Исправление продольного профиля. Увеличение высоты насыпей и глубины выемок

Исправление продольного профиля при реконструкции дорог осуществляется путем увеличения высоты насыпей и глубины выемок существующей дороги.

Необходимость исправления продольного профиля дорог при реконструкции может требоваться в нескольких случаях:

- на заниженных участках, с которых не обеспечен отвод воды и на которых наблюдаются пучины;

- на участках обертывающего профиля с необеспеченной видимостью в пересеченной местности;

- для смягчения крутых подъемов и спусков или улучшения условий движения на таких участках;

- для обеспечения плавности дороги в продольном профиле при частых пилообразных переломах продольного профиля, вызванных малым шагом проектирования;

- для обеспечения снегонезаносимости дороги.

При выравнивании пилообразного продольного профиля с относительно малыми колебаниями отметок покрытий от осредняющей прямой или кривой более целесообразным решением представляется подсыпка пониженных участков, чем разборка возвышений (рис. 17.).

 

Рис. 17. Схема выравнивания покрытия на вертикальной кривой:

1 - основание; 2 - покрытие; 3 - выравнивание и уплотнение покрытия; 4 - продольный профиль поверхности покрытия.

По исправлению продольного профиля обязательным считается только срезка его выпуклых переломов с обеспечением видимости встречного автомобиля исходя из средней скорости транспортного потока, то есть допуская некоторое снижение видимости по сравнению с требованиями при проектировании новых дорог.

Возможность увеличения радиусов вогнутых кривых обычно бывает ограничена из-за сложности подъемки мостов, расположенных на пониженных участках продольного профиля.

При достаточно широких мостах капитальных типов увеличение радиусов вогнутых вертикальных кривых приходится откладывать на длительное время до перестройки мостов.

При узких мостах, малых радиусах вертикальных кривых и при малых расходах водотока легче бывает заменить мост на многоочковую трубу из сборных звеньев.

Наиболее доступный и оправдавший себя способ улучшения условий движения на затяжных подъемах - уширение проезжей части с устройством дополнительной полосы для движения тяжелых грузовых автомобилей и автопоездов в сторону подъема.

Планировочные решения дополнительных полос должны предусматривать обязательное включение переходно-скоростных участков, на которых происходил бы выход грузовых автомобилей из смешанного потока и их последующее включение в него после преодоления подъема. Для этого дополнительные полосы должны начинаться не менее чем за 50-100м до начала подъема.

Длину дополнительной полосы за подъемом для удобного и безопасного слияния потоков автомобилей, едущих по дополнительной и основной полосе, принимают в зависимости от интенсивности движения в часы пик:

Интенсивность движения на подъем, авт./ч	До 200			500 и более
Протяжение полосы за подъемом, м

 

Дополнительная полоса работает эффективно лишь при наличии на проезжей части разметки, отделяющей сплошной линией полосу встречного движения под уклон и пунктиром полосу для движения более быстрых автомобилей (рис. 18.).

Необходимо устанавливать дополнительные знаки, указывающие назначение каждой из полос, например: «Левый ряд для обгона».

 

Рис. 18. Дополнительные полосы на подъемах:

а - схематический продольный профиль;

б - план дороги со схемой разметки проезжей части;

1 - знак «левый ряд для обгона»; 2 - указатель изменения числа рядов;

3 - знак «Остановка запрещена»; 4 - вершина подъема.

В отдельных случаях, когда земляное полотно трудно уширить, может быть рассмотрен вариант самостоятельного трассирования дополнительной полосы для медленных автомобилей как дороги для одностороннего движения.

В исключительно стесненных условиях возможно устройство дополнительной полосы за счет обочины с оборудованием в отдельных местах, где это позволяет рельеф, остановочных площадок для неисправных автомобилей.

Рассматривая способы улучшения дорог на затяжных подъемах, необходимо предусматривать устройство предложенных проф. А.П. Васильевым «аварийных съездов» для постепенной остановки автомобилей, у которых испортились тормоза (рис. 19.). Аварийные съезды представляют собой тупик, продолжающий направление повернувшей дороги или примыкающий к дороге под острым углом и идущий на подъем с уклоном до 100 ‰ и более. Планировка их зависит от рельефа местности.

 

 

 

Рис. 19. Типы аварийных съездов:

а, б - примеры решений в плане;

в - продольный профиль съезда;

1 - тормозной путь; 2 - основная дорога.

 

Водитель автомобиля, у которого испорчены тормоза, но исправно рулевое управление, направляет автомобиль в тупик, при движении по которому постепенно гасится кинетическая энергия скатывающегося под уклон автомобиля.

В конце тупика должен быть устроен участок повышенного сопротивления качению из вспаханного грунта, песчаной или гравийной засыпки. Зимой в снежных районах торможение осуществляется снеговым покровом.

Построенные ранее аварийные съезды имеют твердую поверхность (f_ср = 0,03). Поэтому остановка автомобилей обеспечивается в основном за счет влияния продольного уклона.

В Англии аварийные съезды устраивают в виде расположенных около дороги площадок, засыпанных слоем естественного окатанного гравия или шарообразного искусственного каменного материала типа керамзита толщиной 30-45см (f_ср = 0,45). Это позволяет существенно уменьшить длину тормозного пути.

Увеличение высоты насыпей. Отметки земляного полотна на многих участках реконструируемых дорог не удовлетворяют современным требованиям к возвышению бровки земляного полотна, на пучинистых участках и участках с высоким уровнем грунтовых или застойных поверхностных вод до отметки, превышающей капиллярное поднятие воды.

Однако формальное выполнение этих требований при разработке проектов реконструкции может привести к необходимости полной перестройки многих дорог на значительном протяжении. Правильное решение необходимо искать в общем улучшении отвода воды от дороги.

На дороге, где не наблюдалось образования пучин, можно ограничиться усилением дорожной одежды. В этом случае ее толщину рассчитывают исходя из значений модуля упругости конструктивных слоев, учитывающих старение материалов в процессе эксплуатации.

Одновременно должны быть тщательно обеспечены поверхностный отвод воды от дороги и планировка придорожной полосы, полностью исключающие возможность застоев около земляного полотна поверхностной воды.

Участки, на которых наблюдаются систематическое интенсивное зимнее вспучивание и весенние деформации дорожных одежд, нуждаются в капитальной перестройке с устранением причин пучинообразования.

Во многих случаях увеличение высоты насыпей может оказаться необходимым в целях предотвращения заносимости дороги снегом. В соответствии с нормами проектирования возвышение бровки насыпи земляного полотна над уровнем снегового покрова зависит от категории дороги и составляет:

Категория дороги	I	II	III	IV	V
Возвышение бровки насыпи, м	1,2	0,7	0,6	0,5	0,4

Это означает, что при переводе дороги II категории в дорогу I категории высота всех насыпей над расчетным уровнем снегового покрова должна быть увеличена на 0,5м на всех участках, где это требование не выполняется. Однако при прочной дорожной одежде и благоприятных грунтовых и гидрогеологических условиях целесообразно рассмотреть вариант усиления снегозащиты путем устройства дополнительных снегозащитных сооружений и лесных насаждений, совершенствования формы земляного полотна и др.

Основой для разработки намеченных мероприятий должны являться данные отчетов дорожно-эксплуатационных организаций о заносимости отдельных участков и объемах работ по снегоочистке.

В любом случае существующие насыпи высотой более 3м повышают только в исключительных случаях. При повышении высоты насыпи неизбежно происходит ее уширение по подошве и по всей высоте по сравнению с существующей дорогой за счет изменения заложения откосов (рис. 20.). Как правило, у старых дорог заложение откосов насыпей небольшой высоты составляет 1:1 или 1:1,5.

 

 

Рис. 20. Схема определения геометрических параметров земляного полотна при увеличении высоты насыпи.

В то же время по современным нормам крутизну откосов насыпей высотой до 3м на дорогах I-III категорий следует назначать с учетом обеспечения безопасного съезда транспортных средств в аварийных ситуациях, как правило, не круче 1:4, а для дорог других категорий при высоте насыпи до 2м - не круче 1:3.

Величина уширения на уровне отметки бровки земляного полотна существующей дороги может быть определена по формуле:

a = m₂×∆h, м, где (3)

m₂ - заложение откоса насыпи после ее повышения;

∆h - увеличение высоты насыпи, м.

Величина уширения по подошве насыпи составит

b = m₂×h₂ - m₁×h₁, м, где (4)

h₁ - высота насыпи до реконструкции, м;

h₂ - общая высота насыпи после реконструкции, м;

m₁ - заложение откоса насыпи до реконструкции.

Реконструкция насыпей, особенно высоких, с поднятием их бровок является технически трудной задачей. С увеличением высоты насыпи повышается и степень вероятности ее осадки и сползания вновь отсыпанного грунта по откосу.

Увеличение высоты насыпи может быть без изменения положения оси дороги и с изменением (смещением) оси дороги в плане.

Выбор порядка и технологии производства работ при повышении высоты насыпей зависит от большого количества факторов:

- высоты старой насыпи и крутизны ее откосов,

- величины повышения насыпи и крутизны новых откосов,

положения оси дороги до и после повышения насыпи,

- типа и состояния дорожной одежды,

- грунтов и системы водоотвода и т.д.

Окончательное решение принимают после технико-экономического сравнения вариантов, в которых учитывают затраты на снятие старой одежды, переработку и обогащение получаемых материалов, повторную укладку этих материалов в дорожную одежду и сравнивают эти затраты с расходами на строительство новой дорожной одежды.

При коэффициенте прочности дорожной одежды К_пр < 0,6, особенно на пучинистых участках, существующая дорожная одежда обычно сильно загрязнена и гранулометрический ее состав весьма неоднороден. Такую изношенную дорожную одежду не следует оставлять в теле земляного полотна, засыпая грунтом, чтобы не создавать условия для образования в теле земляного полотна верховодки.

При небольшом повышении насыпи (до 40-50см) работы производят путем отсыпки требуемого объема грунта на обочины после снятия с них и верхней части откосов земляного полотна растительного слоя.

Работы выполняют в такой последовательности:

- снятие растительного слоя с обочин и верхней части откосов на высоту 0,5-0,6м;

- послойная разборка и удаление материалов слоя старой дорожной одежды;

- послойная засыпка корыта грунтом и его уплотнение;

- отсыпка песчаного слоя, устройство новой дорожной одежды;

- досыпка обочин и их укрепление.

Если старая дорожная одежда остается как основание новой, поднятие земляного полотна, по существу, сводится к досыпке грунта на обочины и к его уплотнению.

При необходимости увеличить высоту насыпи более чем на 0,5м работы ведутся снизу вверх от подошвы насыпи так же, как и при уширении земляного полотна.

После снятия растительного слоя с откосов насыпи, кюветов и поверхности прилегающей полосы, где будет размещена подошва новой насыпи, засыпают кюветы или боковые канавы с послойным уплотнением грунта. Затем так же, как и при уширении, послойно отсыпают новые откосные части насыпи с рыхлением старого откоса или нарезкой уступов.

Если ширина слоя отсыпаемого откоса достаточна для работы бульдозера, автогрейдера и катков, каждый уступ нарезают шириной 0,3-0,5м и высотой, равной толщине отсыпаемого слоя (0,25-0,35м). Затем отсыпают первый слой грунта по подошве новой насыпи и тщательно уплотняют его. После этого нарезают второй снизу уступ и так отсыпают откосную часть до бровки старой насыпи.

Если ширина отсыпаемого откоса меньше 1,5-2,0м, может быть принят один из двух вариантов:

а) увеличивают ширину уступа так, чтобы обеспечить возможность работы дорожных машин при послойной отсыпке откосной части земляного полотна;

б) увеличивают ширину вновь отсыпаемых слоев, которые после возведения насыпи срезают, а грунт перемещают на другие участки работы.

Таким образом отсыпается новая откосная часть насыпи до уровня бровки земляного полотна существующей дороги. Дальнейшее повышение насыпи выполняется по обычной технологии возведения земляного полотна.

При увеличении высоты насыпей необходимо соблюдать те же требования к грунтам, их взаиморасположению и степени уплотнения, что и при уширении земляного полотна.

Увеличение глубины выемок. Увеличение глубины существующих выемок производится значительно реже, чем увеличение высоты насыпей, что объясняется более сложными условиями осуществления таких работ, поскольку изменение проектной линии в выемке влечет за собой изменение проектной линии и на подходах к ней (рис. 21.)

 

Рис. 21. Схема расположения смежных участков изменения глубины выемки и высоты насыпи при смягчении продольного уклона:

1 - линия поверхности земли;

2 - положение красной линии до реконструкции; 3 - то же, после реконструкции; i₁, i₂ - максимальный продольный уклон до и после реконструкции.

Характерные участки изменения продольного профиля:

- участок увеличения глубины выемки I;

- участок уменьшения глубины выемки II;

- участок, где выемка заменяется насыпью, III;

- участок увеличения высоты насыпи на подходе к выемке IV.

В реальных условиях некоторые из названных участков могут отсутствовать, но все равно организация работ по реконструкции выемок остается сложной.

При увеличении глубины выемок неизбежны увеличение ее ширины по верху, снятие существующей дорожной одежды, перестройка системы водоотвода и дренажа (рис. 22.).В ряде случаев одновременно с углублением выемки для повышения устойчивости откоса или обеспечения снегонезаносимости откосов, то есть уполаживают их.

Рис. 22. Схема определения геометрических размеров углубляемой выемки

 

Увеличение ширины выемки по верху с одной стороны в этом случае составит:

b = m₂×h₂ - m₁×h₁, м, где (5)

m₁ и m₂ - заложение откоса насыпи до и после реконструкции;

h₁ и h₂ - глубина выемки до и после реконструкции, м.

Если крутизна откоса после реконструкции остается такой же, как и до реконструкции, увеличение ширины по верху одной стороны составит

b = m×(h₂ - h₁), м, где (6)

m - заложение откоса выемки.

Работы по углублению выемок начинаются, как правило, с устройства объезда, снятия растительного слоя с откосов выемки и поверхности земли на полосе уширения.

После этого производят уширение выемки по верху до отметки бровки существующей дороги сначала с одной, а затем с другой стороны или с обеих сторон одновременно.

Движение автомобилей в этот период может осуществляться по обеим полосам проезжей части без перерыва. После этого удаляют дорожную одежду и углубляют выемку, разрабатывая грунт с перемещением под уклон бульдозерами или скреперами. Чаще же всего ее уширяют экскаваторами с одновременной погрузкой грунта в автомобили-самосвалы.

При величине уширения более 2м разработку откосов выемки можно выполнять бульдозером с продольным перемещением грунта. При меньшей величине уширения разработку откосов выемки выполняют экскаватором с обратной лопатой, который устанавливается наверху откоса и разрабатывает грунт с погрузкой в транспортные средства или в оки выполняют экскаватором с обратной лопатой, который устанавливается наверху откоса и разрабатывает грунт с погрузкой в транспортные средства или в отвал.

Экскаватор может быть использован и для разработки откосов при большой величине уширения и большой глубине выемки. В этом случае может быть использован экскаватор, который разрабатывает откос ярусами с погрузкой грунта в транспортные средства.

При уширении и углублении больших и глубоких выемок этот метод широко применяется. После того как откосы выемки разработаны на глубину до отметки бровки существующей дороги, приступают собственно к углублению выемки до проектной отметки (рис. 23.).

К этому времени должно быть закрыто движение по основной дороге и перенесено на объезд или организовано движение по одной стороне проезжей части и снята дорожная одежда.

Рис. 23. Поперечный профиль земляного полотна при углублении выемки:

1 - существующее земляное полотно; 2 - существующая дородная одежда; 3 - новый поперечный профиль земляного полотна с увеличением геометрических параметров;

4 - новая дорожная одежда.

Работы по углублению выполняют скреперами или бульдозерами. Технология работ практически не отличается от работ по строительству дорог.

Завершающим этапом работ по углублению выемок является планировка и укрепление откосов, нарезка и укрепление кюветов и водоотводных канав.