Возведение земляного полотна на болоте с полным или частичным выторфовыванием

Выторфовывание (удаление торфа) на болотах I и II типов можно производить:

- механическим способом;

- взрывным;

- гидромеханическим.

В зависимости от принятого способа выторфовывания до начала основных работ выполняют подготовительные работы (расчистка дорожной полосы от леса, кустарника, устройство подъездов, осушение и др.).

Несущая способность болотных грунтов очень низкая, поэтому для выторфовывания применяют машины специальной болотной модернизации, давление которых на грунт не превышает 20...25 кПа, что также часто превышает допустимую нагрузку

(4.2.3)

где s - давление на единицу площади;

Р - масса экскаватора, кг;

F_г - площадь гусеницы экскаватора, см².

При недостаточной устойчивости экскаватора на поверхности болота под гусеницы укладывают щиты из круглого леса диаметром 16...22 см или работы выполняют в зимний период, когда при достаточной глубине промерзания можно применять не только машины специальной болотной модификации, но и обычные дорожные машины.

Площадь щита, обеспечивающего устойчивость экскаватора на поверхности болота, можно определить по формуле

(4.2.4)

где s - несущая способность болотного грунта (14...18 кПа).

Выторфовывание механическим способом можно производить с использованием бульдозеров или экскаваторов. При неглубоких осушенных болотах (до 1 м) или при естественном невысоком уровне воды над минеральным дном выторфовывание производят бульдозером путем послойной разработки торфа перпендикулярно оси дороги. Отвалы торфа располагают по краям выработки. Отсыпку насыпи после удаления торфа производят послойно. Для отсыпки нижней части насыпи используют только дренирующие грунты: песчаные крупные или средней крупности, крупнообломочные или скальные, а также супеси легкие с содержанием глинистых частиц не более 6,0 %. Толщина дренирующего слоя должна быть на 0,5 м больше глубины выторфовывания и осадки основания.

При выторфовывании экскаватором-драглайном возможны два способа разработки торфа: экскаватор перемещается непосредственно по поверхности болота или по переносным щитам и производит работу "на себя" (рис. 4.2.2, а); экскаватор перемещается по отсыпаемой насыпи и работает "от себя" (рис. 4.2.2, б).

Рис. 4.2.2. Схема организации работ при выторфовывании:
а - экскаватор перемещается по поверхности болота; б - экскаватор перемещается по отсыпаемой насыпи;
1 - разработка торфа экскаватором; 2 - подвозка грунта автомобилями-самосвалами; 3 - послойное разравнивание грунта бульдозером; 4 - надвижка грунта в траншею бульдозером; 5 - разравнивание торфа, вынутого из траншеи бульдозером. Римскими цифрами обозначен порядок разработки захваток

Второй способ применяют, когда несущая способность торфа недостаточна для безопасной работы техники. Торф вывозят автомобилями- самосвалами или складывают в отвалы. Одновременно с разработкой траншей для насыпи тем же экскаватором роют боковые канавы.

Траншею, образующуюся после выторфовывания немедленно засыпают грунтом, так как откосы ее оплывают и незаполненная грунтом траншея заполняется водой или жидкой болотной массой.

Отсыпку земляного полотна вначале ведут способом "с головы" до уровня выше поверхности болота на 50...60 см. Остальную часть насыпи отсыпают послойно.

Для уплотнения нижней части насыпи применяют метод временной пригрузки, механическое уплотнение трамбующими плитами и глубинное виброуплотнение. Грунт верхней части насыпи уплотняют послойно катками. Схемы организации работ при выторфовывании экскаваторами показана на рис. 4.2.2.

Выторфовывание взрывным способом эффективно, и его применяют во всех случаях, когда позволяют условия обеспечения безопасности. Взрывами можно производить полное или частичное удаление торфа, рыхление торфа (разрушение структуры), устройство торфоприемников, канав, выравнивание минерального дна или устройство упорных канав при уклоне дна болота для предотвращения скольжения насыпи.

Глубину выторфовывания взрывным способом на болотах I типа назначают в зависимости от высоты насыпи, но не менее указанной в табл. 4.2.1.

Таблица 4.2.1

Минимальная глубина выторфовывания

Высота насыпи над поверхностью болота, м	Глубина выторфовывания, м
От 1,2 до 1,5	2,0
Св. 1,5 до 2,0	1,5
Св. 2,0 до 2,5	1,0

На болотах II и III типов производят полное выторфовывание. Его можно осуществлять продольными или поперечными траншеями. При удалении торфа продольными траншеями по оси трассы устраивают ряд буровых скважин, в которые закладывают заряды и одновременно взрывают. Образовавшуюся траншею немедленно засыпают грунтом. Затем взрывают направленными зарядами две боковые траншеи. Скважины для удаления торфа взрывом из = 50°. Осевую траншею засыпаютaбоковых траншей закладывают под углом выше уровня болот на 0,5...1,0 м. Способ продольных траншей применяют при использовании узкоколейного железнодорожного транспорта (рис. 4.2.3.)

Рис. 4.2.3. Схема выторфовывания продольными траншеями:
а - последовательность выторфовывания взрывом:
I - осевая, II - боковая траншея;
б - схема размещения заряда при взрыве боковых траншей

Способ поперечных траншей применяют, когда проезд по болоту невозможен или затруднителен. Для образования поперечных траншей в толще торфа пробуривают ряд наклонных скважин, образующих клин (рис. 4.2.4).

Рис. 4.2.4. Схема выторфовывания поперечными траншеями

Заряды размещают в наклонных удлиненных скважинах под углом 50° к горизонту.

Середину болота, протяжённостью около 20 м, где накапливается много торфа при взрыве, выторфовывают по способу продольных траншей или механическим путём.

Величину зарядов и их размещение производят в следующей последовательности:

1. Определяют глубину заложения заряда W по формуле

W = 0,9H, (4.2.5)

где Н - глубина выторфовывания, м.

2. Рассчитывают длину скважин L, м

(4.2.6)

3. Определяют показатель выброса при взрывании поперечных и продольных траншей

(4.2.7)

(4.2.8)

где п_поп, п_пр - показатель выброса при взрыве поперечных и продольных траншей;

b_поп, b_пр - ширина поперечной и продольной траншеи, м.

4. Рассчитывают массу заряда

Q = gw³f(n), (4.2.9)

где g - расчетный удельный расход ВВ, зависящий от зольности торфа (табл. 4.2.2), кг/м³;

f(n) - функция, зависящая от показателя выброса п (табл. 4.2.3).

Таблица 4.2.2

Удельный расход ВВ

Удельный расход ВВ, кг/м	% зольности торфа
0,68	20
0,72	40
0,83	60
0,95	70

Таблица 4.2.3

Значение f(n)

Показатель выброса п	Функция, зависящая от n, f(n)
1,0 1,5 2,0 2,5	1,0 1,2 2,1 3,6

5. Устанавливают длину заряда l

l = 0,75L, (4.2.10)

где L - длина скважины в дм.

6. Определяют диаметр заряда d

(4.2.11)

где Q - масса заряда, кг,

l - длина заряда, дм;

- плотность заряда ВВ кг/дмD³ .

7. Определяют расстояние между скважинами в ряду и между рядами:

- при взрывании поперечных и боковых продольных траншей

(4.2.12)

- при взрывании продольной осевой траншеи

(4.2.13)

Способ гидромеханизации эффективен при сооружении земляного полотна в следующих случаях, а именно:

- достаточно больших объемах работ, сосредоточенных на небольшом участке дороги;

- наличия достаточного объема воды и дешевой электроэнергии.

Сущность работ состоит в размыве торфа мощной струей воды, истекающей из гидромонитора. В результате чего образуется рыхлая жидкая масса, которая легко отжимается грунтом возводимой насыпи.

На болотах I типа торф размывают гидромонитором, гидросмесь перекачивают передвижными землесосными установками в отвал. Образовавшуюся траншею заполняют грунтом насыпи при отсыпке ее "с головы" или комбинированным способом.

На болотах II и III типов производят только размыв верхнего плотного слоя торфа гидромониторами. Разжиженный торф не удаляют, а отжимают грунтом насыпи в боковые прорези, сделанные также гидромониторами. Транспорт грунта для отсыпки насыпи можно осуществлять путем инъекции песчаного грунта, подаваемого по пульпопроводу непосредственно в разжиженную торфяную массу, где песок выдавливает разжиженный торф.4.2.4. Возведение земляного полотна на поверхности болота после устройства дренажных прорезей или дрен
С целью уменьшения объёмов работ по выторфовыванию, и особенно, уменьшению транспортных расходов по транспортировке грунта на болотах I и II строительных типов и глубиной до 3,0 м устраивают прорези-траншеи, которые впоследствии заполняют песком. При большей глубине применяют конструкцию с вертикальными дренами.
Прорези разрабатывают одноковшовыми или многоковшовыми экскаваторами с ходовой частью болотной модификации. Технология работ включает: разработку прорезей экскаватором; доставку дренирующего грунта (песка) к месту укладки; перемещение песка и засыпку прорезей с помощью бульдозера; послойную отсыпку насыпи до проектной высоты.
Разработку прорезей экскаватором производят "на себя", переходя с одной траншеи на другую. Заполнение траншей ведут одновременно с возведением первого слоя насыпи. Схема производства работ по строительству земляного полотна с дренажными прорезями показана на рис. 4.2.5.

Рис. 4.2.5. Технология устройства земляного полотна с дренажными прорезями:
1 - устройство прорезей многоковшовым экскаватором; 2 - заполнение прорезей и послойное разравнивание грунта в насыпи бульдозером; 3 - подвозка грунта автомобилями-самосвалами; I - V - порядок устройства прорезей
При устройстве вертикального дренажа на поверхности болота отсыпают песчаный слой толщиной более 30 см. Затем через каждые 3...4 м устраивают дрены в шахматном порядке, которые засыпают сухим песком. Если при отсутствии вертикальных дрен путь воды отжимаемой насыпью составляет 8...10 м, то при устройстве дрен он сокращается до 1,5...2,0 м. Следовательно, время стабилизации осадки насыпи сокращается в 25...30 раз.
Вертикальные дрены можно устраивать различными способами: забивкой специального рабочего органа (пуансона), а затем засыпкой образовавшейся скважины песком; забивкой или вибропогружением специальной обсадной грубы, которую заполняют песком, а затем извлекают, оставляя столб из песка в болотной массе; гидробурением скважины с последующей засыпкой её песком; погружение картонных фитилей или лент из геотекстиля.
Погружение лент и фитилей осуществляют с использованием специального оборудования. Рабочий орган, имеющий прямоугольное сечение (или круглое малого диаметра), имеет внутреннюю полость, куда помещается дренирующая лента. Болотная масса пробивается рабочим органом, а при его извлечении дренирующая лента остаётся в болотной массе.
На рис. 4.2.6 показана схема возведения земляного полотна с вертикальными дренами. Диаметр дрен составляет 30...40 см. Глубина от 3,0 до 10,0 м. Производительность установки достигает 50...30 дрен в смену.

Рис. 4.2.6. Технологическая схема возведения земляного полотна с применением вертикальных дрен:
1 - надвижка бульдозером рабочего слоя; 2 - устройство дрен сзагрузкой песком; 3 - наращивание земляного полотна до проектной отметки и устройство временной пригрузки; 4 - контроль осадки; 5 - снятие пригрузочного слоя; 6 - доуплотнение земляного полотна; 7 - устройство дорожной одежды
При сооружении вертикальных дрен путем продавливания торфа происходит его уплотнение вокруг скважины, что ухудшает фильтрацию воды.
Применение гидробурения устраняет этот недостаток, кроме того, этот способ считают более экономичным. Оборудование для гидробурения, состоящее из гидробура, в который подают воду под давлением 0,3...0,5 МПа, и обсадной трубы, по которой выводят гидросмесь, монтируют на кране или экскаваторе со стрелой драглайна, а также на тракторе со специальным обустройством.
Песчаный материал, используемый для заполнения дрен и прорезей, должен обладать высокой водопроницаемостью: коэффициент фильтрации песка для заполнения прорезей должен быть не менее 3,0, а дрен - более 6,0 м/сут.