768
.pdfПоэтому во всех случаях целесообразно рассматривать геотехническую систему «земляное полотно – элемент природного релье-
фа» [63].
Оползание откосов насыпей чаще всего связано с наруше-
ниями технологии их отсыпки и неудовлетворительным содержанием в процессе эксплуатации.
При производстве работ наиболее часто допускаются следующие нарушения: возведение насыпей при переходе через узкие глубокие лога по методу «с головы», использование для отсыпки переувлажненных глинистых грунтов, отсыпка насыпи в зимнее время из грунтов с повышенным содержанием мерзлых комьев, попадание в тело насыпи снега и льда, уширение земляного полотна присыпкой откосов без соединения с существующим телом насыпи (нарезки уступов), завышенная крутизна откосов, недостаточная плотность грунтов, разница в плотности грунтов ядра насыпи и откосной части и т.д.
К недостаткам текущего содержания земляного полотна относятся: переувлажнение его талыми водами или осадками, нарушение работы водоотводных устройств, подмыв основания откосов водой и др.
Признаками начинающихся оползневых деформаций являются: появление продольных трещин на обочинах, бугров выпирания на откосах и увлажненных складок у подошвы откоса, искажение очертаний откосов и поверхности земли возле их основания, сдавливание и искривление очертаний водоотводных сооружений. При оползании вначале происходит вертикальное смещение грунта с образованием стенки отрыва, затем смещение массива к откосу, иногда с захватом основания насыпи. Другая часть насыпи, как правило, остается устойчивой (рис. 17).
Оползание откосов выемок, как правило, связано с вскрытием выемкой подземных вод и выходом их на откос, увлажнением откосов поверхностными водами при нарушении работы нагорных и забанкетных канав, выветриванием горных пород, слагающих откосы выемки, суффозией грунта в ее откосах и др.
В результате смещения оползневых масс к подножью откоса нарушается нормальная работа кюветов из-за заполнения их оползневыми массами. Очень часто завалы грунта выходят на проезжую часть, в результате чего движение автотранспорта прерывается, иногда на длительный период (рис. 18).
61
Рис. 17. Оползание откоса высокой насыпи
Рис. 18. Обширный оползень откоса выемки
Оползание грунта выше насыпи обычно бывает связано с нарушением равновесия склона при сооружении земляного полотна, в частности, подрезкой его нагорными канавами и кюветами, подмывом основания оползневого массива при нарушении работы водоотводных устройств и т.д. В результате происходит
62
разрушение нагорных канав, кюветов и дренажей, образование мест застоев воды, завал кюветов и проезжей части оползневым грунтом (рис. 19).
Смещение насыпи вместе с оползневым масси-
вом сопровождается деформациями, которые могут изменяться в широких пределах от незначительных осе-
Рис. 19. Оползание грунта выше насыпи даний и сдвижек
земляного полотна,
нарушения его целостно- |
|
|||
сти трещинами |
вдоль и |
|
||
поперек направления сме- |
|
|||
щения |
до полного его |
|
||
разрушения (рис. 20). |
|
|||
Активизации |
подвижек |
|
||
оползня может способст- |
|
|||
вовать |
пригруз верхней |
|
||
части |
оползневого |
мас- |
|
|
сива насыпью, |
а |
также |
Рис. 20. Смещение насыпи |
|
подрезка склона полувы- |
вместе с оползневым массивом |
|||
емками, канавами и кюветами.
Крупные оползни последних двух типов встречаются в основном в районах Северного и Приполярного Урала или на склонах долин крупных рек. В основном же оползневые деформации возникают в откосах насыпей и выемок автомобильных дорог.
2.2.4. Действие поверхностных и подземных вод
Разрушение откосов насыпи течением или льдинами связано с эрозионной деятельностью постоянных водотоков, главным образом в виде боковой эрозии. Наиболее интенсивное разрушение берегов происходит в период половодья. Интенсивность и скорость боковой эрозии во многом зависят от литологического со-
63
става пород, из которых отсыпаны насыпи. Сильнее всего разрушаются откосы насыпей, сложенных песками и супесями. Земляное полотно, отсыпанное из суглинков, размывается с меньшей скоростью.
Врезультате у основания откоса возникают размывы, наблюдаются местные смывы и унос грунта на уровне горизонта водотока, продольные трещины, отделяющие подмытые массивы от основного берега, и, как следствие, обрушение значительных массивов грунта, размываемых и уносимых водой, возникновение оползней на подмываемых склонах и откосах. На укрепленных откосах отмечаются нарушение ровности мощения, возникновение промоин и каверн, оседание плит крепления.
Эрозия (размывы) откосов, обочин и берм связана с широким использованием для отсыпки насыпей легкоразмываемых супесей и песков. Любое повреждение поверхности откосов при строительных работах, нарушение нормальной работы водоотводных сооружений, недостаточное укрепление обочин и откосов провоцирует возникновение эрозионных нарушений. Причиной их могут также быть низкое качество содержания дорожных и водоотводных конструкций и заезды транспорта на неукрепленные обочины с образованием колеи.
Наличие многолетнемерзлых пород усиливает эрозионный процесс, так как в этом случае механическая эрозия сочетается с термической, особенно при слабой задернованности и насыщенности пород повторно-жильными льдами.
Врезультате на поверхности обочин и откосов возникают потеки, борозды, оврагоподобные размывы, иногда заколы с образованием трещин. У подошвы откосов накапливаются отложения размытого грунта (рис. 21).
Размывы открытых водоотводов и оврагообразование яв-
ляются результатом деятельности атмосферных вод и временных водотоков. Проявляются подобные деформации в виде местных разрушений и изменения очертаний откосов и дна продольных канав, кюветов, отводных русел от дренажей, мест соединения водотоков, выпусков воды из канав на поверхность земли с образованием промоин, накоплений размытого грунта, деталей и обломков креплений дна и откосов водотоков, перепадов, водобойных колодцев и др. (рис. 22).
64
Рис. 21. Эрозия неукрепленных откосов насыпи из песчаных грунтов
Рис. 22. Зарождение оврага на месте неукрепленного кювета
В северных районах развитию овражной эрозии способствует образование на поверхности земляного полотна и прилегающей местности морозобойных трещин. Там, где трещины ориентированы вниз по склону, оттаивающий грунт, обладая низким сопротивлением размыву, начинает размываться и выносится даже не-
65
большим количеством воды. В результате трещина постепенно растет и превращается в линию стока и выноса.
Суффозия грунтов в теле насыпи развивается при наличии в откосах пойменных насыпей линз и прослоек пылеватых песков, супесей и недоуплотненных лёссовых суглинков. При быстром понижении уровня паводковых вод в водоеме или подпертых вод возле водопропускных труб возможен вынос водой пылеватых частиц грунтов (рис. 23).
Рис. 23. Суффозия грунта в теле насыпи при понижении уровня паводковых вод
В месте выхода воды на поверхность откоса наблюдаются потеря откосами очертания, наличие в них суффозионных воронок и, как следствие, оседание и расползание пойменных насыпей, оползание откосов насыпи, провалы плит крепления откосов, воронки и провалы над водопропускными трубами, наличие на поверхности откоса и у его подошвы конусов выноса грунта.
2.2.5. Деформации, обусловленные спецификой возведения и эксплуатации отдельных элементов дорожной конструкции
Деформации насыпей над водопропускными трубами чаще всего проявляются в виде осадок и расползания высоких насы-
пей [65].
Основными факторами, определяющими характер деформаций высоких насыпей над водопропускными трубами, являют-
ся [66]:
–наличие слабых грунтов под насыпями, не выдерживающих их веса;
–неудовлетворительное качество грунта, из которого отсыпается насыпь;
66
–смачивание подошвы насыпи грунтовыми водами;
–деградация под насыпями вечной мерзлоты и др.
Во многих случаях деформации обусловливаются совместным влияниемнесколькихфакторов.
Одной из самых многочисленных и опасных деформаций являются растяжки труб с раскрытием швов между секциями. Развитие растяжки начинается во время или вскоре после отсыпки насыпи, и в большинстве случаев основная ее часть проявляется в первые 1–2 года. Скорость и характер растяжки труб и насыпей определяются пластическими свойствами грунтов и конструктивными особенностями сооружений. У труб, в основании которых залегают оттаивающие многолетнемерзлые грунты, деформации продолжаются более длительное время. Растяжки средней части трубы обычно сопровождаются неравномерными осадками секций. Осадка секций, в свою очередь, является следствием сжатия грунтов основания. Величина ее тем больше, чем выше на-
сыпь и слабее грунты основания. Растяжки концевых участков и отжатие оголовков зачастую наблюдаются одновременно. Эти деформации связаны с подвижкой грунта в откосах насыпи, которая может проявляться в виде оползания или оплывания (рис. 24), а также с горизонтальным давлением грунта насыпи на элемен-
ты оголовков [67].
Нередки случаи, когда в результате расхождения швов между звеньями водопропускной трубы возникают суффозионные процессы, которые затем превращаются в воронки и провалы на поверхности насыпи.
Нарушения технических требований при отсыпке высоких насыпей способствуют активному развитию в них пластических
67
деформаций. Основными такими нарушениями являются: повышенная влажность грунтов и недостаточное их уплотнение, отсыпка насыпи с ее головы наклонными слоями, быстрая засыпка прогалов насыпей над трубами, вызывающая резкое увеличение нагрузки на трубу и развитие дополнительных горизонтальных усилий [68].
Кроме того, состояние водопропускных труб и насыпей над ними зависит от условий протекания воды по трубе. Вода попадает в насыпь сквозь неплотности в зазорах между звеньями и вызывает разжижение и вымывание грунта, прилегающего к сооружению. При проникновении воды в насыпь происходит обводнение грунтов с изменением их свойств, что приводит к сплывам и оползанию откосов, в результате чего, в свою очередь, возрастает давление на звенья и оголовки.
Деформации насыпей на сопряжении с мостами и путепро-
водами. Сопряжение мостов с насыпями является важным элементом автомобильных дорог, предназначенным обеспечить плавный переход от относительно податливого земляного полотна на жесткое мостовое пролетное строение. Вместе с тем именно в местах сопряжения земляного полотна с мостами и путепроводами очень часто наблюдаются деформации, которые снижают ровность покры-
тия, а нередко приводят и
(рис. 25).
Анализ показывает, что подобные деформации обусловлены целым комплексом объективных и субъективных факторов, свя-
68
занных в первую очередь с недостаточным уплотнением грунтов при возведении насыпи и их избыточным увлажнением при последующей эксплуатации автомобильной дороги [69]. При этом деформации проявляются, как правило, в виде местных просадок, захватывающих лежень сопряжения.
Земляные работы на сопряжении дорог с мостами являются одними из трудновыполнимых операций в дорожном строительстве. Производство работ по отсыпке конусов и устройству сопряжения представляет собой сложный технологический процесс с большими объемами ручного труда. Поэтому грунты на конусах и сопряжении обычно остаются недоуплотненными [70].
Часто нарушается технологическая последовательность строительства, когда земляное полотно возводится с опережением строительства моста. Мост (путепровод) в этом случае возводится в разрыве насыпи. Такая последовательность работ вызывает появление возле моста неравномерных осадок основания земляного полотна.
Водно-тепловой режим земляного полотна на подходах к мостам имеет свои особенности. Располагаясь в теле насыпи, искусственное сооружение прерывает движение воды по песчаному или щебеночному подстилающему слою дорожного покрытия и влаги в грунтах насыпи, основание которой почти всегда имеет уклон в сторону водотока или лога. Поэтому возле моста накапливается больше влаги, чем на других участках земляного полотна [71].
В осенний период грунты земляного полотна возле мостов промерзают интенсивнее, причем это промерзание носит сложный характер в связи с наличием большого количества бетонных, железобетонных и металлических конструкций, являющихся хорошими мостиками холода (устои мостов, плиты сопряжения, плиты укрепления конусов, лестничные сходы, ограждения безопасности, водоотводные сооружения и т.д.). В весенний период, наоборот, оттаивание происходит медленнее, чем на подходах. Это объясняется затененностью конусов от солнечной радиации пролетными строениями и большой хладоемкостью грунта вместе с бетонными конструкциями опор и сопряжения. Неоттаявший грунт является естественной преградой для фильтрующей по подстилающему слою в сторону моста влаги и способствует ее накоплению здесь.
69
Увлажнение грунтов земляного полотна происходит также в периоды паводков путем инфильтрации паводковой воды в тело насыпи, а при низких насыпях – и за счет капиллярного поднятия воды из переувлажненных грунтов водотока или лога.
Распространенным нарушением правил производства работ на подходах к мостам является использование для отсыпки местных недренирующих грунтов. В этом случае, как правило, нарушается отвод воды из тела насыпи в сторону отверстия моста. В результате грунт за опорами приобретает повышенную влажность. В условиях недостаточного уплотнения и избыточной влажности развиваются деформации морозного пучения при промерзании, а также просадки грунта при его весеннем оттаивании.
Опознавательными признаками деформаций морозного пучения являются снижение ровности покрытия в месте сопряжения, поперечные трещины, иногда разрушение покрытия на его границе, нарушение ровности поверхности откосов, креплений конусов.
Деформации насыпей на пересечении с коммуникациями про-
являются в виде просадки или пучения земляного полотна на коротких участках, а также повреждений креплений и очертаний откосов и дна водоотводов в зоне влияния траншеи, пройденной открытым способом [44].
Причиной возникновения подобных деформаций является, как правило, нарушение технологии засыпки траншеи, предназначенной под коммуникацию. Чаще всего этим нарушением являются использование для засыпки некондиционного грунта и недостаточное его уплотнение.
Обычно в таких местах развиваются следующие деформации:
–просадки недостаточно уплотненного грунта засыпки в результате его доуплотнения под действием проходящего транспорта;
–морозное пучение, являющееся следствием дополнительного поступления влаги в неуплотненный грунт;
–тепловое воздействие коммуникаций, провоцирующее оттаивание мерзлых грунтов.
При пересечении насыпи теплотрассами происходит нарушение температурного режима грунта за счет дополнительного теплового потока от трубопровода, что приводит к оплыванию грун-
70