Технологические схемы возведения насыпей на болотах

Возведение насыпей автосамосвалами возможно при любой высоте насыпи на болотах всех типов. Наиболее эффективно применять автосамосвалы грузоподъемностью до 12 тонн. Грунт транспортируют из карьеров или выемок, разрабатываемых одноковшовыми или роторными экскаваторами. Схемы движения самосвалов применяют следующие: с разворотом их на насыпи, без уст­ройства разъездов или с использованием устраиваемых для этой цели разъездов; кольцевое движение.

Часть насыпи, расположенную ниже поверхности болота, отсыпают сразу на всю ширину и высоту с головы. При ширине насыпи более 11 м самосвалы для выгрузки разворачиваются на насыпи, а при ши­рине менее 11 м – перед насыпью с подачей на разгрузку на рас­стояние до 50 м задним ходом или с использованием разъездов (рис. 3.8). Выгруженный из автомобиля грунт надвигают бульдозером на ранее подготовленное основание.

Верхнюю часть насыпи па болотах всех типов отсыпают горизонтальными слоями с обязательным уплотнением каждого слоя грунтоуплотняющими машинами. По длине насыпи участок работ делят на две захватки, по ширине – на две полосы. Автосамосвалы передвигаются по одной полосе, а выгружают грунт на другой. После разгрузки (на захватке 1) они движутся вперед до разъезда, где разворачиваются и возвращаются под погрузку. Вслед за отсыпкой грунта на захватке 1 его разравнивают бульдозером, а на захватке 2 работает грунтоуплотняющая машина. После отсыпки и уплотнения слоя грунта на одной половине насыпи на участке между разъездами по ней открывают движение автосамосвалов, а грунт отсыпают на другой половине насыпи.

 

 

Рис. 3.8. Схема возведения насыпи с разворотом автомобилей на разъезде

 

Ширина площадки разъезда должна быть не менее 5 м; высота разъезда – менее высоты насыпи на толщину отсыпаемого слоя. Если вблизи трассы пролегает притрассовая автомобильная до­рога, то следует рассматривать технологию отсыпки насыпи с ис­пользованием этой дороги для движения по ней автосамосвалов по кольцевой схеме. При этом необходимо учитывать дополнительные затраты на отсыпку съездов с насыпи и временных соединительных участков дорог.

Возведение насыпей самоходными скреперами выполняют на сухих болотах при дальности возки грунта до 3 км. Наиболее эффективно применять скреперы при наличии вблизи земляного полотна автомобильной дороги. Нижнюю часть насыпи до уровня поверхности болота отсыпают скреперами в комплексе с бульдозерами. Скреперы транспортируют грунт к месту отсыпки, выгружают его перед болотом и возвращают­ся к месту набора грунта. Бульдозеры надвигают грунт на подготов­ленное основание насыпи.

Слой отсыпают сразу на всю высоту и ширину нижней части насыпи. После отсыпки насыпи на небольшом на­чальном участке болота скреперы выгружает на нем грунт, а бульдозеры надвигают его вперед на болото. Для въездов скреперов на землевозную дорогу устраивают соединительную дорогу. Верхнюю часть насыпи выше поверхности болота отсыпают послойно по кольцевой схеме движения скреперов с уплотнением грунта грунтоуплотняющими машинами. Для этого насыпь по ширине делят на две полосы.

Возведение насыпей и подушек с использованием железнодорожного подвижного состава. Насыпи и выемки из переувлажненных глинистых грунтов тугопластичной консистенции дорог I–III категорий устраивают с подушками из дренирующих грунтов. В труднопроходимых заболоченных районах при отсутствии у трассы грунта, пригодного для возведения насыпей и песчаных подушек, и в случае расположения карьера на расстоянии более 10 км используют железнодорожный подвижной состав в комплексе с автосамосвалами.

Дренирующий грунт для возведения земляного полотна, как правило, доставляется из действующих карьеров по добыче песка для общих нужд строительства или из карьеров МПС, при объемах поездной возки более 100 тыс. м³ – из специальных земляных карь­еров. Насыпи и подушки возводят по одно- и двухэтапной технологи­ческим схемам. По одноэтапной схеме их отсыпают на всю высоту с перемещением грунта поездами широкой колеи из основного карьера в перегрузочный, а из него в насыпь – автосамосвалами.

По двухэтапной схеме предварительно возводят насыпь пониженного профиля (не на полную высоту) с использованием одноэтапной схемы, а на втором этапе досыпают ее до проектной высоты только поездной возкой. Для возведения насыпей по одноэтапной схеме необходим следующий ориентировочный состав комплекса машин: экскаватор прямая лопата для разработки грунта в основном карьере; драглайн с ковшами ЦНИИС для погрузки грунта в автосамосвалы в перегрузочном карьере; железнодорожный подвижной состав (тепловозы и думпкары) для перевозки грунта из основного карьера в перегрузочный; автосамосвалы для перевозки грунта из перегрузочного карьера в насыпь; бульдозеры для использования в карьерах и на отсыпке на­сыпи; грунтоуплотняющая машина для уплотнения грунта в насыпи; электростанции для освещения мест производства работ в темное время.

Количество поездов и думпкаров в поезде, а также число авто­самосвалов определяют расчетом в зависимости от дальности возки грунта, типоразмеров экскаваторов, грузоподъемности землевозного транспорта, дорожных условий и других факторов. Для возведения насыпей на втором этапе при двухэтапной схеме используют те же машины, что и при одноэтапной схеме, исключая драглайн и автосамосвалы. Дополнительно для подъемки пути необ­ходим консольный электробалластер или ползучий путеподъемник с тракторным дозировщиком или путевым стругом.

Разработка грунта при использовании ширококолейного транспор­та осуществляется в карьерах, имеющих путевое развитие, состоя­щее из соединительного пути и путей обменного пункта. На обменном пункте укладываются 2–3 пути: главный, приемоотправочный и путь технического осмотра подвижного состава. Длина обменного пункта рассчитывается по формуле

 

, (3.2)

 

где L_n – длина поезда, м; L_р – резерв на неточность установки поезда (15 м); L_o – расстояние от начала стрелочного перево­да до предельного столбика, м; d – расстояние между остряками стрелочных переводов (не менее 4,5 м).

Забойный путь укладывается на специально подготовленную площадку. Передвижку забойного пути производит путевая бригада с помощью бульдозера, крана или путепередвигателя. Разработка карьера ведется проходками с боковым забоем в соот­ветствии с технологией разработки выемок и карьеров экскаватором прямая лопата. Для сокращения затрат на передвижки забойного пу­ти размер забоя следует принимать наибольшим, а стоянку экска­ватора целесообразнее располагать на уровне забойного пути. При переходе на более низкий рабочий горизонт стоянка экскаватора может быть ниже уровня головки рельса забойного пути на величину, не превышающую

 

, (3.3)

 

где Н_в – наибольшая высота выгрузки экскаватора, м; Н_д – высота думпкара, м; 0,5 м – запас высоты над бортом думпкара. Временные перегрузочные карьеры устраивают на сухих участках с одной стороны насыпи высотой 1,5...2 м. Длину их назначают так, чтобы могли разместиться машины, находящиеся на выгрузке и погрузке грунта. Ориентировочно длину карьера принимают 1,5...2 длины землевозного поезда. Первый перегрузочный карьер устраивают в начале отсыпаемого участка насыпи, а последующие – через расстояние L, которое определяют по формуле

 

, (3.4)

 

где П_э – сменная производительность экскаватора, занятого на погрузке грунта в перегрузочном карьере, м³/см.; v – сред­няя скорость движе­ния автомобиля при перевозке грунта из пере­грузочного карьера в насыпь, м/мин; t_п – время погрузки одного автосамосвала в перегрузочном
карьере, мин; С_к – затраты на организацию перегрузочного карьера с учетом потерь привозного дренирующего грунта, р.; С_п – сумма затрат на передислокацию машин из одного перегрузочного карьера в другой, р.; С_а – стоимость машино-смены автосамосвала, р./см.; S – средневзвешенный объем 1 пог. м отсыпаемой насыпи, м³.

Грунт, выгруженный в перегрузочный карьер, перемещают бульдозером в вал высотой 1,5...3,5 м и грубо планируют. Драглайн устанавливают наверху спланированного вала, он разрабатывает грунт торцовым забоем и грузит его в автосамосвалы, которые рас­полагаются внизу забоя. Производительность экскаваторов, занятых в перегрузочном карьере, должна быть согласована с производительностью экскаваторов, занятых в основном карьере.

Отсыпка насыпи из грунта перегрузочного карьера производится с соблюдением технологических требований возведения насыпей автоса­мосвалами. Вслед за окончанием возведения земляного полотна на участке от перегрузочного карьера до места закладки очередного перегрузочного карьера на нем производят укладку пути и бал­ластировку на первый слой.

Подушку из дренирующего грунта отсыпают сразу на всю ее ширину с разворотом автосамосвалов на отсыпаемом слое в местах временного специального уширения (рис. 3.9).

В случае отсыпки подушки в два этапа верхний слой отсыпают по кольцевой схеме или в направлении к перегрузочному карьеру с разворотом автосамосвалов на насыпи. В этом случае слой отсыпают двумя захватками по длине насыпи: на первой отсыпают и разравнивают грунт, на второй – уплот­няют отсыпанный слой.

До проектной отметки насыпь досыпают поездной возкой с уложен­ного пути захватками, кратными длине землевозных поездов, послой­но, поднимая путь машинами. Грунт из думпкаров или хопперов-доза­торов выгружают на обе стороны пути. Часть его дозируют в путь электробалластером или тракторным дозировщиком, остальной разравнивают бульдозером или стругом.

 

Контрольные вопросы и задания

1. Перечислите признаки, на основе которых устанавливают типы болот.

2. Укажите основные различия между болотами I, II и III типов.

3. Объясните, в каких случаях производится полное, а в каких частичное удаление торфа из основания насыпи.

4. Сравните по трудоемкости, стоимости и условиям применения две возможные схемы выторфовывания экскаватором-драглайном.

5. Определите количество взрывчатого вещества для выторфовывания участка насыпи длиной 100 м при следующих данных: ширина основной площадки насыпи 7,1 м; толщина слоя торфа 2 м; удельный расход ВВ 1,5 кг/м³.

6.В какой последовательности выполняется выторфовывание и возведение насыпи на болоте средствами гидромеханизации?

7. Как производится сооружение насыпей на болотах без выторфовывания?

8. Рассчитайте длину обменного пункта в грунтовом карьере при возведении насыпи поездной возкой, если в составе рабочего поезда используется тепловоз ТЭ3 и 30 хоппер-дозаторов.

9. Укажите основные принципы, лежащие в основе формирования механизированных комплексов для производства работ по возведению земляного полотна железных дорог.

10. Какие технико-экономические показатели учитываются при выборе вариантов комплексной механизации земляных работ (при сооружении земляного полотна)?

 

4. ОСОБЕННОСТИ СТРОИТЕЛЬСТВА
В СЕЙСМИЧЕСКИХ РАЙОНАХ

4.1. Факторы, осложняющие строительство
в сейсмических районах

Сейсмическими называют районы, в которых возможны землетрясения, т. е. колебания земной поверхности, вызванные тектоническими внутриземными процессами, обладающими огромной кинетической энергией. Наука, изучающая землетрясения называется сейсмологией. Вопросами изучения взаимодействия грунтов и сооружений при землетрясениях занимается инженерная сейсмология. Очаг землетрясения располагается в 20…30 км от поверхности земли (в редких случаях глубже, до 700…800 км). Центральную точку очага называют гипоцентром или фокусом, а проекцию этой точки на поверхность земли – эпицентром землетрясения.

По причинам возникновения землетрясения могут быть разделены на провальные, тектонические и вулканические. Провальные землетрясения – обрушение пород в каверны и пещеры, появившиеся в земной толще вследствие растворения пород водой. Это землетрясения небольшой силы. Вулканические землетрясения возникают в результате внезапного освобождения (взрыва) сжатых в жерле вулкана газов при его закупорке. Это также слабые землетрясения.

Наиболее опасны тектонические землетрясения. Они происходят за счет тектонических движений, т. е. разнообразных по направлению и интенсивности движений земной коры, вызывающих ее деформации или разрывы слоев: колебательные движения, складчатые движения, разрывные движения, приводящие к образованию разломов, сбросов, надвигов и т. п.

Очаг землетрясения излучает сейсмические волны широкого спектра частот. Проходя различные по плотности среды, волны многократно преломляются и отражаются. От гипоцентра распространяются упругие колебания (сейсмические волны) в виде глубинных продольных волн (скорость их равна скорости звука в соответствующей среде) и поперечных волн (примерно в 1,7 раза меньше скорости). От эпицентра распространяются поверхностные волны, их скорость примерно равна скорости поперечных волн, исходящих из гипоцентра.

В результате при землетрясении каждая точка поверхности земли испытывает воздействие толчка в очаге в виде серии колебаний волн различной частоты, пришедших разновременно с различными скоростями и амплитудой. Таким образом, объект испытывает не один толчок, а целые серии толчков. К этому следует добавить, что кроме основного толчка, существуют предшествующие толчки (форшоки) и последующие (афтершоки).

В целом продолжительность разрушений во время землетрясений весьма незначительна. Так землетрясение в г. Ашхабаде (1948) длилось всего 8…10 с, но почти полностью был разрушен город. Оценку и сравнение землетрясений производят по силе – количеству высвобожденной кинетической энергии в очаге или по интенсивности, т.е. по степени вызванных землетрясением локальных изменений.

Мерой высвобожденной энергии в очаге является магнитуда, обозначаемая М, при этом энергия землетрясения, принятого за единицу, равна примерно 1012 эрг. Излучаемая энергия самого сильного землетрясения, магнитуда которого М=9,5, равна приблизительно 5∙1025 эрг. Однако значение М хорошо характеризует лишь очаг землетрясения. В некоторых случаях более удобна оценка землетрясений по интенсивности. Оценку интенсивности землетрясений обычно производят по степени повреждения искусственных сооружений и другим косвенным признакам. Несмотря на субъективный характер оценок по шкалам интенсивности, они нашли широкое применение. В разных странах используют различные шкалы интенсивности.

В СССР первой официальной сейсмической шкалой является­
12-бал­ль­ная шкала Института физики Земли АН СССР (шкала ИФЗ). Часть этой шкалы, которая представляет практический интерес для строителей и охватывает зоны от 6 до 9 баллов, утверждена Госстроем СССР в качестве государственного стандарта для обязательного применения.

Описание последствий землетрясений дифференцировано в сейс­ми­ческой шкале по трем разделам: 1) здания и сооружения; 2) остаточные явления в грунтах и изменение режима грунтовых и наземных вод; 3) прочие признаки. Сейсмичность ниже 6 баллов для зданий и сооружений не опасна, и ее при проектировании и строительстве обычно не учитывают. При большей сейсмичности необходимо предусматривать специальные меры, обеспечивающие требуемую сейсмичность зданий и сооружений.

Выполнение требований сейсмичности достигается комплексом проектных, строительных и эксплуатационных мероприятий. При этом, кроме непосредственного действия на сооружение сейсмических волн, необходимо учитывать такие последствия землетрясений, как наводнения, оползни, обрушения, сели, цунами, пожары и т. д.

 

4.2. Определение сейсмичности района строительства
и сооружения

Более 20 % территории России – районы с различной сейсмичностью. В настоящее время составлены карты сейсмического районирования, в которых выделены районы с сейсмичностью 6,7,8 и 9 баллов. Районы с более активной сейсмичностью особо не обозначены. Они занимают небольшие участки с неблагоприятными грунтовыми условиями внутри 9-балльных зон. Сейсмическое районирование по нормам (СНиП II-7-81) дает общую прогнозируемую балльность обширного района.

Однако проявление силы землетрясения (балльность), даже в пределах небольшой территории, в зависимости от геологических условий конкретного участка может отличаться от принятого для района на 1…2 балла. Поэтому балльность конкретной строительной площадки, указанная в карте сейсмичности, корректируется исходя из характеристики строительной площадки. Для уточнения сейсмичности площадки необходимо на основе подробных исследований проводить микрорайонирование, которое обычно ведется в масштабе 1:5000…1:10000, в отдельных случаях – 1:25000.

Микрорайонирование основывается на следующем: 1) сейсмостатических данных – сведениях о положении очагов, распределении эпицентров и т. п.; 2) инструментальных сейсмических наблюдениях – графиках повторяемости землетрясений, картах активности, сотрясаемости и т. д.; 3) инженерно-геологических данных, определяющих состав грунтов, особенности их залегания, положение грунтовых вод, характер развития физико-геологических явлений и остаточных деформаций грунтов, возникающих при землетрясениях; 4) инструментальных определениях приращения сейсмической интенсивности.

Допускается (СНиП II-7-81) определять сейсмичность площадки строительства согласно табл. 4.1.

Определив расчетную сейсмичность площадки строительства, можно переходить к определению требуемой сейсмостойкости здания (сооружения). Это понятие требует некоторых пояснений. В принципе, можно рассчитать и запроектировать конструкции сооружений на любые нагрузки, в том числе и сейсмические. Однако, совершенно ясно, что массовое строительство такого типа сооружений и зданий было бы экономически неоправданно, а в ряде случаев технически затруднительно. Поэтому при проектировании объектов следует исходить из того, что сооружение должно иметь лишь требуемую сейсмостойкость.

Требуемая сейсмостойкость сооружения определяется исходя из ус­ловия, что при землетрясении, принятом по интенсивности за расчетное, обеспечивается, во-первых, сохранность несущих конструкций, выход из строя которых угрожает обрушением сооружения или его ответственных частей (при этом возможны повреждения второстепенных несущих эле­ментов, не угрожающих безопасности людей или сохранности ценного оборудования) и, во-вторых, возможность нормальной эксплуатации со­оружения. Таким образом, для различных по сейсмичности районов и различных типов сооружений сейсмостойкость будет различной.

Как показала практика, обеспечение сейсмостойкости зданий и сооружений в соответствии с требованиями СНиП II-7-81 влечет за собой удорожание стоимости объектов примерно на 4 % на каждый балл сейсмичности (соответственно 4; 8; 12 % для 7;8;9 баллов). Отсюда понятно, как важно для экономии средств правильно определять действительную степень сейсмичности участка строительства, а также зависящую от нее расчетную сейсмостойкость сооружения.

Таблица 4.1

Оценка сейсмичности площадки строительства

в зависимости от грунтов

 

Категория грунта по сейсмическим свойствам	Грунты	Сейсмичность площадки строительства при сейсмич­нос­ти района, балл
I	Скальные всех видов невыветрелые и слабовыветрелые; крупнообломочные плотные маловлажные из магматических пород, содержащие до 30 % песчано-глинистого заполнителя; выветрелые и сильновыветрелые скальные и нескальные твердомерзлые (ВМГ) при температуре –2 °С и ниже при строительстве по принципу I
II	Скальные выветрелые и сильновыветрелые, кроме отнесенных к категории I; крупнообломочные грунты, за исключением отнесенных к категории I; пески гравелистые, крупные и средней крупности, плотные и средней плотности, маловлажные и влажные; пески мелкие и пылеватые плотные и средней плотности маловлажные; глинистые грунты твердые и полутвердые; ВМГ нескальные пластично мерзлые, а также твердомерзлые при температуре выше –2 °С при строительстве по принципу I
III	Пески рыхлые независимо от влажности и крупности; пески гравелистые, крупные и средней плотности, водонасыщенные; пески мелкие и пылеватые плотные и средней плотности влажные и водонасыщенные; глинистые грунты мягкопластичные; ВМГ нескальные при строительстве по принципу II

 

Кроме сейсмичности района (площадки строительства), при решении вопроса о расчетной сейсмостойкости сооружений должны также учитываться повторяемость землетрясений расчетной силы, срок службы сооружения, его материальное значение или культурная ценность.

Уровень расчетной сейсмостойкости зданий и сооружений различного назначения, но без учета дополнительных отраслевых или ведомственных требований устанавливается по нормативной расчетной сейсмичности (СНиП II-7-81). В табл. 4.2 приведены ведомственные (МПС) нормы расчетной сейсмичности транспортных зданий.

Таблица 4.2

Нормативы расчетной сейсмичности для транспортных зданий

№ п/п	Характеристика зданий по назначению и ответственности	Сейсмичность площадки строительства, балл
	Здания управлений дорог, вокзалы, локомотивные и вагонные депо, административные здания ж.д., бытовые здания различных служб, здания компрессорных, посты ЭЦ, посты связи местного значения и другие здания этого типа, за исключением указанных в п. 2,3,4 настоящей таблицы. Здания гаражей, пункты текущего осмотра, ремонта и технического обслуживания вагонов и локомотивов, эксп­луа­тационно-ремонтные базы механизированных дистанций пути и другие здания этого типа, за исключением указанных в п. 5 настоящей таблицы
	Ответственные для железнодорожного транспорта зда­ния, в которых размещаются службы и средства автома­ти­зи­рованного управления движением, включая системы АСУЖТ, СЦБ и их аварийное энергетическое обеспечение
	Особо ответственные для железнодорожного транспорта здания, в которых размещаются службы и средства авто­матизированного управления работой крупных узлов транспортной сети и сети железных дорог в целом
	Здания тяговых подстанций, вокзалов для числа пас­са­жиров 100 и более, дома отдыха локомотивных и поездных бригад, служебно-бытовые помещения для локомотивных бригад, проектируемые с несущими конструкциями из каменной кладки
	Производственные одноэтажные здания, в том числе крупные автоматизированные склады и пакгаузы с числом единовременно работающих не более 50 и не содер­жа­щие особо ценного оборудования с учетом п. 1 настоящей таблицы

 

Сейсмостойкость зданий и сооружений может быть достигнута комплексом согласованных проектных, строительных и эксплуатационных мероприятий: выбором благоприятного с точки зрения сейсмических условий размещения объекта, его планировки, взаиморазмещения зданий и сооружений, соответствующими объемно-планировочными решениями зданий и сооружений, применением соответствующих материальных и конструктивных решений; расчетом конструкций сооружений на сейсмические нагрузки; высоким качеством выполнения работ по возведению зданий и сооружений; тщательным уходом и наблюдением за состоянием конструкций в процессе эксплуатации зданий и сооружений.