Проектирование земляного полотна дороги. Разработка проекта с учетом грунта в основании дорожного полотна

Основные моменты проектирования земляного полотна автомобильных дорог. Что входит в его состав, факторы выбора типа полотна с учетом особенностей местности и грунтов.

Один из главных этапов строительства автомобильной дороги – проектирование земляного полотна. Речь идет о классификационном типе дороги, особенностях местных грунтов, выбранного вида дорожной одежды, условий окружающей среды.

Компания «Промтерра» выполняет проектирование качественных, надежных и износостойких по эксплуатационным характеристикам земляных полотен для автомобильных дорог Москвы, Московской области и других субъектов РФ. Конструкция подбирается после инженерных изысканий по геологии, геодезии и экологии, а также детального анализа всех необходимых составляющих с учетом нормативных требований.

Проект земляного полотна и его составляющие элементы

Земляное полотно – это специальное дорожное сооружение, которое необходимо для размещения на нем конструктивных слоев разных строительных элементов конструкции одежды автомобильной дороги.

В комплексном инженерном проектировании учитываются следующие параметры:

• рабочий слой земляного полотна и усиление слабых участков;
• основное тело насыпи, включая откосные детали;
• основание выемки вместе с откосными частями;
• устройства водоотвода и дренажные системы;
• специальные конструкции по защите от негативного влияния геологических изменений.

При разработке проекта грунтового основания дороги необходимо брать в учет тип местности. Например, на равнине для реализации подходят небольшие насыпи. Они характеризуются хорошими показателями водного режима, который остается стабильным для эксплуатации при любом сезоне.

В работах на косогорах используют технологию поперечного профиля, что зависит непосредственно от угла крутизны возвышенности, слабый грунт обязательно укрепляют. Для обеспечения эффективного отвода поверхностных вод применяют устройства кюветов и канав.

Проектные решения для автомобильной дороги

Выбор конструкции выполняют с учетом обоснованных решений, поэтому в составе проекта должны находиться сведения с детальными результатами инженерно-геологических изысканий. Информация о грунтах имеет определяющее значение, ведь мощность залегающих слоев влияет на выбор технологий при эксплуатации и
проектировании для реконструкции автомобильной дороги
после окончания ее строительства. Расчеты должны иметь актуальные данные о физико-механических характеристиках не только грунтов, но и подземных вод. Также в проекте указывают как исходные данные о высоте и геометрических параметра насыпи, так и расчеты движения в эксплуатационном периоде.

В процессе обоснования каждая деталь должна быть учтена. По этой причине для корректного проектирования необходимы инженерные расчеты. Они являются основой исчерпывающих решений относительно выбранного дорожного полотна и типа его конструкции, а также дают точные рекомендации по строительному процессу.

Специалисты компании «Промтерра» разрабатывают проекты автомобильных дорог с учетом нормативных требований государственных стандартов, указанием объема работ, их состава, рекомендуемых методов по строительству полотна грунта для качественной реализации. Оптимизация решений, инженерные геологических изыскания и детальный расчет позволяют добиваться поставленных целей с соблюдением всех технических требований.

Paragraph 1.8

1.8. Земляное полотно

Земляное полотно — это дорожное сооружение, служащее основанием для размещения конструктивных слоев дорожной одежды и других элементов дорог, воспринимающее от них нагрузку от подвижного транспорта, собственного веса и распределяющее эту нагрузку на основание.

Размеры земляного полотна зависят от категории дороги и превышения красной линии продольного профиля над окружающей местностью.

Основными элементами земляного полотна являются:

1) верхняя часть земляного полотна (рабочий слой) — зона глубиной, равной 2/3 глубины промерзания, но не менее 1,5 м от верха покрытия; для выемок, участков с нулевыми отметками или низких насыпей в рабочий слой могут попадать грунты в природном залегании с ненарушенной структурой;
2) откосная часть — зона, ограниченная поверхностями откосов и вертикалями, проходящими через бровки насыпей или выемок, а снизу — основанием насыпи или выемки;
3) ядро насыпи — зона, расположенная ниже рабочего слоя и ограниченная снизу основанием насыпи, а с боков — вертикалями, проходящими через бровки насыпи;
4) основание насыпи — зона, расположенная под насыпью в пределах естественной грунтовой толщи; основание выемки — зона, расположенная ниже границы рабочего слоя (рис. 1.9).

Рис. 1.9. Элементы земляного полотна

Земляное полотно должно быть прочным и устойчивым. Его устраивают в виде насыпей или выемок. Геометрическая форма земляного полотна должна препятствовать снегозаносимости, а также отвечать требованиям безопасности движения.

Для обеспечения высокой прочности и устойчивости земляного полотна при его проектировании и строительстве предусматривают ряд мероприятий:
1) предохранение верхней части земляного полотна от избыточного увлажнения за счет придания его поверхности уклонов, а также защиты от проникновения воды через обочины;
2) предохранение земляного полотна от увлажнения снизу за счет его возвышения над уровнем грунтовых вод, устройства изолирующих или капилляропрерывающих прослоек из укрепленных грунтов, нетканых или синтетических материалов и пленок; замены неблагоприятных грунтов в основании;
3) обеспечение своевременного отвода воды, скапливающейся в верхней части земляного полотна и в основании, путем устройства дренирующих слоев или дренажей.

Самыми уязвимыми местами земляного полотна являются откосы, поскольку они испытывают различные воздействия погодно-климатических факторов, подземных и текучих вод. Откосы насыпей могут быть подтопляемые и неподтопляемые. Конструкцию откосов выбирают на основе расчетов устойчивости в связи с возникновением различных локальных деформаций в виде осыпей, оплывин, выносов, обрушений, размывов. Конструкции откосов могут предусматривать биологическую защиту откосов и конусов, укрепление их бетонными, железобетонными и асфальтобетонными конструкциями, устройство откосов из укрепленных грунтов или их защиту с помощью синтетических текстильных материалов.

В состав земляного полотна входят также система поверхностного водоотвода и специальные удерживающие конструкции, предназначенные для обеспечения устойчивости самого земляного полотна или склонов, на которых оно располагается.

Земляное полотно – Интерактивное дорожное покрытие

«Основное основание» — это материал на месте, на который укладывается конструкция дорожного покрытия. Несмотря на то, что существует тенденция рассматривать характеристики дорожного покрытия только с точки зрения структуры дорожного покрытия и состава смеси, грунтовое основание часто может быть решающим фактором в характеристиках дорожного покрытия.

Рисунок 3. Работы по земляному полотну на SR 97 к югу от Бенда, штат Орегон.

Характеристики грунтового основания

Характеристики грунтового основания обычно зависят от двух взаимосвязанных характеристик:

1. Несущая способность . Земляное полотно должно выдерживать нагрузки, передаваемые от конструкции дорожного покрытия. На эту несущую способность часто влияет степень уплотнения, содержание влаги и тип почвы. Подходящим считается земляное полотно, способное выдерживать большие нагрузки без чрезмерной деформации.
2. Изменения объема . Большинство почв претерпевают некоторое изменение объема при воздействии чрезмерной влаги или замерзания. Некоторые глинистые почвы сжимаются и набухают в зависимости от содержания влаги, в то время как почвы с чрезмерным содержанием мелких частиц могут быть восприимчивы к морозному пучению в районах с замерзанием. Ясень, особенно на Большом острове, может вызвать проблемы с изменением громкости.

Плохого грунтового основания следует по возможности избегать, но когда необходимо строить на слабом грунте, существует несколько методов улучшения характеристик грунтового основания:

• Снятие и замена (сверхэкскапация) . Плохой грунт земляного полотна можно просто удалить и заменить более качественным наполнителем. Хотя это просто в концепции, это может быть дорого.
• Стабилизация цементным или асфальтовым вяжущим . Добавление подходящего вяжущего вещества (такого как известь, портландцемент или эмульгированный асфальт) может повысить жесткость грунтового основания и/или снизить склонность к набуханию.
• Дополнительные базовые слои . Незначительно бедные грунты земляного полотна можно сделать приемлемыми, используя дополнительные слои основания. Эти слои распределяют нагрузки от дорожного покрытия по большей площади земляного полотна. Этот вариант довольно опасен; при проектировании тротуаров для плохого грунтового основания может возникнуть соблазн просто спроектировать более толстую секцию с большим количеством основного материала, потому что более толстая секция будет удовлетворять большинству расчетных уравнений. Однако эти уравнения, по крайней мере частично, являются эмпирическими и обычно не предназначены для использования в крайних случаях. Короче говоря, толстая конструкция дорожного покрытия на плохом грунтовом основании не может быть хорошим покрытием.

Физические свойства грунтового основания

Материалы грунтового основания обычно характеризуются (1) устойчивостью к деформации под нагрузкой, другими словами, жесткостью или (2) несущей способностью, другими словами, прочностью. Как правило, чем более устойчиво к деформации грунтовое основание, тем большую нагрузку оно может выдержать до достижения критического значения деформации. Хотя при оценке материалов земляного полотна учитываются и другие факторы (например, усадка/набухание в случае некоторых глин и золы), наиболее распространенной характеристикой является жесткость. В США обычно используются три основные характеристики жесткости/прочности грунтового основания:

• Коэффициент подшипников Калифорнии (CBR). Простой тест, который сравнивает несущую способность материала с несущей способностью хорошо отсортированного щебня (таким образом, высококачественный щебеночный материал должен иметь CBR около 100%). CBR в основном является мерой силы. Он в первую очередь предназначен, но не ограничивается этим, для оценки прочности нестабилизированных когезионных материалов с максимальным размером частиц менее 0,75 дюйма (AASHTO, 2000 ^[1] ). Он был разработан Калифорнийским отделом автомобильных дорог около 1930 и впоследствии был принят во многих штатах, округах, федеральных агентствах США и во всем мире. Большинство ведомственных и коммерческих геотехнических лабораторий в США оснащены оборудованием для проведения испытаний CBR.
• Значение сопротивления (R-значение). Испытание, выражающее сопротивление материала деформации как функцию отношения передаваемого бокового давления к приложенному вертикальному давлению. По сути, это модифицированное испытание на трехосное сжатие. Испытываемым материалам присваивается значение R. Испытательный прибор, используемый в тесте значения R, называется стабилометром и идентичен тому, который используется в конструкции смеси Hveem HMA. R-значение в основном является мерой жесткости.
• Модуль упругости (M _R ). Испытание, используемое для оценки модуля упругости (соотношения между напряжением и деформацией материала). В испытании на модуль упругости к цилиндрическому испытательному образцу прикладывают повторяющееся осевое циклическое напряжение фиксированной величины, продолжительности нагрузки и продолжительности цикла. В то время как образец подвергается этому динамическому циклическому напряжению, он также подвергается статическому ограничивающему напряжению, обеспечиваемому трехосной камерой давления. По сути, это циклическая версия испытания на трехосное сжатие; Считается, что приложение циклической нагрузки более точно моделирует фактическую нагрузку трафика. Модуль упругости в основном является мерой жесткости.

Таблица 1: Типичные значения CBR и модуля упругости для различных материалов

Существует множество различных корреляционных уравнений между CBR, R-значением и модулем упругости. У каждого есть свои ограничения, которыми следует руководствоваться. В таблице 2 представлены некоторые из наиболее популярных корреляционных уравнений.

Таблица 2: Корреляционные уравнения прочности/жесткости выбранного грунтового основания

Сноски    (↵ возвращается к тексту)

1. Стандартные технические условия на транспортные материалы и методы отбора проб и испытаний, двадцатое издание . Американская ассоциация государственных служащих автомобильных дорог и транспорта. Вашингтон, округ Колумбия↵

Каковы функции слоев нежесткого покрытия?

Гибкие тротуары или дороги — это участки асфальта, которые «изгибаются» или «прогибаются» под воздействием транспортных нагрузок, что делает их менее восприимчивыми к повреждениям и требует меньшего количества ремонтов с течением времени. Гибкая конструкция дорожного покрытия состоит из нескольких слоев различных материалов, которые вместе позволяют дороге компенсировать такое изгибание.

В этом руководстве мы обсудим:

• Что такое гибкое дорожное покрытие?
• Функции гибкого покрытия
• Слои нежесткого дорожного покрытия и их назначение
• Преимущества гибкого покрытия

Мы также рассмотрим поперечное сечение нежесткого дорожного покрытия и объясним, как георешетки Tensar помогают в строительстве более прочного и долговечного нежесткого дорожного покрытия.

Что такое гибкое дорожное покрытие?

Нежесткое дорожное покрытие состоит из поверхностного слоя заполнителя на битумной основе (асфальтобетона), нескольких нижних слоев заполнителя соответствующего качества и подстилающего грунта. Слои позволяют дорожному покрытию «гнуться», уменьшая повреждения и потребность в ремонте с течением времени.

Функции нежесткого дорожного покрытия

Нежесткое дорожное покрытие выполняет три функции, и для их эффективного выполнения требуется несколько слоев:

• Начальная (видимая) функция нежесткого дорожного покрытия состоит в том, чтобы обеспечить безопасную, гладкую поверхность и достаточно долговечны для трафика, который, как ожидается, будет использовать его в течение расчетного срока службы.
• Второй ключевой функцией является распределение нагрузки от шин транспортного средства на более широкую область под ним (земляное полотно – см. далее), чтобы земляное полотно не деформировалось при повторяющихся нагрузках.
• Наконец, важно защитить нижние слои дорожной одежды и земляного полотна от ослабляющего воздействия воды.

Слои нежесткого покрытия

Структура нежесткого покрытия обычно состоит из следующих слоев:

• Слой основания
• Защитный слой
• Слой подстилающего слоя
• Базовый слой
• Связующий слой
• Поверхностный слой

Различные слои гибкого покрытия можно разделить на две перекрывающиеся части: часть покрытия и часть основания.

Секция основания нежесткой дорожной одежды включает земляное полотно и подстилающее основание с, возможно, покрывающим слоем между ними, в то время как секция дорожной одежды включает подстилающее основание, основание, вяжущий слой и слои поверхностного слоя. Вместе эти две перекрывающиеся секции образуют общую структуру гибкого покрытия.

Секция фундамента позволяет правильно разместить и уплотнить структурные слои. Кроме того, слои основания нежесткой дорожной одежды должны выдерживать строительное движение, распределяя нагрузку для защиты земляного полотна от деформации.

Участок основания гибкого покрытия может иметь либо один слой, либо двойной слой над земляным полотном, состоящий либо из подстилающего слоя и покрывающего слоя, либо просто из подстилающего слоя. Слои должны быть достаточно толстыми, чтобы предотвратить повреждение от мороза структурных слоев гибкого покрытия. При условии, что они достаточно толстые, вода не может подняться в базовые слои, где она может замерзнуть и ослабить слои.

Слои гибкого покрытия показаны в поперечном сечении, разделенном на две перекрывающиеся секции: секцию покрытия и секцию основания.

Слой земляного полотна

Самым глубоким элементом секции фундамента в нежестких покрытиях является земляное полотно. Верхняя поверхность земляного полотна известна как формация. Если дорожное покрытие должно быть построено на уровне или ниже первоначального уровня земли, формирование будет происходить в выемке, где материал был удален – выемка грунта на требуемую глубину. В качестве альтернативы, если поверхность дороги находится выше первоначального уровня земли, формация будет представлять собой верхнюю поверхность насыпи, сформированной из привезенного грунта. В любом случае, формация обычно имеет поперечный уклон, чтобы облегчить дренаж в сторону тротуара.

Основание в основном представляет собой уплотненный естественный грунт, и инженеру-проектировщику необходимо знать его прочность и состояние, так как это влияет на конструкцию дорожного покрытия. На прочность после строительства будет влиять вода, поэтому дренаж необходим для поддержания постоянной прочности.

Покровный слой

Покрывающие материалы обычно представляют собой вторичные заполнители или переработанные материалы для сноса. Это могут быть также грунты, стабилизированные известью или цементом. Толщина, необходимая для покрытия или подстилающего слоя в нежестком дорожном покрытии, может быть уменьшена за счет включения стабилизирующих георешеток, таких как Геосетка Тенсар в основании. Размер отверстия георешетки должен быть совместим с используемым заполнителем. Для грунтов земляного полотна с меньшей прочностью можно также использовать геотекстильный сепаратор , чтобы предотвратить миграцию мелких частиц вверх в слои дорожного покрытия.

Подстилающий слой

Подстилающий слой нежесткого дорожного покрытия обычно представляет собой более качественный и хорошо отсортированный заполнитель. Профилирование может быть спроектировано так, чтобы выполнять дренажную функцию, отводя воду, которая может попасть на поверхность, к краю дорожного покрытия.

Базовый слой

Конструкционный слой часто называют базовым слоем, и он является основным распределяющим нагрузку слоем — основой нежесткого покрытия. Его функция состоит в том, чтобы широко и равномерно распределять возникающие при транспортировке напряжения в нижней части слоев покрытия по сечению фундамента. Он может быть сформирован либо из уплотненного, высококачественного несвязанного заполнителя, либо заполнителя, связанного битумом. В некоторых случаях для базового слоя используется заполнитель на цементной основе, хотя могут возникнуть проблемы с 9.0313 взламывают , которые требуют постоянного обслуживания.

Базовый слой должен быть рассчитан на адекватную работу в течение 20-летнего срока службы нежесткого покрытия без чрезмерной колеи, деформации или растрескивания. Включение стабилизирующей георешетки Tensar в подстилающий слой или несвязанный базовый слой может увеличить расчетный срок службы для заданной толщины дорожного покрытия или позволить уменьшить толщину, сокращая общую стоимость срока службы дорожного покрытия.

Вяжущий слой

Вяжущий слой (слой) представляет собой промежуточный слой заполнителя, связанного битумом, размещаемый между основным слоем и покрытием, иногда называемый выравнивающим слоем. Его функция заключается в распределении нагрузки от покрытия на базовый слой.

Поверхностный слой

Поверхностный слой (слой) представляет собой верхний слой нежесткого дорожного покрытия и обеспечивает гладкие, прочные, устойчивые к истиранию характеристики хорошего дорожного полотна, сохраняя достаточное трение для безопасности дорожного движения. Обычно изготавливается из битумного заполнителя – асфальтобетона. Он будет водонепроницаемым и предотвратит попадание воды в нижние слои дорожной одежды, что отрицательно скажется на их прочности. Эти слои должны быть достаточно прочными, чтобы не прогибаться под действием движения.

Покрытие может быть подвержено растрескиванию из-за усталости или из-за трещин, отражающихся вверх от растрескавшихся базовых слоев. Асфальтовые промежуточные слои, такие как усиление Glasstex или Tensar ARG-GN, могут быть включены в основание поверхностного или ремонтного покрытия для замедления растрескивания.

Преимущества нежесткого покрытия

Благодаря различным слоям нежесткого покрытия он обладает следующими преимуществами:

• При использовании нежесткого покрытия ниже вероятность деформации основания ниже, чем при использовании жесткого покрытия.