Виды и характеристики болот

Требования:

Конструктивные решения земляного полотна на дорогах (с полным выторфовыванием, частичное выторфовывание, без выторфовывания)

Конструкция з/п зависит от

· типа болота

· капитальности д.о.

· глубины торфа

1. насыпь опирается на минеральное дно болото

· Это насыпь погруженная на минер. дно болота путем выдавливания слабого грунта в сторону

· Насыпи с полным удалением слабого грунта из под основания насыпи и замены его качественным грунтом

· Свайная Эстакада

2. Насыпи опирающ. на торфяную залежь с проведением мероприятий, улучшающих строительные свойства слабого основания

· Это частичное выторфовывание слабого грунта

· з/п с вертикальными дренажами или дренажными прорезями

· глубинное уплотнение слабых грунтов грунтовыми сваями

· химическое укрепление слабых грунтов

3. З/п проложенное непосредственно по поверхности торфяной залежи

· плавающие массивные насыпи

· облегченные насыпи

· насыпи на деревянных настилах

· спец. облегченные конструкции

часть з/п, находящуюся на поверхности болота рекомендуется устраивать из дренирующих грунтов (коэф. фильтрац. не менее 2 м в сутки). Пылеватые грунты допускается использовать в надводной части насыпи, при соблюдении водно-теплового режима.

Конструкция з/п на слабых основаниях без выторфовывания

Применение плавающей насыпи ограничивается физико-механическими свойтсвами слабого грунта, типом д.о. и толщиной минерального слоя.

В данном случае выдавливание слабого грунта из под основания насыпи исключается.

Конструкция з/п на слабых основаниях с частичным выторфовыванием

Требования к насыпи на слабом основании, коэффициент безопасности

Требования к насыпи:

· устойчивость з/п

· стабильность основания (интенсивная часть осадки насыпи должна завершится до устройства покрытия), осадка насыпи не более 2 см в год при кап.д/о, и не более 5см в год при устройстве облегченных д/о, при таких условиях достигается 90% консолидации основания насыпи и такая конструкция будет считаться стабильной

· упругие колебания не должны превышать значений, установленных для данного типа покрытий

Эти три условия проверяются расчетами!

Коэффициент безопасности

Он определяется при расчете на устойчивость.

Коэф. Безопасности – это отношение безопасной нагрузки на основание к расчетной нагрузке на основание.

Данный коэф. Определяется для двух вариантов приложения нагрузки: быстрая схема (мгновенная) и медленная схема

Быстрая схема характеризуется мгновенной отсыпкой насыпи на нужную полную высоту с запасом на осадку (К без нач.)

Медленная схема – скорость передачи нагрузки соответствует скорости нарастания прочности основания (К без кон)

К без и нач. и кон. >= 1!

13) Оценка устойчивости з/п на болотах, фазы уплотнения грунта под насыпью, криваязависимости, условия устойчивости насыпи.

Устойчивость з/п обеспечивается при выполнении условия Кбез > 1.

Фазы уплотнения грунта под насыпью

1 фаза – В первой фазе происходит преимущественное сжатие грунта под телом насыпи

2 фаза – происход. Дальнейший уплотнения и возможность возникновения боковых сдвигов

3 фаза – резкая просадка грунта, которая вызывается выпиранием грунта из-под основания насыпи.

Устойчивость зем.полотна

Чтобы предположить как поведет себя слабое основание под телом насыпи необходимо провести расчет на наличие им отсутствия сдвигов. (это пиздец, я знаю, НО ТАК НАПИСАЛ РОЧЕВ)
τ max < τ сдвиг

τ max – наибольший касательные напряжения под нагрузкой от насыпи

τ сдвиг – сопротивление грунта сдвигу.

Схема расчета

1 – сопротивление грунта сдвигу на глубине Z.

C и γ – назанчаются в зависимости от влажности грунта и условий нагружения

2 – а – справедлива, если формула находится не по оси насыпи.

14) Процесс образования оврагов, элементы оврага, схема оврага в плане

Образование оврагов – результат водной эрозии.

Водная эрозия – процесс размыва почв и легко растворимых слоев. Эрозионные процессы начинаются на склонах крутизной от 2 градусов. Заметно увеличиваются при крутизне склона от 2 до 6 градусов. И существенно развиваются на склонах более 6 град.

Овраг развивается до тех пор, пока не достигнет неподдающихся размыву слоев или пока питающий его водосборный бассейн уменьшится до таких размеров, что размыв прекратится.

15) Стадии образования оврагов, продольный разрез оврага, его основные участки.

1 стадия – На крутом участке склона от действий стекающих потоков воды образуется рытвина (треугольного поп. Сечения). Дно рытвины параллельно пов-сти земли

2 стадия – Углубление рытвины, образуется вершина оврага высотой от 5 до 10 метров. Рытвина расширяется в поперечном сечении и становится трапецеидальной. К концу 2-ой стадии в нижней части оврага образуется плавный продольный профиль или транзитное русло в пределах которого размыв уравновешивается приносом грунта. В устье оврага где воды растекается образуется конус выноса.

3 стадия – происходит дальнейший рост оврага по направлению к водоразделу. Поперечное сечение оврага так же расширяется.

4 стадия – Завершающая. Затухание глубинной эрозии. Овраг перестает расти. Склона оврага принимают устойчивое очертание и зарастают травой. Овраг поросший растительностью называется балкой.

Виды и элементы зем.плотин

Требования к поперечному профилю плотин

Для отсыпки з/п можно использовать практически любые местные грунты. Предпочтительнее грунты: глины, суглинки и супеси при тщательном уплотнении.

Песчаные грунты следует применять для однородных плотин или для плотин с центральной противофильтрационной призмой.

Если существует опасность фильтрации воды через основание плотины, то в данном случае устраивается противофильтрационный зуб.

Для создания грунтовых противофильтрационных устройств или насыпи у плотины следует применять слабо водопрониц. Грунты. При отсыпке плотины из песка в ряде случаев устраивается экран из глины, суглинка или торфа со степенью разгруженности 50%.

Если поверхностный слой в основании плотины водопроницаемый, то в теле плотины закладывают водонепроницаемое ядро из глинистых грунтов с коэф. Фильтрации не более 10 -4 см/сут. Водонепрониц. Ядро следует заглублять в подстилающий грунт. Минимальная ширина ядра по верху назнач. Взависимости от пр-ва работ, но не менее 0,8 м.

Так же в теле плотины можно предусм. Не грунтовые противофильтрац. Устройства из а/б;ж/б; полимерных материалов, либо инъекционную диафрагму из цем. Раствора.

Попперечный профиль плотины отличается от насыпи более пологими откосами, заложение откосов зависит от высоты насыпи и типов грунтов + на откосах предусмотрены устройство берм.

Бермы устраивают со стороны верхового откоса для создания необходимого упора, и со стороны низового откоса для обеспечения служебных проездов.

Для защиты верхового откоса предусматривают следующих виды укреплений. Верховой откос укрепляют монолитным бетоном, сборной ж/б плиты.

Низовой откос укр. Засев трав или слоем гравия или щебня толщиной не более 15 см.

Карст. Методы исследования.

Чтобы оценить степень и интенсивность образования карстов, а также выявить участки неблагоприятные для проектирования дорог, необходимо провести инж-геолог изыскания. Данные геологических изысканий представляют инфо об геологических напластованиях, мощности, составе, и степени трещиноватости водорастворимых парод. Так же собираются сведения о режиме грунтовых вод, о степени их агрессивности и об источниках питания. Основные задачи инж-геолог изысканий:

1. Установить предполагаемую степень опасности на будущие сооружения

2. Установить, как это влияет на экологическую обстановку в районе проектирования

3. Составление прогноза развития карста на период строительства и эксплуатации а/д

4. Выявить вероятность активизации КП в процессе эксплуатации а/д под влиянием техногенных воздействий

5. Выработка предполагаемых противокарстовых мероприятий

Для изучения карстовых процессов используются методы геофизической разведки:

· Электроразведка

· Сейсморазведка

· Гравиметрия

· Микромагнитная съёмка

При изыскании дорог наиболее часто используют электоразведку. Она заключается в:

o Электропрофилирование

o Вертикальное электрозондирование

o Межскважное сейсмческое просвечивание

Электроразведка заключается в измерении электрического сопротивления залегающих на глубине пород. Если на глубине имеется карстовая полость, то кривая сопротивления резко изменяется.

В местах фиксации карстовой полости бурят скважины и отбирают анализ парод для исследования. Для относительной безопасности проложения трассы а/д по закарстованной местности необходимо, чтобы поверхностный слой имел мощность не менее 8-10 метров.

Виды засоленных грунтов.

Засоленные грунты – которые содержат в верхней метровой толще более 0,3% по массе легко растворимых солей (хлористые, серно-кислые, углекислые соли Na, K, Mg.

Почвы, содержащие в поверхностных слоях до глубины 1-2м в свободном состоянии более 1% легко растворимых солей, называют солончаками. Они образуются в рез-те подтягивания к поверхности по капиллярам грунтовой воды, содержащей растворимые соли. В солончаках встречаются соли: NaCl, MgCl 2 , NaNO 3 , KSO 4 .Количество таких солей в верхних слоях может достигать 15-25%.

По внешним признакам различают солончаки:

· Мокрые и корковые

Такие солончаки образуются на участках с высоким стоянием грунтовых вод. Мокрые солончаки относятся к слабым грунтам, поэтому могут вызывать осадки зем.полотна, а также выпирание грунта из-под основания насыпи.

· Пухлые солончаки

Рыхлый слой с кристаллами солей. Залегают под тонкой глинистой коркой.

· Такыровидные.

Засоленные грунты чаще всего располагаются в пониженных местах рельефа с близким уровнем стояния засоленных грунтовых вод.

Различают 4 основных вида соленакапливания в почвах:

· Сульфатно-содовое (характерно для лесостепи). Содержание солей в верхних горизонтах колеблется от 0,5 до 1%

· Хлоридно-сульфатное (характерно для степей). Соли 2-3%

· Сульфатно-хлоридное (полупустыни). Соли 5-8%

· Хлоридное (пустыни) соли более 8%

Формы песчаного рельефа.

Основная особенность песчаных пустынь – неустойчивый рельеф. Перемещение частиц песка зависит от скорости ветра, и от крупности частиц. Чем выше скорость ветра у поверхности земли, тем более крупные частицы он перемещает.

Характерные формы песчаного рельефа:

1) Барханы – одиночные или расположенные группами холмы высотой 3-5 м и шириной до 100м. в плане имеют вид лунного серпа. Наветренный склон бархана пологий, крутизна 1:3, 1:5. Подветренный имеет крутизну естественного заложения 1:1, 1:1,5.

Данная форма песчаного рельефа наиболее неустойчива и легко перемещается от ветра.

2) Барханные цепи. Образуются в районах, где господствуют ветра которые меняют своё направление 2 раза в год. Они расположены перпендикулярно направлению ветров, имеют ширину по верху 10-20м и в длину до 2км. Высотой до 15м.

3) Песчаные гряды. Образуются при сезонно меняющихся ветрах. Вытягиваются параллельно господствующему направлению ветров. Имеют длину 2-3км и расположены на расстоянии друг от друга 150-200м. песчаные гряды – конечная форма развития песчаного рельефа.

4) Бугристые пески. Закрепленные растительностью песчаные холмы неправильного геометрического очертания. Высотой 6-8м. Крутизна склонов приблизительно одинакова во всех направлениях.

На подвижность песков влияют:

1. Скорость ветра

2. Гранулометрический состав

3. Влажность и засоленность грунтов

4. Степень закрепления песчаной поверхности растительностью.

Если поверхность более чем на 35% покрыта растительностью, то такие пески считаются неподвижными и имеют стабильную форму рельефа.

Законы переноса песков.

Ветер обтекает неровности песчаного рельефа, это сопровождается образованием участков местного повышения скорости потока. Таким образом образуются зоны завихрения и затишья.

В зоне завихрения песок развеивается, а в зоне затихания откладывается. Песчинки переносятся по направлению ветра, поднимаются по склонам песчаных холмов и откладываются в зоне затишья. В результате чего песчаные холмы постоянно перемещаются, и такие пески называются подвижными.

Особенности горных районов

· Изыскание, проектирование и строительство горных дорог представляет значительные трудности из-за:

· сложного рельефа местности,

· крутых неустойчивых склонов,

· преодоление большой разности высот на малом расстоянии

· при строительстве горных дорог приходится разрабатывать большие объемы скальных грунтов. При этом приходится выполнять взрывные методы работ.

· Также из-за неустойчивости форм рельефа и напластования горных пород требуется устанавливать подпорные и огибающие стенки.

· При неблагоприятных условиях (оползни, камнепады) необходимо строительство сложных специальных сооружений, которые обеспечивают устойчивость земполотна.

· Необходимость направлять трассу по склонам приводит к большому её удлинению и удорожанию

· Влияние климатических факторов при проектировании дороги в горной местности:

1. в горных районах проявляется вертикальная зональность, а именно существенные различия климатических условий на разных высотах над уровнем моря.

2. температура воздуха в горах ниже чем в долинах. Понижение температуры на 0,5 градуса на 100м высоты. Также наблюдаются случаи обратного распределения температуры. В замкнутых долинах или низинах собирается более плотный холодный воздух (инверсия).

3. температура воздуха в горах также зависит от экспозиции склонов по сторонам света. Ю и ЮЗ склоны быстрее освобождаются от снега и просыхают. На северных склонах снег может сохраняться до середины лета.

4. количество осадков возрастает по мере возвышения 40-60мм на 100м высоты. интенсивность выпадения осадков резко возрастает в летний период.

5. с высотой понижается давление

6. на больших высотах 3000-4000м наблюдаются частые сильные ветра до 30м/с.

Устойчивость горных склонов:

В горных районах почвенный покров имеет малую толщину. На крутых склонах коренные породы выходят на поверхность, либо покрыты сверху продуктами выветривания. Осадочные породы, сложены пластами, часто залегают в виде складок. Складка, обращенная выпуклостью вниз – синклинали, а верх – антиклинали. Пласты известняков и песчаников могут разделяться прослойками глины. При насыщении водой таких слоёв возможны деформации, такие как оползни и сдвиги.

Разновидность залегания пластов применяемо к дорогам:

1) горизонтальное залегание пластов

2) падение пластов в сторону склона

3) падение пластов внутрь склона

4) прислонное залегание более молодых парод.

При подрезании слоёв склона откосами выемок особенно опасны осадочные породы, в толще которых могут залегать прослойки глины. Изверженные породы более прочные и устойчивые в откосах, практически при любом направлении напластования слоёв. В поверхностных слоях изверженные породы чаще сего имеют трещиноватость, поэтому при проложении трассы а/д необходимо учитывать, что возможны процессы потери устойчивости в результате выветривания, а также тектонических движений.

Основные формы нарушения устойчивости склонов (и откосов):

1) осыпание со склонов продуктов выветривания

2) обвалы отдельных камней с образованием уступов в трещиноватых скалистых породах

3) сплыв поверхностных слоёв в результате переувлажнения

4) пластичное оползание склонов со скоростью несколько см в год

5) обрушение части грунтовой однородной толщи, при черезмерной крутизне откоса

6) смещение части грунта по подстилающим поверхностям в результате потери сцепления в зоне контакта

7) обрушение с образованием вертикальной трещины и боковым смещением отделившегося блока в результате выжимания слабых подстилающих слоёв

46. Особенности проектирования плана трассы в горных районах, характерные этапы.

По условиям проектирования различают характерные зоны горных районов:

1) предгорные районы

2) долины горных рек

3) горные склоны

4) водоразделы (или седловины)

Направление проложения горных дорог определяется расположением горных хребтов, которые являются водоразделами бассейнов больших рек. Переход дороги из одного речного бассейна в другой возможен только через понижение горных хребтов (седловин).

Ход проложения дороги(этапы): вначале по долине горной реки, затем вверх к её истокам, затем подъём по горным склонам к седловине, затем переход по перевальному участку в долину другой реки.

Тоннели на горных дорогах

Тоннели проект.в след. случаях:

1.При пересеч. коротких скальных выходов горных пород;

2.На высокогор. перевал. участках;

3.С целью сокращ. длины трассы вместо ее развития по склонам;

Устр-во двухярусных тоннелей. Полосность на др. категориях дорог. Для 2ой категории 3 полож. движ. допуск. При проектир. плана предпочт. отдают прямолин. уч-кам. В случае необход.R кривых в плане для а/д тоннелей должны быть не менее 250м. 150м в исключит.случаях. Наибол.прод. уклон проект.линии допуск. сохранять в тоннеле при его длине менее 300м. Профиль тоннелей длиной до 300м проектир. односкат. При длине тоннеля более 300м – двухскат. Уклоны не менее 3% и не более 40%. При длине тоннелей до 500м допуск.увелич.прод. уклона до 60%. В тоннелях должен быть обеспечен водоотвод на подходах к тоннелю. ПЧ в тоннелях проектир. с ц/б монолит.покр-ем, либо с укрепл. а/б покр. Необходимо осущ. вентиляции внутри тоннеля естеств. или механич. способом. При длине тоннеля свыше 400м обяз. утр-во мех.вентиляции. Так же при длине тоннеля более 1000м необход. уст.громкоговор. Более 200м-загродительная сигнализация.телефон. связь предусматр. Служеб. (аварийные) проходы с каждой стороны шириной 0,5м.

Виды и характеристики болот

Болото - избыточно увлажненные участки земной поверхности, на которых большую часть года застаивается вода. Болота делятся на верховые и низовые.

верховые - образуются при частом выпадении атмосферных осадков, образуются на водораздельных участках и пологих склонах. Образование верховых болот чаще всего происходит в еловых лесах, появляется мох и затем он перерастает в белый мох – сфагнум. Торфобразовательный процесс на верховом болоте приводит к изменению водного баланса поверхности слоев, к постепенной смене растительности на данном участке, что в свою очередь приводит к увеличению слоя торфа. Середина болота может возвышаться на 6-8 м.

низовые – образуются в результате зарастания водоемов (озера и медленно текущие реки). Зарастание происходит от берегов к середине, у берегов появляется болотная растительность. Отмирающие остатки растений поднимают дно водоема и приводят к образованию ила. Постепенно поверхность зарастает и образует плавующую массу – сплавину (состоит из корневищ, растений и мха).

Инженерная классификация болот

I тип – заполнены болотными грунтами, прочность которых в природном состоянии обеспечивает возможность возведения насыпи высотой до 3 метров без возникновения процесса бокового выдавливания слабого грунта.

3) Выбор плана трассы на заболоченной местности (основные требования)

Требования:

· Желательно обходить болото если это не будет со значительным удлинением трассы или ее извилистостью

· Пересечение болот по кратчайшему направлению, также в наиболее узком месте и в наименее глубоком, там где высокое значение дна болота.

· Пересечение болота перпендикулярно течению воды

· При пересечении сплавинных болот следует избегать места с крутыми склонами минер. Дна.

· При пересечении болот дорогами предпочтение отдают I типу болот

· Решение по выбору вариантов трассы основывается га технико-экономическим сравнении.

3.1. Типы болот, их классификация, конструкции насыпей
на болотах

Болота образуются и развиваются на избыточно увлажненных участках земной поверхности. По происхождению болота разделяют на два вида: сплавинные, образовавшиеся при зарастании водоемов и рек; торфяные, появившиеся вследствие заболачивания суши. По условиям расположения и питания водой различают болота: низинные – грунтового, озерного или речного питания; переходные – смешан­ного питания; верховые – атмосферного питания.

В строительной практике пользуются классификацией (табл. 3.1), принципы которой разработаны Н.П. Кузнецовой (1936), а позже несколько дополнены К.С. Ордуянцем (1943) и В.Д. Казарновским (1976). Эта классификация основана на характеристике строения болотной толщи.

Таблица 3.1

Классификация болот (строительная)

Для строительных целей необходима характеристика грунтов, слагающих болотную толщу, поэтому при проектировании и возведении земляного полотна болота принято разделять на три типа: I тип – грунты, выдавливание которых из-под насыпи невозможно; II тип – грунты, выдавливание которых возможно; III тип – грунты, выдавливание которых происходит обязательно. Наиболее часто приходится иметь дело с болотами I типа, кото­рые занимают на территории России около 90 % всех заболоченных участков.

Конструкции земляного полотна на болотах принимают с учетом типа болот, свойств болотных грунтов, категории железной дороги и экономических факторов. При выборе конструкции, как правило, для каждого болота рассматривают несколько возможных вариантов. Для возведения насыпей на болотах предусматривают использование преимущественно дренирующих грунтов. При отсутствии дренирующих грунтов на болотах I и II типов допускается применять пылеватый песок, а также легкую супесь. На болотах III типа – пылеватые пески, легкие супеси и др., глинистые грунты разрешается укладывать только в верхнюю, надземную часть насыпей. Насыпь из пылеватого песка и легкой супеси, сооружаемая в пределах осушенных или осушаемых болот, должна возвышаться на 2 м и более над уров­нем воды в болоте или в водоотводной канаве.

На болотах I типа при отсыпке насыпи до 3 м, полностью или частично удаляют торф из основания и заменяют его минеральным грунтом. На болотах глубиной до 2 м торф удаляют полностью. Частично удаляют торф на болотах глубиной более 2 м (рис. 3.1). При этом глубину траншей для дорог I и II категорий назначают так, чтобы сумма величин высоты насыпи над поверхностью болота и глу­бины траншеи была не менее 3,5 м, для дорог III категории – не ме­нее 3 м. Отношение общей высоты насыпи (включая высоту части, расположенной ниже поверхности болота, и величину расчетной осадки) к толщине уплотненного слоя торфа в основании насыпи должно быть не менее 2:1. Крутизну откосов траншеи выторфовывания назначают от 1: 0 до 1: 0,5 в зависимости от принятого способа производства работ (при устройстве траншеи драглайном – 1:0, при использовании бульдозеров – 1: 0,5).

Рис. 3.1. Поперечные профили насыпей высотой до 3 м на болотах I типа: а – из дренирующих грунтов на болотах глубиной до 2 м; б – из мелких и пылеватых песков, легких супесей на болотах глубиной до 2 м; в – из дренирующих грунтов на болотах глубиной 2…4 м

Насыпи высотой более 3 м на болотах I типа (рис. 3.2) устраива­ют без выторфовывания с расчетом использования торфа в качестве естественного основания земляного полотна.

Рис. 3.2. Поперечные профили насыпей высотой более 3 м на болотах I типа: а – из дренирующих грунтов; б – из мелких и пылеватых песков, легких крупных супесей

На болотах II типа, независимо от высоты насыпи, предусматривают полное удаление торфа устойчивой консистенции и посадку насыпи на минеральное дно болота (рис. 3.3). На расстоянии не менее 2 м от подошвы откоса насыпи с обеих сторон устраивают канавы – торфоприемники, ширину которых назначают не менее 2 м, а глубину – равной толщине растительно-корневого покрова, но не менее 1 м.

На болотах III типа насыпи сооружают с использованием минерального дна для их основания с предварительным удалением (рис. 3.4) или без удаления торфяной корки. Если сплавина не удаляется, то высота насыпи над ней должна быть не менее 3 м.

Рис. 3.3. Поперечные профили насыпи на болотах II типа: а – из дренирующих грунтов; б – из мелких и пылеватых песков, легкой крупной и легкой супеси

Рис. 3.4. Поперечный профиль насыпи на болотах III типа

3.2. Технология возведения насыпей с полным
или частичным выторфовыванием

Возведение насыпей на болотах включает следующие процессы: осушение болота, если это предусмотрено проектом; подготовку основания; отсыпку нижней части насыпи (ниже уровня болота); отсыпку верхней части насыпи. Подготовку основания под насыпь увязывают с отсыпкой насыпи так, чтобы разрывы во времени были минимальны. До начала основ­ных работ на болотах, так же как и на других участках, выполня­ют подготовительные работы, которые состоят из расчистки дорожной полосы от леса, осушительных работ и устройства подъездов для движения транспортных средств.

Несущая способность болотных грунтов очень низкая (14...18 кПа), поэтому для таких условий применяют машины специальной болотной модификации, давление которых на грунт составляет около 25 кПа, что также часто превышает допустимую нагрузку. Для улучшения условий работы проводят осушение болот путем устройства канав. Несущая способность осушенных болот приблизительно равна 30 кПа, что уже достаточно для прохода специальных машин, однако при длительной работе машин с одной стоянки такая прочность болотного грунта все же мала.

Подготовительные работы часто выполняют в зимний период, ког­да при достаточной глубине промерзания можно применять обычные машины. При устройстве подъездных дорог на участках слабых грун­тов применяют деревянные колейные покрытия или покрытия из эле­ментов сборного железобетона.

Выторфовывание машинами. Для удаления торфа применяют бульдозеры или экскаваторы. При неглубоких осу­шенных болотах (до 2 м) или при естественном невысоком уровне воды над минеральным дном выторфовывание производят бульдозером путем послойной разработки торфа перпендикулярно оси дороги. От­валы торфа располагаются по краям выработки. На мелких болотах выторфовывание производят на полную глубину. Отсыпку насыпи на подготовленном участке производят при послойной укладке по схеме « с головы» . Выторфовывание бульдозером экономичнее, чем экскаватором, и его применяют всегда при наличии необходимых условий.

Выторфовывание экскаватором производят с оборудованием дра­глайна. При этом возможны две схемы работ: первая – при движении по оси траншеи или вдоль бровки ее с односторонней или двусторонней разработкой; вторая – при движении вдоль траншеи тремя проходками. По стоимости и трудоемкости всего комплекса работ эти схемы приблизительно равноценны.

При организации работ по первой схеме экскаватор, двигаясь по оси траншеи, разрабатывает ее на полный профиль и укладывает грунт в два отвала по обе стороны траншеи (рис. 3.5, а ). Схема обес­печивает наименьшую стоимость и трудоемкость благодаря наимень­шим углам поворота стрелы экскаватора. Объем работ по перемеще­нию торфа в кавальер бульдозером наибольший, причем бульдозер ра­ботает в стесненных условиях ввиду близости отвала торфа к бров­ке траншеи. Поэтому торф из отвала в кавальер перемещается толь­ко после засыпки траншеи минеральным грунтом до уровня болота.

Эта схема применяется в случаях, не требующих предварительно­го устройства водоотводных канав.

При односторонней схеме экскаватор движется вдоль бровки траншеи, разрабатывая ее на полный профиль за одну проходку, и укладывает грунт в один отвал (рис. 3.5, б ). Углы поворота стрелы экскаватора здесь больше, чем при движении его по оси траншеи, и производительность уменьшается примерно на 6 %. По этой схеме одновременно с разработкой траншеи возможно устройство одной водоотводной канавы.

Рис. 3.5. Схемы организации работ при выторфовывании экскаватором: а – при движении экскаватора по оси траншеи; б – при одностороннем движении экскаватора;
в – при двустороннем (I;II) движении экскаватора; г – тремя проходками (I; II; III) экскаватора

При двусторонней разработке траншеи (рис 3.5, в ) работы ведутся двумя проходками. Экскаватор идет по одной стороне траншеи, разрабатывая ее на половину ширины, и затем, возвращаясь по другой бровке, разрабатывает траншею на полный профиль. Торф укладывается в два отвала. Одновременно с разработкой траншей возможно устройство водоотводных канав. Работы можно вести либо одним, либо двумя экскаваторами одновременно.

Приведенная схема обеспечивает наименьшую трудоемкость перемещения торфа в кавальер; бульдозер только разравнивает отвал торфа слоем до 0,5 м.

При разработке тремя проходками (рис. 3.5, г ) экскаватор снача­ла разрабатывает среднюю часть траншеи, а затем ее крайние части. Из отвала у центральной части траншеи торф перемещается за пределы очертаний основания насыпи бульдозером или драглайном. Рабо­ты можно производить одним или двумя экскаваторами одновременно.

При устройстве широких и глубоких траншей с большим объемом выторфовывания, особенно на болотах с низкой несущей способнос­тью, торф транспортируется в специальные отвалы автосамосвалами, занятыми на возведении насыпи. Экскаватор в этом случае перемещается по отсыпаемой насыпи. Эта схема получила название «от себя».

На глубоких болотах более качественным выторфовыванием считают метод взрывания зарядов под насыпью. Заряды закладывают в скважинах, пробуренных через насыпь, и в стороне от нее рядами через 3…4 м. Сначала взрывают внешние заряды, которые образуют торфоприемные траншеи, затем с замедлением в 20…30 миллисекунд (мс) заряды под насыпью. При широких насыпях первыми взрывают осевые заряды, затем с замедлением – крайние, тогда раньше опускается средняя часть насыпи и отжимает разрыхленную массу в стороны.

Взрывные работы на болотах эффективны и их применяют во всех случаях, когда позволяют условия обеспечения безопасности.

Взрывами можно производить полное и частичное удаление торфа, рыхление торфа (разрушение структуры), устройство торфоприемников, канав, выравнивание минерального дна или устройство упор­ных канав при уклоне дна болота для предотвращения скольжения насыпи. На болотах I типа обычно ведут разработку торфа на выброс с расчетом получения полного профиля до дна болота.

Расчет взрывных работ ведут по эмпирическим формулам, в основе которых использована зависимость количества взрывчатого вещества от объема разрабатываемой породы:

где a – показатель выброса; q – расход ВВ, кг/м 3 ; W – расчетная линия сопротивления, равная глубине взрываемого слоя торфа. Расстояния между зарядами (в ряду) принимают равными 0,9 W; 1,1 W; 1,2 W, в зависимости от плотности торфа (чем плотнее торф, тем расстояние между зарядами меньше). Расстояние между рядами зарядов принимают равным 0,85 W.

Выторфовывание средствами гидромеханизации. Применение гид­роме­ханизации эффективно при определенных условиях. В частности при достаточно больших сосредоточенных объемах работ, наличии достаточного объема воды и дешевой электроэнергии. При возведении земляного полотна на болотах такие благоприятные условия встречаются сравнительно редко, однако при наличии этих условий применение гидромеханизации весьма эффективно.

Сущность работ состоит в размыве торфа мощной струей воды, в результате чего образуется рыхлая жидкая масса, которая легко отжимается грунтом возводимой насыпи. На болотах I типа торф размывают гидромонитором, гидросмесь перекачивают передвижными землесос­ными установками в отвал. Образовавшуюся траншею заполняют грунтом насыпи при отсыпке ее с головы или комбинированным способом.

На болотах II и III типов производят только размыв верхнего сплавинного слоя торфа гидромониторами. Разжиженный торф не удаляют; он отжимается грунтом насыпи в боковые прорезы, сделанные также гидромониторами. Подачу грунта для насыпи осуществляют также по способу гидромеханизации. На болотах II и III типов применяют метод инъекции песчаного грунта, при котором гидросмесь подают по трубе непосредственно в разжиженную торфяную массу, и песок вытесняет торф.

Работу проводят в такой последовательности: установка насос­ной станции и прокладка трубопровода; размыв торфа в траншее гидромониторами; отсыпка грунта в траншею с погружением на минеральное дно; возведение верхней части насыпи. Отсыпку грунта насыпи производят с помощью машин, а также по способу гидромеханизации. Грунт для насыпи получают путем размы­ва гидромонитором или добычей со дна водоема землесосной установ­кой (земснарядом). Намыв насыпи осуществляют безэстакадным спосо­бом путем укладки трубопровода непосредственно на поверхность на­мываемой насыпи.

— избыточно увлажненные участки суши со своеобразной болотной растительностью и слоем торфа не менее 0,3 м, поэтому характеризуются затрудненным обменом газов. Болота обычно содержат от 87 до 97 % воды и лишь 3-13 % сухого вещества (торфа).

При меньшей мощности торфа или его отсутствии избыточно увлажненные территории называются заболоченными землями.

Болота формируются при зарастании водоемов или при заболачивании местности.

Основной путь образования болот — заболачивание, которое начинается с появления периодического, а затем постоянного переувлажнения почвогрунтов. Этому способствует климат. Избыток влаги из-за обилия осадков или слабого испарения, а также высокий уровень грунтовых вод, характер грунта — плохо проницаемые породы; «вечная мерзлота», рельеф — плоские участки при неглубоком дренаже или понижения с замедленным стоком; продолжительные половодья на реках и т. д. Леса в условиях избытка влаги, а значит, анаэробных условий и кислородного голодания погибают, что способствует большему заболачиванию из-за сокращения транспирации.

На переувлажненных землях поселяется влаголюбивая растительность, приспособленная к недостатку кислорода и минерального питания, — мох и др. Моховая дернина, хорошо впитывающая и задерживающая влагу, напоминающая мокрую губку, способствует еще большему заболачиванию суши. Так что в дальнейшем именно растительности принадлежит ведущая роль в заболачивании. В условиях недостатка кислорода происходит неполное разложение растительных остатков, которые, накапливаясь, образуют торф. Поэтому заболачивание практически всегда сопровождается торфонакоплением.

Наиболее благоприятные условия для накопления торфа существуют в лесах умеренного пояса, особенно Западной Сибири, где в пределах лесоболотной зоны заболоченность составляет иногда более 50 % территории, мощность торфа 8-10 м. К северу и югу от лесной зоны мощность торфяной залежи сокращается: к северу вследствие уменьшения прироста растительной массы в условиях холодного климата, к югу — из-за более интенсивного разложения растительных остатков в теплом климате. В условиях жаркого влажного климата огромный прирост биомассы компенсируется интенсивным процессом распада отмерших растений, и болот немного, хотя вечнозеленые экваториальные леса переувлажнены.

Строение торфяной залежи болот, возникших на месте озер или суходолов, различно. Торфяники, образовавшиеся в результате заболачивания озер, имеют под слоем торфа озерный ил — сапропель, а при заболачивании суши торф залегает непосредственно на минеральном грунте.

Болота развиваются в различных климатических условиях, но особенно характерны для лесной зоны умеренного пояса и тундр. На их долю в Полесье приходится 28 %, в Карелии — около 30 %, а в Западной Сибири (Васюганье) — свыше 50% территории. Резко уменьшается заболоченность в степных и лесостепных зонах, где меньше осадков, а испаряемость усиливается. Общая площадь, занимаемая болотами, составляет около 2 % площади суши Земли.

Типы болота

По характеру водного питания и растительности болота подразделяют на три типа: низинные, верховые и переходные.

Низинные болота образуются на месте бывших озер, в долинах рек и в понижениях, которые постоянно или временно затопляются водой. Питаются они преимущественно грунтовыми водами, богатыми минеральными солями. В растительном покрове господствуют зеленые мхи, различные осоки и злаки. На более старых болотах появляются береза, ольха, ива. Эти болота отличаются слабой заторфованностью — мощность торфа не превышает 1 — 1 ,5 м.

Верховые болота формируются на плоских водоразделах, питаются в основном атмосферными осадками, для растительности характерен ограниченный видовой состав — сфагновые мхи, пушица, багульник, клюква, вереск, а из древесных — сосна, береза, реже кедр и лиственница. Деревья сильно угнетены и низкорослы. Сфагновый мох лучше произрастает в середине болотного массива, на окраинах он угнетается минерализованными водами. Поэтому верховые болота несколько выпуклые, их середина возвышается на 3-4 м. Торфяной слой достигает 6-10 м и более.

Переходные болота , или смешанные представляют переходную стадию между низинными и верховыми. В низинных болотах происходит накопление растительных остатков, поверхность болота повышается. В результате этого грунтовая вода, богатая солями, перестает питать болото. Травяная растительность отмирает и заменяется мхами.

Таким образом, низинные болота превращаются в верховые, а последние покрываются затем кустами или луговой растительностью, превращаясь в суходольные луга. Поэтому в природе редко встречаются моховые или травяные болота в чистом виде.

Болота имеют большое хозяйственное значение. Так, торфяные болота — источник топлива для промышленности. Первая тепловая электростанция в мире, работающая на торфе, была построена в России в 1911 г. (в г. Электроугли).

Торф низинных болот — хорошее органическое удобрение. Поэтому частично низинные болота осушают и превращают в плодородные угодья. Но не все болота подлежат осушению, часть из них надо сохранять, чтобы не нарушить сложившиеся в природе взаимосвязей.

Болота увлажняют воздух местности, являются местами произрастания ценных видов растений (клюквы, морошки, голубики) и обитания многих видов животных, особенно птиц, являются природными резервуарами воды, которые питают реки.

Классификация болот, применительно к трубопроводному строительству

Болота многообразны по своим физико-механическим свойствам, которые изменяются как со временем, так и по отдельным участкам одного и того же болота. Это обстоятельство с давних пор требовало четкой классификации болот, особенно при инженерных работах, когда торфяные грунты проектируются как основания сооружений.

Проектировщиков и строителей интересует вопрос: как осуществить строительство и будет ли возведенное сооружение отвечать всем техническим требованиям нормальной эксплуатации.

Поэтому при изысканиях, проектировании и эксплуатации нужно четко знать давление сооружения на основание, пределы возможных безаварийных деформаций сооружения и способность торфяного основания к восприятию временных или постоянных нагрузок.

Газопровод, укладываемый подземно на болотах, при засыпке трубы торфяным грунтом для устойчивости требует балластировки утяжеляющими грузами. Искусственно созданная отрицательная плавучесть прижимает газопровод ко дну траншеи. Отрицательная плавучесть на 1 м. трубы согласно СНиП II- 45-75 должна составлять не менее 5% от массы вытесненной жидкости. Нетрудно подсчитать, что давление газопровода на торфяную залежь не будет превышать 0,002-0,005 кгс/см 2 .

Если в траншею укладываются нефтепровод, нефтепродуктопровод или водовод с балластировкой, то давление на основание не будет превышать 0,02-0,06 кгс/см 2 . Давление от кабелей связи также не превышает указанного значения. Необходимо подчеркнуть, что давление на основание 0,05-0,06 кгс/см 2 возникает и тех случаях, когда балластировка нефтепродуктопровода рассчитывается из условия опорожнения его в период эксплуатации. Несущая способность торфяного грунта, как правило, более 0,1 кгс/см 2 .

С другой стороны, возможные осадки трубопровода, уложенного на торфяное основание, не вызывают сколько-нибудь значительных дополнительных продольных напряжений, так как трубопровод является гибкой нитью. Изложенное позволяет сделать вывод, подтверждаемый практикой строительства и эксплуатации переходов трубопроводов через болота. Болота, целиком заполненные торфом любой степени разложения, могут служить основанием для стальных магистральных трубопроводов. Однако любая строительная классификация болот должна учитывать два основных требования: сохранение цельности сооружения на весь период эксплуатации и способ производства работ.

Для цельности сооружения вполне достаточно, чтобы основанием трубопровода служили торфяные грунты, целиком заполняющие болота до минерального дна. Второе условие требует квалифицировать болота таким образам, чтобы при проектировании и строительстве можно было определить способы производства работ, а при эксплуатации - возможность доступа к любой точке перехода.

Поскольку нагрузка от строительной техники на торфяную залежь во много раз (10-20) больше, чем от трубопровода, то в основу классификации болот должна быть положена их проходимость (классификация болт по Гипроспецгазу).

По проходимости болота делятся на три типа:

I тип - болота, целиком заполненные торфом, допускающие работу и неоднократный проход болотной техники с удельным давлением 0,2-0,3 кгс/см 2 или проход обычной техники с помощью щитов, дорог, обеспечивающих снижение удельного давления на поверхность залежи до 0,2 кгс/см 2 ;

II тип - болота, целиком заполненные торфом, допускающие проходи и работу строительной техники только с помощью щитов, дорог, обеспечивающих снижение удельного давления на поверхность залежи до 0,1 кгс/см 2 ; строительный болотистый ландшафт

III тип - болота, допускающие работу только специальной техники на понтонах или обычной техники с плавучих средств.

Основываясь на классификации болот по проходимости, проф. П.П. Бородавкин предлагает классификацию болот применительно к магистральным трубопроводам, учитывающую как проходимость строительной техникой болот, так и протяженность и глубину торфяной залежи. Уточненная классификация болот проф. П.П. Бородавкиным формулируется следующим образом.

• 1. Болота, целиком заполненные торфом устойчивой консистенции, и участки болотистых грунтов, допускающие работу и неоднократный проход строительных машин с удельным давлением на грунт q 0,25 кгс/см 2 ;
• 2. Болота, заполненные торфом неустойчивой консистенции при глубине торфа до 0,7 м., подстилаемые плотным минеральным грунтом, допускающим работу обычных строительных машин и механизмов. Ширина болота по створу перехода до 500 м. Несущая способность поверхности болота 0,05
• 3. Болота глубиной до 1,5 м. на минеральном основании, целиком заполненные торфом, допускающие работу и проезд машин с удельным давлением на грунт q 0,1 кгс/см 2 . Ширина болота в створе перехода до 250 м.

• 1. Болота, заполненные торфом неустойчивой консистенции при глубине торфа до 0,7м, подстилаемые минеральным грунтом. Ширина болота более 500 м., 0,05
• 2. Болота, целиком заполненные торфом, допускающие работу и проезд машин с удельным давлением до 0,1 кгс/см 2 . Ширина болота до 1 км.

• 1. Болота, допускающие работу только специальных плавучих машин и механизмов или обычных машин на понтонах;
• 2. Болота, целиком заполненные торфом, допускающие работу и проезд машин с удельным давлением до 0,1 кгс/см 2 . Ширина болота более 1 км.

В соответствии с указанным подразделением болот предлагается классифицировать трубопроводы, прокладываемые через болота, следующим образом.