Тема 7. Спорудження земляного полотна на болотах

7.1. Типи боліт, види болотних ґрунтів, їх класифікація та фізико-механічні властивості

7.2. Конструкції насипів на болотах

7.3. Технологія улаштування насипів на болотах I типу

7.4. Технологія улаштування насипів на болотах ІІ і ІІІ типів

7.1. Типи боліт, види болотних ґрунтів, їх класифікація та фізико-механічні властивості

Болота займають значну територію України. До боліт належить ділянка земної поверхні з напірного зволоженими верхніми шарами гірських порід, які мають болотну рослинність і утворюють торф.

Болота, у яких шар торфу перевищує 0,5 м називають торф’яниками.

За походженням болота поділяються на три типи:

• верхові – які живляться за рахунок атмосферних опадіві поширені на водорозділах, переважно в лісовій зоні, в місцевостях з великою кількістю атмосферних опадів (450-600 мм/рік), незначним випаровуванням з поверхні води і невисокою середньорічною температурою (від -1°С до +3°С);

• низинні – які розміщенні у понижених місцях рельєфу і живляться підземного, річковою або озерною водою; до таких боліт відносяться також болота, які утворились внаслідок заростання водоймищ (озер, ставків, старих русел, лиманів), при утрудненому поверхневому водовідводу, у місцях улаштування випаровувальних басейнів;

• змішані– які живляться як верхові і низинні болота.

Основною рослинністю верхових боліт є білий сфагновий мох, який містить багато вологи (поглинає води у 15-20 разів більше власної маси). Сфагнум поглинає майже всю воду, що випадає у вигляді атмосферних опадів і тим самим утруднює проникання повітря у товщу рослинних залишків. Внаслідок цього органічні речовини розкладаються досить повільно, що веде до нагромадження сфагнового торфу.

Низинні болота заростають осокою, очеретом, з порід дерев переважає вільха. Важливу роль у заростанні водоймищ відіграють такі найдрібніші плаваючі організми: синьо-зелені водорості, діамітові водорості бактерії, тощо. Залишки таких організмів багаті на жири і воскоутворюючі речовини. За рахунок виділень таких організмів і розкладання їх залишків на дні водоймищ накопичується органічний мул, який дістав назву сапропель. Сапропель - це багата на вуглеводи драглеподібна маса. Цей матеріал занадто нестійкий. У природних умовах сапропель з часом ущільнюється під тиском вищерозташованих шарів, зазнає хімічних перетворень і поступово переходить в особистий вид кам’яного вугілля - сапропеліт.

У загальному випадку болотні ґрунти за вмістом органічних речовин можна поділити на три групи, які запропоновані В.Д.Казарновським для загальної класифікації слабких ґрунтів:

• органічні ґрунти (втрати при прокалюванні П>60%);

• органо-мінеральні (10%<П<60%);

• мінеральні (П<10%).

Найбільш розповсюджений вид болотних ґрунтів – торф відноситься до групи органічних ґрунтів і являє собою суміш не зовсім розкладених рослинних залишків і продуктів їх розкладання, а також нанесених мінеральних частинок, які утворюються при відмиранні рослин і неповному розпаді їх тканин.

Узагальнені дослідження В.М.Яромко показали, що властивості болотних ґрунтів залежать від їх складу та стану.

Характеристикою складу торф’яних ґрунтів є співвідношення трьох основних компонентів: волокнистих, гумусних і мінеральних частинок. Вміст волокнистих частинок визначають за масою залишків при промиванні на ситі 0,25 мм; вміст гумусних частинок - за масою речовини, яка пройшла повз вказане сито; вміст мінеральних частинок (зольність) - за масою залишку після прокалювання за температури 800°С.

Характеристикою стану торф’яних ґрунтів є природна вологість W_прабо коефіцієнт пористості e.

Таким чином, як основні класифікаційні характеристики для болотних ґрунтів є три показники: зольність, ступінь волокнистості і вологість. Класифікація болотних ґрунтів наведено у таблиці 7.1.

Таблиця 7.1. Класифікація торф’яних ґрунтів

Тип ґрунту	Природна вологість Wпр, %	Коефіцієнт пористості e,	Ступінь волокнистості Ф, %	Зольність Z, %	Модуль осідання мм/м (при навантаженні p = 0,05 МПа)
Осушений (або ущільнений)	< 3	< 4	< 60 > 75	< 5 < 5	150 - 200
Маловологий	3 - 6	4 - 9	< 60 > 75	< 5 < 5	200 - 350
Середньої вологості	6 - 9	9 - 14	< 60 >75	< 5 >5	350 - 450
Дуже вологий	9 - 12	14 - 18	< 60 > 75	> 5 < 5	450 - 550
Надлишково вологий	> 12	> 18	< 60 > 75	> 5 < 5	550 - 600

Органо-мінеральні і мінеральні болотні ґрунти до останнього часу були вивчені недостатньо. У той же час болота низинного типу включають пласти не тільки фітогенних торф’яних ґрунтів, але й зоогенних-органо-мінеральних порід, які мають специфічні фізико-механічні властивості.

Необхідно зауважити, що відоме у будівельній геотехніці визначення мулу як ґрунту з мінеральним скелетом не охоплює органо-мінеральних ґрунтів, скелет яких переважно складається з полідисперсних високомолекулярних органічних сполук, які надають специфічної консистенції і агрегованої структури зі складним комплексом в’язей.

До останнього часу фізико-механічні властивості органо-мінеральних ґрунтів вивчені недостатньо. У існуючих нормативних документах і посібниках по проектуванню основ і фундаментів органо-мінеральні відкладення не розглядались, внаслідок чого у практиці проектування їх досить часто відносять до мінеральних мулів, що призводить до помилкових рішень.

За останні роки у БілдорНДІ накопичений і узагальнений значний досвід по вивченню фізико-механічних властивостей органо-мінеральних пластів. Результати проведених досліджень показали, що для характеристики органо-мінеральних ґрунтів показники пластичності та консистенції, які застосовуються при класифікації глин та мулів, використовувати не вдалось, так як механічні властивості у значній мірі обумовлюються структурними коагуляційними в’язями, характер яких залежить не тільки від складу, але й пористості - вологості. Виявилось, що міцності показники слабо корелюються з числом пластичності. Окрім того, визначення пластичності ґрунтів з великим вмістом органіки і карбонатів за стандартною методикою на практиці викликає великі труднощі.

Чим більший вміст у ґрунті органічних компонентів, тим вище його гідрофільність, менша щільність частинок скелету і більша пористість. З урахуванням цього всі органо-мінеральні ґрунти поділені на чотири основних різновиди за вмістом органіки:

• органічні сапропелі (граничні зміни вологості 600-1400 %);

• органо-мінеральні сапропелі (150-600 %);

• болотний мергель (80-120 %);

• болотний мул (30-120);

Органічні сапропелі підрозділяють на торфосапропель і детритові сапропелі. Торфосапропель, який являє собою граничний шар і містить подрібнені рослинні залишки, має колір від бурого до темно - коричневого або чорного, але відрізняється від торфу однорідного текстурою, маслянистим блиском по зрізу. Детритові сапропелі мають темно - оливковий колір.

Органо-мінеральні поділяються на вапнякові та кремнеземисті сапропелі. Вапнякові мають колір від сірувато – оливкового до світло-сірого, а при висушуванні набувають білого кольору і втрачають високу зв’язність, яка характерна для інших сапропелів. Кремнеземистий сапропель темніший, часто із зеленим відтінком, у ньому помітні темні прошарки. Інколи зустрічаються сапропелі червонуватих відтінків, які надають їм гідроокиси заліза. Структура сапропелів, як правило, аморфна, інколи – слабозерниста. Усі сапропелі при зрізі мають маслянистий вигляд.

Болотний мергель та болотний мул по властивостям близькі до глинистих ґрунтів. Колір мергеля світліший, ніж сапропелів, часто з блакитним відтінком, текстура шарувата, інколи має пухку структуру .Для мулу характерна наявність різних за крупністю мінеральних зерен, більш висока щільність, колір звичайно сірий з різними відтінками.

При розробці класифікації органічних та органо-мінеральних болотних мулів враховували ступінь їх ущільнення у природному заляганні. За цією ознакою виділено три типи залягання:

• неущільненні у природному заляганні - озерні мули, які знаходяться під шаром води;

• неущільненні у природному заляганні - болотні мули, які знаходяться під шаром торфу;

• ущільненні у природному заляганні - озерно-болотні мули, які знаходяться під шаром мінеральних намулів або під насипом.

Для визначення фізичних властивостей ґрунтів (пористості, щільності і т.ін.) необхідно знати три найпростіших показники: – щільність ґрунту природної структури;_s– щільність частинок ґрунту; W_пр– природну вологість ґрунту. Окрім того, для болотних ґрунтів визначають ще два показники: R - ступінь розкладання (тільки для торфу) та Z – зольність.

Ці характеристики визначаються лабораторним аналізом. Для визначення необхідний відбір монолітів з природного покладу, інші показники визначаються на пробах порушеної структури. Доволі трудомісткими є роботи по визначенню,_sта R. Природна вологість та зольність болотного ґрунту, z визначаються найпростішими випробуваннями, які не потребують значних витрат праці при польових та камеральних роботах, кваліфікованого персоналу та складного обладнання. Цих двох показників W_прі Z достатньо для визначення показників пористості та щільності болотних ґрунтів e (коефіцієнта пористості і щільності сухого ґрунту_d) за допомогою яких є вихід на механічні властивості. Це тим більш важливо, що при проектуванні доріг низької вартості в умовах швидкісного будівництва дуже бажано проводить мінімум польових та лабораторних випробувань ґрунтів.

Щільність сухого ґрунту _dвизначають шляхом вилучення маси води з маси ґрунту:

_d=(7.1)

Коефіцієнт пористості e визначають за формулою:

(7.2)

Для повністю водонасиченого ґрунту, коли весь об’єм зайнятий водою, коефіцієнт пористості дорівнює:

e=_s·W (7.3)

При визначенні _dза формулою (7.1) необхідно мати, що потребує відбору моноліту ґрунту з покладу, тому для визначення цього параметру можна скористатися формулою:

_d=(7.4)

На підставі численних дослідних даних П.К.Черніном отримана кореляційна залежність щільності частинок ґрунту від зольності для усіх болотних ґрунтів, окрім сапропелів, які містять карбонати:

_s=(7.5)

де _s- у г/см³; Z - у %.

Таким чином, для болотних водонасичених ґрунтів достатньо визначити два основних показники: вологість і зольність або щільність частинок ґрунту, що значно спрощує і прискорює інженерно-геологічне вивчення цих ґрунтів. Інші фізичні характеристики визначаються розрахунком. Визначення зольності прокалюванням значно простіше, ніж щільності частинок ґрунту. Однак для ґрунтів, які містять карбонати, визначення зольності прокалюванням неприпустимо, тому для таких ґрунтів необхідно знаходити щільність частинок ґрунту.

При проектуванні земляного полотна на болотах необхідно проведення розрахунків стійкості слабкої основи, величини і тривалість осідання, міцності ЗП при дії транспортного навантаження. Для цього необхідно мати дані про міцності, деформативні, консолідаційні та динамічні характеристики болотних ґрунтів, які визначаються шляхом проведення польових і лабораторних випробувань під час інженерно-геологічного обстеження боліт при проведенні вишукувань.

Вирішальне значення при розв’язуванні інженерних задач має несуча здатність нашарувань торфу, тому для проведення робіт і проектування насипів на болотах розроблено дорожню класифікацію боліт в залежності від величини допустимого тиску на поверхню:

І тип - болота, які повністю заповнені торфом стійкої консистенції і мають тверде мінеральне дно, так звані суцільні торф’яні відклади; торф на таких болотах не витискується вбік під навантаженням від насипу і допустимий тиск становить 0,08 - 0,12 МПа;

ІІ тип - болота з торфом нестійкої консистенції (напіврідкий торф), який підстеляється органічними мулами (сапропелями); при навантаженні насипом торф витискується вбік і несуча здатність таких боліт становить 0,05 - 0,08 МПа;

ІІІ тип - болота, які заповнені рідким торфом і на поверхні якого плавають торф’яні скорини (сплавини); несуча здатність сплавинних боліт невисока і становить 0,03 - 0,05 МПа.

7.2. Конструкції насипів на болотах

Вибір конструкції ЗП на болотах здійснюють в залежності від типу боліт, властивостей болотних ґрунтів, капітальності дорожнього одягу та економічних факторів. Так як болотні ґрунти мають низьку міцність і значну деформівність, а також внаслідок повільного витиснення води з торфу під дією власної ваги насипу і тривалого процесу ущільнення торфу, тому основною конструкцією ЗП на болотах є насипи, які споруджуються з привізних дренуючих ґрунтів. При виборі конструкції та способу спорудження ЗП можна скористатися рекомендаціями, які запропоновані І.Є.Євгень’євим і наведені у таблиці 7.3.

Таблиця 7.3. Рекомендовані способи спорудження ЗП на болотах

Тип болота	Глибина болота, м	Способи спорудження насипів
		Категорія дороги
		I	II - III	IV - V
I	До 2 м	Повне виторфовування	Повне виторфовування	Насип, який відсипається на поверхню торфяного покладу
	2 - 4 м	- “ -	Повне виторфовування або дренажні прорізи	- “ -
	Більше 4 м	Вертикальні дрени	Вертикальні дрени	- “ -
II	До 2 м	Повне виторфовування		Полегшений насип з шлаку або ґрунтовий насип на фашинах, які плавають
	2 - 6 м	Посадка насипу на мінеральне дно		- “ -
	Більше 6 м	Пальова естакада	Вертикальні дрени	- “ -
III	До 6 м	Посадка насипу на мінеральне дно		Траси по болотам не прокладаються
	Більше 6 м	Пальова естакада		- “ -

Як видно з наведеної таблиці насипи можуть улаштовуватись з частковим або повним виторфовуванням, відсипкою на поверхню болота і посадкою на мінеральне дно. Тому конструкції насипів на болотах розробляють з урахуванням способу їх спорудження, а основні конструкції наведені на рис. 7.1.

При спорудженні дорожніх насипів на основах з болотних ґрунтів виникає необхідність прогнозу зміни міцності болотного ґрунту під час його консолідації під дією навантаження від власної ваги насипу. Досвід показує, що зміцнення болотних ґрунтів при їх ущільненні може досягати 3-5 і більше разів. Цей фактор є досить важливим для болотних ґрунтів, так як дозволяє при поступовому прикладанні навантаження зміцнити і консолідувати слабку основу, яка б зруйнувалась за швидкого прикладання того ж самого навантаження.

При відсипанні насипу безпосередньо на поверхню торфу однією з основних задач є забезпечення консолідації осідань насипу за період його будівництва до початку улаштування дорожнього одягу, оскільки значні нерівномірні осідання ЗП можуть призвести до його руйнування.

Час, який необхідний для ущільнення торфу в основі насипу, на 90% залежить від товщини шару торфу H і коефіцієнта консолідації C, м²/добу, і дорівнює:

t=0,85H²C (7.16)

Нижче наведені значення t за даними К.С.Ордуянца:

Товщина шару торфу, м 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0

Тривалість осідання t, добу 72 288 648 1152 1800 2592

Для прискорення часу консолідації при улаштуванні насипів на болотах широко застосовують дренажні прорізи і вертикальні трубчаті дрени за типом паль. Дрени прискорюють процес фільтрації води - вона віджимається у дрени і видаляється через дренуючий шар. Для прискорення осідання насипів застосовують ущільнення торфу, улаштування бічних канав і дренажних прорізів (рис. 7.1).

7.3. Технологія улаштування насипів на болотах I типу

Технологія будівництва ЗП на болотах I типу досить проста порівняно з болотами інших типів.

7.3.1. Улаштування “плавучих насипів”

Улаштування “плавучих насипів” є економічною конструкцією при будівництві доріг на переходах через болота. Однак, вже перші впровадження конструкцій ЗП без виторфовування показали, що тривалий термін осідань консолідації і необхідність улаштування дорожнього покриття в один рік із земляним полотном не вдається забезпечити задовільну рівність покриттів. Тому у подальшому був запропонований двостадійний метод будівництва, можливість якого обумовлена застосуванням збірних покриттів. За цим методом на першій стадії споруджується ЗП, на яке після досягнення 60% осідання укладають збірне залізобетонне покриття без омонолічування стиків плит. Після досягнення 90 % осідання плити перекладають, ЗП досипають і вирівнюють, улаштовують основу з піщано-гравійної суміші, а покриття омонолічують.

Однак, двостадійний метод має ряд недоліків, які суттєво впливають як на вартість будівництва, трудомісткість робіт, так і на терміни служби збірних покриттів. Досипка ЗП призводить до виникнення додаткових осідань, які виникають в основному після перекладки плит і викликають неприпустимі нерівності. Роботи на другій стадії потребують закриття руху по існуючій дорозі, що значно ускладнює технологічний процес улаштування покриття.

У зв’язку з цим виникла потреба розробки методів будівництва ЗП, які забезпечують улаштування дорожнього одягу за одностадійним методом. Цей метод будівництва доріг на болотах може бути забезпечений шляхом застосування методу керованої консолідації торф’яних ґрунтів.

Керована конструкція об’єднує комплекс заходів, які забезпечують підвищення міцностних властивостей торф’яної основи на початковій стадії або на протязі усього процесу консолідації і прискорення консолідації на наступних стадіях ущільнення з метою отримання стабільного ЗП у задані терміни.

Найбільш простим і доступним для виробництва методом прискорення термінів стабілізації ЗП на болотах є метод тимчасового привантаження. Не дивлячись на значну кількість робіт по цьому питанню, однак питання про призначення товщини тимчасового привантаження і термінів її витримки лишається емпіричним. Суть цього методу полягає у прикладанні навантаження P_прбільшого наP, ніж розрахункове (проектне) навантаження P_р, внаслідок чого розрахункові осідання S_різ заданим ступенем консолідації U завершуються за час t_прзначно менший ніж час t_uза звичайної консолідації (без прискорення осідання).

Стосовно до умов будівництва доріг на болотах рекомендуються наступні конструктивні рішення тимчасового привантаження:

а) у вигляді додаткового шару насипу на всю ширину земляного полотна;

б) у вигляді насипу-привантаження (звуженого насипу).

При застосуванні тимчасового привантаження дуже важливим є питання раціонального використання ґрунту привантаження. Для вказаних конструктивних рішень розроблено декілька технологічних схем здійснення тимчасового привантаження. Для привантаження, яке виконується у вигляді додаткового шару насипу розроблена нова технологія улаштування тимчасового привантаження методом безперервного переміщення додаткового шару ґрунту (рухоме привантаження), формування якого здійснюється за рахунок об’єму ґрунту насипу. Загальний об’єм ґрунту при цьому не збільшується. Збільшується тільки об’єм ґрунту, який переміщується бульдозером, оскільки ґрунт, який використовується для тимчасового привантаження, необхідно переміщувати двічі: перший раз у привантаження, другий – у насип.

Ще однією особливістю даної технології є те, що навантаження на основу приймається не менш безпечним для найбільш слабкого шару або прошарку, що забезпечує прискорення консолідації у цілому за рахунок видавлювання нестійких ґрунтів, які попередньо ущільнюються шляхом тривалої витримки чітко конструктивних навантажень. Для попередження видавлювання слабкого ґрунту у великих обємах попередньо відсипається перший шар насипу товщиною 1,5 м по всій довжині болота або при його великій довжині ділянками протяжністю не менше 25 м. Цей шар повинен забезпечити попередню консолідацію і запобігти утворенню вала випинання по довжині насипу. Цей шар також повинен захищати верхню частину болота від промерзання і забезпечувати першочерговий проїзд будівельного транспорту.

Довжину захватки, на протязі якої формується тимчасове привантаження, призначають у межах 25-50 м, але не менше ширини насипу і уточнюють виходячи зі швидкості потоку. Товщину привантажуючого шару призначають за розрахунком. Роботи за даної технології ведуть способом “від себе” або “на себе”.

Застосування рухомого привантаження дозволяє підтримувати високий темп робіт. Окрім того, при проведенні робіт у зимовий період, перевагу необхідно віддавати рухомому привантаженню, оскільки всі інші рішення потребують витримки до відтавання ґрунту. Разом з тим, для боліт глибинною більш 4 м раціональною може стати конструкція ЗП з бічними привантажуючими бермами, які улаштовуються за рахунок ґрунту привантаження.

При здійсненні тимчасового привантаження у вигляді звуженого (вузького та високого) насипу після завершення терміну консолідації ґрунт розподіляють на укоси. Обов’язковою умовою його застосування є відсипка першого шару товщиною 1,5 м на ширину 0,8-0,9 від ширини ЗП понизу і на ширину не меншу проектної ширини проїзної частини поверху.

Технологія зведення насипів на поверхні болота (“плаваючих насипів”) передбачає такі операції:

1. На поверхні болота у межах майбутнього насипу улаштовують дерев’яні вистілки, які можуть бути двох типів:

а) суцільний накат із дерев’яних колод, скріплений з поздовжніми прогонами.

б) з відходів лісорозробки - дрібнолісся, сучки, хмиз, які зв’язані докупи.

2. Ґрунт для відсипання насипу розробляється у кар’єрах і транспортується автомобілями-самоскидами; ЗП влаштовують з розрахунком автомобілів безпосередньо на насипу. Необхідно зауважити що перший шар насипу, який плаває - робочий, а його товщина визначається за вимогами забезпечення міцності при проходах машин.

3. Ґрунт у насипу розрівнюють бульдозерами.

4. Робочий шар ущільнюють трамбувальними плитами.

5. Наступні шари ущільнюють котками на пневматичних шинах.

7.3.2. Улаштування насипів з повним або частковим виторфовуванням

Основними технологічними операціями за цього способу улаштування насипів на болотах є:

• виторфовування;

• розробка і транспортування ґрунту;

• укладання і розрівнювання ґрунту у тілі насипу;

• улаштування шарів насипу.

Виторфовування можна виконувати наступними способами: механічним, підривним та гідромеханізованим.

Розглянемо кожний із способів виторфовування.

Механічний спосібпередбачає використання екскаватора-драглайна з розширеними гусеницями при товщині шару виторфовування не більше 4 м. Розробку торфу можна проводити з улаштуванням поперечних або поздовжніх траншей.

Спосіб улаштування поперечних траншей(рис. 7.2) можливий при споруджені ЗП “з голови” і застосовується на болотах з малою несучою здатністю торф’яної поверхні.

Траншеї на повну ширину ЗП розробляють з двох зупинок екскаваторів: спочатку з одного боку від осі дороги, а потім з іншого, на краю готової частини насипу. З першої зупинки екскаватор розробляє поперечні траншеї на половини ширини ЗП. Торф, який видаляється, укладають у відвали по бокам споруджуваного насипу або ж виводять самоскидами, які використовують після розвантаження ґрунту з кар’єру для засипки траншей.

При переході екскаватора на другу зупинку виконують засипку розробленої частини траншеї привізним ґрунтом. Екскаватор після завершення виторфовування переміщується на відсипану частину насипу і розпочинає розробку наступної траншеї.

Ґрунт, який доставляється для засипки траншей, розвантажують на готовій ділянці насипу за 5-10 м від краю траншеї, яку засипають бульдозером, який зсуває і розрівнює ґрунт поздовжніми переміщеннями.

Одночасно з розробкою траншей можливе улаштування канав-торфоприймальників з використанням екскаваторів-драглайнів.

Спосіб улаштування поздовжніх траншейзастосовується за достатньої несучої здатності торф’яного шару, який припускає встановлення екскаватора безпосередньо на поверхні болота. Цей спосіб доцільно використовувати при одночасному використанні кількох екскаваторів, а Кількість траншей залежить від ширини насипу понизу.

При видаленні торфу механічним способом частіш за все розробляють дві поздовжні траншеї (рис. 7.3). Розмір кожної з них дорівнює половині ширини споруджуваного понизу насипу. Роботу виконують двома екскаваторами паралельно, при цьому торф укладається у відвал з бічного боку насипу, лишаючи при цьому розриви для відведення води. Торф з відвалу може бути переміщеним бульдозером у кавальєр або розрівняним шаром 0,5 м.

Засипка траншеї виконується за способом “поздовжнього транспортування ґрунту” або “з голови”. За бічної відсипки насипу після заповнення першої траншеї ґрунтом до рівня поверхні болота транспортування ґрунту може виконуватись по відсипаній частині насипу.

Підривний спосібвиторфовування застосовують за недостатньої стійкості верхнього шару торфу (рух транспорту по якому неможливий) і при глибині болота більше 4 м.

Залежності від прийнятого способу робіт вибухом на викид улаштовують поперечні або поздовжні траншеї. При цьому на болотах глибиною до 4 м торф видаляється повністю і насип відсипають на мінеральне дно. При глибині більше 4 м застосовують комбінований спосіб: спочатку підривання на викид, а потім під насипом. Торф, який лишається після вибуху, віджимається у боки під дією власної маси насипу.

Траншеї утворюються підриванням подовжених зарядів. Вага заряду і відстань між окремими зарядами залежить від глибини боліт та типу торфу. Глибина закладання зарядів повинна бути:

1. для боліт з кіркою волокнистого торфу – 0,9 потужності кірки;

2. для верхових боліт, які мають пограничний горизонт між торфами різної конструкції, 0,9 відстані від денної поверхні до пограничного горизонту;

3. для боліт глибиною до 3 м занурюються на мінеральне дно.

Вага поздовжнього заряду

Q=h³f(n) (7.20)

де – коефіцієнт, який характеризує підриване середовище, для торфу= 0,74;

h – глибина закладання заряду, м;

f(n) – функція показника викиду (для подовженого заряду f(n)=1,2);

n – показник викиду (у торфі n=1,5).

Довжина заряду за напрямленого викиду з розрахунком щільної забойки шпуру

ℓ=0,8L (7.21)

де L - довжина шпуру у метрах при нахилі зарядів під кутом 50° до горизонту;

L=(7.22)

Діаметр подовженого заряду

d=2000 (7.22)

де j - щільність вибухової речовини (для амоніта j=0,98 г/см³).

Відстань між зарядами

a=(1,1-1,2)h (7.23)

Спорудження ЗП із застосуванням підривного способу при виторфовуванні може бути організованим наступними способами:

• поперечними траншеями з відсипанням ґрунту “з голови”;

• трьома поздовжніми траншеями із заповненням їх ґрунтом поздовжнього транспортування або широкими поздовжніми траншеями, які підриваються на всю ширину ЗП.

Виторфовування поперечними траншеями. Перед початком підривних робіт за допомогою екскаватора-драглайна видаляють торф з кожного боку майбутнього насипу на глибину 0,75-1,0 м, а траншеї заповнюють ґрунтом. Бурові свердловини для зарядів бурять попереду насипу під кутом 35-40° до осі дороги і під кутом 50° до горизонту, таке розташування зарядів сприяє утворенню зосередженого викиду більшої частини торфу за межі насипу. Кут нахилу свердловин перевіряють по шаблону. Для буріння застосовують торфоруби: при глибині боліт до 3 м - полегшені, на більш глибоких болотах - важкі.

Після вибуху утворюються траншеї клиноподібної форми, які терміново засипають привозним ґрунтом. Наступну траншею утворюють тільки після повної засипки попередньої. Насип відсипають “з голови” на проектну від мітку. Виторфовування поперечними траншеями доцільно проводити одночасно з двох берегів. Хоч більша частина болотного ґрунту у результаті вибуху викидається за межі дорожньої смуги, однак деяка його частина осідає перед насипом. При зближенні насипів на відстань не менше 20 м проліжок між ними підривають способом поздовжніх траншей.

Виторфовування поздовжніми траншеями. За цим способом виторфовування здійснюється шляхом послідовного утворення вибухом на викид трьох траншей. Спочатку підривають середню поздовжню траншею подовженими зарядами у нахилених свердловинах або горизонтальними суцільними, які укладені на певній глибині у поздовжньому напрямі. При утворенні середньої траншеї напрямленим вибухом подовжених зарядів лінію закладання осьових зарядів від осі траси розташовують на відстані

Z=(7.24)

де L - довжина нахиленої свердловини, м;

h - глибина закладання заряду, м.

Свердловини бурять під кутом 50° до горизонту.

Поздовжні траншеї підривають по секціям. Довжина кожної секції приймається із розрахунку, щоб траншея була заповнена ґрунтом на всю глибину у ту ж зміну. Траншею засипають з боку, протилежного викиду. Насип за цього способу відсипають поздовжнім транспортуванням ґрунту.

Підривання бічних траншей виконується після засипки осьової траншеї і здійснюється одночасно або почергово. Одночасне підривання рекомендується за глибоких боліт, так як у цьому випадку досягається найкраща посадка осьової частини насипу на мінеральне дно. При поперечному підриванні спочатку утворюють вибухом на викид одну бічну траншею і після її засипки - другу. Цей спосіб рекомендується на неглибоких болотах і за незначної ширини насипу.

Для стійкого положення насипу і укосів здійснюють підривання нижніх шарів торф’яної основи безпосередньо біля підошви насипу за допомогою вертикального зарядів. В результаті вибуху торф нестійкої консистенції віджимається у бік, а його місце займає ґрунт насипу.

Поздовжні траншеї, які улаштовуються на повну ширину ЗП, можуть бути утвореними при вибуху свердловинних або неперервних горизонтальних зарядів напрямленого викиду. Для забезпечення напрямленого викиду свердловини розташовують у один або декілька рядів під кутом 60⁰до горизонту. Підривання поздовжніх траншей здійснюється секціями. Траншеї, які утворюються після вибуху, заповнюються привізним ґрунтом.

При виторфовуванні способом гідромеханізаціїторф розмивається потужним струменем води, при цьому зчеплення і кут внутрішнього тертя у розмитому торфі суттєво зменшується. За таких умов ґрунт споруджуваного насипу легко віджимає розріджений торф у боки і насип швидко осідає на мінеральне дно.

Розрідження торфу гідромоніторами може бути організованими за схемами попутного та зустрічного вибоїв. У першому випадку гідромонітор встановлюється у межах проектного обрису траншеї, а струмінь, напрямлений під деяким кутом до горизонту, розмиває торф’яний поклад. Розмив здійснюється на всю ширину насипу.

При розмиві торфу зустрічним вибоєм гідромонітор встановлюється збоку від утворюваної траншеї.

Розмив торфу виконують окремими секціями, довжина яких залежить від відстані ефективного розмиву ґрунту струменем води. Найбільша руйнівна сила струменю, проявляється приблизно на відстані 1/3 його довжини.

Розріджений торф видаляється шляхом віджимання мінеральним ґрунтом у процесі відсипання насипу. Відсипання насипу ведеться “з голови”. По краям насипу, на відстані 2,5-3,5 м від його підошви, влаштовують канави-торфоприймальники, які сприяють зануренню насипу на мінеральне дно.

Якщо поблизу споруджуваної дороги немає водоймища, його можна утворити безпосередньо на болоті, викопавши котлован, який досить швидко заповнюється водою. Через добу ця вода вже придатна для потреб гідромеханізованого способу розробки ґрунту.

Після виторфовування проводиться укладання привізного ґрунту у насип та його розрівнювання. Ця технологічна операція розглядалась вище окремо для кожного способу виторфовування. Ущільнення робочого шару, виходячи з його значної товщини, виконується за допомогою трамбуючих плит на екскаваторах. Верхні шари насипу можуть ущільнюватись як трамбуючими плитами, так і котками кулачковими або на пневматичних шинах.

7.3.3. Улаштування вертикальних дрен

Вертикальні дрени влаштовують з метою полегшення обтиснення парової води з шару водонасиченого слабкого ґрунту, який стискається. Вертикальні дрени споруджують у вигляді свердловин, які заповнені піском або іншим дренуючим матеріалом. Аналогічний вигляд мають піщані палі, застосування яких зменшує осідання та пружні коливання слабкого ґрунту.

Різновидом вертикальних дрен є поздовжні прорізи, які заповнюються піском. Вертикальне дренування доцільно поєднувати з методом тимчасового привантаження.

Дренажні прорізівлаштовують на болотах І типу глибиною до 4 м для прискорення осідання насипів, підвищення стійкості основ та зниження пружних деформацій від тимчасового навантаження.

Дренажні прорізі рекомендується влаштовувати екскаватором, який у літній час обладнаний драглайном, а взимку при глибині промерзання до 0,3 м зворотною лопатою або багато ковшовим екскаватором. Екскаватор, працюючи на захватці 1 (рис 7.4), відкриває прорізи на проектну глибину. У цей же час на захватці 2 бульдозер заповнює відкриті траншеї піском з раніше підготовленого валика, а на захватку 1 підвозять пісок.

Розробка прорізів одноковшевим екскаватором ведеться захватками по 8-10 м (взимку 5-6 м) з однієї зупинки. На іншу зупинку екскаватор переходить під кутом 45-60° до осі дороги.

Торф переміщують і розрівнюють бульдозером з поширеним відвалом або з відкрилками.

Для розробки дренажних прорізів доцільні багатоківшеві екскаватори болотної модифікації з подовженим транспортером. У цьому випадку довжина робочої захватки призначається в залежності від консистенції торфу, погодних умов та в ув’язку з темпом відсипання насипу.

Вертикальні дренитапіщані палірозташовують за трикутною, шаховою або квадратною сіткою з краном дрен 2-4 м, а паль 1-2 м.

Для заповнення вертикальних дрен застосовують пісок з коефіцієнтом фільтрації не менше 6 м/добу або гравійно-піщану суміш з діаметром частинок до 60 мм. Нижню частину (робочий шар) відсипають з дренуючого ґрунту з коефіцієнтом фільтрації більше 3 м/добу.

Піщані палі влаштовують з піщаних ґрунтів, які придатні для відсипання насипу без додаткових обмежень. У випадку, коли піщані палі передбачається використовувати і очі дрен, вимоги до матеріалу для їх заповнення такі ж, як і при улаштуванні вертикальних дрен. Осушуючий та ущільнюючий ефект дрен та паль підвищується при уведенні до складу заповнення вапна.

Вертикальні дрени та піщані палі улаштовуються після відсипання дренуючого шару товщиною 0,5-1,0 м в залежності від несучої здатності ґрунту основи і маси механізмів, які використовуються. Ширина дренуючого шару повинна перевищувати ширину пальового поля не менше ніж на 2,5 м.

Діаметр вертикальних піщаних дрен і піщаних паль в залежності від обладнання і довжини - 300-600 мм.

На стрілу екскаватора підвішують обсадну трубу, на якій закріплено вібратор і невеликий металевий бункер. У нижній частині труба має наконечник з лопастями, які закривають трубу знизу. При ввімкненому вібраторі труба занурюється у ґрунт дренуючого шару і далі у торф. Після її занурення на необхідну глибину, трубу заповнюють піском із бункера (або гравійно-піщаною сумішшю). Після цього трубу витягають при ввімкненому вібраторі. Лопаті наконечника розкриваються і пісок заповнює порожнину у торфі, утворюючи тим самим вертикальну дрену (рис. 7.5).

При глибині болота 3-5 м можна споруджувати 30-50 дрен за зміну.

Продуктивність улаштування вертикальних дрен можна значно підвищити, якщо замінити пісок картоном або геотекстилем. Такі дрени занурюють машиною, яка змонтована на болотному тракторі і робочим органом є пуансон кинджального типу.

До кінця пуансона прикріплюється кінець стрічки і вдавлюють у ґрунту за допомогою лебідки. Після занурення верхній кінець механічно обрізають, а нижній відчеплюють при підніманні пуансона. Продуктивність такого агрегату - 300-500 дрен за зміну.

7.4. Технологія улаштування насипів на болотах ІІ і ІІІ типів

Низька міцність торфу на болотах ІІ і ІІІ типів обумовлює необхідність посадки насипу на мінеральне дно витисненням торфу під дією його власної маси.

Посадка на мінеральне дно за рахунок довільного занурення насипу здійснюється способом відсипки його “з голови”. Ґрунт для насипу відсипають автомобілями-самоскидами, починаючи з мінерального берега на повну висоту насипу, поступово витискуючи рідкі болотні ґрунти.

Ґрунт ЗП, як правило, переміщують бульдозерами, а ущільнення здійснюють трамбувальними плитами.

Якщо торф накопичується попереду насипу у вигляді валу, то його треба постійно вибирати ковшем екскаватора.

Улаштування і остаточну обробку верхньої “надводної” частини насипу виконують звичайними методами.

Для полегшення процесу витискання з-під насипу слабких ґрунтів, їх слід розпушувати механічним або підривним способом, улаштовуючи торфоприймальники (траншеї вздовж підошви насипу).

Заповнювати траншеї виторфовування нижче рівня ґрунтових вод необхідно піщаними, гравелистими або щебенистими ґрунтами, а частину ЗП вище рівня ґрунтових вод відсипають з місцевих ґрунтів і пошарово ущільнюють. Підводну і надводну частини насипів слід улаштовувати одночасно.

Якщо маса насипу недостатня для видавлювання болотних ґрунтів, застосовують спосіб перевантаження. При цьому насип одразу споруджують до проектної висоти, але меншої ширини. Після осідання насипу на дно болота зайвий ґрунт видаляють і використовують для розширення насипу, виположення укосів та інших заходів.

Інколи для повного виторфовування використовують екскаватори-драглайни, які працюють на щитах з колод. Для нормальної роботи екскаватора необхідно 2-3 щити, які поступово переміщує сам екскаватор. Проте прохідність екскаваторів на болотах ІІ і ІІІ типу, навіть за допомогою щитів досить низька, тому часто для посадки насипу на мінеральне дно застосовують метод підривання.

В таких випадках насип споруджують одразу до проектної відмітки з деяким запасом на товщину шару торфу, який витиснений, і на ущільнення насипу. На поверхні насипу у шаховому порядку пробурюють свердловини діаметром 130-200 мм за допомогою ямобурів, бурових установок або бурових станків на 0,5 м нижче поверхні болота. Свердловини бурять у три ряди: один - по осі насипу, два - збоку від осі (рис. 7.6). Окрім того, по бокам насипу пробурюють ще по два ряди свердловин глибиною 0,3-0,5 м. Заряди вибухових речовин розміщують у обсадних трубах, потім у труби подають ґрунт, ретельно його ущільнюють і одночасно витягують труби. Після зарядки і забивки свердловин монтують електричну мережу і підривають.

Заряди підривають секціями по 50-100 м спочатку по осі насипу і на болоті (рис. 7.7,а) а потім за його межами на болоті, влаштовуючи тим самим бокові свердловини. Під дією вибуху центральна частина насипу підіймається і під дією власної маси опускається донизу. Вибух порушує структуру торфу, розріджує його, що полегшує витиснення торфу. Під час опускання центральної частини насипу підривають бічні свердловини (рис. 7.7, б). Витиснення торфу триває при опусканні після вибуху бічних частин насипу.

При використанні гідромеханізації видалення торфу і посадка насипу на мінеральне дно здійснюється одночасно (рис. 7.8).

Пульпа подається від насосної станції по пульпопроводу, який розміщений на санках і транспортується краном. Пульпопровід має вставки з гофрованих шлангів і швидкороз’ємні з’єднання для нарощування. Сальникові шарніри і похили ділянки пульпопроводу дають змогу кранові поступово пересуватись уперед без демонтажу пульпопроводу.

До крана підвішено трубу-голку через яку у торф під напором подається пульпа. Вода розпушує торф і витискує його під узбіччя, а утворена порожнина заповнюється пульпою. Кран повертає голку по дузі, відсипає іншу частину насипу і просувається далі.