167

Тема 1. Основні положення технології будівництва земляного полотна

1. Визначення технології.

2. Визначення земляного полотна.

3. Природні фактори.

4. Різновиди робіт у дорожньому будівництві.

1. Визначення технології.

Енциклопедія тлумачить технологію як сукупність засобів переробки матеріалів, виготовлення виробів та процеси, що супроводять ці види робіт. Дмитро Менделєєв, здавалось би, чистий теоретик, систематик, дав свого часу таке визначення: Технологія – це вчення про вигідні (себто такі, що потребують найменше людського труда й енергії природи) засоби переробки природних продуктів у продукти, необхідні (корисні чи зручні) для застосування в житті людей.

Хоча технологія за своїм змістом не є якимось соціально-економічним вченням, але між ними ми бачимо тут багато прямих та побічних зв'язків, бо економія (збереження) труда й матеріалів (сировини), а через них часу та сил, складає найперше завдання будь-якого виробництва… Справа технології – дати найвигідніші засоби виробництва, відбирати з різних можливостей ту, яка легше інших застосовується, тобто найвигіднішу до саме тих умов, часу та місця, щоб продукт був найдешевшим, маючи ті форми та можливості, яких ми домагалися. Виходячи з цього, можна сказати, що технологія не має вищих та абсолютних вимог, на відміну від абстрактних наук, щодо зовнішньої та внутрішньої природи… Її зміст повинен змінюватися залежно від обставин… технологія збуджує науку.

Дещо старомодні міркування, але в них щось є. Отже ХІХ сторіччя технологію і породило.

Технологія буває різна: щодо металів, пошивного виробництва, залізобетону, харчів… Та дорожня технологія – це сукупність засобів і методів переробки сировини для спорудження дороги. Вона повинна приймати до уваги конструкцію об'єкта, різновиди та якість матеріалів, що застосовуються, кліматичні умови й засоби механізації.

2. Визначення земляного полотна.

Земляне полотно (ЗП) – це елемент дорожньої конструкції (ДК), що через дорожнє покриття (одяг) сприймає навантаження від рухомого транспорту. ЗП повинно ефективно протистояти дії цього навантаження та факторів клімату. В свою чергу ДК (рис. 1.1.) – це ЗП та дорожнє покриття (ДП), якщо їх розглядати з точки зору напружено-деформованого стану. Отже, можна записати узагальнену формулу:

ДК=ЗП+ДП.

ДП в свою чергу складається з шарів безпосереднього покриття та шарів основи:

ДП=П+О.

Вартість ЗП зростає з підвищенням категорії дороги й становить близько 30-40% для доріг V категорії та 5-10% для доріг І категорії від загальної вартості дороги, оскільки на дорогах високих категорій штучні споруди та ДП складні й потребують значних коштів.

У будь-якому випадку ЗП являє собою найважливіший елемент дороги, бо є фундаментом ДП. Від його якості залежить рівність проїзної частини і, таким чином, всієї ДК у цілому. Тут можна провести аналогію з іншими інженерними спорудами, наприклад з фундаментами побутових та промислових будівель. Але ЗП працює в багато гірших умовах в аспекті взаємодії з навколишнім середовищем та навантаженням від рухомого транспорту.

Ґрунт ЗП (інакше – підстеляючий ґрунт) за нормами – це спланований та ретельно ущільнений верхній шар ЗП, на який укладаються шари ДП. На підстеляючий ґрунт передається тиск від транспорту.Форма й розміри ЗП повинні бути такими, щоб забезпечувалася стійкість укосів та ґрунтів основи під насипом, безпека руху, снігонезаносимість, морозостійкість шарів ДП. Тому інколи між шарами основи та підстеляючим ґрунтом на ділянках з несприятливими кліматичними або гідрологічними умовами влаштовуються додаткові шари. Такі шари повинні мати морозозахисні, теплоізолюючі або дренуючі властивості. Бувають також пароізолюючі прошарки, протизамулюючі та ін.

Отже, ЗП повинно забезпечувати сприятливий водно-тепловий режим (ВТР) ДК у цілому, тобто такі закономірності розподілу температури та вологості під дією природних факторів, щоб протягом строку служби її геометричні форми зберігалися цілком і повністю.

3. Природні фактори.

В загальному комплексі природних факторів можна виділити три угрупування: погодно-кліматичне, фізико-географічне, інженерно-геологічне.

Ці фактори мають різне походження, хоча значною мірою взаємно обумовлюються, але вони діють на ДК у сукупності. Розглянемо перше угрупування.

Стан атмосфери залежить від метеорологічних елементів: температури, атмосферного тиску, вологості та прозорості повітря, напряму та швидкості вітру, хмарності, опадів. З такої точки зору (в такому аспекті) погода – це стан атмосфери в деякий момент або відрізок часу, який обумовлюється фізичними процесами, що в ній (атмосфері) протікають за рахунок взаємодії сонячної енергії із земною поверхнею.

Безпосередньо сонячним промінням атмосфера не нагрівається. Вона одержує тепло головним чином від земної поверхні. Тому температура повітря різко різниться за висотою і в плані, залежить від розташування ділянки на поверхні землі та властивостей цієї поверхні. Те саме можна твердити щодо вологості, щільності, атмосферного тиску. Неоднорідність цих елементів у газовому середовищі утворює передумови для неперервних місцевих та загальних переміщень повітря. Вони переносять теплоту та вологу в просторі, за рахунок чого й утворюється циркуляція атмосфери. Горизонтальну складову зміщення в метеорології називають вітром. Вітер характеризується напрямом, тобто вказівкою на сторони горизонту (основного румбу), звідки він дме, а також швидкістю в метрах на секунду або в кілометрах на годину.

Коли змінюється температура, вологість і тиск (t, W, P), в атмосфері виникають різні утворення води які носять загальну назву гідрометеорів.Гідрометеори, що випадають на землю, називаються атмосферними опадами (дощ, сніг, град, роса, паморозь, іній, ожеледиця тощо).

Багаторічний типовий для даного району режим погоди називають кліматом. Клімат характеризується тими самими елементами, що й погода. Але для цього застосовують їх узагальнені, типові для даних географічних умов значення, які одержують на основі великої кількості однорідних довготривалих спостережень.

Характеристики клімату тісно пов'язані з фізико-географічними умовами місцевості залежно від її рельєфу, висоти над рівнем моря, особливостей рослинності. Тому клімат часто відрізняється в пунктах, що розташовані поряд. Окрім того, на метеоелементи впливають особливості земної поверхні. Тому можна вести мову про різницю клімату, наприклад лісу, поля, міста, виїмки, насипу і т. ін. Тоді вже мова йде про мікроклімат.

Радіацією в метеорології називають теплове сонячне випромінювання. На земну поверхню радіація спрямовується у двох різновидах. Головну частину приносять прямі сонячні промені. Це пряма радіація. Інша частина – значно менша, приноситься разом з розсіяним в атмосфері світлом. Це вже розсіяна радіація. Загальний тепловий потік складає, таким чином, суму Q+q. Через Q позначається теплова енергія прямої сонячної радіації, q – розсіяної.

Земна поверхня відбиває деяку частину радіації назад в атмосферу. Цю властивість називають альбедо й характеризують у долях одиниці (рідше у відсотках), так само, як і вологість, і позначають буквою А. Отже тепловий потік, що сприймає земна поверхня:

Q_T=(Q+q)(1-E_e) (1.1)

Таким чином, земна поверхня, нагріта сонячним промінням, сама стає джерелом теплового випромінювання. Частина променистої теплоти йде через атмосферу в світовий простір. Цю частину теплоти, яка назавжди втрачається для Землі, називають ефективним випромінюванням E_e. Тоді зрозуміло, що радіаційний баланс:

R₀=(Q+q)(1-A)-E_e(1.2)

Влітку в денні години R₀>0. Надлишок теплоти йде на прогрівання ґрунту, підвищення температури повітря й випаровування вологи. Вночі напрям теплового потоку змінюється, бо пряма й розсіяна радіація в цей час відсутня. Діє лише ефективне випромінювання. В цьому випадку R₀<0. Але в цілому влітку радіаційний баланс позитивний, взимку – від'ємний, а сумарний за рік – завжди позитивний.

Повітряні маси істотно впливають на клімат, температуру, вологість і тиск відповідно до клімату областей формування. З Арктики в помірні широти приходять холодні повітряні маси, з тропіків – теплі та вологі.

Зіткнення теплових та холодних мас призводить до величезних атмосферних вихорів на значних частинах простору атмосфери – циклонів і антициклонів.

Циклони виникають внаслідок зниженого атмосферного тиску в центрі, тому вітер має напрям від периферії до центру. Напрям вітру поступово змінюється, в циклоні він повертається і закручується проти стрілки годинника.

У біблійного Еклезіаста: віє вітер на південь, і на північ повертається, крутиться він та й іде, і на круг свій вертається…

Величезний вихор – майже сто кілометрів – рухається зі швидкістю 35…40 км/год, нагадуючи насос, що перекачує тепле повітря з периферійних околиць у верхні шари атмосфери. Потім може утворитися хмарність. Тому в циклоні і похмура погода. Бувають сильні вітри. Але там, де тепле повітря перемагає й відбиває холодне, йдуть довготривалі дощі, буває завірюха.

Антициклон виникає завдяки підвищеному атмосферному тиску. Повітря в ньому обертається за стрілкою годинника й тече від центру до периферії. Його заміщує холодне повітря зверху, яке нагрівається з часом і знижує вологість, тому зникають хмари. Діаметр антициклону досягає 1000 км швидкість – 25 км/год.

Циклони й антициклони йдуть різними шляхами, але в їхньому русі можна відшукати закономірність. Звісно, вони впливають на клімат, а тому й на погоду. Цікаво було б розглянути щодо України вплив циклонів та антициклонів на меридіональну дорогу Санкт-Петербург – Київ – Одеса.

4. Різновиди робіт у дорожньому будівництві.

За часом виконання роботи поділяють на підготовчі та основні. Вони детально розглядаються в наступних лекціях.

За обсягами та зовнішніми умовами роботи поділяють на лінійні та зосереджені.Лінійними називають роботи, які рівномірно розподіляються на всій довжині дороги. Лінійні роботи можливі тоді, коли слабо розрізняються рельєф, конструкція ЗП, об'єми робіт та ґрунтові умови.

До лінійних робіт відноситься влаштування ЗП у невеликих насипах (у межах робочих позначок), шарів ДП, малих штучних споруд, установка дорожніх знаків тощо. Лінійні роботи за об'ємом, як правило, не перевищують 80000 м³на 1 км дороги.Зосередженими називають роботи, які виконуються на коротких відрізках дороги.Це глибокі виїмки та високі насипи, місця влаштування середніх та великих мостів, дороги в скелястих ґрунтах. Зосереджені роботи бажано закінчувати до початку виконання лінійних.

Поділяти земляні роботи на зосереджені та лінійні необхідно за умов виконання робіт. Складні з точки зору геологічних, ґрунтових та водних умов ділянки відносять до зосереджених.

Автомобільну дорогу, земляне полотно, дорожнє покриття та інші елементи треба намагатися будувати поточним методом. Цей метод прийшов у дорожнє будівництво із заводських конвеєрів. Завдяки цій ідеї американець Генрі Форд став мільярдером, бо конвеєрний метод виявився настільки продуктивним, що підпорядкував собі всі технологічні ідеї масових виробництв.

Різниця між конвеєром та потоком полягає в тому, що в першому випадку виріб рухається уздовж поставлених у лінію агрегатів, які виконують різні елементарні операції, в другому – агрегати рухаються вздовж виробу, що виготовляється, залишаючи позаду готову продукцію.

Отже, поточний – це такий метод, за яким безперервно та рівномірно будуються елементи дороги, відповідно рівномірно та безперервно використовуються матеріальні та трудові ресурси.Всі роботи виконуються спеціалізованими підрозділами в жорсткій технологічній послідовності. Ці підрозділи взаємно ув'язані щодо продуктивності.

Суть методу полягає в тому, що, по-перше, в рівні короткі проміжки часу (зміну, добу) закінчується будівництво однакових за довжиною ділянок дороги, тобто дорога наростає безперервною стрічкою в одному напрямку. По-друге, всі роботи виконують механізовані загони (підрозділи), що спеціалізуються на окремих видах робіт та обладнуються відповідними комплектами дорожньо-будівельних машин.

Основною організаційною одиницею за поточного будівництва є спеціалізований потік, тобто комплекс усіх матеріально-технічних та трудових ресурсів, необхідних для будівництва елементів дороги.

Комплексний потік – це сукупність лінійних потоків, що об'єднані в безперервному і ритмічному будівельному процесі.

Література.

1. ВСН 46-83. Инструкция по проектированию дорожных одежд нежесткого типа. – М.: Транспорт, 1985 – 157 с.

2. Першин С.П. Железные дороги (Вводный курс). – М.: МИИТ, 1970.