книги / Проектирование автомобильных дорог. Ч. 1

обход центра пересечения указы­ вается буквой (П) внутренний —

(Л). Симметричные пересечения можно обозначать сокращенно. «Клеверный лист» записывается как КККК, или 4К, а пересечение прямого левоповоротного типа — 4ПП (Л).

Пересечение, показанное на рис. 13.19, может быть обозначе­ но как 4ПП (П).

На рис. 13.21 дано несколько примеров сложных развязок, в которых пересечения всех транс­ портных потоков происходят в двух уровнях. Это связано с необ­

ходимостью отвода больших площадей земли и постройки восьми­ девяти мостов.

Схема пересечения так называемого турбинного типа (рис. 13.21, а) имеет девять путепроводов.

Схема пересечения (рис. 13.21, б) частично использует идею распределительного кольца. Неудачно ответвление всех съездов от левой полосы проезжей части. Этот недостаток частично устранен на схеме рис. 13.21, в.

Схемы рис. 13.21, г, д включают левоповоротные петли на двух малозагруженных движением направлениях.

Схема рис. 13.21, е представляет наибольшие удобства левопо­ воротным потокам движения. Радиусы левоповоротных и правопо­ воротных съездов равны между собой.

Схемы рис. 13.21, ж, з, и дают примеры схем пересечений с внутренним обходом центра съездами.

Проектирование сложных пересечений в разных уровнях начи­ нается с вычерчивания эпюры интенсивностей движения по раз­ ным направлениям. На ее основе намечают варианты схем пересе­ чения, стремясь создать наиболее благоприятные условия для проезда пересечения наиболее интенсивным поворачивающим транспортным потоком. Необходимо учитывать конфигурацию тер­ ритории, которая может быть использована для постройки пересе­ чения. В ряде случаев она определяет выбор схемы пересечения.

Следующим этапом является определение элементов из условия проезда с заданной расчетной скоростью и взаимная увязка их плана и профиля, необходимая для ограничения продольных укло­ нов максимальным допустимым значениям 40%0 и размещения путепроводов.

Схемы пересечений должны быть логичными с точки зрения на­ правления движения транспортных потоков. Наименее интенсив­ ная часть разделяющихся потоков должна отклоняться вправо,

261

транзитная — продолжать путь без изменения. Изменение направ­ ления движения должно быть плавным, места изменения должны быть видны издалека.

Необходимо, чтобы расположение съездов было простым и по­ нятным для водителей. Наиболее рациональны пересечения, у ко­ торых ответвления совмещаются вместе. Такое решение облегчает ориентировку водителей на пересечении, так как куда бы они ни поворачивали, поворот начинается в одном месте (рис. 13.22). Это упрощает перестроение автомобилей и расстановку указательных знаков.

Желательно, чтобы на одной дороге большой протяженности соблюдалось единообразие типов пересечений и во всяком случае одинаковая последовательность выполнения маневров поворота.

13.7.Пересечения автомобильных дорог

сжелезными дорогами

Пересечения в одном уровне автомобильных дорог с железными дорогами являются очень опасными местами. Места их согласовы­ ваются с МПС. Пересечения следует^ устраивать вне пределов стан­ ций и маневровых путей, на прямых участках пересекающихся до­ рог, под углом не менее 60°

Пересечения дорог I—III категорий с железными дорогами сле­ дует проектировать в разных уровнях. На дорогах IV и V катего­ рий такие пересечения устраивают только при наличии трамвайно­ го и троллейбусного движения, на участках железных дорог с дви­ жением более 120 поездов/сут, при пересечении трех и более желез­ нодорожных путей, а также если железная дорога проходит в вы­ емке или не могут быть удовлетворены требования к видимости.

Рис. 13.23. Требования к видимости на пересечениях автомобильных и железных дорог:

/ —•линия, ограничивающая зону видимости переезда машинистом локомотива; 2 —>то й е водителем автомобиля; 3 — срезки для обеспечения видимости

262

Р А З Д Е Л ЧЕТВЕРТЫ Й

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА И ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД

Глава 14

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

14.1. Требования к устойчивости земляного полотна

Для нормальной эксплуатации автомобильных дорог необходи­ мо, чтобы ровность покрытий оставалась неизменной в течение все­ го периода эксплуатации дороги. Это может быть достигнуто толь­ ко при прочном и устойчивом земляном полотне, не дающем проса­ док и не подверженном процессам пучинообразования. Под проч­ ностью земляного полотна понимается его способность сохранять, не деформируясь при действии внешних сил и природных факто­ ров, приданные ему при строительстве форму и размеры; под устой­ чивостью— сохранение предусмотренного проектом положения в пространстве без смещений и просадок.

При возведении земляного полотна часто нарушаются условия равновесия поверхностных слоер земной коры. Прорезание наклон­ ных пластов грунта при устройстве выемок может вызвать ополза­ ние их откосов. Насыпи, отсыпанные на косогоре, могут смещаться вниз по склону. Торфяные и водонасыщенные илистые основания могут выжиматься из-под насыпи в сторону или медленно сжи­ маться под весом насыпи, отдавая насыщающую их воду. Кроме сдвигов или перемещений насыпей как целого массива, возможны деформации самой насыпи, вызываемые, например, уплотнением насыпного грунта под влиянием природных воздействий, собствен­ ного веса и напряжений от проезжающих автомобилей (рис. 14.1).

Деформации от уплотнения грунта возможны не только в насы­ пях, но также и в выемках и на участках с нулевыми отметками, если материковый грунт в условиях естественного залегания недо­ статочно плотен (рис. 14.2). Потеря устойчивости земляного полот­ на может проявляться также в изменении приданной ему при по­ стройке правильной формы в результате оползания или бокового выпучивания откосов.

Многолетний опыт дорожного и железнодорожного строитель­ ства позволил выработать конструкции устойчивого земляного по­

264

лотна для благоприятных геологических условий — так называемые типовые поперечные профили земляного полотна1 (см. п. 2.3). Од­ нако при неблагоприятных инженерно-геологических условиях ра­ боты земляного полотна, использовании для его возведения специ­ альных рабочих процессов (гидромеханизации, взрывных методов^), а также при введении в конструкцию земляного полотна элементов, существенно изменяющих его водно-тепловой режим и т. п., при­ ходится разрабатывать индивидуальные проекты, обеспечивающие устойчивость земляного полотна. Это относится к случаям построй­ ки высоких насыпей и глубоких выемок (более 12 м), возвёдения насыпей на подтопляемых участках или из переувлажненных грун­ тов, на крутых косогорах, на слабых и неустойчивых основаниях, а также выемок в переувлажненных грунтах и при наличии водонос­ ных слоев.

Методы расчета устойчивого земляного полотна основаны на за­ кономерностях механики грунтов. При этом приходится учитывать сложные особенности работы земляного полотна.

1 Типовые конструкции и детали зданий и сооружений. Серия 3.503-32. Зем­ ляное полотно автомобильных дорог общей сети Союза ССР. Минтрансстрой

СССР, 1975.

а)

265

Работа грунта в земляном полотне автомобильных дорог про­ текает в условиях переменной степени увлажнения и меняющихся

зом, прочность земляного полотна непостоянна и его устойчивость необходимо оценивать применительно к периодам наиболее небла­ гоприятного состояния грунтов.

Расчеты устойчивости земляного полотна по необходимости всегда связаны со схематизацией представления о механизме де­ формаций и с допущением однородности грунтов по свойствам в пределах отдельных слоев. Поэтому при проектировании дорог на­ ряду с расчетами устойчивости земляного полотна никогда не сле­ дует пренебрегать возможностью учета опыта службы находивше­ гося в длительной эксплуатации земляного полотна автомобильных и железных дорог, проходящих поблизости от проектируемой до­ роги.

Степень устойчивости земляного полотна против сползания, просадки и других деформаций характеризуют коэффициентом ус­ тойчивости, который представляет собой отношение сил или их моментов, удерживающих насыпь, к силам или моментам, сдвига­ ющим насыпь. Устойчивость слабых грунтов под нагрузкой от на­ сыпей иногда оценивают «коэффициентом безопасности» — отно­ шением максимальной выдерживаемой нагрузки к фактически приложенной.

Расчеты устойчивости дорожных насыпей ведут на собственный вес грунта и дорожной одежды. Нагрузка от автомобилей являет­ ся дополнительной. Ее обычно учитывают, заменяя эквивалентным сЙоем грунта установленные по полосам движения на проезжей части и на обочинах колонны автомобилей или гусеничных нагру­ зок. В сейсмических районах учитывают влияние ускорений от подземных толчков.

Коэффициент устойчивости запроектированного земляного по­ лотна («коэффициент безопасности») должен быть более 1.

Расчеты устойчивости грунтов в сооружениях, возведенных из грунтов, и в основаниях сооружений должны основываться на на­ дежных значениях характеристик прочности грунтов, которые мо­ гут быть получены только путем их непосредственного определе­ ния в полевых условиях или испытания образцов с ненарушенной структурой в лаборатории.

Характеристики грунтов, входящие в расчеты деформации и ус­ тойчивости оснований (модули упругости и деформации, коэффи­ циент Пуассона, угол внутреннего трения, сцепление), следует оп­ ределять с учетом напряженного состояния в условиях залегания, а также возможного изменения его и водного режима в процессе строительства и эксплуатации. Использование средних значений характеристик различных типов грунтов, таблицы которых приво­

266

угол внутреннего трения ср, модуль деформации £, плотность грун­ та 6, существенно зависят от влажности грунта и степени его уплот­ нения. Поэтому по предложению проф. Г. М. Шахунянца для точ­ ного учета свойств грунта в расчетах устойчивости сооружений по­ лезно строить по материалам лабораторных испытаний грунтов графики различных характеристик при разной влажности и плот­ ности скелета грунта (рис. 14.3).

Испытания следует выполнять при состоянии грунта, соответ­ ствующем его работе в сооружении в наиболее опасные для ус­ тойчивости периоды, а схема деформирования грунта в приборе должна соответствовать условиям его работы. Так, например, при расчетах глубоких дренажных устройств водопроницаемость струк­ турных грунтов следует изучать на образцах с ненарушенной структурой. Учет фильтрации воды через насыпь-плотину придо­ рожного водохранилища, отсыпанную из того же грунта, следует вести на основе испытаний образцов, уплотненных до оптималь­ ной плотности после предварительного нарушения естественного сложения.

Расчетные значения характеристик грунтов определяют мето­ дами математической статистики на основе испытаний достаточно большого количества образцов с тем, чтобы получить устойчивые средние значения. Число испытаний должно быть тем большим, чем ответственнее проектируемое сооружение. Расчетные значения характеристик определяют

где А с р — среднее арифметическое значение показателя прочности по резуль­ татам параллельных испытаний; а — среднее квадратичное отклонение; N — чне-

267

ло испытанных образцов; ta — коэффициент Стьюдента, принимаемый в зависи­

мости от степени ответственности сооружения, характеризуемой коэффициентом надежности а, и от количества испытанных образцов.

Для дорог I категории а =0,95, III категории а =0,80 и IV и V

категорий Уа = 0,70. Значения коэффициента Стьюдента для на­ дежности а = 0,95 меняются от 4,3 при N = 3 до 2,05 при N = 30.

Знаки «+ » и «—* в формуле принимают таким образом, чтобы это приводило к меньшим значениям коэффициентов устойчивости.

Разделение грунтовой толщи на характерные слои и установле­ ние для них расчетных характеристик требуют большого внимания при инженерно-геологических обследованиях.

Обычно различают два случая грунтовых напластований: сравнительно однородные слои с незначительными колебаниями

свойств. В этом случае при расчетах можно использовать средние значения характеристики грунтов;

наличие в грунтах слоев, резко отличающихся от смежных сло­ ев, свойства которых определяют деформации массива. Последнее характерно, например, для оползней консеквентного типа и насы­ пей на сапропелевых болотах, покрытых растительным ковром сплавины. В пределах каждого слоя пользуются осредненными зна­ чениями характеристик.

Отдельные грунтовые слои, различающиеся по свойствам, вы­ деляют, строя график зависимости характеристик грунта, приме­ няемых в расчете, или его физических характеристик (плотность, влажность и др.) от глубины взятия образцов для испытаний. Группировки точек позволяют выделять характерные напластова­ ли^. За однородные могут быть приняты слои, в пределах которых коэффициент пористости изменяется не более чем на 0,2, а влаж­ ность глинистых грунтов в пределах естественного залегания — не более чем на 8%-

14.2. Расположение грунтов в земляном полотне

Применительно к использованию для устройства земляного по­ лотна различают несколько видов грунтов.

Крупнообломочные скальные грунты — обломки скальных по­ род, получаемые при искусственной разработке или залегающие в естествённых условиях в виде аллювиальных или делювиальных отложений.

Различают глыбовые (валунные) и щебенистые (галечниковые) грунты. Эти грунты являются хорошим материалом для воз­ ведения насыпей, поскольку они устойчивы против воздействия те­ кущей воды и не поглощают влагу. Проникание воды в промежут­ ки между обломками разрушенной скальной породы, если она не

268

является слабой и быстровыветривающейся, не влияет существен­ но на прочность и устойчивость земляного полотна. Однако исполь­ зование крупнообломочных скальных грунтов встречает затрудне­ ния из-за трудности их уплотнения. Между скальной отсыпкой и дорожнойодеждой должен быть устроен переходный грунтовой слой толщиной 0,5 м.

Близки по свойствам к каменистым грунтам отходы промыш­ ленности — кислыб и нейтральные металлургические шлаки, хоро­ шо обожженные горелые породы отвалов каменноугольных шахт, которые без ограничений допускаются для отсыпки насыпей.

Гравийные и песчаные грунты водопроницаемы и не склонны к накоплению влаги при промерзании. Насыщение водой мало влия­ ет на устойчивость этих грунтов в земляном - полотне. Песчаные грунты (за исключением мелких пылеватых песков) представляют собой наилучший материал для насыпей, возводимых в неблаго­ приятных гидрологических условиях — на заболоченных участках и на поймах рек. Грунты, имеющие коэффициент фильтрации бо­ лее 0,5 м/сут, относят к дренирующим.

Супесчаные грунты обладают связностью в сухом состоянии, при увлажнении они сохраняют сопротивление нагрузкам, доста­ точное для устойчивости земляного полотна. Насыпи из супесча­ ных грунтов можно устраивать как в сухих, так и в переувлажнен­ ных местах.

Пылеватые супесчаные грунты, содержащие более 50% частиц диаметром мельче 0,25 мм, менее устойчивы в переувлажненном состоянии. При промерзании они склонны к накоплению влаги и пучению.

Пылеватые суглинки и тяжелые пылеватые супеси, содержащие большое количество фракций размером 2,0—0,05 мм, особенно подвержены процессам зимнего влагонакопления и пучинообразования. В откосах земляного полотна эти грунты легко размывают­ ся и приходят в текучее состояние. Поэтому на дорогах с усовер­ шенствованными капитальными типами покрытий верхнюю часть земляного полотна из пылеватых грунтов и пылеватых суглинков в неблагоприятных гидрологических условиях заменяют устойчи­ выми грунтами (рис. 14.4).

Суглинистые грунты являются хорошим материалом для земля­ ного полотна. Они хорошо сопротивляются размыву и устойчивы в откосах. В пойменных суглинистых насыпях при спаде высоких вод обратное движение воды, ранее проникшей в насыпь, может вызвать гидродинамическое давление, приводящее к обрушению откосов.

Глинистые грунты обладают значительной связностью и очень малой водопроницаемостью, в связи с чем они медленно насыща­ ются водой и столь же медленно просыхают. Эти грунты ^применя­ ют, если их влажность в условиях естественного залегания не пре­ вышает оптимальную, для отсыпки насыпей в сухих местах и в ме-

269

Рис. 14.4. Замена неустойчивых грун­ тов:

а — в насыпях; б — в выемках; J — моро­ зоустойчивый грунт; 2 —■присыпные обочи­ ны из устойчивого грунта; 3 —<возвышение

. низа мороэозащнтного слоя над»,уровнем воды в канаве не менее 0,2 м; Л — не ме­ нее 0,8 м

стах, увлажняемых на короткое время. В переувлажненном состо­ янии глинистые грунты переходят в мягкопластичное и текучее со­ стояние и липки.

Торфы, образующиеся при отмирании болотной растительности,, характеризуются значительной сжимаемостью и влагоемкостью^ Использование их в земляном полотне не допускается, за исклю­ чением случае© укладки сильно волокнистых торфов в нижнюк> часть насыпи на пересечениях торфяных болот на дорогах с пере­ ходными и низшими типами покрытий.

Илистые грунты, сапропели и органо-минеральные в условиях; естественного залегания отличаются значительной влажностью и малым сопротивлением сдвигу. Высохшие грунты при повторно^ увлажнении быстро теряют связность и могут приходить в плывун­ ное состояние. Допускается при условии ряда ограничений остав­ лять их в основаниях насыпей с обязательной проверкой устойчи­ вости.

Содержание в грунтах растворимых солей и органических ве­ ществ (засоленные и заторфованные грунты и отчасти черноземы) вызывает существенное изменение их физико-механических свойств. Особенности проектирования земляного полотна из таких грунтов^ рассматриваются в разделе о проектировании дорог в сложных гео­ физических условиях.

Существует ряд горных пород и отходов промышленности, .ра­ нее не допускавшихся в насыпи из-за опасения их распада, измене­ ний объема или перехода в текучее состояние даже при сезонных, изменениях водно-теплового режима земляного полотна. К их чис­ лу относятся -горные породы, образовавшиеся в результате уплот­ нения и цементации, глинистых грунтов, иольдиевые глины, аргил­ литы, мергели, сланцевое глины, а также меловые грунты, алевро­ литы, топливные шлаки, золы ТЭЦ и т. п.

В последние годы в строительстве все чаще начинают применять грунты искусственного («техногенного») происхождения — земли­ стые отходы производства — шлаки, золы ТЭЦ и установок для сжигания бытовых отходов, формовочные земли, отходы обогати­ тельных фабрик с малым содержанием органических включений, цементную пыль и другие материалы. Многие из этих материалов по зерновому составу близки к грунтам, а некоторые обладают вя­ жущими свойствами. Использование их в дорожных насыпях имеет большое значение с точки зрения охраны окружающей среды, по-

270