3.4. Определение общих объемов земляных масс 1 страница

где  - объем земляных масс, определенный по формуле С. П. Першина или по формуле для участков ломаного профиля, м³;

 - коэффициент, учитывающий запас на осадку и планировку насыпей (к1=1, 1);

 - коэффициент, учитывающий укладываемость грунта в теле насыпи

(к2 =1, 1…1, 13);

 - коэффициент, учитывающий недобор грунта в выемке ( ).

Дополнительные объемы на косогоре и поправка на наличие трубы вводятся в формулу, только на тех пикетах, где они находятся по заданию на профиле. Результаты подсчета объемов с учетом всех поправок сводятся в последнюю колонку ведомости попикетных объемов, составленной по форме таблицы 3. 1.

Если по заданию на курсовую работу на участке производства работ залегают дренирующие грунты, колонка 13 в ведомость не включается.

При расчете объемов земляных работ с помощью ЭВМ в ведомость не включаются колонки 11 и 13.

Таблица 3. 1– Ведомость попикетных объемов

ПК – ПК+

Н/В

, м

, м

, м

, м

Поправки, м3

,

/Vкг

Определенные таким образом общие объемы земляных масс используются в дальнейшем при решении вопроса рационального распределения земляных масс.

4. ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ И ОТДЕЛОЧНЫЕ РАБОТЫ

Комплекс работ по подготовке территории строительства заключается в расчистке полосы отвода, выполнении осушительных работ, устройстве землевозных дорог, подготовке основания насыпей.

4. 1. Установление границ полосы отвода

Существуют определенные правила установление границ полосы отвода. Они содержатся в Приказе Минтранса РФ от 06. 08. 2008 N 126 «Об утверждении Норм отвода земельных участков, необходимых для формирования полосы отвода железных дорог, а также норм расчета охранных зон железных дорог».

Данный документ устанавливает ширину полосы отвода для участков:

- с насыпями высотой до 12 м;

- с выемками глубиной до 12 м;

- с особыми природными условиями местности.

Для первых двух пунктов ширина полосы отвода устанавливается на основании таблиц 1 и 2, указанного выше Приказа, в которых основными параметрами, влияющими на ширину, являются категория железнодорожной линии, уклон местности, высота насыпи / глубина выемки. При этом следует учитывать некоторые нюансы. Так, для размещения насыпей из скальных и других дренирующих грунтов ширина полосы отвода может быть уменьшена на 1 метр. Если железная дорога I и II категории проходит по территориям, не пригодным для сельского хозяйства, то к ширине полосы отвода, предусмотренной таблицами 1 и 2, прибавляется еще 10 м.

Чтобы определить ширину полосы отвода на участках, имеющих специфические природные особенности, например, находящихся в районах распространения многолетнемерзлых грунтов, в заболоченной местности, на оползневых местах, нужно воспользоваться таблицей 3 Приказа Минтранса. В ней наглядно показано, как ширина полосы отвода зависит от частоты воздействия неблагоприятных природных явлений, влияющих на железнодорожную инфраструктуру.

Если по таблице 3 ширина полосы отвода будет больше, чем установленная в двух рассмотренных ранее таблицах, то дополнительная часть полосы (то есть та, которая превышает размер, установленный в таблицах 1 и 2) выделяется в охранную зону железной дороги.

При установлении ширины полосы отвода необходимо также учитывать нормы землеустроительной, градостроительной и проектной документации, генеральные схемы развития железнодорожных линий, узлов и станций.

4. 2. Расчистка полосы отвода

Полоса отвода, на которой должны быть размещены сооружения железной дороги, в своем исходном состоянии редко бывает пригодна для производства земляных работ. Обычно в ее пределах растет кустарник, лес, имеются препятствия – камни, пни, различные посторонние предметы, подлежащие сносу строения.

Расчистку полосы отвода от мелколесья, пней, кустарника и валунов выполняют после вырубки леса в зоне полосы отвода, предусмотренной проектом [3].

Вырубку леса и кустарника производят: на перегонах – сплошь в пределах расположения земляного полотна, включая бермы, резервы, а также на местах устройства водоотводных канав, линий связи, притрассовых и подъездных автомобильных дорог, на площадях расположения карьеров и других сооружений; на станциях – участками под станционные пути, здания и сооружения.

Вне пределов сплошной вырубки срубают деревья, угрожающие падением на путь, линию связи, ухудшающие видимость сигналов и переездов. В снегозаносимых местах, на поймах рек вырубку ведут с учетом климатических особенностей района, без нарушения геологических условий и водного режима.

На сырых и заболоченных участках вырубку леса осуществляют в осенне-зимний период, после промерзания верхнего слоя грунта.

При прокладке железной дороги в лесу, когда необходимо устроить просеку, равную ширине полосы отвода, вначале вдоль трассы прорубают так называемый трелевочный волок – свободную полосу шириной 3…4 м, предназначенную для перемещения трактора, который вытаскивает поваленные и очищенные от сучьев деревья (хлысты). Эту операцию называют трелевкой. Деревья валят на трелевочный волок параллельно друг другу под углом 30…40⁰ к направлению трассы волока вершинами в сторону перемещения поваленных деревьев.

Деревья, стволы которых имеют диаметр более 40 см, спиливают бензомоторными пилами. Валку деревьев до 40 см с корнями выполняют с помощью бульдозера. Валить деревья с корнями целесообразно в теплое время года при наличии мягких почв и поверхностной корневой системы.

С помощью лебедки трелевочного трактора и специального троса (чокера) хлысты собирают в воз, который затягивают одним концом на платформу трактора. Трактор выволакивает воз на площадку, где производится разделка деловой древесины и сортировка ее по сортам. Затем эту древесину вывозят и складируют в штабели в зависимости от размеров бревен и их сорта. Схема расчистки трассы от леса приведена на рисунке 4. 1.

Пни корчуют на участках расположения резервов, мелких выемок, берм, траншей, канав, в основании насыпей высотой до 1 м, а также в пределах выемок и карьеров, грунт из которых используют для возведения насыпей. В основании насыпей высотой более 1 м разрешается оставлять пни с таким расчетом, чтобы они выступали над поверхностью земли на высоту не более 20 см.

Корчевание пней диаметром до 50 см, а в мерзлых грунтах до 30 см, может осуществляться бульдозером или корчевателем мощностью 73…184 кВт. При больших диаметрах используют корчеватели с зубьями активного действия или взрывной способ. Кустарник и мелколесье срезают кусторезом или бульдозером.

Рис. 4. 1. Схема расчистки трассы от леса: 1 – разделочная площадка; 2 – корчеватель;

3 – поваленные деревья; 4 – трелевочный волок; 5 – трелевочный трактор; 6 – граница полосы отвода; 7 – штабеля бревен        

При этом следят, чтобы острые пеньки не выступали над поверхностью земли и не портили впоследствии покрышки автомобилей и землеройно-транспортных машин на пневмоколесном ходу при движении их по расчищенной поверхности.

Выкорчеванные пни, корни и кустарник перемещают к оси дороги и сжигают или вывозят за пределы полосы отвода.

Образовавшиеся после удаления крупных пней и корней в основании насыпи ямы, во избежание местных просадок насыпи, засыпают грунтом, однородным с грунтом основания, и тщательно уплотняют. Эту операцию можно производить до начала отсыпки насыпи или в ходе отсыпки ее первого слоя.

Валуны (камни), находящиеся на поверхности устраиваемых выемок в нескальных грунтах, вывозят за пределы полосы отвода в том случае, если они для применяемой землеройной техники являются негабаритами. При необходимости их предварительно дробят с помощью взрыва [3, 4].

При расчистке полосы отвода может быть использован следующий комплект машин и оборудования:

- гусеничный трактор мощностью 73…184 кВт и сменное оборудование к нему: бульдозер, кусторез, корчеватель-собиратель;

- цепная бензомоторная пила.

Состав бригады:

- машинист 6 р. – 1 чел.;

- рабочий 4р. – 1 чел.

На расчистке трассы используются также специальные расчистные машины-путепрокладчики, имеющие мощный стрелообразный нож с корчующим зубом, гидравлическое крановое оборудование, лебедку и другие приспособления, облегчающие валку деревьев, срезку кустарника, корчевание и другие расчистные работы.

4. 3. Устройство водоотводов

Предусмотренные проектом водоотводы, в частности, нагорные канавы у выемок, водоотводные канавы у насыпей, возводимых без резервов, а также временные канавы для выпуска застойных вод, скопившихся в низинах в зоне будущего земляного полотна, должны быть сооружены до начала производства работ по его возведению [3].

Поверхностную воду отводят от земляного полотна к водопропускным сооружениям или в пониженные места рельефа местности на такое расстояние, при котором она не будет оказывать воздействие на прочность и устойчивость земляного полотна. Размеры водоотводов в обычных условиях и их размещение показаны на рисунках 1. 1 и 1. 2.

При возведении насыпи на косогоре продольные водоотводные канавы устраивают с нагорной стороны в случае, если не предусмотрена закладка резерва. На местности с поперечным уклоном менее 0, 02, при высоте насыпи менее 1, 5 м, на участках с переменной сторонностью поперечного уклона и на болотах водоотводные канавы проектируют и устраивают с двух сторон земляного полотна. Изменение направления канав в плане сопрягают кривыми радиуса не менее 5 м, а при подходе к быстротокам, перепадам и искусственным сооружениям – радиуса не менее 10 м.

В месте устройства канав бульдозером или автогрейдером расчищают и планируют площадку шириной 3…3, 5 м. Ось канавы через каждые 20 м закрепляют кольями. Кроме этого, через 5…10 м закрепляют кольями (параллельно оси канавы) линию движения кромки гусеницы или колеса машины, ведущей нарезку канавы. Продольный уклон контролируют нивелировкой.

Для нарезки канав используют канавокопатели непрерывного действия (прицепные или навесные), экскаваторы-планировщики с телескопической стрелой, экскаваторы с оборудованием обратной лопаты и профилировочным ковшом, многоковшовые экскаваторы с шнеком, боковыми ножами-откосниками и прочими приспособлениями, позволяющими вести разработку канавы за один проход с отвалом грунта в сторону или погрузкой в транспортные средства; возможно также применение экскаваторов-драглайнов.

В мерзлых, полускальных грунтах IV…V групп, а также в слабых сильнотрещиноватых скальных грунтах VI группы можно применять экскаваторы обратные лопаты со специальными ковшами, предназначенными для разработки подобного рода грунтов. В ряде случаев используется взрывной способ. Разработанный грунт перемещают в тело насыпи, кавальеры или отвал.

При сильном переувлажнении грунтов выемок, карьеров и резервов производят их осушение. При естественном осушении заблаговременно прорубают просеки с целью просыхания грунта в летний сезон, устраивают водоотводные сети, снимают мохорастительный слой. При необходимости применяют искусственное осушение.

4. 4. Подготовка оснований, устройство землевозных дорог

Плодородный слой почвы в основании земляного полотна и на площадях закладки резервов необходимо снять на всем протяжении для последующего использования при проведении рекультивационных мероприятий и укрепления откосов травосеянием. На участках с дерновым покровом дерн удаляют сплошь под насыпями высотой до 0, 5 м, а в пределах косогоров крутизной от 1: 10 до 1: 5 – высотой до 1 м. На косогорах такой же крутизны при отсыпке насыпей высотой более 1 м из глинистых грунтов основание рыхлят для лучшего сцепления с телом насыпи. На более крутых косогорах (до 1: 3) удаляют дерн и нарезают уступы. Для срезки плодородного слоя почвы и дерна предназначены бульдозеры и автогрейдеры, применяют также скреперы и экскаваторы – обратные лопаты и планировщики. Рыхление грунта осуществляют с использованием тракторных плугов или кирковщиков автогрейдера, а при наличии грунтов IV…VI групп трудности разработки используют прицепные или навесные рыхлители на тракторах мощностью 73…184 кВт.

Темп сооружения земляного полотна, его себестоимость и трудоемкость в значительной мере зависят от четкой организации работы землевозного автомобильного транспорта и состояния землевозных дорог. Улучшение дорожных условий позволяет значительно уменьшить простои строительной техники, сократить количество ремонтов автосамосвалов, уменьшить расход горючего, снизить потребность в автосамосвалах [4].

При перемещении грунта из карьеров и выемок в возводимые насыпи, особенно при значительной дальности транспортировки, следует максимально использовать притрассовую автомобильную дорогу, которую строят более совершенной, чем землевозные дороги. В этом случае землевозные дороги устраивают только на участках от карьера или выемки до притрассовой дороги и от нее к возводимой насыпи. В случае невозможности или нецелесообразности использования притрассовой дороги прокладывают временные землевозные дороги. Землевозные дороги, как правило, предусматривают для двустороннего движения; однополосные дороги допускаются только при кольцевом движении.

При большом объеме перевозимого грунта и длительном сроке эксплуатации на автомобильных землевозных дорогах устраивают усовершенствованные типы покрытий, которые назначают с учетом срока эксплуатации и грузонапряженности дороги, грузоподъемности автосамосвалов, грунтовых и климатических условий, наличия материалов. Выбор покрытия должен быть экономически обоснован.

4. 5. Отделочные работы

Отделочные работы выполняются вслед за окончанием сооружения земляного полотна без перерыва во времени. В состав отделочных работ входят: планировка откосов и основной площадки насыпей с устройством сливной призмы, в случае использования недренирующих грунтов; планировка откосов и основной площадки выемок с устройством кюветов и, при необходимости, сливной призмы.

Планировку основной площадки и нарезку сливной призмы насыпей рекомендуется делать до планировки откосов. В выемках нарезать сливную призму и устраивать кюветы целесообразно после планировки и укрепления откосов, чтобы не засорять кюветы и укреплять их одновременно с откосами. Планировка основной площадки земляного полотна и нарезка сливной призмы в нескальных талых грунтах выполняется средними и тяжелыми автогрейдерами, оборудованными автоматическими системами управления рабочими органами, типа «Профиль-20», «Профиль-30». Для нарезки сливной призмы в мерзлых грунтах используется машина МРПК-1, оборудованная специальной цилиндрической фрезой.

Если рабочие отметки земляного полотна не превышают 3, 5 м, то планировку откосов наиболее рационально осуществлять бульдозерами или автогрейдерами, оборудованными откосниками. При рабочих отметках до 11 м можно использовать экскаваторы-планировщики; при больших рабочих отметках возможна поярусная планировка.

Для нарезки кюветов могут быть использованы те же машины, что и для устройства водоотводных и нагорных канав.

Подробно вопросы производства отдельных видов подготовительных и отделочных работ изложены в [3, 4]. Там же даны рекомендации, касающиеся выбора техники для производства данных видов работ.

В курсовой работе необходимо кратко изложить технологию ведения подготовительных и отделочных работ, подобрать комплекты машин для их выполнения.

5. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЗЕМЛЯНЫХ МАСС

5. 1. Сущность распределения земляных масс

Железнодорожное земляное полотно состоит из непрерывно чередующихся насыпей и выемок.

Суммарный объем грунта всех насыпей и выемок железнодорожных линий составляет профильную кубатуру земляного полотна (V проф. ).

Сумма объемов грунта, разрабатываемого в выемках, резервах и карьерах и перемещаемая из них в насыпь, представляет собой рабочую кубатуру ( р. ) сооружаемого земляного полотна железнодорожной линии. При распределении земляных масс с целью сокращения рабочей кубатуры следует максимально (по возможности полностью) использовать грунт, получаемый при разработке выемок, для возведения насыпей. В этом случае рабочая кубатура минимальна.

Решение задачи определения минимального значения рабочей кубатуры составляет сущность распределения земляных масс.

При недостатке грунта в выемке и неэкономичности его перемещения из выемки в насыпь грунт для возведения насыпи берется из карьеров и резервов. При избытке грунта в выемках или непригодности его для возведения насыпей (переувлажнение и т. д. ) выполняется их разработка с перемещением вынутого грунта в отвал.

Распределение земляных масс выполняется в определенной последовательности [3]:

1. Предварительная разбивка продольного профиля на отдельные рабочие участки (массивы выемок и насыпей), для каждого из которых решается вопрос распределения земляных масс;

2. Предварительное назначение способов работы землеройных и землеройно-транспортных машин на каждом отдельном участке профиля;

3. Определение средней дальности продольной и поперечной возки грунта на каждом рабочем участке профиля;

4. Ориентировочное сравнение возможных вариантов по методам работ и дальности возки грунта, выбор оптимального способа работ и окончательное распределение земляных масс.

5. 2. График попикетных объемов

Размещение профильной кубатуры вдоль участка возведения земляного полотна наглядно отображает график попикетных объемов.

График вычерчивается на листе А1 под продольным профилем, который выдан в качестве задания на курсовую работу. На каждом пикете вверх от горизонтальной нулевой оси откладываются в масштабе 1: 2000, 1: 5000 или 1: 10000 вертикальные столбики, изображающие объемы выемок, а столбики, изображающие объемы насыпей, откладываются вниз от нулевой оси. График насыпи заштриховывается в красный цвет, а выемок – в желтый. Горизонтальный масштаб графика попикетных объемов М 1: 10000.

Если на пикете имеется одновременно выемка и насыпь, то вертикальные элементы графика откладываются и вверх и вниз соответственно по длине выемки и насыпи. Над столбиком графика указывается величина попикетного объема насыпи или выемки, а также подсчитываются величины помассивных объемов грунта. Помассивный объем насыпей на подходе к мосту следует указывать отдельно для левого и правого подходов.

График используется при решении задачи распределения земляных масс (рис. 5. 1).

Рисунок 5. 1 – График попикетных объемов

5. 3 Определение средней дальности возки грунта по производственным участкам

Одним из наиболее распространенных способов определения средней дальности возки грунта при продольном перемещении является графический способ.

Этот способ основан на построении кривой объемов (рис. 5. 2), обладающей следующими свойствами [3]:

а) ордината каждой точки кривой равна алгебраической сумме насыпей и выемок, расположенных слева от начальной точки кривой до данной, причем ординаты выемок входят в сумму со знаком /+/, а насыпей – со знаком /–/;

б) восходящие ветви кривой, считая слева, соответствуют выемкам, нисходящие – насыпям;

в) вершины кривой, т. е. точки кривой, в которых ординаты меняют знак, соответствуют нулевым точкам на продольном профиле участка (точкам перехода из выемок в насыпь и наоборот);

г) всякая горизонтальная прямая, пересекающая восходящую и нисходящую ветви кривой объемов, отсекает на кривой сегмент, образованный двумя частями кривой, соответствующими на продольном профиле участкам насыпи и выемки, объемы которых равны между собой и измеряются на кривой величиной стрелы сегмента; эта горизонтальная секущая линия называется линией равных объемов;

д) площадь сегмента, образованная кривой объемов и распределительной линией, равна произведению объема выемки на среднюю дальность возки при перемещении земляных масс из выемки в насыпь.

Рисунок 5. 2 – Кривая распределения земляных масс

Ординаты кривой объемов рассчитываются по формулам:

для выемки                              ;                                               (5. 1)

для насыпи                               ,                                                        (5. 2)

 где   - ордината кривой объемов;

 - коэффициент остаточного разрыхления грунта;

 - вертикальный масштаб.

На дорогах I, II категории в том случае, если грунт выемок пригоден для сооружения насыпей, целесообразно избыток грунта вывозить не в отвал, а сразу отсыпать насыпь под два пути. Без согласования с заказчиком это допускается при дальности возки, не превышающей расстояние до отвала (или до 1 км), при большей дальности данное решение может привести к перерасходу сметы.

В случае, когда грунта выемок не хватает для отсыпки насыпи, можно произвести их уширение; возможна разработка выемок сразу под два пути.

В результате распределения земляных масс на заданном трехкилометровом участке определяются границы производственных участков с продольным и поперечным перемещением грунта. Границы производственных участков приводятся в пояснительной записке и указываются на кривой объемов.

При продольном перемещении грунта из выемки внасыпь средняя дальность возки (L_ср) принимается графически по кривой объемов.

При перемещении грунта из карьера L_ср равняется расстоянию от карьера до трассы плюс расстояние от точки примыкания землевозной дороги к трассе до середины рассматриваемого производственного участка. В курсовой работе средняя дальность перемещения грунта из карьера назначается условно.

При вывозке грунта в отвал L_ср. не должно превышать 1 км.

Поперечная дальность перемещения грунта из выемки в кавальер и из резерва в насыпь (рис. 5. 3) вычисляется с учетом поперечных профилей резерва и насыпи, кавальера и выемки.

При использовании скреперов средняя дальность возки при перемещении грунта из резерва в насыпь равняется

.                     (5. 3)

Соответственно средняя дальность возки при перемещении грунта из выемки в кавальер оставляет

,                   (5. 4)

где В – ширина выемки понизу, м;

В₀ – ширина основной площадки земляного полотна, м;

m – показатель заложения крутизны откоса выемки (насыпи);

Н_ср – средняя рабочая отметка на участке выемки (насыпи), м;

d₂ ³ 5 м – в плотных грунтах, ³ 10 м – в слабых грунтах;

d₁ – ширина бермы со стороны будущего второго пути (d₁ = 7, 1 м);

h_р – глубина резерва ;

h_к – высота кавальера ( );

 – размер кавальера поверху, м;

n – показатель крутизны откоса резерва (кавальера);

l₂ – расстояние между съездами, въездами (l₂=65 м при Н 2 м; l₂=65…130 м при );

l₃ – удлинение пути перемещения за счет поворотов (прибавка на один поворот от 20 до 60 м);

d_p – размер резерва по дну, d_р »10 м.

Рис. 5. 3. Средняя дальность (L_ср) при поперечной возке грунта:

а) из резерва в насыпь; б) из выемки в кавальер

При использовании экскаватора в комплекте с бульдозером средняя дальность перемещения грунта определяется как расстояние между осями выемки и кавальера или насыпи и резерва. При применении в качестве ведущих машин бульдозеров и устройстве сплошного въезда крутизною > 1: 10, расстояние между осями умножается на коэффициент 1, 7; при подъеме круче 1: 5 – на коэффициент 1, 13.

5. 4. Расчет резервов и кавальеров

При распределении земляных масс расчет резервов и кавальеров производится с целью определения средней дальности возки на выделенных участках.

Для того чтобы найти требуемые размеры резерва или кавальера, определяется средняя площадь их поперечного сечения w по формуле

,                                     (5. 5)

где V_н(в) – потребный объем грунта для насыпи (Н) или объем разрабатываемой выемки (В), м³;

L – длина резерва, равная длине участка насыпи, или длина кавальера, которая может быть больше, меньше или равна длине выделенного участка выемки, м.

Необходимо учитывать, что в самых благоприятных условиях из одностороннего резерва можно взять на одном пикете не более 4500 м³ грунта , а из двустороннего – не более 9000 м³ . При больших объемах насыпей следует изыскивать карьер или везти грунт из выемки.