Реконструкция автомобильных дорог

Преимущество этого варианта состоит в том , что дорожная одежда после ее уширения располагается на прочном , хорошо сформировавшемся земляном полотне , что обеспечивает возможность создания прочной и долговечной дорожной одежды .

Недостатки такого варианта уширения состоят в том , 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 , переустраивать систему водоотвода и дренажа и т . д . Насыпи высотой до 2 м чаще всех уширяют по двухсторонней схеме .

Рис . 1 . Схема объезда участка реконструкции дороги :

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

Рис . 2 . Схемы уширения земляного полотна :

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

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

Преимущество этого варианта состоит 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 одностороннего уширения состоит 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 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 .

При уширении земляного полотна , чтобы избежать 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 . 3).

Рис . 3 . Последовательность работ при уширении земляного полотна

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 Ку = 1.

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 .

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 гр унтов 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 составляет 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 Ку = 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 , чем существующего земляного полотна ;

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

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

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

Соблюдение этих требований необходимо для обеспечения прочности и устойчивости земляного полотна после реконструкции . Особенно важно соблюдать требования по однородности грунтов . При насыпях высотой до 2 м , симметрично уширяемых , можно применять любые грунты , поскольку крутизна откосов составляет положе 1:3. При высоте свыше 2 м , а на дорогах I категории 3 м , пригодны только песчаные грунты . На сухих участках (1 тип увлажнения ) возможно использование и супесчаных , но не пылеватых грунтов с одновременным укреплением откосов .

Если местность относится к 2, и особенно 3 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 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 требования к расположению грунтов в слоях насыпи [ 21, 23, 30]. 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 [ 4].

Рис . 4 . Схема симметричного уширения выемок с отводом поверхностной воды :

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

Особое внимание необходимо уделять уплотнению грунта в уширяемой части насыпи . Во всех случаях необходимо стремиться к тому , чтобы коэффициент уплотнения был не менее 1,0. Это позволит избежать просадок и снизит вероятность пучинообразования , существенно повысит прочность земляного полотна .

Уширение выемок на практике производится значительно реже , чем насыпей , и по несколько иной технологии .

Выемки глубиной до 2 м уширяют , как правило , бульдозером или экскаватором . После снятия растительного слоя , так же 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 мокрых выемках глубже 6 м уширение производят экскаватором с обратной лопатой или экскаватором - драглайн , располагая их у верхней бровки выемки .

В последнее время вместо боковых канав в выемках глубиной свыше 1 - 2 м рекомендуется устраивать укрепленные лотки треугольного или округлого сечения ( рис . 4), предназначенные только для отвода поверхностной воды .

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 , является не вполне обоснованным .

При глубоких кюветах , заполненных снегом , скорость оттаивания грунта на обочинах обычно в 5 - 6 раз меньше , чем под дорожной одеждой [ 18]. 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 .

Представляет интерес опыт реконструкции Московской кольцевой автомобильной дороги ( МКАД ), построенной в 1957 - 1962 гг ., общим протяжением 108,7 км [ 17]. Среднее расстояние от центра города - 17,35 км . Дорога имела следующие параметры :

· ширина земляного полотна - 24 м ;

· ширина полосы движения - 3,5 м ;

· количество полос движения - 4 м ;

· ширина разделительной полосы - 4 м;

· ширина обочин - 3 м ( каждая );

· габариты мостов и путепроводов - 21 м ;

· ширина тротуаров на путепроводах - 1,5 м;

· высотный габарит под путепроводами - 4,5 м .

Покрытие - цементобетон толщиной 24 см с арматурной сеткой в верхней части на песчаном подстилающем слое толщиной 35 - 50 см . Песчаный слой - сплошной по всей ширине земляного полотна . По краю проезжей части со стороны обочин была установлена рифленая плитка шириной 0,5 м , толщиной 6 см на цементобетонном основании толщиной 18 см . У разделительной полосы установлен бортовой камень высотой 16 см . Обочины укреплены щебнем толщиной 10 см , на подходах к мостам и путепроводам - заасфальтированы .

После реконструкции ширина земляного полотна МКАД составит 50 м , существующее земляное полотно уширяется почти на 90 % протяженности симметрично до 25 м от оси с каждой стороны ( рис . 5). При уширении насыпи земляного полотна высотой более 1,5 производится нарезка уступов . Сооружение земляного полотна осуществляется только из песчаных грунтов выемок и песка из карьеров . Продольный профиль МКАД при реконструкции в основном не меняется , за исключением профиля дороги в местах подхода к новым большим мостам на 19,68 и 76 км МКАД .

Перед началом работ по уширению земляного полотна растительный грунт на откосах слоем 15 см и под насыпью уширения слоем 20 см снимают с целью использования его в дальнейшем для укрепления откосов и рекультивации прилегающей к МКАД территории . Для обеспечения устойчивости земляного полотна производится укрепление откосов растительным грунтом толщиной 0,15 м с засевом семян многолетних трав , железобетонными решетками с засыпкой щебнем , а также геоматами с засыпкой щебнем и грунтом , с засевом трав .