Проектирование дорог в заболоченных районах.
Болотами называют избыточно увлажненные участки земной поверхности, на которых большую часть года застаивается вода. Остатки влаголюбивой болотной растительности, подвергшиеся неполному разложению при затруднительном доступе воздуха и большой влажности, образуют отложения торфа.
Проектирование дорог в болотистых районах требует весьма внимательного предварительного изучения и исследования болота.
Строительство дорог на болотах обходится в 3—5 раз дороже, чем в обычных условиях. Поэтому всегда целесообразно обходить болота, если это не вызывает значительного удлинения и извилистости дороги. Болота следует стремиться пересекать в наиболее узком и мелком месте. При пересечении сплазннных болот следует избегать проложения трассы в местах, где дно водоема имеет крутые склоны и возможно сползание земляного полотна
Точно соблюсти эти рекомендации не всегда удается. Часто в наиболее узком месте болото имеет большую глубину. Поэтому всегда должно быть намечено несколько вариантов трассы, из которых лучший выбирают на основе технико-экономического сравнения.
Необходимо внимательно изучить гидрологический режим болот, пересекаемых дорогами, и предусмотреть его стабильность. При этом следует учитывать, что насыпь, прорезающая торф или уплотняющая его своим весом, создает препятствие проходу воды, может вызвать застой воды с верховой стороны и активизировать процессы заболачивания.
Наиболее целесообразно пересекать болота перпендикулярно направлению течения воды.
Для полного представления об условиях проложения трассы и выбора лучшего ее направления должен быть снят план болота в горизонталях с изолиниями мощности слоев слабых грунтов.
Масштаб плана и высоту сечений горизонталей назначают в зависимости от размеров болота и ширины заснятой полосы обычно в масштабе 1:1000— 1:2000 с сечением горизонтален 0,25—0,5 м.
К слабым следует относить грунты имеющие прочность на сдвиг в условиях природного залегания при испытании прибором вращательного среза Сусл 50мм/м), модуль деформации менее 5мПа.
При отсутствии данных испытаний к слабым грунтам следует относить торф и заторфованные грунты, илы, сопрапели, глинистые грунты с коэффициентом консистенции более 0,5; грунты мокрых соланчеков, иольдевые глины.
Типы болот. Инженерная классификация
По условиям расположения и питания водой различают верховые и низовые болота.
Верховые болота образуются на плоских ровных водоразделах с необеспеченным стоком воды, такие болота располагаются в районах с большим количеством осадков. Они на всю толщину состоят из торфа.
Низовые болота возникают в пониженных местах местности, образуются в результате зарастания водоемов.
Инженерная классификация болот, принятая при проектировании и строительстве автомобильных и железных дорог, делит болота на три основных типа:
Для определения типа необходимо установить величину коэффициента безопасности для условий быстрой и медленной отсыпки насыпи, в зависимости от значений Кбез.нач и Кбез.кон. Основание может быть отнесено к 1,2,3 типу по устойчивости:
Рбезоп – предельная нагрузка отвечающая условиям устойчивости
Ррасч – расчетная (проектная) нагрузка
Кбез.нач – устанавливается применительно в условиях быстрой отсыпки насыпи
Кбез.кон – устанавливается применительно к условиям медленной (в соответствии со скоростью уплотнения и упрочнения слабой толщи) отсыпки насыпи
— болота заполненные торфом перекрытым сверху слоем минерального грунта
Устройство земляного полотна на болотах
Болота занимают около 10% территории России в Карелии, на Севере европейской части, в Западной Сибири и на Дальнем Востоке. Сформировались они в основном на избыточно увлажненных участках земной поверхности. В зависимости от происхождения болота бывают двух видов:
• сплавинные, которые образовались при зарастании рек и водоемов;
• торфяные, появившиеся в результате заболачивания суши.
В условиях избыточного увлажнения, низкой несущей способности болотных грунтов, ярко выраженного дефицита качественных минеральных материалов строительство автомобильных дорог сопровождается большими трудностями. В среднем строительство дорог через болота в 3 — 5 раз выше, чем в благоприятных инженерно-геологических условиях.
По их строению, которое влияет на выбор технологии производства земляных работ, болота подразделяются на три типа:
• I тип — торфяные, состоящие из одного или нескольких торфяных пластов в устойчивой консистенции, лежащие на твердом минеральном дне;
• II тип — сапропелевые, заполненные торфом в неустойчивой консистенции, расположенном на илах — сапропелях;
• III тип — сплавинные, заполненные до минерального дна болотным илом и водой, с плавающей торфяной коркой различной толщины.
Земляное полотно на болотах устраивается в насыпях, технология отсыпки которых может изменяться в зависимости от глубины поперечного уклона минерального дна, крутизны берегов, типа болота, свойств болотных грунтов и капитальности дорожной одежды. Обычно выбор осуществляется на основе технико-экономического сравнения нескольких вариантов. При строительстве дорог с капитальным или усовершенствованным облегченным типом покрытий осадка земляного полотна после устройства дорожной одежды должна быть исключена. Рекомендуемые конструкции земляного полотна на болотах разных типов приведены в табл. 8.10.
Наиболее простым и экономичным является возведение земляного полотна на поверхности болота. Этот способ применяют, если толщина торфяного слоя составляет не более 1/3 высоты насыпи при устройстве покрытия переходного типа.
При большей толщине торфяного слоя предусматривают частичное удаление торфа и проверку расчетами ожидаемой осадки слоя торфа под насыпью.
Насыпь, возведенная путем отсыпки грунта непосредственно на поверхность болота, сжимает торф и постепенно погружается в его толщу до тех пор, пока не уплотнит этот слой настолько, что он будет в состоянии выдержать давление грунта. Для отсыпки насыпи земляного полотна до уровня поверхности болота применяют песчаные грунты. Нижний слой отсыпают с «головы» на всю ширину насыпи; последующие слои укладывают по способу продольной отсыпки автосамосвалами или скреперной техникой с послойным уплотнением.
Способ возведения насыпей путем отсыпки их «с головы» на поверхность болота применяют также на сапропелевых и сплавинных болотах, при этом грунт вместе с торфяным слоем погружается на минеральное дно. На таких болотах устройство насыпи целесообразно осуществлять в зимний период, когда по замерзшему болоту может перемешаться дорожно-строительная техника.
В весенний период поверхность болота за пределами подошвы насыпи оттаивает раньше, чем под насыпью, и она вместе со слоем торфа опускается на дно. Для ускорения процесса погружения насыпи вдоль ее подошвы с обеих сторон устраивают продольные канавы-прорези на всю толщину плотного слоя торфа.
Почти все дороги, построенные до революции на переходах через болота, имели в основании насыпи деревянный настил — елани. Некоторые из них используются до настоящего времени. Устойчивость такой конструкции обеспечивают горизонтальные элементы, которые воспринимают растягивающие напряжения. Элементы еланей служат арматурой для грунтовой конструкции. В настоящее время для армирования применяют плоские и объемные георешетки из полипропилена, стекловолокна, базальта, а также геотекстильное полотно. На предварительно отсыпанный рабочий слой песчаного грунта толщиной 20. 30 см укладывают геотекстиль или георешетку и засыпают следующим слоем с разравниванием и уплотнением. При выборе конструкции (рис. 8.12) земляного полотна на болоте учитывают расходы непосредственно на строительство и последующую эксплуатацию дороги.
Существенное значение имеет время консолидации земляного полотна, особенно при устройстве капитального типа дорожной одежды, которое принимается по табл. 8.11.
Удаление торфа из-под насыпи (выторфовывание) можно осуществлять как перед ее отсыпкой, так и в процессе отсыпки и погружения насыпи на минеральное дно болота. В последнем случае торф убирают из-под насыпи взрывным или гидромеханизированным способом. При этом собственная масса насыпи обеспечивает выжимание торфа, разрыхленного взрыванием или разжиженного водой.
В отдельных случаях выторфовывание может быть осуществлено механическим способом (экскаваторами).
При частичном выторфовывании слабые слои торфа, остающиеся в нижней части торфяной залежи, могут быть отжаты в сторону под тяжестью грунта отсыпанной насыпи, что обеспечивает посадку ее на минеральное дно болота. Масса насыпи, необходимая для отжимания слоя торфа, может быть установлена расчетным путем.
Механический способ выторфовывания сложно применять при значительной мощности торфяной залежи и при наличии в ее нижней части слоя илов неустойчивой консистенции. Технико-экономические расчеты показывают, что уже при мощности залежи 4 м механический способ трудноосуществим.
Для выторфовывания применяют экскаваторы, оборудованные драглайном. Практически глубина выторфовывания обычно не превышает 4. 5 м. Работы должны быть организованы так, чтобы по мере выкапывания засыпать траншеи грунтом во избежание их заполнения торфом. Поэтому рытье траншей и возведение насыпи (не на полную высоту) осуществляют одновременно.
В зависимости от ширины насыпи удалять из-под нее торф можно либо путем рытья траншеи на полную ширину за один проход экскаватора, либо путем рытья двух траншей круговым проходом экскаватора. При рытье траншеи на полную ширину насыпи за один проход экскаватор, установленный (если необходимо) на переносных щитах, движется по оси дороги. Вычерпываемый им торф выгружают на обе стороны траншеи, на расстояние от нее, равное тройной ее глубине. Траншею засыпают грунтом по мере ее выкапывания, не допуская обрушения стенок. Грунт подвозят автомобилями-самосвалами или скреперами и выгружают непосредственно в траншею с «головы» насыпи.
Для перемещения грунта к подошве насыпи и послойного его разравнивания применяют бульдозер.
Выторфовывание путем рытья двух траншей применяют при ширине насыпи больше 20 м. Экскаватор при этом способе работ может двигаться посередине траншей или сбоку. Вынутый торф укладывают в вал вдоль траншеи (рис. 8.13).
Вслед за рытьем каждой траншеи в отдельности их засыпают грунтом. При малой устойчивости верхнего слоя болота вторая фан-шея может быть вырыта при движении экскаватора по засыпанной первой траншее. В этом случае торф, удаляемый из обеих траншей, выгружают в одну сторону и может потребоваться поперечное перемещение торфяного вала бульдозером.
Частичное выторфовывание может быть совмещено с выжиманием остающегося торфяного слоя. Работу при этом начинают с «головы» насыпи. Экскаватор устанавливают на ее краю, усиленном пригрузочным валом — дополнительным слоем грунта толщиной 1,5 м. Давление этого вала обеспечивает отжим оставленного нижнего слоя торфа (рис. 8.14). По мере выжимания торфа из-под головной части насыпи пригрузочный вал оседает вместе с насыпью.
Недостаток этого способа в том, что пригрузочный вал необходимо систематически устраивать вновь по мере увеличения длины насыпи, что влечет за собой перестановки экскаватора.
Для частичного выторфовывания на глубину 3,0. 3,5 м применяют взрывание торфяной залежи на выброс. При большей глубине траншей эффект выброса значительно снижается.
Взрывные работы выполняют способами:
• продольных траншей — при боковой отсыпке насыпи;
• поперечных траншей — при лобовой отсыпке насыпи.
Способ продольных траншей применяют главным образом при
возможности перемещения грунта по узкоколейной железной дороге.
Рельсовый путь из инвентарных звеньев укладывают на поверхность болота, а при недостаточной ее устойчивости — на настил из пластин.
Для выторфовывания устраивают вдоль оси насыпи ряд буровых скважин, в которые закладывают заряды BB и затем одновременно взрывают их. Образовавшуюся траншею немедленно засыпают грунтом. Рельсовый путь перекладывают на засыпанную траншею. Затем, применяя заряды BB направленного действия, устраивают поочередно, секциями, две боковые траншеи, которые также быстро заполняют грунтом.
Оставшийся под насыпью разрыхленный слой торфа отжимается в стороны, чем обеспечивается ее посадка на минеральное дно болота.
Способ поперечных траншей применяют на болотах с неустойчивым верхним слоем, по которому не могут проходить машины и транспортные средства. Для устройства траншей в толще торфяной залежи пробуривают наклонные скважины, образующие в плане клин, направленный острием вперед. Скважины глубиной, равной 0,70. 0,75 глубины болота, бурят с наклоном к горизонту под углом 45. 50°. В результате взрыва зарядов BB, заложенных в скважины, образуется клиновидная траншея, которую сразу засыпают грунтом (рис. 8.15) до уровня, обеспечивающего в дальнейшем возможность наращивания насыпи обычными способами до проектных отметок.
Затем устраивают и засыпают следующую траншею и так далее, пока насыпь не будет полностью возведена на всем протяжении болота.
При встречной отсыпке насыпи с двух сторон и сближении отсыпанных участков на расстояние не менее 20 м торфяную залежь в промежутке между участками взрывают по способу продольных траншей (рис. 8.16).
Траншеи должны быть засыпаны в день взрыва. Поэтому длину траншей, взрываемых за смену, назначают в соответствии с производительностью средств механизации, которыми можно возвести насыпь земляного полотна.
На глубоких болотах (глубже 4,0. 4,5 м) для посадки насыпи на минеральное дно может быть применен комбинированный способ, при котором после частичного выторфовывания взрывами на выброс отсыпают насыпь, а оставшийся под ней торфяной слой удаляют взрывами под насыпью с последующей окончательной досыпкой (рис. 8.17).
Комбинированный способ применяют при необходимости устройства покрытия капитального типа в год возведения земляного полотна.
Для облегчения выжимания торфа из-под насыпи вдоль нее, на расстоянии 3. 5 м от подошвы, устраивают канавы-торфоприемники.
Количество скважин N определяют по формуле
где F — длина насыпи, м; B — ширина насыпи поверху, м; а — расстояние между скважинами, м.
Количество BB Q на всю насыпь рассчитывают по формуле
где q0 — расход BB на 1 м3 насыпи без откосов (для аммонита q0 = 0,45 кг/м3); H — высота насыпи, м.
Процесс уплотнения торфа и осадки насыпи может быть значительно ускорен путем устройства вертикальных дрен под насыпью до начала ее возведения.
Вертикальные дрены уменьшают путь фильтрации воды, насыщающей поры грунта, благодаря чему срок уплотнения сокращается в десятки раз. Дрены обеспечивают 80. 90 % осадки насыпи за 3. 4 мес. Это позволяет выполнить за один сезон весь комплекс дорожно-строительных работ. Устройство вертикальных дрен значительно дешевле выторфовывания и не требует значительных затрат технических средств и ручного труда.
Работы по устройству вертикальных дрен начинают с отсыпки нижнего слоя земляного полотна толщиной не менее 25. 30 см из хорошо дренирующего песчаного грунта. Затем на всей площади этого слоя устраивают вертикальные дрены диаметром 30. 40 см, располагаемые в шахматном порядке через каждые 3. 4 м (рис. 8.19).
Для устройства дрен применяют специальный комплект оборудования, в который входят экскаватор с крановой стрелой, металлическая направляющая стойка с опорным башмаком, вибраторы ВПП-4, передвижная электростанция, обеспечивающая работу вибраторов, и обсадные трубы диаметром 300 мм с самораскрывающимся наконечником (рис. 8.20).
Экскаватор с направляющей стойкой и подвешенной обсадной трубой, снабженной вибратором, устанавливают в месте устройства вертикальной дрены. Приведенным в действие вибратором погружают обсадную трубу в торф на требуемую глубину. При глубине погружения, превышающей длину обсадной трубы, ее наращивают. Обсадную трубу, погруженную на требуемую глубину, заполняют через бункер крупнозернистым песком или гравием (рис. 8.21). После этого стрелой экскаватора при включенном вибраторе обсадную трубу извлекают. При этом лопасти наконечника раскрываются, а в торфяной толще остается вертикальная дрена, заполненная песком.
Песок, заполняющий дрены, не растворяется в торфе, и целостность фильтрационного канала сохраняется при любом уплотнении основания. Высота дрен должна соответствовать толщине торфяной залежи.
После устройства вертикальных дрен возводят насыпь проектных размеров.
Расчетная производительность комплекта оборудования для устройства вертикальных дрен:
Под действием массы насыпи вода из уплотняемого торфа поступает к вертикальным дренам, а затем по ним фильтруется в песчаный слой. Продолжительность уплотнения водонасыщенного торфа пропорциональна квадрату пути фильтрации воды.
Наличие дрен снижает осадку при уплотнении основания на величину, пропорциональную отношению площади дрен к площади всего основания.
Расчет вертикальных дрен ведется только из условия ускорения консолидации (упрочнения) основания. Уплотнение грунта основания в расчет не принимается. В этом заключается отличие вертикальных дрен от песчаных свай.
Этот способ, обеспечивающий сокращение сроков осадки насыпи и получивший распространение в США, а также в бывш. СССР при строительстве железных дорог, был применен в 1958 г. на Остаповском шоссе под Москвой. Вертикальные дрены диаметром 35 см устанавливали по квадратной сетке со сторонами длиной 3 м (рис. 8.22). Это позволило сократить сроки строительства, уменьшить объем насыпного песчаного грунта и снизить стоимость возведения земляного полотна. Шестиполосная платная магистраль Монреаль — залив св. Лаврентия на участке, пересекающем болото, построена с вертикальными дренами.
Устройство дрен не нарушало поточного графика строительства, и бетонное покрытие укладывалось в одном темпе с устройством земляного полотна с разрывом не более 2 мес.
В зарубежных странах применяют ударную забивку трубы с уплотнением заполнителя сжатым воздухом, подаваемым в обсадную трубу под давлением.
На участках, где толщина слоя торфа меньше 3 м, устраивают дренажные прорези, заполняемые песком (рис. 8.23).
Траншеи для дренажных прорезей выкапывают экскаваторами с «обратной» лопатой и заполняют песком.
По технико-экономическим условиям наиболее целесообразны следующие конструкции:
а) при глубине торфяного слоя от 1,0 до 1,5 м — полное выторфовывание;
б) при глубине торфяного слоя от 1,5 до 3,0 м — дренажные прорези;
в) при глубине торфяного слоя от 3,0 до 10,0 м — вертикальные дрены;
г) при глубине торфяного слоя более 10 м — частичное погружение и дополнительная пригрузка.
Трудоемкость устройства вертикальных дрен составляет примерно 20% от трудоемкости полного выторфовывания.
Устройство насыпей на болоте с частичным или полным выторфовыванием может производиться только на болотах I и II типов как перед ее отсыпкой, так и в процессе отсыпки и погружения насыпи на минеральное дно. В процессе отсыпки торф можно удалять взрывным методом или с применением средств гидромеханизации, при этом разрыхленная водонасышенная масса отжимается отсыпаемым грунтом в стороны. При строительстве дорог I. II категорий через болота при толщине слабого слоя до 2 м замена его в основании доброкачественным грунтом является наиболее эффективным методом. Уровень грунтовых вод не должен быть выше 0,5 м от дна болота для обеспечения благоприятных условий при производстве бульдозерных работ по выторфовыванию. Траншея, устраиваемая бульдозером, должна иметь заложение откосов не более 1:3,5.
Удаление слабого грунта экскаватором наиболее целесообразно выполнять «на себя». При этом экскаватор перемещается по поверхности слабой залежи, а траншея выторфовывания заполняется дренирующим грунтом по всей ширине сразу после отрытия. Такой способ применим для болотного экскаватора или при перемещении экскаватора по переносным щитам.
Траншею можно разрабатывать продольным и поперечным способами. При продольном способе экскаватор-драглайн перемешается либо по оси дороги, либо вдоль периметра траншеи с наружной стороны. Разработка траншеи по второму варианту осуществляется при проходе экскаватора перпендикулярно оси насыпи от одного до другого края траншеи захватками, размеры которых зависят от рабочих параметров экскаватора.
Экскаваторы повышенной проходимости серийного типа Э-352А, Э-304, Э-653 и другие, общие масса и давление на грунт которых позволяет использовать их на болотах I типа, не пригодны для устройства траншеи полного профиля под насыпь за один проход. Поэтому более пригодна схема с выторфовыванием двумя траншеями при одновременной работе двух экскаваторов.
Проектом и сметой должно быть определено место выгрузки торфа, извлеченного из траншеи. Чтобы сохранить естественный вид полосы отвода, а также сельскохозяйственные угодья или мелиоративные сооружения, иногда предусматривают вывозку торфа в отвал. Для этого используют автомобили-самосвалы, перемещающиеся по временной дороге по кольцевой схеме или с разъездами. Чаще торф не вывозят, а укладывают в кавальер. Расстояние до кавальера устанавливается равным максимальному радиусу выгрузки экскаватора. Расстояние от края траншеи до кавальера не должно быть меньше глубины болота. Торф в кавальере обычно разравнивают слоем толщиной 0,5 м. Разравнивание бульдозером на уширенных гусеницах возможно только на болотах типа I-A.
На осушенных болотах иногда происходит самовозгорание штабелей торфа. Во избежание этого кавальеры должны быть прикрыты сверху слоем минерального грунта толщиной 10. 20 см. Одновременно с разработкой траншеи тем же экскаватором устраивают боковые канавы.
Выторфовывание продольными траншеями неприменимо на болотах II типа. В этих условиях работу экскаватора организуют по схеме поперечных траншей. Рабочая зона ограничивается головным участком возводимой насыпи. Экскаватор передвигается от одного края насыпи к другому в поперечном направлении, вынутый торф перемещают за бровку или за пределы водоотводных канав (рис. 8.24). В то время как экскаватор работает на одной половине, на другой половине бульдозер сдвигает подвозимый грунт в головную поперечную траншею.
Если при продольной схеме возможный фронт работы определяется сменной производительностью транспортных средств, доставляющих грунт, то при поперечной схеме длина захватки не превышает половины ширины насыпи. Из-за частых разворотов и неизбежных перебоев в подготовке фронта д ля передвижения производительность поперечного выторфовывания составляет не более 70 % от производительности при продольной схеме. Кроме того, при работе экскаватора с насыпи оказываются неизбежными некоторые потери привозного грунта, попадающего в ковш драглайна. Фактический объем торфа, удаляемого экскаватором, при поперечном способе работы на болотах II типа обычно оказывается меньше, чем полный профильный объем, за счет частичного отжимания нижних пластичных слоев.
Отрытая траншея немедленно заполняется грунтовой водой и остатками торфа с нарушенной структурой. Если в залежи имеются слои II типа, то грунт из них выходит в траншею, образует иногда довольно мощный новый пласт жидкого шлама. Кроме того, даже довольно прочный слой торфа в болотах I типа не может выдержать длительное время проектную форму траншеи и откосы довольно быстро оплывают. Поэтому при любом способе разработки траншеи должны заполняться грунтом сразу после отрытия. Минеральный грунт насыпи вытесняет шлам, часть которого обычно остается в основании и при неравномерной толщине может вызвать различные деформации. Чтобы обеспечить устойчивость и возможность постоянного контроля, глубину выторфовывания назначают с расчетом заглубления траншеи на 15. 20 см в минеральное дно болота.
Способ открытого механического выторфовывания практически не дает возможности выполнить обычное послойное уплотнение земляного полотна (за исключением зимних «сухих» способов, описанных ранее). Привозной грунт отсыпается в заполненную водой траншею и оказывается во взвешенном состоянии. Недостаточное уплотнение насыпи становится причиной местных просадок поверхности, неравномерного оседания. Через определенный промежуток времени подводная часть насыпи приобретает должную плотность.
При обследовании переходов через болота на старых дорогах установлено, что минеральный грунт независимо от его состава имеет плотность, близкую к оптимальной. По-видимому, это можно объяснить вибрационным воздействием транспортных средств, а также влиянием изменения температурных и гидрологических условий за период эксплуатации. Этим подтверждается правильность практических рекомендаций о целесообразности устройства капитального покрытия не ранее чем через год после возведения насыпи на болоте.
Повышения интенсивности уплотнения насыпного слоя можно достичь механическими или взрывными способами либо повышением давления на нижние слои насыпи за счет временной пригрузки или понижения уровня грунтовых вод в траншее выторфовывания. Для механического уплотнения насыпного слоя на глубину 1,5. 2,0 м применяют трамбующие плиты массой 2. 3 т при высоте падения 2 м, подвешенные на экскаваторе. Коэффициент уплотнения верхнего слоя при этом достигает 0,95. Этот метод в связи с его энергоемкостью и малой производительностью можно рекомендовать лишь для небольших переходов на ответственных участках.
Для уплотнения насыпей, возводимых в траншеях с водой, наиболее эффективен метод глубинного вибрирования. Основой этого метода является эффект повышения компактности размещения частиц зернистого материала при воздействии колебательных импульсов. В процессе виброуплотнения водонасыщенного песчаного грунта происходит перераспределение фракций по крупности в вертикальном направлении: пылеватые и глинистые частицы вместе с водой перемещаются вверх; частицы, имеющие большую массу, перемещаются вниз. Уплотнение производят, погружая включенный вибратор в нижнюю часть насыпного слоя. Затем постепенно, с остановками через 0,5. 1,0 м, вибратор извлекают. При недостаточном водонасыщении в период погружения и извлечения через сопла виброуплотнителя под давлением подается вода с расходом до 250 л на 1 м3 грунта.
После работы вибратора в массиве образуется цилиндрический столб грунта диаметром 0,8. 2,0 м, плотность которого бывает даже выше оптимальной. Воронку, образующуюся на поверхности после извлечения вибратора, заполняют крупнозернистым материалом, которого может потребоваться до 20 % от первоначального объема насыпи. Известны примеры улучшения состава мелкозернистых и пылеватых грунтов путем добавления в воронку гравийного или щебеночного материала, который при дополнительном вибрировании как бы тонет и распределяется по объему уплотненного столба в насыпи. Виброуплотнение, таким образом, позволяет значительно укрепить как естественный, так и искусственный грунтовый массив, находящийся ниже уровня грунтовых вод.
Естественное уплотнение насыпи с течением времени ускоряется с увеличением нагрузки на нижнюю подводную часть. С учетом этих соображений стремятся поднять отметку насыпи, возводимой с выторфовыванием. Если это невозможно по условиям продольного профиля, то применяют временную пригрузку. Увеличение давления на нижние слои достигается также при снижении уровня грунтовых вод, благодаря чему возрастает вес невзвешенной толщи. Дренирование земляного полотна на переходе через болото продольным боковым дренажом или глубокими водоотводными канавами наряду с улучшением водно-теплового режима содействует быстрейшему естественному уплотнению насыпи. Рассчитать заранее ход процесса пассивного уплотнения вследствие большого числа определяющих его факторов затруднительно. Ho на основании накопленного опыта рекомендуется начинать дренирование возведенной насыпи не менее чем за год до устройства одежды.
Нередко проблема слабых и болотных грунтов становится определяющей для сроков и стоимости строительства, поэтому для повышения эффективности дорожного строительства прибегают к взрывным работам.
Значительный эффект уплотнения достигается при использовании поднасыпных взрывов, проводимых в целях удаления торфа из основания. При этом массив насыпи испытывает двухкратное воздействие коротких импульсов большой силы: сначала от самого взрыва, а затем от удара насыпи об основание. По данным наблюдений, проведенных на одном из объектов в ФРГ, поднасыпные взрывы позволяют уплотнить насыпь по всей ее мощности до 84. 87 % по Проктору. Учитывая, что ни одним из иных способов невозможно уплотнение мощных пластов глинистых грунтов, применение поднасыпных взрывов очень перспективно. В Польше широко используются микровзрывы для уплотнения насыпей на слабых основаниях.
При строительстве переходов через болота и другие отложения слабых грунтов взрывами можно выполнять следующие задачи: полное или частичное удаление слабого слоя перед устройством насыпи; рыхление-разрушение структурной прочности верхнего слоя; рыхление мерзлого слоя при производстве работ в зимний период; удаление торфа из-под насыпи с одновременным уплотнением грунта насыпи; разработка торфоприемников, дренажных и других траншей на поверхности залежи; устройство упорных траншей при уклонах дна болота, не обеспечивающих опирания насыпи без скольжения.
Выторфовывание взрывами «на выброс» проводят по тем же основным схемам, что и механическую экскавацию — продольными или поперечными траншеями. Разработку траншей на выброс применяют на болотах I типа, обычно с расчетом на получение полного профиля, до дна болота. Однако более экономичен частичный выброс с разрушением структурной прочности оставшегося на дне торфа, который в результате действия взрыва разжижается и переходит из I во II тип. Иногда на глубоких болотах I типа с нарастающей по глубине плотностью торфа проектировали частичное выторфовывание взрывами на 1/2 или 2/3 мощности залежи.
При продольной схеме взрывание можно производить либо в несколько приемов — узкими траншеями, либо сразу на полную ширину сечения насыпи. Взрывание узкими траншеями за три—пять приемов широко применялось у нас в довоенный период — при такой схеме облегчалась подвозка грунта в насыпь вагонетками. При современных средствах транспортирования работа несколькими продольными траншеями нецелесообразна, так как использование автомобилей-самосвалов на узком фронте отсыпки затруднено. Такая схема может найти применение только в том случае, если в соответствии с правилами безопасного производства взрывных работ по каким-либо причинам приходится ограничивать мощность взрывов. Взрывание продольными траншеями рационально также при наличии вдоль первой траншеи сквозной вспомогательной дороги. Заполнение траншей при этом ведется автомобилями-самосвалами с боковой разгрузкой.
Длина захватки для одновременного выброса устанавливается от 20 до 40 M (в зависимости от производительности работ по возведению насыпи). Выброс осуществляется зарядами удлиненного типа с наклоном скважин под углом 60° к горизонту. Сначала заряды располагают в один ряд для разработки осевой траншеи. После заполнения ее грунтом осуществляют направленными взрывами парное взрывание симметрично расположенных боковых рядов. Полученные траншеи немедленно заполняют грунтом.
При полном выторфовывании удлиненные заряды заглубляют на всю мощность залежи. Если работы ведутся на болотах II типа, где необходима разработка только верхнего плотного слоя, а нижний слой может быть выдавлен массой насыпи, то глубину закладки назначают в пределах 0,7. 0,8 от мощности слоя, предназначенного к выбросу.
Мелкие заряды с многорядным размещением целесообразно применять при глубине залежи до 4,0 м на болотах I типа, а также при частичном выторфовывании. Поскольку взрывание мелких зарядов увеличивает число скважин, применять этот метод выгодно на таких залежах, где скважины диаметром 10. 15 см могут быть выполнены простейшими инструментами — ручным прокалыванием. Заряды располагают продольными рядами, обычно в шахматном порядке. Иногда для обеспечения выброса рекомендуется применять наклонные заряды, однако при многорядном взрывании их эффективность снижается. Более целесообразно применение короткозамедленной системы взрывания многорядных зарядов. По этой системе каждый из наружной пары рядов взрывают с опережением по отношению к соседним внутренним на 0,1. 0,5 с, для чего используют электродетонаторы замедленного действия. На глубоких болотах I типа (более 3 м), а также при высокой трудоемкости проходки скважин (например, в зимнее время) выгоднее применять сосредоточенные котловые заряды, размещаемые в одном осевом ряду.
Использование новых видов BB и современных методов расчета позволяет расширить область применения взрывных методов и повысить их эффективность.