Конструкция земляного полотна автомобильных дорог

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 5Следующая ⇒

Земляное полотно – основной несущий элемент дороги, выполняемый из грунтов, который представляет собой полосу поверхности земной суши, искусственно выровненную, с приданием ей допустимых для движения транспортных средств продольных и поперечных уклонов и обеспеченную водоотводом. Земляное полотно может быть выполнено в виде насыпи (см. рис. 7.1) или выемки (см. рис. 7.2). Насыпь – форма земляного полотна, при которой поверхность проезжей части расположена выше естественной поверхности земли, выемка – форма земляного полотна, при которой поверхность проезжей части расположена ниже естественной поверхности земли. Сложное геометрическое тело земляного полотна называется призматоидом.

Земляное полотно включает следующие элементы: верхнюю часть земляного полотна (рабочим слой); тело насыпи (с откосными частями); основание насыпи; основание выемки; откосные части выемки; устройства для поверхностного водоотвода; устройства для понижения или отвода грунтовых вод (дренажи); поддерживающие и защитные геотехнические устройства и конструкции, предназначенные для защиты земляного полотна от опасных геологических процессов (эрозии, абразии, селей, лавин, оползней). Верхняя часть земляного полотна (рабочий слой) располагается в пределах земляного полотна от низа дорожной одежды на 2/3 глубины промерзания, но не менее 1, 5 м от поверхности покрытия проезжей части. Основание насыпи – массив грунта в условиях естественного залегания, располагающийся ниже насыпного слоя, а при низких насыпях – ниже границы рабочего слоя. Основание выемки – массив грунта ниже границы рабочего слоя.

На поверхности земляного полотна выделяют проезжую часть и обочины. На поверхности земляного полотна автомагистралей располагается две проезжих части, разделенные между собой разделительной полосой. В пределах проезжей части расположены полосы движения, их количество может быть от одной до четырех. Линия, разделяющая проезжую часть и обочины, проезжую часть и разделительную полосу, а также полосы движения называется кромкой.

Откосы земляного полотна предназначены для обеспечения его устойчивости. Ребро, образованное пересечением поверхности земляного полотна и откоса для насыпи или поверхности земляного полотна и откоса кювета для выемки называется бровкой земляного полотна. Выпуклая часть земляного полотна, расположенная выше линии, соединяющей его бровки, называется сливной призмой, которая обеспечивает сток воды с поверхности земляного полотна. Участок поверхности земли, на котором расположено тело земляного полотна, называется подошвой земляного полотна. Ребро, образованное пересечением

откоса земляного полотна и естественной поверхности земли, называется бровкой подошвы земляного полотна (нижняя бровка насыпи или верхняя бровка выемки).

Конструкция земляного полотна дороги характеризуется поперечным профилем. Поперечный профиль дороги – подобное изображение вертикального разреза земляного полотна, его основания, резервов или отвалов грунта и элементов водоотвода, образованного секущей плоскостью, проходящей перпендикулярно направлению трассы и уровенной поверхности и выполненное в определенном масштабе.

Поперечный профиль дороги представляет собой уменьшенное изображение поперечных сечений тела земляного полотна и элементов водоотвода, а также боковых резервов или отвалов грунта (кавальеров). Поперечный профиль дороги представляет собой плоскую фигуру, на которой поверхность земляного полотна, откосы, подошва изображены в виде отрезков, а характерные линии: бровки, ось дороги, трасса, кромки – в виде точек (точки пересечения данных линий с секущей плоскостью). Поперечные сечения насыпи и выемки показаны соответственно на рис. 7.3а и 7.3б. Естественная поверхность земли имеет определенный поперечный уклон, направленный перпендикулярно направлению трассы – уклон подошвы земляного полотна , в связи, с чем поперечное сечение земляного полотна будет несимметрично относительно вертикальной оси, проходящей через ось дороги. Часть земляного полотна, подошва которой расположена ниже трассы называется низовой, а часть земляного полотна, подошва которой расположена выше трассы называется верховой, откос низовой части называется низовым, а откос верховой части – верховым. Геометрические параметры поперечных сечений насыпей и выемок разделяются на две группы: линейные и угловые. Линейные параметры: высота насыпи или глубина выемки (рабочая отметка) – расстояние, измеренное отвесно от точки трассы до линии, соединяющей бровки земляного полотна; высоты откосов насыпей и выемок (в индексах первые буквы Н и В соответственно обозначают низовой или верховой откос, а последние буквы Н и В соответственно обозначают откос насыпи или откос выемки); ширина земляного полотна – расстояние между бровками земляного полотна; заложения откосов – горизонтальные проложения откосов; ширина подошвы земляного полотна – расстояние между бровками подошвы; ширина дна кювета ; заложение откоса кювета ; глубина кювета .

1 – ось дороги; 2 – бровка земляного полотна; 3 – откос; 4 – трасса

а – насыпь; б – выемка

Рис. 7.3 Поперечные сечения насыпи и выемки

Угловые параметры поперечного профиля земляного полотна: поперечные уклоны поверхности земляного полотна (сливной призмы); коэффициенты заложения откосов насыпи или выемки ; коэффициент заложения откоса кювета ; поперечный уклон подошвы земляного полотна .

Величина поперечного уклона подошвы земляного полотна существенно влияет на конструкцию и параметры земляного полотна дороги. Поперечный уклон подошвы определяется на местности при изыскании трассы (закладка поперечников в характерных местах изменения рельефа и их геометрическое нивелирование) или по карте при камеральном трассировании. В последнем случае необходимо в точке трассы, для которой определяется , измерить расстояние (мм) между горизонталями расположенными по обе стороны от рассматриваемой точки трассы (пикет или плюсовая точка) перпендикулярно направлению трассы

, (7.1)

где , – соответственно высота сечения рельефа горизонталями (м) и знаменатель масштаба карты или плана.

Поперечный уклон подошвы земляного полотна выражается в промилле (‰) или в долях единицы: десятичной дробью или дробью, в числителе которой единица вида , где – коэффициент заложения откоса косогора, численно равный котангенсу угла наклона косогора или угла наклона подошвы земляного полотна.

В результате наличия поперечного уклона подошвы один откос земляного полотна будет больше рабочей отметки, а другой меньше. Высоты откосов определяются по формулам:

а) для насыпей

; ; (7.2)

б) для выемок

(7.3)

Ширина земляного полотна равна

, (7.4)

где – количество проезжих частей (для автомагистралей =2, для прочих дорог =1);

– ширина проезжей части, м;

– ширина обочины, м;

– ширина разделительной полосы, м;

– коэффициент заложения откоса насыпи или выемки;

, – соответственно ширина по верху кювета, расположенного с низовой стороны выемки и кювета, расположенного с верховой стороны, м;

, – соответственно ширина закюветной полки, расположенной с низовой стороны выемки и закюветной полки, расположенной с верховой стороны, м.

(7.5)

где , – соответственно ширина по дну кювета, расположенного с низовой стороны выемки и кювета, расположенного с верховой стороны, м;

, – соответственно глубина кювета, расположенного с низовой стороны выемки и кювета, расположенного с верховой стороны, м;

– коэффициент заложения откоса кювета.

Параметры кюветов (глубина и ширина по дну ) назначают по расчету, ориентировочного можно принять глубину кювета (м) равной

, (7.6)

где – глубина выхода дренирующего слоя или дренажной воронки на поверхность откоса, м.

Значение при устройстве дренирующего слоя на всю ширину земляного полотна определяется по формуле

, (7.7)

где – толщина дорожной одежды, м;

– соответственно ширина (м) и поперечный уклон (доли единицы) укрепительной (краевой), укрепленной и грунтовой полос обочины;

– ширина обочины ( ), м;

– поперечный уклон основания дренирующего слоя, доли единицы.

При выпуске дрен из дренирующего слоя глубина выхода дренажной воронки равна

, (7.8)

где – ширина дренирующего слоя по основанию, м;

– уклон трубы дрены, доли единицы.

Если в пределах выемки не предусматривается вывод дренажных воронок и дренажный слой не выходит на откос, то глубину кювета принимают: не менее 0, 3 м в гравелистых песках и гравийных грунтах при треугольной форме поперечного сечения кювета; не менее 0, 6 м во II и III дорожно-климатических зонах (ДКЗ) и 0, 5 м в IV ДКЗ в песках и непылеватых супесях при треугольной форме поперечного сечения кювета; не менее 0, 8 м во II и III ДКЗ и 0, 6 м в IV ДКЗ в глинах, суглинках и пылеватых супесях при трапецеидальной форме поперечного сечения кювета с шириной по дну не менее 0, 4 м. Коэффициент заложения откоса кювета принимается не менее 3 во II и III ДКЗ, 1, 5 в IV ДКЗ.

Коэффициент заложения откоса насыпи или выемки представляет собой отношение величины заложения откоса к высоте откоса и численно равен котангенсу угла наклона откоса. Отношение – уклон откоса, выраженный в долях единицы дробью с 1 в числителе, который показывает какое заложение соответствует единице высоты откоса. Коэффициент заложения откоса насыпи или выемки назначается в соответствии с рекомендациями СНиП 2.05.02-85*.

Ширина подошвы насыпи равна

. (7.9)

Ширина подошвы выемки равна

. (7.10)

Поперечные профили насыпей

Насыпи на участках открытой местности с высокой вероятностью снегозанесения при высоте меньше, чем рекомендуемая рабочая отметка по снегонезаносимости следует устраивать обтекаемого профиля с пологими откосами крутизной 1: 6…1: 8 (см. рис. 7.4а).

Крутизну откосов насыпей автомобильных дорог при высоте откоса насыпи до 2 м следует принимать не круче 1: 3 (см. рис. 7.4б). С обеих сторон насыпи при высоте откоса до 1, 5 м и поперечном уклоне подошвы до 20 ‰ устраиваются боковые канавы. На ценных землях, лесных угодьях и в условиях застройки допускается увеличение крутизны откосов до предельных значений, приведенных в табл. 7.1, с разработкой мероприятий по обеспечению безопасности движения.

Крутизну откосов насыпей на прочном основании следует назначать в соответствии с табл. 7.1 (см. рис. 7.4в, 7.4г). Рекомендованная крутизна откосов насыпей предполагает их укрепление методом травосеяния или одерновки. При применении других более капитальных методов укрепления крутизна может быть увеличена при соответствующем технико-экономическом обосновании.

Поперечные профили, показанные на рис. 7.4а, 7.4б, 7.4в и 7.4г применяются при поперечном уклоне местности (крутизне косогора) до 1: 50. При поперечном уклоне (крутизне косогора) 1: 50…1: 10 с верховой стороны от насыпи устраивается нагорная канава, отделенная от насыпи бермой шириной не менее 2 м и с поперечным уклоном поверхности в сторону канавы 20…30 ‰ (см. рис. 7.4д). Ширина бермы – расстояние от бровки подошвы насыпи (нижней бровки откоса) до верхней бровки откоса нагорной канавы.

Таблица 7.1

Рекомендуемые значения крутизны откосов насыпей

Грунты насыпи	Наибольшая крутизна откоса при высоте, м
до 6	6…12
в нижней части (0…6)	в верхней части (6…12)
Глыбы из слабовыветривающихся пород	1: 1…1: 1, 3	1: 1, 3…1: 1, 5	1: 1, 3…1: 1, 5
Крупнообломочные и песчаные (за исключением мелких и пылеватых песков)	1: 1, 5	1: 1, 5	1: 1, 5
Песчаные мелкие и пылеватые, глинистые и лессовые

Примечания: 1. Под чертой даны значения для пылеватых разновидностей грунтов во II и III ДКЗ и для одноразмерных мелких песков.

2. Высота откоса насыпи определяется разностью отметок верхней и нижней бровок откоса. При наличии косогорности высота откоса насыпи определяется разностью отметок верхней и нижней бровок низового откоса.

Параметры боковых и нагорных канав определяются соответствующими расчетами, ориентировочно параметры боковых канав можно принимать по табл. 7.2. Коэффициент заложения внутреннего откоса боковых канав принимается таким же, как и коэффициент заложения откоса насыпи. Параметры нагорных канав: глубина не менее 0, 6 м, ширина по дну не менее 0, 3 м, коэффициенты заложения откосов 1, 5. Глубина канавы – расстояние по отвесной линии от дна до верхней бровки низового откоса канавы.

Насыпи лесовозных дорог целесообразно возводить из боковых резервов, что существенно снижает стоимость производства земляных работ. Возведение земляного полотна из боковых резервов допускается при высоте насыпи до 2, 5…3 м на участках 1-го и 2-го типов местности по характеру увлажнения, и на участках 3-го типа в песчаных и крупнообломочных грунтах. На участках 3-го типа местности в глинистых грунтах использование боковых резервов возможно, если это позволяет уровень залегания грунтовых вод в период производства работ, который должен быть не выше 1 м от поверхности.

Таблица 7.2

Размеры боковых канав у насыпей

Грунт	Форма Канавы	Глубина канавы (м) в ДКЗ	Ширина по дну, м	Коэффициент заложения внешнего откоса
II, III	IV
Гравелистый песок, гравий	Треугольная	0, 3	0, 2	–	1: 1, 5…1: 2
Песок, супесь, пылеватый песок	Треугольная	0, 5	0, 4	–	1, 1, 5…1: 2
Суглинок, глина, пылеватый грунт	Трапецеидальная	0, 6	0, 5	0, 4	1: 1, 5

Поперечные профили насыпей, возводимых из боковых резервов, показаны на рис. 7.5. При малой высоте откоса резервы не отделяются от насыпи, а откос резерва является продолжением откоса насыпи (см. рис. 7.5а). При высоте откоса более 1 м резервы отделяют от насыпи бермами шириной не менее 2 м с поперечным уклоном поверхности не менее 30 ‰ в сторону резерва (см. рис. 7.5б). Резерв, устраиваемый с одной стороны насыпи, называют односторонним, а с двух сторон – двухсторонним. Предельная глубина резерва (измеряется по вертикальной оси резерва от поверхности земли до поверхности, соединяющей нижние бровки откосов резерва) 1, 5 м, но не более расчетной глубины залегания грунтовых вод, ширина резерва по дну не более 10 м, коэффициенты заложения откосов: внутреннего (у насыпи) 3…1, 5; внешнего не менее 3. Допускается уполаживание откосов резервов с последующей рекультвацией под определенные угодья. Дну резерва придается поперечный уклон от насыпи (односкатный) и к центру резерва (двухскатный) 20 ‰. На участках местности с крутизной косогора более 1: 50 резерв целесообразно устраивать односторонний с верховой стороны (см. рис. 7.5в). Параметры боковых резервов устанавливаются для отдельных участков дороги после определения объемов грунта, требуемых для возведения насыпей.

Поперечные профили выемок

Выемки глубиной до 1 м в целях предохранения от снежных заносов необходимо проектировать раскрытыми с крутизной откосов 1: 5…1: 10 (см. рис. 7.6а) или разделанными под насыпь (см. рис. 7.6б). При глубине выемки более 1 м крутизну откосов выемок, не относящихся к объектам индивидуального проектирования, следует назначать по табл. 7.3 (см. рис. 7.6в). Выемки глубиной 1…5 м на снегозаносимых участках следует проектировать с крутыми откосами (1: 1, 5…1: 2) и дополнительными полками или обочинами шириной не менее 4 м.

а – насыпь с пологими откосами и боковыми канавами на участках открытой местности; б – насыпь с высотой откоса до 2 м с боковыми канавами (при высоте откоса более 1, 5 м боковые канавы не устраиваются); в – насыпь с высотой откоса 2…6 м; г – насыпь с высотой откоса 6…12 м; д – насыпь на участках с крутизной косогора 1: 50…1: 10

Рис. 7.4 Поперечные профили насыпей

Выемки глубиной более 2 м в мелких и пылеватых песках, переувлажненных глинистых грунтах, легковыветривающихся или трещиноватых скальных породах, в пылеватых лессовидных и лессовых породах, а также в вечномерзлых грунтах, переходящих при оттаивании в мягкопластичное состояние, следует проектировать с закюветными полками (см. рис. 7.6г). Ширину закюветных полок следует принимать при мелких и пылеватых песках – 1 м, при остальных указанных грунтах при высоте откоса до 6 м – 1 м, при высоте откоса до 12 м (для скальных пород – до 16 м) – 2 м. Поверхности закюветных полок придается поперечный уклон 20…40 ‰ в сторону кювета. Уклон можно не предусматривать при скальных породах, а так же песках в условиях засушливого климата.

В случаях, когда выемка прорезает массив, сложенный разными горными породами, откосы назначаются сложной формы в зависимости от свойств горных пород (см. рис. 7.6д).

Таблица 7.3

Рекомендуемая крутизна откосов выемок

Грунты	Высота откоса, м	Наибольшая крутизна откосов
Скальные: слабовыветривающиеся легковыветривающиеся неразмягчаемые размягчаемые Крупнообломочные Песчаные, глинистые однородные твердой, полутвердой и тугопластичной консистенции Пески мелкие барханные Лесс	До 16 До 16 До 6 6…12 До 12 До 12 Свыше 2 2…12 До 12	1: 0, 2 1: 0, 5…1: 1, 5 1: 1 1: 1, 5 1: 1…1: 1, 5 1: 1, 5 1: 4 1: 2

Примечания: 1. Над чертой приведена крутизна откосов в засушливой зоне, под чертой – вне засушливой зоны.

2. В скальных слабовыветривающихся грунтах допускаются вертикальные откосы.

3. На территориях с закрепленными растительностью песками допускается наибольшую крутизну при высоте откоса до 12 м принимать 1: 2.

4. Высота откоса выемки определяется разностью отметок верхней и нижней бровок откоса. При наличии косогорности при пользовании настоящей таблицей в расчет берется верховой откос.

Для обеспечения устойчивости верхового откоса выемки и предотвращения стекания воды с повышенных мест рельефа в выемку, после верхового откоса выемки на расстоянии не менее 1 м от его верхней бровки (бровки подошвы выемки) устраивают земляной вал высотой до 0, 6 м и длиной не менее 4 м треугольного поперечного сечения, который называют банкетом. Откос банкета, направленный к выемке устраивают крутизной 1: 1, 5, откос, направленный от выемки – пологим с поперечным уклоном не менее 20 ‰, после банкета устраивается канава глубиной не менее 0, 3 м, которую называют забанкетной.

При поперечном уклоне местности (крутизне косогора) более 1: 25, после банкета устраивается нагорная канава. При крутизне косогора более 1: 5 банкеты не устраивают.

Грунт, выбираемый из выемки, может быть использован для отсыпки насыпей, в тех случаях, когда данный грунт не пригоден для возведения насыпи или экономически не целесообразно его перемещение, грунт отсыпают в отвал трапецеидального поперечного сечения с верховой стороны от выемки на расстоянии 5…20 м от верхней бровки верхового откоса выемки (чем выше снегозаносимость местности, тем дальше располагается отвал), который называется – кавальер (см. рис. 7.6в). Высота кавальера до 3 м, крутизна откосов не менее 1: 1, 5, поверхности кавальера придают поперечный уклон не менее 20 ‰ от выемки. Параметры кавальеров назначают в зависимости от объемов грунтов, выбираемых из выемок и подлежащих перемещению в отвалы. При больших объемах перемещения грунтов в отвалы допускается устройство кавальера и с низовой стороны от выемки, при этом в пониженных местах оставляют разрывы в теле кавальера для обеспечения стока воды.

⇐ Предыдущая 123 4 5 Следующая ⇒