Производство земляных работ с применением гидромеханизации

7.9.1 Применение гидромеханизации эффективно при достаточно крупных концентрированных объемах земляных работ (не менее 50000 м³ на километр насыпи), удобно расположенных карьерах песчаных и супесчаных грунтов, привозможности использования промышленной электроэнергии для питания земле сосных и гидромониторных установок.

7.9.2 Работы по гидронамыву земляного полотна автомобильных дорог следует выполнять специализированной производственной организацией. Подготовительные работы по гидронамыву насыпи могут выполняться дорожно-строительной организацией. К таким работам относятся корчевка леса и другие

Интенсивность намыва грунта в насыпь должна обеспечить отдачу воды из грунта. В зависимости от вида намываемого грунта она должна быть в пределе значений, приведенных в таблице 7.7.

Таблица 7.7- Интенсивность намыва грунта в насыпь

7.9.3 Водоотводной колодец следует устраивать в центре «карты». Сечение колодца должно быть рассчитано на максимальный расход пульпы, подаваемой на «карту».

Для отвода воды из колодца устраивают штольню с уклоном дна не менее 5 % в низовую сторону; штольня и водоотводной колодец должны иметь стенки из водонепроницаемых материалов, а также не должны пропускать воду в места сопряжения.

Насыпи необходимо намывать с запасом на осадку, принимаемым в 1,5 % высоты насыпи при намыве из смешанных грунтов и в 0,75 % - при намыве из песчаных грунтов.

7.9.4 Для сокращения трудовых затрат на подготовительные работы, укладку пульпопроводов, обвалование, а также для уменьшения затрат лесоматериалов рекомендуется при намыве насыпай высотой более 2 м применять безэстакадный торцовый способ намыва {рисунок 7.10). Применение этой технологии намыва земляного полотна осуществимо при обязательном применении машин для выполнения всех вспомогательных работ и. прежде всего, для устройства обвалования и перекладки труб.

1 - рабочий пульпопровод; 2- крем грузоподъемностью 2.5 т (удельное давление на грунт 0,017 МПа); 3 - водосборные колодцы; 4 - переключатель 5 - последующие положения пульпопровода; 6 - положение пульпопровода при движении «вперед»; 7 - положение пульпопровода при движении «назад». Q - направление движения пупьпы

а- план, б-поперечной разрез

Рисунок 7.10 -Схема безэстакадного торцового метода намыва земляного полотна

Применение эстакадного или безэстакадного способов намыва грунта должно быть обосновано в проекте организации работ соответствующими технико-экономическими расчетами.

При намыве безэстакадным способом подходов к большим мостовым сооружениям необходимо предотвратить возможность растекания пульпы по затяжному уклону в местах примыкания к береговым устоям, для чего у берегового устоя следует создать различные задерживающие устройства (боковые и торцовые открылки-стенки, обвалование и т. п.).

7.9.5 Гидронамыв земляного полотна должен быть увязан с процессом строительства искусственного сооружения через водную преграду.

7.9.6 Если по местным условиям не представляется возможность разработать пионерную траншею или пионерный котлован с заполнением водой из водотока и последующим вводом в забой грунтового карьера земснаряда на плаву, то разработка карьера целесообразна с применением гидромониторов.

Если в месте перехода трассы через водную преграду берег песчаный и его необходимо срезать или устроить струенаправляющее обвалование, то для размыва берега следует также применять гидромониторы с перекачиванием пульпы из приемного зумпфа землесосными установками.

По своим размерам зумпф должен обеспечивать бесперебойную работу землесосной установки в течение 1-2 мин в случае перерыва поступления пульпы.

7.9.7 Для разработки выемок гидромониторами воду подают под напором.

При работе гидромониторов следует применять:

- прямое водоснабжение - в тех случаях, когда источник имеет дебит, равный или больше, чем расход воды гидромониторами;

- водоснабжение с повторным использованием - в тех случаях, когда воды требуется больше, чем может дать источник; отработавшая вода для возможности повторного использования должна быть осветлена в отстойном бассейне.

УПЛОТНЕНИЕ ГРУНТОВ

Общие положения

8.1.1 Уплотнение грунтов, из которых сооружается земляное полотно, является технологическим процессом, в результате которого достигаются расчетная прочность, устойчивость и стабильность дорожной конструкции.

Возведение насыпей без послойного уплотнения грунтов (катками, трамбовками и др.) допускается в особых случаях: на болотах (ниже поверхности болота), в водоемах (подводная часть); методом гидронамыва. В перечисленные случаях в проекте должно быть указано, каким методом вместо послойного уплотнения обеспечивается требуемая стабильность насыпного грунта.

8.1.2 Плотность грунта оценивается коэффициентом уплотнения (К _у).Вземляном полотне автомобильных дорог коэффициент уплотнения грунтов не должен быть ниже значений, приведенных в ТКП 45-3.03-19 (приложение Л).

Отсыпка грунта в насыпь производится, как правило, от краев к середине всю ширину полотна, включая откосные части. В целях уплотнения грунта в краевых частях, прилегающих к откосу, ширина отсыпаемого слоя может быть больше проектного очертания насыпи на 0,3-0,5 м с каждой стороны. Непосредственно перед началом работ по укреплению откоса излишний грунт снимают при планировке откосов и перемещают для досыпки обочин, устройства съездов, рекультивации дорожной полосы. Если после снятия излишнего грунта обнаружено недоуплотнение грунта на откосе, то производят дополнительное уплотнение в соответствии с 8.5.3-8.5.5. достаточность которого определяют повторными замерами.

Насыпь не уширяют при отсыпке из крупнообломочных и песчаных грунтов, не изменяющих существенно объема при уплотнении, а также при сооружении высоких насыпей или насыпей с откосами 1:2 и более пологих. Для этих случаев уплотнение откосов должно быть предусмотрено в качестве отдельной операции.

8.1.3 Каждый слой разравнивают с учетом продольного уклона поверхности насыпи. В поперечном сечении поверхность слоя планируется под односкатный или двускатный профиль с уклоном к бровке 20 %о для песчаных грунтов. 40 %о – для глинистых. Поверхность каждого слоя должна быть выровнена так, чтобы после уплотнения на ней не было углублений или возвышений более 50 мм и чтобы во время дождя не образовывались лужи. Ровность поверхности слоев проверяют визирками или нивелированием.

8.1.4 Каждый последующий проход уплотняющей машины по одному следу не следует делать до тех пор. пока вся ширина земляного полотна не будет перекрыта следами предыдущего прохода уплотняющей машины (на насыпях шириной более 20 м допускается продольное деление захваток). Особое внимание должно быть уделено уплотнению грунта на участках съездов и въездов на дорогу (на длине 15 - 20 м по обе стороны) и на концевых участках, в местах их примыкания к участкам, отсыпанным при сосредоточенных работах.

8.1.5 Для уплотнения связных грунтов целесообразно применять катки на пневматических шинах, кулачковые и решетчатые прицепные катки; для уплотнения несвязных грунтов следует использовать вибрационные и виброударные машины, катки на пневматических шинах.

Уплотнение рыхлых, особенно глинистых, грунтов следует производить двумя видами катков: предварительное уплотнение (прикатка) - массой 6-12 т и окончательное уплотнение - массой более 25 т.

В процессе предварительного уплотнения более легкими катками следует выполнять до 30 %-40 % от общего потребного количества проходов.

8.1.6 Наибольшая плотность грунта может быть достигнута при применении катков, обеспечивающих максимальное, допустимое по условиям прочности данного грунта, контактное давление на поверхность слоя (таблица 8.1). Контактное давление на протяжении всего процесса уплотнения должно быть близко к пределу прочности грунта. При превышении предела прочности грунта могут возникнуть явления местного разупрочнения (волнообразование перед колесами катков, выдавливание грунта в стороны при трамбовании). При недостаточном контактном давлении высокая плотность также не может быть достигнута ни уменьшением толщины слоя, ни увеличением числа повторно прилагаемых нагрузок.

Таблица 8.1 - Пределы прочности грунтов

8.1.7 Требуемая плотность грунтов может быть достигнута при влажности, отличающейся от оптимальной не более чем указано в таблице 8.2.

Рекомендации по технологии сооружения земляного полотна из грунтов с влажностью, более указанной в таблице 8.2, даны в разделе 11.

8.1.8 При влажности менее допустимой (см. таблицу 8.2) несвязные и малосвязные грунты рекомендуется увлажнять в отсыпанном слое незадолго перед уплотнением. Связные грунты, в которых перераспределение влаги идет медленнее, рекомендуется увлажнять на месте разработки (в карьере, выемке, резерве) после их разрыхления.

Таблица 8.2 – Допустимая влажность грунтов при уплотнении

Для увлажнения грунта можно применять поливомоечные машины, разливая водув несколько приемов. При поливке на месте верхний увлажняемый слой до уплотнения следует перемешать рыхлением или перевалкой автогрейдером или бульдозером.

8.1.9 При интенсивных кратковременных дождях, приводящих к переувлажнению грунтов,. отсыпку и уплотнение связных грунтов следует прекращать до их просыхания. В этом случае принимают меры к ускорению просушивания грунтов (рыхление, перевалка грейдерами, бульдозерами и т.п.). Допускается удалять верхний переувлажненный после дождя слой грунта в отвал с последующим его использованием в других местах.

Перед перерывом в работе поверхность и откосы насыпей должны быть уплотненыи спланированы так, чтобы не допускать переувлажнение грунтов от застоя воды на поверхности незаконченной насыпи. При переувлажнении в отдельных местах грунт должен быть просушен до возобновления работ или заменен грунтом оптимальной влажности.

8.1.10 При уширении земляного полотна существующих автомобильных дорог путем примыкания вновь возводимой части насыпи к старой необходимо предварительно снять с откоса и подошвы растительный грунт, засыпать старые кюветы и послойно уплотнить свежеотсыпанный грунт во избежание в последующем просадок проезжей части из-за неравномерности земляного полотна по плотности. Степень уплотнения обратной засыпки старых кюветов и других выработок должна быть не менее степени уплотнения уширяемой части насыпи на данном уровне от поверхности.

8.1.11 Толщину слоя отсыпки следует назначать в соответствии с техническими параметрами уплотняющих машин, исходя из требования неизменной плотности грунта по глубине слоя. Толщина слоя может быть предварительно назначена по таблице 8.3 с последующим уточнением по результатам пробного уплотнения грунтов в соответствии с приложением М.

8.1.12 Результаты пробной укатки (приложение М)включаются в технологические карты на сооружение земляного полотна.

Применение пробной укатки позволяет в некоторых случаях заменить операционный контроль путем инструментальных измерений плотности и влажности технологическим контролем, в который входят определение соответствия показателей состава и состояния грунтов и контроль за соблюдением толщины слоя, числом проходов и равномерностью распределения проходов. Приемка уплотненного слоя должна производиться инструментальными методами в соответствии с 13.

Укатка

8.2.1 Слой рыхлого грунта рекомендуется уплотнять в две стадии. Вначале во избежание сдвигов и образования волн грунта перед рабочими органами уплотняющей машины следует выполнить прикатку легким катком массой от 6 до 12 т, а затем основную укатку - более тяжелым катком массой 25 т и более.

8.2.2 Предварительная прикатка не требуется, когда слой грунта отсыпаетсяс регулированием движения транспортных и эемлеройно-транспортных машин по всей ширине насыпи. Землевозный транспорт выполняет первую стадию укатки до плотности около 0.9 от ее максимального значения по стандартному уплотнению. В этом случае сразу применяют уплотняющие машины тяжелого типа. Четкая организация совместной работы эемлеройно-транспортных и грунтоуплотняющих машин позволяет обеспечить полное и равномерное уплотнение грунта по всей ширине земляного полотна с минимальными затратами.

Таблица 8.3 – Данные для назначения толщины отсыпаемых слоев

8.2.3 Катки на пневматических шинах - наиболее универсальные средства уплотнения грунтов. Постепенное повышение удельного давления - одно из основных требований при уплотнении связных грунтов, обеспечивающее получение плотной и прочной структуры грунта по всей толщине слоя. Давление в шинах катка на начальном этапеуплотнения связных грунтов не должно превышать 0.2-0,3 МПа Давление в шинах на заключительном этапе уплотнения должно соответствовать при уплотнении супесей 0,3 - 0.4 МПа, суглинков - 0,6 - 0,8 МПа. При уплотнении песков давление в шинах на всех стадиях уплотнения не должно быть более 0.2-0,3 МПа.

8.2.4 При предварительном уплотнении грунта более легким катком нагрузка на каждое колесо должна быть примерно в 2 раза меньше нагрузки на колесо основного, более тяжелого катка.

Первый и последний проходы по полосе укатки следует производить на малой скорости передвижения катка (2-2,5 км/ч); промежуточные проходы - на большой скорости (8-12 км/ч).

8.2.5 Для достижения равномерности уплотнения грунта давление во всех шинах колес катка должно быть одинаковым. Наиболее равномерную плотность уплотняемого слоя насыпи обеспечивают секционные катки, у которых пневматические колеса с отдельными секциями для балласта имеют независимую подвеску.

8.2.6 Уплотнение кулачковыми катками эффективно для связных грунтов, когда грунты в начале уплотнения рыхлые или комковатые.

Рекомендуются следующие оптимальные расчетные удельные давления на опорную поверхность кулачков при уплотнении грунтов, МПа:

- супеси тяжелые пылеватые, легкие суглинки - от 0.7 до 1,5;

- суглинки легкие пылеватые, суглинки тяжелые - от 1.5 до 4,0;

- тяжелые пылеватые суглинки, глины - от 4,0 до 6,0.

Указанные значения удельных давлений относятся к грунтам оптимальной влажности.

8.2.7 Прицепные решетчатые катки наиболее эффективны при уплотнении крупнообломочных и гравелистых грунтов с мерзлыми комьями, так как они обеспечивают размельчение и однородную плотность по всей толщине уплотняемого слоя. Однако для окончательного уплотнения следует применять тяжелые катки на пневматических шинах и вибрационные катки.

8.2.8 Уплотнение грунта прицепными кулачковыми и решетчатыми катками выполняется круговыми проходами по рабочей захватке. Укатка производится от краев насыпи к ее середине (рисунок 8.1) с перекрытием полос уплотнения на 0,15-0,23 м. Для предотвращения обрушения откосов и сползания катков под откос во время работы расстояние от кромки вальца до бровки отсыпаемого слоя должно быть не менее 0,3 м.

1-8 – последовательность проходов;

h – толщина слоя грунта; b – ширина укатываемой полосы

а – схема движения трактора с кулачковыми катками; б – поперечный разрез;

в – перекрытие полос укатки

Рисунок 8.1 – Схема работы прицепных кулачковых катков

При укатке верхних слоев насыпи высотой более 1,5 м прицепными катками на пневмоколесном ходу первый и второй проходы следует выполнять на расстоянии 2 м от бровки насыпи, а затем, смещая ходы на 1/3 ширины катка в сторону бровки, уплотнять края насыпи (рисунок 8.2). После этого укатку продолжают круговыми проходами от края к середине насыпи.

1-10 – последовательность проходов

Рисунок 8.2 – Схема работы прицепного катка на пневматических шинах

Приближение рабочих органов уплотняющих машин к бровке насыпи ближе 0,3 м (рисунок 8.3) не допускается из условий безопасности при любых методах уплотнения (кроме навесных трамбовок).

Рисунок 8.3 - Схема уплотнения насыпи с учётом правил техники безопасности

8.2.9 Для работы прицепных катков оптимальные размеры захватки должны быть не менее 200 м по всей ширине насыпи. Увеличение фронта укатки повышает производительность работы прицепных катков. Однако при увеличении длины участка, подготавливаемого под укатку, следует учитывать, что в сухую и жаркую погоду происходит интенсивная потеря влажности грунта.

8.2.10 При интенсификации и увеличении темпов возведения земляного полотна уплотнение грунтов можно осуществлять теми же катками, но перемещающимися со скоростью 10-15 км/ч. Это требует более мощных (на 50 %-70 %) базовых или тяговых средств, снижения толщины отсыпаемых слоев на 30 %-40 % и увеличения числа проходов по одному следу не менее чем на 1/3.

Трамбование

8.3.1 Трамбование применяют для уплотнения грунтов естественных оснований при доуплотнении существующих насыпей без их разборки, в стесненных местах. Этим способом можно уплотнять грунты слоями большой толщины за один – два прохода машины. Метод трамбования позволяет получить плотность грунтов значительно выше максимальной стандартной плотности, уплотнять грунты при влажности выше и ниже допустимых пределов. Трамбование можно использовать для уплотнения прочных комковатых грунтов, в том числе и крупнообломочных

8.3.2 При выборе уплотняющей машины следует отдавать предпочтение самоходным механизмам непрерывного действия. Подвесные к экскаватору-крану трамбующие плиты могут быть применены, если отсутствуют другие машины (рисунок 8.4).

При уплотнении слоев большой толщины от 1 до 2 м для уплотнения грунтов пониженной влажности, а также для достижения плотности грунтов выше стандартной максимальной плотности используются свободно падающие с высоты от 2-3 до 5-6 м трамбующие плиты массой от 2-3 до 12-15 т. которые подвешиваются к стреле экскаватора-крана соответствующей грузоподъемности. Для плиты массой 2-3 т необходим экскаватор с вместимостью ковша не менее 0,5-0,7 м³, для плиты 12-15 г - не менее 1,25 м³. При этом толщина уплотняемого слоя грунта равна примерно диаметру подошвы плиты.

Уточнение технологических параметров трамбования производится по данным пробного уплотнения.

1 - пружинный амортизатор; 2 - трамбовка; 3-уплотненные слои грунта; 4-уплотняемая полоса;

Ш - шаг передвижки экскаватора (стрелкой показано направление рабочего хода экскаватора

Рисунок 8.4 - Схема работы тяжелой (массой 12-15 т) трамбующей плиты, подвешенной к стреле экскаватора

С целью снижения динамических нагрузок на экскаватор и предотвращения преждевременного износа его основных механизмов между трамбующей плитой и подъемным канатом-тросом устанавливают пружинную подвеску.

8.3.3 Рабочая скорость перемещения трамбующей машины со свободно падающими плитами на экскаваторе-кране зависит от вида и влажности грунта, а также от толщины уплотняемого слоя. Грунт при оптимальной влажности и толщине слоя, равной примерно диаметру подошвы плиты, рекомендуется уплотнять за один проход машины при скорости около 150 м/ч.

8.3.4 При использовании трамбующие плит на экскаваторах-кранах ширину полосыуплотнения следует принимать в пределах не более 1,5 радиуса действия стрелы.

Трамбование рыхлого глинистого грунта ведется в два приема: предварительноеи основное уплотнение. Предварительное уплотнение целесообразно выполнять суменьшением в 2 раза массы трамбовки или со снижением высоты падения в 4 раза. Предварительное уплотнение грунта, при котором по одному следу наносится не более двух-трех ударов, выполняется одновременно на трех-четырех полосах на всю их ширину.Чтобы предотвратить появление бугров грунт трамбуют со смещением следа предыдущегоцикла на 0,2-0,3 диаметра подошвы трамбовки до тех пор, пока на каждойполосе не будет сделано заданное число ударов. Во время трамбовки необходимо сохранять постоянную высоту подъема трамбовки в момент сбрасывания. На новуюполосу уплотнения можно переходить только после уплотнения предыдущей полосы.

При выборе режима работы трамбующих плит следует отдавать предпочтение сбрасываниюплит большей массы с меньшей высоты. Для экскаваторов с ковшами вместимостью от 0,5 до 1 м³ эта высота, как правило, составляет от 2 до 4 м.

8.3.5 По окончании уплотнения верхний слой грунта толщиной 10-15 см, разрыхленныйтрамбованием, следует уплотнять легкими ударами трамбовки с высоты 0,5 мили укаткой катками.