатывая его сразу после протаивания и перемещения в валы для просушивания в течение всего лета.

Несцементированные обломочные грунты применяют в основном для возведения земляного полотна, запроектированного по первому принципу. При втором и третьем принципах проектирования несцементированные обломочные грунты применяют лишь в случаях, когда они являются местными.

Земляное полотно, запроектированное по первому принципу, возводят в зимний период с соблюдением следующих правил:

а) работы начинают после промерзания грунта основания на глубину не менее 30 см;

б) нижние слои насыпи на высоту до 0, 5 м отсыпают по способу «от себя», а последующие - «на себя»;

в) временные дороги устраивают за пределами дорожной полосы на расстоянии не менее 100 м.

Соблюдение этих правил обеспечивает полное сохранение грунтов в мерзлом состоянии. Земляное полотно отсыпают в одну или две стадии. На первой стадии строительства (в зимний период) отсыпают нижние слои насыпи толщиной более 1, 2 м. На второй стадии (в летний период) отсыпают верхние слои насыпи.

Глинистые грунты применяют при сооружении земляного полотна, запроектированного по второму и третьему принципам. Для разработки и перемещения грунтов в насыпь применяют бульдозеры, скреперы, экскаваторы с транспортными средствами (табл. 4.4.5).

Переувлажненные грунты в резервах разрабатывают бульдозерами повышенной проходимости после протаивания слоя на глубину 20...25 см. Порядок укладки грунта в насыпь устанавливают в зависимости от дальности его перемещения и поперечного уклона местности.

Для уменьшения потери грунта отвал бульдозера оборудуют открылками, которые позволяют значительно увеличить объем грунта, перемещаемого перед отвалом за один цикл, а это дает возможность примерно в 1, 5 раза повысить производительность бульдозера. Применение козырьков исключает возможность пересыпания грунта через верх отвала. К недостаткам бульдозеров, отвалы которых оборудованы открылками и другими уширителями, относят уменьшение их маневренности и увеличение сопротивления грунтов резанию.

Длину фронта работ L при двусторонних резервах определяют по формуле

(4.4.6)

где П - производительность бульдозера, м³/сутки;

В_p - ширина резерва, м;

h_г - толщина слоя талого грунта для бульдозера 0, 20...0, 25 м;

V_г - скорость протаивания грунта в резерве слоя 20...25 см/сутки.

При возведении насыпи из глинистых грунтов соблюдают следующие требования:

а) разработку резервов начинают с низовой стороны для обеспечения стока дождевых вод;

б) после перемещения грунта в насыпь производят его разравнивание с приданием поверхности уклона 30...50‰ от оси к бровкам;

в) дно и откосы резерва планируют, а валы мохорастительного покрова разравнивают сразу после окончания земляных работ.

Насыпи из местных глинистых грунтов возводят по типовым технологическим схемам с учетом особенностей, обусловленных местными условиями.

Выемки в глинистых грунтах разрабатывают после проведения мероприятий по осушению. Грунт в выемке разрабатывают в талом или мерзлом состоянии. Разработку выемок в глинистых грунтах бульдозерами, скреперами ведут по мере оттаивания грунта на глубину 20...25 см. Выемки разрабатывают с низовой стороны для стока дождевых вод.

Глава 5.
Планировочные и укрепительные работы

Планировка земляного полотна

Планировку земляного полотна производят для придания полотну правильной формы, отвечающей техническим и эстетическим требованиям, улучшению водоотвода и для обеспечения устойчивости.

Планировочные работы ведут вслед за основными работами по возведению насыпей или разработке выемок. Чтобы при планировке приходилось только срезать лишний грунт, а не присыпать недостающий, рекомендуется отсыпать насыпи с запасом грунта на откосах 5...10 см, а откосы выемок устраивать с недобором 10...15 см. Присыпка недостающего грунта нежелательна, так как его трудно уплотнить до требуемой плотности и обеспечить устойчивое объединение свежеприсыпанного грунта с уложенным и уплотненным ранее или с естественным грунтом откоса выемки. В тех случаях, когда намечено распределение по откосу растительного грунта для посева трав, запаса на планировку не делают.

Основными машинами для планировочных работ служат автогрейдеры с дополнительным навесным оборудованием: удлинителями и уширителями отвала и специальными откосниками, прикрепляемыми к отвалу с помощью болтов. Автогрейдерами планируют верхнюю часть земляного полотна, откосы насыпей высотой до 2, 0 м и выемок глубиной до 2, 0 м. Пологие откосы насыпей с заложением 1: 3 и более планируют автогрейдером при непосредственном движении по ним (рис. 5.1.1).

Рис. 5.1.1. Схема планировки земляного полотна автогрейдером:
а - планировка поверхности земляного полотна; б - планировка откосов крутизной 1: 3

Планировочные работы выполняют в следующей последовательности: вначале планируют поверхность земляного полотна и откосы, затем внешние откосы резервов, а в последнюю очередь - дно резервов, на котором разравнивают грунт, срезанный при планировке откосов. Планировку земляного полотна и откосов следует производить автогрейдерами, оборудованными системой автоматического управления отвалом, принцип работы которого основан на функционировании автоматической системы от датчиков, перемещающихся по специально установленной копирной струне, спланированной поверхности земляного полотна или работающим по лазерным направляющим.

Пологие откосы с заложением 1: 3 и более можно планировать бульдозером при движении непосредственно по откосу перпендикулярно оси дороги сверху вниз. Крутые откосы с заложением менее 1: 2 планируют автогрейдером или бульдозером, оборудованным удлинителем ножа с выносом его в сторону (рис. 5.1.2).

Рис. 5.1.2. Оборудование бульдозера и автогрейдера для планировки крутых откосов:
а - вынос ножа автогрейдера в сторону, б - удлинитель отвала бульдозера, 1 и 2 - секции удлинителя; a - угол, соответствующий уклону откоса

Откосы высоких насыпей и глубоких выемок планируют с помощью экскаваторов. При насыпях до 5...7 м целесообразно применять экскаватор - планировщик с телескопической стрелой (рис. 5.1.3), при большей высоте насыпей (до 14 м) - экскаватор с двухотвальным планировщиком (рис. 5.1.4) или драглайн с обычным ковшом. Планировку экскаваторами- планировщиками производят с верхней и нижней стоянок экскаватора, планировку экскаватором-драглайном - только с верхней стоянки.

Рис. 5.1.3. Планировка откосов экскаватором-планировщиком с телескопической стрелой:
а - планировка верхней части откоса; б - планировка нижней части откоса; А - первая зона планировки; В - вторая зона планировки

Рис. 5.1.4. Планировка откосов экскаватором с двухотвальным планировщиком:
а - планировка верхней части откоса; б - планировка нижней части откоса

При планировке откосов глубоких выемок срезаемый грунт должен быть вывезен за пределы выемки. При планировке резервов с разравниванием грунта, срезаемого с поверхности откосов, необходимо следить за тем, чтобы были точно выдержаны продольный и поперечный уклоны дна резерва и тем самым обеспечен водоотвод.

В процессе планировочных работ тщательно контролируют высотные отметки и крутизну откосов на всех пикетах, переломных и промежуточных точках, закрепленных при разбивке земляного полотна. Техническая характеристика экскаваторов-планировщиков приведена в табл. 5.1.1.

Таблица 5.1.1

Экскаваторы-планировщики