Обоснование параметров притрассовых резервов грунта в системе автоматизированного проектирования Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРИТРАССОВЫХ РЕЗЕРВОВ ГРУНТА В СИСТЕМЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Д.Н. АФОНИЧЕВ, доц. каф. транспорта леса и инженерной геодезии ВГЛТА, д-р техн. наук

vglta@vglta. vrn. ru

Для возведения насыпей автомобильных и железных дорог в зависимости от местных условий, а также возможностей строительной организации используются различные источники грунта: выемки, притрассовые (боковые) резервы, сосредоточенные резервы (карьеры), котлованы, разрабатываемые для объектов промышленного и гражданского строительства, вскрыша карьеров строительных материалов и полезных ископаемых, отходы промышленности. Наибольший объем разработки грунта приходится на резервы. Боковые резервы широко применяются в равнинной и пересеченной местности при возведении насыпей с рабочей отметкой до 3 м автомобильных дорог общего пользования IV, V категорий, сельскохозяйственных и лесных автомобильных дорог, лесовозных железных дорог колеи 750 мм. Строительство насыпей дорог из боковых резервов является наиболее дешевым, так как отличается малым расстоянием перемещения грунта [1, 2].

Притрассовые резервы представляют собой траншеи трапецеидального или треугольного поперечного сечения, располагаемые рядом с насыпями в пределах полосы отвода дороги. Их устраивают с одной стороны (односторонний резерв) от насыпи или с двух сторон (двухсторонний резерв), что определяется требуемым объемом грунта и поперечным уклоном местности на строящемся участке. Односторонний боковой резерв рационально размещать с верховой стороны от насыпи, что позволяет снизить энергозатраты на перемещение грунта и обеспечить водоотвод [1, 2].

Для успешной реализации технологических процессов возведения насыпи и рекультивации нарушенных строительством земель необходимо знать параметры резерва, которые зависят от размеров и конструкции насыпи и местных условий и не являются постоянными на протяжении строящегося участка насыпи. Указанные параметры устанавливаются на стадии проектирования после расчета объемов

земляных работ [3], а их грамотное обоснование должно быть неотъемлемой частью системы автоматизированного проектирования (САПР) дорог. Если на участке длиной Lp (м) требуется объем грунта V (м3) для возведения насыпи, то объем грунта, который нужно выбрать из боковых резервов, составит

Vp = kV - V0 - V , (1)

где k - коэффициент относительного уплотнения грунта [4];

V0 - дополнительный объем выемок при устройстве корыта под основание дорожной одежды, нарезке полок (учитывается при использовании данного грунта в насыпи), м3;

V - объем грунта, поступающий из смежных участков выемок, м3. Требуемая площадь поперечного сечения полезной толщи боковых резервов "LFp (м2), располагаемых с верховой и низовой сторон насыпи, равна

Щ = k0Vp / Lp, (2)

где k0 - коэффициент, учитывающий потери грунта.

Требуемая площадь поперечного сечения полезной толщи одного бокового резерва Fp (м2) определяется по формуле

Fp = kpLFp, (3)

где kp - коэффициент, учитывающий количество резервов и соотношение объемов грунта, выбираемых из резервов.

При поперечном уклоне местности 20 %o и менее (m > 50, 1 : m0 < 1 : 50, m0 -коэффициент заложения косогора) резервы размещаются с обеих сторон насыпи. Для резерва, располагаемого с верховой стороны насыпи, kp = 0,5...0,6, для резерва, размещаемого с низовой стороны - kp = 0,5...0,4. Так как поперечный уклон 1 : m0 близок к нулю, то его влиянием можно пренебречь и ширину резерва по дну ВД (м) рассчитать по формуле

Вд = (Fp / (Нс - Ю) - 0,5(Нс - hB)(mB + тнХ (4)

где Нс - глубина резерва по середине (на половине ширины дна 0,5 ВД), м;

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2009

83

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

hB - толщина слоя вскрыши, которая включает снимаемый растительный слой толщиной hp и слой прочих пород вскрыши h включая слой зачистки кровли полезной толщи, (hB = hp + h ), м; mB, mH - коэффициенты заложения внутреннего (со стороны насыпи) и наружного откосов резерва.

При рабочей отметке насыпи 1 ми менее внутренний откос резерва (кювет-резерва) устраивается как продолжение откоса насыпи, а поэтому mB принимается равным коэффициенту заложения откоса насыпи (mB > 3). Глубину резерва HC целесообразно принимать не более 0,8...1 м с таким расчетом, чтобы ширина резерва по дну Вд составляла 3...10 м [1, 2, 3]. Высоты откосов резерва (м) внутреннего (со стороны насыпи) HB и наружного HH будут равны:

а) для резерва, располагаемого с верховой стороны от насыпи

Hb = (moHc - 0,5Вд) / (mo + mB);

Hh = (moHc + 0,5Вд) / (m0 - mH); (5)

б) для резерва, располагаемого с низовой стороны от насыпи

HB = (mHc + 0,5ВД) / (m0 - mB);

Hh = (m0Hc - 0,5Вд) / (m0 + mH). (6)

Коэффициент заложения наружного откоса резерва mH во всех случаях целесообразно принимать не менее 3 для обеспечения дальнейшего использования территории резерва. Глубина резерва Hc во всех случаях не должна быть больше расчетной глубины залегания грунтовых вод hpB в период разработки и рекультивации резерва (Hc < hpB - 0,1).

При рабочей отметке насыпи более 1 м резервы отделяют от насыпи бермами шириной не менее 2 м с поперечным уклоном поверхности берм к резервам не менее 30 %о. Коэффициент заложения внутреннего откоса резерва mB принимается равным 1,5. Необходимо учитывать, что разность отметок бровки насыпи и дна резерва не должна превышать 4 м. Hc принимается не более 1,5 м с расчетом, чтобы ширина резерва по дну Вд составляла 3...10 м [1, 2, 3].

При поперечном уклоне местности более 20 % (m0 < 50, 1 : m0 > 1 : 50) при расчете параметров резерва необходимо учитывать косогорность местности. С целью снижения

энергозатрат на перемещение грунта необходимо максимально использовать запас полезной толщи резерва, размещаемого с верховой стороны от насыпи, то есть задать максимально допустимые параметры этого резерва, при этом разность отметок бровки насыпи и дна рабочего резерва не должна превышать 4 м и ширина рабочего резерва по дну должна быть не более 10 м. Площадь поперечного сечения полезной толщи резерва F^ ) (м2), размеща-

емого с верховой стороны от насыпи, определяется по формуле

^Р(верх) = В + (HB - ЮЬВД + C(Hb - hв)2, (7)

где HB - высота внутреннего откоса резерва, м.

Коэффициенты уравнения (7) a, b, c рассчитываются по формулам

a = 0,5 / (m0 - mH); b = (m0 + mB) / (m0 - mH);

c = 0,5(m0 + mB)(mB + mH) / (m0 - mH). (8)

Значение HB принимается не более 1,5 м и не более глубины залегания грунтовых вод в период разработки резерва.

Если полученное значение F^ ) боль-

ше ZFp, то верховой резерв полностью удовлетворяет потребность в грунте, то есть достаточно устройства одностороннего резерва. В этом случае необходимо определить ширину резерва по дну Вд, которая будет меньше принятой.

-b(Hв - кв) +

Вд =■

b2(HB - hB )2 - 4a х х[с(Ив - кв )2-IFP ] 2a

, (9)

Если значение Вд получается отрица-

тельным, то надо уменьшить HB.

Высота наружного откоса резерва HH, размещаемого с верховой стороны от насыпи, определяется по формуле

Hh = (HB(m0 + mB) + Вд) / (m0 - mH). (10)

Если значение FD. . меньше ZFD, то необходимо определить площадь поперечного сечения полезной толщи резерва Рр(ню), располагаемого с низовой стороны от насыПИ, ^Р(низ) = Щ - ^Р(верх). Приняв высоту внутреннего откоса резерва HB можно найти ширину резерва по дну Вд

-b(нв - К)+

Вд

b2(HB - Кв)2 - 4a х х[с(Ив - кв)2 - Fp(Hm)]

2a

(11)

84

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2009

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2009

85

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

Если значение Вд получается отрицательным, то надо уменьшить H

Коэффициенты a, b, c зависимости (11) рассчитываются по следующим формулам:

a = - 0,5 / (т0 + mH); b = (mo - mB) / (mo + mH);

c = 0,5(mo - mB)(mB + mH) / (mo + mH). (12)

Высота наружного откоса HH резерва, размещаемого с низовой стороны от насыпи, определяется по формуле

Hh = (HB(mo - тв) - Вд) / (mo + mH). (13)

Ширина резерва по верху BB рассчитывается по зависимости

Bb = (Вд + тнНн + mBHB)I-у/1 +!/mo2 1. (14)

При крутизне косогора 1 : 5 и более целесообразно устройство одностороннего резерва треугольного поперечного сечения с выходом дна резерва на естественную поверхность земли. При этом Нв - hB = o, а ширина резерва по дну Вд будет

Вд = 1 +hB U1 + mo2 |. (15)

Высота наружного откоса HH рассчитывается по формуле

Hh = (Вд / (mo - mH)) + hBby/1 +!/mo2 1. (16)

Дну такого резерва придают поперечный уклон не менее 5o %о. В нижней части дна резерва перед бермой устраивается нагорная канава.

Для установления параметров боковых резервов в САПР необходимо сформировать базу исходных данных: Lp, k, V, Vo, Еыем. Независимые (m h hrB) и управляемые (HC, mB, mH) параметры поперечных сечений резерва в базе исходных данных представляются для каждого из выделенных поперечных профилей земляного полотна на участке протяженностью L

На рисунке представлен алгоритм расчета параметров боковых резервов. Символами со «штрихом» обозначены параметры резерва, размещаемого с низовой стороны от насыпи.

Результат расчетов - параметры резервов для каждого из выделенных поперечных

профилей земляного полотна на участке протяженностью Lp: В Нв, Нн, Вв, которые необходимы для разработки технологических процессов земляных работ при строительстве дорог.

Выводы

1. Параметры боковых резервов грунта, необходимые для разработки технологических процессов строительства земляного полотна дорог и рекультивации нарушенных земель придорожной полосы, зависят от требуемого объема грунта для возведения насыпи и условий местности: глубины залегания грунтовых вод, толщины вскрышных пород и косогорности.

2. Приведенные в статье аналитические зависимости позволяют обосновать параметры боковых резервов грунта с учетом поперечного уклона местности, толщины вскрышных пород, что обеспечивает энергосбережение при производстве земляных работ и возможность рекультивации нарушенных земель придорожной полосы для их последующего использования в лесном или сельском хозяйстве.

3. Аналитические зависимости для обоснования параметров боковых резервов грунта являются математическим обеспечением САПР, которое обеспечивает реализацию расчетов на ЭВМ при вариантном проектировании с высокой точностью и производительностью проектных работ.

Библиографический список

1. Сухопутный транспорт леса / Под ред. В.И. Алябьева. - М.: Лесная пром-сть, 199o. - 416 с.

2. Подольский, В.П. Технология и организация строительства автомобильных дорог. Т 1: Земляное полотно / В.П. Подольский, А.В. Глагольев, П.И. Поспелов. - Воронеж: Изд-во ВГУ 2oo5. - 528 с.

3. Афоничев, Д.Н. Совершенствование расчета объемов земляных работ в системе автоматизированного проектирования автомобильных дорог / Д.Н. Афоничев. - Воронеж: ВГЛТА, 2oo8. - 117 с.

4. СНиП 2.o5.o2-85*. Автомобильные дороги / Госстрой России. - М.: ФГУП ЦПП, 2oo4. - 54 с.

86

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2oo9