Виды сооружений и способы регулирования водно-теплового режима земляного полотна и дорожных одежд

Общие положения. Для регулирования водно-теплового режима земляного полотна используется комплексный подход, направленный на исключение попадания воды в рабочий слой насыпей и выемок, с целью предохранения конструктивных слоев дорожной одежды от деформаций, связанных с потерей несущей способности. К таким деформациям относится, в первую очередь, пучение.

В соответствии с требованиями СНиП 2.05.02-85 основным решением для обеспечения устойчивости и прочности земляного полотна и дорожной одежды является возвышение поверхности покрытия над расчётным уровнем грунтовых вод, верховодки или длительно (более 30 суток) стоящих поверхностных вод, а также над поверхностью земли на участках с необеспеченным поверхностным стоком или над уровнем кратковременно (менее 30 суток) стоящих поверхностных вод, которое должно соответствовать, например, для II дорожно-климатической зоны от 1,1 до 2,4 м в зависимости от грунта рабочего слоя.

При невозможности обеспечения требуемого возвышения покрытия над расчётными уровнями поверхностных и грунтовых вод должны быть предусмотрены следующие мероприятия: устройство морозозащитно-дренирующего слоя; регулирование водно-теплового режима земляного полотна с помощью гидроизолирующих, теплогенерирующих, дренирующих или капилляро-прерывающих прослоек; укрепление или улучшение грунта рабочего слоя с помощью вяжущих; использование армирующих геосинтетических прослоек; понижение уровня подземных вод с устройством дренажа. Указанные мероприятия особенно эффективны при их комплексном использовании.

Водоотводные и дренажные сооружения являются непосредственными элементами земляного полотна согласно СНиП 2.05.02-85. Они подразделяются:

на сооружения открытого водоотвода: водоотводные канавы, кюветы, водоотводные и водосбросные лотки;

сооружения закрытого водоотвода: дренажи траншейные (подкюветный, закюветный, перехватывающий), откосные, горизонтальные, застенные, пластовые.

Поверхностный водоотвод. К открытому водоотводу относятся водоотводные канавы, кюветы, водоотводные и водосбросные лотки для отвода воды с проезжей части. Сроки и время их устройства в общем технологическом цикле и предусмотренном для конкретных условий регламенте устанавливаются проектом, в частности, проектом организации строительства и производства работ, как правило, до начала устройства дорожной одежды.

В тех случаях, когда условия производства работ по сооружению земляного полотна и дорожной одежды позволяют обеспечить сохранность сооружений водоотвода открытого типа в период основных работ, предусмотренные проектом конструкции водоотвода такого типа рекомендуется выполнять до начала указанных основных работ. Особенности организации строительства в этом случае должны быть отражены в проекте производства работ.

Работы по устройству открытого водоотвода включают следующие виды технологических операций:

разбивочные работы с закреплением планового и высотного расположения водоотводного сооружения относительно земляного полотна или его отдельных конструктивных элементов с учётом установленных проектом мест сброса воды;

нарезку канавы заданного профиля;

доработку профиля или его профилировку с приданием проектной конфигурации откосов и основания;

устройство слоя песчаной или щебёночной подготовки перед укреплением (если они предусмотрены проектом);

устройство конструкций укрепления дна и откосов канавы.

Во всех случаях защитное покрытие (конструкции укрепления) следует устраивать непосредственно после доработки профиля и устройства песчаной или щебёночной подготовки.

Канавы глубиной до 0,4 м нарезают тяжёлыми автогрейдерами; глубиной 0,4-0,7 м - бульдозерами или кустарниковыми плугами с профильными отвалами; глубиной 0,7-1,5 м - специальными канавокопателями плужного или роторного типа; а глубиной более 1,5 м - экскаваторами, в частности, многоковшовыми с обратной лопаткой. Допускается применение одноковшовых экскаваторов, оборудованных профильным ковшом, а при отсутствии профильного ковша допускается использование обычного ковша с последующей доработкой откосов канав и профилировкой их вручную.

При устройстве водосбросных лотков, размещаемых на откосах насыпей, канавы, необходимые для их заглубления, устраивают при помощи экскаваторов с ковшом «обратная лопата» или типа УДС.

При устройстве водоотводных, водосбросных и других типов канав вынимаемый из них грунт используют для сооружения насыпей, если он по составу и состоянию удовлетворяет требованиям СНиП 2.05.02-85. В противном случае грунт удаляется в кавальер.

В качестве защитного покрытия откосов и дна канав используют травосеяние, щебневание дна с устройством травяного покрова на откосах, сборные покрытия из плит, цементогрунт или асфальтобетон, сборные профильные элементы, геосинтетические и геопластиковые материалы. Ориентировочные трудозатраты на укрепительные работы приведены в табл. 4.1. При укреплении канав травосеянием механизация укрепительных работ обеспечивается методом гидропосева. Возможны варианты посева трав вручную.

Таблица 4.1

Облицовку канав бетонными плитами выполняют вручную или с использованием автомобильного крана грузоподъёмностью до 6 т. Укладку сборных элементов на подготовленный профиль канавы осуществляют только после устройства слоя подготовки (песок, гравийно-песчаная смесь, щебень, геотекстиль); омоноличивание сборных элементов и устройство швов осуществляют вручную цементным раствором, мастиками, уплотняющими прокладками или другими материалами, предусмотренными проектом. Укрепление канав монолитными покрытиями (бетон, асфальтобетон или грунт, укреплённый вяжущими) осуществляют при ручном распределении материала и уплотнении его при помощи виброреек, площадочных вибраторов и ручных катков.

Для механизации укрепления канав монолитным бетоном рекомендуется использовать специальный отряд машин (табл. 4.2) с применением скользящей виброформы, выполненной по профилю канавы и перемещаемой при помощи трактора или лебёдки, установленной на виброформу. Для уплотнения и формования бетона используют 4 глубинных вибратора. Доставку и загрузку бетона в форму осуществляют автобетоносмесителями.

Таблица 4.2

Устройство сборных лотков (водосбросов) из железобетонных блоков включает следующие операции (табл. 4.2):

отрывку траншеи под блоки лотка и блоки оголовков;

устройство щебёночной подготовки под оголовки;

установку блоков лотка и оголовков;

заделку швов на стыках блоков;

засыпку пазух грунтом с уплотнением и планировкой откосов по обеим сторонам лотка.

Устройство водосбросов с проезжей части дороги из сборных бетонных лотков, размещаемых на откосах, с устройством гасителя включает:

отрывку котлована под гаситель, лоток на обочине и траншею под телескопический лоток по откосу насыпи;

устройство щебёночной подготовки;

установку упорного блока и монтаж телескопического лотка;

заделку швов в стыках блоков;

засыпку пазух грунтом с уплотнением грунта и планировкой откосов по обеим сторонам лотка;

установку бортовых блоков открытого лотка и плит гасителя.

Работы целесообразно вести специальным отрядом машин.

Дренажные сооружения для регулирования подземного стока. Дренажные сооружения, предназначенные для регулирования подземного стока в конструкциях низких насыпей и выемок земляного полотна, включают подкюветные, закюветные перехватывающие откосные, присыпные и врезные дренажные устройства, а также бестраншейные трубчатые и застенные элементы.

Работы по устройству перехватывающего, подкюветного и закюветного дренажей (траншейные дренажи) включают следующие операции:

подготовку трассы дренажа;

рытьё траншей с осушением и временным креплением их стенок;

подготовку основания под дренажные трубы с устройством в необходимых случаях предусмотренного проектом водонепроницаемого вертикального экрана с низовой стороны;

укладку и засыпку труб дренирующим материалом (песком, щебнем) и заполнение верха траншей местным глинистым грунтом с последующим их уплотнением и устройством водонепроницаемого замка.

До начала рытья траншей для перехватывающего, подкюветного и закюветного дренажа необходимо подготовить трассу: осуществить разбивку и привязку; закрепить ось траншей колышками и вешками; удалить пни, камни, кустарники и пр.; спланировать рабочую площадь для работы землеройных машин. Для рытья траншей рекомендуется применять многоковшовые экскаваторы или экскаваторы с обратной лопатой.

В тех случаях, когда имеется вероятность поступления поверхностных вод в дренажную траншею, рекомендуется предусматривать временные водоотводные канавы или лотки. В определённых случаях целесообразно использовать откачивание воды в приямок при помощи насосов.

При поступлении в траншею грунтовых вод с расходом, превышающим 1 л/сек, её необходимо осушать с помощью иглофильтровых водопонижаюших или других насосных установок. Боковые стенки траншеи крепят инвентарными щитами с применением стоек и распорок. Технология осушения, а также крепления траншеи инвентарными щитами должна быть отражена в проекте производства работ.

Устройство траншейных дренажей всех типов рекомендуется выполнять в сухое время года. При наличии грунтов повышенной влажности, переувлажнённых, а также в случае поступления в траншею поверхностных или грунтовых вод работы по устройству дренажей рекомендуется выполнять отдельными захватками с предварительным полным или частичным осушением.

В случае заглубления согласно проекту основания дренажа в водоупорный слой грунта на 0,2-0,5 м на дно траншеи следует укладывать слой уплотнённого щебня или гравия толщиной не менее 5 см. Если основание дренажа размещено выше водоупорного слоя, в качестве основания под трубы насыпают гравийно-щебёночный слой, уложенный на слой песка толщиной 10 см.

При устройстве перехватывающего дренажа во избежание просачивания воды в сторону земляного полотна вдоль ближайшей к нему стенки траншеи устраивают водонепроницаемый экран из рулонных изолирующих материалов (изол, рубероид, полиэтиленовая плёнка и т. п.).

В качестве дренажных труб применяют асбоцементные трубы с пропилами, трубофильтры и пластмассовые перфорированные трубы. При укладке в траншею через дренажные трубы протягивают оцинкованную проволоку, необходимую для прочистки при их эксплуатации. Концы проволоки закрепляют в смотровых колодцах.

Для наблюдения за работой дренажа и прочистки труб через каждые 50-80 м согласно требованиям проекта, а также на всех переломах дренажа в плане и продольном профиле устраивают смотровые колодцы из звеньев железобетонных труб диаметром 1 м, которые монтируют при помощи крана. На каждом смотровом колодце должна быть установлена бетонная или металлическая крышка для защиты от засыпки грунтом, снегом, другими материалами и предметами.

Поверх уложенных дренажных труб на высоту 30-40 см отсыпают одноразмерный гравий или щебень (сначала фракции 40-70 мм, а затем фракции 5-10 мм) и потом до уровня грунтовых вод - средний или крупный песок. По поверхности песка укладывают противофильтрационный замок из водонепроницаемого материала или битумной плёнки (норма розлива 4-5 л/м²).

Вместо отсыпки из гравия и щебня рекомендуется использовать оборачивание труб геотекстильным материалом с коэффициентом фильтрации не менее, чем у гравия или щебня. Верхнюю часть траншеи засыпают местным глинистым грунтом. Устройство дренажа целесообразно вести специальным отрядом машин. Для засыпки траншей применяют экскаваторы или бульдозеры, оборудованные открылками. Для уплотнения песка и местного грунта используют электровибраторы или ручные трамбовки. По мере засыпки траншей крепления стенок разбирают.

Открытые лотки в местах примыкания к дренажам укрепляют сборными бетонными элементами или мощением камнем с заливкой швов цементным раствором. Лоток укрепляют на длине не менее 2 м.

Откосный врезной дренаж сооружают после устройства подкюветного или перехватывающего трубчатого дренажа. Очерёдность их строительства устанавливается проектом, а также ПОС и ППР.

До начала работ на местности производят разбивочные работы: намечают точки поворота траншей, места примыкания к трубчатому дренажу, оси траншей, ширину траншей, места разгрузки материалов.

Для рытья траншеи экскаватор устанавливают на продолжении оси траншеи у подошвы откоса и разрабатывают грунт отдельными захватками, начиная от места примыкания траншеи к трубчатому дренажу. При значительной длине откоса экскаватор после отрывки нижней части траншеи устанавливают у бровки откоса. Траншею продолжают разрабатывать в направлении снизу-вверх.

Вынутый из траншеи грунт вывозят на автосамосвалах, а дно траншеи зачищают и планируют вручную. Боковые стенки траншеи при необходимости укрепляют щитами с применением стоек и распорок.

Для заполнения нижней части траншеи используют гравий или щебень, который подают в траншею экскаватором-планировщиком. После планировки слоя щебня и его уплотнения поверх этого слоя укладывают слой песка с разравниванием и уплотнением. Верхнюю часть траншеи заполняют глинистым грунтом нормальной влажности, который также подают в траншею экскаватором-планировщиком и укладывают слоями толщиной не более 30 см с уплотнением каждого слоя. По мере заполнения траншеи крепления стенок разбирают.

Для повышения долговечности работы откосного дренажа и уменьшения кольматации слоя щебня рекомендуется этот слой устраивать в оболочке из геотекстильного материала. При использовании геотекстиля в траншею опускают полотнище необходимой ширины с креплением его боковых концов к стенкам траншей, укладывают слой щебня, и после разравнивания и уплотнения последнего концы геотекстильного полотнища заворачивают на поверхность этого слоя. При этом устройство песчаного слоя не требуется. При сооружении откосного дренажа наличие местного грунта на контакте откосного дренажа с трубчатым дренажом не допускается. При выполнении последующих отделочных работ на откосах поверхность заполненных дренажных траншей покрывают слоем растительного грунта с посевом трав.

Присыпной откосный дренаж, устраиваемый в выемках, целесообразно размещать таким образом, чтобы его нижняя часть была расположена на полке. При этом должна быть обеспечена водонепроницаемость основания под дренажными трубами путём устройства экранов из перемятой глины, грунта, обработанного вяжущими или вязкого битума, а также водонепроницаемыми геосинтетическими материалами. Устройство откосного дренажа необходимо начинать сразу же после разработки соответствующего яруса выемки.

Для этой цели сначала возле подошвы откоса роют траншею глубиной 0,3-0,5 м, дно и откосы которой тщательно изолируют от поступления воды, оставляя выпуск для низа водоносного горизонта. В траншею укладывают трубофильтры, перфорированные пластмассовые или асбоцементные трубки с устройством обратного фильтра. В качестве материала для обратного фильтра можно использовать геотекстильные материалы. Далее отсыпают слои дренажа, предусмотренные проектом, а также верхний защитный слой с планировкой поверхности и укреплением её гидропосевом трав.

Для повышения эффективности работы присыпного откосного дренажа рекомендуется использовать геотекстильный материал. В этом случае на спланированную поверхность откоса укладывают полотнища из геотекстильного материала с оборачиванием нижнего конца полотнища вокруг дренажной трубы, укладывают поверх полотнища слой из песка и после этого устраивают верхний защитный слой с планировкой поверхности и её укреплением.

Перехватывающий траншейный дренаж, предусмотренный проектом на откосах выемок, следует устраивать после завершения разработки каждого яруса выемки, планировки откосов и устройства полки, где должен быть расположен дренаж.

При устройстве перехватывающих траншейных дренажей на склонах и косогорах, в том числе и оползневых, необходимо, чтобы в проекте (в том числе в ППР) было определено конкретное место расположения дренажного сооружения. В случае вероятности оползневых подвижек в результате рытья траншеи для дренажа рекомендуется устройство траншеи выполнять под защитой удерживающих конструкций, например, буронабивных или забивных свай.

Горизонтальный бестраншейный дренаж располагают у подошвы откоса выемки или её отдельных ярусов, а также в пределах верховой или низовой части склона, на котором располагается земляное полотно. Технология сооружения горизонтального бестраншейного дренажа включает:

подготовительные работы;

устройство водоприёмного коллектора или водоотводного лотка возле подошвы откоса;

монтаж дрен из гибких гофрированных труб;

бурение скважин с установкой обсадных труб;

извлечение бурового шва и введение в обсадные трубы дрен;

извлечение обсадных труб и обустройство устья скважин.

При длине дрен до 30 м в грунтах, обеспечивающих устойчивость стенок скважин до введения в них дрен, допускается бурение скважин без обсадных труб.

Подготовительные работы по устройству бестраншейного горизонтального дренажа включают планировку поверхности грунта на строительной площадке, устройство временных подъездных путей для транспортировки материалов и оборудования, доставку на площадку геотекстильного материала и дренажных труб и их складирование, транспортировку технологического оборудования, разбивку мест для бурения горизонтальных скважин.

В случае необходимости применения водоотводного лотка его устраивают перед бурением скважин. При наличии оползневых подвижек водоотводные лотки устраивают с гибким покрытием, например, из геотекстильных материалов, обработанных битумом (расход битума 2-4 л/м²), а также из объёмных пластиковых решёток.

Технология сооружения застенного дренажа осуществляется при устройстве сборных и монолитных подпорных стен и включает следующие операции:

формирование на тыльной (обращенной к грунту) поверхности стены и её отдельных элементов продольных и поперечных каналов и устройство в её нижней части дренажных окон;

навешивание на стену геотекстильного материала;

укладку в основании стены на уровне дренажных окон перфорированной трубы;

обёртывание нижнего конца полотнища вокруг дренажной трубы и её фиксацию;

засыпку застенного пространства местным грунтом (обратная засыпка).