Сооружение земляного полотна на болотах

СООРУЖЕНИЕ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА НА БОЛОТАХ

 

 

1.Типы болот, конструкции насыпей, сроки консолидации

 

Болота образуются и  развиваются на избыточно увлажненных  участках земной поверхности. По происхождению  болота разделяют на два вида: сплавинные, образовавшиеся при зарастании водоемов и рек; торфяные,

появившиеся вследствие заболачивания суши. По условиям расположения и питания водой различают болота: низинные - грунтового, озерного или речного питания; переходные - смешанного питания; верховые - атмосферного питания.

В строительной практике пользуются классификацией (табл. 1), принципы которой разработаны Н. П. Кузнецовой (1936 г.), а позже несколько дополнены К. С. Ордуянцем (1946 г.) и В. Д. Казарновским (1976 г.). Эта классификация основана на характеристике строения болотной толщи.

Для строительных целей  необходима характеристика грунтов, слагающих болотную толщу, поэтому в дополнение к инженерной классификации болот их делят по прочностным показателям на три строительных типа: I тип -грунты, выдавливание которых из-под насыпи невозможно; II тип — грунты, выдавливание которых возможно; III тип — грунты, выдавливание которых происходит обязательно.

Изучение механических характеристик болотных грунтов  показывает, что они зависят от состава и состояния грунтов, поэтому тип болотного грунта устанавливают по таким показателям, как влажность и зольность (табл. 2).

Конструкции земляного  полотна на болотах (табл. 3) принимают с учетом типа болот, свойств болотных грунтов, капитальности дорожных сооружений и экономических факторов. При выборе конструкции, как правило, для каждого болота рассматривают несколько возможных вариантов.

 

Таблица 1

Тип болота	Характеристика болота
Iа	Болота, заполненные торфом, перекрытым сверху слоем минерального грунта (аллювий)
Iб	Болота, сплошь заполненные  торфом
IIа	Болота, включающие слой торфа, подстилаемый слоем сапропеля, мергеля или ила, и перекрытый слоем минерального грунта
IIб	Болота, рключающие слой торфа, подстилаемый слой сапропеля, мергеля  или ила
III	Болота с торфяным слоем, плавающим на поверхности воды (сплавинное болото)

 

 

 

Таблица 2

 

Разновидность торфяного  грунта (по природной влажности, %)	Вид торфяного грунта
	Волокнистый, зольность >75%	Слабоволокнистый, зольность 75—60%	Неволокнистый, зольность <60%
	Тип торфяного грунта
Осушенный (W<300)	I	I	I
Маловлажный (W=300…600)	I	I-II*	I-II**
Средней влажности (W=600…900)	I	II	II
Очень влажный (W=900…1200)	I	II	II
Избыточно влажный (W>1200)	I-II	II	III

 

* К 1 типу относить грунты при W<500%

** К 1 типу относить торф средней зольности при W<400%

 

 

Таблица 3

 

Тип болота	Глубина болота	Дорожное  покрытие	Рекомендуемые конструкции земляного полотна
I	До 4 м	Усовершенствованное	Насыпь с  полным выторфовыванием или продольными  прорезями
II	Более 4 м	То же	Насыпь с вертикальными дренами
I и II	До 4 м	Низшее или  переходное	Насыпь с  частичным выторфовыванием или  без выторфовывания
II	-	Усовершенствованное	Насьпь с  погружением на минеральное дно; насыпь опирается на железобетонные сваи   или   оболочки, взвешенные в болотной массе; дорога проходит по эстакаде
III	-	Любое	Насыпь, опирающаяся  на минеральное дно; дорога проходит по эстакаде

 

 

 

 

 

 

При строительстве дорог с усовершенствованными капитальными или облегченными типами покрытий применяют конструкции, при которых исключается осадка земляного полотна после устройства дорожной одежды. На болотах I типа небольшой глубины устраивают  насыпи, опирающиеся на минеральное дно (рис.1,а) или с продольными дренами (рис.1,б)  на болотах с вертикальными дренами (рис.1,в). При строительства дорог а переходными и низшими типами покрытий на болотах I и II типов глубиной до 4 м возводят насыпи с частичным выторфовыванием (рис.1, г) или без выторфовывания (рис. 1,д). На болотах Ш типа дороги с любым типом покрытия устраивают в насыпи, опирающейся на минеральное дно болота (рис. 1, е). Такую конструкцию применяют на болотах II типа при сооружении дорог с усовершенствованными покрытиями. Кроме приведенных конструкций, иногда земляное полотно устраивают опирающимся на сваи, железобетонные оболочки, взвешенные в болотной массе, или дорогу прокладывают на эстакаде.

Наиболее простым и  экономичным решением является возведение земляного полотна непосредственно на поверхности болота. Возможность осуществления таких конструкций рассматривают в первую очередь.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Следует заметить, что  почти все дороги, построенные  в дореволюционное время на переходах через болота, имели в основании насыпи деревянный настил (слани). Многие из этих дорог эксплуатируются до настоящего времени. Устойчивость такой конструкции определяют горизонтальные элементы, которые воспринимают растягивающие напряжения. Элементы сланей служат арматурой грунтовой конструкции. В настоящее время в качестве такой арматуры применяют стержня и полосы из металла или пластмасс, покрытие из синтетической ткани (стеклоткань). Арматуру укладывают в нижнюю часть насыпи на предварительно отсыпанный рабочий слой толщиной 15—20 см. Стержни укладывают в виде решетки. Поперечная арматура является рабочей, продольная служит для распределения усилия и анкеровки. Уложенную арматуру или ткань засыпают слоем грунта, который выравнивают и уплотняют, после чего насыпь возводят обычным способом. При выборе конструкции земляного полотна на болоте учитывают расходы на строительство и последующую эксплуатацию дороги. Существенное значение имеет время консолидации земляного полотна, особенно при необходимости устройства капитальной дорожной одежды.

Примеры строительной стоимости  различных конструкций приведены на рис. 2, эксплуатационных затрат и продолжительности консолидации — в табл. 4.

 

Таблица 4

 

Вариант конструкции	Затраты на 1 км. тыс.руб.	Коэффициент удорожания	Продолжительность консолидации, мес., при глубине болота
			2 м	4 м	6 м
Земляное полотно  на минеральном грунте	1,12	1	12	24	36
Массивная насыпь на торфе	1,9	1,7	12	24	36
Облегченная насыпь	-	2-2,5	2	3	3
Насыпь с  выторфовыванием	1,5	1,4	6	12	18
Насыпь с  дренажными прорезями	1,8	1,6	6	12	18

 

 

 

 

Сравнение вариантов  конструкции земляного полотна  на болоте производят по разности показателей в приведенном виде

 

где С₁ и С₂ — сметные стоимости соответственно первого и второго вариантов; Э_1год и Э_2год—среднегодовые эксплуатационные затраты для первого и второго вариантов; Е_н — нормативный коэффициент эффективности (применяется в настоящее время равным 0,12); Т₁ и Т₂ —длительность строительства по первому и второму вариантам; Нр — условно-постоянные накладные расходы по первому варианту; Пр —среднегодовая прибыль в транспортной отрасли за счет ввода в действие; S₁ и S₂ — величина ущерба от аварийного выхода объекта из строя для первого и второго вариантов; g₁ и g₂ — вероятность аварийных разрушений для первого и второго вариантов за срок службы конструкций; К₁ и К₂ — средний размер основных производственных фондов и оборотных средств для первого и второго вариантов.

Расчет производят на весь нормативный срок работы дороги на всю протяженность перехода через  болото.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Возведение насыпей с полным или частичным выторфовыванием

 

Удаление торфа —  выторфовывание — производят с помощью машин, взрывным способом или применяют гидромеханизацию.

Выторфовывание возможно только на болотах I и II типов. До начала основных работ на болотах, так же как и на других участках, выполняют подготовительные работы, которые состоят из расчистки дорожной полосы от леса, осушительных работ и устройства подъездов для движения транспортных средств.

Несущая способность  болотных грунтов очень низкая (14—18 кПа), поэтому для таких условий применяют машины специальной болотной модификации, давление которых на грунт составляет около 25 кПа, что также часто превышает допустимую нагрузку. Для улучшения условий работы проводят осушение болот путем устройства канав. Несущая способность осушенных болот приблизительно равна 30 кПа, что уже достаточно для прохода специальных машин, однако при длительной работе машин с одной стоянки такая прочность болотного грунта все же мала.

  Подготовительные работы часто выполняют в зимний период, когда при достаточной глубине промерзания можно применять обычные машины. При устройстве подъездных дорог на участках слабых грунтов применяют деревянные колейные покрытия или покрытия из элементов сборного железобетонов.

Выторфовывание  машинами. Для удаления торфа применяют бульдозеры или экскаваторы. При неглубоких осушенных болотах (до 2 м) или при естественном невысоком уровне воды над минеральным дном выторфовывание производят бульдозером путем послойной разработки торфа перпендикулярно оси дороги. Отвалы торфа располагаются по краям выработки. На мелких болотах выторфовывание производят на полную глубину. Отсыпку насыпи на подготовленном участке производят при послойной укладке и уплотнении грунта. Для отсыпки нижней части насыпей на болотах допускают только дренирующие грунты: песчаные крупные или средней крупности, крупнообломочные или скальные, а также супеси легкие крупные с содержанием глинистых частиц не более 6%. Толщина дренирующего слоя должна быть на 0,5 м больше суммы глубины выторфовывания и осадки основания S. Выторфовывание бульдозером экономичнее, чем экскаватором, и его применяют всегда при наличии необходимых условий.

Выторфовывание экскаватором производят с оборудованием драглайна, при этом возможны два способа разработки торфа; экскаватор перемещается непосредственно по поверхности болота или по переносным щитам и производит работу «на себя» (рис. 3, а); экскаватор перемещается по отсыпаемой насыпи и работает «от себя» (рис. 3, б).

Второй способ применяют обычно на болотах II типа, когда несущая способность болотных грунтов недостаточна для безопасной работы машин.

 

 

Вынутый торф складывают в отвалы или вывозят. Отвалы размещают от края траншеи на расстоянии, равном или большем глубины болота.

Одновременно с разработкой  траншеи для насыпи тем же экскаватором устраивают и боковые канавы.

Траншею, образующуюся при выторфовывании, необходимо быстро заполнять грунтом насыпи, так как откосы ее сравнительно скоро оплывают и пустая траншея заполняется водой или жидкой болотной массой, (особенно при болотах II типа). Минеральный грунт насыпи вытесняет воду и жидкую болотную массу, но часть торфа

 

 

может оказаться засыпанной грунтом насыпи и это вызовет  в дальнейшем ее деформацию. С целью  уменьшения вероятности такого случая глубину выторфовывания принимают  больше мощности торфа на 15-20 см.

Отсыпку насыпи вначале ведут по способу «с головы» до уровня поверхности  болота или на 15—20 см выше, дальнейшую досыпку до проектной высоты производят по способу «послойной отсыпки».

Для уплотнения нижней части  насыпи применяют метод временной  пригруэки, механическое уплотнение трамбующими плитами и глубинное виброуплотнение. Грунт верхней части насыпи уплотняют обычным послойным способом катками   или трамбующими машинами. Схемы организации работ при выторфовывании экскаваторами показаны на рис. 3.

При выторфовывании экскаватором с поверхности болота работы выполняют  на четырех-пяти захватках. На I захватке экскаватор драглайн производит выторфовывание. Экскаватор устанавливают на деревянный щит из круглого леса диаметром 10—18 см. Выторфовывание производят на всю ширину насыпи или на половине ширины в зависимости от параметров применяемого экскаватора и размера насыпи по ширине. Торф выгружают в отвал, расположенный сбоку. По мере продвижения экскаватора вдоль трассы он переходит на второй щит, а первый переставляют вперед.

На II захватке засыпают траншею выторфовывания и отсыпают насыпь на высоту 0,5—0,6 м над поверхностью болота, Грунт доставляют на автомобилях, тракторных прицепах или скреперами. Выгруженный грунт перемещают бульдозером в траншею заполняют траншею грунтом своевременно, чтобы недопустить обрушения ее откосов и заполнения торфяной массой.

Уплотнение нижней части  насыпи на III захватке производят редко, чаще эту захватку выделяют как некоторый задел, обеспечивающий фронт работ для последующей послойной досыпки насыпи, до проектной отметки. В связи с тем, что насыпи на болотах отсыпают из песчаных грунтов, а снизу насыпь увлажняется, происходит естественное уплотнение грунта. Поэтому нижнюю часть насыпи очень редко уплотняют машинами, обычно в тех случаях, когда необходимо устраивать дорожные одежды непосредственно за земляными работами.