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
Строительство дорог в болоте методом стабилизации
Строительство дорог в болоте методом стабилизации
Вы видели, как строят дороги у нас?
Парадокс, но американцы кладут прямо на глину асфальт из низкокачественного щебня и тощего битума, но получают дороги гораздо лучшего качества – идеально ровные и долговечные. Причем для них нормально построить 14 км дороги за смену бригадой из 6 человек. Наши же вбухивают миллиарды в сооружения, по массе сравнимые с египетскими пирамидами, чтобы потом их ежегодно ремонтировать.
Дорога, построенная методом стабилизации грунта:
А теперь подробней об изюминке – о стабилизации грунта. Однажды американцы взялись строить аэродром в местности, которая была просто трясиной. Наши дорожники, прибывшие по обмену опытом, были потрясены – техника увязала по макушки колес. Американцев это не остановило. Они подогнали цистерны и… залили болото водой, смешанной с известью. Разумеется, известковый раствор смешался с болотной водой, проник на глубину (до 9 м), начал кристаллизоваться. Кристаллы не только поглощали воду для своего образования, но и создали капиллярные каналы с большой площадью испарения. Через неделю на площадку зашла тяжелая гусеничная техника и началось строительство. 
При строительстве дорог цикл выглядит так: сначала идет грейдер, который создает профиль дороги, за ним движется рециклер – своего рода культиватор, который перемешивает грунт с образованием небольших гранул, затем его поливают известковым или цементным раствором, или вспененным битумом, после чего еще раз перемешивают, ровняют и укатывают. Это уже дорога, которая выдерживает давление более 80 Мпа (и еще набирает прочность с течением времени) и не боится осадков. Потом на это полотно кладется асфальт. Как ни обидно, в СССР в 60-е годы эта технология разрабатывалась и применялась, на нее даже есть ГОСТы, но в то время освоили только стабилизацию песчаных грунтов, почему-то споткнувшись на глиняных (весь секрет в гранулировании), а сейчас американцы считают глину самым лучшим материалом для строительства дорог – она же сама по себе, высыхая, становится твердой.
Применить эту технологию для дорог очень просто. Любое проблемное место – колея, выбоина, топь – профилируется вручную или грейдером, гранулируется ручным культиватором, поливается известковым раствором, еще раз перемешивается культиватором и утрамбовывается. Покрытие не требуется. И даже если очень захочется присыпать дорогу щебнем или хворостом – он не удавится в грунт под тяжестью автомобиля, как это обычно происходит. В особо сложных местах – овраги и пр. – можно сделать насыпь, но опять же из местного материала, который под рукой, и стабилизировать его. Под насыпью для стока вода обычно прокидывают трубы.
Если использовать для стабилизации грунта цемент, схватывание произойдет быстрее, при использовании других вяжущих набирание прочности будет более продолжительным, но год от года дорога будет становиться только крепче.
Особенности проектирования автомобильных дорог в болотистой местности
Болотами называют избыточно увлажнённые участки местности, на которых большую часть года застаивается вода. Отмирающая болотная растительность разлагается при избытке влаги и недостатке воздуха и образует в болотах отложения торфа.
Если толщина торфа более 0,5 м, болото называют торфяником. Участки, на которых торфяной покров отсутствует, но происходит застой поверхностных вод или систематическое переувлажнение грунтовыми водами, называют заболоченными.
Всегда целесообразно стремиться к обходу болота при условии, что это не вызовет значительного удлинения и извилистости автомобильной дороги.
Болота целесообразно пересекать в наиболее узком и мелком месте; при пересечении сплавинных болот следует избегать проложения трассы по крутым склонам водоёма, где возможно сползание земляного полотна.
Необходимо внимательно изучать гидрологический режим болот, пересекаемых автомобильными дорогами. Насыпь, прорезающая торф или уплотнившая его своим весом, создаёт препятствие проходу воды и может вызвать накопление воды с верховой стороны и активизировать процессы заболачивания.
Наиболее желательно пересекать болота перпендикулярно к направлению течения воды.
Положение трассы выбирают на основе детального изучения картографического материала с последующим осмотром на местности намеченных вариантов. Известное представление о типе болота, стадии его развития и возможной глубине можно при изысканиях составить на основе визуального осмотра.
Полевые работы на пересечениях болот включают топографические и геодезические работы (съёмка плана, продольных и поперечных профилей), а также обследования болота путём зондировки, бурения, отбора и изучения образцов торфа. Болото зондируют специальными бурами – зондами, снабжёнными устройствами для отбора образцов торфа. Образцы торфа с ненарушенной структурой для лабораторных испытаний сжимаемости берут специальными инструментами.
Земляное полотно на болотах проектируют в насыпях таким образом, чтобы возвышение низа дорожной одежды над поверхностью болота удовлетворяло требованиям к местам с длительным стоянием поверхностных вод.
Поверхность болота обычно имеет весьма малый уклон. Поэтому проектную линию, если её положение не определяется подходами к мостам, проектируют горизонтальной или с малыми продольными уклонами.
Конструкции земляного полотна принимают в зависимости от категории дороги, глубины болота, вида и плотности торфа, а также с учётом степени капитальности устраиваемой дорожной одежды.
На дорогах с усовершенствованными капитальными дорожными одеждами, при глубине болота до 4 м, при прочном минеральном дне насыпи земляное полотно возводят с посадкой на минеральное дно с полным выторфовыванием. Торф предварительно удаляют экскаваторами, взрыванием на выброс или другими способами. Откосы земляного полотна ниже поверхности болота могут в зависимости от плотности торфа иметь различную крутизну – от 1:0 (отвесные) до 1:-0,5; (обратные). На дорогах с переходными и низшими типами дорожных одежд, на болотах с устойчивыми торфами можно возводить земляное полотно с использованием несущей способности торфа без выторфования или частичным выторфованием, чтобы толщина оставшегося под насыпью торфа после уплотнения составила при переходных покрытиях не более ⅓, а при низших – ½ толщины минеральной части насыпи. Такое ограничение необходимо, чтобы при упругих просадках земляного полотна прогибы дорожной одежды не достигали величин, которые могли бы вызвать их разрушения.
Под воздействием веса насыпи, дорожной одежды и веса проезжающих автомобилей торф под насыпью сжимается. Осадка земляного полотна может длиться несколько лет.
Наиболее эффективным методом ускорения осадки является устройство вертикальных песчаных дрен диаметром 30 – 40 см, размещаемых по расчёту через 2 – 3 м. Действие вертикальных дрен основано на сокращении пути фильтрации воды, выжимаемой их оснований.
На болотах со сравнительно жидким торфом, способным выжиматься из-под насыпи в стороны, применяют конструкцию земляного полотна с дренажными прорезями. При ширине земляного полотна 10 – 12 м делают 4 – 5 прорезей.
Глубокие болота возможно пересекать вместо насыпей железобетонными эстакадами. При значительной глубине болота сборные конструкции для эстакад позволяют в отдельных случаях снизить стоимость строительства и сократить его сроки.
Для отвода воды от земляного полотна, вдоль насыпи не ближе чем в 2 м устраивают боковые канавы глубиной 0,6 – 1,0 м с продольным уклоном не менее 20 ‰. Из канав следует делать отводы для сброса воды в пониженные места. Крутизну откосов канав принимают в зависимости от плотности торфа (обычно 1:1 – 1:0,75), а ширину канав по дну – 0,5 м. На сплавинных болотах канавы не устраивают, чтобы не ослаблять сплавину.
При пересечении болот, дно которых имеет большой поперечный уклон, необходимо проверять устойчивость насыпей против бокового смещения. Смещение может возникнуть как у насыпей, посаженных на дно болота, так и у насыпей, возведённых методом частичного выторфовывания, когда под весом насыпи происходит боковое выжимание торфа, приводящее к её разрушению. При недостаточной устойчивости в проекте необходимо предусмотреть полное выторфовывание и выравнивание дна болота. При поперечном уклоне дна болота более 100 ‰ рекомендуется его выровнять, сделать на нём уступы или взрыхлить взрывами.