20. Земляне полотно автошляхів та міських вулиць. Класифікація
Конструкції земляного полотна
Земляне полотноє одним із основних елементів автомобільної дороги. Від його стану значною мірою залежать експлуатаційні якості дороги. Хороший стан земляного полотна досягається правильним вибором конструкції, пристроєм надійного водовідведення, своєчасним усуненням пошкоджень полотна та водовідвідних споруд, тобто забезпечується на стадіях проектування дороги та її експлуатації. До нього відносяться пристрої та споруди, призначені для відведення поверхневих та ґрунтових вод.
Мал.31 Типи земляного полотна: 1 - насип; 2 – виїмка; 3 - напівнасип; 4 - напіввиїмка; 5 – напівнасип – напіввиїмка; 6 - нульове місце.
Земляне полотно (рис. 31) утворюється в поперечному перерізі з насипів та виїмок.
Необхідність цих елементів визначається рельєфом місцевості, де споруджується дорога. Коли дорога повинна проходити вище за рівень землі, грунт підсипають, тобто. споруджують насип (рис. 32, а, б). У разі підвищення рівня землі над дорогою шар землі знімають - роблять виїмку (рис. 32,). До виїмок належать також канали, траншеї, водовідвідні канави. У місцевостях, що мають значний ухил у поперечному перерізі (на косогорах), одна частина дороги може опинитися у виїмці, а інша у насипі. Таку земляну споруду називають напіввиїмкою — напівнасипом (рис. 32, г ).
Якщо для пристрою насипу не вистачає ґрунту, взятого з бічних канав, використовують резерви 2 (див. рис. 32, б ).
При розробці виїмок ґрунт вивозять у насипи, проте при надлишку цього ґрунту насипають кавальєри – насипи геометрично правильної форми. Розташовують кавальєри 4 частіше на обрізах з низового боку виїмки.
Для огородження земляного полотна відприпливу води з вищерозташованих місць прорізають водовідвідні нагірні канави 5.
Мал. 32. Поперечні профілі земляного полотна: а - насип у нульових відмітках, б - насип з бічних резервів, в - виїмка, г - напівв'ємка - напівнасип; 1 - насип, 2 - резерв, 3 - банкет, 4 - кавальєр, 5 - нагірна канава.
21. Вимоги та конструкція земляного полотна
Конструкції земляного полотна розробляють на основі даних про рельєф місцевості, ґрунтово-ґрунтових, геологічних, гідрологічних та кліматичних умовах, керуючись типовими поперечними профілями, технологічними вказівками та нормами.
Конструкція земляного полотна повинна зберігати міцність та стійкість при багаторазових проїздах транспортних засобів, впливах атмосфери та інших природних явищ. Протягом усього терміну служби дороги геометрична форма земляного полотна має залишатися незмінною. Основними параметрами конструкції земляного полотна є ширина, висота насипу чи глибина виїмки, крутість укосів, ухили поверхні (рис. 33,34).
Мал. 33. Конструкції земляного полотна у поперечному профілі на ділянках насипів:
а - заввишки до 2 м; б-висотою до 2 м з бічними резервами; в – висотою від 2 до 6 м; г - висотою від 6 до 12 м.
А - ширина земляного полотна, що зводиться; В – ширина дорожнього полотна; b - ширина проїжджої частини
За наявності несприятливих умов земляне полотно зводять за індивідуальними проектами. До таких умов відносять: насипи заввишки понад 12 м; виїмки глибиною понад 12 м; наявність слабких ґрунтів у основі насипів чи болота глибиною понад 4 м; розташування дороги на зсувних схилах, при використанні надмірно засолених ґрунтів, якщо дорога можебути схильною до впливу селевих потоків, каменепадів, снігових лавин та інших явищ.
З метою збільшення стійкості земляного полотна, скорочення обсягів робіт та зменшення займаної території застосовують конструкції з армованим земляним полотном. До того ж армування підвищує модуль пружності ґрунту в 1,5 – 2 рази. Для армування застосовуютьгеосинтетичніта металеві сітки та решітки, а також неткані синтетичні матеріали.
Конструкція земляного полотна піддається динамічній дії транспортних засобів та статичному впливу розташованих вище мас ґрунту та дорожнього одягу. Крім навантажень на ґрунти впливають ще погодно-кліматичні фактори, які викликають процеси поперемінного зволоження-висихання та замерзання-відтавання. Під час цих процесів змінюються фізико-механічні властивості ґрунтів і, зокрема, міцність, модуль пружності, зчеплення, стійкість до зсуву. Особливість конструкцій земляного полотна полягає в тому, що напруги в ґрунтах, що виникають від дії транспортних засобів, з глибиною швидко загасають, у той час як від розташованих вище мас ґрунту зростають (рис. 35). автомобілів виникають у верхній частині насипів, так званої динамічно активної зоні, глибиною 0,6-1,0 м від поверхні покриття.
Мал. 34. Конструкції земляного полотна у поперечному профілі на ділянках виїмок:
а - глибиною до 5 м на снігозаносних ділянках; б - глибиною до 12 м з безвідкосними полицями
Мал. 35. Зміна питомого навантаження за глибиною
На верхню частину земляного полотна переважно впливають погодно-кліматичні чинники, викликаючи істотні зміни властивостей ґрунту. У землянеполотно проникає частина вологи при випаданні атмосферних опадів та стоку поверхневих вод, а також у результаті капілярного підняття вологи за наявності ґрунтових вод. Інтенсивність зміни кількості вологи в ґрунті земляного полотна залежить від виду ґрунту, кількості атмосферних опадів, тривалості зволоження поверхневими або ґрунтовими водами та від температурного режиму.
Внаслідок замерзання та відтавання ґрунтів через нерівномірне накопичення вологи може відбуватися нерівномірне підняття дорожнього одягу. Вплив природних факторів на земляне полотно у різних кліматичних районах суттєво відрізняється. У північних районах, де близько поверхні розташовані вічномерзлі грунти і промерзання відбувається найшвидше (10-16 див/сут), міграція вологи під час замерзання незначна. Це викликає невелике морозне пучення ґрунту. У південних районах, де ґрунтові води залягають глибоко, зволоження ґрунту може відбуватися головним чином за рахунок атмосферних опадів або надходження вологи із зрошувальних систем. Завдяки короткому зимовому періоду та невеликим температурам у цих районах, як правило, не відбувається морозне пучення та розущільнення ґрунту, не спостерігається перезволоження та втрата міцності ґрунтів. Однак в окремих випадках при несприятливому поєднанні атмосферних явищ здибання можливо. Найбільш несприятливими для земляного полотна є середні кліматичні умови, зони надлишкового зволоження, котрим характерні порівняно тривалі зимові періоди. Осінній дощовий період з наступним повільним промерзанням створює найбільш сприятливі умови для вологонакопичення та морозного пучення ґрунтів.
Міцність і стійкість земляного полотна досягається обмеженнями максимальної крутизни укосів.залежно від висоти насипів та глибини виїмок, відведенням поверхневих вод, необхідним піднесенням брівки над рівнем поверхневих та ґрунтових вод, за допомогою пошарового ущільнення насипних ґрунтів, зміцненням укосів насипів та виїмок для запобігання зсуву, розмиву та розвіювання вітром.
Геометрична форма та конструкція земляного полотна повинні сприяти безпечному руху та пом'якшувати наслідки при аварійних з'їздах автомобілів з дороги. Параметри поперечного профілю повинні забезпечувати мінімальну занесення дороги снігом або піском. При виборі конструкцій земляного полотна слід прагнути до того, щоб займати по можливості мінімальну територію, не порушувати природний ландшафт, сприяти візуальній привабливості та відповідати екологічним вимогам.