Способы укрепления откосов

Способы укрепления откосов

На дорогах, особенно у высоких насыпей или глубоких выемок, часто приходится наблюдать размыв откосов или дна кюветов после прохода весенних вод и дождей. Причем можно отметить, что размыв откосов, выемок и насыпей зависит в значительной степени (помимо уклона и длины откосов) также и от рода грунта, из которого построена насыпь или в котором заложена выемка, а для кюветов также и от продольного уклона.

В отношении устойчивости против размыва все грунты можно разделить на следующие три категории:
а) легко размываемые (мелкие супеси, лессовые и пылеватые грунты, пылеватые мелкозернистые пески);
б) средне размываемые (более связные пылеватые суглинки, супеси);
в) трудно размываемые (глинистые, тяжелые суглинки, гравелистые, скальные и пр.).

Каждый грунт, не подвергаясь размыву, может допустить движение по нему воды только до определенной предельной скорости, свыше которой грунт начинает размываться и оплывать.

В целях предохранения откосов земляного полотна и дна кюветов от размыва, оползания и выдувания надлежит производить укрепление их.

К мерам, применяемым против размыва откосов, относится:
— укрепление откосов засевом травы;
— одерновка сплошная, в клетку или в стенку;
— укрепление хворостом;
— укрепление фашинами;
— посадка кустарника или деревьев;
— укрепление плетневыми клетками;
— замощение.

Откосы выемок и насыпей, находящиеся вне водотоков и затопляемых резных пойм, подлежат укреплению в зависимости от характера грунтов, климатических условий и высоты откоса. При назначении типа укрепления учитывается наличие местных материалов. Откосы насыпей и выемок в пылеватых и мелкозернистых песках рекомендуется укреплять сплошной одерновкой, независимо от высоты насыпи. Откосы насыпей и выемок в супесчаных и пылеватых грунтах укрепляются: при насыпи высотою до 2 м засевом травы, при насыпи от 2 до 4 м и выемке. до 4 м одерновкой в клетку и засевом травы, свыше 4 м одерновкою сплошь.

Откосы насыпей и выемок при пылеватых суглинках и в глинистых грунтах укрепляются в насыпях высотою до 4 м засевом травы, а в насыпях высотою свыше 4 м одерновкою сплошь, в выемках высотою до 2 м для указанных грунтов укрепление не требуется. В выемках высотою свыше 2 м откосы укрепляются одерновкою в клетку и засевом травы.

Укрепление откосов насыпей на поймах рек в пределах затопления выполняется в зависимости от ширины разлива, высоты волны, скорости течения и наличия материалов на месте. Укрепление откосов насыпей в таких случаях выполняется по заранее разработанным проектам. В частности к таким укреплениям откосов относятся: двойная и одиночная, мостовая, укрепление плетневыми клетками и пр. К мерам, применяемым против размыва дна и откосов кюветов, относятся:
а) в слабых легкоразмываемых грунтах (мелкие супеси, лессовые и пылеватые грунты и пылеватые мелкозернистые пески) при значительных расходах воды и уклонах кювета от 1 до 3%, а при более связанных грунтах (пылеватые суглинки, супеси), при уклонах от 2 до 3% — укрепление откосов кюветов производится одерновкой, а дно засыпкой щебнем с утрамбовкой (щебневанием) или мощением камнем (на мху или соломе);
б) при уклоне от 3 до 5% при значительных расходах и размываемых грунтах укрепление дна и откосов кюветов производится мощением камнем (на мху или .соломе), причем откосы’ кюветов отмащиваются на высоту заполнения водой + 10 см. При уклонах более 5% устраиваются перепады.

В трудноразмываемых грунтах (глинистые, щебневатые и др.) укрепление кюветов производится только в том случае, когда эта необходимость под¬тверждается расчетом количества и скорости поступающей воды. Способ укрепления кювета должен быть указан в проекте.

Укрепление откосов выемок можно производить непосредственно вслед за окончанием устройства откосов, откосы же насыпей укрепляются после их осадки.

Способы укрепления откосов
1. Укрепление откосов засевом трав

Растительные грунты в отношении пригодности для произрастания трав разделяются на тяжелые, т. е. такие, на которых трава плохо принимается.

К ним относятся пески и глины; средние, к которым относятся суглинки и супеси и легкие — черноземные и другие грунты с большим содержанием примесей растительного или животного перегноя.

При грунтах легких и средних засев трав может быть произведен непосредственно по грунту, из которого отсыпан откос насыпи или в котором разработана выемка; при тяжелых грунтах следует сделать поверх откоса отсыпку легкого грунта. Песчаные откосы могут быть укреплены и без дополнительной отсыпки легкого грунта, но тогда следует применять для посева семена трав с длинными корнями: песчаный овес, песчаная рожь и т. п.

Дополнительная засыпка растительного грунта на откосах производится или между клетками, образо¬ванными одерновкой откосов в клетку (рис. 2) или сплошной присыпкой сверху откоса растительного грунта.

В первом случае никаких дополнительных укрепительных работ, не требуется, во втором случае (при сплошной присыпке грунта) необходимо, для лучшего сцепления этого грунта с основным грунтом насыпи, устройство по откосам неглубоких уступов (рис. 1).

Работы по устройству уступов следует производить сверху вниз. По присыпанной дополнительно на откос растительной земле производят, посев трав различных сортов в зависимости от климатических условий и районов производства работ, так например:
а) для районов лесной и лесостепной зоны рекомендуются костер безостый, мятлик луговой, тимофеевка, клевер, овсяница;
б) для степных районов — костер прямой, житняк, люцерна желтая, пырей американский, мятлик.

Посев трав может производиться в период с ран¬ней весны по 15 сентября, наиболее удобный эффективный период посевов считается с весны до 15 июня.

Посев трав в южных районах СССР следует производить только ранней весной; при необходимости более поздних посевов — поливка их обязательна.

Посев трав рекомендуется производить в тихую безветренную погоду.

По окончании посева семена следует закрывать землей при помощи грабель (снизу вверх) на глубину не более 2 см.

Если посев производится в сухую землю, то после посева следует засеянный откос уплотнить легкими трамбовками и в течение нескольких дней после посева засеянные участки поливать водой (перед заходом солнца).

В тех местах откоса, где засев травы не удался (появились плешины) необходимо весною следующего года произвести подсев такой же травою.

Для предупреждения порчи засеянных откосов от хождения скота и лошадей, засеянный откос следует ограждать.
2. Укрепление откосов одерновкой

Для прорастания травы требуется определенное время, поэтому в тех случаях, когда необходимо сделать немедленное укрепление откосов, и в случаях, перечисленных в I главе, укрепление устраивается при помощи одерновки.

Сплошная одерновка откосов (рис. 3) состоит в покрытии всей поверхности откоса дернинами, которые укладываются горизонтальными рядами с перевязкой швов.

Дернины прибиваются тем же способом, как и при укладке дерна в клетку.

При крутых откосах более 1:1, когда сплошная одерновка держится слабо или при необходимости дать более сильное укрепление откоса одерновкой, таковую производят способом укладки дерна в стенку (рис. 4), который состоит в том, что откосы насыпи или выемки обкладывают дерном; при этом дернины кладут одна на другую травой к траве и в этом случае прибивка дерна не производится. При укладке дерна в стенку должен быть соблюден заданный уклон откоса, что проверяется обычным шаблоном.

Одерновка производится или ранней весной или осенью, чтобы корни травы быстрее могли прорасти в грунт откосов.

Размеры дернин принимаются шириною 20, 25, 30 см, длиною 30, 40, 50, 60 см, толщина дернин берется от б до 9 см.

Дернины заготовляются или лопатами или специальным резаком (рис. 5).

Дерн заготовляется незадолго до начала работ, чтобы он не успел высохнуть. В случае необходимости сохранять дерн до его укладки некоторое время на воздухе его укладывают в штабели, травой к траве, причем верхний ряд дернин в штабеле укладывается вверх травой, чтобы не было высыхания. Резка дерна (рис. 6) производится двумя рабочими, из которых один упирает резак или лопату в землю, а другой тянет за веревку, проделывая вначале два параллельных (на ширину дернины) продольных прореза в земле; затем дерн снимается лопатой (подрезая его снизу).

Лучший дерн дают черноземные и глинистые грунты; песчаные и болотные грунты дают мало пригодный дерн.

Дернину прибивают к откосу деревянными спицами (рис. 7) по углам; длина спиц 25 — 35 см и сечение 2,5×2,5 см.

Методические рекомендации по разработке выемок в глинистых грунтах влажностью выше оптимальной и использованию этих грунтов для возведения насыпей автомобильных дорог во II и III дорожно-климатических зонах

Рис.5.2. Зависимость коэффициента устойчивости насыпи высотой 20 м от показателя
заложения откоса при различной влажности грунта:
_____ — при расчете устойчивости по ; — — — — то же, по

5.4. Проектирование расчетной (по условию прочности — первое предельное состояние) конфигурации откосов насыпей при 12 м осуществляют следующим образом.

По оси абсцисс графика откладывают расчетный, а также допустимый (см. табл.1.1) диапазоны влажности для данного грунта; по оси ординат — значение требуемого коэффициента устойчивости (см. п.5.6). Через точку, соответствующую значению на оси ординат, проводят прямую, параллельную оси абсцисс; точки пересечения с кривыми и сносят на ось абсцисс. Точки пересечения прямой, проведенной через точку, соответствующую , с кривыми для различных заложений откоса будут соответствовать их расчетным значениям, а величины абсцисс для этих точек — расчетному значению допустимой влажности грунта.

5.5. В диапазоне допустимых влажностей грунта при на основе построенных по результатам расчета графиков (см. рис.5.1, 5.2) для данной рабочей отметки насыпи получают несколько расчетных заложений откосов, каждое из которых соответствует определенному допустимому (по степени влажности грунта) значению влажности.

Выбор заложения (крутизны) откоса для заданной рабочей отметки осуществляют в зависимости от степени влажности используемого грунта. Допустимая степень влажности конкретного грунта в конструкции насыпи определяется (при заданной высоте) максимально возможным заложением откосов по условиям размещения земляного полотна и полосы отвода, однако она не должна превышать значений, приведенных в табл.1.1.

Окончательный выбор расчетного заложения и допустимой степени влажности грунта следует осуществлять на основе технико-экономического обоснования.

5.6. Требуемый коэффициент устойчивости насыпи по прочности (первое предельное состояние) следует определять по выражению

, (5.1)

где — коэффициент надежности по назначению сооружения (см. СНиП 2.02.01-83); =1,25 — для дорог I категории, =1,15 — для II и =1,1 — для III категории;

— коэффициент сочетания нагрузок; ;

— коэффициент перегрузки; =1,1 — для выемок, =1,2 — для насыпей;

— коэффициент условий работы; =0,9 — для пылевато-глинистых грунтов в стабилизированном состоянии (выемки), =0,85 — в нестабилизированном состоянии.

5.7. При необходимости сооружения насыпей из суглинков тяжелых пылеватых и глин следует выполнить прогноз возможной потери устойчивости откосов во времени, уточнить параметры конструкции и диапазон допустимой влажности грунта.

С этой целью определяют коэффициент устойчивости по порогу ползучести ( ) для запроектированной из условия прочности ( ) конструкции насыпи. Расчетные значения и должны соответствовать установленному значению допустимой влажности.

Если 1, то длительная устойчивость откосов насыпи обеспечена. При

ОТКОС 2.1

В программе ОТКОС решаются задачи анализа устойчивости земляного полотна при проектировании оснований зданий и сооружений, а также автомобильных дорог.

С программой поставляется начальная база из песчаных и пылевато-глинистых грунтов, которую можно дополнять новыми грунтами и уточнять их физико-механические характеристики.

ФОРМИРОВАНИЕ И КОРРЕКТИРОВКА БАЗЫ ДАННЫХ ПО ГРУНТАМ

Метод определения параметров добавляемого грунта устанавливается в соответствии с полнотой исходных данных и в зависимости от способа их получения.

• По лабораторным испытаниям – расчетные параметры грунтов принимаются на основе статистической обработки результатов лабораторных испытаний. Метод рекомендуется при обследовании существующих насыпей и выемок. Это самый надежный метод, например, для реконструкции или для детального проектирования земляного полотна в сложных грунтово-геологических условиях.

При создании грунта пользователя по лабораторным испытаниям реализована возможность задания всех физико–механических характеристик грунта без перерасчета. Поля параметров доступны для редактирования.

• Минимум данных – расчетные параметры прочности грунтов принимаются по литературным и справочным источникам. Метод рекомендуется для предварительных оценок устойчивости откосов выемок и насыпей при недостаточности данных.

Добавленные грунты можно экспортировать в отдельный файл, для последующего использования в других проектах.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Исходными данными для выполнения задачи по оценке устойчивости земляного полотна служат:

• общие данные по объекту;
• данные по конструкции и грунтам земляного полотна;
• данные по грунтам основания.

Рис. 1. Диалог для ввода исходных данных

ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ

В программе ОТКОС решаются задачи механики грунтов и выполняются расчеты устойчивости откосов, в том числе:

• Расчет толщины эквивалентного слоя грунта по ГОСТ Р 52748-2007 (от нормативной нагрузки НК).

Рис. 2. Выбор варианта внешней нагрузки

Толщина эквивалентного слоя грунта Нэ, м при расчете устойчивости откосов насыпи от нагрузки транспортных средств (от нормативной нагрузки НК) вычисляют по формуле ГОСТ Р 52748-2007 п. 5.2.2 :

где K – класс нагрузки НК, кН,
D – база нагрузки НК, м,
С – ширина нагрузки НК, м,
γ_гр – удельный вес грунта, кН/м3.

• Расчет толщины эквивалентного слоя по классическому методу (с учетом различных методических рекомендаций, пособий и др. нормативных документов).
• Задание пользователем толщины эквивалентного слоя.
• Поиск опасной кривой скольжения методом покоординатного спуска.
• Расчет устойчивости земляного полотна по модифицированному методу Терцаги для каждой кривой скольжения, в том числе:

• разбивка оползающего массива на блоки,
• расчет площади и веса блоков с учетом параметров каждого слоя земляного полотна в каждом блоке,
• расчет сдвигающих сил, сил трения и сцепления в каждом блоке,
• расчет сдвигающих и удерживающих моментов.

• Расчет устойчивости насыпи, в т.ч. насыпи на слабом основании с использованием армирующих прослоек из геосинтетических материалов по расчетным схемам и формулам в соответствии с ОДМ 218.5.003-2010 «Рекомендации по применению геосинтетических материалов при строительстве и ремонте автомобильных дорог. Федеральное дорожное агентство (РОСАВТОДОР), Москва 2010». В зависимости от местоположения геосинтетических материалов выполняются расчеты в соответствии с разделами:

• для армоэлементов на слабом основании при расчете дефицита удерживающих сил на уровне основания – Раздел 8.
• Для армоэлементов в насыпи – Раздел 11.
• Применение геосинтетических материалов для обеспечения устойчивости на откосах — Раздел 8 п.б «Назначение конструктивных решений».

Рис. 3. Выбор геосинтетического материала в зависимости от его местоположения

• Расчет параметров равноустойчивого откоса по методу Н.Н. Маслова;
• Расчет устойчивости подтопленной насыпи.
• Расчет с учетом сейсмического воздействия.
• Расчет местной устойчивости откосов земляного полотна.

РЕЗУЛЬТАТЫ

По результатам расчетов в программе можно создать чертеж с отображением всей схемы конструкции откоса или отдельных фрагментов этой схемы (рис. 4).

Рис. 4. Схема конструкции откоса насыпи

Результаты расчетов могут быть представлены также в виде отчетов, состав которых уточняется пользователем

Рис. 5. Настройка состава отчета

При этом в отчет попадают данные по внешней нагрузке, данные по армированию насыпи и основания, данные по геосинтетическим материалам.

Системно-технические требования

Процессор: Intel Pentium 4 1.6 ГГц или совместимый (рекомендуется Intel Core 2 Duo 2,4 ГГц).

ОЗУ: не менее 512 МБ (рекомендуется 2 ГБ ).

Видеоподсистема: графический ускоритель на базе графического процессора класса NVIDIA GeForce2 MX или ATI Radeon 64, объем видеопамяти 64 МБ (рекомендуется 128 МБ).

Операционная система:

Microsoft Windows 7 Service Pack 1,

Microsoft Windows 7 64-bit edition Service Pack 1,

Microsoft Windows 8.1,

Microsoft Windows 8.1 x64,

Microsoft Windows 10 x64,

Microsoft Windows 10 x86.

Для обеспечения функционирования программного продукта требуется Система защиты Эшелон II, включающая аппаратный ключ защиты USB. Аппаратный ключ защиты может быть установлен как на том же компьютере, где запускаются приложения, так и на одном из компьютеров сети организации. Системно-технические требования для Менеджера защиты Эшелон II находятся здесь.

Укрепление земляного полотна

Не может быть прочного и устойчивого земляного полотна при небрежно укрепленных откосах. Эксплуатационные расходы, связанные с содержанием откосов в состоянии, удовлетворяющем действующим техническим правилам, существенно повышаются.

К откосам предъявляют следующие требования: обеспечение устойчивости в течение срока службы земляного полотна при минимальных эксплуатационных расходах по их поддержанию в проектном состоянии;
улучшение общего вида улицы с созданием на откосах яркого растительного покрова;
создание растительного покрова с учетом природных условий местности: рельефа, почвогрунтов, гидрогеологии и климата;
механизация технологии укрепительных работ; использование преимущественно местных дорожно-строительных материалов;
снижение стоимости укрепительных работ; уменьшение эксплуатационных расходов. Если грунты песчаные и близко расположены крупные водоемы или реки, то практика строительства намываемого земляного полотна в районах Сибири показала целесообразность устройства откосов со степенью крутизны 1:15. 1:20, названных пляжными. В этом случае гарантируются его прочность и устойчивость в течение многих лет по существу без эксплуатационных работ. Однако при этом значительно увеличивается объем земляных работ, поэтому применение пляжных откосов нуждается в соответствующем технико-экономическом расчете.

До начала укрепительных работ устанавливают положение оси и бровок земляного полотна в плане и продольном профиле. Колышками через 20 м обозначают подошву насыпи или выемки и устанавливают откосники-шаблоны, фиксирующие проектный профиль откоса. Полосу грунта с внешней Стороны бровки откоса планируют бульдозером или автогрейдером по проектным отметкам на ширину не менее 5,5 м. По этой полосе насыпи или предоткосной площадке выемки намечают колышками линию движения экскаватора-планировщика.

Вначале планируют поверхность насыпей, а затем их откосы. В выемках же после откосов планируют дно. Насыпи возводят с запасом грунта на откосах 5—10 см, а откосы выемок не добирают на 10—15 см, чтобы при их планировке грунт срезали, а не досыпали. Уступы на откосе выемок срезают бульдозером, спуская грунт в траншею у подошвы. Затем челночным способом грунт перемещают в насыпь либо погружают на автомобили-самосвалы (рис. 15.1).

Рис. 15.1. Зачистка бульдозером полок откосов 1 — бульдозер, срезающий грунт полок; 2 — полки; 3 — траншея; 4 — крайняя стенка; 5. 7—ярусы разработки выемки; 8 — челночное перемещение грунта, спущенного по откосу (стрелками показано направление перемещения грунта)

Если глубокая выемка (до 13 м) разрабатывалась экскаватором с прямой лопатой, то временные полки на откосах и недобор грунта устраняют экскаватором-драглайном (рис. 15.2), либо по ярусам бульдозером с откосником. В дальнейшем полки шириной 3—4 м разрабатывают универсальным бульдозером (рис. 15.3). Одновременно другим бульдозером, но с откосником, планируют откос выемки. Срезанный грунт сбрасывают под откос и убирают экскаватором при разработке следующего яруса. Во время отделки одного из откосов разрабатывают выемку с другой стороны. Объему работ, выполняемых бульдозером, не превышает 10—12 % общего объема выемки (с учетом недобора).

Рис. 15.2. Удаление полок на откосах экскаватором, оборудованным драглайном 1 — колышек у подошвы откоса; 2 — срезаемый грунт; 3 — полка безопасности; 4— конус срезанного грунта

Рис. 15.3. Схема отделки выемки по ярусам способом «скользящей полки» 1 — бульдозер с откосником; 2 — универсальный бульдозер; 5 —полки; 4 — экскаватор с прямой лопатой; 5 — автомобиль-самосвал; 6—8—ярусы

Специальные дорожные машины для отделки откосов серийно практически не выпускают (кроме автогрейдеров). Навесное же оборудование к экскаваторам выпускают в недостаточном количестве. Отсюда на практике применяют различные конструкции навесного оборудования, изготовляемые непосредственно крупными строительными организациями.

Нередко откосы глубоких выемок по ярусам планируют автогрейдером с навесным откосником (рис. 15.4). Откосы насыпей высотой до 3,5 м, особенно свежеотсыпанных из грантов первых двух групп, планируют автогрейдером.

Рис. 15.4. Планировка откосов выемки автогрейдером по ярусам I —III— ярусы; l=200. 250 см